CAROLINE BRUNE
UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO DE CERÂMICA VERMELHA COMO
SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO CIMENTO EM CONCRETOS
Ijuí 2017
UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO DE CERÂMICA VERMELHA COMO
SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO CIMENTO EM CONCRETOS
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. Me. Lucas Fernando Krug
Ijuí 2017
CAROLINE BRUNE
UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO DE CERÂMICA VERMELHA COMO
SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO CIMENTO EM CONCRETOS
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.
Ijuí, 14 de julho de 2017.
Prof. Lucas Fernando Krug Mestre pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS - Orientador
BANCA EXAMINADORA
Prof. Eder Claro Pedrozo. Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria - UFSM
Prof. Lucas Fernando Krug Mestre pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS
Aos meus pais, Ademir e Louvane, pelo exemplo, amor, incentivo е apoio incondicional.
É difícil conseguir agradecer a todas as pessoas que, de algum modo, se fizeram presente em minha vida durante toda a minha graduação, então primeiramente, obrigada a todos de coração.
Agradeço principalmente aos meus pais pelo apoio de sempre, e por todos os sacrifícios feitos por mim, espero poder retribuí-los em breve.
Agradeço a todos meus professores que me proporcionaram a construção do conhecimento ao longo da minha graduação.
Agradeço, imensamente ao meu orientador Professor Mestre Lucas Fernando Krug, por todo o seu conhecimento, por todas as orientações e dedicação para a elaboração deste trabalho.
Agradeço, aos alunos voluntários, do curso da Engenharia Civil, Caio Vasconselos, Diego Consatti e Jessé Felipe Valandro, por toda ajuda nos ensaios desenvolvidos no decorrer da pesquisa e também a equipe do Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ –LEC.
A todos os amigos que fiz durante o curso, agradeço pelo apoio e companheirismo ao longo desses anos de jornada acadêmica.
do cimento em concretos. 2017. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil,
Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2017.
A construção civil é um dos setores que gera maior impacto ambiental devido ao uso de matéria prima em larga escala. Diante disso, há uma imensa preocupação com o meio ambiente e a escassez dos recursos naturais, que tem levado a busca de alternativas para desenvolver um crescimento mais sustentável. Dentro deste contexto, a reciclagem e a reutilização de resíduos tem sido uma alternativa viável para a diminuição dos impactos causados pelo consumo desordenado de matéria prima e também pela redução das áreas de disposição dos materiais que são utilizados. Um grande exemplo disso são os resíduos da cerâmica vermelha provenientes da construção civil. Visando isto, o presente trabalho tem por objetivo apresentar os resultados de um estudo de incorporação de resíduos da cerâmica vermelha e como agem no desempenho do concreto como substituição parcial do cimento. Foram moldadas amostras de concretos contendo a substituição do cimento por RC (0%, 15% e 25%) em peso. Estes traços de substituição foram avaliados através de ensaios de resistência a compressão simples, resistência a tração por compressão diametral e absorção por capilaridade. Em relação ao desempenho mecânico dos concretos analisados, apesar da substituição parcial do cimento em teores de 15% e 25% tenha provocado uma diminuição da resistência à compressão simples, esta redução não foi proporcional ao teor de substituição empregado, haja vista que na última idade analisada (77 dias), amostras contendo 15% e 25% de substituição ainda detiveram 88% e 74%, respectivamente, da resistência da amostra de controle. Para a resistência a tração por compressão diametral, as amostras detiveram 80% e 68%, respectivamente, da resistência da amostra de referência. Verificou-se que o RC carece de estudos em suas propriedades para a sua utilização como substituição do cimento no concreto, para isso, novas pesquisas são sugeridas para determinar a sua viabilidade.
BRUNE, Caroline. Use of red ceramic waste as partial replacement of cement in concretes. 2017. Work Completion of course. Course of Civil Engineering, Regional State University Northwest Rio Grande do Sul - UNIJUÍ, Ijuí, 2017.
The civil construction is one of the sectors that generates greater environmental impact due to the use of raw material in large scale. Given this, there is an immense concern with the environment and the scarcity of natural resources, which has led to the search for alternatives to develop a more sustainable growth. And within this context, the recycling and reuse of waste has been a viable alternative for reducing the impacts caused by the disordered consumption of raw material and by reducing the disposal areas of the materials that are used. A great example of this is the waste from the red ceramics coming from civil construction. Aiming at this, the present work aims to present the results of a study of the incorporation of red ceramic residues and how they act in the performance of the concrete as partial replacement of the cement. Concrete samples containing cement replacement were made by RC (0%, 15% and 25%) by weight. These traces of substitution were evaluated through tests of resistance to simple compression, tensile strength by diametrical compression and absorption by capillarity. In relation to the mechanical performance of the concretes analyzed, although the partial replacement of the cement at a content of 15% and 25% caused a decrease in the resistance to simple compression, this reduction was not proportional to the substitution content employed, since at the last age analyzed (77 days), samples containing 15% and 25% of substitution still retained 88% and 74%, respectively, of the resistance of the control sample. For the diametral compression tensile strength, the samples had 80% and 68%, respectively, of the resistance of the reference sample. It was verified that the RC lacks studies on its properties for its use as cement substitution in concrete, for which further research is suggested to determine its viability.
Gráfico 1 – Resistência a compressão das Argamassas A e B. ... 63
Gráfico 2 – Resistencia a compressão simples ... 65
Gráfico 3 – Resistência à tração por compressão diametral. ... 67
Figura 1 – Trabalhabilidade de concretos com substituição de cimento por RC. ... 38
Figura 2 – Calor de hidratação X % de material pozolânico. ... 40
Figura 3 – Resistência à compressão simples de CP’s curados à temperatura ambiente. ... 41
Figura 4 – Resíduo recolhido em obra. ... 46
Figura 5 – Britador utilizado para a moagem do material cerâmico. ... 47
Figura 6 – Ábaco para a determinação de relação a/c. ... 50
Figura 7 – Ensaio de tração por compressão diametral. ... 59
Figura 8 – Aditivo Plasmix B 250. ... 61
Figura 9 – Rompimento do corpo de prova. ... 64
Figura 10 – Ensaio de resistência a compressão diametral. ... 66
Quadro 1 – Classificação dos resíduos de construção civil. ... 33
Quadro 2 – Consumo de água aproximado (l/m³). ... 50
Quadro 3 – Volume compactado seco de agregado graúdo por m³ de concreto. ... 51
Quadro 4 – Corpos de prova para os ensaios ... 54
Quadro 5 – Quantitativo de material calculado. ... 56
Quadro 6 – Slump test e massa especifica. ... 57
Quadro 7 – Quantidade de material por m³ a ser utilizado. ... 57
Quadro 8 – Proporção de material para cada mistura de argamassa. ... 62
Tabela 1 – Resultados obtidos no ensaio de início e fim de pega. ... 39 Tabela 2 – Resistência à tração por compressão diametral aos 28 dias. ... 41 Tabela 3 – Absortividade das argamassas contendo resíduo cerâmico segundo a temperatura de cura... 42
Equação 1 – Obtenção do traço. ... 32
Equação 2 – Determinação da resistência média do concreto. ... 49
Equação 3 – Determinação do consumo de cimento. ... 51
Equação 4 – Determinação do consumo de agregado graúdo ... 52
Equação 5 – Determinação do volume de agregado miúdo ... 52
Equação 6 – Determinação do consumo de agregado miúdo ... 52
Equação 7 – Obtenção do traço ... 53
Equação 8 – Determinação da massa especifica do concreto ... 55
Equação 9 – Determinação da resistência a compressão. ... 58
Equação 10 – Determinação da resistência à tração por compressão diametral. ... 59
a/c Relação água cimento em massa
ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
C Consumo de cimento
Ca Consumo de água
Cb Consumo de agregado graúdo
CP Corpo de prova
Cm Consumo de agregado miúdo
Dmáx Dimensão Máxima Característica
fc Resistencia à Compressão
LEC Laboratório de Engenharia Civil
MF Modulo de Finura
MPa Megapascal
NBR Norma Brasileira de Regulamentação
NM Norma Mercosul
RC Resíduo Cerâmico
RCD Resíduo da construção e demolição
1 INTRODUÇÃO ... 17 1.1 CONTEXTO ... 18 1.2 PROBLEMA ... 19 1.2.1 Questão de pesquisa ... 20 1.2.2 Objetivos de pesquisa ... 20 1.3 DELIMITAÇÃO ... 20 2 EMBASAMENTO TEÓRICO ... 21
2.1 Concreto de cimento Portland ... 21
2.1.1 Cimento Portland ... 22
2.1.2 Agregados ... 24
2.1.2.1 Agregados Graúdos (Britas) ... 26
2.1.2.2 Agregados Miúdos (Areia) ... 26
2.1.3 Água ... 27
2.1.4 Adições e aditivos ... 28
2.1.4.1 Adições ... 28
2.1.4.2 Aditivos ... 30
2.2 MÉTODO DE Dosagem de concreto ... 31
2.3 Resíduo da construção e demolição (RCD) ... 32
2.3.1 Resíduo de Cerâmica Vermelha ... 34
2.4 Concreto com substituição do cimento por resíduo cerâmico ... 35
2.4.1 Índice de Atividade Pozolânica ... 36
2.4.2 Influência da adição do resíduo de cerâmica vermelha no estado fresco... 38
2.4.2.1 Trabalhabilidade ... 38
2.4.2.2 Tempo de pega ... 38
2.4.3.1 Resistência a Compressão ... 40
2.4.3.2 Resistência a Tração ... 41
2.4.3.3 Absorção por capilaridade ... 42
3 METODOLOGIA ... 43
3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA ... 43
3.2 DELINEAMENTO ... 44
3.3 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS ... 44
3.3.1 Cimento ... 45
3.3.2 Agregado miúdo ... 45
3.3.3 Resíduo da Construção e Demolição – Resíduo cerâmico ... 46
3.3.4 Agregado graúdo ... 48
3.3.5 Água ... 48
3.4 CÁLCULO DE DOSAGEM PELO METODO DA ABCP ... 48
3.4.1 Fixação da relação água/cimento (a/c) ... 49
3.4.2 Determinação aproximada do consumo de água do concreto (Ca) ... 50
3.4.3 Determinação do consumo de cimento (C) ... 51
3.4.4 Determinação do consumo de agregado graúdo (Cb) ... 51
3.4.5 Determinação do consumo de agregado miúdo (Cm) ... 52
3.4.6 Apresentação do traço do concreto ... 53
3.5 PROCEDIMENTO PARA A REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS ... 53
3.5.1 Moldagem dos corpos de prova ... 54
3.5.1.1 Volume necessário para a produção do Corpos de Prova ... 56
3.5.1.2 Quantidade de cada material a ser utilizado ... 56
3.5.2 Resistência a compressão simples ... 58
4 RESULTADOS ... 64
4.1 RESISTêNCIA à COMPRESSÃO SIMPLES ... 64
4.2 RESISTÊNCIA À Tração por Compressão Diametral ... 66
4.3 ABSORÇÃO POR CAPILARIDADE ... 68
5 CONCLUSÕES ... 70
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS ... 72
ANEXO A – CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO MIUDO NATURAL ... 78
ANEXO B – CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO GRAÚDO ... 79
ANEXO C – CARACTERIZAÇÃO DO RESÍDUO CERÂMICO ... 80
ANEXO D – ESPECIFICAÇÕES DO ADITIVO PLASMIX B 250 ... 81
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1 INTRODUÇÃO
A indústria da construção civil é responsável por efeitos causados no ambiente, no meio social e meio econômico consideráveis (KARPINSKI et al., 2009). O setor também é reconhecido como um dos mais importantes em atividades para o desenvolvimento econômico e social, mas, se apresenta como grande geradora de impactos ambientais, pelo alto consumo de recursos naturais, pela modificação da paisagem ou pela grande geração de resíduos. O setor tem o importante desafio de conciliar uma atividade produtiva dessa amplitude com condições que conduzam a um desenvolvimento sustentável consciente e menos agressivo ao meio ambiente (PINTO, 2005).
A cadeia produtiva da construção civil é responsável por uma quantidade considerável de resíduos de construção depositados em encostas de rios, vias e logradouros públicos, criando locais de deposições irregulares nos municípios. Esses resíduos comprometem a paisagem urbana, invadem pistas, dificultam o tráfego de pedestres e de veículos, como também a drenagem urbana; além de propiciar a atração de resíduos não inertes, com multiplicação de vetores de doenças e degradação de áreas urbanas, o que afeta a qualidade de vida da sociedade como um todo (KARPINSKI et al., 2009).
Segundo Karpinski et al. (2009), o setor da construção civil apresenta grandes volumes de materiais e de atividades nos canteiros de obras, o que acaba gerando um elevado índice de resíduos que são produzidos nas áreas urbanas, depositados de maneira indistinta e desregrada em locais de fácil acesso, como em terrenos baldios.
Segundo Camargo (1995), a construção civil é o único setor que é capaz de consumir perto do total dos resíduos que produz. Enquanto outros vários setores industriais diminuem a quantidade de matérias-primas, a engenharia civil não pode reduzir o volume dos materiais necessários para edificar uma obra sem comprometer a qualidade e a durabilidade da construção. Em razão disso, é necessário encontrar alternativas para o destino dos resíduos, com formas práticas de reciclagem na própria obra ou em usinas implantadas para esse fim.
De acordo com Pimentel (2013), o crescimento do setor da construção civil contribui para o desenvolvimento urbano, normalmente trazendo benefícios para a sociedade. Mas, sem o controle
adequado, pode acarretar efeitos prejudiciais significativos e preocupantes, gerando resíduos nas obras, os quais, quando mal administrados, ao saírem dos canteiros de obras, são depostos em locais inadequados, agredindo o meio ambiente. Essas deposições causam, muitas vezes, desastrosos e irreparáveis danos à sociedade, e, para serem reparados, necessitam de elevados investimentos. As agressões ao meio ambiente e o consumo excessivo dos recursos naturais, a exemplo da retirada de areia dos rios e de pedras das jazidas, quando em grande escala, podem também degradar o meio ambiente, destruindo as jazidas minerais.
1.1 CONTEXTO
Segundo Garcia et al. (2014), a utilização de adições minerais para a produção de cimentos ou concretos com o objetivo de aprimorar o desempenho e a durabilidade desses materiais tem aumentado significativamente nos últimos anos, sendo que fatores econômicos e ambientais cumprem um papel importante nesse crescimento. Além de vantagens com a diminuição de custos, as adições minerais conferem maior sustentabilidade na cadeia produtiva do cimento, pois possibilitam a reutilização de subprodutos ou resíduos industriais, reduz as emissões perigosas lançadas na atmosfera durante a sua fabricação, bem como minimiza o gasto de energia e, por vezes, o consumo de recursos naturais não renováveis.
O resíduo de cerâmica vermelha é uma mistura constituída por blocos cerâmicos, telhas cerâmicas, etc. A redução e o reaproveitamento desse material pode minimizar o consumo de recursos naturais e energéticos, o que significa a também uma redução de gastos. (SALES E ALFRES FILHO, 2014).
A pesquisa realizada por Bonfante, Mistura e Naime (2002), (apud BERNARDES, 2006) observou que 83% dos resíduos produzidos possuem uma possível reutilização na construção civil. Esses resíduos são compostos por 38% de restos de tijolos, acompanhados de 15% de restos de concreto, 20% de solo e areia, e podendo ser aproveitados na própria obra, se for seguido de um controle rigoroso de qualidade.
Um estudo concretizado por Sales e Alferes Filho (2014) feito para avaliar o desempenho do concreto, onde foram produzidas misturas com substituição de 10%, 20% e 40% do cimento
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pela adição de pó de resíduo cerâmico e este obtido mais especificamente blocos de vedação que foram moídos e utilizados para os ensaios. Os resultados do ensaio de resistência à compressão foram realizados, e mostrou que houve uma diminuição de 11% dessa propriedade aos 28 dias, para a substituição de 10% do cimento; mas houve um acréscimo de 11% da resistência para a amostra feita com substituição de 20% do cimento; e uma redução de 17% para a substituição de 40% do cimento.
1.2 PROBLEMA
De acordo com Morais (2006), o descarte irregular de qualquer resíduo da construção civil pelas vias, provoca impactos significativos no meio ambiente urbano, pois danifica a paisagem do local e também compromete a circulação de pedestres e veículos, causando uma ameaça à segurança dos que por ali circulam.
Em um estudo feito por John (2000) estima que o Brasil, no setor de construção consome cerca de 210 milhões de toneladas de agregados naturais por ano exclusivamente para a produção de concretos e argamassas. Ainda segundo o autor, ele assegura que o volume de recursos naturais empregados pela construção civil, muitos deles não-renováveis, corresponde a pelo menos um terço do total consumido anualmente por toda a sociedade e que, dos 40% da energia consumida mundialmente pela construção civil, aproximadamente 80% concentra-se no beneficiamento, produção e no transporte de materiais, alguns deles também causadores de emissões que provocam o aquecimento global, chuva ácida e poluição do ar.
É imprescindível a destinação correta dos resíduos que são produzidos, mas primeiramente também se torna essencial ações que visam à diminuição diretamente da fonte geradora, ou seja, nos próprios canteiros de obra, que, somadas às ações de ajustar a destinação correta desses resíduos, que podem contribuir significativamente para a minimização dos impactos da atividade construtiva no meio ambiente (SOUZA, 2004).
1.2.1 Questão de pesquisa
• Qual a influência da substituição do cimento por resíduo de cerâmica vermelha na resistência a compressão simples, na tração por compressão diametral e na absorção do concreto de cimento Portland?
1.2.2 Objetivos de pesquisa
• Objetivo Geral
O estudo tem por objetivo analisar os aspectos para um possível reaproveitamento de resíduo cerâmico proveniente da construção civil, aplicando um método de dosagem, com um concreto utilizado como referência e assim, fazer a comparação com outros, onde nestes será feito a substituição do cimento por resíduo cerâmico em diferentes proporções.
• Objetivos Específicos
a. Avaliar as características físicas do Concreto de cimento Portland com a substituição por resíduo cerâmico em seu estado endurecido, através da sua resistência a compressão simples;
b. Avaliar a resistência à tração por compressão diametral;
c. Avaliar os concretos preparados, através da absorção por capilaridade;
1.3 DELIMITAÇÃO
Esse estudo se delimita a análise da substituição do cimento por resíduo cerâmico proveniente da construção civil, nas proporções de 15% e 25% e avaliá-lo para a utilização em concretos, nas propriedades no estado endurecido através da resistência a compressão simples, da resistência a compressão diametral e absorção por capilaridade.
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2 EMBASAMENTO TEÓRICO
2.1 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND
Segundo Helene e Andrade (2010) o concreto de cimento Portland é o material da construção civil amplamente utilizado e essencial na atualidade. Ainda sendo um material descoberto recentemente, é considerado essencial para história e fundamental para a desenvolvimento da humanidade e que melhora significativamente a qualidade de vida.
Sua descoberta ocorreu em meados do século XIX e o seu uso intensivo no século XX, que o transformaram no segundo material mais utilizado pelo homem, ficando atrás somente do consumo de água. O mesmo revolucionou também a arte de construir cujo crescimento sempre esteve acompanhada ao desenvolvimento das civilizações ao longo de toda história (HELENE e ANDRADE, 2010).
O Concreto de Cimento Portland, é resultado da mistura, de algumas proporções, de um aglomerante - cimento Portland- com um agregado miúdo - geralmente areia -, de um agregado graúdo - geralmente a brita - e água, e ainda, quando se for necessário pode-se utilizar aditivos (ARAUJO; RODRIGUES; FREITAS, [20-?]).
No Brasil, assim como em vários países ao redor do mundo, o concreto é fundamental, por ser o material mais utilizado na construção. Ao olhar a história das civilizações, principalmente aquela escrita por obras de arquitetura e engenharia, é interessante observar como as grandes mudanças, principalmente no modo de construir se devem à descoberta de novos materiais estruturais e como o domínio do conhecimento sobre materiais estruturais marcaram o poder e o desenvolvimento das nações ao longo dos anos (HELENE e ANDRADE, 2010).
O concreto é o material construtivo largamente utilizado. É encontrado em diversas obras, em casas de alvenaria, em rodovias, em pontes, em edifícios, torres de resfriamento, em usinas hidrelétricas e nucleares, em obras de saneamento e também em plataformas de extração de petróleo móveis. Um estudo, estimou que anualmente são consumidas 11 bilhões de toneladas de concreto, e esse resultado dá, aproximadamente, um consumo médio de 1,9 tonelada de concreto por habitante por ano, valor abaixo apenas ao consumo de água. No Brasil, o concreto que sai das centrais dosadoras gira em torno de 30 milhões de metros cúbicos por ano (PEDROSO, 2009).
De maneira concisa, pode-se afirmar que o concreto é uma pedra artificial que pode se moldar no modo que o homem desejar as suas construções. Este foi competente para produzir um material que, após endurecido, obtém uma resistência idêntica de rochas naturais e, quando no estado fresco, é um composto plástico: permite a sua moldagem nas formas e tamanhos que desejar (PEDROSO, 2009).
Ainda de acordo com Pedroso (2009), duas propriedades do concreto que o comprovam como material construtivo, a sua resistência à água, que diferente do aço e da madeira o concreto sofre uma menor degradação quando é exposto à água. Por isso, tão importante é a sua utilização em estruturas de controle, armazenamento e transporte de água e a sua outra propriedade é a sua plasticidade, essa qual, que possibilita obter formas construtivas de formas inusitadas. Mas existem outras vantagens, pois a disponibilidade abundante de seus elementos e os baixos custos dos materiais que o constituem.
2.1.1 Cimento Portland
A denominação "cimento Portland", foi dada em 1824 por Joseph Aspdin, um químico e construtor inglês. Então, juntamente com pedras calcarias e argilas as transformou em um pó fino, e percebeu que com a mistura após da secagem se tornava tão dura quanto as pedras que eram empregadas em construções. E a mesma mistura, não se dissolvia em água e como o resultado do invento de Aspdin era semelhante a cor e a dureza da pedra de Portland, ele registrou a patente com esse nome, pois nesse período, era comum na Inglaterra as construções serem feitas com a pedra da ilha de Portland, localizada no Sul desse país. Por isso então, que o cimento é conhecido por cimento Portland (ABCP, 2002).
Ainda segundo a ABCP (2002), o cimento é descrito como um material fino, que possui características aglomerantes ou ligantes, que no momento que entra em contato com a água, reage e endurece. Logo que endurece, mesmo que submetido novamente à ação da água, não consegue mais ser modificado.
Há tempos no Brasil, existia praticamente um único tipo de cimento Portland. Com o aumento dos estudos, foram sendo lançados outros. No mercado, a maior parte dos cimentos se
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enquadram para o uso em geral. No entanto, há alguns com certas características que os tornam específicos para alguns usos, deixando que se obtenha concretos ou argamassas com a resistência e durabilidade para o fim desejado e de forma econômica (ABCP, 2002).
A ABPC (2002), apresenta os tipos de cimento Portland:
Cimentos Portland Comuns e Compostos: é um cimento sem qualquer adição além do gesso que é usado como retardador da pega. No mercado atual, os cimentos compostos são os mais achados no mercado, sendo responsável em torno de 75% da produção brasileira e são usados na maioria das aplicações.
Cimentos Portland de Alto-Forno e Pozolânicos: é considerável o consumo de energia durante o processo para a produção de cimento originou a busca de possibilidades para a redução do consumo energético para a sua fabricação. O uso de escórias de alto-forno e materiais pozolânicos na composição dos cimentos Portland de alto-forno e pozolânicos foi uma das opções encontradas para fazer essa diminuição. As escórias de alto-forno exibem características hidráulicas latentes, isso significa que, da forma como são adquiridas endurecem quando misturadas com água. Apesar disso, as reações de hidratação das escórias são tão lentas que iriam limitar a sua aplicação prática se os agentes ativadores, químicos e físicos, não fizessem a aceleração do processo de hidratação.
Segundo a ABCP (2002), nos materiais pozolânicos, não ocorre a reação com a água da forma como são adquiridas. Mas quando divididos finamente, ocorre a reação com o hidróxido de cálcio na presença de água e na temperatura ambiente, dando origem a compostos com propriedades aglomerantes. Por isso, os materiais pozolânicos são usados juntamente com o clínquer, pois o hidróxido de cálcio é um produto que resulta da hidratação deste. A adição de escória e materiais pozolânicos faz a modificação da microestrutura do concreto, reduzindo a permeabilidade e a porosidade e dando um aumento da estabilidade e também da durabilidade do concreto. Diante destes fatores, concretos contendo essas adições melhoram o seu desempenho diante de sulfatos e da reação álcali-agregado. Também ocorre a redução do calor de hidratação, o acréscimo da resistência à compressão em idades avançadas e outros.
Cimento Portland de Alta Resistência Inicial: O cimento Portland de alta resistência inicial (CP V-ARI), é um tipo particular deste, que possui a característica de atingir elevada resistência já
nos primeiros dias. O acréscimo da resistência é resultado da utilização de uma dosagem diferenciada de calcário e argila na produção do clínquer, e também pela moagem mais fina do cimento, de forma que, ao fazer a reação com a água, ele adquira altas resistências, com uma maior rapidez.
Cimentos Portland Resistentes aos Sulfatos: Os cimentos resistentes a sulfatos são aqueles que possuem a propriedade de proporcionar resistência aos meios agressivos, tais como os que são achados em redes de esgotos, na água do mar e também em alguns tipos de solos.
Cimentos Portland de Baixo Calor de Hidratação: O calor que é adquirido durante a hidratação do cimento pode levar a manifestação de fissuras de origem térmica, que podem ser evitadas se forem utilizados cimentos com taxas de desenvolvimento lentas de calor.
Cimento Portland Branco: o cimento Portland branco é um tipo que se distingue dos demais pela coloração. A sua cor, é alcançada a partir de materiais com baixos teores de óxidos de ferro e manganês e por características durante a sua produção, principalmente em relação ao resfriamento e a sua moagem.
Cimento Portland branco estrutural: este cimento é utilizado em concretos para fins arquitetônicos, possui classes de resistência de 25, 32 e 40 MPa.
Cimento Portland branco não estrutural: não tem indicação de classe e é utilizado, no rejuntamento de azulejos e na produção de ladrilhos hidráulicos, utilizado para fins não estruturais, sendo essa característica ressaltada em sua embalagem para evitar que o seu uso seja feito de forma inadequada por parte do comprador.
Cimento para Poços Petrolíferos: constitui um tipo de cimento para a aplicação específica. A utilização desse tipo de cimento é pequena quando comparada aos outros tipos de cimentos, na sua composição não há outros elementos além do clínquer e do gesso para adiar o tempo de pega.
2.1.2 Agregados
De acordo com Valverde (2001), os agregados para a construção civil são os insumos minerais mais utilizados no mundo. Onde, segundo o Serviço Geológico Americano (USGS–
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United States Geological Survey), o consumo anual de produtos minerais por habitante nos EUA, em 2000, foi em torno de 10.000 kg. Onde do total, 5.700 kg foram de rocha britada e 4.300 kg de areia e cascalho. Considerando que se parte da rocha britada foi usada com fins industriais cimento, cal, indústria química e metalurgia, o total de agregados para o setor da construção civil que cada americano consumiu em média ultrapassa 7.500 kg. Ou seja, 75% do consumo médio americano de produtos minerais foram de agregados para esse setor. No século passado a produção de agregados nos Estados Unidos aumentou de uma modesta quantidade de 58 milhões de toneladas em 1900 para 2,76 bilhões de toneladas em 2000.
Os agregados podem ser produzidos em qualquer lugar da crosta terrestre, mas a extração destes materiais em sua área fonte (pedreira, depósito sedimentar) depende basicamente de três fatores: a qualidade do material, o volume de material útil e o transporte, ou seja, a localização em que se encontra a jazida (BRASIL. MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 2009).
Estes materiais agregados são utilizados nas mais diferentes formas, principalmente para confecção de concreto, blocos para revestimento de edifícios, proteção de taludes de barragens, pedra britada para os leitos de ferrovias, aeroportos e rodovias (BRASIL. MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 2009).
Os portos-de-areia e as pedreiras, como são popularmente conhecidas são as minerações típicas de agregados para a construção civil. Mas o mercado de agregados pode utilizar a produção vinda de outras fontes. Como no caso da areia, a origem pode ser o produtor de areia industrial ou de quartzito industrial, onde ambas são destinadas geralmente às indústrias vidreira e metalúrgica. Já no caso da brita, pode ser o produtor de rocha calcária usada nas indústrias caieira e cimenteira. Nestes casos, em geral, é parcela da produção que não atinge padrões de qualidade para os usos citados e é destinada a um uso que não requer especificação tão rígida (VALVERDE, 2001).
Segundo Valverde (2001), os agregados podem ser considerados como produtos básicos do setor da construção, o concreto de cimento Portland utiliza, em média, por metro cúbico, 42% de agregado graúdo (brita), 40% de areia, 10% de cimento, 7% de água e 1% de aditivos químicos. Analisando, portanto, cerca de 70% do concreto é constituído de agregados. Decorre daí de como é essencial fazer o uso de agregados com especificações técnicas de qualidade.
2.1.2.1 Agregados Graúdos (Britas)
São materiais classificados como agregado de origem artificial, de tamanho graúdo. Tendo como área fonte as pedreiras, que exploram rochas cristalinas com solos pouco espessos de cobertura, no estado físico sem muita alteração, de preferência aquela contendo rochas quartzo – feldspáticas como os granitos, gnaisses. Contudo, às vezes, rochas como o basalto e calcários microcristalinos, também são explorados para a finalidade de tornar agregado. (BRASIL. MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 2009).
Segundo Valverde (2001), os tipos de rocha utilizadas para a produção dos agregados é a seguinte: granito e gnaisse – 85%; calcário e dolomito – 10%; e basalto e diabásio – 5%. O Estado de São Paulo responde por cerca de 30% da produção nacional. Outros importantes estados produtores são Minas Gerais (12%), Rio de Janeiro (9%), Paraná (7%), Rio Grande do Sul (6%) e Santa Catarina (4%).
De acordo com a NBR 7225/1993 os tamanhos de britas são classificados como:
• Nº 1 – 4,8 a 12,5mm; • Nº 2 – 12,5 a 25mm; • Nº 3 – 25 a 50mm; • Nº 4 – 50 a 76mm; • Nº 5 – 76 a 100mm.
2.1.2.2 Agregados Miúdos (Areia)
La Serna e Rezende (2009), definem a areia ou então agregado miúdo como areia de origem natural ou resultante da britagem de rochas, ou a mistura de ambas, cujos grãos passam pela peneira ABNT de 4,8 mm e são retidos na peneira ABNT de 0,075mm.
De acordo com Rodrigues ([201-]) a areia, usada como agregado miúdo para a produção de argamassas e concretos, pode ser classificada como natural (rios, minas, várzeas) e artificial (resíduo fino de pedreiras – pó de pedra).
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A areia é extraída em unidades de mineração chamadas de areais ou portos de areia, podendo ser extraída do leito de rios, depósitos lacustres, veios de areia subterrâneos (minas) ou de dunas. No Brasil, a maior parte da areia produzida é retirada de leito de rios ou extraída de minas, com formação de cavas inundadas pelo lençol freático. A areia então é juntamente bombeada com a água para silos suspensos, ou então, fica acumulada no terreno, para posteriormente ser embarcada em caminhões basculantes com destino ao distribuidor ou ao consumidor final (RODRIGUES, [201-]).
Areia é uma substância natural, proveniente da desagregação de rochas; possui granulometria variando entre 0,05 e 5 milímetros pelas normas da ABNT. Praticamente, todas as rochas são passiveis de resultar em areias pela desagregação mecânica. Mas são mais favoráveis aquelas com altos teores de quartzo, uma vez que esse mineral restará como resíduo, após a decomposição física e/ou química. (BRASIL. MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 2009).
A classificação da areia é feita em faixas granulométricas, determinada a partir do tamanho de seus grãos, como apresenta a NBR 7225/1993:
• Areia Fina: de 0,075 a 0,42 mm; • Areia Média: de 0,42 a 1,2 mm; • Areia Grossa: de 1,2 a 2,4 mm.
2.1.3 Água
A água é usada praticamente em quase todos os serviços de engenharia, ela é usada às vezes como componente e outras como ferramenta. Entra como componentes nos concretos e argamassas e na compactação dos aterros e como ferramenta nos trabalhos de limpeza, resfriamento e cura do concreto. É um dos componentes fundamental na confecção de concretos e argamassas e imprescindível na umidificação do solo em compactação de aterros. Um material de construção nobre, que influencia diretamente na qualidade e segurança da obra. (NETO, 2005)
O cimento, quando hidratado, sofre uma reação química exotérmica (emite calor) que resulta no seu endurecimento, portanto a água tem uma grande importância no concreto (NETO, 2005).
Segundo Neto (2005) a água utilizada para o amassamento dos aglomerantes deve obedecer a certas qualidades químicas, não pode conter impurezas e ainda estar dentro das recomendações informadas pelas normas técnicas a fim de que garantam a homogeneidade da mistura.
De acordo com Tango (2003) como o concreto endurece por reação de hidratação, a água, ao lado do aglomerante, é constituinte fundamental. E as águas consideradas potáveis são consideradas adequadas para serem usadas no concreto. Como o abastecimento é bastante comum e acessível nos locais onde há produção de concreto, normalmente a água não causa preocupações.
Portanto, a qualidade dos concretos e argamassas dependem da dosificação, e está ligada diretamente ao fator água/cimento, e que sofre uma grande influência quanto ao incremento da resistência à compressão. Quanto maior for a relação a/c, menor será a resistência. Para obter concreto resistente, a quantidade de água de amassamento deve ser tal que não apareçam vertendo na superfície, a não ser depois de vibrados e adensados (NETO, 2005).
2.1.4 Adições e aditivos
2.1.4.1 Adições
De acordo com a ABCP (2002), as adições são materiais que, misturadas ao clínquer em sua fase de moagem, permitem a fabricação dos mais diversos tipos de cimento Portland que hoje estão disponíveis no mercado. Essas matérias-primas são o gesso, as escórias de alto-forno, os materiais pozolânicos e os materiais carbonáticos.
O gesso, tem como uma função básica controlar o tempo de pega, isto é, o início do endurecimento do clínquer quando este é misturado com água. Caso não fosse adicionado o gesso à moagem do clínquer, o cimento, quando entrasse em contato com a água, endureceria quase que instantaneamente, o que inviabilizaria seu uso nas obras. Em função desta propriedade, o gesso é
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uma adição que está em todos os tipos de cimento Portland. A quantidade presente é pequena, em torno de 3% de gesso para 97% de clínquer, em massa (ABCP, 2002).
As escórias de alto-forno são obtidas durante a fabricação de ferro-gusa nas indústrias siderúrgicas e se assemelham aos grãos de areia. Antes, as escórias de alto-forno eram consideradas como um material que era descartado, sem maior utilidade, até ser descoberto que elas também tinham a propriedade de ligante hidráulico muito resistente, que com a presença de água reagem, desenvolvendo características aglomerantes de forma muito semelhante à do clínquer. Essa descoberta tornou possível adicionar a escória de alto-forno no processo de moagem do clínquer com gesso, e obter como resultado um tipo de cimento que, além de atender plenamente aos usos mais comuns, apresenta melhoria de algumas propriedades, como maior durabilidade e uma maior resistência final (ABCP, 2002).
As adições de materiais com propriedades pozolânicas que podem ser tanto de rochas vulcânicas ou matérias orgânicas fossilizadas encontradas na natureza, há também alguns tipos de argilas que são queimadas em elevadas temperaturas e derivados da queima de carvão mineral nas usinas termelétricas, entre outros. Várias pesquisas foram realizadas, onde descobriram que os materiais pozolânicos, quando em frações muito finas, passam também a apresentar propriedades de ligante hidráulico. Isto porque não se pode apenas colocar os materiais pozolânicos, sob forma de pó muito fino, em presença de água, para que assim estes passem a desenvolver as reações químicas que os tornam primeiramente pastosos e depois endurecidos. Esta reação só vai acontecer se, além da água, também for adicionado outro material, o clínquer, pois no processo de hidratação este libera hidróxido de cálcio (cal) que reage com a pozolana. Por este motivo é que a adição de materiais pozolânicos ao clínquer moído com gesso é impecavelmente viável, até um determinado limite. Em alguns casos, é recomendável, pois assim o tipo de cimento obtido ainda oferece o benefício de conferir maior impermeabilidade, por exemplo, aos concretos e às argamassas (ABCP, 2002).
Os materiais carbonáticos são as rochas moídas, que apresentam carbonato de cálcio em sua composição tais como o próprio calcário. Esta adição torna os concretos e as argamassas mais trabalháveis, em razão das partículas desses materiais moídos têm as suas dimensões adequadas para se alojar entre os demais componentes do cimento, funcionando como um lubrificante. Quando estão presentes no cimento são conhecidos como fíler calcário (ABCP, 2002).
2.1.4.2 Aditivos
Aditivos são produtos químicos, que são adicionados na produção do concreto e/ou argamassa, prontamente antes ou durante a mistura, que tem por objetivo de aprimorar as suas propriedades tanto no estado fresco e também no estado endurecido, pois modificam algumas de suas propriedades e assim se adequando a determinadas condições. (INSTITUTO BRASILEIRO DE IMPERMEABILIZAÇÃO, 2013)
Segundo a NBR 11768 (ABNT, 2011), a mesma considera os seguintes aditivos:
Aditivo redutor de água / plastificante, é o aditivo que reduz a quantidade de água sem modificar a consistência do concreto, ou que sem alterar a quantidade de água, modifica a consistência do concreto, aumentando o seu abatimento; ou, ainda, é o aditivo que produz os dois efeitos concomitantemente. Este aditivo pode apresentar funções secundárias como plastificante retardador de pega, aditivo plastificante para a aceleração de pega, ou ainda não possuir função sobre a pega, plastificante de pega normal.
Aditivo de alta redução de água/ superplastificante tipo II: aditivo que não ocorre a modificação da consistência do concreto, é possível fazer uma elevadíssima diminuição de água em um concreto; ou que, sem alterar a quantidade de água, acresce o abatimento e a fluidez do concreto; ou, ainda, pode ocorrer a produção desses dois efeitos ao mesmo tempo. Também pode apresentar uma segunda função de retardador de pega, acelerador de pega, ou pode não contribuir na função sobre a pega.
Aditivo incorporador de ar (IA): é o tipo de aditivo em que é possível incluir ar, durante o amassamento do concreto, mas em quantidade de bolhas de ar, que são distribuídas de maneira uniforme e que continuam no estado endurecido.
Aditivo acelerador de pega (AP): aditivo em que ocorre a diminuição do tempo de passagem do concreto do estado fresco para o estado endurecido.
Aditivo acelerador de resistência (AR): aditivo que acrescenta o desenvolvimento da resistência em idades iniciais, podendo ou não ocorrer a modificação do tempo de pega.
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Aditivo retardador de pega (RP): é o aditivo que aumenta o tempo da passagem do concreto do estado fresco para a condição de endurecido.
2.2 MÉTODO DE DOSAGEM DE CONCRETO
Tutikian e Helene (2011) descrevem que a dosagem é entendida como estudo dos procedimentos necessários para a obter a melhor proporção dos materiais que constituem o concreto e também é conhecido como traço.
A dosagem é feita afim de se obter a mistura ideal e potencializar melhorias nos desempenhos físicos-mecânicos e maior durabilidade das estruturas. Parâmetros financeiros também são levados em consideração, mas a segurança deve ser garantida (TUTIKIAN e HELENE, 2011).
De acordo com Tutikian e Helene (2011), ainda não há um texto consensual no Brasil de como deve ser atingido um estudo para obter dosagem. A não existência de um acordo nacional, informando quais são os procedimentos e parâmetros para ser feita uma dosagem tem feito vários pesquisadores desenvolverem os seus métodos de dosagem.
A metodologia de dosagem publicada pela Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP) inicialmente em 1984, sob o título “Parâmetros de Dosagem de Concreto” da autoria do Eng. Públio Penna Firme Rodrigues (revisado em 1995) apresenta característica eminentemente experimental que representa uma versão adaptada e simples do método de dosagem utilizada pelos americanos (TUTIKIAN e HELENE, 2011).
A metodologia da ABCP leva em consideração tabelas e gráficos criados a partir de informações experimentais, que permitem a utilização dos agregados que se enquadram nos limites propostos pela norma NBR 7211/2009- Agregados para Concreto.
De acordo com Pedrozo (2014) apud Sganderla (2015), o método de dosagem adota as devidas etapas:
a) Fixação da relação água /cimento (a/c);
c) Determinação o consumo de cimento (Cc);
d) Determinação do consumo de agregados: • Agregado graúdo (Cb);
• Agregado miúdo (Vm);
e) Então, faz-se a divisão das massas obtidas dos demais componentes, pela massa do cimento (Cc) para enfim, obter o traço (Equação 1):
Equação 1 – Obtenção do traço.
𝐶𝑐 𝐶𝑐: 𝐶𝑏 𝐶𝑐: 𝑉𝑚 𝐶𝑐 : 𝐶𝐴 𝐶𝑐
Fonte: PEDROZO (2014) apud Sganderla (2015).
2.3 RESÍDUO DA CONSTRUÇÃO E DEMOLIÇÃO (RCD)
Os resíduos da construção e demolição (RCD) são obtidos pelas atividades tanto de construção, reformas ou de demolições e são compostos por uma ampla diversidade de materiais, tais como: tijolos, blocos cerâmicos, concreto em geral, madeiras e compensados, argamassa, gesso, entre outros (ANGULO et al. 2011).
De acordo com Oliveira e Mendes (2008) o uso de RCD como matéria prima ou agregado, poderá deixar de ser um problema, obtendo assim uma saída para a escassez de materiais granulares capazes de serem utilizados para tal fim.
Os problemas ambientais envolvendo a imensa geração de resíduos da construção civil são evidentes, bem como as inúmeras interferências no meio ambiente devido a destinação inadequada para tal resíduo. Mesmo diante desse quadro, é notório ainda uma tímida reação, tanto por parte do setor público como do setor privado, no que diz respeito a buscar saídas eficazes para a absorção desse resíduo como agregado que possa ser incorporado ou mesmo substituir recursos naturais em linhas de produção, ou até mesmo no seu retorno para as fontes geradoras, como insumo (OLIVEIRA e MENDES, 2008).
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A resolução 307 do Conselho Nacional do Meio Ambiente–CONAMA (2002), descreve os resíduos de construção civil como:
“os provenientes de construções, reformas, reparos e demolições de obras de construção civil, e os resultantes da preparação e da escavação de terrenos, tais como: tijolos, blocos cerâmicos, concreto em geral, solos, rochas, metais, resinas, colas, tintas, madeiras e compensados, forros, argamassa, gesso, telhas, pavimento asfáltico, vidros, plásticos, tubulações, fiação elétrica etc., comumente chamados de entulhos de obras, caliças ou metralha (CONAMA,2002).”
Ainda, no Art. 3º da Resolução n° 307/2002 do CONAMA, os resíduos da construção civil são classificados conforme o exposto no Quadro 1.
Quadro 1 – Classificação dos resíduos de construção civil.
CLASSE DESCRIÇÃO
A Resíduos reutilizáveis ou recicláveis como agregados, tais como: de construção, demolição, reformas e reparos de pavimentação e de outras obras de infraestrutura, inclusive solos provenientes de terraplanagem; de construção, demolição, reformas e reparos de edificações: componentes cerâmicos (tijolos, blocos, telhas, placas de revestimento etc.), argamassa e concreto; de processo de fabricação e/ou demolição de peças pré-moldadas em concreto (blocos, tubos, meios-fios etc.) produzidas nos canteiros de obras.
B Resíduos recicláveis para outras destinações, tais como: plásticos, papel, papelão, metais, vidros, madeiras e gesso.
C Resíduos para os quais não foram desenvolvidas tecnologias ou aplicações economicamente viáveis que permitam a sua reciclagem ou recuperação;
D Resíduos perigosos oriundos do processo de construção, tais como: tintas, solventes, óleos e outros, ou aqueles contaminados oriundos de demolições, reformas e reparos de clínicas radiológicas, instalações industriais e outros.
Fonte: Adaptado da Resolução nº 307/2002 do CONAMA.
O emprego do RCD contribuiria ao mesmo tempo de forma positiva para a redução do consumo de insumos da construção civil oriundo de processo de britagem de rochas, britas e areia
artificial, significando assim uma importante ferramenta no combate a degradação ambiental (OLIVEIRA e MENDES, 2008).
2.3.1 Resíduo de Cerâmica Vermelha
De acordo com Verçoza (1987 apud Grigoletti, 2001) a cerâmica vermelha é caracterizada por produtos oriundos da argila ou de misturas contendo argila, através de moldagem, secagem e queima da mesma, de onde vem a cor avermelhada que dá o seu nome.
As argilas de queima vermelha ou argilas comuns são as que mais se destacam entre as substâncias minerais, em função do alto volume de produção e do maior consumo, sendo especialmente utilizadas na produção de cerâmica vermelha e de revestimento (SEBRAE, 2008).
O setor de cerâmica vermelha consome cerca de 70 milhões de toneladas de matérias-primas por ano (Gesicki apud Macedo, 2008), através das 12 mil empresas distribuídas pelo país, a maioria de pequeno porte, gerando centenas de milhares de empregos (Santos apud Macedo, 2008). Os blocos cerâmicos são demandados em grandes quantidades pelas empresas de construção, torna-se então importante a utilização de métodos eficazes de controle e quantificação de perdas para esses blocos, visando diminuição da geração de resíduos e menores gastos para o seu comprador (DINIZ et al. 2013).
De acordo com Silva (2007), o próprio manuseio dos produtos cerâmicos acarreta perdas na produção. Uma parte pode ser recuperada, dependendo da fase em que se encontra o processo produtivo.
Para as peças queimadas, classificadas como perdidas, as indústrias, em geral, acham que não é economicamente viável moê-las. Poucos produtores preocupam-se com a reutilização das perdas. Algumas empresas estão criando problemas ambientais ao descartarem esse material, enquanto outras estão preocupadas e procurado encontrar alternativas que deem valor econômico às sobras e aos refeitos (SILVA, 2007).
De acordo com Souza (2005) ele define as perdas “como toda quantidade de material consumida além da quantidade teoricamente necessária, que é aquela indicada no projeto e seus
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memoriais, ou demais prescrições do executor, para o produto sendo executado”. Neste âmbito, as perdas de materiais podem ter origem em diferentes fases do empreendimento e pode se distinguir em três grandes fases: concepção, execução e utilização (SILVA, 2007).
Pinto (1999) diz que no Brasil anualmente são gerados cerca de 90 kg de resíduo cerâmico por habitante e a quase totalidade deste material era descartado no meio ambiente, sem nenhum tratamento.
Os resíduos cerâmicos, objeto de estudo deste trabalho, pertencem a Classe A da Resolução 307 do CONAMA e, segundo a mesma, podem ser reutilizados ou reciclados na forma de agregados, sendo preparados de modo a permitir a sua utilização ou reciclagem futura.
2.4 CONCRETO COM SUBSTITUIÇÃO DO CIMENTO POR RESÍDUO CERÂMICO
Segundo Gonçalves (2007), a utilização de materiais adicionais para a produção de materiais cimentíceos pode minimizar a emissão de CO2 (dióxido de carbono), o consumo de
energia, contribuir para a redução do impacto ambiental relacionado com a sua destinação e também pode proporcionar ganhos nas propriedades mecânicas e de durabilidade de concretos.
Os resíduos da indústria cerâmica tornam-se uma alternativa para serem utilizados como substitutos parciais do cimento Portland na produção de argamassas e concretos, em função da grande oferta deste material tem no Brasil e aos benefícios técnicos e ambientais que sua utilização pode promover. O uso de resíduos de tijolos cerâmicos como substituto parcial do cimento em argamassas e concretos tem sido objeto de recentes pesquisas (GONÇALVES, 2007)
Leite (2001) em seu estudo, observou que o material cerâmico se fosse moído finamente poderia colaborar com a atividade pozolânica, podendo trazer uma melhora no desempenho mecânico dos concretos em idades mais avançadas.
Xavier et al. (2008) realizaram estudos para avaliar qual a influência de uma adição de um resíduo de cerâmica vermelha tratado na resistência de argamassas e concreto de cimento Portland.
A substituição parcial do cimento pelo resíduo, no estudo de Xavier et al. (2008), trouxe uma evolução expressiva nas propriedades de concretos e argamassas não apenas pelo efeito filler
que aumentou a compacidade da mistura, mas também o efeito pozolânico, consumindo parte da portlandita produzida na hidratação do cimento, a substituição que foi feita em 15% do peso do cimento nos traços de argamassa e concreto, representou uma considerável economia de recursos não renováveis e uma redução de custos.
Wada (2010) observou que nos últimos anos, há vários estudos sendo desenvolvidos em centros de pesquisa, nos quais se buscam a diminuição dos custos na produção do concreto, através da substituição parcial do cimento por adições minerais, como nos casos da metacaulinita, das cinzas volantes, sílica ativa, cinza de casca de arroz. Estas adições possuem sílica na forma amorfa, que quando na presença de água se combinam com a cal que é resultado da hidratação do cimento e podem formar compostos similar a dos silicatos. Outras adições, como o pó de calcário moído, não possuem ação pozolânica. Mas em razão de sua elevada finura, seus grãos podem ocupar os vazios no meio das partículas de cimento, acrescentando a compacidade do material e a sua resistência. A está ação, se dá o nome de efeito fíller, e é esta propriedade que se busca nos estudos de adição de material cerâmico.
Farias Filho et al. (2000) estudaram a resistência à compressão de argamassas contendo resíduo moído de tijolo queimado e metacaulinita como substitutos parciais do cimento Portland, as porcentagens de substituição do cimento Portland, em peso, pelos materiais pozolânicos, variaram de 20 a 50%. Os resultados dos ensaios de resistência a compressão simples indicaram que a adição de metacaulinita e tijolo moído queimado aumentou, para todas as porcentagens de substituição, a resistência à compressão da argamassa de cimento Portland.
Toledo Filho et al. (2001) concluíram que as resistências à compressão de concretos confeccionados com resíduos cerâmicos em substituição parcial ao cimento foram superiores às dos concretos de referência para níveis de substituição de até 40%.
2.4.1 Índice de Atividade Pozolânica
Uma propriedade importante de uma pozolana é a sua aptidão de se combinar com a cal, em condições normais de temperatura e pressão, formando compostos de poder aglomerante. A esta propriedade dá-se o nome de atividade pozolânica (AMORIM et al. 1999).
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A atividade pozolânica de um material também é função de sua área específica, uma vez que as reações químicas, que se iniciam na superfície, são favorecidas pelo aumento da área específica, ou seja, pela maior superfície de contato entre os grãos. A área específica pode ser definida como a área externa total das partículas de um sólido, referido à unidade de massa. Sua utilização é, muitas vezes, fundamental para o controle das propriedades tecnológicas de argilas, cerâmicas, também na estabilização de solos, bem como nos materiais aglomerantes. Neste último caso, a área específica de pozolanas desperta grande interesse quando são utilizadas como aditivo em argamassas de cal e cimento, dando a estas argamassas melhorias nas resistências mecânicas com o aumento de sua finura. (AMORIM, et al. 1999).
De acordo com a NBR 5752 (2014), o índice de atividade pozolânica pode ser avaliado com o uso do cimento Portland. Esse índice faz o comparativo da resistência de duas argamassas de mesma proporção aglomerante-agregado e mesma trabalhabilidade, sendo uma moldada com cimento Portland e a outra, com substituição de 25% de cimento por material pozolânico, à idade de 28 dias.
É importante observar que devido à significativa influência das características físicas e mineralógicas do cimento sobre a qualidade dos resultados, torna-se por vezes difícil avaliar a real qualidade da pozolana, prestando-se esse método muito mais à verificação da compatibilidade entre o cimento e a pozolana considerada (AMORIM, et al. 1999).
De acordo com Pinto (1999), a maioria das argilas com as quais se fabricam blocos cerâmicos em estado natural possuem uma pequena atividade pozolânica, mas torna-se reativa quando calcinada em temperaturas da ordem de 700 a 900 ºC.
Winkler e Müeller (1998) realizaram o estudo com a adição de resíduo cerâmico ao cimento, constituídos por pó de tijolos queimados em baixas temperaturas e também de tijolos queimados em temperaturas elevadas, acrescentados em teores entre 0 e 60%. E assim os autores concluíram que o pó, dos tijolos queimados em temperaturas elevadas possuem uma maior atividade pozolânica, já que para este tipo de material foram alcançados os melhores resultados na resistência à compressão.
Segundo Gonçalves (2005), o desempenho de uma dada pozolana no concreto depende de fatores tais como a composição química, índice de atividade pozolânica, teor de substituição,
diâmetro médio, forma e massa específica do material pozolânico, além da proporção dos materiais, relação água/cimento, tipo de cimento, tipo de agregados, aditivos químicos, idade e grau de hidratação do concreto.
2.4.2 Influência da adição do resíduo de cerâmica vermelha no estado fresco
2.4.2.1 Trabalhabilidade
Em um estudo feito por Vieira (2005), analisou a variação da consistência de concretos contendo RC com o aumento do teor de substituição, medida pelo abatimento do tronco de cone, pode ser vista na Figura 1. Como esperado, quanto maior o teor de substituição do cimento pelo resíduo cerâmico menor a trabalhabilidade das misturas, ocasionada pela maior demanda de água necessária para envolver os grãos mais finos do RC.
Figura 1 – Trabalhabilidade de concretos com substituição de cimento por RC.
Fonte: Vieira (2005).
2.4.2.2 Tempo de pega
Vieira (2005) também analisou os tempos de pega, obtidos para duas finuras e dois teores de substituição do cimento em pastas contendo o resíduo cerâmico utilizando o aparelho de Vicat de acordo com a NBR 11581/1991 (hoje descrita pela NBR 16607/2017). Os fatores água/cimento
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e água/aglomerante, determinados para a obtenção da consistência padrão segundo a mesma norma, também se encontram apresentados nesta tabela.
Tabela 1 – Resultados obtidos no ensaio de início e fim de pega.
Fonte: Vieira (2005).
A conclusão foi tanto para o tempo de início de pega quanto para o tempo de fim de pega, observa-se uma menor influência do aumento do teor de substituição do que do aumento da finura. Pois na verdade, quanto maior a superfície específica do resíduo, menor são os tempos de pega observados.
2.4.2.3 Calor de hidratação
De acordo com Oliveira (2012) os materiais pozolânicos possuem uma habilidade de reduzir o calor de hidratação quando adicionados à mistura de cimento Portland. E então, por esse motivo essa adição com pozolana começou a ser utilizada em construções de estrutura de concreto de massa, amenizando assim os riscos de fissuração térmica, que podem vir a ser um dos maiores problemas.
O efeito de adições pozolânicas sobre o calor de hidratação foi estudado por MASSAZZA e COSTA (1979) apud MEHTA (1987). Os pesquisadores demonstraram a redução do calor de hidratação com o uso de adições pozolânicas, conforme apresentado pela figura 2. Pode-se observar
que a relação de decréscimo do calor de hidratação não é diretamente proporcional ao percentual de cimento Portland substituído.
Figura 2 – Calor de hidratação X % de material pozolânico.
Fonte: MASSAZZA e COSTA (1979) apud MEHTA (1987).
2.4.3 Influência da adição do resíduo de cerâmica vermelha no estado endurecido
2.4.3.1 Resistência a Compressão
Vieira (2005), também estudou a resistência a compressão em concretos onde foi feita a substituição do cimento Portland por resíduo cerâmico.
Podemos observar na figura 3, que o aumento do teor de substituição do cimento por RC gerou uma redução na resistência. Na verdade, esta redução não foi proporcional ao aumento do teor, uma vez que os concretos com teores de substituição iguais a 40% só tiveram suas resistências reduzidas em aproximadamente 11% em relação aos concretos de controle (sem substituição).
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Figura 3 – Resistência à compressão simples de CP’s curados à temperatura ambiente.
Fonte: Vieira (2005). 2.4.3.2 Resistência a Tração
Gonçalves (2007), em seu estudo analisou a resistência a tração por compressão diametral de concretos onde a substituição do cimento Portland foi feita também por resíduos cerâmicos em 20%.
Tabela 2 – Resistência à tração por compressão diametral aos 28 dias.
Mistura ftd (Mpa) - C.V. (%) REF01 3,64 (3,29) REF02 4,59 (4,76) REF03 5,28 (4,75) CRC01 3,69 (5,01) CRC02 4,18 (7,86) CRC03 4,99 (6,66)
Fonte: Adaptado de Gonçalves (2007).
Pode-se verificar que a substituição de cimento por RC no concreto não provoca variação da resistência por compressão diametral. Acredita-se que os hidratos formados pela reação
pozolânica do RC com o hidróxido de cálcio, associados ao efeito das partículas de RC não reagidas, foram responsáveis por conservar a resistência à tração por compressão diametral desse concreto com resíduo cerâmico.
2.4.3.3 Absorção por capilaridade
Vieira (2005), analisou a absorção em concretos contendo resíduo cerâmico e de acordo com a temperatura de cura.
A análise foi feita em dois estágios, que segundo Gonçalves (2005), o primeiro estágio (A) pode ser caracterizado pelo período de absorção. Neste estágio o fluxo de água ocorre nos vazios aprisionados (gerados durante a moldagem) e capilares maiores. No segundo estágio (B), chamado de período de saturação, o fluxo de água ocorre em poros capilares menores. Os resultados apresentados abaixo pela tabela 3.
Tabela 3 – Absortividade das argamassas contendo resíduo cerâmico segundo a temperatura de cura.
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3 METODOLOGIA
Visando atender o que contempla este estudo, a substituição do cimento Portland por resíduo cerâmico. Neste item será abordada a metodologia de pesquisa utilizada, apresentação da estratégia para o seu desenvolvimento, a caracterização dos materiais, dos métodos de ensaios utilizados, o delineamento de realização deste trabalho.
3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA
De acordo com Gil (2008) o método experimental consiste, em submeter os objetos de estudo à influência de certas variáveis, em condições que são controladas e também conhecidas pelo investigador, para assim, observar os resultados que a variável produz.
A pesquisa tem a finalidade de “resolver problemas e solucionar dúvidas, mediante a utilização de procedimentos científicos” (BARROS; LEHFELD, 2000). E a partir de dúvidas formuladas em relação a pontos ou fatos que permanecem obscuros e necessitam de explicações plausíveis e respostas que venham então soluciona-las.
A pesquisa, portanto, é um conjunto de ações e propostas para encontrar a solução para um problema, as quais têm por base procedimentos racionais e sistemáticos (PRODANOV e FREITAS, 2013).
Levando-se em consideração os objetivos deste trabalho, que trata de um estudo de dosagem para a utilização do resíduo cerâmico como substituição parcial do cimento em concretos, realizou-se uma ampla pesquisa explanatória de revisão bibliográfica, feita através de livros, artigos científicos, trabalhos de conclusão de curso e normas regulamentadoras, e após isso, afirmar um conhecimento amplo e um domínio sobre o tema a ser abordado.
Esta é uma pesquisa aplicada, classificada assim quanto a sua natureza. Iniciou-se um estudo baseado em pesquisa experimental, onde foram realizados todos os processos necessários para a dosagem e fabricação do concreto contendo a substituição do cimento pelo resíduo cerâmico. Para tal, foram analisados os materiais utilizados e processos de fabricação desses produtos. Por
meio desta pesquisa, foram obtidos, resultados referentes à resistência e absorção do concreto, avaliando a viabilidade e necessidade deste tipo de estudos para sua fabricação.
3.2 DELINEAMENTO
O presente trabalho está estruturado em três partes. A primeira etapa se resumiu em conversas e discussões entre a autora e o professor orientador sobre o possível tema até a escolha do mesmo. Foram feitas várias reuniões na qual se questionaram as melhores porcentagens para substituições do cimento Portland pelo resíduo cerâmico, bem como quais seriam os ensaios que seriam realizados para a pesquisa.
A segunda etapa, que compreende o estudo, conta com as pesquisas bibliográficas e a realização dos ensaios, desde a coleta do material até enfim a obtenção dos resultados finais. Na pesquisa bibliográfica é notório a importância desse estudo, principalmente em relação ao meio ambiente.
A terceira e última parte será o momento em que serão apresentados os resultados obtidos através dos ensaios no laboratório e posteriormente então, as conclusões.
Conforme apresentado anteriormente, o tema deste estudo será a substituição do cimento Portland por resíduo cerâmico. O resíduo será obtido através de obras da cidade de Ijuí – RS.
As substituições do cimento Portland pelo resíduo cerâmico a fim da realização dos ensaios para essa pesquisa, serão em teores de 15% e 25%.
3.3 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS
Para a elaboração dos ensaios propostos no presente trabalho, serão utilizados os seguintes materiais:
• Cimento;
• Agregado miúdo natural; • Agregado graúdo;
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• Resíduo de cerâmica vermelha; • Água.
3.3.1 Cimento
O cimento utilizado para a realização deste estudo é o CP II F-32, que segundo citado na NBR 11578 (1991), é composto por 94-90% de clínquer + sulfatos de cálcio e 6-10% de material carbonático.
A justificativa para a escolha deste tipo de cimento reside no fato do mesmo, não apresentar adição pozolânica em sua composição.
Para fins de caracterização deste material foi executado o ensaio de modulo de finura, onde este é descrito pela NBR 11579 (1991), utilizando a peneira 75 µm (nº 200) para determinar, porcentagem em massa, de cimento com dimensões superiores à 75 µm, que é a parte retida no processo. Com a obtenção dos resultados do ensaio apresentados, temos que o cimento apresenta um índice de finura para a amostra foi de 1,7%.
Realizou-se também o ensaio da massa específica do cimento, de acordo com a NBR NM 23 (2001), utilizando o frasco volumétrico de Le Chatelier para a caracterização física do cimento no laboratório. Com o ensaio realizado obteve-se a massa específica do cimento de 3,023 g/cm³.
3.3.2 Agregado miúdo
O agregado miúdo utilizado nos ensaios foi a areia natural, fornecido por empresas parceiras do Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ. Primeiramente, deve-se ser colocado as amostras de ensaio em estufa para secar na temperatura de mais ou menos 100 ºC por 24 horas e após, retirá-las e deixar as amostras esfriar à temperatura ambiente. Com o material já resfriado, foram realizados os ensaios que abaixo são citados e que estão também contidos no anexo A.
A Composição granulométrica do agregado de acordo com a NBR NM 248 (2001), que determina o peneiramento de amostras do agregado, sendo determinada a porcentagem retida e a
