AVALIAÇÃO DE ARGAMASSAS COM CINZA E CASCA DE ARROZ
J. Souza1, I. M. T. Bezerra2, G. A. Neves2, H. C. Ferreira2, J. B. Q. Carvalho2, N. M. S. Oliveira2 e A. J. D. Souza2
Av. Aprígio Veloso, 882, Bodocongó, 58109-970 - Campina Grande - Paraíba e-mail: : jozilenedesouza@yahoo.com.br
(1) Centro Federal de Educação Tecnológica de Roraima/CEFETRR (2) Universidade Federal de Campina Grande/CPGEP/DEMA/UFCG
RESUMO
Este artigo apresenta resultados preliminares de uma pesquisa sobre a substituição, nas argamassas, de aglomerante e agregado miúdo por cinza e casca de arroz nos percentuais de 3%, 6% e 9% e de 10%, 20% e 30% respectivamente. A cinza foi obtida pela queima da casca de arroz em temperatura controlada de 600 °C e posteriormente passada na peneira n° 200. Os traços empregados foram 1:4 e 1:6 (aglomerante:agregado miúdo: % cinza ou casca). Objetiva-se obter resultados com melhoria nas argamassas no que diz respeito à resistência à compressão simples, trabalhabilidade, índice de vazios e absorção por imersão em água à temperatura ambiente e uma melhor compactação da sua microestrutura. Quanto à casca do arroz, esperam-se resultados de resistência e absorção dentro dos limites permitidos objetivando seu uso em blocos de concreto para alvenaria não estrutural.
Palavras-chave: reciclagem, cinza e casca de arroz, resistência, argamassa.
INTRODUÇÃO
A agroindústria gera, anualmente, uma enorme quantidade de produtos de consumo alimentício. Dentre estes produtos destacam-se os cereais, tais como arroz, trigo e milho que representam as maiores colheitas. Durante o seu processamento esses cereais geram resíduos. Segundo (1) o arroz está entre os grãos mais produzidos no mundo. A produção mundial de arroz em casca para a safra 2004 foi de 608 milhões de toneladas (2). A produção brasileira em 2004 foi de
13.356.000 toneladas, ocupando com isto o 9º lugar na produção mundial. No processo de beneficiamento do arroz gera-se grande quantidade de resíduo chamado de casca de arroz (3). Uma parte deste resíduo é reaproveitada dentro da própria usina de beneficiamento do arroz, onde depois da combustão é gerado calor para a parboilização dos grãos. O resíduo desta combustão produz a cinza de casca de arroz.
A casca de arroz, de acordo com normas da ABNT, NBR 10004, 2004(4), é denominada como um resíduo de classe II, ou seja, não inerte e não perigoso à saúde humana e ao meio ambiente, porém seu destino, na maioria dos casos, é o descarte em lavouras e fundos de rios, prejudicando o meio ambiente, (5).
A cinza da casca de arroz, que já está sendo aplicada em pesquisas da área de construção civil, principalmente na produção de concretos de alto desempenho, usado em lajes, vigas e pilares, porém para sua utilização é necessário retirar o excesso de carvão da cinza (uma vez que esta cinza reage com o cimento), para torná-la mais pura, o que pode tornar o processo oneroso, mesmo tendo a vantagem de substituir em até 40% o volume de cimento utilizado no concreto (6).
Baseado na potencialidade destes resíduos esta pesquisa tem como objetivo estudar argamassas com incorporação de resíduos de casca e cinza de casca de arroz em substituição ao agregado miúdo e aglomerante.
MATERIAIS E MÉTODOS
Materiais
Cimento (C) – Foi utilizado um cimento Portland composto com filler, CPII-F, da marca NASSAU, fabricado pela Companhia de Cimento NASSAU, na cidade de Recife – PE. Este cimento apresenta características compatíveis para a elaboração de argamassas, devido à presença de filler calcário. O cimento foi adquirido na indústria e acondicionado em sacos plásticos, para evitar hidratação.
Agregado miúdo (AM) – Foi utilizado areia normal proveniente do Rio Paraíba, armazenada de acordo com sua identificação. Para ser utilizada a areia foi seca em estufa a uma temperatura de 100º C, segundo a norma ABNT.
Casca de arroz (CA) – Foi utilizada uma casca de arroz proveniente da cidade de Caicó/RN, conforme mostra a Figura I.
Figura I – Mapa de localização da região da casca de arroz (Caicó/RN)
Cinza de casca de arroz (CCA) – A cinza empregada foi proveniente da queima da casca de arroz a uma temperatura de 600°C por duas horas, conforme mostra a Figura II, abaixo.
Cinza de casca de arroz bruta
Cinza de casca de arroz após queima
Casca de arroz
Figura II – Cinza e casca de arroz
Água – Foi utilizada água potável, fornecida pela Companhia de Águas e Esgotos da Paraíba, para o sistema de abastecimento da cidade de Campina Grande/ PB.
Métodos
Caracterização Física
Os ensaios da caracterização física foram: análise granulométrica segundo norma da ABNT NBR 7217 (1987) (7); massa específica real método da ABNT NBR 9776 (1987) (8); área específica (Blaine) usando a ABNT NBR NM 76 (1998) (9); finura na peneira nº 200 pela NBR 11579 (1991) (10); massa unitária solta método da ABNT NBR 7251 (1982)(11) e teor de materiais pulverulentos, ABNT NBR 7219 (1982)(12).
Análise química
A análise química representa uma das análises mais importantes para se obter e manter um alto nível de qualidade no ciclo produtivo, apesar de não permitir uma avaliação completa da composição mineralógica e das propriedades físico-químicas e tecnológicas. Em uma análise química clássica normalmente se determina: perda ao fogo, matéria orgânica e os óxidos presentes, tais como: SiO2, Al2O3, Fe2O3,
CaO, MgO, Na2O, K2O, TiO2. As análises químicas foram realizadas segundo
método do Laboratório de Análise Minerais do CCT/UFCG.
Ensaios Tecnológicos
Preparação das argamassas
As argamassas convencionais e alternativas incorporadas com 10%, 20% e 30% de resíduos de casca de arroz (CA) em substituição ao agregado miúdo foram preparadas no traço 1:4 e 1:6 (aglomerante: agregado miúdo: casca de arroz) com fator água cimento de 0,45, entretanto, deve ser salientado que o fator água cimento foi corrigido com os valores de absorção de água da casca de arroz. Para cinza de casca de arroz foram utilizados os mesmos traços com substituição do aglomerante nas proporções de 3%, 6% e 9%. A cinza de casca de arroz (CCA) passou por um processo de moagem no moinho de bolas e, em seguida, foi passada em peneira ABNT nº 200 (0,075mm). Na Tabela I estão apresentados os traços empregados nas moldagens das argamassas incorporadas com resíduos.
Tabela I – Dosagens empregadas na moldagem das argamassas. Traços convencionais Traços com substituição de AM por CA Traços com substituição do C por CCA 01:04 01:3,6:0,4 (0,97:0,03):4 C: AM 01:3,2:0,8 (0,94:0,06):4 24 01:2,8:1,2 (0,91:0,09):4 01:06 01:5,4:0,6 (0,97:0,03):6 C: AM 01:4,8:1,2 (0,94:0,06):6 24 01:4,2:1,8 (0,91:0,09):6
Legenda:C = cimento; AM = agregado miúdo (areia); CA = casca de arroz e CCA = cinza de casca de arroz.
Moldagem dos Corpos de Prova
Após preparação das argamassas os corpos de prova foram moldados em forma cilíndrica com dimensões de 5cm X 10cm de acordo com a norma da ABNT NBR 7215 (1996) (13), em seguida foram curados por períodos de 7, 28, 56 e 91 dias.
Após cura foram determinadas as propriedades física-mecânicas tais como: absorção de água (ABS), índice de vazios (IV) e resistência à compressão simples (RCS) de acordo com as normas da ABNT NBR 9798 (1994)(14) e NBR 7215 (1996)(13).
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Na Tabela II estão apresentados os valores obtidos da caracterização química do cimento Portland CPII-F 32 e da CCA utilizados no preparo das argamassas estudadas. Analisando os valores contidos na Tabela II observa-se que o cimento tem baixo teor de SiO2, com valor de 29,22%, enquanto a CCA revelou um elevado
percentual de SiO2, sendo este valor de 87,44% e os demais óxidos como principais
impurezas, com valores inferiores a 1%. Comparando os valores de SiO2 da CCA
com os valores apresentados por (15), cujo teor de óxidos é de 97,87%, pode-se concluir que são valores praticamente semelhantes. O alto teor de dióxido de silício é um dos indicadores para o material ser considerado pozolânico.
Tabela II – Análise química do cimento Portland CPII-F32 e da CCA.
Ensaio realizado Cimento CCA
Perda ao fogo (%) 4,80 2,63
Óxido de magnésio (MgO) 2,40 0,41
Óxido de alumínio (Al2O3) 12,69 1,90
Óxido de ferro (Fe2O3) 2,32 0,20
Óxido de cálcio (CaO) 44,80 0,56
Óxido de sódio (Na2O) 0,68 0,12
Álcalis totais
(%) Óxido de potássio (K2O) 1,51 3,33
Resíduo insolúvel (RI) 0,58 0,72
Na Tabela III estão apresentados os resultados obtidos para as propriedades físico - mecânicas do cimento e sua comparação com os limites admitidos pelas normas da ABNT, bem como os resultados para a CCA.
Analisando os valores contidos na Tabela III observa-se que os resultados das propriedades físico - mecânicas do cimento estão de acordo com os valores das especificações da ABNT. Para a CCA, verifica-se um elevado valor da superfície específica, sendo este resultado de 14.790,39 cm2/g, superior ao do cimento, que foi
de 4.866,42cm2/g.
Tabela III – Resultados das propriedades físicas-mecânicas do C e da CCA.
Ensaios físicos Limites: NBR 11578 Resultados para Cimento Resultados para CCA Finura malha n◦ 200 (%) ≤ 12 4,38 X
Massa específica real* - 3,04 2,25
Massa unitária (g/cm3)* - 1,15 0,46
Área específica (Blaine)* cm2/g ≥2600 4866,42 14790,39
Tempo de pega (h:min) ≥1:00
≤10:00
159 225
X
Ensaios mecânicos NBR 11578 Resultados
Resistência 3 dias (MPa) ≥ 10 24,00 X
Resistência 7 dias (MPa) ≥ 20 31,20 X
Resistência 28 dias (MPa) ≥ 32 38,70 X
* Engenheira Civil Solange Patrício – Laboratório de Solos/CCT/UFCG.
A Tabela IV mostra os resultados da caracterização da CA realizados conforme prescreve as normas da ABNT.
Tabela IV – Caracterização da casca de arroz (CA)
Ensaio Resultados
Absorção de água (%) 114,00
Dimensão máxima (mm) 4,80
Granulometria
Módulo de finura (%) 5,80
Analisando os valores contidos na Tabela IV verifica-se que a CA empregada neste trabalho apresenta massa unitária de 0,12 kg/dm3, caracterizando-a como um material leve e volumoso. Este valor é semelhante ao encontrado por (16) que foi de 0,11kg/dm³ e por (17) que foi de 0,14kg/dm³. Esta característica está relacionada ao tipo de estrutura física da casca (côncava e oca) que leva à grande presença de vazios entre elas. O diâmetro máximo da CA foi de 4,8mm, o qual difere do valor encontrado por (17), que foi 2,40mm. Porém estes resultados variam de acordo com a série de peneiras empregada. O módulo de finura foi de 5,80% que, comparado ao módulo de finura do agregado miúdo (areia), normalmente empregado em argamassas de construção civil, foi praticamente o dobro.
Analisando os resultados para o teor de absorção de água do resíduo de CA verifica-se que este resíduo apresenta elevados valores de absorção de água, sendo o valor máximo de 114% para período de cinco horas de imersão.
Na Tabela V estão relacionados os valores encontrados para a caracterização do agregado miúdo, segundo as normas da ABNT.
Tabela V – Ensaios para caracterização do agregado miúdo (AM).
Ensaios Resultados
Massa específica real (g/cm3) 2,62
Massa unitária no estado solto (kg/dm3) 1,64
Absorção de água (%) 0,50
Teor de materiais pulverulentos (%) 1,70
Dimensão máxima (mm) 2,40
Granulometria
Módulo de finura (%) 2,18
Analisando os valores da massa específica real, verifica-se que o resultado foi de 2,62 g/cm3, segundo (18) a massa específica ideal para o agregado miúdo é de aproximadamente de 2,60 g/cm3. Para a massa unitária o valor encontrado foi de 1,64 g/cm3 sendo próximo ao citado pelo mesmo autor (1,50 g/cm3). Em relação ao teor de materiais pulverulentos o valor encontrado foi de 1,70%, este resultado encontra-se dentro do estabelecido por norma da ABNT (5%). Em resumo, podemos concluir que os resultados encontrados são semelhantes aos valores da literatura.
Analisando a Figura III verifica-se que as argamassas no traço 1:4 apresentam um acréscimo de suas resistências com incorporação do resíduo de CA, em todos os períodos de cura. A resistência à compressão simples destas argamassas com substituição do agregado miúdo por 20% do resíduo CA obteve valores de RCS maiores que as convencionais, cerca de 93% de aumento, sendo este valor de 14,80MPa para a argamassas com incorporação de 20% do resíduo e 7,60MPa para a argamassa convencional, aos 91 dias de cura, evidenciando uso favorável deste resíduo.
As argamassas com substituição do aglomerante por cinza de casca de arroz apresentam, também, melhor desempenho que as convencionais, sendo a argamassa com 9% de substituição a de melhor desempenho mecânico, obtendo 10,50MPa aos 91 dias de cura, ou seja, um acréscimo de aproximadamente 40% em relação à argamassa convencional (7,64MPa), conforme se verifica na Figura III. Estudos de (19) também verificaram aumento na RCS, em 21%, aos 28 dias de cura, quando substituiu o aglomerante por 10% de CCA.
0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Re sistên cia à c ompressã o simp les (MPa)
Tempo de cura (dias) Argamassa convencional 10% de CA 20% de CA 30% de CA 3% de CCA 6% de CCA 0% de CCA
Figura III – Resistência à compressão simples das argamassas no traço 1:4.
A Figura IV mostra a resistência à compressão simples das argamassas incorporadas com resíduos de CA e CCA, no traço 1:6. Analisando as argamassas com incorporação do resíduo de CA, observa-se que, aos 91 dias de cura, as argamassas com substituição do agregado miúdo por 10% e 20% do resíduo de casca de arroz obtiveram valores de RCS superiores ao da argamassa convencional, sendo de 9,00MPa e 5,60MPa, respectivamente.
Analisando as argamassas, no traço 1:6, verifica-se que com substituição do aglomerante por 3% e 9% de CCA, aos 91 dias de cura, praticamente não há diferença entre estes valores de RCS, sendo de 5,90MPa e 5,60MPa, respectivamente, quando comparados ao resultado da argamassa convencional, que foi de 5,55MPa, conforme se observa na Figura IV. Segundo (20) o uso de CCA em concreto faz com que os elementos contidos neste reajam melhor, produzindo uma argamassa mais resistente gerando economia com sua substituição.
0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Re sistên cia à c ompressã o simp les (MPa)
Tempo de cura (dias) Argamassa convencional 10% de CA 20% de CA 30% de CA 3% de CCA 6% de CCA 9% de CCA CA = casca de arroz
CCA = cinza de casca de arroz
Figura IV – Resistência à compressão simples das argamassas no traço 1:6.
A Figura V mostra o teor de absorção das argamassas no traço 1:4, com e sem substituições dos resíduos. Analisando os resultados, verifica-se um aumento nos valores de absorção de água ao longo do período de cura. Pesquisadores indicam que as partículas de cinza de casca de arroz, por ter menor diâmetro, deveriam fechar os canalículos existentes nas argamassas promovendo a desconexão entre os poros e quebrando o caminho que poderia ser percorrido por agentes agressivos, além de inibir o ataque de outros (20), conseqüentemente tivessem uma queda dos valores da absorção com o passar do tempo, porém isto não ocorreu com as argamassas em estudo. Pode-se atribuir este fato às características porosas da cinza e da casca de arroz. As Figuras V e VI apresentam o comportamento das argamassas com e sem adição dos resíduos para os traços 1:4 e 1:6.
Em pesquisas realizadas por (3), observaram que ocorre um aumento na
na absorção é um indicativo que a porosidade do material aumenta com o teor de cinza de casca de arroz.
0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 16,5 17,0 A bso rç ão de ar ga ma ss a s, tr aç o 1: 4 ( % )
Tempo de cura (dias) Argamassa convencional
10% de CA; 20% de CA; 30% de CA 3% de CCA; 6% de CCA; 9% de CCA
CCA = cinza de casca de arroz CA = casca dearroz 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 16,5 17,0 17,5 18,0 18,5 19,0 19,5 20,0 A b so rç ão d a s ar ga ma ss as , t raç o 1 :6 (% )
Tempo de cura (dias)
Argamassa convencional; 10% de CA; 20% de CA; 30% de CA; 3% de CCA; 6% de CCA; 9% de CCA
CA = casca de arroz CCA = cinza de casca de arroz
Figura V – Absorção (traço 1:4) e Figura VI – Absorção (traço 1:6) CONCLUSÕES
Após análises dos resultados com as argamassas alternativas incorporadas com resíduos de cinza e casca de arroz, podemos chegar as seguintes conclusões: a) o resíduo de casca de arroz apresentou baixa massa específica aparente e elevada absorção de água e elevada área específica para a cinza de casca de arroz; b) as argamassas alternativas, com cinza e casca de arroz, nos traços 1:4 e 1:6, apresentaram comportamento mecânico superior às convencionais e às no traço 1:6; sendo o melhor resultado para as argamassas incorporadas com 20% de casca de arroz e 9% de cinza de casca de arroz;
c) as argamassas incorporadas com 30% de resíduo de casca de arroz apresentaram elevado teor de absorção de água;
d) o resíduo de cinza e casca de arroz apresentam propriedades adequadas, de acordo com as normas da ABNT, para utilização em argamassas de construção civil; e) as argamassas no traço 1:4 foram classificadas nos padrões I, II e III;
f) o aproveitamento destes dois resíduos, implica numa redução no impacto ambiental causado pelo descarte inadequado da cinza e casca de arroz no meio ambiente.
AGRADECIMENTOS
REFERÊNCIAS
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20. http://agenciact.mct.gov.br/, acessado em 04/06/2004. Título: Casca de arroz na composição do concreto.
ABSTRACT
EVALUATION OF ARGAMASSAS WITH ASH AND HUSK OF RICE
This article presents resulted preliminary of a research on the substitution, in mixes, of binder and small aggregate for ash and husk of rice in the percentages of 3%, 6% and 9% and of 10%, 20% and 30% respectively. The ash was gotten by the burning of the husk of rice in controlled temperature of 600 °C and later passed in mesh n º 200. The employed traces had been 1:4 and 1:6 (agglomerative: small aggregate: % ash or husk). Objective to get resulted with improvement in mixes in what it says respect to the simple compressive strength, index of emptiness and absorption for immersion in water to the ambient temperature and one better compacting of its microstructure. How much to the husk of the rice, they expect inside resulted of resistance and absorption of the limits allowed for use block-type of concrete for not structural masonry.
