ANTÔNIO CLÉSIO COSTA FILHO JOYCE FERREIRA ZEFERINO
INVESTIGAÇÃO DO USO DE RESÍDUO CERÂMICO COMO MATERIAL CIMENTÍCIO SUPLEMENTAR PARA PRODUÇÃO DE CIMENTO CP IV PARA
CONCRETO
Tubarão 2019
ANTÔNIO CLÉSIO COSTA FILHO JOYCE FERREIRA ZEFERINO
INVESTIGAÇÃO DO USO DE RESÍDUO CERÂMICO COMO MATERIAL CIMENTÍCIO SUPLEMENTAR PARA PRODUÇÃO DE CIMENTO CP IV PARA
CONCRETO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil.
Tubarão 2019
Primeiramente, agradeço aos meus pais, Antônio Clésio e Sônia, por todo o apoio e incentivo que me deram, pela vida que me proporcionaram de bom grado e por tudo que fizeram e fazem pelo meu bem. Sem vocês eu não seria nada.
A minha irmã, Barbara Casagrande, por ser essa mulher que me orgulha e me incentiva sempre.
A minha família pelo incentivo aos estudos e toda a força que me deram.
A nossa orientadora, Lucimara Aparecida, que sempre nos ajudou e nos orientou, você é um exemplo para todos da Unisul, continue sendo essa mãe que é para a gente.
A minha dupla, Joyce Ferreira, que por todos os perrengues continuamos a dar nosso melhor nesse trabalho.
E a todos os amigos que compartilharam sua vida nesse caminho de extrema importância para minha formação, cada um de vocês me ensinou algo diferente, levarei para a vida.
AGRADECIMENTOS JOYCE
Primeiramente, quero agradecer a Deus que sem Ele não seria nada.
Aos meus pais, Rozenilde e João Batista, por todo suporte que me forneceram, todo incentivo, que não me deixaram desistir dessa jornada, tenho muito orgulho de vocês.
Ao meu padrasto, João Batista Dias, por ter me dado força reconhecendo minha capacidade.
Ao meu irmão, Odormiro Ferreira, que mesmo longe nunca deixou de me encorajar e a ser persistente.
A minha família por toda força e incentivo que sempre me proporcionaram.
A minha dupla, Antônio, pela parceria e paciência comigo durante todo este trabalho, que apesar das dificuldades encontradas pelo caminho sempre continuamos persistentes para a realização deste.
A nossa orientadora, Lucimara Schambeck, que sempre esteve a prontidão para nos ajudar, você merece todo o reconhecimento pelo seu trabalho, nos faz sentir pessoas capazes de alcançar os sonhos.
E a todos os amigos que de alguma forma fizeram parte deste caminho da minha formação e elaboração deste trabalho, em especial a Adriana Silva, que sempre acreditou no meu potencial e me incentivou a fazer o melhor possível. Obrigada a todos.
Com o avanço das tecnologias, a reutilização de resíduos dentro do setor da construção civil tem ganhado espaço. Como o cimento é um dos materiais mais utilizados do mundo e, em contrapartida, tem alta carga de emissão de gases poluentes, propõe-se reutilizar materiais que possam oferecer melhorias ou apresentar alternativas à utilização do mesmo de maneira adequada. O presente estudo buscou encontrar uma forma sustentável de aprimorar as características do produto final com um material cimentício suplementar. Este resíduo, provindo de telhas cerâmicas brancas, com o intuito de padronização, desde a moagem até sua aplicação, obteve resultados em um produto final satisfatório. O intuito desta pesquisa foi avaliar a aplicabilidade deste resíduo que, reagindo com o cimento, constitui a atividade pozolânica. Desta forma, este trabalho visou comprovar, com base em literaturas e nos ensaios executados, a eficiência do material estudado.
Palavras-chave: Materiais Cimentícios Suplementares; Atividade pozolânica; Resíduo Cerâmico.
ABSTRACT
With the development of technologies, the reuse of leavings in the construction sector has improved relevantly. As cement is one of the most widely used materials currently and, on the other hand, has a high emission rate of pollutant gases, it is proposed to reuse materials that can offer improvements or present alternatives to use it properly. This study sought to find a sustainable way to improve the characteristics of the final product with a supplementary cementitious material. This residue, coming from white ceramic tiles, with the purpose of standardization, from grinding to its application, obtained results in a satisfactory final product. The aim of this research was to evaluate the applicability of this leavings which, reacting with the cement, constitutes the pozzolanic activity. Thus, the present work aims to prove, based on literature and performed tests, the efficiency of the studied material.
Figura 1 – Dados sobra a cerâmica no Brasil ... 16
Figura 2 – Telhas de cerâmica (Mil unidades) ... 16
Figura 3 – Classificação de argilas utilizadas em cerâmica, com base na cor após a queima .. 28
Figura 4 – Organograma do programa experimental... 32
Figura 5 – Ensaio de compressão ... 35
Figura 6 – Diagrama de fluorescência ... 40
Figura 7 – Características físicas ... 40
Figura 8 – Histograma do volume passante. ... 41
Figura 9 – Material retido na peneira ... 42
Figura 10 – Resultados dos ensaios para determinação da consistência ... 43
Figura 11 – Ensaios no estado fresco ... 44
Figura 12 – Resultados do ensaio de teor de ar incorporado ... 44
Figura 13 – Resultados dos ensaios de absorção por capilaridade com cura a a)23°C e b)38°C ... 45
Figura 14 – Resultados de resistência à compressão aos 7 dias com cura a a)23°C e b)38°C . 47 Figura 15 – Resultados de resistência à compressão aos 28 dias com cura a a)23°C e b)38°C ... 48
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Traços utilizados. ... 34
Tabela 2 – Composição química. ... 36
Tabela 3 – Características físicas... 36
Tabela 4 – Características do aditivo. ... 37
Tabela 5 – Propriedade dos agregados. ... 37
ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas ANICER – Associação Nacional da Indústria Cerâmica CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente CP II Z-32 – Cimento Portland composto com pozolana CP V – ARI – Cimento Portland de Alta Resistência Inicial IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IPT – Instituto de Pesquisa e Tecnologia
MCS – Material Cimentício Suplementar NBR – Norma Técnica
RC – Resíduo Cerâmico
SNIC – Sindicato Nacional da Indústria de Cimento SC – Santa Catarina
LISTA DE SÍMBOLOS CO2 - Dióxido de Carbono Kg – Quilogramas MPa – Megapascal °C – Graus Ton – Tonelada CH – Portlandita Ca+2 – Cálcio OH – Hidroxila
C3S – Silicato tricálcio – Alita
C3A – Aluminato tricálcio – Celita
Al+3 – Alumínio
CSH – Silicato de Cálcio Hidratado Ca(OH)2 – Hidróxido de cálcio
AFt – Etringita
AFm - Monossulfato
SO4-2 – Sulfato
CASH – Sílico-aluminato de Cálcio Hidratado ACH - Aluminatos de Cálcio Hidratado a/c – Água cimento
cm – Centímetros
Al2O3 – Óxido de Alumínio
CaO – Óxido de Cálcio Fe2O3 – Óxido de ferro (III)
SO3 – Trióxido de Enxofre
MgO – Óxido de Magnésio SiO2 – Dióxido de Silício
Mm – Milimetros
Kg/cm³ - Quilogramas por centímetros cúbicos g/cm³ - Gramas por centímetros cúbicos ppm – Partes por milhão
K2O – Óxido de Potássio
MnO – Óxido de Manganês Na2O – Óxido de Sódio
P2O2 – Massa molar
TiO2 – Dióxido de Titânio
B2O2 – Dióxido de Diborane
Li2O – Óxido de lítio
BaO – Óxido de Bário Ca2O3 – Trióxido de Ca
Cr2O3 – Óxido de Cromo (III)
PbO – Óxido de Chumbo SrO – Óxido de Estrôncio ZnO – Óxido de zinco ZrO2 – Dióxido de Zircônio
HfO2 – Dióxido de háfnio µm - micrometro
1 INTRODUÇÃO... 15 1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO ... 17 1.2 JUSTIFICATIVA E PROBLEMA ... 17 1.3 OBJETIVOS ... 18 1.3.1 Objetivo geral ... 19 1.3.2 Objetivos específicos ... 19 2 REVISÃO DE LITERATURA ... 20
2.1 USO DE MATERIAIS CIMENTÍCIOS SUPLEMENTARES PARA PRODUÇÃO DE CONCRETO ... 21
2.2 ATIVIDADE POZOLÂNICA ... 22
2.2.1 Efeito físico ... 23
2.2.2 Efeito químico ... 24
2.2.3 Métodos de avaliação da atividade pozolânica ... 25
2.3 RESÍDUO CERÂMICO ... 27
3 MATERIAIS E MÉTODOS ... 31
3.1 CARACTERÍSTICAS DO ESTUDO REALIZADO ... 31
3.2 MÉTODOS ... 32
3.2.1 Determinação da composição química ... 33
3.2.2 Determinação das características físicas ... 33
3.2.3 Determinação do grau de moagem ... 33
3.2.4 Construção das curvas de dosagem ... 34
3.2.5 Ensaios no estado fresco ... 34
3.2.6 Ensaios no estado endurecido ... 35
3.3 MATERIAIS UTILIZADOS ... 35
3.3.1 Cimento Portland ... 35
3.3.2 Água ... 36
3.3.3 Aditivo ... 36
3.3.4 Agregados ... 37
3.3.5 Material Cimentício Suplementar ... 37
3.4 ANÁLISE DE DADOS E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ... 38
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 39
4.1 DETERMINAÇÃO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA ... 39
4.3 DETERMINAÇÃO DO GRAU DE MOAGEM ... 41
4.4 ENSAIOS NO ESTADO FRESCO ... 42
4.5 ENSAIOS NO ESTADO ENDURECIDO ... 45
5 CONCLUSÃO ... 50
1 INTRODUÇÃO
Sabe-se que o Cimento Portland é um dos materiais mais consumidos no Brasil no que diz respeito ao segmento de construção civil. Segundo uma pesquisa feita pelo Sindicato Nacional da Indústria de Cimento (SNIC, 2019), houve um aumento no consumo de cimento, tanto para vendas internas dentro do Brasil como para importações: os números totalizam 12,7 milhões de toneladas no primeiro trimestre, representando um aumento de 1,3% em relação ao mesmo período anterior, apesar da crise vivida. Como a matéria prima que constitui o cimento tem alta emissão de CO2, um gás poluente, uma das alternativas encontradas para reduzir a
emissão é a substituição parcial do material, o que trouxe benefícios para as indústrias de cimento no Brasil. Elas emitem menos gás carbônico na atmosfera se comparadas à média mundial: 659 kg de CO2/toneladas contra 800 kg.
Em relação à quantidade do consumo de energia, 10% do total utilizado correspondem à energia elétrica, sendo majoritariamente dividida em: 40% na moagem do clínquer, 25% na moagem das matérias-primas e 20% na operação do forno e do resfriador; e os outros 90% do consumo total de energia são referentes à energia térmica utilizada para altas temperaturas na queima do material (MARINGOLO, 2001).
Pensando no meio ambiente e consequentemente no desenvolvimento econômico, houve interesse em elaborar uma pesquisa para reaproveitamento de materiais dos quais são descartados e podem ter funções similares às matérias primordiais na constituição do cimento, (CABRAL, 2016), como, por exemplo, o bagaço da cana-de-açúcar, a casca de arroz, o resíduo cerâmico, as escórias de alto forno, entre outros. É possível analisar também outras combinações que tiveram um bom resultado, como os geopolímeros; eles possuem um reagente alcalino que com a proporção certa tem propriedades mecânicas equivalentes ao do cimento Portland e, também melhora na redução de emissão de CO2 (RODRIGUEZ, 2016).
Estas substituições parciais têm como intuito reduzir o consumo da matéria prima, o que tem sido escasso em regiões de grandes cidades, oriundos de fontes naturais das quais não são renováveis e tem uma alta taxa de utilização, sendo fundamental promover uma certa economia de tais recursos (MODRO, 2009).
Segundo a Associação Nacional da Indústria Cerâmica (ANICER, 2015), existia um total de 6.903 empresas responsáveis por mais de 90% das alvenarias e coberturas
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construídas do Brasil, geradoras de um faturamento anual de 18 bilhões e responsáveis por 293 mil empregos diretos e 900 mil empresto indiretos, como demonstra a Figura 1:
Figura 1 – Dados sobra a cerâmica no Brasil
Fonte: ANICER (2015, p. 07).
De acordo com a pesquisa Anual Industrial do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) realizada em 2017, a produção de telhas cerâmicas a seguir demonstrada no Figura 2:
Figura 2 – Telhas de cerâmica (Mil unidades)
Fonte: IBGE (Citado por Segmento Cerâmica – 2017, p. 10).
Devido a tais questões levantadas, esta pesquisa teve como finalidade analisar a reutilização de resíduos cerâmicos provenientes da cerâmica vermelha, dos quais se encontra em uma quantia elevada, onde cerca de 2.5% de toda a produção é perdida.
1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO
Em pesquisas já realizadas sobre incorporação no cimento com resíduo de cerâmica vermelha, como, por exemplo, a pesquisa proposta por Santos (2018), foram realizados ensaios com a adição do resíduo no cimento fazendo comparação com o cimento comum e os requisitos estabelecidos foram atendidos tendo resultados positivos.
Quando se trata de reaproveitar um material, não se tem a ideologia de apenas estar reutilizando um material que seria descartado, mas também o quanto ele pode ajudar ou modificar as propriedades de um novo material a ser constituído. Levando isso em consideração, os testes executados apresentaram melhoras e maiores resistências do cimento composto. Apresentando em números, nos primeiros 7 dias a resistência à compressão inicialmente obteve uma média de 51,6 MPa, enquanto no cimento comum resultou 37,8 MPa. Avaliando nas primeiras idades do estado endurecido, verificaram-se maiores resistências comparadas ao padrão comum, concluindo que adicionando o resíduo de cerâmica vermelha no cimento, alcançamos as propriedades físicas e mecânicas necessárias, e ainda assim melhorando a estabilidade do concreto (SANTOS, 2018).
Em outra pesquisa realizada, também foram desenvolvidos testes analisando o comportamento do cimento tendo incorporação do mesmo resíduo da pesquisa anterior. Nos resultados, o que teve destaque foi em relação à resistência à compressão que excedeu o valor mínimo especificado por norma. Desta forma, pode-se perceber de que o aproveitamento destes resíduos não serve somente como um agregado em substituição ao componente original, e sim na interferência e melhora das propriedades físicas e mecânicas (CASTRO; SANTOS; GONÇALVES, 2017).
1.2 JUSTIFICATIVA E PROBLEMA
O Instituto de pesquisas tecnológicas de São Paulo (IPT) realizou uma pesquisa para a utilização dos resíduos cerâmicos, dos quais são descartados ou, eventualmente, utilizados como cascalhos; um resíduo do qual tem propriedades mineralógicas e possibilidade de ser reaproveitado. E por essa característica que os resíduos têm potencial para serem adições ou substituição parcial ao cimento Portland (FASTOFSKI, 2014).
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Segundo Leite (2001), a reciclagem de resíduos é a melhor forma de reduzir o impacto ambiental que toda a geração de resíduos resulta, sendo assim, um meio proativo que reduzirá a utilização da matéria prima e em paralelo diminuirá os gastos decorrentes da utilização. Essa é uma prática que vem sendo incentivada em todo o mundo.
Pensando em melhorias na atividade e visando a sustentabilidade, estudos estão sendo feitos para a reutilização destes materiais na construção, como em agregados, aglomerantes, aditivos, entre outros.
Conforme resolução do CONAMA n° 307:
Os geradores têm como prioridade a não geração de resíduos e, secundariamente, a redução, reutilização, reciclagem e destinação final. Por conta disso, existe uma série de restrições legais quanto a destinação com indicação dos lugares específicos onde poderão ser depositados. (CONAMA, 2002, p. 04).
A utilização de resíduos pode resultar em melhoras nas propriedades mecânicas, como descreve Tashima (2006): ele obteve melhores resultados na resistência com a substituição parcial de cimento por sílica ativa ou por cinza da casca de arroz, como também Kanning (2013), que demonstra que materiais pozolânicos trazem uma melhora na resistência à compressão, pela diminuição dos poros da pasta hidratada e pela interação entre a pozonala e o hidróxido de cálcio liberado pelo cimento Portland, tendo referências também em idades mais avançadas.
Segundo Garcia (2014), um material abundante com propriedades pozolânicas no Brasil é a cerâmica vermelha, que recebe a queima em uma temperatura entre 700°C e 900°C. Esse processo concede propriedades da natureza. A pozolana é um material que reage junto à matéria prima do cimento, resultando em aspectos positivos.
Assim, o presente estudo, realizado no ano de 2019 na cidade de Tubarão/SC tem como pergunta de pesquisa: É possível a substituição da pozolana, utilizada na fabricação do cimento pozolânico, por rejeitos de telhas cerâmicas moídas obtendo-se um cimento com propriedades adequadas?
1.3 OBJETIVOS
Seguir os parâmetros impostos conforme norma, tendo como objetivo principal a criação de um novo cimento com intuito de substituição parcial da matéria prima do cimento
por resíduos cerâmicos, onde serão realizados testes que definam as propriedades necessárias para utilização do proposto.
1.3.1 Objetivo geral
Avaliar a produção de cimento Portland tipo IV com adição de resíduos cerâmicos de telhas moídas, visando obter-se um cimento com propriedades adequadas.
1.3.2 Objetivos específicos
Investigar as propriedades físicas e químicas do resíduo cerâmico proveniente do setor cerâmico do sul de Santa Catarina;
Determinar o grau de moagem com maior eficiência para o resíduo cerâmico considerando sua atividade pozolânica;
Caracterizar pelos métodos consagrados a atividade pozolânica do resíduo cerâmico;
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2 REVISÃO DE LITERATURA
No Brasil há um progresso na área da construção civil, nos últimos 50 anos foram analisados o consumo de cimento e o desempenho da área, segundo a Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP, 2015), foi determinado que havia um consumo per capita de 320 kg por habitante. Esse índice vem aumentando desde o ano de 1965, período analisado, onde em um intervalo de aproximadamente quinze anos aconteceu o chamado ciclo econômico, que com novas formas de financiamento movimentando a economia, proporcionou-se uma expansão na construção e importantes obras foram executadas. Após isso, veio outra temporada em meio à década de 90 e 2000, na qual se percebeu que o mercado permaneceu na média e paralisou, pois o país entrou em uma grave crise que acarretou em grande endividamento das empresas, o consumo, então nessa época, atingiu uma per capita de 200 kg por habitante. Nos últimos anos simultaneamente com a demanda mais elevada e a economia se recuperando, gerou um crescimento no mercado melhorando esses dados, e a tendência é aumentar a cada ano que se passa.
Considerando os dados atualizados de 2019, de acordo com o Sindicato Nacional da Indústria de Cimento (SNIC, 2019), houve um aumento de 1,3% comparado com o trimestre do ano anterior. No primeiro trimestre de 2019 as vendas totalizaram 12,7 milhões de toneladas de cimento no Brasil e no último ano entre (abril de 2018 a março de 2019), foram registrados um total de 53 milhões de toneladas de cimento.
A indústria de cimento levanta uma importante questão relacionada à emissão de CO2: comparado à média mundial, o Brasil é o que tem a menor emissão de gás carbônico (CO2)
na atmosfera: uma média de 659 kg de CO2/ton de cimento, enquanto a média mundial
ultrapassa os 800 kg de CO2/ton de cimento. Na composição do cimento há uma mistura de
clínquer e adições e o clínquer tem alta emissão devido ao calcário na sua produção, logo, constata-se que aumentando o teor de adições, há uma redução dessa emissão de CO2 (LIMA,
2010).
Nos últimos anos foi possível perceber o crescimento da utilização de adições minerais na produção de cimentos. Levando em consideração a parte sustentável, essa é a mais favorecida, pois com essas adições ocorrem reutilização de resíduos, redução da emissão de CO2 na atmosfera, e consequentemente uma economia de energia (NEHDI; MINDESS;
Segundo Mehta e Monteiro (2014), há uma diversidade de materiais que podem ser adicionados ao concreto, ou na forma de cimento composto. Geralmente em relação às quantidades necessárias de incorporação desses minerais há uma variação de 20% a 70% por massa de material cimentício.
2.1 USO DE MATERIAIS CIMENTÍCIOS SUPLEMENTARES PARA PRODUÇÃO DE CONCRETO
As adições minerais incorporadas na produção do cimento têm como importância substituição de materiais reaproveitando resíduos, auxiliam na redução de emissão de CO2 e,
também melhoram as propriedades do concreto. Isso acontece por causa dos efeitos físicos e químicos na microestrutura dos concretos (MEHTA; MONTEIRO, 2014).
Dal Molin (2011) ressalta a relevância dos efeitos químicos e físicos do concreto, primeiramente em relação à química descreve que está relacionado a pozolana, por causa da reação das adições minerais com o hidróxido de cálcio que formam durante o processo da hidratação do cimento, e fisicamente por conta do aumento da densidade da mistura no preenchimento de vazios dos elementos dos minerais, alterando na microestrutura entre o cimento e o agregado, fazendo com que esses minerais completem os espaços vazios deixados pelo próprio concreto, mistura.
Neste assunto, obtêm-se a incorporação da pozolana a partir dos resíduos de cerâmica vermelha, que quando combinada ao cimento alcança resistências mecânicas e influencia na durabilidade. É importante ressaltar que além de estar reutilizando um material que não tinha nenhum fim, ainda há melhora nas propriedades do concreto. O resíduo de cerâmica vermelha adicionado na produção do cimento foi um processo que teve compatibilidade por causa da composição química, por ele ser adaptável com a composição de outros materiais (DAL MOLIN, 2011).
Gonçalves (2005) utilizou resíduo cerâmico na produção de argamassa substituindo parte do cimento e efetuou testes com diferentes percentuais (10, 20, 30 e 40%) do resíduo para análise. Através das normas e índices em relação à atividade pozolânica do resíduo cerâmico, constatou que o material sendo finamente moído segue as características da pozolana, vista como uma pozolana de moderada baixa atividade conforme NBR 5752 (ABNT, 2014).
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Em relação à resistência à compressão, o resultado final comparado à argamassa original não teve excessiva alteração, mas causou refinamento dos poros. De forma geral, o resíduo cerâmico auxilia na redução de absorção de água das misturas, e quando em substituição parcial do cimento o autor considera que é tecnicamente viável.
Avaliando o resíduo cerâmico em laboratório, as argilas calcinadas são materiais de elevada atividade pozolânica. Conforme análises, a cerâmica calcinada a 700°C mostrou alta atividade pozolânica comparada às cerâmicas vermelhas (SEBASTIANY, 2014).
Segundo Vieira (2005), nos resultados em concretos com substituição parcial do cimento pelo resíduo houve uma redução na resistência à compressão quando realizada incorporação de 20% e 40%. Mas a redução não foi correspondente ao valor substituído: as amostras que possuíam o máximo de teor substituído retiveram 89% da resistência das amostras referenciais, isto por causa da sua atividade pozolânica.
2.2 ATIVIDADE POZOLÂNICA
De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR 12653 (ABNT, 2014), os materiais pozolânicos são materiais que possuem pouca ou nenhuma propriedade ligante, mas devido à presença de água, reagem com o hidróxido de cálcio (produzido durante a hidratação do cimento Portland) presentes na pasta de cimento hidratado à temperatura ambiente. Enquanto o cimento Portland na sua hidratação utiliza como subproduto o hidróxido de cálcio, o material pozolânico o consome resultando assim na atividade pozolânica, formando compostos com propriedades cimentícias (MEDEIROS, 2018).
A pozolana por sua vez é normalmente utilizada em substituição parcial do clínquer ou na produção do concreto. As pozolanas podem ser classificadas em dois grandes grupos: os naturais que são derivados de rochas ou minerais vulcânicos que passam por britagem ou moagem; e por uma temperatura elevada. E as artificiais, que genericamente são resíduos de agroindústrias que tenham atividade pozolânica (TASHIMA, 2006).
As pozolanas artificiais são obtidas com a criação da instabilidade da estrutura interna dos minerais argilosos pela ação de temperaturas que variam entre 500°C e 900°C. (LEITE; DAL MOLIN, 2002).
A NBR 12653 (ABNT, 2014) divide as classes em N (Naturais), C (Cinzas volantes) e E (Derivados de pozolanas que não sejam das classes anteriores). Para ser
considerado um material pozolânico, a norma estabelece requisitos químicos, tais como perda ao fogo de no máximo 6% para as classes C e E e 10 % para a classe N; que a soma SiO2+Al2O3+Fe2O3 seja no mínimo de 70% para as classes N e C e para a classe E no mínimo
de 50%. Já os requisitos físicos, ter uma resistência de no mínimo 90% do valor referência aos 28 dias. Para a atividade com a cal o valor mínimo de resistência mecânica é de 6,0 MPa aos 7 dias.
A importância da atividade pozolânica deriva-se de três aspectos: primeiro é que como a reação ocorre lentamente a liberação de calor fica em paralelo, consequentemente o desenvolvimento na resistência também será lento; segundo, a reação consome óxido de cálcio, aumentando a durabilidade em frente a meios ácidos; e terceiro, a diminuição dos poros em função de um processo denominado refinamento de tamanho dos poros (MEHTA; MONTEIRO, 1994).
Ainda pela NBR 12653 (ABNT, 2014), se destacam alguns itens qualitativos ao uso da pozolana: uma taxa de aumento na resistência, redução de porosidade, aumento da resistência a sulfatos, resistência à difusibilidade de íons cloreto, mitigação da reação álcali-agregado, redução da ocorrência de eflorescências e aumento da resistividade elétrica.
2.2.1 Efeito físico
Os efeitos físicos provenientes da atividade pozolânica apresentam melhoras em suas características físicas, tais melhoras são demonstradas dentro de pesquisas já realizadas, como o preenchimento de vazios e o aumento da resistência à compressão. Ambos estão em paralelo, mas tudo isso em função do teor que é utilizado. Santos (2018) em sua pesquisa obteve uma boa melhora nas propriedades físicas com a incorporação de resíduo cerâmico vermelho em substituição parcial com teor de 20% ao CP II Z 32. Apesar do tempo de cura ter sido prolongado, ele teve um início prematuro comparado ao comum, os resultados a compressão tiveram melhoras desde os primeiros ensaios, de 3, 7 e 28 dias, sendo respectivamente uma melhora de 31%, 44% e 35%.
Os efeitos físicos atuam principalmente no preenchimento de vazios, aperfeiçoando a coesão, permeabilidade, capilaridade, diminuindo a exsudação ou tendência à fissuração e um aumento na velocidade de hidratação das partículas de cimento nos primeiros dias de cura. O aumento na velocidade de hidratação gera uma maior quantidade de hidratos, chamado de
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portlandita (CH), resultando em produtos de hidratação resistentes. (NEVIILE, 1997; TASHIMA, 2006).
2.2.2 Efeito químico
Se aprofundando mais na hidratação do cimento Portland, conforme é explicado por Medeiros (2018), em 5 fases o que ocorre com a hidratação:
a) Na primeira fase, seria o cimento anidro, sem água para causar a reação.
b) Na segunda, denominada como dissolução ou pré-indução, ocorre a máxima temperatura de hidratação, causada pela liberação do íon de cálcio (Ca+2) e a hidroxila (OH),
presentes no silicato tricálcico (C3S) e em maior quantidade no aluminato tricálcico (C3A),
denominados Alita e Celita, respectivamente, elementos formados pela liberação do íon alumínio (Al+3), causando o destacamento de unidades moleculares da superfície das partículas
de cimento.
c) Na indução ou período de dormência, considerada a terceira fase, na qual ocorre a diminuição da taxa de hidratação, e consequentemente a perda de calor, fator causado pela quantidade de íons de cálcio (Ca+2). E no mesmo período a concentração de silicoaluminato de
cálcio hidratado (C-S-H) está em maior quantidade que a de portlandita (Ca(OH)2).
d) O retorno do período de hidratação é marcado pelo aumento do silicoaluminato de cálcio hidratado (C-S-H) e da formação de portlandita (CH), proporcionando, consequentemente, redução na concentração de íons de cálcio (Ca+2) na fase líquida; essa fase
é denominada como aceleração. A hidratação é controlada pela nucleação e pelo crescimento dos produtos de hidratação, que por sua vez está relacionada à dissolução do silicato tricálcico (C3S).
e) A desaceleração, 4° fase, o sulfato de cálcio tem sua dissolução total, e a concentração de íons diminui gradativamente; a transformação de etringita (AFt) em
monossulfato (AFm), com o término do íon sulfito (SO4-2), os íons de alumio reagem com as
etringita (AFt) remanescentes.
f) Na sua última fase, ocorre uma queda na taxa de reação e o que prevalece é a difusão, deixando de ser a dissolução-precipitação. Processo que engloba as maiores partículas na hidratação, a pasta de cimento se densifica a ponto de reduzir os espaços para a nucleação e crescimento de novos cristais.
O processo de reação da pozolana que ocorre na hidratação, contendo sílica em forma ativa, com o hidróxido de cálcio (CH) liberado pelo processo de hidratação do cimento Portland, contribui para a formação de silicatos de cálcio hidratados (C-S-H), aluminatos de cálcio hidratados (A-C-H) e/ou silicoaluminatos de cálcio hidratados (S-A-C-H) gerando assim, um aumento na resistência mecânica, diminuição de permeabilidade e, consequentemente, um aumento na durabilidade. A relação A/C (água cimento) está diretamente relacionada com a atividade da pozolana, devendo obedecer a uma relação inferior a 0,5 (TASHIMA, 2006).
A principal diferença no processo do cimento Portland e o cimento Portland com material reativo na substituição, é que ao invés de usar o hidróxido de cálcio (CH) como subproduto na sua hidratação, o material reativo substituto o consome, o que resulta em formação de produtos com propriedades aglomerantes, de natureza diferente das comuns dentro do cimento Portland, mas com relação menos alcalina, mais resistente aos meios agressivos, com efeitos positivos sobre as reações álcali-agregado. A reação acontece mais lentamente, comparado ao cimento Portland sem adições, assim a liberação de calor e aumento de resistência também são lentos (PINHEIRO, 2008; MEDEIROS, 2018).
Os principais efeitos do material complementar suplementar dentro da hidratação influenciando as características físicas é a diluição, distribuição granulométrica e a nucleação. (MEDEIROS, 2018).
2.2.3 Métodos de avaliação da atividade pozolânica
A atividade pozolânica consiste em mensurar a reatividade e a eficiência da pozolana com introdução de outros materiais. Segundo Zampiere (1993), esses materiais são escolhidos conforme tal máxima: quanto mais reativos forem, mais adequados serão no uso do cimento Portland. Seguem-se dois parâmetros para se obter uma atividade pozolânica, primeiro em relação à quantidade de cal que é possível agregar e, segundo, a que taxa que essa combinação ocorre. Para acontecer isso, há uma influência da natureza de cada pozolana, questão de quantidade e qualidade das suas fases (MASSAZZA, 1993).
Como há uma diversidade de métodos para análise da reação pozolânica, não se tem ao certo um método específico para todos os tipos de pozolanas, para que seus resultados sejam associados com as características do material (SANTAMARIA, 1983).
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Segundo Swamy (1993), os métodos para a avaliação da atividade pozolânica são constituídos por alguns fatores que não podem ser regulados, conforme comentado antes, pois cada pozolana tem seu comportamento. De acordo com as características do material, dentre os resultados da análise, é observada relação água/cimento, temperatura, condições de cura, isso para melhor encontrar a proporção adequada a ser utilizada.
O método de ensaio requer requisitos a serem seguidos, habilidade para identificar o material pozolânico, fornecer informações relativas ao grau de atividade pozolânica e avaliar os resultados para que logo seja introduzido no ramo da indústria. As características químicas, morfológicas e físicas do material têm de ser levadas em consideração, pois deve ser avaliada a atividade pozolânica, no caso a reação da pozolana com a cal ou cimento (SWAMY, 1993).
Gava (1999), em um estudo, verificou em distintos métodos para a especificação da atividade pozolânica, porém acredita que não há uma coerência com o comportamento real das pozolanas na argamassa, já que esses métodos desconsideram vários aspectos que influenciam na reação pozolânica, desta forma fazendo com que a pozolana receba uma classificação errada e acabe sendo descartada em alguns usos.
Existem variados métodos de ensaio que são muito utilizados para apresentar as propriedades da atividade pozolânica. Dentre eles, Chapelle, por exemplo, é um método direto de mensuração da alteração do teor de hidróxido de Cálcio (Ca(OH)2). É caracterizado por obter
resultados rápidos, foi modificado conforme alguns autores realizavam suas pesquisas, de um ano de execução, hoje em 18 horas está concluído (REGO, 2004; CORDEIRO, 2009, PONTES, 2011).
Outro método é o Chapelle modificado, que é o resultante das alterações do método anterior, no qual teve êxito atenuando as diferenças dos resultados. Mais uma técnica é a análise termogravimétrica, que segundo Bork (2011), estuda as reações de decomposição térmica das propriedades do material. Essa técnica demonstra resultados da taxa dos compostos formados das reações pozolânicas.
Para determinar a pozolanicidade, o método utilizado é o Luxán, que mede a alteração da condutividade elétrica de 200 ml saturada de CA(OH)2 e 5 gramas de resíduo,
mantendo agitado e com temperatura de 40°C (LUXÁN, MADRUGA; SAAVEDRA, 1989). Em relação ao método para determinação do índice de atividade pozolânica com o cimento, ele é um ensaio no qual se produzem dois tipos de argamassas seguido pela norma NBR 5752 (ABNT, 2014), uma somente com cimento Portland, e a outra tendo a substituição
parcial do cimento pelo resíduo. Nas primeiras 24 horas já é feita a análise em partes do processo de cura e até seus 28 dias completos, a fim de obter resultados na resistência.
2.3 RESÍDUO CERÂMICO
No Brasil, as temperaturas de queima no processo de fabricação de blocos e telhas cerâmicas variam entre 700°C e 900°C. A indústria de cerâmica vermelha utiliza a chamada massa monocomponente, composta basicamente por argilas (SANTOS, 2018).
As argilas comuns, como são denominadas as argilas mais abundantes na natureza, utilizadas na fabricação de cerâmicas como telhas e materiais da construção civil, tem uma composição que além de materiais argilosos contêm quartzo, micas, fragmentos de rocha, carbonatos em grão ou concreções, sulfatos, sulfuretos, óxidos e hidróxidos de ferro e matéria carbonácea (MEIRA, 2001).
A Figura 3 demonstra, uma classificação de argilas utilizadas em cerâmica, com base na cor após a queima:
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Figura 3 – Classificação de argilas utilizadas em cerâmica, com base na cor após a queima
Fonte: MEIRA (2001, p.06).
Conforme a Figura 3, a temperatura média de queima da cerâmica vermelha está em 950°C, onde a matéria prima do material pode ser composta de argilas, argilitos e xistos argilosos, tendo fins para ladrilhos de pavimento, tijolos, telhas e azulejos. Já as cerâmicas brancas ou escuras, comumente utilizadas para louças, possuem temperatura média de queima mais elevada, entre 1250°C a 1450°C.
A produção da cerâmica vermelha pode ser dividida em algumas etapas: primeiramente a extração da matéria prima, feita em céu aberto, onde as características são conhecidas para devida finalidade que é a produção de materiais para a construção civil; após seu período de descanso, começa a etapa de preparação onde se misturam argilas, água e resíduos de acordo com o produto final desejado; posteriormente será levada ao moedor/misturador onde é feita a redução dos grãos e é adicionada água para se obter a plasticidade ideal, passando também pelo processo de laminação para uma massa mais argilosa e densa; e é encaminhada à extrusora onde é moldada conforme a forma, após o corte ou prensa; e por fim a secagem natural ou artificial e queima do produto, onde a última ocorre a uma temperatura de 900 a 950°C para telhas (ISHIDA, 2018).
A energia necessária considerada no subsegmento de cerâmica vermelha é destacada como: Força motriz (usada em maquinários) em 91,2% para energia elétrica e aquecimento direto para combustível de origem da madeira, energia elétrica em consumo de iluminação em 7,5% e refrigeração (equipamentos de controle e inspeção dos secadores/fornos contínuos) em 1,3% apenas (ISHIDA, 2018).
A cerâmica vermelha pode ser encontrada em diversas pesquisas com o intuito de se utilizar a pozolana em conjunto com o hidróxido de cálcio, conforme encontrado em publicações de Santos (2018) e Castro, Santos, Gonçalves (2017). Já Wada (2010) utilizou o resíduo em substituição do agregado miúdo:
Santos (2018) atestou em seu artigo com a incorporação do resíduo industrial de cerâmica vermelha a produção de concreto auto adensável que os ganhos físicos e químicos com esse material, que tornou o produto mais denso, com menos poros permeáveis e maior resistência à compressão em todas as idades. Tomando a conclusão que resíduos da cerâmica vermelha se mostraram muito adequados para produção de cimento composto quanto como adição ao concreto, melhorando assim propriedades físicas e mecânicas junto a estabilidade dos concretos.
Wada (2010) obteve um bom resultado com sua pesquisa, que visava um estudo da incorporação de resíduos cerâmicos vermelhos na composição de concreto para uso de estacas moldada in loco, conclui-se que com o acréscimo de teores substituídos foi possível obter um aumento na resistência e no módulo de elasticidade, diminuiu a porosidade, o que pode ser utilizado para corrigir falhas na distribuição granulométrica dos agregados na confecção do concreto, mas que a substituição não possa passar de 40% do agregado miúdo, pois o abatimento não terá um resultado desejável.
Castro (2017) conclui que os cimentos compostos produzidos em laboratório mostraram-se adequados para utilização na construção civil, seu artigo de Caracterização de cimentos compostos com resíduo da indústria de cerâmica vermelha, revela que: Cimentos compostos CPII Z e CPIV, produzidos em laboratórios, atenderam aos requisitos químicos e físicos das normas, obtiveram resistência à compressão superior ao valor mínimo em norma e apresentaram elevado teor de alcalinidade; porém com a realização de ensaios, foi possível determinar que sua utilização pode mitigar a reação álcali-agregado. E em comparação ao cimento composto com pozolana e o cimento Portland pozolânico, obteve-se uma maior finura do composto, resultando em um aumento na demanda de água e em alguns casos redução do
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tempo de início de pega, e em desempenho mecânico houve um aumento de resistência à compressão em todas as idades.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 CARACTERÍSTICAS DO ESTUDO REALIZADO
Para responder a hipótese de trabalho (problema) desta investigação, optou-se por método de procedimento experimental, consequentemente com abordagem quantitativa. O nível da pesquisa, em função da necessidade da descrição de hipóteses parciais e manipulação de variáveis, foi explicativo.
Em estudos com estas características, os investigadores revestem-se da necessidade de contribuição prática para com a sociedade. Para Demo (2012, p.29) este tipo de pesquisa é:
[...] dedicada a trabalhar a parte da realidade que se manifesta empiricamente e é, por isso, mais facilmente manejável. Em muitos lugares, aceita-se apenas esta como pesquisa, porque se confunde produção científica com experimentação. Chama-se empirismo o vício de reduzir a realidade toda à sua manifestação empírica ou à manifestação mensurável quantitativamente.
Buscam-se resultados imediatos com a necessidade de confirmar ou refutar hipóteses previamente descritas a partir da manipulação de variáveis. Assim, obtém-se resultados concretos a partir das ações desenvolvidas através do estudo.
Este tipo de pesquisa, por suas técnicas e métodos, ofereceu absoluto controle do objeto de estudo aos investigadores. Permitiu o isolamento de variáveis que, especificamente aqui, foram constituídas pelas diferentes quantidades de resíduos cerâmicos adicionados à matéria prima do cimento Portland. A variável independente, totalmente controlada pelos pesquisadores, foi a quantidade de matéria prima (cimento Portland) utilizada. Kerlinger (2003, p. 94), diz que os estudos experimentais caracterizam "uma pesquisa onde se manipulam uma ou mais variáveis independentes e os sujeitos são designados aleatoriamente a grupos experimentais".
As investigações de ordem experimental permitem o aprofundamento no estudo do objeto determinado, construção de conhecimento efetivo e grande contribuição para a sociedade e ciência pois, é na experiência que estas comprovações se realizam.
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3.2 MÉTODOS
Esse item tem por finalidade propor um programa experimental, que terá como objetivo: Identificar as propriedades físicas e químicas dos resíduos cerâmicos provenientes do sul de Santa Catarina; determinar o grau de moagem com maior eficiência do resíduo cerâmico considerando sua atividade pozolânica; e determinar o grau de atividade pozolânica e construir curvas de dosagem de concreto contendo teores de resíduos cerâmico dentro dos parâmetros técnicos. A seguir se encontra o organograma, que separa por partes o procedimento para o resultado.
Figura 4 – Organograma do programa experimental
Na etapa 1 foi realizada a determinação química do material por uma espectroscopia por fluorescência de raio X. Da qual revelará de forma qualitativa e quantitativa os elementos químicos presentes na amostra. A caracterização física terá ensaio de difração de raios laser.
Nas etapas 2 e 3 é onde será determinado o grau de moagem e a atividade pozolânica do resíduo. A moagem será feita por um moinho de bolas e o índice de atividade pozolânica do resíduo já moído pela sua finura.
Na última etapa foram construídos curvas de dosagens e realizados testes físicos e mecânicos com diferentes teores de resíduos na substituição do cimento. Será determinada a resistência à compressão por uma prensa central com as idades de 7, 28 e 63 dias, o abatimento da pasta antes da cura e a determinação da demanda de água.
3.2.1 Determinação da composição química
A determinação da composição química do material foi realizada por ensaio de difração de Raios-X, do qual revelará os componentes químicos do MCS, onde o resíduo cerâmico deverá estar de acordo com a NBR 12653 (ABNT, 2014), que define os parâmetros para materiais pozolânicos.
3.2.2 Determinação das características físicas
A determinação das características físicas foi realizada por eflorescência de raios laser, revelando o diâmetro médio dos grãos, como o diâmetro em 10%, 50% e 90%. A NBR 12653 (ABNT, 2014) define os parâmetros físicos para o material pozolânico.
3.2.3 Determinação do grau de moagem
A determinação do grau de moagem foi realizada pela granulometria do grão, onde foi determinado pelo tempo em que ele permanece no moinho de bolas, e sendo totalmente passante pela peneira 0,075 mm.
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3.2.4 Construção das curvas de dosagem
A construção se dá pela pesquisa bibliográfica. Conforme o item 2.3, a substituição não pode ultrapassar os 40%. Seguindo outros atores já citados, foi determinado o uso de 10, 20 e 30% de substituição do traço padrão. O traço padrão por sua vez será de 1:6,0, similar ao concreto bombeável, conforme Tabela 1. O fator de água e aglomerante foi determinado para o traço padrão; já os traços com substituição de cimento por MCS tiveram seus fatores ajustados conforme necessário para manter a coesão da mistura, todos os traços foram misturados a mesma energia e tempo na argamassadeira, conforme NBR 16541 (ABNT, 2016).
A Tabela 1 demonstra os traços a serem executados: Tabela 1 – Traços utilizados
Fonte: Autores (2019).
3.2.5 Ensaios no estado fresco
Os ensaios em estado fresco baseiam-se na determinação da consistência, que será através do ensaio de slump de bancada, NBR NM 67 (ABNT, 1998), mas com um método adaptado para uma menor quantidade de argamassa, com medidas reduzidas sendo moldado com três camadas e 12 golpes cada. O método adaptado é utilizado por Martins (2018) para uso em argamassas sem agregado graúdo. Também serão executados os ensaios de espalhamento estático e espalhamento dinâmico. Seguindo a NBR 13276 (ABNT, 2016), o molde recebe a argamassa em três camadas com 15, 10 e 5 golpes de soquete; após a retirada do molde, é medido o espalhamento estático (Flow 0) e, posterior as 10 quedas na mesa de consistência, é medido novamente o espalhamento dinâmico (Flow 10).
Também serão feitos ensaios que determinam a densidade de massa e o teor de ar incorporado. Conforme a NBR 13278 (ABNT, 2005), o método consiste em preencher com argamassa o recipiente em 3 camadas com 20 golpes de espátula e 3 quedas de
aproximadamente 3 cm. O recipiente deve ser pesado vazio, com água e preenchido com argamassa.
3.2.6 Ensaios no estado endurecido
Após a moldagem dos corpos de prova com dimensões de 5 cm x 10 cm, serão utilizados dois tipos de cura úmida, sendo um a 23°C e outro a 38°C. Medeiros (2018) em sua pesquisa, demonstrou que esses tipos de cura tiveram resultados significativos. Os ensaios previstos para os corpos de prova serão os de compressão, aos 7, 28 e 63 dias, pela NBR 5739 (ABNT, 2018), e a absorção de água por capilaridade aos 28 dias, NBR 15259 (ABNT, 2005). Na Figura 5 é demonstrado o ensaio de compressão na prensa vertical:
Figura 5 – Ensaio de compressão
Fonte: Autores (2019).
3.3 MATERIAIS UTILIZADOS
3.3.1 Cimento Portland
O cimento utilizado foi o CP V – ARI, cuja escolha se deu devido a sua pureza, sem adições de materiais que possam reagir com o MCS a ser estudado. As características físicas e químicas devem estar de acordo com a NBR 16697 (ABNT, 2018), como demonstram as Tabelas 2 e 3:
36
Tabela 2 – Composição química
Fonte: Itambé Cimentos (2019).
Tabela 3 – Características físicas
Fonte: Itambé Cimentos (2019).
3.3.2 Água
A água utilizada é proveniente da cidade de Tubarão, fornecida pela Tubarão Saneamento S.A.
3.3.3 Aditivo
O aditivo utilizado foi o Plastificante polifuncional redutor de água, conhecido como Mira 973, sendo comumente utilizado em concretos dosados em central, bombeáveis ou
pré-moldados, de acordo com a NBR 11768-1 (ABNT, 2019). O teor utilizado foi de 0,5% sobre a massa de cimento, cujo algumas características fornecidas pelo fabricante estão na Tabela 4:
Tabela 4 – Características do aditivo
Fonte: Gcp applied Technologies (2019).
3.3.4 Agregados
Foram utilizados dois tipos de agregados: a areia natural fina como agregado miúdo que é proveniente de Içara/SC, e a areia de britagem oriunda do município de Imbituba/SC. As características físicas dos agregados, conforme a NBR 7211 (ABNT, 2009), estão dispostos na Tabela 5:
Tabela 5 – Propriedade dos agregados
Fonte: Autores (2019).
3.3.5 Material Cimentício Suplementar
O material escolhido é proveniente de Morro da Fumaça/SC. É composto por resíduos de telhas cerâmicas brancas, dos quais foram moídos finamente para utilização junto ao cimento. A escolha do material se deu devido a sua disponibilidade na região.
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3.4 ANÁLISE DE DADOS E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
A análise dos dados será apresentada conforme gráficos que foram elaborados a partir dos ensaios nas amostras, com suas comparações feitas em relação ao traço padrão. Sucedeu-se através dos ensaios citados nos itens 3.2.5 e 3.2.6.
A presente pesquisa também se propôs a analisar os resultados obtidos com o que foi citado por alguns autores já mencionados durante o referencial teórico, verificando se o material proposto se comportou perante as conclusões dos autores referenciados neste trabalho, considerando se é tecnicamente viável ou não o uso deste resíduo de cerâmica como material cimentício suplementar.
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Este capítulo tem como finalidade demonstrar e discutir os resultados obtidos nesta pesquisa, conforme os métodos propostos, verificando se o resíduo cerâmico é realmente um bom MCS para o uso na substituição parcial do cimento.
4.1 DETERMINAÇÃO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA
A caracterização química do MCS, por florescência de Raios-x, obteve o resultado demonstrado na Tabela 6 e na Figura 6, onde está diposto diagrama de fluorescência:
Tabela 6 – Composição química
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Figura 6 – Diagrama de fluorescência
Fonte: Autores (2019).
O material de estudo é composto por mais de 85% de sílica e alumina. Conforme demonstrado no item 2.2.2, estes compostos levam à reação pozolânica, quando ocorre o processo de hidratação, influenciando e até melhorando-o.
4.2 DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
O ensaio de determinação de tamanho de partículas por difração de raios laser apresentou os resultados dispostos nas Figuras 7 e 8:
Figura 7 – Características físicas
Figura 8 – Histograma do volume passante.
Fonte: Autores (2019).
Para a melhora nos aspectos físicos resultantes da atividade pozolânica, o MCS deve ter uma granulometria fina, conforme NBR 12653 (ABNT, 2014) onde o material retido na peneira 45 μm deve ser menor que 20% do total, com o intuito de preenchimento dos vazios e aumento na resistência final. O processo de cura também pode ser influenciado prolongando o tempo do processo, como citado no item 2.2.1.
4.3 DETERMINAÇÃO DO GRAU DE MOAGEM
Foi determinado pelo tempo de moagem que o resíduo cerâmico permaneceu no moinho de bolas, sendo o material totalmente passante na peneira 0,075 mm. O primeiro teste começou com 10 minutos, e foi sendo acrescentado tempo até o material ser totalmente passante, chegando num total de 30 minutos de moagem. Como demonstra a Figura 7, referente ao tempo de 10 e 20 minutos.
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Figura 9 – Material retido na peneira
Fonte: Autores (2019).
4.4 ENSAIOS NO ESTADO FRESCO
Para melhor analisar a atuação do resíduo cerâmico na argamassa em seu estado fresco, antes de tudo foi realizado o preparo da mistura conforme NBR 16541 (ABNT, 2016). Verificou-se a necessidade de água na argamassa de acordo com cada traço, no qual foi observado que conforme se acrescentava o MCS, a quantidade de água utilizada no traço ia diminuindo em relação à colocada no traço padrão.
Durante a análise dos dados inicialmente no estado fresco, pôde-se perceber que conforme se acrescia o MCS, a argamassa ficava com melhor consistência, ou seja, mais plástica e com melhor trabalhabilidade. Enquanto se realizava o ensaio de espalhamento e ensaio do teor de ar incorporado, se observava os resultados mais elevados que o traço padrão. Primeiro ensaio realizado foi slump de bancada, de acordo com a NBR NM 67 (ABNT, 1998), como explicado no item 3.2.5; em seguida o ensaio de espalhamento estático (flow 0) e dinâmico (flow 10), segundo a NBR 13276 (ABNT, 2016), onde em um primeiro momento foi possível observar a consistência da argamassa sem mesmo chegar ao resultado final. Na Figura 10 encontram-se os valores resultantes dos ensaios relacionados.
Figura 10 – Resultados dos ensaios para determinação da consistência
Fonte: Autores (2019).
Preliminarmente foram estabelecidos os resultados referentes ao slump de bancada, onde pode ser analisado na Figura 11, em relação ao flow 0 e flow 10, como apresentado acima é possível observar que os resultados permaneceram em uma mesma tendência indicados em intervalos de 13 ± 2 cm e 20 ± 2 cm nesta ordem, não ocorrendo um desvio tão significativo dos valores referente ao traço padrão.
13,3 13,3 12,4 13,0 22,5 22,1 19,3 22,5 9,5 8,3 3,3 5,7 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 5 10 15 20 25 PADRÃO RC 10% RC 20% RC 30% SL U M P BA N CA D A (C M ) ES PA LH AM N EN TO (C M )
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Figura 11 – Ensaios no estado fresco
Fonte: Autores (2019).
Avaliando os corpos de prova que foram submetidos ao ensaio do teor de ar incorporado conforme NBR 13278 (ABNT, 2005), encontram-se os resultados no Figura 12 a seguir:
Figura 12 – Resultados do ensaio de teor de ar incorporado
Fonte: Autores (2019).
Observa-se que os valores obtidos com as amostras que continham o resíduo cerâmico ficaram próximos ao traço padrão, tendo apenas pequeno desvio, porém como é possível ver na Figura 12, os traços de 10% e 20% ultrapassaram em relação ao padrão, ou seja, abrangendo mais índices vazios, tornando mais poroso. Isso pode ter ocorrido por conta da quantidade de aditivo, então só realizando novamente o ensaio e aumentando o aditivo para
10,3% 12,9% 11,4% 8,5% 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% Padrão RC 10% RC 20% RC 30% Te or d e ar (% )
comprovar essa verificação. Referente ao traço de 30% contendo o resíduo cerâmico, houve uma redução no teor de ar comparado ao padrão, indicando que o material proposto preencheu um pouco melhor os vazios com relação aos outros traços apresentados.
4.5 ENSAIOS NO ESTADO ENDURECIDO
Considerando os resultados no estado endurecido, em relação aos corpos de prova submetidos à compressão, de princípio foi possível verificar a diferença de resistência conforme a temperatura e sua idade de cura. Além disso, percebeu-se que as porcentagens utilizadas do resíduo cerâmico alteraram a resistência e, assim, observou-se que determinada porcentagem já não atingia mais a conclusão de resultado proposto por este trabalho.
No estado endurecido, ocorreram os ensaios de compressão NBR 5739 (ABNT, 2018) e de absorção por capilaridade NBR 15259 (ABNT, 2005). Em ambos os ensaios os corpos de prova foram mantidos em temperaturas de cura úmida diferentes, 23°C e 38°C. A Figura 13 traz os resultados apresentados com suas respectivas curas:
Figura 13 – Resultados dos ensaios de absorção por capilaridade com cura a a)23°C e b)38°C
a) 1,63 1,43 1,65 1,82 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 Padrão RC 10% RC 20% RC 30% Co ef ic ie nt e de c ap ila rid ad e (g /d m ².m in 1/ 2)
46
b)
Fonte: Autores (2019).
O teste foi realizado com as amostras em uma bandeja com 5 mm de água, primeiramente todos os corpos de prova foram pesados seco, e depois de serem colocados em água foi feita a pesagem de uma em uma hora até completar 4 horas. Com estes dados apresentados na Figura 13, é possível analisar que as amostras contendo o material suplementar não absorveram água tanto quanto ao traço padrão, exceto as amostras de 20% e 30% em cura de 23°C; ainda analisando em relação às curas, verifica-se que os resultados das duas temperaturas que incluíam o MCS obtiveram uma tendência similar, assim observa-se que o resíduo cerâmico não demanda de excessiva água, otimizando sua função de preencher os espaços vazios na argamassa.
Em relação ao ensaio de compressão, os corpos de prova foram retirados das curas úmidas, em seguida foram faceados pela máquina retificadora, deixando suas faces o mais planas possível; assim foram submetidos à carga na máquina de compressão até sua ruptura. Os corpos de prova a qual foram submetidos a este ensaio de compressão, estariam com suas idades de 7, 28 e 63 dias; por conta do tempo, não foi possível executar o de idade com 63 dias. Na Figura 14 encontram-se os resultados obtidos no ensaio de compressão de 7 dias, com suas respectivas curas. 2,01 1,22 1,06 1,42 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 Padrão RC 10% RC 20% RC 30% Co ef ic ie nt e de c ap ila rid ad e (g /d m ².m in 1/ 2)
Figura 14 – Resultados de resistência à compressão aos 7 dias com cura a a)23°C e b)38°C
a)
b)
Fonte: Autores (2019).
Observa-se que em cura a 23°C, os resultados com as amostras contendo MCS mantêm-se próximos ao valor do traço padrão, salvo que a amostra de 30% obteve menor resistência comparada a todos os corpos de prova. Quando submetidos a uma temperatura mais elevada, acontecem as reações de hidratação, fazendo com que aconteça a formação do C-S-H mais rápido, gerando assim um aumento na resistência mecânica que é o caso das amostras levadas a 38°C, onde os resultados alcançados tiveram maior resistência comparados aos de cura de 23°C. 39,88 38,38 35,26 27,98 0 10 20 30 40 50 60 Padrão RC 10% RC 20% RC 30% Re sis tê nc ia à c om pr es sã o (M pa ) 51,02 41,51 41,26 35,63 0 10 20 30 40 50 60 Padrão RC 10% RC 20% RC 30% Re si st ên ci a à co m pr es sã o (M Pa )
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Assim sendo, conforme visto no capítulo 2, segundo Gonçalves (2005) sobre ensaio de compressão, concluiu que a argamassa não teve excessiva alteração comparado a argamassa padrão, que foi o que ocorreu com os resultados obtidos conforme Figura 14. Isso não significa que por não ter alcançado resistência mais alta que o padrão, o material seja inviável.
Quanto aos resultados atingidos com tempo de cura de 28 dias, podem ser verificados na Figura 15, sendo comparados com suas diferentes curas de 23°C e 38°C relacionados com o traço padrão.
Figura 15 – Resultados de resistência à compressão aos 28 dias com cura a a)23°C e b)38°C
a) b) Fonte: Autores (2019). 44,45 47,14 42,55 39,98 0 10 20 30 40 50 60 Padrão RC 10% RC 20% RC 30% Re si st ên ci a à co m pr es sã o (M pa ) 49,69 50,10 47,78 41,93 0 10 20 30 40 50 60 Padrão RC 10% RC 20% RC 30% Re si st ên ci a à co m pr es sã o (M pa )
Compreende-se que assim como nos valores atingidos aos 7 dias nas duas temperaturas de cura úmida, aos 28 dias também é possível verificar que na cura de 38°C, a amostra alcançou resultados melhores que na cura de 23°C. Ainda consegue-se examinar que na idade de 28 dias, alcançou resistência superior a idade de 7 dias, com isso prova-se o quanto o MCS tem de influência na argamassa aprimorando a resistência mecânica e durabilidade.
Diante destas tabelas apresentadas acima pode se concluir que o material cerâmico com porcentagem de 30% de substituição, tanto aos 7 dias como aos 28 dias, não atingiu um bom resultado quanto as outras porcentagens, isso significa que como a resistência decaiu, não seria satisfatório usar esse valor de substituição, apontando assim que os melhores valores estão entre 10% e 20%.
50
5 CONCLUSÃO
A utilização de resíduos dentro da construção civil tem aumentado, tanto para reutilização como pensando no aprimoramento de produtos finais. Sabe-se que o cimento Portland é um dos materiais mais consumidos no Brasil, e o cimento sem qualquer adição de material tem grande emissão de CO2 na atmosfera. Reduzindo sua utilização, esse número pode
diminuir drasticamente, tanto na sua produção como no seu processo de cura. Assim sendo, o uso de resíduos traz sustentabilidade e também traz incrementos com as condições certas de uso. Uma grande gama de pesquisas utiliza a atribuição de resíduos, que podem conter propriedades com reações pozolânicas. Como é o caso desta pesquisa, materiais com esse tipo de reação influenciam positivamente no processo de hidratação do cimento, obtendo melhoras significativas em seus aspectos físicos e químicos, tanto no estado fresco como no endurecido. Esta pesquisa teve o intuito de verificar a influência da utilização do resíduo da cerâmica Branca na substituição parcial do cimento, dentro da fabricação de argamassa para concreteiras ao meio industrial. A cerâmica Branca é provinda de Morro da Fumaça/SC, onde existem diversas fábricas, e onde também muitos produtos acabam sendo descartados.
A análise dos resíduos até sua aplicação junto ao cimento se deu por meio de uma ordem de ensaios e verificações, dos quais foram analisados os componentes químicos, as características físicas do resíduo e a sua aplicabilidade por meio de ensaios no estado fresco e endurecido.
Os resultados dos ensaios foram de extrema relevância. Constatou-se que durante o processo de substituição do cimento pelo resíduo de cerâmica, houve diminuição da água necessária para alcançar a consistência adequada do produto. Como o material tem granulometria fina, também houve diminuição da porosidade no estado fresco e endurecido e uma evolução na resistência à compressão. Por fim, pode-se concluir que a substituição que teve melhores resultados quanto à aplicação nos testes foi a com menores quantidades de resíduos.
Como já foi apresentado e comprovado através dos ensaios propostos pela presente pesquisa, os autores Wada (2010), Castro (2017) e Santos (2018) também obtiveram resultados significativos em suas pesquisas para a reutilização do resíduo cerâmico. Tais resultados se sustentam em um acréscimo ou substituição pequena do material, para que o produto final não seja prejudicado.
Desta forma, é possível afirmar que a utilização de cerâmica em substituição ao cimento é positiva, e tende a ter resultados suficientes para seu uso em concreteiras, reaproveitando um material que tem pouca destinação e reduzindo a utilização de cimento, tendo em vista que o cimento é uma matéria prima de grande utilização no mercado.
Por fim, conclui-se que o uso da cerâmica traz benefícios na substituição do cimento a fabricação de argamassa, reduzindo custos por utilizar um material que é descartado e diminuindo a utilização da matéria prima que é o cimento, também causador de emissão de gases poluentes. Uma grande possibilidade para um produto do qual a utilização com menos porosidade, mais durabilidade e maior resistência com tempo de cura prolongado.
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REFERÊNCIAS
ABCP. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Produção e Consumo de Cimento no Brasil. Disponível em: <http://www.cimentoverdedobrasil.com.br/producao-e-consumo-de-cimento-no-brasil/>. Acesso em: 15 maio 2019.
ANICER. Relatório Anual da Anicer. Disponível em: <https://www.anicer.com.br/wp-content/uploads/2016/11/relatorio_2015.pdf>. Acesso em: 17 maio 2019.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 11768-1: Aditivos químicos para concreto de cimento Portland – Parte 1: Requisitos. 1 ed. Rio de Janeiro. ABNT, 2019. 27 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12653: Materiais pozolânicos – Requisitos. 3 ed. Rio de Janeiro. ABNT, 2014. 6 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13726: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Determinação do índice de consistência. 3 ed. Rio de Janeiro. ABNT, 2016. 2 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13728: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Determinação da densidade de massa e do teor de ar incorporado. 2 ed. Rio de Janeiro. ABNT, 2005. 4 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15259: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Determinação da absorção de água por capilaridade e do coeficiente de capilaridade. 1 ed. Rio de Janeiro. ABNT, 2005. 3 p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 16541: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Preparo da mistura para a realização de ensaios. Rio de Janeiro. ABNT, 2016. 2 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 16697: Cimento Portland – Requisitos. Rio de Janeiro. ABNT, 2018. 12 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739: Concreto – Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos. 3 ed. Rio de Janeiro. ABNT, 2018. 9 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5752: Materiais
pozolânicos – Determinação do índice de desempenho com cimento Portland aos 28 dias. 1 ed. Rio de Janeiro: ABNT, 2014. 4 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7211: Agregados para concreto - Especificações. 3 ed. Rio de Janeiro. ABNT, 2009. 9 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 67: Concreto – Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. 1 ed. Rio de Janeiro. ABNT, 1998. 8 p.
BORK, J. A.. Caracterização e avaliação das emissões do uso de lodo sanitário seco como combustível em combustor ciclônico. 2011. 136 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de
Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2011. Brasil. Ministério do Meio Ambiente (MMA). Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA). Resolução CONAMA N° 307, de 5 de julho e 2002. Estabelece diretrizes, critérios e procedimentos para a gestão dos resíduos da construção civil.
CABRAL, Stênio. Materiais alternativos para adição ao Cimento Portland. Vozes dos Vales, Minas Gerais, a. V, n. 10, out. 2016.
CASTRO, A. L., SANTOS, R. F. C. , GONÇALVES, K.M., & QUARCIONI, V.A.
Caracterização de cimentos compostos com resíduo da indústria de cerâmica vermelha. São Paulo, v.63, n. 365, p. 65-78, mar. 2017.
CORDEIRO, L. N. P. Análise da variação do índice de amorfismo da cinza de casca de arroz sobre a atividade pozolânica. 2009. 98p. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre/RS.
DAL MOLIN, D. C. C. “Adições minerais”. In: ISAIA, G. C. (ed). Concreto: ciência e tecnologia, São Paulo, IBRACON, 2011, pp.261-309.
DEMO, Pedro. Pesquisa e construção de conhecimento: metodologia científica no caminho de Habermas. 7. ed. Rio de Janeiro: Tempo brasileiro, 2012.
FASTOFSKI, Daniela Chiarello. Metodologia de caracterização de resíduo de cerâmica vermelha para emprego como material pozolânico em pasta de cimento. In: 5° FORUM INTERNACIOANL DE RESÍDUOS SÓLIDOS, 2014, São Leopoldo. Anais do 5° Fórum Internacional de Resíduos Sólidos, 2014, p. 1-10.
GARCIA, Eduardo. Resíduo de Cerâmica Vermelha (RCV): uma alternativa como material pozolânico. Cerâmica Industrial, São Paulo, v. 19, n. 4, p. 31-38, jul. 2014.
GAVA, G.P. Estudo comparativo de diferentes metodologias para avaliação da atividade pozolânica. Florianópolis, 1999. 118p. Dissertação (Mestrado) – Escola de Engenharia, Curso de Pós-graduação em Engenharia civil da Universidade Federal de Santa Catarina.
GCP APPLIED TECHNOLOGIES. MIRA FLOW. 2019. Disponível em: < https://gcpat.com.br/pt-br/>. Acesso em: 31 out. 2019.
GONÇALVES, Jardel Pereira. Desenvolvimento e caracterização de concretos de baixo impacto ambiental e contendo argila calcinada e areia artificial. 2005. 273 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, 2005.
IPT. Cerâmica vermelha e concreto. Disponível em: <http://www.ipt.br/noticia/1106-ceramica_vermelha_e_concreto.htm>. Acesso em: 17 nov. 2019.
