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Caracterização de Cinza de Casca de Arroz Com e Sem Queima
Controlada Utilizadas em Argamassas
RIGHI Débora P.
1, a, NAKANISHI Elizabete Y.B.
2, be MOHAMAD Gihad
3, c1
Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil
2
Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, Brasil
3
Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, Brasil
a
debora_righi@hotmail.com, belizabete_nakanishi@hotmail.com, cgihad@ufsm.br
Palavras-chave: Cinza de casca de arroz, Argamassa, Pozonanicidade, Resíduo.
Resumo. A utilização de resíduos, como materiais alternativos, tem se mostrado satisfatória, como
por exemplo, a cinza da casca de arroz (CCA) considerado um material que apresenta grande potencial para ser utilizado no setor da construção civil, podendo ser empregada como pozolana. O município de Alegrete/RS tem como principal atividade econômica o plantio de arroz, que acaba por gerar grandes volumes de resíduos da cinza da casca de arroz, oriundo do processo de beneficiamento. Então, foram utilizadas a CCA com controle de queima, e uma cinza residual, oriunda de uma beneficiadora de arroz sem qualquer controle de queima. A caracterização da CCA foi realizada por meio de ensaio de perda ao fogo, granulometria a laser, difração de raio X, espectrometria por fluorescência de raio X, massa específica e índice de atividade pozolânica. Foram realizados ensaios de índice de consistência e a análise da curva de liberação de calor de hidratação, resistência à compressão, porosimetria por intrusão de mercúrio, absorção, índice de vazios e microscopia eletrônica de varredura. Para a confecção dos corpos de prova, adotou-se o traço 1:3 como referência, relação água/aglomerante de 0,51, com substituição parcial do cimento de 10%, 15% e 20% por 2 tipos CCA e 1 tipo de sílica ativa. Os resultados mostraram-se satisfatórios quanto ao desempenho mecânico das argamassas, concluindo-se que a utilização da CCA para esta aplicação é viável tecnicamente, além de dar uma destinação final ao resíduo menos agressiva ao meio ambiente.
Objetivo
Avaliar o desempenho mecânico de argamassas, com a substituição parcial de cimento Portland por cinzas de casca de arroz (CCA) oriundas de queimas com e sem controle de temperatura.
Materiais e Métodos
Os materiais utilizados para a produção de argamassas foram o cimento Portland CP V-ARI de alta resistência inicial; a água foi utilizada da rede pública de distribuição de água (empresa CORSAN); dois agregados miúdos; areia média e areia fina, de origem natural, do tipo quartzosa proveniente do Município de Manoel Viana; sílica ativa comercial (SA); a cinza de casca de arroz (CCA) foram cedidas por empresas da região de Alegrete/RS, a primeira implantou um sistema inovador de combustão com leito fluidizado, utilizando a casca de arroz para gerar energia elétrica renovável e sílica amorfa, tendo um rigoroso controle de temperatura na queima desta nesses fornos e, a segunda utiliza a casca de arroz em fornos sem controle de temperatura na queima.
A metodologia de execução seguiu o programa experimental ilustrado no fluxograma da Fig. 1, que mostra esquematicamente todas as etapas de ensaio, e que seguiram as recomendações da norma (NBR).
Dosagem da argamassa
Para a produção da argamassa, decidiu-se por adotar um traço padrão (referência), ou seja, de 1:3 (cimento:areia). Além disso, verificou-se que este traço é normalmente utilizado nas obras da
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região, para produção de argamassa de assentamento, de modo a reproduzir a realidade dessas obras locais e assim, se for o caso, facilitar a prática das adições da cinza da casca de arroz.
Os ensaios de resistências à compressão axial das argamassas foram escolhidas as idades de 3, 7, 28, 63 e 91 dias, seguindo-se as referências de Isaia et al. (2010) [1], Tashima (2006) [2] e Rodrigues (2008) [3], que afirmam que adições com a cinza de casca de arroz (CCA) necessitam de idades avançadas para que ocorram todas as hidratações nessas argamassas. As misturas e as porcentagens das substituições do cimento Portland por outros materiais finos foram de 10%, 15% e 20%, utilizando-se três tipos de materiais finos, a cinza de casca de arroz com controle de temperatura de queima (CCQ), a cinza de casca de arroz sem controle de temperatura de queima (CSQ) e a sílica ativa comercial (SA). Optou-se por manter a quantidade de água de 0,51 em todos os traços de argamassas.
Figura 1: Programa experimental
Análises e Discussões dos Resultados
Neste apresentar-se-ão os resultados obtidos nos ensaios, quanto à caracterização das cinzas de casca de arroz estudadas, bem como o comportamento de argamassas, com e sem as adições, tanto no estado fresco, quanto endurecido.
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Difração de raios-X (DRX)
A Fig. 2(a) apresenta os resultados oriundos do ensaio de DRX para a cinza com controle de temperatura na queima (CCQ). Observa-se que o material passa a apresentar uma estrutura predominante amorfa, representada no difratograma pelo alargamento dos picos e aparecimento de bandas. De acordo com Dal Molin (2011) [4], a queima controlada possibilita a obtenção de cinzas amorfas de alta pozolanicidade. Já a Fig. 2(b) apresenta os resultados obtidos para a cinza sem controle de temperatura de queima (CSQ). Nota-se que o difratograma apresenta picos cristalinos característicos, indicando que o material analisado não é totalmente amorfo, pois apresenta alguma cristalinidade. Conforme mencionado por Dal Molin (2011) [4], cinzas provenientes de combustão não controlada geralmente contêm uma grande proporção de minerais de sílica não reativos e de baixo valor pozolânico, devendo ser micronizadas para desenvolver a atividade pozolânica.
(a) Cinza de casca de arroz com controle - CCQ (b) cinza de casca de arroz sem controle - CSQ Figura 2: Difração de raios X de cinza de casca de arroz
Espectrometria de raio X (EDX)
Verifica-se através da Tabela 1 que a CCA com controle na queima contém aproximadamente 90% de sílica. Os resultados se mostram coerentes, visto que outros trabalhos como Cordeiro (2009) [5] e Pouey (2006) [6] afirmam que o controle da temperatura na queima da CCA resulta em uma cinza com alto teor de componentes amorfos. Com referência à CCA sem controle de queima, verifica-se que esta cinza, obteve uma porcentagem de sílica de 88%. É importante salientar que o material analisado foi selecionado a partir da retirada de amostras em pontos estratégicos (local central, mais homogênea de queima) no interior do forno. Portanto, a amostra selecionada não é representativa com relação à quantidade total de material oriundo da queima sem controle de temperatura, ou seja, representa em torno de 2% deste volume.
Tabela 1: Espectrometria de raio X da CCA (com e sem controle de queima)
Perda ao fogo
A Tabela 2 apresenta os resultados do ensaio para verificação da perda ao fogo e, verifica-se que a cinza de casca de arroz com queima controlada (CCQ) ficou dentro do limite estabelecido pela norma NBR NM 18/2012 [7]. Tal fato não ocorreu com a cinza de casca de arroz sem controle de queima (CSQ), pois ultrapassou o limite máximo exigido nesta norma, ou seja, superior a porcentagem máxima de 10%. Sabe-se que valores elevados de perda ao fogo para qualquer tipo de amostra a ser utilizados em argamassas ou concretos pode implicar na atenuação da quantidade de sílica e ainda em elevados teores de carbono contidos, e como consequência, reduzir a atividade pozolânica.
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Tabela 2: Perda ao fogo da CCA (com e sem controle de queima)
Distribuição granulométrica
A Fig. 3(a) mostra a distribuição granulométrica por difratometria a laser da CCA com controle de temperatura na queima (CCQ). Observa-se que a amostra possui uma distribuição com concentração de partículas próxima de 10µm com diâmetro médio das partículas de 13,53 µm. A distribuição granulométrica por difratometria a laser da CCA sem controle de temperatura na queima (CSQ) esta representada na Fig. 3(b). Nota-se uma distribuição com concentração de partículas próxima de 100µm (dez vezes maior que a CCQ), com diâmetro médio de 44,20µm. Percebe-se que a CCA sem controle de queima obteve um acréscimo da ordem de 30,61% em relação ao diâmetro médio da CCA com controle de queima, tendo as partículas dos grãos maiores.
(a) Cinza de casca de arroz com controle - CCQ (b) cinza de casca de arroz sem controle - CSQ Figura 3: Distribuição granulométrica de cinza de casca de arroz
Determinação da atividade pozolânica com cimento Portland
Os resultados encontrados nos ensaios da determinação da atividade pozolânica com o cimento Portland, seguindo as recomendações da norma NBR 5752/1992 [8], bem como as resistências médias e a quantidade de água requerida, encontram-se na Tabela 3.
A argamassa de referência produzida para comparação entre os dois tipos de CCA obteve resistência média, aos 28 dias, de 11,61 MPa. Observando apenas os resultados dos índices de atividade pozolânica (IAP) para as duas argamassas com as CCA, estes se encontram em conformidade com a Norma NBR 12653/1992 [9], no entanto, verifica-se que a CCA sem controle teve sua resistência abaixo da resistência de referência (11,61 MPa), e ainda, observa que a CCA com controle ultrapassou essa resistência, assim, poder-se-à aumentar a resistência de argamassa com adição no seu proporcionamento. Por fim, observa-se que a quantidade de água requerida para confeccionar a argamassa com a CCA sem controle ultrapassa a recomendação da norma NBR 12653/1992 [9], ou seja, superior aos 110 (%), portanto, caracterizando-a como um material não pozolânico.
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Massa específica
Os valores obtidos são semelhantes aos encontrados na literatura, ou seja, a CCA com controle de queima possui uma massa especifica de 2,03g/cm3, esta é menor em relação à massa da CCA sem controle de queima (2,10g/cm3). Agopyan (1991) [10] encontrou valores que variavam na faixa de 1,88 a 2,11 g/cm³, faixa esta semelhante à encontrada na pesquisa.
Avaliação da curva de liberação de calor de hidratação
Para a avaliação da curva de liberação de calor de hidratação (Figs. 4(a), 4(b) e 4(c)) percebe-se um comportamento muito semelhante ao encontrado por Alves (2002) [11], ou seja, conforme aumenta-se a porcentagem de pozolana, a cinética de hidratação é mais lenta. Assim, as Figs. 4(a), 4(b) e 4(c) apresentam, respectivamente, as curvas de liberação de calor das argamassas nas porcentagens de 10%, 15% e 20% das substituições por cinza de casca de arroz com controle de queima (CCQ), cinza de casca de arroz sem controle de queima (CSQ) e sílica ativa (SA), todas comparadas ao traço da argamassa de referência (Ref). Para facilitar a visualização gráfica dos resultados, optou-se pela utilização de linhas de tendência polinomiais de 2ª ordem.
(a) 10% (CCQ; CSQ; SA) (b) 15% (CCQ; CSQ; SA) (c) 20% (CCQ; CSQ; SA)
Figura 4: Curva de liberação de calor em diferentes porcentagens de adições
Nota-se na Fig. 4(a) que o traço com 10% de CCA com controle de queima (CCQ) foi o que apresentou maior liberação de calor, tendo maior pico de temperatura, proximo aos 28°C. Ao se comparar com o traço padrão (referência) houve uma diminuição de 17,64% de temperatura. A porcentagem de 10% da CCA sem controle de queima (CSQ) obteve um pico de temperatura menor que a outra CCA analisada, ficando em torno de 25°C, e apresentou uma redução da ordem de 26,47% ao traço referência. E a curva com a sílica ativa (SA) foi a que apresentou uma curva menos acentuada em relação a todas as demais, com redução de 29,41%, em relação ao traço de referência. Ao analisar a Fig. 4(b), percebe-se que todos os traços com as substituições de 15% adquiriram curvas muitos semelhantes entre si, com os picos de temperatura máxima, próximo de 23°C. As substituições de 15% também seguem o mesmo comportamento de 10% apresentando valores de temperatura menores que a curva de referência, porem, em média a redução foi maior, de aproximadamente de 32,35%.
De acordo com a Fig. 4(c) é possível observar as curvas de liberação de calor de hidratação das argamassas com substituições de 20% tiveram as curvas de temperaturas menores, em relação às demais porcentagens, onde os picos de temperatura encontram-se entre as faixas de 20°C a 23°C. A diminuição de temperatura é da ordem de 35,29% em relação ao traço de referência. É notável que
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na medida em que se aumentam os teores de substituições, encontraram-se curvas com menores acentuações de temperatura, ou seja, obtivem-se menores calores gerados nas primeiras horas.
Investigação da microestrutura por meio da microscopia eletrônica de varredura (MEV)
A seguir serão ilustradas imagens de argamassas (56 dias) para a visualização de formação dos produtos de hidratação, por exemplo, a Fig. 5 mostra o traço de argamassa de referência, onde se percebe uma estrutura com produtos de hidratação C-S-H. Para os traços de argamassas com as cinzas de casca de arroz percebe-se a presença de cristais de etringita, conforme se aumenta os teores de substituição (Figs 6 e 7).
Figura 5: Argamassa - Traço de referência
No traço de argamassa com 10% CCQ, ver Fig. 6(a) é notável a presença de produtos de hidratação (ver seta), o que nos leva a crer que nessa idade ainda está acontecendo reações de hidratação tardia, pois quando se analisa a resistência à compressão na idade de 63 dias, observa-se um aumento de resistência (Fig. 12). Para o traço de argamassa com teor de substituição de 15% de CCQ, ver Fig. 6(b), já é visível a presença de filamentos de etringita quando comparado com o teor de 10% CCQ. Compreende que nessa porcentagem está ocorrendo hidratações tardias. As argamassas com cinza de casca de arroz apresentam aumento de resistências em idades avançadas de ruptura, o que reforça as imagens de microestrutura, ilustrando que está ocorrendo hidratações nessas argamassas com o passar das idades. Ao analisar o traço de argamassa com 20% CCQ, ver Fig. 6(c), é possível notar um aumento da presença de etringita com produtos de hidratação em relação aos outros traços com a CCA com controle de temperatura. Também é possível notar a presença de uma fissura (ver seta). Essa fissura é gerada pela retração, pelo fato de manter-se a mesma relação a/aglomerante (0,51) em todas as substituições com a CCA, além disso, o diâmetro médio da CCA é de 13,53µm acarretando em um refinamento dos poros.
(a) adição de 10% CCQ (b) adição de 15% CCQ (c) adição de 20% CCQ Figura 6: Argamassas com adição de cinza de casca de arroz com controle de queima (CCQ)
Para as amostras de argamassa com as cinzas de casca de arroz sem controle de queima (CSQ), encontrou-se um comportamento semelhante as argamassas com a cinza de casca de arroz com controle de queima (CCQ), pois o aumento na porcentagem de CCA, aumenta-se a presença de
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etringita (C6 ASH32) e produtos de hidratação. Para o traço de argamassa com 10% CSQ, ver Fig. 7(a), nota-se que não há grande presença de etringita, apenas produtos de hidratação do cimento. Acreditar-se-à que pelo fato de esta CCA não possuir um índice de atividade pozolânico significativo, a mesma preencheu melhor a estrutura devido ao seu efeito fíler. Para o traço de argamassa com 15% CSQ, ver Fig. 7(b), pode-se notar o mesmo comportamento encontrado no traço de 10% CSQ, presença dominante de produtos de hidratação e alguns pequenos pontos com presença de etringita. Mais uma vez esses produtos de hidratação demonstram que ainda esta em formação de cristais tardios, tal fato, poder-se-à ocorrer o aumento de resistência à compressão em idades mais avançadas de rupturas. Com o traço de argamassa com 20% CSQ, ver Fig. 7(c), é possível notar maiores presenças de filamentos de etringita e produtos de hidratação. Acreditar-se-à que pelo aumento de CCA em relação aos outros traços (10% e 15%), esse obteve hidratações ainda mais tardias devido ao aumento da proporção de CCA e, retardar ainda mais essas reações. Nessa porcentagem de 20% também é visível à presença de pequenas fissuras na massa de argamassa, embora essas fissuras sejam menores, quando comparadas com as fissuras com o traço de argamassa com 20% CCQ.
(a) adição de 10% CSQ (b) adição de 15% CSQ (c) adição de 20% CSQ Figura 7: Argamassas com adição de cinza de casca de arroz sem controle de queima (CSQ)
Para as argamassas com adição de sílica ativa com o traço de 10% SA, ver Fig. 8(a), observa-se, também, um comportamento semelhante ao traço de referência, indicando presença dominante de produtos de hidratação. Sabe-se que a sílica ativa acelerar o processo de hidratação, levando a formação mais rápida dos cristais de hidratação, ainda nesta figura, também, é possível notar que há presenças de vazios na massa da argamassa, mesmo com adição de sílica, grãos mais finos que os grãos de cimento, a porcentagem de 10% de SA, não são suficientes para preenchimentos dos vazios. Em relação ao traço de argamassa com 15% de sílica ativa, ver Fig. 8(b), é possível notar uma pequena presença de etringita, pois, ainda está ocorrendo formações de cristais de hidratação. Esse comportamento foi detectado também nos traços com utilização de CCA, onde com o aumento do teor de adições de CCA, ocorrem o aumento de etringita. Para a porcentagem de argamassa com 20% de SA, ver Fig. 8(c), é notável a grande presença de fissuras. Tais fissuras são devidas as retrações, pois o diâmetro médio da sílica ativa é de 0,4µm o que propicia a retração, pelo refinamento dos poros. Também pode-se correlacionar este com a resistência à compressão, onde nesse percentual (20% de SA) a resistência não teve um aumento ao longo do crescimento com a idade de ruptura.
(a) adição de 10% SA (b) adição de 15% SA (c) adição de 20% SA Figura 8: Argamassa com adição de sílica ativa (SA)
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Porosidade por intrusão de mercúrio
A Fig. 9 apresenta os resultados de volume de intrusão de mercúrio em função da distribuição de tamanhos de poros para os diferentes traços de argamassas. É importante salientar que, normalmente, a escala de distribuição do diâmetro de poros é dividida em 4 regiões. Assim, as regiões 1 e 4, as quais representam a distribuição de poros de gel (poros < 0,01µm) e a distribuição de macroporos (poros>1µm), respectivamente. Então, a região 2 fica compreendido em tamanhos de poros (0,01µm<poros<0,05µm), e a região 3 com poros entre (0,05µm< poros < 1µm), representando dessa forma, toda a gama de poros capilares, divididos portanto em capilares menores e capilares maiores. Portanto, na Fig. 9, comparando a argamassa de referência (Ref), com as outras argamassas com as adições de CCA (CCQ e CSQ) e SA, registram-se que, em menor ou maior grau, houve um aumento na distribuição discreta de poros capilares (regiões 2 e 3) e, uma redução dos macroporos (região 4), principalmente, para diâmetros entre 10 e 100 µm. Esse comportamento demonstra que houve um aumento da densidade da mistura, pelo preenchimento dos vazios pelas partículas das adições (efeito microfíler). Cabe salientar que esse ensaio foi realizado com as amostras na idade de 120 dias.
Figura 9:Volume de intrusão de mercúrio em função da distribuição de tamanho de poros
Absorção de água e índice de vazios
As Figs. 10 e 11 apresentam os resultados de determinações da absorção de água e das determinações dos índices de vazios, respectivamente. Assim, obteve os resultados das argamassas, após imersão em água (24horas, em temperatura ambiente) e ainda, após imersão e fervura (5horas), para cada traço de argamassa. Os resultados foram realizados em corpos-de-prova com 28 dias.
Figura 10: Absorção de água Figura 11: Índice de vazios
0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,01 0,1 1 10 100 1000 D is tr ib u iç ã o d is c re ta ( m L /g ) Diâmetro de poros (µm) REF 10%CCQ 20%CCQ 10%CSQ 20%CSQ 10%SA 20%SA
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Os resultados de absorção de água e de índices de vazios, apresentaram em geral, baixa dispersão, antes e depois da fervura. Analisando a Fig. 10, constata-se, que ha uma similaridade entre os traços estudados, pois ocorreu aumento de absorção, conforme se aumentaram os teores de substituições das adições. Já na Fig. 11, observa-se que o aumento na porcentagem de cinza de casca de arroz, resultaram-se em elevados índices de vazios. Acreditar-se-á que tal comportamento deve-se ao fato de o ensaio ter sido realizado aos 28 dias de idade, ou seja, tempo insuficiente para o preenchimento dos vazios. Sabe-se que, as reações de cinzas de casca de arroz têm um processo mais lento de hidratação, ocorrendo em idades mais avançadas. Ao compararem esses resultados com o ensaio de porosimetria por intrusão de mercúrio, percebe-se que conforme ocorre o aumento na idade em análise, ocorrem o preenchimentos dos poros, pois se verifica que este ensaio (porosimetria por intrusão de mercúrio) foi realizado aos 120 dias. Assim, concluir-se-á que para o ensaio de índice de vazios realizados aos 28 dias, a matriz das argamassas estava mais aberta e, que ao longo de um período maior, ocorre o fechamento parcial de vazios.
Resistência à compressão axial
As Figs. 12(a), 12(b) e 12(c) apresentam um estudo comparativo entre os resultados de resistência à compressão simples do traço de argamassa de referência (Ref), com os resultados obtidos dos traços de argamassas contendo as adições de cinza de casca de arroz com controle de queima (CCQ), cinza de casca de arroz sem controle de queima (CSQ) e sílica ativa (SA), respectivamente e, em diferentes idades (3, 7, 27, 63 e 91 dias). Por meio de análise da Fig. 12(a) é possível observar que nas primeiras idades, as argamassas com adição de cinza com controle de queima (CCQ) apresentaram resistências semelhantes do traço de referência (acima ou abaixo). No entanto, para idades mais avançadas (63 e 91 dias), os traços com estas cinzas obtiveram resistências superiores ao traço referência, com exceção do traço contendo 10% de adição, aos 91 dias, que apresentou uma resistência bem abaixo do esperado. Acredita-se que este comportamento diferenciado pode ser resultado de um ruído experimental, na preparação dos corpos-de-prova e, que não foi eliminado no tratamento de valores atípicos. De maneira geral, pode-se concluir que a cinza, por ser um material pozolânico, apresenta uma taxa de reação baixa nas primeiras idades, mas, em idades mais avançadas a reação pozolânica é o fator dominante.
(a) adição de CCQ (b) adição de CSQ (c) adição de SA Figura 12: Resistência a compressão axial
Com relação a análise na Fig. 12(b), que compara o valor de referência (Ref) com o traço de argamassa contendo a cinza de casca de arroz sem controle de queima (CSQ), observa-se
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novamente que nas primeiras idades, a resistência do traço referência foi superior as dos traços com a adição (com exceção do traço com 10% de adição aos 7 dias). Nota-se, também, um pequeno aumento da resistência em idades mais avançadas, principalmente, na idade de 91 dias, no entanto, menos expressivo que os obtidos nos traços de CCA com controle de queima.
A Fig. 12(c) apresenta os resultados de argamassas obtidos pela adição de sílica ativa (SA), em comparação com o traço referência (Ref). Verifica-se que o traço em destaque foi o que continha 10% de adição, resultando em resistências maiores em todas as idades. De fato, Malhotra e Mehta (1996) [12] chegaram à conclusão que o teor ótimo de sílica ativa, por exemplo, em concretos, variam de 7% a 10%, podendo em algumas situações especiais, chegar a teores de 15%. Vale lembrar que o diâmetro médio das partículas de sílica ativa é aproximadamente 2 ordens de magnitude mais finas que a partícula de cimento (Dal Molin, 2005) [13]. Por isso, maiores quantidades de sílica ativa ao traço, aumentam consideravelmente a necessidade de água de amassamento. Salienta-se que neste trabalho, a relação água-aglomerante (a/c: 0,51) foi mantida constante para todos os traços e, tão pouco, fez-se o uso de aditivos redutores de água à mistura, o que dificultou o manuseio e trabalhabilidade dos traços com grandes porcentagens de sílica ativa.
Resistência à tração na flexão
A seguir são mostrados os resultados de resistência à tração na flexão das argamassas (Fig. 13). Verifica-se que para os traços de 10% e 15% de CCA com controle de queima (CCQ) os resultados são superiores ao traço de referência (Ref) e um decréscimo de resistência no traço de 20%. No entanto, poder-se-á ocorrer aumento da resistência para idade mais avançadas, pois acredita-se que com esta proporção (20%) ainda não houve tempo o suficiente para que ocorra a hidratação na massa da argamassa.
Para a CCA sem controle de temperatura (CSQ) houve uma inversão no traço de 20% na curva de crescimento de resistência, tal comportamento deve-se ao preenchimento dos vazios, deixando uma matriz mais compacta conforme se aumenta o teor de CCA em idades mais avançadas.
O comportamento da sílica ativa (SA) já era esperado, em estudos anteriores já comprovaram que a porcentagem adequada para a utilização da sílica ativa é de aproximadamente 10%, pois o aumento da mesma não proporciona o incremento de elevadas resistências.
Figura 13: Resistência à tração na flexão
Conclusão
Para a composição granulométrica do agregado natural, o agregado apresentou uma curva de granulometria fora dos padrões estabelecidos entre a zona inferior e superior da norma NBR 7211/2009 [14]. Mesmo assim, a curva mostrou-se com grãos de forma contínuos, o que caracteriza um bom arranjo entre as partículas.
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Para a difração de raios-X, os resultados obtidos para a cinza de casca de arroz com controle de queima mostrou um estado amorfo bem definido já a cinza de casca de arroz sem controle de queima não é totalmente amorfa, pois apresenta cristalinidade.
Quanto à espectrometria de raios-X, ambas as cinzas de casca de arroz estudadas apresentaram um alto teor de sílica. A cinza com controle de queima confirmou a sua grande pozolanicidade com um teor de aproximadamente de 90%. A cinza sem controle de queima obteve um valor de 88% de sílica.
Em relação ao ensaio de perda ao fogo, os valores encontrados para a CCA com controle de queima ficaram dentro do limite estabelecido pela NBR 12653/92 [9], ficando com uma perda de 3,62%. Entretanto, a CCA sem controle de queima ultrapassou o limite preconizado pela norma, obtendo um valor de 10,76%, portanto, não se enquadrando como um material pozolânico. Além disso, no ensaio de índice de atividade pozolânica, a CCA com controle de queima possui atividade pozolânica, pois atendeu a todos os requisitos da norma NBR 12653/1992 [9]. Todavia, a CCA sem controle de queima, apesar de apresentar um índice de atividade pozolânica acima de 75%, ultrapassou a porcentagem de água requerida estabelecida nesta norma, assim, não caracterizando-se como um material pozolânico.
Para o ensaio de curva de liberação de calor de hidratação das argamassas observou-se que o aumento de teores de substituições produz curvas mais lentas na hidratação dos componentes e, sem elevação de picos de temperatura.
Em relação ao ensaio de investigação da microestrutura por meio da microscopia eletrônica de varredura (MEV) pode-se notar a presença de produtos de hidratação, fato que comprova a hidratação tardia aos traços com utilização de cinza de casca de arroz. Para a sílica ativa foi possível notar que devido a sua granulometria fina houve o refinamento dos poros. Também, foi possível notar que todos os traços de 20% das adições ocorreram fissurações.
Com o ensaio de porosimetria por intrusão de mercúrio foi possível perceber que em idades avançadas, por exemplo, aos 120 dias, houve uma redução dos macroporos e um aumento na distribuição discreta dos poros capilares, assim resultando num preenchimento dos vazios pelas minúsculas partículas das adições.
Quanto ao ensaio de absorção e índices de vazios, concluiu-se que para a idade de 28 dias de idade, quanto maior é o aumento de substituição, maior também será a absorção de água e do índice de vazios, nesta idade analisada, acredita-se que não houve tempo suficiente para as hidratações nas argamassas com as cinzas de casca de arroz.
Neste estudo constatou-se que a CCA com controle de temperatura de queima, enquadrou-se como um material pozolânico, atendendo a todos os requisitos da NBR 12653/92 [9] e, nos ensaios mecânicos, mostrou os melhores resultados na porcentagem de 20%. Além disso, a CCQ atendeu os requisitos de perda ao fogo, massa específica, distribuição granulométrica, espectrometria de raio-x, difração de raio-X e índice de atividade pozolânica. Já a cinza de casca de arroz sem controle de queima (CSQ) não se enquadrou em vários requisitos como perda ao fogo, índice de atividade pozolânica e, assim, não se enquadrando como um material pozolânico.
Referências
[1] Isaia et al. Viabilidade do emprego de cinza de casca de arroz natural em concreto estrutural. Parte I: propriedades mecânicas e microestrutura. Ambiente Construído, 2010.
[2] M. M. Tashima. Cinza de Casca de Arroz altamente reativa: método de produção, caracterização físico-química e comportamento em matrizes de cimento Portland. Ilha Solteira/São Paulo. Mestrado em Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia UNESP. Área de Conhecimento Estruturas 2006.
[3] M.S. Rodrigues. Caracterização de Cinza Residual de Casca de Arroz para a Produção de Argamassa. Dissertação de Mestrado em Engenharia Agrícola, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, SP, 2008.
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[4] D.C.C.Dal Molin. Adições Minerais. Concreto: Ciência e Tecnologia / ed. G.C. Isaia, 1ª ed., São Paulo, IBRACON, 2v, 1946p. 2011.
[5] L. N. P. Cordeiro. Análise da Variação do Índice de Amorfismo da Cinza de Casca de Arroz sobre a Atividade Pozolânica. Porto Alegre. Mestrado em Engenharia. Universidade Federal do Rio Grande do Sul 2009.
[6] M. T. F. Pouey. Beneficiamento da cinza de casca de arroz residual com vistas à produção de cimento composto e/ou pozolânico. Porto Alegre. Doutorado em Engenharia. Universidade Federal do Rio Grande do Sul 2006.
[7] Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT NBR NM 18:2012 Cimento Portland - Análise química - Determinação de perda ao fogo.
[8] Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT NBR 5752:2012 Materiais pozolânicos - Determinação de atividade pozolânica com cimento Portland - Índice de atividade pozolânica com cimento - Método de ensaio.
[9] Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT 12653/1992 Materiais pozolânicos - Requisitos.
[10] V. Agopyan. Materias reforçados com fibras para a construção civil nos países em desenvolvimento: uso de fibras vegetais. Tese de Livre-docência. Escola Politécnica. Departamento de Engenharia Civil, Universidade de São Paulo, 1991.
[11] S. M. S. Alves. Desenvolvimento de compósitos resistentes através da substituição parcial do cimento por resíduo da indústria cerâmica. Universidade Federal da Paraíba. Dissertação de Mestrado. João Pessoa, 2002.
[12] V.M. Malhotra e P.K. Mehta, Pozzolanic and cementitious materials. Advances in Concrete Technology, v. 1, Gordon and Breach Publishers, 1996.
[13] D.C.C. Dal Molin. Adições Minerais para Concreto Estrutural. Concreto: Ensino, Pesquisa e Realizações. ed.G.C.Isaia – São Paulo: IBRACON, 2005, 2v., 1600 p.
[14] Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT NBR 7211:2009 Agregados para concreto – Especificação.
