Influência do Metacaulim para o tratamento do agregado graúdo reciclado de
concreto
Influence of metakaolin on the treatment of coarse recycled concrete aggregate
DOI:10.34117/bjdv6n3-417Recebimento dos originais: 10/02/2020 Aceitação para publicação: 26/03/2020
Daniella Vieira Nogueira
Graduanda em Engenharia Civil
Instituição: Centro Universitário de Anápolis – UniEVANGÉLICA Endereço: Av. Universitária Km. 3,5 - Cidade Universitária - Anápolis – GO
e-mail: daniellanogueira@outlook.com
Rafaela Vieira Lima
Graduanda em Engenharia Civil
Instituição: Centro Universitário de Anápolis – UniEVANGÉLICA Endereço: Av. Universitária Km. 3,5 - Cidade Universitária - Anápolis – GO
e-mail: rafaelavl@hotmail.com
Kíria Nery Alves do Espírito Santo Gomes
Mestra em Engenharia do Meio Ambiente pela Universidade Federal de Goias Instituição: Centro Universitário de Anápolis – UniEVANGÉLICA Endereço: Av. Universitária Km. 3,5 - Cidade Universitária - Anápolis – GO
e-mail: kiriagomes@gmail.com
RESUMO
O Agregado reciclado de concreto, apresenta características diferentes do agregado natural, entre elas maior porosidade e absorção de água e menor resistência mecânica. Para mitigar esses efeitos diversos estudos são realizados, entre eles destaca-se o tratamento de agregado reciclado de concreto por impregnação de pozolana, devido sua facilidade de execução e bons resultados. Este trabalho tem como objetivo avaliar o efeito do tratamento por impregnação de agregado graúdo reciclado de concreto com metacaulim, em novas dosagens de concreto. Foram produzidos corpos de prova de concreto usando 100% o agregado graúdo reciclado de concreto sem o tratamento, e após o tratamento, cimento CP II – F 32. A resistência à compressão foi realizada conforme a NBR 5739 (ABNT,2007), o ensaio de abatimento do tronco de cone conforme a NBR NM 67 (ABNT,1998) e para a absorção de água, índice de vazios e massa específica conforme a NBR 9778 (ABNT,2009). Os resultados obtidos mostram o concreto com agregado reciclado de concreto tratado com metacaulim obteve melhora na resistência a compressão e menor massa especifica, para o ensaio de consistência, absorção de água, índice de vazios não apresentou resultados significativos.
Palavra-Chave: Agregado graúdo reciclado de concreto, tratamento agregado reciclado,
metacaulim.
ABSTRACT
The recycled concrete aggregate has different characteristics from the natural aggregate, including greater porosity and water absorption and less mechanical resistance. To mitigate these effects, several studies are carried out, including the treatment of recycled concrete aggregate by pozzolana impregnation, due to its ease of execution and good results. This work aims to evaluate the effect of
the treatment by impregnation of recycled coarse concrete aggregate with metakaolin, in new concrete dosages. Concrete specimens were produced using 100% coarse recycled concrete aggregate without treatment, and after treatment, cement CP II - F 32. Compressive strength was performed according to NBR 5739 (ABNT, 2007), the cone trunk sag test according to NBR NM 67 (ABNT, 1998) and for absorption of water, voids index and specific mass according to NBR 9778 (ABNT, 2009). The results obtained show the concrete with recycled aggregate of concrete treated with metacaulim obtained improvement in the compressive strength and lower specific mass, for the consistency test, water absorption; voids index did not present significant results.
Keywords: Coarse recyclede concrete aggregate, Recycled aggregate treatment, Metakaolin
1 INTRODUÇÃO
A reciclagem de resíduos pela construção civil vem se consolidando como uma prática importante para atenuar o impacto ambiental, com a redução no consumo de recursos naturais não renováveis, redução de áreas necessárias para aterro, e reduzir os custos (SILVA, 2008).
O concreto é o material mais utilizado na construção civil devido a sua composição, o concreto comum contém de 10 a 15% de cimento e 60 a 80% de agregados por volume, o mundo produz 11.000 milhões de metros cúbicos de concreto pronto, que torna o concreto o maior responsável por consumir recursos naturais (ALNAHHAN,2018)
Atualmente com a evolução dos materiais, com as amplas pesquisas aplicadas na tecnologia do concreto para atender simultaneamente as propriedades mecânicas, físicas e de durabilidade (HELENE E ANDRADE, 2010) abre a possibilidade do reaproveitamento dos resíduos de construção (RCD) em novas dosagens. O agregado reciclado de concreto é um material mais nobre a ser reutilizado, porém deve ser tratado antes de ser reutilizado devido ao alto teor de porosidade e absorção.
Devido a esta porosidade, o uso destes em novas misturas de concreto acarreta em redução da consistência no estado fresco, pois apresentam uma grande absorção de água característica (ECKERT; OLIVEIRA, 2017) e apresentam menor resistência a compressão. Segundo HAMAD e DAWI (2007) para cada metro cúbico gerado de concreto, usando agregado reciclado de concreto (AGRC) no lugar de Agregado graúdo natural (AGN), são necessários 51,3 litros de água a mais.
Diversos estudos buscam alternativas para minimizar a absorção de água, entre eles destaca-se o tratamento com pozolana pelo fato de preencherem os poros e a zona de transição com novos produtos de hidratação (KTAZ, 2004; KURDA, BRITO e SILVESTRE, 2017; TAM e TAM, 2008). Na tecnologia do concreto a pozolana já é conhecida pelos benefícios que apresentam quando adicionadas no concreto como adição ou substituição parcial do cimento. Segundo a (NBR 12653/2014), as pozolanas é uma adição mineral que são definidas como material silicoso ou silicoaluminoso que, quando finamente dividida em contato com a água, reage quimicamente com o hidróxido de cálcio à temperatura ambiente para formar compostos com propriedades aglomerantes.
A sílica amorfa (SIO2) das pozolana, reage com os hidróxidos de cálcio, formando silicatos de cálcio hidratados (C-S-H). A essa reação, chama-se de reação pozolânica (METHA E MONTEIRO,2014). Segundo Andrade (2017) o excelente resultado na atividade pozolânica desses materiais fez com que fossem denominadas adições minerais altamente reativas. Atualmente, como principais pozolanas altamente reativas em uso no concreto ou em materiais cimentícios, têm-se a sílica ativa, o metacaulim e a cinza da casca de arroz com queima controlada.
KATZ (2004) realizou tratamento de AGRC por impregnação de sílica ativa antes da mistura no concreto, e obteve 15% de aumento na resistência à compressão, utilizando 100% de AGRC tratado.
O metacaulim é uma pozolana de alta reatividade, que igual a sílica ativa confere alta resistência mecânica. O metacaulim é constituído basicamente de sílica (SiO2) e alumina (Al2O3) na
fase amorfa, capaz de reagir com o hidróxido de cálcio Ca (OH)2 gerado durante a hidratação do
cimento Portland, formando produtos hidratados similares aos decorrentes da hidratação direta do clínquer Portland. Esta pozolana acelera o processo de hidratação do cimento, formando o silicato de cálcio hidratado (C-S-H) adicional (MEDINA, 2011).
No Brasil a Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT, através da norma NBR 15116/2004, regulamenta o uso de agregado reciclado de concreto (ARC) em pavimentação e preparo de concreto sem função estrutural.
No entanto é de grande importância a realização de estudos que contribuam para o reaproveitamento desses agregados em novas dosagens de forma que atendam as propriedades mecânicas, físicas e de durabilidade. Assim, como já é usado na Europa, utilizando-os até em concretos com função estrutural.
2 PROGRAMA EXPERIMENTAL
O estudo em questão utilizou-se o método de KATZ (2004), tendo como principal justificativa a facilidade de emprego deste método, viabilizando este tipo de tratamento na construção civil. A pesquisa experimental segue os seguintes passos:
1. Coleta do agrc na usina.
2. Caracterização das propriedades físicas do agrc quanto: granulometria, massa específica, massa unitária, teor de absorção de água.
3. Tratamento por impregnação do metacaulim no agrc.
4. Caracterização das propriedades físicas do agrc após o tratamento quanto: granulometria, massa específica, massa unitária, teor de absorção de água.
5. Preparação de um novo concreto usando agrc tratado, moldar os corpos de prova, verificar o teor de absorção de água e sua resistência a compressão axial com a idade de 7 e 28 dias.
2.1 MATERIAIS
Para a confecção dos corpos de prova serão utilizados os seguintes materiais:
• Agregado graúdo reciclado de concreto • Agregado miúdo natural
• Cimento portland cp ii f- 40 • Água
O AGRC foi preparado e triturado por uma usina de resíduos, o cimento cp ii f, foi usado por não possuir nenhuma adição de pozolana para que venha interferir nos resultados, o agregado miúdo é de origem quartzosa extraída da região de abadiânia – go.
Para a caracterização dos agregados reciclados de concreto foram utilizados os seguintes ensaios laboratoriais:
agregados graúdos:
• Composição granulométrica – nbr nm 248 (abnt, 2003); • Massa unitária – nbr nm 45 (abnt,2006);
• Massa específica e absorção de água – nbr nm 53 (abnt, 2009).
Agregados miúdos:
• Composição granulométrica – NM 248(ABNT, 2003); • Massa unitária – NM 45(ABNT,2006);
• Massa especifica – NBR NM 52(ABNT,2009);
Concreto:
• Determinação da consistência pelo abatimento de cone – NBR NM (ABNT 67, 1998); • Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova – NBR (ABNT5738/2016); • Ensaio de compressão de corpos de prova de cilíndrico – NBR (ABNT 5739,2018);
• Determinação da absorção de água por imersão – Índice de vazios e massa específica – NBR (ABNT 9778,2009).
2.2 TRATAMENTO POR IMPREGNAÇÃO DE METACAULIM Para o tratamento por impregnação utilizou-se os seguintes materiais:
• Metacaulim • Água
• Aditivo superplastificante
Nesta pesquisa baseou-se na metodologia empregado por Katz (2004), e segue os seguintes passos:
1. O agregado reciclado foi seco durante 24h a temperatura de 100°C, e depois resfriado em temperatura ambiente (23°C);
2. Preparo da solução 10 L de água, 1 Kg de metacaulim e 1% de aditivo superplastificante sobre o peso de metacaulim, para assegurar a dispersão das partículas;
3. Adição do AGRC na solução, homogeneização da mistura e vedação do recipiente por 24h; 4. Após o tempo decorrido a mistura foi derramada em uma peneira de malha 2,4 mm para que
o agregado ficasse retido e o excesso da solução fosse descartada;
5. Posteriormente, foi seco novamente na estufa por 24h a temperatura de 100°C.
Este tratamento visa adicionar uma camada fina de metacaulim na superfície do AGRC, fazendo que, possa reagir com o hidróxido de cálcio a partir da hidratação do cimento para formar uma camada que cobre a superfície do agregado fortalecendo a zona de transição entre AGRC e a argamassa do novo concreto, e assim aumentando sua resistência à compressão.
A Figura 1 apresenta o (a) AGRC sem tratamento e (b) após o tratamento, é possível ver o metacaulim impregnado na superfície do AGRC.
(a) (b)
Figura 1 – (a) AGRC sem o tratamento, (b) AGRC após o atamento
2.3 PRODUÇÃO DO CONCRETO COM AGREGADO GRAÚDO RECICLADO DE CONCRETO Para a produção do concreto será utilizado um traço de concreto do qual em uma dosagem utilizou-se apenas o AGRC sem o tratamento, e na outra dosagem apenas o AGRC com o tratamento. Foi utilizado o método de dosagem ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland), para um fck de 25 MPa e para o abatimento de 80 a 100mm, obteve o seguinte traço unitário:
Tabela 1 – Traço de concreto Traço unitário
(kg/m³)
Consumos (kg/m³)
Cimento AM AGR Água
1:1,62:2,13 436 710 931 222
As misturas dos materiais foram executadas em betoneira de eixo vertical, e foram colocados na seguinte ordem:
1. Agregado graúdo reciclado 2. 1/3 da água
3. Cimento 4. Areia 5. 1/3 água
Foram moldados corpos-de-prova cilíndricos (10x20cm) de acordo com a NBR 5738/2015 para serem rompidos a 7 e 28 dias da moldagem, e também para determinar a absorção de água, índice de
vazios e massa específica. A cura dos corpos de prova foi realizada na câmara úmida. A Figura 2 mostra os corpos de prova moldados.
Figura 2- Corpos de prova de concreto
3 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADO
3.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS
O agregado miúdo natural apresentou massa unitária 1.655 Kg/m³, massa específica 2.472 Kg/ m³ e o módulo de finura de 2,89. A Figura 3 mostra a curva com a distribuição granulométrica deste agregado.
O AGRC apresentou massa unitária de 1.315 Kg/m³ e a massa específica de 2.670 Kg/m³, dimensão máxima característica (DMC) de 12,5 mm é a absorção de água de 8,2%. A Figura 4 mostra a curva com a distribuição granulométrica deste agregado.
Figura 4 – Curva granulométrica AGRC
3.2 AVALIAÇÃO DO CONCRETO NO ESTADO FRESCO
A consistência dos concretos foi determinada por meio do ensaio de abatimento de tronco de cone conforme a NBR NM 67 (ABNT,98), com o objetivo de avaliar a perda de trabalhabilidade devido a absorção de água do AGRC, sendo que para a dosagem foi determinado um a abatimento de 80 a 100 mm, lembrando que não foi utilizado nenhum tipo de aditivo plastificante, ou estabilizador de hidratação. A Figura 5 mostra que, para o ensaio de consistência pelo abatimento de cone, para ambos os traços o abatimento foi de 4 mm.
(a) (b)
Figura 5 –(a) Traço com AGRC sem o tratamento, (b) Traço com AGRC após o tratamento
3.3 RESISTENCIA À COMPRESSÃO AXIAL DO CONCRETO
A Figura 6 mostra o ensaio de resistência à compressão axial, de acordo com a NBR 5739 (ABNT, 2018). O gráfico 1 apresenta os resultados de resistência à compressão axial com a idade de 7 dias com os traços usando 100% o AGRC sem o tratamento e o AGRC com o tratamento.
O gráfico 2 apresenta os resultados de resistência à compressão axial com a idade de 28 dias com os traços usando 100% o AGRC sem o tratamento e o AGRC com o tratamento. Como o objetivo do referente estudo é a validade da aplicação do método de KATZ (2014), fez-se necessário uma comparação entre os traços usando AGRC sem o tratamento, e usando o AGRC com o tratamento.
Gráfico 1 – Resultados de resistência a compressão axial
Gráfico 2 – Resultados de resistência a compressão axial
3.4 AVALIAÇÃO DA ABSORÇÃO DE ÁGUA POR IMERSÃO – ÍNDICE DE VAZIOS E MASSA ESPECÍFICA
Os ensaios de determinação da absorção de água por imersão, índice de vazios e massa especifica foram realizados conforme a NBR 9778 (ABNT, 2009). A Figura 7,8 e 9 mostra a execução e a Tabela 1 mostra os resultados.
18 18.15
Resistência à compressão axial
Idade 7 dias
AGRC sem tratamento AGRC com tratamento
22.25 22.85
Resistência à compressão axial
Idade 28 dias
Figura 7- Pesagem amostra seca Figura 8 – Pesagem amostra saturada
Figura 9 – Pesagem amostra saturada, imerso em água.
Ensaios CP com AGRC
com tratamento CP com AGRC sem tratamento M. específica seca 2033 Kg/m³ 2056 Kg/m³
M. específica saturada 2182 Kg/ m³ 2203 Kg/m³ Absorção de água 7,33% 7,14% Índice de vazios 14,9% 14,7% 4 CONCLUSÕES
Neste trabalho experimental pode observar a facilidade de emprego utilizando o método de KATZ para o tratamento do AGRC por impregnação, após o tratamento com o metacaulim, verifica-se a formação de depósitos de metacaulim na superfície do agregado, assim como nos poros e fissuras. Para o manuseio deste agregado, percebe-se que o metacaulim presente na superfície do agregado, desprendiam-se facilmente ficando depositados nos recipientes.
Para o ensaio de abatimento de tronco de cone, o traço usando AGRC sem o tratamento e o traço usando o AGRC com o tratamento apresentou o mesmo abatimento, lembrando que não foi usado nenhum tipo de aditivo plastificante nos traços respectivos. Portanto não foi possível identificar a influência do tratamento dos agregados quanto a perda de consistência.
Para a resistência a compressão axial para a idade de 7 dias o traço com AGRC com tratamento apresentou resistência de 0,8% maior do que o traço com AGRC sem tratamento, e para a idade de 28 dias o traço com AGRC com tratamento apresentou resistência de 2,7% maior que o traço com AGRC sem o tratamento.
Por fim, verifica-se que o concreto utilizando o AGRC com o tratamento neste trabalho, apresentou uma menor massa especifica, para a absorção de água e índice de vazios apresentou um índice um pouco maior, portanto para estes o tratamento não obteve influência significativa.
Conclui-se com está pesquisa que o tratamento do agregado graúdo reciclado de concreto com o metacaulim demostra potencial para serem utilizados na produção de concretos, pois apresentou ótimo desempenho quanto a resistência a compressão, sugere-se para outros estudos fazer o uso de aditivo plastificante, para melhor abatimento do concreto, e menor índice de vazios, consequentemente maior resistência mecânica.
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