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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL,
ARQUITETURA E URBANISMO
ESTUDO DO REAPROVEITAMENTO DE ISOLADORES
ELÉTRICOS DE PORCELANA COMO AGREGADOS EM
ARGAMASSAS E CONCRETOS
MARCO ANTONIO CAMPOS
Campinas 2009
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO
MARCO ANTONIO CAMPOS
ESTUDO DO REAPROVEITAMENTO DE ISOLADORES ELÉTRICOS DE
PORCELANA COMO AGREGADOS EM ARGAMASSAS E CONCRETOS
Dissertação apresentada à Comissão de Pós-graduação da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil, na área de concentração de Arquitetura e Construção.
Orientador: Ana Elisabete Paganelli Guimarães de Ávila Jacintho
Co-Orientador: Gladis Camarini
Campinas 2009
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FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA
BIBLIOTECA DA ÁREA DE ENGENHARIA E ARQUITETURA - BAE - UNICAMP
C157e
Campos, Marco Antonio
Estudo do reaproveitamento de isoladores elétricos de porcelana como agregados em argamassas e concretos / Marco Antonio Campos. --Campinas, SP: [s.n.], 2009. Orientadores: Ana Elisabete Paganelli Guimarães de Ávila Jacintho, Gladis Camarini.
Dissertação de Mestrado - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo.
1. Residuos industriais. 2. Agregados (Materiais de construção). 3. Concreto. 4. Argamassa. I. Jacintho, Ana Elisabete Paganelli Guimarães de Ávila. II. Camarini, Gladis. III. Universidade Estadual de
Campinas. Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. IV. Título.
Título em Inglês: Reutilization study of porcelain electric insulator as aggregates in mortars and concretes
Palavras-chave em Inglês: Factory waste, Aggregates (Building materials), Concrete, Mortar
Área de concentração: Arquitetura e Construção Titulação: Mestre em Engenharia Civil
Banca examinadora: Vladimir Antonio Paulon, André Luiz Bortolacci Geyer Data da defesa: 29/04/2009
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO
MARCO ANTONIO CAMPOS
ESTUDO DO REAPROVEITAMENTO DE ISOLADORES
ELÉTRICOS DE PORCELANA COMO AGREGADOS EM
ARGAMASSAS E CONCRETOS
Dissertação apresentada à Comissão de Pós-graduação da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil, na área de concentração de Arquitetura e Construção.
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Dedicatória
Aos meus pais, Antenor e Vanda, e ao meu irmão Carlos, dedico este trabalho.
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Agradecimentos
A Deus e aos meus santos de devoção, por terem me dado saúde e ensinamentos para persistir em meus objetivos mesmo na presença de adversidades; por terem orientado o meu caminho durante as decisões tomadas e, proporcionarem excelentes oportunidades durante toda a vida.
Aos meus pais e irmão, a quem sempre deverei todo o esforço e sacrifício, que por diversas vezes tiveram de empenhar, para que hoje eu possa estar atingindo mais este objetivo.
A minha orientadora, profa. Ana Elisabete, pelo apoio indispensável que ao longo desses anos de trabalho mostrou-se além de profissional extremamente competente, grande amiga, companheira e incentivadora, que mesmo com os obstáculos dos caminhos conseguimos manter o foco e a direção do trabalho.
Agradecimento especial ao prof. Vladimir A. Paulon por mostrar o caminho a ser seguido na minha pesquisa colaborando em toda a parte experimental.
A profa. Rosa Cristina C. Lintz, CEATEC, PUC-Campinas, pelos socorros de última hora e preciosas dicas para perfeita realização dos ensaios.
Aos professores: Gladis Camarini, Vladimir Antonio Paulon, Flavio Picchi, Stelamaris Rolla Bertoli, Regina Coeli Ruschel, Mauro Augusto Demarzo, Newton de O. Pinto Jr. pela cooperação e incentivo para execução deste trabalho.
Agradecimento muito especial aos técnicos do Laboratório de Estruturas e Materiais – Unicamp: Ademir, o chefe, sempre encaixando meus ensaios, Marçal, excelência e precisão nos ensaios, Luciano, confiabilidade nos módulos, Marcelo, auxiliando quando tudo parecia perdido,
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Fábio, sempre alerta para me socorrer, Rodolfo, o administrador das crises. Ao Carlão, Lab. Hidráulica, colocando todo mundo para me ajudar.
Agradecimento aos técnicos do Laboratório de Solos da Unicamp e do Laboratório de Materiais de Construção Civil do CESET-Limeira, pelo suporte nos equipamentos e dicas valiosas nos ensaios de caracterização dos agregados.
Agradeço também os técnicos do Laboratório de Materiais de Construção da PUC-Campinas: Fabiano, Igor, Valquíria e João, pela colaboração na dosagem experimental e nos suporte nos moldes metálicos e materiais.
A todos da Secretaria de Pós-graduação da Unicamp por sempre se prontificarem a me atender nas dúvidas e nos prazos.
A todos da Biblioteca da Área de Engenharia da Unicamp, pelo apoio na revisão bibliográfica, através das citações, empréstimos de livros e boa vontade sempre a me atender.
A todos os demais funcionários da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo pela amizade ao longo dos anos. Ao Sr. Saul pelo auxílio na logística do material.
Agradecimento em especial ao Sr. Humberto Barbato Neto, da Cerâmica Santa Terezinha (CST), da cidade de Pedreira-SP, por ter acreditado neste trabalho e pela doação do material. Agradeço também ao Sr. Gilberto (CST) pela colaboração na doação do material e ao Eng. Marcos (CST), pela visita técnica e esclarecimentos das dúvidas.
A Holcim, em especial o Sr. Mezalira, pela doação do cimento utilizado na pesquisa. Aos Srs. Iuca, Donatti e Valdecir, da Iuca Comércio de Materiais Elétricos, da cidade de Mogi Mirim-SP, pela doação dos isoladores de porcelana inservíveis, agregados graúdos.
Ao Sr. Francisco J. Bernardes da Resdil – Refratários São Dimas, da cidade de Pedreira-SP, pela moagem destes isoladores inservíveis.
Aos colegas de Pós-graduação, pela amizade.
A todos que de alguma forma colaboraram para a perfeita realização deste trabalho e eu tenha cometido o lapso de aqui não ter citado.
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O conhecimento gera a produtividade e quando aprofundado cientificamente se reverte em benefícios para o homem e ao meio ambiente.
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Resumo
CAMPOS, MARCO ANTONIO. Estudo do reaproveitamento de isoladores elétricos de porcelana como agregados em argamassas e concretos. Campinas: Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Universidade Estadual de Campinas, 2009. 155p. Dissertação (Mestrado) - Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, UNICAMP, 2009.
Todo material de construção após certo tempo de uso apresenta um desgaste que compromete a sua eficiência, fazendo com que a substituição e o descarte sejam imprescindíveis. Os isoladores elétricos de porcelana, após um dado período de uso, perdem suas funções isoladoras, tendo necessidade de serem substituídos, e o seu descarte mensal pelas concessionárias do setor elétrico brasileiro atinge dezenas de toneladas. Em muitos casos o depósito destes isoladores é executado de forma desordenada havendo o comprometimento das áreas de preservação ambientais e de mananciais. Durante o processo de fabricação desses isoladores elétricos também são gerados resíduos, chegando até a 10% do total produzido, cujo descarte é feito no lixo pelas indústrias cerâmicas. Estes dois tipos de rejeitos causam na natureza um passivo de material que leva muitos anos para sua decomposição. Assim, a caracterização deste material cerâmico e o desenvolvimento de um estudo que viabilize seu emprego em substituição aos agregados comumente usados em argamassas e concretos, é uma alternativa para a racionalização do descarte desse material e preservação da natureza. Para o uso de resíduos dos isoladores de porcelana na construção civil é necessário sua moagem em granulometrias similares aos agregados graúdos e miúdos comuns. Este trabalho estudou dosagens de concreto e argamassa com substituições paulatinas de isoladores moídos, comparando algumas de suas propriedades com traços de referência feitos com agregados comuns. Para cada traço foram estudadas as propriedades mecânicas, a trabalhabilidade, a cura e a durabilidade. Pelo fato dos isoladores de porcelana terem características similares aos agregados comuns após a moagem, sua utilização em argamassas e concretos, para os traços moldados e tipos de cura realizados, substituindo parcialmente o agregado, foi bastante satisfatória, principalmente quando o agregado substituído foi o agregado miúdo.
Palavras Chave: resíduo de porcelana, materiais alternativos, reciclagem, concreto, isolador elétrico.
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Abstract
CAMPOS, MARCO ANTONIO. Reutilization study of porcelain electric insulator as
aggregates in mortars and concretes. Campinas: Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Universidade Estadual de Campinas, 2009. 155p. Dissertação (Mestrado) - Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, UNICAMP, 2009.
Every construction material after sometime of using presents wastages which compromises its efficiency and turns indispensable its substitution or disposal. Porcelain electrical insulators, after a certain time of use, lose their insulator functions and are needed to be substituted and its monthly disposal in the brazilian electric sector comes to more than ten tons. In many cases the deposit of these insulators is done in a messy way compromising the environment and springs. During the manufacturing process of these electric insulators, wastes are generated coming up to 10% of the total production and the disposal is done by the pottery industries in the garbage. These two types of rejection cause in nature a passive material which takes many years for its decomposition. Therefore the characterization of this pottery material and the development of a study substituting the aggregate materials used in mortars and concretes, is an alternative of the rationalization of the discard of this material and preservation of the environment. For the use of waste of the porcelain insulators in the civil construction, it is needed to grind them in grinders, similar to great and tiny common aggregates. This work studied concrete and mortar portions with gradual substitutions of ground insulators, comparing some of its properties with reference features done with common aggregates. For each feature were studied the mechanical properties, the working, the cure and the durability. Because of the porcelain insulators have similar characteristics to the common aggregates after the grind, their use in mortar and concretes for the feature patterns and types of cure performed, substituting partially the aggregates, it was quite satisfactory mainly when the substituted aggregate was the small aggregate.
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LISTA DE FIGURAS
Página
Figura 1.1 – Isoladores de porcelana descartados na zona rural... 6
Figura 1.2 – Isoladores de porcelana jogados em terrenos baldios após a retirada da ferragem de seu interior... 7
Figura 1.3 – Isoladores de porcelana descartados no leito do rio... 8
Figura 2.1 – Isoladores de apoio para subestações (a) e redes de distribuição (b)... 26
Figura 2.2 – Isoladores de suspensão... 26
Figura 2.3 – Triângulo de composição da porcelana... 27
Figura 2.4 – Cilindro rotativo horizontal (a) e massa já prensada (b) ... 28
Figura 2.5 – Massa de porcelana de isoladores tipo suporte e torneação... 29
Figura 2.6 – Processo de fabricação de isoladores de disco... 29
Figura 4.1 – Areia comum (a) e porcelana miúda (b)... 57
Figura 4.2 – Distribuição granulométrica agregados miúdos... 58
Figura 4.3 – Brita 0 (a) e brita 1(b)... 59
Figura 4.4 – Porcelana graúda utilizada (a) e sua forma lamelar (b)... 59
Figura 4.5 – Distribuição granulométrica agregados graúdos... 60
Figura 5.1 – Abatimento traço referência (a) e traço AG 75 (b)... 72
Figura 5.2 – Penetrômetro (a) e penetração (b)... 73
Figura 5.3 – Início e fim de pega... 74
Figura 6.1 – Resistência à penetração (NBR NM 9:2003)... 84
Figura 6.2 – Resistência à compressão simples – Agregado miúdo – cura úmida... 85
Figura 6.3 – Evolução resistência à compressão simples – Agregado miúdo – Cura úmida... 86
Figura 6.4 – Tipos de ruptura: cônica (a) e cônica e cisalhada (b)... 87
Figura 6.5 – Resistência à compressão simples – Agregado miúdo – cura ar livre... 88
Figura 6.6 – Evolução resistência à compressão simples – Agregado miúdo – Cura ar livre... 89
Figura 6.7 – Corpos-de-prova fissurados (a) e após a ruptura (b)... 90
Figura 6.8 – Resistência à compressão diametral – Agregado miúdo... 91
Figura 6.9 – Corpos-de-prova de cura ao ar livre (a) e cura úmida (b)... 92
Figura 6.10 – Esquema do equipamento para ensaio de tração na flexão... 93
Figura 6.11 – Resistência à tração na flexão – Agregado miúdo... 94
Figura 6.12 – Corpos-de-prova de cura ao ar livre (a) e cura úmida (b)... 94
Figura 6.13 – Módulo de elasticidade – Agregado miúdo – cura úmida... 95
Figura 6.14 – Evolução módulo de elasticidade – Agregado miúdo – cura úmida... 96
Figura 6.15 – Comparação módulo de elasticidade – Agregado miúdo – cura úmida... 97
xi
Figura 6.17 – Evolução módulo de elasticidade – Agregado miúdo – cura ao ar livre... 99
Figura 6.18 – Ruptura ar livre (a) e úmida (b) após ensaios de deformação... 99
Figura 6.19 – Comparação módulo de elasticidade – Agregado miúdo – cura ao ar livre... 100
Figura 6.20 – Comparação resistência/módulo – Agregado miúdo – 7 dias... 101
Figura 6.21 – Comparação resistência/módulo – Agregado miúdo – 28 dias... 101
Figura 6.22 – Corpos-de-prova rompidos para medição da ascensão capilar... 102
Figura 6.23 – Total de água absorvida por capilaridade – Agregado miúdo... 103
Figura 6.24– Capilaridade – Agregado miúdo... 105
Figura 6.25 – Altura capilar – Agregado miúdo... 106
Figura 6.26 – Corpos-de-prova de cura ao ar livre (a) e de cura úmida (b)... 107
Figura 6.27 – Resistência à compressão simples – Agregado graúdo – cura úmida... 108
Figura 6.28 – Evolução resistência à compressão simples – Agregado graúdo – cura úmida... 109
Figura 6.29 – Tipos de ruptura: cônica (a) e “esfarelamento” (b)... 110
Figura 6.30 – “Desprendimento” da porcelana (a) e da face vidrada (b)... 111
Figura 6.31 – Resistência à compressão simples – Agregado graúdo – cura ar livre... 112
Figura 6.32 – Evolução resistência à compressão simples – Agregado graúdo – cura ao ar livre... 113
Figura 6.33 – Corpos-de-prova rompidos (a) e detalhe da ruptura cisalhada (b)... 114
Figura 6.34 – Resistência à compressão diametral – Agregado graúdo... 115
Figura 6.35 – Corpos-de-prova de cura ao ar livre (a) e cura úmida (b)... 116
Figura 6.36 – Resistência à tração na flexão – Agregado graúdo... 117
Figura 6.37 – Corpos-de-prova rompidos (a) e detalhe contorno da porcelana (b)... 118
Figura 6.38 – Módulo de elasticidade – Agregado graúdo – cura úmida... 119
Figura 6.39 – Evolução módulo de elasticidade – Agregado graúdo – cura úmida... 120
Figura 6.40 – Comparação módulo de elasticidade – Agregado graúdo – cura úmida... 120
Figura 6.41 – Módulo de elasticidade – Agregado graúdo – cura ao ar livre... 121
Figura 6.42 – Evolução módulo de elasticidade – Agregado graúdo – cura ao ar livre... 122
Figura 6.43 – Ruptura cisalhada cura ao ar livre (a) e cônica cura úmida (b)... 123
Figura 6.44 – Comparação módulo de elasticidade – Agregado graúdo – cura ao ar... 123
Figura 6.45 – Comparação resistência/módulo – Agregado graúdo – 7 dias... 124
Figura 6.46 – Comparação resistência/módulo – Agregado graúdo – 28 dias... 124
Figura 6.47 – Total de água absorvida por capilaridade – Agregado graúdo... 125
Figura 6.48 – Corpos-de-prova após ensaio de capilaridade, traço AG 50 U (a) e AG 100 U (b).... 126
Figura 6.49 – Capilaridade – Agregado graúdo... 128
Figura 6.50 – Altura capilar – Agregado graúdo... 129
Figura 6.51 – Corpos-de-prova de cura ao ar livre (a) e de cura úmida (b)... 130
Figura 6.52 – Resistência à compressão simples – Argamassa do concreto... 131
Figura 6.53 – Evolução resistência à compressão simples – Argamassa do concreto... 133
Figura 6.54 – Ruptura do tipo cônica e cisalhada nas argamassas... 133
Figura 6.55 – Total de água absorvida por capilaridade – Argamassa do concreto... 135
Figura 6.56 – Capilaridade – Argamassa do concreto... 135
xii
LISTA DE TABELAS
Página
Tabela 2.1 – Dados setoriais – Isoladores de porcelana... 14
Tabela 3.1 – Características dos agregados... 42
Tabela 3.2 – Propriedades mecânicas do concreto fresco e endurecido... 43
Tabela 4.1 – Ensaios físicos cimento CP V ARI... 56
Tabela 4.2 – Ensaios químicos cimento CP V ARI... 56
Tabela 4.3 – Distribuição granulométrica agregados miúdos... 57
Tabela 4.4 – Ensaios físicos agregados miúdos... 58
Tabela 4.5 – Distribuição granulométrica agregados graúdos... 60
Tabela 4.6 – Ensaios físicos agregados graúdos... 61
Tabela 4.7 – Quantidades de materiais (kg) para o traço 1: 2: 1,5: 1,5: 0,47... 63
Tabela 4.8 – Quantidades de materiais para cada dosagem – 0,090 m³ de concreto... 63
Tabela 4.9 – Quantidades materiais (kg) – Substituição agregado miúdo... 65
Tabela 4.10 – Quantidades materiais (kg) – Substituição agregado graúdo... 65
Tabela 5.1 – Valores ensaio de abatimento... 71
Tabela 5.2 – Tempo decorrido de início e fim de pega... 74
Tabela 5.3 – Resultados ensaios substituição agregado miúdo (areia) – cura úmida... 76
Tabela 5.4 – Comparação resultados traços agregado miúdo/referência – cura úmida... 76
Tabela 5.5 – Resultados ensaios substituição agregado miúdo (areia) – cura ar livre... 77
Tabela 5.6 –Comparação resultados traços agregado miúdo/referência – cura ao ar livre... 77
Tabela 5.7 – Resultados ensaios substituição agregado graúdo (brita 1) – cura úmida... 78
Tabela 5.8 – Comparação resultados traços agregado graúdo/referência – cura úmida... 78
Tabela 5.9 – Resultados ensaios substituição agregado graúdo (brita 1) – cura ar livre... 79
Tabela 5.10 –Comparação resultados traços agregado graúdo/referência – cura ao ar livre... 79
Tabela 5.11 – Resultados ensaios argamassa do concreto... 80
Tabela 5.12 –Comparação resultados argamassa do concreto/referência... 81
Tabela 6.1 – Absorção por capilaridade – Agregado miúdo... 103
Tabela 6.2 – Absorção por capilaridade – Agregado graúdo... 125
Tabela 6.3 – Absorção por capilaridade – Argamassa do concreto... 134
. Tabela 7.1 – Custo mensal moagem isolador de porcelana... 138
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SUMÁRIO
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO... 1
1.1 APRESENTAÇÃO... 1
1.2 A QUESTÃO DO LIXO DA CONSTRUÇÃO CIVIL... 2
1.3 GESTÃO DE RESÍDUOS... 9
1.4 OBJETIVOS... 10
1.4.1 Objetivo Geral... 10
1.4.2 Objetivo Específico... 10
CAPÍTULO 2: AGREGADOS CERÂMICOS... 13
2.1 O SETOR CERAMISTA... 13
2.2 PROPRIEDADES DAS CERÂMICAS... 16
2.2.1 Histórico da Cerâmica... 16 2.2.2 Matérias-Primas... 17 2.2.2.1 Argila... 18 2.2.2.2 Caulim... 20 2.2.2.3 Feldspato... 21 2.2.2.4 Quartzo... 21
2.2.3 Propriedades das Cerâmicas Vermelhas... 22
2.2.4 Propriedades das Cerâmicas Brancas... 23
2.3 ISOLADORES ELÉTRICOS DE PORCELANA... 25
2.3.1 Definições... 25
2.3.2 Composição Química... 26
2.3.3 Processo de Fabricação... 28
2.3.4 Classificação quanto à reciclagem e reutilização dos isoladores de porcelana... 30
CAPÍTULO 3: CONCRETO E ARGAMASSAS COM MATERIAIS ALTERNATIVOS... 31
3.1 MATERIAIS ALTERNATIVOS... 31
3.2 A RECICLAGEM... 32
3.3 CONCRETO E ARGAMASSA COM PORCELANA... 34
3.3.1 Concreto com Porcelana... 34
3.3.2 Argamassa com Porcelana... 44
xiv
3.4.1 Concreto com Cerâmica... 46
3.4.2 Argamassa com Cerâmica... 48
3.5 CONCRETO E ARGAMASSA COM RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO E DEMOLIÇÃO (RCD)... 50
3.5.1 Concreto com RCD... 50
3.4.2 Argamassa com RCD... 51
3.5 ATIVIDADE POZOLÂNICA DAS CERÂMICAS... 52
CAPÍTULO 4: METODOLOGIA EXPERIMENTAL... 55
4.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS... 55
4.1.1 Cimento... 55
4.1.2 Agregados Miúdos... 56
4.1.3 Agregados Graúdos... 59
4.2 METODOLOGIA DOS ENSAIOS COM CONCRETO... 62
4.2.1 Determinação do Traço... 62
4.2.2 Descrição das Séries de Ensaios... 63
4.2.2.1 Concreto com Isolador de Porcelana Moído... 63
4.2.2.2 Argamassa do Concreto... 65
4.2.3 Moldagem dos Corpos-de-prova... 66
4.2.3.1 Concreto com Isolador de Porcelana Moído... 66
4.2.3.2 Argamassa do Concreto... 67
4.3 ENSAIOS COM CONCRETO... 68
4.3.1 Concreto no Estado Fresco... 68
4.3.2 Concreto no Estado Endurecido: Ensaios Mecânicos... 68
4.4 ENSAIOS COM ARGAMASSA DO CONCRETO... 69
CAPÍTULO 5: RESULTADOS DOS ENSAIOS... 71
5.1 CONCRETO NO ESTADO FRESCO... 71
5.1.1 Ensaio de Abatimento... 71
5.1.2 Ensaio de Início e Fim de Pega... 72
5.2 CONCRETO NO ESTADO ENDURECIDO... 75
5.2.1 Substituição Agregado Miúdo... 76
5.2.2 Substituição Agregado Graúdo... 78
5.3 ARGAMASSA DO CONCRETO... 80
CAPÍTULO 6: RESULTADOS DOS ENSAIOS... 83
6.1 CONCRETO NO ESTADO FRESCO... 83
6.1.1 Ensaio de Abatimento... 83
6.1.2 Ensaio de Início e Fim de Pega... 83
6.2 CONCRETO NO ESTADO ENDURECIDO... 85
6.2.1 Substituição Agregado Miúdo... 85
6.2.1.1 Resistência à compressão simples... 85
6.2.1.2 Resistência à compressão diametral... 90
xv
6.2.1.4 Módulo de elasticidade... 95
6.2.1.5 Ensaios de capilaridade... 102
6.2.2 Substituição Agregado Graúdo... 107
6.2.2.1 Resistência à compressão simples... 107
6.2.2.2 Resistência à compressão diametral... 114
6.2.2.3 Resistência à tração na flexão... 117
6.2.2.4 Módulo de elasticidade... 118
6.2.2.5 Ensaios de capilaridade... 125
6.3 ARGAMASSA DO CONCRETO... 131
6.3.1 Resistência à Compressão Simples... 131
6.3.2 Ensaios de Capilaridade... 134
CAPÍTULO 7: VIABILIDADE ECONÔMICA... 137
CAPÍTULO 8: CONCLUSÕES... 141
8.1 CONCRETO COM PORCELANA... 141
8.1.1 Substituição do Agregado Miúdo... 141
8.1.2 Substituição do Agregado Graúdo... 142
8.2 ARGAMASSA DO CONCRETO... 144
8.3 CONTINUIDADE DA PESQUISA... 145
1
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
1.1
APRESENTAÇÃO
O recente crescimento, com pouco mais de cinco décadas, da população residente em zonas urbanas no Brasil provocou uma grande expansão imobiliária em quase todas as regiões nacionais. Este avanço foi nas áreas residencial, industrial e comercial, causando grandes impactos nas indústrias de base da construção civil.
Assim, o que mais causa transtornos para a sociedade é a questão referente à quantidade de lixo e resíduos gerados pela população em geral, e também a falta de locais apropriados para seu descarte, comprometendo áreas de preservação ambiental e de mananciais, além de haver poucos programas de reciclagem e reuso destes resíduos.
A produção anual brasileira de isoladores elétricos de porcelana é da ordem de 30.000 toneladas, e só a perda de material fica em torno de 10% do total produzido. Além desta perda, há os isoladores inservíveis, cujo descarte pela concessionária elétrica da região de Campinas gira em torno de 25 toneladas ao mês. Todo este material é descartado no lixo, segundo dados da própria concessionária.
Com uma metodologia de reciclagem de isoladores elétricos de porcelana para uso em concretos e argamassas , em substituição aos agregados, poderá haver redução da extração dos agregados comumente empregados nos concretos e argamassas, além de uma destinação mais nobre para os resíduos deste material, diminuindo sobremaneira o volume nos depósitos de lixo.
2
1.2 A QUESTÃO DO LIXO DA CONSTRUÇÃO CIVIL
Ao se falar em resíduos o primeiro pensamento que vem a cabeça são os descartes da construção, os materiais de demolição, os chamados entulhos das caçambas espalhadas pelo Brasil afora.
Mas não são só estes entulhos que são gerados com a especulação urbana brasileira, por exemplo. Para se construir uma usina hidrelétrica de concreto compactado com rolo são efetuadas inicialmente inúmeras pistas de concreto compactado com rolo para a aceitação ou não do traço de concreto a ser usado, que após o uso são descartadas.
O aumento das cidades resultou em um maior número de veículos nas ruas levando a uma degradação mais rápida do pavimento asfáltico, pavimento este que ao ser trocado não possui local apropriado para despejo.
Um fator que merece destaque na questão do reuso são os materiais descartados pelo controle de qualidade das indústrias, descartes que podem chegar até a 30% do total produzido, englobando todos os materiais de construção como o poste de iluminação de concreto da rua até o vidro das esquadrias, todos os setores possuem uma dada perda.
Todo este descarte gerado, seja durante o processo de fabricação, no teste de qualidade do material ou a troca deste por outro mais moderno e de melhor qualidade resulta em entulhos que, em muitas de nossas cidades, são dispostos desordenadamente em áreas de proteção ambiental e de mananciais acarretando danos irreversíveis para a natureza.
3
Pode ocorrer a obstrução de canais e nascentes de água; destruição da mata ciliar de rios e córregos; proliferação de animais nocivos a saúde humana, pois estes entulhos formam abrigos ideais para sua reprodução, entre tantos outros danos ao ambiente.
Este entulho, gerado na construção civil ou nas indústrias, em inúmeras cidades é levado para aterros sanitários, que além de ser o processo mais antigo é também o que demanda menores gastos financeiros com sua implantação e manutenção.
Esses descartes em muitos casos são depositados conjuntamente com o lixo doméstico produzido, podendo gerar vários problemas ambientais. No próprio aterro sanitário os entulhos são empregados para recobrir a camada de lixo, com o propósito de evitar a exalação de odores desagradáveis (FELLENBERG, 1980).
A criação do Estatuto das Cidades, Lei Federal nº 10.257 (BRASIL, 2001), promulgada em 10/07/2001, determinou novas e importantes diretrizes para o desenvolvimento sustentado dos aglomerados urbanos no País.
Este estatuto prevê a necessidade de proteção e preservação do meio ambiente natural e construído, com uma justa distribuição dos benefícios e ônus decorrentes da urbanização, exigindo que os municípios adotem políticas setoriais articuladas e sintonizadas com o seu Plano Diretor. Uma dessas políticas setoriais, que pode ser destacada, é a que trata da gestão dos resíduos sólidos.
A aprovação da Resolução nº 307, de 05/07/2002, (BRASIL, 2002), pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA, definiu as responsabilidades e deveres, tornando obrigatória em todos os municípios do país e no Distrito Federal a implantação pelo poder público local de Planos Integrados de Gerenciamento dos Resíduos da Construção Civil, como forma de eliminar os impactos ambientais decorrentes do descontrole das atividades relacionadas à geração, transporte e destinação desses materiais.
A Resolução 307 também determina para os geradores a adoção, sempre que possível, de medidas que minimizem a geração de resíduos e sua reutilização ou reciclagem; ou, quando
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for inviável, que eles sejam reservados de forma segregada para posterior utilização (CAIXA, 2005).
Após a publicação da Resolução 307 do CONAMA a sociedade passou a tratar melhor da disposição destes materiais. Entretanto, esta resolução se apega aos resíduos gerados durante a obra de construção, mas que perfeitamente pode ser estendida para os materiais descartados durante o processo fabril.
As disposições irregulares, geralmente em grande número, resultam na maioria das vezes de pequenas obras ou reformas realizadas pelas camadas da população urbana mais carente de recursos, por processos de autoconstrução, e que não dispõem de recursos financeiros para a contratação dos agentes coletores formais que atuam no setor. Os principais danos são, segundo SindusCon-SP (2005):
- Degradação das áreas de manancial e de proteção permanente; - Proliferação de agentes transmissores de doenças;
- Assoreamento de rios e córregos;
- Obstrução dos sistemas de drenagem: piscinões, sarjetas, galerias entre outros;
- Ocupação de vias e logradouros públicos por resíduos, gerando problemas na circulação de pessoas e veículos, degradando a paisagem urbana;
- Existência e acúmulo de resíduos que podem gerar riscos por sua periculosidade, e; - Colocação em risco da estabilidade de encostas e comprometimento da drenagem urbana.
Há municípios que com a intenção de diminuir um pouco destes impactos recolhem e transportam por conta própria os resíduos até um aterro municipal. Isto gera uma acomodação dos munícipes, pois estes não irão se conscientizar da importância da reciclagem e da reutilização dos entulhos, visto que são atendidos pela coleta pública municipal.
É importante destacar ainda que, com grande freqüência, as disposições descontroladas dos entulhos provocam o lançamento clandestino de outros tipos de resíduos não inertes, de origem doméstica e industrial, acelerando a degradação ambiental e tornando ainda mais
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complexa e cara a possibilidade de sua recuperação futura (CAIXA, 2005; SINDUSCON-SP, 2005).
A indústria cerâmica que engloba desde o tijolo cerâmico, passando pelos revestimentos e louças sanitárias atingindo os isoladores elétricos de porcelana, possui um elevado descarte de material durante sua fabricação e transporte, e também por sua substituição durante os períodos de manutenção previstos.
Novamente chega-se a questão da disposição desta cerâmica e devido à inexistência de políticas públicas que disciplinam e ordenam os fluxos da destinação dos resíduos nas cidades, ligada ao descompromisso dos geradores tanto no manejo como na destinação dos resíduos, ocasionam danos muitas vezes irreversíveis, como o número significativo de áreas degradadas, na forma de bota-foras clandestinos ou de disposições irregulares.
O descarte dos isoladores elétricos de porcelana na natureza é fator preocupante tanto para seus fabricantes como para a sociedade como um todo, pois pode-se observar que sua disposição ocorre em todo e qualquer ambiente.
Nota-se que muitas vezes estes isoladores são descartados em meio a entulhos de construção, figuras 1.1 e 1.2, em terrenos baldios e estradas rurais. Entretanto, apesar de ser um material cerâmico, alguns isoladores podem conter em seu interior materiais nocivos ao ambiente.
Outro ponto importante é que estes isoladores são muitas vezes quebrados para a retirada da ferragem que há em seu interior, material este de fácil e boa venda, tendo o corpo de cerâmica descartado na natureza até com restos deste ferro. Esta prática é mais comum em empresas compradoras de sucatas elétricas e transformadores usados em geral.
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Figura 1.2 – Isoladores de porcelana descartados em terrenos baldios após a retirada da ferragem de seu interior.
Outro local de descarte para estes isoladores são os rios, pois pressupõem, os responsáveis por esta ação, que ao descartar estas peças no leito do rio, as águas se encarregarão de levá-las a um local distante, passando a responsabilidade para outra localidade, fato este não constado na figura 1.3, pois como estes isoladores são materiais de elevada massa, necessita-se de forte correnteza para sua descida rio abaixo.
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1.3 GESTÃO DE RESÍDUOS
A urbanização do Brasil ocorreu de forma mais intensa nos últimos 50 anos onde passamos a ter 82 % da população morando em cidades. Toda esta urbanização repentina trouxe consigo inúmeros danos para as cidades brasileira, compreendendo as periferias longínquas e desprovidas de serviços e equipamentos urbanos essenciais; favelas, invasões, vilas e alagados nascem e se expandem; a retenção especulativa de terrenos constante; o adensamento e a verticalização freqüentes e sem precedentes; a poluição de águas, do solo e do ar; dentre outros aspectos variados e negativos (OLIVEIRA, 2001).
Na construção civil tem-se notado um grande avanço na questão de reuso e reciclagem de materiais descartados por uma obra ou processo de fabricação, assim, a Resolução 307 do CONAMA, Brasil (2002), definiu os resíduos da construção civil em classes: Classe A: reutilizáveis e recicláveis (solos, tijolos, telhas, placas de revestimentos), Classe B: recicláveis para outra destinação (plásticos, papel/papelão, metais, vidros, madeiras etc.), Classe C: não recicláveis e Classe D: perigosos (amianto, tintas, solventes, óleos, resíduos contaminados - reformas de clínicas radiológicas e unidades industriais).
Faltam no país dispositivos legais, como uma Política Nacional de Resíduos Sólidos que discipline e incentive a elaboração e a implementação de planos de gestão integrados consistentes e compatíveis com as peculiaridades locais criando um uso sustentável dos resíduos sólidos. Pressupõe-se desta forma reduzir o uso de matérias-primas e energia, reutilizar produtos e reciclar materiais, o que vem ao encontro do princípio dos 3 Rs, apresentado na Agenda 21 (CAIXA, 2005): Redução (do uso de matérias-primas e energia, e do desperdício nas fontes geradoras), Reutilização direta dos produtos, e Reciclagem de materiais. Para atingir tal meta, é imprescindível a implantação de uma eficiente coleta seletiva (CAIXA, 2005).
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1.4 OBJETIVOS
1.4.1 Objetivo Geral
Estudar dosagens e propriedades de concretos e argamassas, nos estados fresco e endurecido, que viabilizem o emprego de rejeitos de isoladores elétricos de porcelana passados por processo de moagem, em substituição aos agregados convencionalmente empregados na construção civil em concretos e argamassas.
1.4.2 Objetivo Específico
Substituir os agregados convencionalmente utilizados na construção civil: agregados miúdo e graúdo, areia e brita 1, por isoladores de porcelana moídos, nas porcentagens de substituição em massa de: 25%, 50%, 75% e 100%, e comparar as seguintes propriedades com o concreto convencional de referência com todos os agregados comuns:
- trabalhabilidade: consistência, início e fim de pega; - cura;
- resistência à compressão simples;
- resistência à tração na compressão diametral; - resistência à tração na flexão;
- módulo de elasticidade, e; - capilaridade.
Há de ser feita uma comparação inicial na caracterização dos materiais, quanto a: - massa específica;
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- capacidade de absorção de água; - presença de materiais orgânicos; - resistência à compressão, e;
- presença de materiais pulverulentos.
Analisar também a influência da argamassa do concreto com isoladores de porcelana moídos miúdos em substituição a areia nas porcentagens de 25%, 50% 75% e 100%, comparando suas propriedades com a argamassa do concreto referência quanto:
- resistência à compressão simples, e; - capilaridade.
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CAPÍTULO 2: AGREGADOS CERÂMICOS
2.1 O SETOR CERAMISTA
No setor ceramista há tempos atrás, a produção de seus produtos era artesanal. Assim, não se seguiam padrões tanto para a fabricação como pelos serviços prestados. Com o advento da revolução industrial, tudo se modificou, surgindo máquinas, processos, padronizações e normas, sempre focados em transformar as matérias-primas em produtos acabados de boa qualidade.
Muitas empresas do tipo olarias, ainda produzem seus produtos de forma arcaica, com uma mão-de-obra não qualificada, geralmente operários desempregados ou provenientes de atividades agrícolas na entressafra, não oferecendo assim produtos com qualidade. Como na maioria das vezes os produtos produzidos são de baixo valor agregado, é natural encontrar olarias de tijolos e blocos cerâmicos em quase todo o Brasil, com produtos fabricados sem nenhum controle de qualidade (SOUZA; ARICA, 2006).
As estratégias de mercado e produtivas nos principais pólos produtivos de revestimentos cerâmicos foi tema de estudo de Nogueira et al. (2001). Neste trabalho os autores realizaram uma pesquisa com produtores de revestimentos cerâmicos dos estados de Santa Catarina e São Paulo. Os autores observaram diferenças de tipos e níveis de produção mesmo entre empresas da mesma região e tipo de produto e mercado. Assim, o setor ceramista é passível de mudanças benéficas em relação a produção, controle de qualidade, e principalmente produtos de elevada qualidade, resultando em menores quantidades de rejeitos gerados.
Segundo Souza (2003), algumas regiões se destacam pela produção de apenas um tipo de cerâmica, como a cidade de Pedreira, no interior do Estado de São Paulo, onde tem-se um
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elevado número de cerâmicas produtoras de porcelana, com plantas fabris de algumas das maiores produtoras de isoladores elétricos de porcelana do Brasil. Estas cerâmicas produzem porcelanas doméstica (porcelana de mesa) e elétrica (isoladores). Haviam 135 cerâmicas registradas no ano de 2002, sendo esta a principal atividade econômica do município, tornando a cidade conhecida como a “Capital Da Porcelana”.
A mão-de-obra utilizada para produção da porcelana elétrica é mais qualificada que a da produção de porcelana doméstica. Observa-se que nas cerâmicas produtoras de isoladores de porcelana boa parte da produção é automatizada, tendo grandes fornos para a queima dos materiais e um controle de qualidade do produto acabado rigoroso (SOUZA, 2003).
Alguns dados setoriais da produção de isoladores elétricos de porcelana, do ano de 2003, conforme levantamento da Associação Brasileira de Cerâmica (ABCERAM, 2007), são apresentados na tabela 2.1.
Tabela 2.1 - Dados setoriais – Isoladores de porcelana (ABCERAM, 2007). ISOLADORES ELÉTRICOS DE PORCELANA
Número de Empresas 6
Número de Fábricas 9
Capacidade Instalada (t/ano) 44.000
Produção (t/ano) 28.000
Faturamento (US$ milhões) 39 Exportação (US$ milhões) 13 Importação (US$ milhões) 1,2
Empregos Diretos 1.700
Considerando uma produção média atual de 35.000 toneladas/ano de isoladores de porcelana, com um descarte da ordem de 5%, sendo que 75% do total produzido serve com material de substituição das instalações já existentes, tem-se um descarte da ordem de 30.000 toneladas/ano de porcelana.
Outro fator é que o pólo fabril de isoladores de porcelana concentra-se na cidade de Pedreira-SP na região Metropolitana de Campinas-SP, com 4 empresas e 7 fábricas,
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concentrando cerca de 80% da produção nacional. Levando em conta que os fabricantes de isoladores são os responsáveis em dar um destino mais nobre as peças trocadas, a cidade de Pedreira-SP tem um passivo de cerca de 25.000 toneladas/ano de isoladores de porcelana inservíveis.
Porcelana esta que ao ser moída em granulometria similar ao agregado comum miúdo, poderia substituir 32% de toda areia utilizada anualmente na construção civil na região metropolitana da Campinas-SP, com mais de 2 milhões de habitantes, já que em muitas indústrias cerâmicas produtoras de isoladores elétricos a reutilização básica dos isoladores em desconformidade é em aterros e sub-base de pavimentação, não suprindo a totalidade de isoladores inservíveis gerados.
Algumas empresas passaram a utilizar na mistura crua cerca de 3% de isoladores finamente moídos em substituição a argila. Há também o reuso de isoladores não queimados – “crus”, isto é, utilização de 7% de isoladores já conformados e não queimados na massa de porcelana. Já na produção de tijolos refratários, há uma substituição de até 5% dos materiais calcinados pelos isoladores elétricos de porcelana finamente moídos.
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2.2 PROPRIEDADES DAS CERÂMICAS
2.2.1 Histórico da CerâmicaEm Kazmierczak (2007), o emprego de produtos cerâmicos remete a milhares de anos, visto a grande quantidade de vasilhas cerâmicas encontradas por arqueólogos pelo mundo, até na Torre de Babel foram utilizados tijolos cerâmicos. Até hoje em escavações arqueológicas encontram-se vestígios de potes cerâmicos com idades superiores a dez mil anos.
O emprego da cerâmica surgiu pela escassez de pedra, assim esta era obtida cozinhando a argila ao Sol e posteriormente em fornos. Várias civilizações antigas tinham conhecimentos e técnicas apuradas para o uso da argila, destacando os assírios e caldeus, com o uso de tijolos em obras monumentais.
Os romanos utilizavam tijolos revestidos por gesso ou pedra, porém a arquitetura árabe é a mais conhecida frente o emprego dos tijolos cerâmicos. Por volta do século VII os chineses passaram a produzir a porcelana, já a louça branca, de resistência inferior a porcelana, começou a ser produzida no século XVIII pelos ingleses (KAZMIERCZAK, 2007).
Entretanto, apenas no ano de 1666, quando Londres foi atingida por um grande incêndio, destruindo grande número de casas de madeira, é que o uso do tijolo cerâmico foi mais difundido e utilizado. Mas, com o surgimento do concreto armado e das estruturas metálicas, o tijolo passou de material estrutural para elemento de vedação.
Mesmo assim, o mercado de produtos cerâmicos não ficou restrito aos tijolos maciços, novos tipos de tijolos e até outros materiais de construção tem a argila como principal
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prima, caso das peças de revestimentos cerâmicos, pisos e azulejos, que a cada ano tornam-se mais resistentes e duradouras, sendo comum hoje encontrarmos no mercado pisos e azulejos cerâmicos idênticos a granitos e mármores.
O desenvolvimento tecnológico permitiu recentemente o surgimento da cerâmica de alta tecnologia que suporta temperaturas extremamente elevadas com grande resistência mecânica. Estas cerâmicas são utilizadas setores como a indústria aeroespacial, eletrônica e nuclear (PETRUCCI, 1976; BAUER, 1994; KAZMIERCZAK, 2007).
2.2.2 Matérias-Primas
Os materiais cerâmicos, conforme Van Vlack (1973), apresentam elevado módulo de elasticidade maior que outros materiais, e com temperatura de fusão próxima a 1000°C. Entretanto, como as cerâmicas são materiais não-dúcteis apresentam assim, uma elevada resistência à compressão, não se rompendo por deslizamento. As principais matérias-primas dos produtos cerâmicos são encontradas na natureza, sendo utilizadas de forma natural ou após receberem algum tipo de beneficiamento ou processamento.
As matérias-primas utilizadas em produtos de larga escala de produção como tijolos, refratários, pisos e porcelanas recebem pouco beneficiamento. Cabendo aos produtos de aplicação em pequena escala, como ferramentas de corte, cerâmicas eletrônicas e eletrotécnicas, uma beneficiamento mais intenso. Este beneficiamento vai desde uma simples britagem, para a matéria-prima atingir a granulometria desejada para sua aplicação, até a separação magnética para a retirada de impurezas ferrosas e flotação quando se pretende separar grãos maiores e de diferentes densidades.
Todo o material precisa ser peneirado para determinação de sua granulometria e também para ocorrer a perfeita união entre as partículas (VAN VLACK, 1973). As cores das cerâmicas são obtidas a partir da mistura de vários óxidos de metais como ferro, cobalto, cromo entre outros. A plasticidade das cerâmicas, obtidas após a mistura das argilas e demais matérias-primas
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com água, depende basicamente das composições mineralógica e granulométrica de seus componentes, quanto menor a granulometria melhor a plasticidade e trabalhabilidade, pois os grãos se arranjam melhor.
2.2.2.1 Argila
Com base em Van Vlack (1973); Petrucci (1976); Komar (1987); Bauer (1994); Kazmierczak (2007), a principal matéria-prima dos produtos cerâmicos é a argila. A argila é um material terroso natural constituído por argilominerais, principalmente silicatos de alumínio hidratados, podendo conter outros minerais como quartzo, feldspato, mica, pirita e hematita, além de impurezas e matérias orgânicas.
As argilas são formadas na crosta terrestre pela desintegração de rochas ígneas sob a ação constante dos agentes atmosféricos, sendo formadas principalmente nos feldspatos, mais comum e em gnaisses e micaxistos. Ao ser extraída da natureza esta é britada e selecionada, eliminando as impurezas.
São também caracterizadas por sua baixa granulometria, com a maioria de seus grãos com diâmetros inferiores à 2 μm, grãos estes que mais influenciam suas propriedades. Com a correta quantidade de água a argila se transforma em uma pasta plástica, conservando sua forma moldada, secando e endurecendo sob a ação do calor.
Vários são os ensaios para sua caracterização, sendo o principal ensaio para determinação da composição química a fluorescência de raios X, podendo também serem realizados os ensaios de difração de raios X, análise térmica, microscopia ótica e eletrônica.
O conhecimento das impurezas presentes nas argilas é importante, pois estas podem interferir na porosidade da peça, acarretando em perda de sua resistência. A caracterização física das argilas é obtida pelos ensaios de distribuição granulométrica e plasticidade (KAZMIERCZAK, 2007). As argilas são classificadas em dois tipos quanto sua estrutura, segundo Van Vlack (1973):
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- estrutura laminar ou foliácea: usadas na fabricação dos produtos cerâmicos, e; - estrutura fibrosa.
Já em relação ao seu emprego são três os níveis de classificação:
- infusíveis: constituídas basicamente de caulim puro e após o cozimento ficam brancas, são utilizadas em porcelanas;
- refratárias: são empregadas em revestimentos de fornos, e;
- fusíveis: as mais utilizadas, as figulinas são bases para a produção de tijolos e telhas, os grés são empregadas em materiais sanitários, as margas são utilizadas na produção de cimento, e a ferruginosa também são usadas em tijolos e telhas.
Em relação a plasticidade as argilas são dividas em dois tipos:
- gordas: mais plásticas e com maior deformação ao cozimento, e ; - magras: possuem excesso de sílica, sendo mais porosas e frágeis.
As ações térmicas nas argilas produzem vários fatores, conforme Van Vlack (1973), como:
- perda de peso: de natureza física ocorrendo a variação da densidade, porosidade, dureza, resistência, plasticidade, textura, condutibilidade térmica e elétrica. De natureza química: desidratação, decomposição, formação de novos compostos;
- efeitos do calor: as alterações físicas das argilas ocorrem até a temperatura de 600°C, perdendo a água de amassamento, desta temperatura até 950°C, começam as alterações químicas, como a desidratação química, perda da água de constituição, endurecendo a argila, ocorre também a queima das materiais orgânicas e a oxidação, quando os carbonetos são calcinados. Acima de 950°C começa a vitrificação, com a sílica e areia formando pequenas quantidades de vidros. Esta quantidade de vidro queimada é que determinará a qualidade da cerâmica, pois quantos mais vidros formados maior a dureza, resistência e compactação da cerâmica;
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- variações dimensionais: quando a argila perde água de amassamento, esta tende a se dilatar. Porém, com a perda da água de sua constituição esta passa a se contrair, contraindo ainda mais quando atinge o estado amorfo e de cristalização, e;
- porosidade: quanto maiores os grãos de argilas maiores os poros, e sendo estes grãos cada vez menores, menores também seus poros.
A presença de impurezas nas argilas pode trazer melhora de sua resistência, plasticidade e refratariedade, mas pode também ocasionar defeitos tanto na argila crua como na cozida. Portanto, algumas argilas são purificadas para não se obter um produto não-conforme, dentre os principais tipos de purificação destacam-se três:
- processos mecânicos: obtidos por lavagem, eliminando sais solúveis, areia, granito, nódulos de cal, pintas, cristais de gesso, este processo é realizado por suspensão e sedimentação. Outro método é o de peneiramento das partículas sólidas maiores. Há também o método de trituração realizado em moinhos de rolos e máquinas laminadoras;
- processos químicos: tem função de anular os efeitos de materiais indesejados, e; - processos físico-químicos: o principal é a flotação, onde os óxidos são separados por filtros eletromagnéticos (VAN VLACK, 1973; PETRUCCI, 1976; KOMAR, 1987; BAUER, 1994; KAZMIERCZAK, 2007).
2.2.2.2 Caulim
O caulim, é um produto encontrado em diversas regiões do nosso país e do mundo. O caulim é uma espécie de argila formada principalmente por ação de soluções sobre rochas aluminosas. Seus principais tipos de ocorrência são: veios (derivados do intemperismo de pegmatitos), mantos (derivados de áreas de rochas ígneas metamórficas), depósitos de substituição e depósitos acamadados (derivados de arenitos feldspáticos ou depósitos alóctones secundários). Sua cor branca confere as cerâmicas uma cor clara, mesmo após a queima.
Além do caulim natural, tem-se o caulim calcinado, também conhecido como silicato de alumínio calcinado, é um produto decorrente da calcinação do caulim. O caulim calcinado é um produto de difícil produção. Dentre as dificuldades de se produzir o caulim calcinado está a
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diversidade enorme de características do caulim hidratado, o qual será utilizado para transformar em caulim calcinado, e os diferentes produtos que surgirão da calcinação destes caulins.
O mercado que consome o caulim calcinado é igualmente variado, sendo que cada segmento necessita de diferentes variações de caulim calcinado (ABCERAM, 2007; MICROCEL, 2008).
2.2.2.3 Feldspato
O termo feldspato cobre uma série de alumino-silicatos alcalinos ou alcalinos terrosos. Os feldspatos naturais são normalmente uma mistura em diversas proporções de alumino-silicatos de potássio, de sódio, de cálcio, de lítio e ocasionalmente de bário e de césio, com propriedades químicas e físicas similares.
Para a indústria cerâmica os feldspatos de maior importância são o patássico e o sódico, por terem temperatura de fusão relativamente baixa e assim sendo empregados como geradores de “massa vítrea” nas massas cerâmicas e nos vidrados. No entanto estes dificilmente são encontrados puros, em geral se apresentam em mistura, podendo também estar associados a outras impurezas.
Ocorre em todos os principais tipos de rochas, mas principalmente nas ígneas, o que torna bastante difícil a quantificação de suas reservas. Constituem 60% da crosta terrestre e geralmente são brancos ou claros, com boa clivagem(ABCERAM, 2007; MICROVEL, 2008).
2.2.2.4 Quartzo
O quartzo é um dióxido de silício, sendo mais duro que o feldspato. É um mineral dificilmente atacado pelo intemperismo químico, e não possui clivagem, razão pela qual é o principal constituinte da fração arenosa dos solos e sedimentos. O quartzo apresenta variedades cristalinas como quartzo hialino, ametista, quartzo leitoso, esfumaçado entre outras. Cascalhos, seixos, arenitos e quartzitos, são formados principalmente de quartzo.
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Encontra-se também o quartzo fragmentado em pequenas partículas formando grandes concentrações naturais (areias comuns, compostas principalmente por grãos de quartzo), resultante de deposição dos resíduos de desagregação (ABCERAM, 2007; MICROCEL, 2008).
2.2.3 Propriedades das Cerâmicas Vermelhas
Conforme Bauer (1994) e Kazmierczak (2007), as cerâmicas vermelhas são aquelas que constituem os componentes utilizados na construção de alvenarias, como os blocos cerâmicos e os tijolos maciços; na construção de telhados, telhas cerâmicas; na canalização de águas pluviais e esgotos, caso dos tubos cerâmicos – manilhas; os elementos vazados não estruturais; os ladrilhos e lajotas cerâmicas; as plaquetas de revestimentos de paredes; as pingadeiras, utilizadas na proteção da face superior de muros e peitoris de janelas e as tavelas, usadas na fabricação de lajes pré-moldadas.
As propriedades das cerâmicas estão ligadas à constituição das argilas, cozimento, moldagem, interferindo diretamente em sua resistência. Uma boa argila terá uma boa moldagem e conseqüentemente uma boa queima, que favorecerá a formação dos vidros, garantindo uma cerâmica de boa qualidade.
A quantidade de água utilizada na moldagem interfere na resistência mecânica das cerâmicas, pois o excesso de água lava as partículas menores, que se fundiriam melhor. A desagregação das cerâmicas é causada pela ação dos agentes físicos externos, agentes químicos internos e agentes mecânicos. Como agentes físicos têm-se a umidade e a vegetação agindo nos poros, além, do fogo que diminui a resistência à compressão com a elevação da temperatura na peça. Há sim uma dilatação não uniforme de seus componentes.
Os agentes químicos internos também apresentam danos a cerâmica, se esta possuir sais solúveis, a umidade absorvida do ar os dissolverá, ocasionando a eflorescência, que é a cristalização destes sais na superfície das cerâmicas. Já os esforços dos agentes mecânicos podem
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destruir a peça, visto que as cerâmicas apresentam maiores resistências à compressão que a flexão (BAUER, 1994; KAZMIERCZAK, 2007).
Os resíduos de cerâmica vermelha ao serem moídos podem adquirir semelhanças granulométricas aos agregados comuns utilizados na construção civil, entretanto, deve-se inicialmente caracterizá-los, para posteriormente substituir ou adicioná-lo principalmente em concretos e argamassas.
Então, um trabalho apresentado por Santana; Lima; Costa (2007) relatou a caracterização de rejeitos de cerâmica vermelha, tijolo e telha cerâmicos. Estes rejeitos cerâmicos foram moídos similares a areia a brita comuns apresentando um elevado índice de vazios, acarretando conseqüentemente em uma maior absorção de água.
O formato dos grãos de ambos os agregados cerâmicos foram verificados através das análises de imagens por microscópicos. Já para a análise da microestrutura foi utilizada a técnica de difração de raios X, observando os pesquisadores que as semelhanças são tanto nas fases mineralógicas como na estrutura independente do agregado ser comum ou cerâmico (SANTANA; LIMA; COSTA, 2007).
2.2.4 Propriedades das Cerâmicas Brancas
Todos os produtos de porcelana, como as louças sanitárias, as peças e utensílios domésticos de porcelana, os isoladores elétricos, são classificados como cerâmica branca por serem feitas com pó de argila branca, caulim quase puro, sendo dividas em três tipos: faiança, semi-porcelana e porcelana.
A faiança possui poros na parte externa, sendo permeável a água, já nas porcelanas os poros são pequenos e internos, sendo impermeável tanto à água como ao ar, ficando a semi-porcelana em situação intermediária.
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As louças sanitárias possuem granulometria fina e uniforme, alta resistência mecânica e uma superfície vidrada que facilita sua limpeza. As principais matérias-primas das cerâmicas brancas são argila, caulim, feldspato e quartzo. O colorido interno das peças é dado pela adição de óxidos metálicos. Já a coloração externa é dada através da camada de esmalte.
O processo fabril consiste na utilização de argila na forma líquida, barbotina, que é moldada em moldes de gesso. Como o gesso é higroscópico, a absorção de água pelo molde cria uma parede de argila que vai aumentando, de acordo com o tempo de exposição da massa com o molde, isso também provoca a retração da peça permitindo sua desmoldagem.
Outro fato relevante em relação ao emprego de moldes de gesso, é que este absorve rapidamente a água, porém, sua vida útil é pequena. Neste estágio a peça apresenta propriedades semelhantes a de uma pasta com pouca água.
Esta metodologia é aplicada em peças de formatos complexos, casos das bacias sanitárias, alguns artesãos também utilizam esta técnica em seus trabalhos pela vantagem econômica. Em seguida a peça é seca na estufa e depois queimada a cerca de 1250°C e esmaltada.
Um problema encontrado nestas peças é em relação a formação do vidro, pois tem-se diferentes coeficientes de dilatação da massa com o vidrado. Isso é evitado fazendo a queima simultânea da peça e do esmalte (VAN VLACK, 1973; KOMAR, 1987; GASTALDINI; SICHIERI, 2007). As propriedades dos isoladores elétricos de porcelana estão apresentadas no item 2.3.
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2.3 ISOLADORES ELÉTRICOS DE PORCELANA
2.3.1 DefiniçõesOs isoladores de porcelana, são materiais cerâmicos classificados como cerâmica branca, pois possuem um corpo de massa branca recobertos por uma camada vítrea de esmalte. Esta porcelana elétrica é constituída basicamente de argila, esta porém deve ter baixo teor de ferro, para não comprometer as funções isoladoras do produto; e de feldspato responsável pela geração da “massa vítrea”. Possuem também elevado ponto de fusão, sendo manufaturados a frio na forma plástica e sofrendo processo de queima até temperatura de 2000°C (SCHMIT, 1979; ABCERAM, 2007).
Conforme Mamede Filho (1994) os isoladores são elementos sólidos com propriedades mecânicas capazes de suportar os esforços produzidos pelos condutores. Eletricamente estes possuem a função de isolar os condutores, que estão submetidos a uma diferença de potencial em relação à estrutura de suporte ou em relação a outro condutor. Estes isoladores são divididos em dois grupos conforme sua função de isolamento, e são assim classificados, segundo Mamede Filho (1994):
- isolamento não regenerativo: aqueles em que o dielétrico (material isolante caracterizado por oferecer resistência à passagem da corrente, comparativamente ao valor intrínseco correspondente dos materiais condutores) não se recupera após uma solicitação elétrica superior à suas características fundamentais, e;
- isolamento auto-regenerativo: são aqueles em que o dielétrico tem a capacidade de se recuperar após a ocorrência de uma solicitação elétrica superior.
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Estes isoladores de porcelana são empregados em três tipos diferentes de instalações elétricas: transmissão, distribuição e, subestações e instalações industriais, entretanto a classificação dos isoladores é divida em duas categorias:
- Isoladores de Apoio: são aqueles em que se apóiam os condutores, fixados rigidamente, caso de barramento de subestações e painéis metálicos, figura 2.1 (a), ou através de laços pré-formados, de modo a permitir um pequeno deslocamento durante o ciclo de carga, utilizados em redes de distribuição, figura 2.1 (b), e;
(a) (b)
Figura 2.1 – Isoladores de apoio para subestações (a) e para redes de distribuição (b) (CST-Isoladores, 2007).
- Isoladores de Suspensão: são aqueles que, quando fixados à estrutura, permitem o livre deslocamento em relação a vertical, são os isoladores de disco, figura 2.2 (MAMEDE FILHO, 1994).
Figura 2.2 – Isoladores de suspensão (CST-Isoladores, 2007).
2.3.2 Composição Química
Os isoladores são constituídos basicamente de 30% de caulim + argila, 30% de feldspato e 40% de quartzo, denominados isoladores de quartzo. Ao passo que os isoladores especiais, isto
é, isoladores de subestações elétricas recebem a adição de alumina, em subs quartzo, recebendo o nome de isoladores de alumina.
São misturadas também outras substâncias em porcentagens bem reduzidas que influenciaram a qualidade dielétrica e mecânica do isolador, sendo as principais substâncias o hidróxido de ferro, o silicato de cálcio, o silicato de magnésio e alguns ácidos. Aumentando as quantidades das matérias-primas básicas dos isoladores obtém
Mamede Filho (1994), como:
- aumentando o teor de quartzo o isolador será mais re uma maior resistência mecânica e menor rigidez dielétrica;
- uma maior quantidade de feldspato aumentará o comportamento isolante, isto é, os valores de rigidez dielétrica, fator de perdas entre outros, e;
- elevando a quantidade de caulim e argila, tem choques térmicos, porém com menor rigidez dielétrica.
As quantidades das matérias
porcelana terá, para então em função das condiçõe
que o material suportará, as porcentagens são estabelecidas com base no triângulo de composição da porcelana, figura 2.3, (SCHMIT, 1979; MAMEDE FILHO, 1994; ABCERAM, 2007).
Figura 2.3 – Triângulo de composição da porcelana (MAMEDE FILHO, 1994).
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é, isoladores de subestações elétricas recebem a adição de alumina, em subs quartzo, recebendo o nome de isoladores de alumina.
São misturadas também outras substâncias em porcentagens bem reduzidas que influenciaram a qualidade dielétrica e mecânica do isolador, sendo as principais substâncias o ferro, o silicato de cálcio, o silicato de magnésio e alguns ácidos. Aumentando as primas básicas dos isoladores obtém-se alguns melhorias, segundo Mamede Filho (1994), como:
aumentando o teor de quartzo o isolador será mais resistente às altas temperaturas, com uma maior resistência mecânica e menor rigidez dielétrica;
uma maior quantidade de feldspato aumentará o comportamento isolante, isto é, os valores de rigidez dielétrica, fator de perdas entre outros, e;
quantidade de caulim e argila, tem-se um isolador mais resistente aos choques térmicos, porém com menor rigidez dielétrica.
As quantidades das matérias-primas podem sofrer mudanças, devido a aplicação que a porcelana terá, para então em função das condições elétricas ou dielétricas, mecânicas e térmicas que o material suportará, as porcentagens são estabelecidas com base no triângulo de composição
(SCHMIT, 1979; MAMEDE FILHO, 1994; ABCERAM, 2007).
Triângulo de composição da porcelana (MAMEDE FILHO, 1994).
é, isoladores de subestações elétricas recebem a adição de alumina, em substituição parcial ao
São misturadas também outras substâncias em porcentagens bem reduzidas que influenciaram a qualidade dielétrica e mecânica do isolador, sendo as principais substâncias o ferro, o silicato de cálcio, o silicato de magnésio e alguns ácidos. Aumentando as se alguns melhorias, segundo
sistente às altas temperaturas, com
uma maior quantidade de feldspato aumentará o comportamento isolante, isto é, os
se um isolador mais resistente aos
primas podem sofrer mudanças, devido a aplicação que a s elétricas ou dielétricas, mecânicas e térmicas que o material suportará, as porcentagens são estabelecidas com base no triângulo de composição
(SCHMIT, 1979; MAMEDE FILHO, 1994; ABCERAM, 2007).
28 2.3.3 Processo de Fabricação
O processo de fabricação é dividido em três etapas (VAN VLACK, 1973; MAMEDE FILHO, 1994; ISOLADORES SANTANA; 2007; CST-ISOLADORES, 2007):
- fabricação da porcelana crua; - extrusão, calibração e torneação, e ; - vitrificação e sinterização.
- Fabricação da porcelana crua: de acordo com o tipo de isolador a ser fabricado tem-se um traço, então as quantidades de cada matéria-prima são misturadas com água e mantidas por cerca de 30 horas em cilindro rotativo horizontal para homogeneização da massa, figura 2.4 (a). Realizada a mistura a próxima etapa é a de filtro-prensagem, onde tem-se a retirada da água em excesso da massa, permitindo que ela se torne propícia para moldagem, figura 2.4 (b). Todos os isoladores de porcelana são fabricados por via plástica ou úmida, que consiste em moldar a massa de porcelana plástica (com 20% de água) dando-lhe uma forma que permite ser torneada com o formato final desejado.
(a) (b)
Figura 2.4 - Cilindro rotativo horizontal (a) e massa já prensada (b) (CAMPOS, 2006).
