Curso de Graduação em Engenharia Civil Curso de Graduação em Engenharia Civil
Sâmyla Cotta Lana Sâmyla Cotta Lana
AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE POZOLÂNICA DO RESÍDUO DE CORTE DE AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE POZOLÂNICA DO RESÍDUO DE CORTE DE
ARDÓSIA ARDÓSIA Ouro Preto Ouro Preto 2014 2014
AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE POZ
AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE POZOLÂNICA DO RESÍDUO DE COROLÂNICA DO RESÍDUO DE CORTE DETE DE ARDÓSIA
ARDÓSIA
Trabalho de Conclusão de Curso Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Ouro Preto da Universidade Federal de Ouro Preto como parte dos requisitos para a
como parte dos requisitos para a obtençãoobtenção do Grau de Engenheiro Civil.
do Grau de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. Dr. Guilherme Jorge Brigolini Silva Orientador: Prof. Dr. Guilherme Jorge Brigolini Silva
Ouro Preto Ouro Preto
2014 2014
A
A mineração mineração é é uma uma das das principais principais atividades atividades econômicas econômicas do do Brasil, Brasil, proporcionaproporciona desenvolvimento interno e serve como subsídio para o progresso internacional. No desenvolvimento interno e serve como subsídio para o progresso internacional. No entanto, essa atividade provoca impactos muitas vezes irreversíveis ao
entanto, essa atividade provoca impactos muitas vezes irreversíveis ao meio ambientemeio ambiente e gera grandes volumes de resíduos. É o caso da ardósia, cujo material particulado e gera grandes volumes de resíduos. É o caso da ardósia, cujo material particulado gerado não tem aplicação atualmente, destinando-se apenas à deposição em aterros, gerado não tem aplicação atualmente, destinando-se apenas à deposição em aterros, onde contribui para a degradação ambiental. Associado a isso, a construção civil onde contribui para a degradação ambiental. Associado a isso, a construção civil cresce exponencialmente no Brasil, aumentando o consumo de cimento Portland e cresce exponencialmente no Brasil, aumentando o consumo de cimento Portland e destacando a importância de pesquisa de materiais que possam contribuir para destacando a importância de pesquisa de materiais que possam contribuir para melhoria de suas características. Esse trabalho teve o intuito de avaliar a atividade melhoria de suas características. Esse trabalho teve o intuito de avaliar a atividade pozolânica do resíduo gerado pelo corte da ardósia de forma a determinar a eficiência pozolânica do resíduo gerado pelo corte da ardósia de forma a determinar a eficiência de sua utilização como adição mineral em argamassas e concreto Portland. Para de sua utilização como adição mineral em argamassas e concreto Portland. Para realizar essa avaliação utilizou-se o método da condutividade elétrica proposto por realizar essa avaliação utilizou-se o método da condutividade elétrica proposto por Luxán (1989), que avaliou a variação da condutividade elétrica de uma solução Luxán (1989), que avaliou a variação da condutividade elétrica de uma solução saturada de hidróxido de cálcio antes e após a adição do material pozolânico à saturada de hidróxido de cálcio antes e após a adição do material pozolânico à solução. Em seguida, foi realizado o ensaio do Índice de Atividade Pozolânica (IAP) solução. Em seguida, foi realizado o ensaio do Índice de Atividade Pozolânica (IAP) através da NBR5752, no qual
através da NBR5752, no qual a resistência à compressão das aa resistência à compressão das argamassas produzidasrgamassas produzidas com o cimento Portland e o resíduo de ardósia foram determinadas individualmente com o cimento Portland e o resíduo de ardósia foram determinadas individualmente para cada corpo-de-prova, expressa pela média de suas repetições, e assim foi para cada corpo-de-prova, expressa pela média de suas repetições, e assim foi determinado o índice de pozolanicidade de cada amostra. Os resultados indicam que, determinado o índice de pozolanicidade de cada amostra. Os resultados indicam que, embora o resíduo de corte de ardósia tenha apresentado atividade pozolânica no embora o resíduo de corte de ardósia tenha apresentado atividade pozolânica no ensaio de Luxan, a argamassa produzida com o material não atingiu o Índice de ensaio de Luxan, a argamassa produzida com o material não atingiu o Índice de Atividade
Atividade Pozolânica Pozolânica de de 75%, 75%, exigência exigência mínima mínima física física imposta imposta pela pela NBR NBR 1265312653 (ABNT, 1992). No entanto, o valor determinado de 70% ficou próximo ao exigido. É (ABNT, 1992). No entanto, o valor determinado de 70% ficou próximo ao exigido. É recomendado um aprofundamento na pesquisa afim de conhecer melhor o recomendado um aprofundamento na pesquisa afim de conhecer melhor o comportamento do resíduo em materiais cimentícios e
comportamento do resíduo em materiais cimentícios e a viabilidade de seu uso.a viabilidade de seu uso.
Palavras chave:
Palavras chave: Resíduo de ardósia, atividade pozolânica, cimento Portland, NBRResíduo de ardósia, atividade pozolânica, cimento Portland, NBR 5752, difração de Raios-X.
Mining is one of the main economic activities of Brazil, provides internal development Mining is one of the main economic activities of Brazil, provides internal development and serves as resource for the international progress. However, this activity often and serves as resource for the international progress. However, this activity often causes irreversible effects on the environment and generates large amounts of waste. causes irreversible effects on the environment and generates large amounts of waste. This applies to the slate, whose particulate matter generated has no use and it is This applies to the slate, whose particulate matter generated has no use and it is designed only to landfill, where it contributes to environmental degradation. Associated designed only to landfill, where it contributes to environmental degradation. Associated to this, the construction grows exponentially in Brazil, increasing the consumption of to this, the construction grows exponentially in Brazil, increasing the consumption of cement Portland and highlighting the importance of materials research that can cement Portland and highlighting the importance of materials research that can contribute to improvement of its features. This work aimed to evaluate the pozzolanic contribute to improvement of its features. This work aimed to evaluate the pozzolanic activity of the waste generated by cutting the slate,
activity of the waste generated by cutting the slate, in order to determine the efficiencyin order to determine the efficiency of its use as a mineral admixture in mortars and Portland concrete. To perform this of its use as a mineral admixture in mortars and Portland concrete. To perform this evaluation it was used the
evaluation it was used the electrical conductivity method that was electrical conductivity method that was proposed by Luxanproposed by Luxan (1989), that evaluated the variation of
(1989), that evaluated the variation of the electrical conductivity of a saturated solutionthe electrical conductivity of a saturated solution of calcium hydroxide before and after the addition of pozzolanic material to the solution. of calcium hydroxide before and after the addition of pozzolanic material to the solution. Thereafter, it was performed the test of Pozzolanic Activity Index (IAP) through the Thereafter, it was performed the test of Pozzolanic Activity Index (IAP) through the NBR 5752, wherein the compressive strength of mortars produced with Portland NBR 5752, wherein the compressive strength of mortars produced with Portland cement and the slate
cement and the slate residues were determined individually for each bodyresidues were determined individually for each body-specimens,-specimens, expressed by average of its repetitions, and it was given the pozzolanic index of each expressed by average of its repetitions, and it was given the pozzolanic index of each sample. The results indicate that the slate residue showed pozzolanic activity in the sample. The results indicate that the slate residue showed pozzolanic activity in the Luxan test, however the mortar produced with the material do not achieve the Luxan test, however the mortar produced with the material do not achieve the Pozzolanic Activity Index of 75%, minimum physical requirement imposed by the NBR Pozzolanic Activity Index of 75%, minimum physical requirement imposed by the NBR 12653 (ABNT, 1992). However, the given value of
12653 (ABNT, 1992). However, the given value of 70% was close to the required. 70% was close to the required. It isIt is recommended to deepen the research in order to know better the residue behavior in recommended to deepen the research in order to know better the residue behavior in cementitious materials and the feasibility of its use.
cementitious materials and the feasibility of its use.
Keywords:
Keywords: slate waste, pozzolanic activity, Portland cement, NBR 5752, X-Rayslate waste, pozzolanic activity, Portland cement, NBR 5752, X-Ray diffraction.
1 INTRODUÇÃO
1 INTRODUÇÃO ...1...1
2 OBJETIVOS
2 OBJETIVOS ...3...3 2.1
2.1 Objetivo Geral Objetivo Geral ... ... ...3...3 2.2
2.2 Objetivos Específicos Objetivos Específicos ... ... ...3...3 3
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICAREVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...4...4 3.1
3.1 Pozolanas ...Pozolanas ... ... ... ...4...4 3.2
3.2 Reutilização de Reutilização de Resíduos Resíduos ... ... ...5...5 3.3
3.3 Ardósia ...Ardósia ... ... ... ... ... 66 3.4
3.4 Métodos de Métodos de Determinação Determinação da da Atividade Atividade Pozolânica Pozolânica ... ... ... 88 3.4.1
3.4.1 Método Método Chapelle Chapelle Modificado Modificado ... ...10...10 3.4.2
3.4.2 Análise Análise Térmica Térmica ... ... ...10...10 3.4.3
3.4.3 Difração Difração de de Raios Raios X X ... ... ...15...15 3.4.4
3.4.4 Método Método de de Luxán Luxán ... ... ...17...17 3.4.5
3.4.5 Índice Índice de de Atividade Atividade PozolânicaPozolânica – – NBR 5752 (ABNT, 1992 NBR 5752 (ABNT, 1992) ...) ... 18... 18 4
4 METODOLOGIA EXPERIMENTAL METODOLOGIA EXPERIMENTAL E E RESULTADOSRESULTADOS ...19...19 4.1
4.1 Preparo das Preparo das amostras amostras ... ... ...20...20 4.1.1
4.1.1 Tratamento Tratamento térmico térmico e e moagem moagem do do RCA RCA ... ... ...20...20 4.2
4.2 Caracterização do Caracterização do RCA RCA ... ...21...21 4.2.1
4.2.1 Análise Análise Granulométrica Granulométrica à à Laser Laser ... ...21...21 4.2.2
4.2.2 Análise Análise Química Química por Flpor Fluorescência uorescência de de Raios Raios X ...X ... ...23...23 4.2.3
4.2.3 Análise Análise Mineralógica Mineralógica por Dpor Difração ifração de Rde Raios aios X ...X ...25...25 4.3
4.3 Avaliação da Avaliação da Atividade Atividade Pozolânica Pozolânica do do RCA RCA ... ... ....26....26 4.3.1
4.3.1 Ensaio Ensaio de de Luxán Luxán ... ... ... ... ... ...26...26 4.3.2
4.3.2 Ensaio Ensaio de de Resistência Resistência à à CompressãoCompressão – – NBR 5752, 1992 ...29 NBR 5752, 1992 ...29
5 CONCLUSÃO
5 CONCLUSÃO ... ...33... ...33 REFERÊNCIAS
1 INTRODUÇÃO 1 INTRODUÇÃO
Os processos industriais de extração e tratamento de insumos da construção civil Os processos industriais de extração e tratamento de insumos da construção civil geram acúmulo de
geram acúmulo de resíduos, causando extensos prejuízos econômicos relacionadosresíduos, causando extensos prejuízos econômicos relacionados ao recolhimento e disposição final desses resíduos, além de desequilíbrios ao recolhimento e disposição final desses resíduos, além de desequilíbrios ambientais.
ambientais.
Nesse contexto, é de grande importância a busca por novas tecnologias e o Nesse contexto, é de grande importância a busca por novas tecnologias e o desenvolvimento de pesquisas contemplando a utilização de resíduos minerais na desenvolvimento de pesquisas contemplando a utilização de resíduos minerais na produção de materiais de construção. A utilização de materiais alternativos na produção de materiais de construção. A utilização de materiais alternativos na construção civil é cada vez mais empregada pois, pode melhorar a durabilidade e o construção civil é cada vez mais empregada pois, pode melhorar a durabilidade e o desempenho dos concretos e argamassas. Com isso, a grande necessidade pelo uso desempenho dos concretos e argamassas. Com isso, a grande necessidade pelo uso de resíduos e subprodutos faz com que o estudo de suas utilidades seja necessário, de resíduos e subprodutos faz com que o estudo de suas utilidades seja necessário, contribuindo como um benefício ecológico, social e econômico (NEVILLE, 1997). contribuindo como um benefício ecológico, social e econômico (NEVILLE, 1997). As maiores
As maiores vantagens vantagens da utilizaçãda utilização de o de resíduos resíduos minerais na minerais na produção de produção de materiais dmateriais dee construção são: a sua abundância, particularmente nas regiões que concentram construção são: a sua abundância, particularmente nas regiões que concentram empresas mineradoras e de beneficiamento mineral; a diversificação de empresas mineradoras e de beneficiamento mineral; a diversificação de matérias-primas e a possibilidade de redução dos custos de produção (MENEZES et al., primas e a possibilidade de redução dos custos de produção (MENEZES et al., 2002b). Inserir resíduos no ciclo produtivo representa além de uma alternativa de 2002b). Inserir resíduos no ciclo produtivo representa além de uma alternativa de barateamento da produção, uma opção de reciclagem e reutilização desses materiais, barateamento da produção, uma opção de reciclagem e reutilização desses materiais, minimização do consumo de energia e
minimização do consumo de energia e de recursos naturais não renováveis e de recursos naturais não renováveis e criaçãocriação de uma alternativa para reduzir
de uma alternativa para reduzir o impacto ambiental na região do o impacto ambiental na região do entorno das usinasentorno das usinas de beneficiamento da ardósia. Vazquez (1997) afirma que a preservação do meio de beneficiamento da ardósia. Vazquez (1997) afirma que a preservação do meio ambiente é uma das grandes preocupações da atualidade, principalmente no que se ambiente é uma das grandes preocupações da atualidade, principalmente no que se refere à redução de consumo de energia e de matérias-primas naturais, bem como na refere à redução de consumo de energia e de matérias-primas naturais, bem como na geração de resíduos.
geração de resíduos. A
A ardósia ardósia é é amplamente amplamente utilizada utilizada na na construção construção civil. civil. O O Brasil Brasil é é o o segundo segundo maiormaior produtor e consumidor mundial com Minas Gerais respondendo por 95% da produção produtor e consumidor mundial com Minas Gerais respondendo por 95% da produção nacional. Em 2007, contava com 25 pedreiras e cerca de 200 indústrias de nacional. Em 2007, contava com 25 pedreiras e cerca de 200 indústrias de beneficiamento, que geram cerca de cinco mil empregos diretos e mais cinco mil beneficiamento, que geram cerca de cinco mil empregos diretos e mais cinco mil indiretos. A produção de ardósias de
indiretos. A produção de ardósias de Minas Gerais totaliza aproximadamente 500 milMinas Gerais totaliza aproximadamente 500 mil toneladas/ano. Em valores, essas exportações mostraram crescimento de
toneladas/ano. Em valores, essas exportações mostraram crescimento de 45,1% em45,1% em relação a 2003 e já representam 47,6% das exportações totais de rochas de Minas relação a 2003 e já representam 47,6% das exportações totais de rochas de Minas Gerais (FEINAR, 2006).
Tanto os sistemas de extração e corte da rocha quanto àqueles ligados à sua Tanto os sistemas de extração e corte da rocha quanto àqueles ligados à sua aplicação levam à produção de grandes quantidades de resíduos na forma de lama, aplicação levam à produção de grandes quantidades de resíduos na forma de lama, compostos basicamente de água, lubrificantes e rocha moída.
compostos basicamente de água, lubrificantes e rocha moída. O resíduo fino apareceO resíduo fino aparece na fase de corte dos blocos de rochas nas dimensões comerciais e é oriundo da na fase de corte dos blocos de rochas nas dimensões comerciais e é oriundo da abrasão do disco diamantado de corte na rocha. O resíduo de corte de rochas é abrasão do disco diamantado de corte na rocha. O resíduo de corte de rochas é carreado pela água utilizada na refrigeração e
carreado pela água utilizada na refrigeração e lubrificação dos discos de lubrificação dos discos de corte, sendocorte, sendo geralmente descartado como efluente comum ou depositado nos arredores das geralmente descartado como efluente comum ou depositado nos arredores das serrarias de rochas ornamentais (AFONSO,2005).
serrarias de rochas ornamentais (AFONSO,2005). Esse rejeito apresenta pequeno valor
Esse rejeito apresenta pequeno valor tecnológico agregado e, frequentemente, acabatecnológico agregado e, frequentemente, acaba depositado em aterros, pátios ou reservatórios, resultando em problemas de depositado em aterros, pátios ou reservatórios, resultando em problemas de remanejamento de lixo e assoreamento de leitos fluviais.
remanejamento de lixo e assoreamento de leitos fluviais. A
A produção produção brasileira brasileira de de rochas rochas ornamentais ornamentais e e de de revestimento revestimento totalizou totalizou cerca cerca dede nove milhões de toneladas em 2009. Atrelada
nove milhões de toneladas em 2009. Atrelada a essa grande produção está a grandea essa grande produção está a grande quantidade de resíduo gerado na exploração das jazidas, estima-se que 7% desta quantidade de resíduo gerado na exploração das jazidas, estima-se que 7% desta produção seja de ardósia e que a geração de resíduos seja de 25% da produção, produção seja de ardósia e que a geração de resíduos seja de 25% da produção, totalizando 1,5 × 10
totalizando 1,5 × 1055 toneladas de rejeitos (ABIROCHAS, 2012). toneladas de rejeitos (ABIROCHAS, 2012).
Neste contexto, se verifica a necessidade de avaliar a potencialidade de uso dos Neste contexto, se verifica a necessidade de avaliar a potencialidade de uso dos resíduos de ardósia como adição mineral em argamassas e concreto Portland, resíduos de ardósia como adição mineral em argamassas e concreto Portland, atendendo a quesitos de qualidade, durabilidade, economia e ecologia. É de grande atendendo a quesitos de qualidade, durabilidade, economia e ecologia. É de grande importância a busca por novas tecnologias, o desenvolvimento de pesquisas importância a busca por novas tecnologias, o desenvolvimento de pesquisas contemplando o uso de novos materiais como pozolanas que possam ser utilizadas contemplando o uso de novos materiais como pozolanas que possam ser utilizadas como matérias primas para o emprego na
como matérias primas para o emprego na indústria da construção civil. As pozolanasindústria da construção civil. As pozolanas têm a capacidade de reagir e de se combinar com o hidróxido de cálcio formando têm a capacidade de reagir e de se combinar com o hidróxido de cálcio formando compostos estáveis de poder aglomerante e sua adição ao concreto gera benefícios compostos estáveis de poder aglomerante e sua adição ao concreto gera benefícios como aumento da durabilidade e trabalhabilidade do concreto, melhoria em suas como aumento da durabilidade e trabalhabilidade do concreto, melhoria em suas propriedades mecânicas, redução do consumo do cimento Portland e do consumo de propriedades mecânicas, redução do consumo do cimento Portland e do consumo de energia utilizada em sua produção.
energia utilizada em sua produção. O propósito deste trabalho foi
O propósito deste trabalho foi investigar a atividade pozolânica do resíduo particuladoinvestigar a atividade pozolânica do resíduo particulado gerado pelo corte da ardósia e determinar a eficiência se sua utilização como adição gerado pelo corte da ardósia e determinar a eficiência se sua utilização como adição mineral em materiais cimentícios.
2 OBJETIVOS 2 OBJETIVOS
2.1
2.1 Objetivo Objetivo GeralGeral
Estudar a atividade pozolânica do resíduo gerado pelo corte da ardósia de forma a Estudar a atividade pozolânica do resíduo gerado pelo corte da ardósia de forma a determinar a eficiência de sua utilização como adição mineral em argamassas e determinar a eficiência de sua utilização como adição mineral em argamassas e concreto de cimento Portland.
concreto de cimento Portland. 2.2
2.2 Objetivos Objetivos EspecíficosEspecíficos
Realizar a caracterização química do resíduo através da
Realizar a caracterização química do resíduo através da Fluorescência de Raios X;Fluorescência de Raios X; Executar a caracterização física por Granulometria à Laser e Difração de Raios X Executar a caracterização física por Granulometria à Laser e Difração de Raios X (análise mineralógica);
(análise mineralógica); Determinar o Índice de Ati
Determinar o Índice de Atividade Pozolânica (IAP) do resíduo pelo método vidade Pozolânica (IAP) do resíduo pelo método previsto naprevisto na norma NBR 5752 (ABNT, 1992);
norma NBR 5752 (ABNT, 1992); Avaliar a atividade pozolânic
3
3 REVISÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICABIBLIOGRÁFICA
3.1 Pozolanas 3.1 Pozolanas
As
As pozolanas são pozolanas são definidas como definidas como substâncias constituídas substâncias constituídas de sílica de sílica e e alumina, cujaalumina, cuja principal propriedade é a capacidade de reagir e se combinar com o hidróxido de principal propriedade é a capacidade de reagir e se combinar com o hidróxido de cálcio, formando compostos estáveis de poder aglomerante, tais como os silicatos e cálcio, formando compostos estáveis de poder aglomerante, tais como os silicatos e aluminatos de cálcio hidratados. Assim, no cimento Portland, o hidróxido de cálcio aluminatos de cálcio hidratados. Assim, no cimento Portland, o hidróxido de cálcio liberado pela hidratação dos silicatos reage com a pozolana, resultando em uma liberado pela hidratação dos silicatos reage com a pozolana, resultando em uma produção extra de silicatos de cálcio hidratados, que são os produtos mais estáveis produção extra de silicatos de cálcio hidratados, que são os produtos mais estáveis do cimento Portland,
do cimento Portland, responsávresponsáveis pela eis pela resistência e durabilidade das argamassas eresistência e durabilidade das argamassas e concretos (OLIVEIRA et al., 2004). Define-se como reação pozolânica essa reação concretos (OLIVEIRA et al., 2004). Define-se como reação pozolânica essa reação química entre um material denominado de pozolânico e o hidróxido de cálcio, na química entre um material denominado de pozolânico e o hidróxido de cálcio, na presença de água originando a formação de compostos hidráulicos (COUTINHO, presença de água originando a formação de compostos hidráulicos (COUTINHO, 2006).
2006).
Segundo Carmo & Portella (2008) as fases químicas resultantes da reação pozolânica Segundo Carmo & Portella (2008) as fases químicas resultantes da reação pozolânica apresentam maior estabilidade. Destaca-se que, além da ação química, as
apresentam maior estabilidade. Destaca-se que, além da ação química, as pozolanaspozolanas finamente pulverizadas possuem ação física, uma vez que atuam nos concretos e finamente pulverizadas possuem ação física, uma vez que atuam nos concretos e argamassas como material de preenchimento, melhorando o empacotamento do argamassas como material de preenchimento, melhorando o empacotamento do sistema (fillereffect). Tal fato é particularmente importante na densificação do sistema sistema (fillereffect). Tal fato é particularmente importante na densificação do sistema e no consequente aumento de resistência do material final (Baronio & Binda, 1997; e no consequente aumento de resistência do material final (Baronio & Binda, 1997; Farias Filho et al., 2000). Para Vieira (2005), a combinação dos efeitos pozolânico e Farias Filho et al., 2000). Para Vieira (2005), a combinação dos efeitos pozolânico e filler decorrentes da reação pozolânica representa uma contribuição importante para filler decorrentes da reação pozolânica representa uma contribuição importante para a resistência e durabilidade da pasta
a resistência e durabilidade da pasta endurecida frente a meios ácidos.endurecida frente a meios ácidos. As
As pozolanas são pozolanas são utilizadas em utilizadas em substituição parcial substituição parcial do cimento do cimento Portland. Portland. Mielenz etMielenz et al. (1951) apresentou alguns benefícios dessa adição: custa menos, reduz o
al. (1951) apresentou alguns benefícios dessa adição: custa menos, reduz o calor decalor de hidratação, melhorando a resistência à fissura térmica, tem moabilidade melhorada, hidratação, melhorando a resistência à fissura térmica, tem moabilidade melhorada, diminui a permeabilidade e melhora a plasticidade do concreto reduzindo a diminui a permeabilidade e melhora a plasticidade do concreto reduzindo a segregação e escoamento de água, aumenta a resistência não só ao ataque de águas segregação e escoamento de água, aumenta a resistência não só ao ataque de águas sulfatadas como também à compressão do concreto e, por fim,
sulfatadas como também à compressão do concreto e, por fim, minimiza ou retarda ominimiza ou retarda o progresso da reação álcali-agregado. A adição ou
progresso da reação álcali-agregado. A adição ou a substituição de parte do cimentoa substituição de parte do cimento por pozolanas em argamassas e concretos confere, além da redução de custos, por pozolanas em argamassas e concretos confere, além da redução de custos,
melhoria na trabalhabilidade do concreto fresco e a durabilidade final do concreto melhoria na trabalhabilidade do concreto fresco e a durabilidade final do concreto (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
(MEHTA e MONTEIRO, 2008). A substituição parcial do cimento p
A substituição parcial do cimento por pozolana implica ainda na or pozolana implica ainda na economia de energiaeconomia de energia e na redução do custo de fabricação do cimento, o que aumenta o período de e na redução do custo de fabricação do cimento, o que aumenta o período de exploração das jazidas de calcário e argila e, consequentemente, o período de exploração das jazidas de calcário e argila e, consequentemente, o período de produção da fábrica de cimento. Além disso, há ainda um
produção da fábrica de cimento. Além disso, há ainda um aumento da capacidade deaumento da capacidade de produção sem necessidade de novos investimentos (SANTOS, 2006).
produção sem necessidade de novos investimentos (SANTOS, 2006).
Importante destacar que a pozolana apresenta eficiência até certos percentuais de Importante destacar que a pozolana apresenta eficiência até certos percentuais de substituição, uma vez que o efeito
substituição, uma vez que o efeito químico da mesma depende da disponibilidade dequímico da mesma depende da disponibilidade de hidróxido de cálcio liberado pela reação do cimento. De um modo geral, cerca de 20 hidróxido de cálcio liberado pela reação do cimento. De um modo geral, cerca de 20 a 40% do cimento utilizado nos concretos podem ser substituídos por pozolana sem a 40% do cimento utilizado nos concretos podem ser substituídos por pozolana sem diminuição da resistência mecânica final e com
diminuição da resistência mecânica final e com diversas melhorias nas qualidades dodiversas melhorias nas qualidades do produto (BAUER, 2005)
produto (BAUER, 2005)
Os materiais pozolânicos, em geral, necessitam de um t
Os materiais pozolânicos, em geral, necessitam de um tratamento prévio para que seuratamento prévio para que seu uso se torne adequado, realizado por meio de um processo que vai desde a simples uso se torne adequado, realizado por meio de um processo que vai desde a simples moagem até tratamentos térmicos (FREITAS, 2005). De acordo com Tiboni (2007), a moagem até tratamentos térmicos (FREITAS, 2005). De acordo com Tiboni (2007), a superfície específica dos resíduos tem grande influência na atividade pozolânica em superfície específica dos resíduos tem grande influência na atividade pozolânica em virtude de estar diretamente correlacionada à finura do material, afetando o grau de virtude de estar diretamente correlacionada à finura do material, afetando o grau de atividade pozolânica. Este comportamento é influenciado pela distribuição, forma e atividade pozolânica. Este comportamento é influenciado pela distribuição, forma e rugosidade superficial das partículas e pela distribuição dos poros existentes.
rugosidade superficial das partículas e pela distribuição dos poros existentes.
Os mecanismos pelos quais os aditivos minerais influenciam as propriedades de Os mecanismos pelos quais os aditivos minerais influenciam as propriedades de concretos, argamassas e pastas são mais
concretos, argamassas e pastas são mais dependentes do tamanho, forma e texturadependentes do tamanho, forma e textura das partículas do que de sua
das partículas do que de sua composição química (MEHTA & MONTEIRO, 2008).composição química (MEHTA & MONTEIRO, 2008). 3.2
3.2 Reutilização de ReReutilização de Resíduossíduos
A construção
A construção civil é civil é vista como vista como grande agente impactante grande agente impactante do meio do meio ambiente dada ambiente dada aa intensa utilização dos recursos naturais e grande quantidade de resíduos gerada e intensa utilização dos recursos naturais e grande quantidade de resíduos gerada e disposta em aterros pelo mundo. No entanto, é potencial consumidor de produtos disposta em aterros pelo mundo. No entanto, é potencial consumidor de produtos reciclados, podendo utilizar seus próprios
reciclados, podendo utilizar seus próprios resíduos.resíduos. A abundância, particularmente nas
A abundância, particularmente nas regiões que conceregiões que concentram empresas mineradoras entram empresas mineradoras e de beneficiamento mineral; a diversificação de matérias-primas e a possibilidade de de beneficiamento mineral; a diversificação de matérias-primas e a possibilidade de redução dos custos de produção são as maiores vantagens da utilização de r
minerais na produção de materiais de construção (MENEZES et al., 2002b). Resíduos minerais na produção de materiais de construção (MENEZES et al., 2002b). Resíduos com atividade pozolânica podem ser utilizados
com atividade pozolânica podem ser utilizados em substituição ao cimento, em substituição ao cimento,
contribuindo para a redução dos custos energéticos de produção ou agindo em
contribuindo para a redução dos custos energéticos de produção ou agindo em
sinergia com o cimento na
sinergia com o cimento na melhora das propriedades mecânicas do produto final. Issomelhora das propriedades mecânicas do produto final. Isso
porque a principal propriedade de uma pozolana é a sua capacidade de reagir e de se
porque a principal propriedade de uma pozolana é a sua capacidade de reagir e de se
combinar com o hidróxido de cálcio, formando compostos estáveis de poder
combinar com o hidróxido de cálcio, formando compostos estáveis de poder
aglomerante, tais como: silicatos e aluminatos de
aglomerante, tais como: silicatos e aluminatos de cálcio hidratados (ZAMPIERI, 1989).cálcio hidratados (ZAMPIERI, 1989).
Vem aumentando nos últimos anos o interesse no uso de pozolanas e aditivos
Vem aumentando nos últimos anos o interesse no uso de pozolanas e aditivos
minerais em materiais alternativos como substitutos do cimento Portland, para a
minerais em materiais alternativos como substitutos do cimento Portland, para a
produção de argamassas e concretos (WILD et al.,
produção de argamassas e concretos (WILD et al., 1996; FARIAS FILHO et al., 1996; FARIAS FILHO et al., 2000;2000;
KULA et al., 2002; PACEWSKA et al
KULA et al., 2002; PACEWSKA et al.,2002; OLIVEIRA & BARBOSA, 2006; VARGAS.,2002; OLIVEIRA & BARBOSA, 2006; VARGAS
et al., 2006). Essa abordagem recente objetiva a conservação e o desenvolvimento
et al., 2006). Essa abordagem recente objetiva a conservação e o desenvolvimento
sustentável com a minimização do descarte dos materiais oriundos das atividades
sustentável com a minimização do descarte dos materiais oriundos das atividades
industriais. Logo, alternativas de reciclagem e/ou reutilização devem ser
industriais. Logo, alternativas de reciclagem e/ou reutilização devem ser investigadasinvestigadas
e, sempre que possível, implementadas (RAUPP-PEREIRA et al.,
e, sempre que possível, implementadas (RAUPP-PEREIRA et al., 2006).2006).
Na mineração, grande parte dos rejeitos pode ser reciclada, reutilizada, t
Na mineração, grande parte dos rejeitos pode ser reciclada, reutilizada, transformadaransformada
e incorporada, de modo a produzir novos materiais de construção e
e incorporada, de modo a produzir novos materiais de construção e atender àatender à crescente demanda por tecnologia mais simples, eficiente e econômica de
crescente demanda por tecnologia mais simples, eficiente e econômica de construção.construção. São inúmeros os benefícios que a reciclagem destes materiais apresenta, como a São inúmeros os benefícios que a reciclagem destes materiais apresenta, como a redução no volume de resíduos destinados a aterros
redução no volume de resíduos destinados a aterros sanitários, diminuindo o risco desanitários, diminuindo o risco de contaminação do meio ambiente, e também a redução na quantidade de contaminação do meio ambiente, e também a redução na quantidade de matéria-prima necessária à produção de materiais para construção, preservando, assim, os prima necessária à produção de materiais para construção, preservando, assim, os recursos naturais. Além disso, diminui significativamente a liberação de CO
recursos naturais. Além disso, diminui significativamente a liberação de CO22 para a para a
atmosfera, gás gerado em grande quantidade durante a produção, por exemplo, do atmosfera, gás gerado em grande quantidade durante a produção, por exemplo, do cimento Portland e da cal, tanto pela queima do combustível quanto pela cimento Portland e da cal, tanto pela queima do combustível quanto pela descarbonatação da rocha calcária (JOHN, 1999).
descarbonatação da rocha calcária (JOHN, 1999). 3.3 Ardósia
3.3 Ardósia
A ardósia é uma rocha metamórfica de grão fino e homogêneo, opaca, composta por A ardósia é uma rocha metamórfica de grão fino e homogêneo, opaca, composta por argila ou cinzas vulcânicas que foram metamorfizadas em camadas. É formada por argila ou cinzas vulcânicas que foram metamorfizadas em camadas. É formada por longas placas ao longo de
longas placas ao longo de sua superfície planar, fenômeno conhecido como sua superfície planar, fenômeno conhecido como clivagemclivagem ardosiana e resulta da recristalização sobre pressão. Em sua constituição pode-se ardosiana e resulta da recristalização sobre pressão. Em sua constituição pode-se
encontrar a presença de minerais como mica, quartzo, óxido de titânio,
encontrar a presença de minerais como mica, quartzo, óxido de titânio, clorita e outrosclorita e outros (SOUZA, 2000).
(SOUZA, 2000).
O material apresenta boas propriedades físicas como dureza média, baixa O material apresenta boas propriedades físicas como dureza média, baixa porosidade, alta resistência mecânica aliada ao baixo custo, sendo uma matéria-prima porosidade, alta resistência mecânica aliada ao baixo custo, sendo uma matéria-prima muito utilizada na construção civil em
muito utilizada na construção civil em coberturas e revestimentos de paredes e pisos.coberturas e revestimentos de paredes e pisos. Somam-se ainda os atributos estéticos, flexibilidade em utilização tanto em áreas Somam-se ainda os atributos estéticos, flexibilidade em utilização tanto em áreas externas quanto internas e a facilidade de sua manutenção e limpeza, o que lhe externas quanto internas e a facilidade de sua manutenção e limpeza, o que lhe assegura grande confiabilidade no mercado.
assegura grande confiabilidade no mercado. As
As reservas reservas de de ardósia ardósia de de Minas Minas Gerais Gerais são são praticamente praticamente inesgotáveis inesgotáveis ee consideradas o principal jazimento mundial de ardósias, de alta qualidade, atualmente consideradas o principal jazimento mundial de ardósias, de alta qualidade, atualmente conhecido e explorado. Na região central do estado está localizado o maior pólo conhecido e explorado. Na região central do estado está localizado o maior pólo produtivo do Brasil conhecido como Arranjo Produtivo Local (APL) de Ardósia e produtivo do Brasil conhecido como Arranjo Produtivo Local (APL) de Ardósia e compreende uma área de 7.000 km
compreende uma área de 7.000 km22 (FEAM, 2010). (FEAM, 2010).
As
As principais principais áreas áreas de de extração extração e e beneficiamento beneficiamento de de ardósia ardósia estão estão situadas situadas a a umauma distância média de 150 km
distância média de 150 km de Belo Horizonte, abrangendo totalmente o mde Belo Horizonte, abrangendo totalmente o município deunicípio de Papagaio e parcialmente os municípios de Caetanópolis, Felixlândia, Pompéu, Papagaio e parcialmente os municípios de Caetanópolis, Felixlândia, Pompéu, Paraopeba, Curvelo, Martinho Campos e Leandro Ferreira. Somente o município de Paraopeba, Curvelo, Martinho Campos e Leandro Ferreira. Somente o município de Papagaio concentra cerca de 80% do total da produção. Essas cidades formam a Papagaio concentra cerca de 80% do total da produção. Essas cidades formam a Província de ardósia de Minas Gerais, a maior reserva geológica mundial onde cerca Província de ardósia de Minas Gerais, a maior reserva geológica mundial onde cerca de 400 empresas de lavra e de beneficiamento exploram e tornam o setor de ardósias de 400 empresas de lavra e de beneficiamento exploram e tornam o setor de ardósias um dos principais segmentos socioeconômicos da região. Dados tecnológicos um dos principais segmentos socioeconômicos da região. Dados tecnológicos indicam que as ardósias dessa região competem em qualidade com os indicam que as ardósias dessa região competem em qualidade com os melhores produtos dos diversos jazimentos mundiais. Além dos custos melhores produtos dos diversos jazimentos mundiais. Além dos custos menores e maior produtividade na lavra, as ardósias brasileiras constituem um menores e maior produtividade na lavra, as ardósias brasileiras constituem um recurso mineral praticamente inesgotável (MPMSLATE, 2014).
recurso mineral praticamente inesgotável (MPMSLATE, 2014). A produção mundial de ardósi
A produção mundial de ardósias situa-se em 4 milhões de t/ano, sas situa-se em 4 milhões de t/ano, sendo de 1,1 milhãoendo de 1,1 milhão t/ano as transações no mercado internacional. No Brasil, a extração de ardósia no t/ano as transações no mercado internacional. No Brasil, a extração de ardósia no Brasil iniciou-se na década de 70 e atualmente Minas Gerais ocupa o segundo lugar Brasil iniciou-se na década de 70 e atualmente Minas Gerais ocupa o segundo lugar em termos de produção e exportação, atrás da
em termos de produção e exportação, atrás da Espanha e é também o segundo maiorEspanha e é também o segundo maior consumidor mundial, com a França ocupando a primeira posição consumidor mundial, com a França ocupando a primeira posição (COOPERARDOSIA, 2007).
(COOPERARDOSIA, 2007).
Segundo Chiodi Filho (2007), a produção brasileira de ardósia no ano de 2007 foi de Segundo Chiodi Filho (2007), a produção brasileira de ardósia no ano de 2007 foi de 900 mil toneladas, referente a todo material extraído e encaminhado para o 900 mil toneladas, referente a todo material extraído e encaminhado para o beneficiamento, enquanto que para 2008, a ABIROCHAS estimou uma produção beneficiamento, enquanto que para 2008, a ABIROCHAS estimou uma produção
nacional de 800 mil toneladas. Tomando-se como referência o ano de 2008, nacional de 800 mil toneladas. Tomando-se como referência o ano de 2008, calcula-se a geração de 480 mil toneladas de resíduos, na forma de cacos, cavacos e lama se a geração de 480 mil toneladas de resíduos, na forma de cacos, cavacos e lama de corte, acumulados nos bota-foras
de corte, acumulados nos bota-foras das serrarias nesse ano (FEAM, 2010). Segundodas serrarias nesse ano (FEAM, 2010). Segundo a Fundação Estadual do Meio Ambiente,
admitindo-a Fundadmitindo-ação Estadmitindo-aduadmitindo-al do Meio Ambiente, admitindo-admitindo-se que cercadmitindo-a de 20% do “rejeito”se que cerca de 20% do “rejeito” do beneficiamento refere-se a pó de
do beneficiamento refere-se a pó de serrada, temos uma geração de cerca de 100 milserrada, temos uma geração de cerca de 100 mil t anuais de pó de ardósia no Brasil (480 mil t x 0,2).
t anuais de pó de ardósia no Brasil (480 mil t x 0,2). A extração
A extração dos blocos de dos blocos de rochas para prrochas para produção de odução de chapas é fchapas é feito através eito através de serrasde serras de disco adiamantado e gera grande quantidade de resíduos na forma de lama de disco adiamantado e gera grande quantidade de resíduos na forma de lama composto basicamente de água, lubrificantes e rocha moída. Esse rejeito sem composto basicamente de água, lubrificantes e rocha moída. Esse rejeito sem aproveitamento acumula-se nos pátios, reservatórios e córregos, comprometendo o aproveitamento acumula-se nos pátios, reservatórios e córregos, comprometendo o meio ambiente (ABIROCHAS, 2012).
meio ambiente (ABIROCHAS, 2012).
Segundo Freitas (2012), a grande quantidade de rejeito proveniente do Segundo Freitas (2012), a grande quantidade de rejeito proveniente do beneficiamento da ardósia decorre da baixa recuperação de placas com beneficiamento da ardósia decorre da baixa recuperação de placas com aproveitamento industrial inferior a 15% do volume extraído. Pouco se tem feito na aproveitamento industrial inferior a 15% do volume extraído. Pouco se tem feito na melhoria desse quadro, como implementação de ações que visam minimizar os melhoria desse quadro, como implementação de ações que visam minimizar os impactos negativos ao meio ambiente, apesar da importância econômica da ardósia. impactos negativos ao meio ambiente, apesar da importância econômica da ardósia. A falta de pesq
A falta de pesquisa geológica, planeuisa geológica, planejamento de lavra e jamento de lavra e pesquisa tecnopesquisa tecnológica aplicadalógica aplicada na produção e exportação de ardósia são fatores que contribuem para geração de na produção e exportação de ardósia são fatores que contribuem para geração de problemas ambientais, como as grandes cavas abertas para extração,
problemas ambientais, como as grandes cavas abertas para extração, grandes pilhasgrandes pilhas de estéril e rejeitos, efluentes líquidos que contêm pó de serragem, cujo descarte é de estéril e rejeitos, efluentes líquidos que contêm pó de serragem, cujo descarte é realizado de forma inadequada, próximo às lavras ou unidades de beneficiamento realizado de forma inadequada, próximo às lavras ou unidades de beneficiamento (FEAM, 2010).
(FEAM, 2010). Algumas
Algumas pesquisas pesquisas tem tem utilizado utilizado a a ardósia ardósia na na produção produção de de materiais materiais cimentícioscimentícios visando a diminuição dos impactos ambientais provocados por esses resíduos e visando a diminuição dos impactos ambientais provocados por esses resíduos e melhorar as características do concreto. Segundo Dos-Santos et al. (2013), a melhorar as características do concreto. Segundo Dos-Santos et al. (2013), a utilização do rejeito de
utilização do rejeito de ardósia em porcentagens de até 15% ardósia em porcentagens de até 15% é favorável, aumentandoé favorável, aumentando a resistência da argamassa.
a resistência da argamassa. 3.4
3.4 Métodos de Determinação Métodos de Determinação da Atividade Pozolânicada Atividade Pozolânica
A
A atividade pozolânica atividade pozolânica consiste na consiste na capacidade de capacidade de reação reação entre a entre a sílica e sílica e a a aluminaalumina amorfa de um dado material pozolânico, com o hidróxido de cálcio, na presença de amorfa de um dado material pozolânico, com o hidróxido de cálcio, na presença de água. Esta reação origina a formação de silicatos e aluminatos de cálcio hidratados, água. Esta reação origina a formação de silicatos e aluminatos de cálcio hidratados,
que se desenvolvem na hidratação do cimento Portland (CALLEJAS, 1958; FARIA, que se desenvolvem na hidratação do cimento Portland (CALLEJAS, 1958; FARIA, 2004).
2004).
Segundo Vieira (2005), a sílica (SiO
Segundo Vieira (2005), a sílica (SiO22) e alumina (Al2O) e alumina (Al2O33) em sua fase amorfa são as) em sua fase amorfa são as
principais fases ativas das pozolanas, ou seja, é a estrutura amorfa ou desordenada principais fases ativas das pozolanas, ou seja, é a estrutura amorfa ou desordenada atomicamente do silício e alumínio presentes em sua composição que tornam o atomicamente do silício e alumínio presentes em sua composição que tornam o material pozolânico capaz de reagir com a cal e formar compostos de propriedades material pozolânico capaz de reagir com a cal e formar compostos de propriedades aglomerantes. A sílica em forma cristalina apresenta baixa reatividade, portanto, aglomerantes. A sílica em forma cristalina apresenta baixa reatividade, portanto, quanto mais cristalino o
quanto mais cristalino o material, menor a material, menor a reatividade. E, consequentemente, quantoreatividade. E, consequentemente, quanto maior for a estrutura amorfa da pozolana, maior será a combinação e velocidade de maior for a estrutura amorfa da pozolana, maior será a combinação e velocidade de reação com o hidróxido de cálcio
reação com o hidróxido de cálcio (MASSAZZA, 1993)(MASSAZZA, 1993)
Neville destaca (1997 apud WEBER, 2001) que para que a pozolana combine-se com Neville destaca (1997 apud WEBER, 2001) que para que a pozolana combine-se com o hidróxido de cálcio,
o hidróxido de cálcio, liberado pela hidratação do cimento Portland, e fliberado pela hidratação do cimento Portland, e forme os silicatosorme os silicatos estáveis com propriedades cimentantes, a pozolana deve se apresentar finamente estáveis com propriedades cimentantes, a pozolana deve se apresentar finamente dividida. As formas pelas quais as adições minerais influenciam as propriedades de dividida. As formas pelas quais as adições minerais influenciam as propriedades de concretos, argamassas e pastas são mais
concretos, argamassas e pastas são mais dependentes do tamanho, forma e texturadependentes do tamanho, forma e textura das partículas do que de sua composição química (MEHTA E MONTEIRO, 2008). A das partículas do que de sua composição química (MEHTA E MONTEIRO, 2008). A finura afeta a reatividade com a água,
finura afeta a reatividade com a água, pois sendo um material fino preenche os vazios,pois sendo um material fino preenche os vazios, apresentando o efeito secundário de filler (JOHN et al., 2003).
apresentando o efeito secundário de filler (JOHN et al., 2003).
Segundo Massazza (1993) dois parâmetros essenciais baseiam a atividade Segundo Massazza (1993) dois parâmetros essenciais baseiam a atividade pozolânica: a quantidade máxima de hi
pozolânica: a quantidade máxima de hidróxido de cálcio que dróxido de cálcio que uma pozolana consomeuma pozolana consome e a velocidade com que essa
e a velocidade com que essa reação ocorre, sendo ambos os parâmetros diretamentereação ocorre, sendo ambos os parâmetros diretamente relacionados com as características físicas e químicas da pozolana.
relacionados com as características físicas e químicas da pozolana.
O potencial pozolânico de um dado material pode ser estimado por vários métodos, O potencial pozolânico de um dado material pode ser estimado por vários métodos, de forma a quantificar ou qualificar a reatividade de uma adição com o cimento de forma a quantificar ou qualificar a reatividade de uma adição com o cimento Portland através da medição de propriedades mecânicas, físicas e químicas. A Portland através da medição de propriedades mecânicas, físicas e químicas. A classificação dos métodos utilizados se dá como diretos ou
classificação dos métodos utilizados se dá como diretos ou indiretos.indiretos.
Os métodos diretos monitoram a presença de hidróxido de cálcio e sua variação no Os métodos diretos monitoram a presença de hidróxido de cálcio e sua variação no tempo ao longo da reação
tempo ao longo da reação pozolânica, usando métodos analíticos como a difração depozolânica, usando métodos analíticos como a difração de raios X, análise termogravimétrica ou métodos químicos (DONATELLO, 2010). Já os raios X, análise termogravimétrica ou métodos químicos (DONATELLO, 2010). Já os métodos indiretos avaliam as variações de uma propriedade física, por exemplo, a métodos indiretos avaliam as variações de uma propriedade física, por exemplo, a resistência à compressão, condutividade elétrica ou libertação de calor por resistência à compressão, condutividade elétrica ou libertação de calor por calorimetria. Geralmente, os resultados dos métodos indiretos são validados pelos calorimetria. Geralmente, os resultados dos métodos indiretos são validados pelos métodos diretos, confirmando a ocorrência de reatividade pozolânica (DONATELLO, métodos diretos, confirmando a ocorrência de reatividade pozolânica (DONATELLO, 2010).
3.4.1
3.4.1 Método Método Chapelle Chapelle ModificadoModificado
É um método químico que avalia a quantidade de óxido de cálcio (CaO) que reage É um método químico que avalia a quantidade de óxido de cálcio (CaO) que reage com uma dada pozolana. A pozolanicidade do material é determinada pela
com uma dada pozolana. A pozolanicidade do material é determinada pela quantidadequantidade de cal fixada pela
de cal fixada pela pozolana, através da comparação de uma mistura dpozolana, através da comparação de uma mistura d e pozolana come pozolana com óxido de cálcio com outra sem pozolana. As misturas são mantidas à eb
óxido de cálcio com outra sem pozolana. As misturas são mantidas à eb ulição (90°C),ulição (90°C), durante 16 horas em equipamento padronizado para o ensaio e, em seguida, durante 16 horas em equipamento padronizado para o ensaio e, em seguida, determina-se a quantidade de óxido de cálcio que
determina-se a quantidade de óxido de cálcio que não reagiu. A quantidade de óxidonão reagiu. A quantidade de óxido de cálcio consumido representa a reatividade do material e segundo Ferraz (2012), é de cálcio consumido representa a reatividade do material e segundo Ferraz (2012), é uma metodologia simples, rápida e eficiente de
uma metodologia simples, rápida e eficiente de determinar a reatividade pozolânica.determinar a reatividade pozolânica. Este ensaio foi desenvolvido por J. Chapelle (1958) e posteriormente Benoit e Largent Este ensaio foi desenvolvido por J. Chapelle (1958) e posteriormente Benoit e Largent efetuaram algumas alterações relacionadas ao nível da temperatura, à duração do efetuaram algumas alterações relacionadas ao nível da temperatura, à duração do ensaio e introduziram a agitação constante.
ensaio e introduziram a agitação constante.
Segundo o Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo (IPT) o procedimento Segundo o Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo (IPT) o procedimento consiste em manter em ebulição, durante 16 horas, uma mistura de 1 g de óxido de consiste em manter em ebulição, durante 16 horas, uma mistura de 1 g de óxido de cálcio, 1g de pozolana e água. O resultado é determinado por titulometria (titulação cálcio, 1g de pozolana e água. O resultado é determinado por titulometria (titulação ácido-base) e expresso pela quantidade de óxido de cálcio consumido ou fixado por ácido-base) e expresso pela quantidade de óxido de cálcio consumido ou fixado por grama de material pozolânico (mg CaO/g pozolana), sendo a
grama de material pozolânico (mg CaO/g pozolana), sendo a precisão de ±5%. Quantoprecisão de ±5%. Quanto maior consumo de óxido de cálcio, maior a pozolanicidade do material (SANTOS, maior consumo de óxido de cálcio, maior a pozolanicidade do material (SANTOS, 2006). É considerado pozolânico quando apresenta um
2006). É considerado pozolânico quando apresenta um índice de consumo mínimo deíndice de consumo mínimo de 330 mg de CaO/g da amostra.
330 mg de CaO/g da amostra.
Rêgo (2001) opõe-se a este princípio argumentando que o hidrato formado nessas Rêgo (2001) opõe-se a este princípio argumentando que o hidrato formado nessas condições (alta temperatura) não tem a
condições (alta temperatura) não tem a mesma natureza e nem a mesma solubilimesma natureza e nem a mesma solubilidadedade daquele formado à temperatura ambiente.
daquele formado à temperatura ambiente. 3.4.2
3.4.2 Análise Análise TérmicaTérmica
Análise
Análise Térmica Térmica é é um um termo termo que que abrange abrange um um grupo grupo de de técnicas técnicas nas nas quais quais umauma propriedade física ou química de uma substância, ou de seus produtos de reação, é propriedade física ou química de uma substância, ou de seus produtos de reação, é monitorada em função do tempo ou temperatura, enquanto a temperatura da amostra, monitorada em função do tempo ou temperatura, enquanto a temperatura da amostra, sob uma atmosfera específica, é submetida a uma programação controlada. Essa sob uma atmosfera específica, é submetida a uma programação controlada. Essa definição foi originalmente proposta pelo Comitê de Nomenclatura da Confederação definição foi originalmente proposta pelo Comitê de Nomenclatura da Confederação
Internacional de Análises Térmicas (ICTA). A Figura 1 ilustra
Internacional de Análises Térmicas (ICTA). A Figura 1 ilustra duas técnicas de análiseduas técnicas de análise térmica muito utilizadas.
térmica muito utilizadas.
Figura 1
Figura 1 - - Técnicas Técnicas de Análise de Análise TérmicaTérmica
Uma das técnicas termo-analíticas é a Termogravimetria (DTA e DTG), na qual a Uma das técnicas termo-analíticas é a Termogravimetria (DTA e DTG), na qual a variação da massa de uma amostra é medida em função da temperatura, enquanto variação da massa de uma amostra é medida em função da temperatura, enquanto esta é submetida à uma programação controlada da temperatura. As curvas analise esta é submetida à uma programação controlada da temperatura. As curvas analise termogravimétrica (TGA) e termogravimétrica derivada (DTG) são tipicamente termogravimétrica (TGA) e termogravimétrica derivada (DTG) são tipicamente representadas como na Figura 2.
representadas como na Figura 2.
Figura 2 - Gráfico de TGA (vermelho) e DTG (azul) Figura 2 - Gráfico de TGA (vermelho) e DTG (azul)
A
A ordenada ordenada é é apresentada apresentada usualmente usualmente em em percentual percentual de de massa massa wt%, wt%, ao ao invés invés dada massa total, proporcionando assim uma fácil comparação entre várias curvas em uma massa total, proporcionando assim uma fácil comparação entre várias curvas em uma base normalizada.
base normalizada.
A forma comum de anális
A forma comum de análise da curva termograve da curva termogravimétrica é traçando os dados da imétrica é traçando os dados da perdaperda de massa da amostra no eixo das ordenadas pelo aumento da temperatura ou ao de massa da amostra no eixo das ordenadas pelo aumento da temperatura ou ao longo do tempo no eixo das abscissas. Para facilitar a identificação de um composto longo do tempo no eixo das abscissas. Para facilitar a identificação de um composto a partir de um determinado trecho é obtida a curva derivada a primeira em relação à a partir de um determinado trecho é obtida a curva derivada a primeira em relação à curva de perda de massa. Para os tr
curva de perda de massa. Para os trechos da curva de perda de massa em que houverechos da curva de perda de massa em que houver uma mudança na inclinação, resultará na curva derivada a primeira, picos que uma mudança na inclinação, resultará na curva derivada a primeira, picos que representam uma decomposição (ou reação) de um determinado composto químico representam uma decomposição (ou reação) de um determinado composto químico (NITA E JOHN, 2007).
(NITA E JOHN, 2007).
Sabendo-se que diferentes compostos químicos se transformam em diferentes Sabendo-se que diferentes compostos químicos se transformam em diferentes temperaturas características e conhecendo-se aproximadamente a composição temperaturas características e conhecendo-se aproximadamente a composição química do material é possível quantificar a presença de fases pela perda de massa química do material é possível quantificar a presença de fases pela perda de massa a dada temperatura. Segundo Ramachandran (1979) é um dos métodos mais a dada temperatura. Segundo Ramachandran (1979) é um dos métodos mais difundidos para a determinação do consumo de hidróxido de cálcio, Ca(OH)
difundidos para a determinação do consumo de hidróxido de cálcio, Ca(OH)22, pela, pela
reação pozolânica das adições minerais no concreto. A atividade pozolânica é reação pozolânica das adições minerais no concreto. A atividade pozolânica é avaliada em função do teor de
avaliada em função do teor de hidróxido de cálcio remanescente.hidróxido de cálcio remanescente.
Por meio das técnicas DTA e DTG, pode-se observar que os produtos hidratados Por meio das técnicas DTA e DTG, pode-se observar que os produtos hidratados presentes na matriz perdem a água quimicamente combinada em picos presentes na matriz perdem a água quimicamente combinada em picos característicos. O hidróxido de
característicos. O hidróxido de cálcio livre presente em pastas de cálcio livre presente em pastas de cimento hidratadascimento hidratadas se decompõe termicamente e perde água em um processo de desidratação que, de se decompõe termicamente e perde água em um processo de desidratação que, de acordo com Taylor (1997), ocorre na faixa de temperatura entre 380 e
acordo com Taylor (1997), ocorre na faixa de temperatura entre 380 e 550 °C. Através550 °C. Através da análise da curva de termogravimetria (TG) é possível avaliar o teor água da análise da curva de termogravimetria (TG) é possível avaliar o teor água quimicamente combinada relativa ao hidróxido de cálcio, Ca(OH)
quimicamente combinada relativa ao hidróxido de cálcio, Ca(OH)22 livre, presente em livre, presente em
pastas de cimento hidratadas em que parte do cimento Portland foi parcialmente pastas de cimento hidratadas em que parte do cimento Portland foi parcialmente substituído por materiais pozolânicos, caracterizando a
substituído por materiais pozolânicos, caracterizando a reação pozolânica.reação pozolânica. De acordo com Marsh e Day (1998) e
De acordo com Marsh e Day (1998) e Massaza (1998) as técnicas de análise térmicaMassaza (1998) as técnicas de análise térmica e termogravimétrica podem ser utilizadas em materiais cimentícios com adições e termogravimétrica podem ser utilizadas em materiais cimentícios com adições minerais dado que os sais hidratados formados pelo cimento Portland e os formados minerais dado que os sais hidratados formados pelo cimento Portland e os formados pela reação pozolânica possuem composição química muito
pela reação pozolânica possuem composição química muito próxima. Roszczynialskipróxima. Roszczynialski (2001) afirma que a composição química aproximada do hidróxido de cálcio é (2001) afirma que a composição química aproximada do hidróxido de cálcio é semelhante para o cimento hidratado com ou sem adição de pozolana, facilitando a semelhante para o cimento hidratado com ou sem adição de pozolana, facilitando a
comparação, na termogravimetria, da perda de água referente à portlandita presente comparação, na termogravimetria, da perda de água referente à portlandita presente em pastas de cimento com adições minerais.
em pastas de cimento com adições minerais.
Taylor (1997) diz que a temperatura em que ocorre o início do desprendimento da Taylor (1997) diz que a temperatura em que ocorre o início do desprendimento da água do hidróxido de cálcio situa-se em 380ºC, sendo praticamente decomposto na água do hidróxido de cálcio situa-se em 380ºC, sendo praticamente decomposto na temperatura de 550ºC com total perda de água de sua estrutura química. Ou seja, é temperatura de 550ºC com total perda de água de sua estrutura química. Ou seja, é nessa faixa que se pode observar que o produto hidratado estudado, hidróxido de nessa faixa que se pode observar que o produto hidratado estudado, hidróxido de cálcio, perde água quimicamente combinada em picos característicos. Assim, a cálcio, perde água quimicamente combinada em picos característicos. Assim, a determinação da atividade pozolânica se dá com a diminuição desse pico ao longo do determinação da atividade pozolânica se dá com a diminuição desse pico ao longo do envelhecimento, representando o consumo de hidróxido de cálcio.
envelhecimento, representando o consumo de hidróxido de cálcio.
O equipamento utilizado na análise termogravimétrica é basicamente constituído por O equipamento utilizado na análise termogravimétrica é basicamente constituído por uma microbalança, um forno, termopares e um sistema de fluxo de gás, conforme uma microbalança, um forno, termopares e um sistema de fluxo de gás, conforme detalhe na Figura 3.
detalhe na Figura 3.
Figura 3 -
Figura 3 - Equipamento de TermogravimetriaEquipamento de Termogravimetria A
A análise análise térmica térmica diferencial diferencial (DTA) (DTA) é é a a técnica técnica na na qual qual a a diferença diferença de de temperaturatemperatura entre uma substância e um material de
entre uma substância e um material de referência é medida em função da temperatura,referência é medida em função da temperatura, enquanto a substância e o material de
enquanto a substância e o material de referência são submetidos a uma programaçãoreferência são submetidos a uma programação controlada de temperatura. No procedimento, a amostra e o material de referê
submetidos à mesma programação de aquecimento monitorada pelos sensores de submetidos à mesma programação de aquecimento monitorada pelos sensores de temperatura, geralmente termopares. A referência pode ser alumina em pó, ou temperatura, geralmente termopares. A referência pode ser alumina em pó, ou simplesmente a cápsula vazia.
simplesmente a cápsula vazia. Ao longo do
Ao longo do programa de aquecimento a programa de aquecimento a temperatura da amostra e temperatura da amostra e da referência seda referência se mantém iguais até que ocorra alguma alteração física ou química na amostra. Se a mantém iguais até que ocorra alguma alteração física ou química na amostra. Se a reação for exotérmica, a amostra irá liberar calor, ficando por um curto período de reação for exotérmica, a amostra irá liberar calor, ficando por um curto período de tempo, com uma temperatura maior que a referência. Do mesmo modo, se a reação tempo, com uma temperatura maior que a referência. Do mesmo modo, se a reação for endotérmica a temperatura da amostra será temporariamente menor que a for endotérmica a temperatura da amostra será temporariamente menor que a referência. Mudanças na amostra tais como fusão, solidificação e cristalização são referência. Mudanças na amostra tais como fusão, solidificação e cristalização são então registradas sob a forma de picos, conforme Figura 4, sendo a variação na então registradas sob a forma de picos, conforme Figura 4, sendo a variação na capacidade calorífica da amostra registrada como um deslocamento da linha base. capacidade calorífica da amostra registrada como um deslocamento da linha base.
Figura 4 - Curva típica de uma análise térmica diferencial Figura 4 - Curva típica de uma análise térmica diferencial Onde:
Onde:
a) Variação da capacidade calorífica a) Variação da capacidade calorífica b) Reação exotérmica
b) Reação exotérmica c) Reação endotérmica c) Reação endotérmica A curva DT
A curva DTA é entãA é então registrada to registrada tendo a tendo a temperatura ou emperatura ou o tempo no tempo na abscissaa abscissa, e μV , e μV nana ordenada (diferença de temperatura).
O uso principal da DTA é detectar a temperatura inicial dos processos térmicos e O uso principal da DTA é detectar a temperatura inicial dos processos térmicos e qualitativamente caracterizá-los como endotérmico e exotérmico. Este tipo de qualitativamente caracterizá-los como endotérmico e exotérmico. Este tipo de informação, fazem este método particularmente
informação, fazem este método particularmente valioso na determinação do valioso na determinação do consumoconsumo de hidróxido de cálcio. Picos endotérmicos entre 500 e 600°C estão associados à de hidróxido de cálcio. Picos endotérmicos entre 500 e 600°C estão associados à portlandita (Ca(OH)
portlandita (Ca(OH)22) residual. Dessa forma, quanto menor é a área do pico do) residual. Dessa forma, quanto menor é a área do pico do
hidróxido de cálcio, consequentemente, maior é o consumo de hidróxido de cálcio e hidróxido de cálcio, consequentemente, maior é o consumo de hidróxido de cálcio e maior o potencial pozolânico (MANFROI et al., 2010).
maior o potencial pozolânico (MANFROI et al., 2010). 3.4.3
3.4.3 Difração Difração de de Raios Raios XX
A análise po
A análise por difração de r difração de raios-X representa raios-X representa o fenômeno o fenômeno de interação de interação entre o entre o feixe defeixe de raios-X incidente e os elétrons dos átomos componentes de um material. Segundo raios-X incidente e os elétrons dos átomos componentes de um material. Segundo Gobbo (2003), a técnica consiste na incidência da radiação em uma amostra e na Gobbo (2003), a técnica consiste na incidência da radiação em uma amostra e na detecção dos
detecção dos fótons difratados, que consfótons difratados, que constituem o feixe difratado. tituem o feixe difratado. O feixe difratado O feixe difratado éé normalmente expresso através de picos registrados num espectro de intensidade normalmente expresso através de picos registrados num espectro de intensidade versus o ângulo, constituindo o padrão difratométrico ou difratograma, sendo que cada versus o ângulo, constituindo o padrão difratométrico ou difratograma, sendo que cada composto cristalino apresenta um padrão difratométrico
composto cristalino apresenta um padrão difratométrico característico, permitindo suacaracterístico, permitindo sua identificação através das posições angulares e intensidades relativas dos picos identificação através das posições angulares e intensidades relativas dos picos difratados.
difratados.
No estudo de agregados policristalinos através do método do pó, a amostra é No estudo de agregados policristalinos através do método do pó, a amostra é pulverizada, fixada a um porta-amostra por prensagem e submetida a um feixe de pulverizada, fixada a um porta-amostra por prensagem e submetida a um feixe de raios-x monocromático. Cada partícula deste pó vai se comportar como um pequeno raios-x monocromático. Cada partícula deste pó vai se comportar como um pequeno cristal, com orientação aleatória em relação ao feixe de raios-x incidente. O cristal, com orientação aleatória em relação ao feixe de raios-x incidente. O inconveniente da técnica é a
inconveniente da técnica é a sobreposição de reflexões dos componentes, misturandosobreposição de reflexões dos componentes, misturando as informações contidas na intensidade e dificultando a análise de um material com as informações contidas na intensidade e dificultando a análise de um material com número excessivo de compostos cristalinos. A
número excessivo de compostos cristalinos. A identificação das substâncias é obtidaidentificação das substâncias é obtida através da comparação dos espectros observados com padrões de espectros de fases através da comparação dos espectros observados com padrões de espectros de fases individuais disponibilizados pelo ICDD (International Center for
individuais disponibilizados pelo ICDD (International Center for Diffraction Data).Diffraction Data). A
A técnica técnica da da difração difração de de raios raios x x é é tradicionalmente tradicionalmente utilizada utilizada para para identificação identificação dede fases, em caráter qualitativo, e na determinação das proporções das fases de uma fases, em caráter qualitativo, e na determinação das proporções das fases de uma mistura, propiciando também uma análise quantitativa. É uma prática que tem sido mistura, propiciando também uma análise quantitativa. É uma prática que tem sido impulsionada por avanços nos sistemas computacionais (GOBBO, 2009).
