UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA MIGUEL FELIPE DAROS
INVESTIGAÇÃO DA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DE CIMENTO PORTLAND POR CINZAS DE CASCA DE ARROZ PROVENIENTES DA REGIÃO RIZICULTORA
SUL BRASILEIRA
Tubarão 2019
MIGUEL FELIPE DAROS
INVESTIGAÇÃO DA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DE CIMENTO PORTLAND POR CINZAS DE CASCA DE ARROZ PROVENIENTES DA REGIÃO RIZICULTORA
SUL BRASILEIRA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. Rennan Medeiros, Ms.
Tubarão 2019
MIGUEL FELIPE DAROS
INVESTIGAÇÃO DA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DE CIMENTO PORTLAND POR CINZAS DE CASCA DE ARROZ PROVENIENTES DA REGIÃO RIZICULTORA
SUL BRASILEIRA
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado à obtenção do título de Engenheiro Civil e aprovado em sua forma final pelo Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina.
AGRADECIMENTOS
Os agradecimentos primeiramente vão ao Pai Celeste, que sempre me deu saúde e proteção. Agradeço aos meus pais, Jucelino e Márcia por me darem educação e condições de ensino de qualidade, além de todo suporte e base durante toda minha vida, sempre com muito carinho, amor e guiando-me nos caminhos.
Agradeço a toda à equipe da Concretar Concreto Usinado, que me deu total apoio, não apenas durante o desenvolvimento deste trabalho, mas também ao longo de todo o curso, por se preocuparem comigo, por entenderem quando precisei me ausentar do trabalho para me dedicar aos estudos e sempre estarem disponíveis para qualquer ajuda que eu precisasse.
Agradeço a minha namorada que sempre me incentivou e confortou nos momentos de dificuldade. Agradeço a minha irmã Lívia por sempre me motivar e mostrar á mim que um mundo melhor, só depende de nós mesmos.
Agradeço ao meu amigo Márcio Duvoisin, por todos ensinamentos repassados ao longo dos anos de trabalho e amizade, e o mais importante, foi quem me ensinou a “amar” a profissão através do exemplo.
Agradeço meu orientador Rennan Medeiros, por toda a ajuda e por compartilhar seus conhecimentos, por entender meus pontos de vista e contribuir para total desenvolvimento deste trabalho.
Agradeço também todos aqueles que contribuíram para a minha formação e que não os citei aqui. A todos, um muito obrigado.
“Faça da disciplina um lema, da dedicação uma bandeira e da paixão pelo trabalho um exemplo.” (Ayrton Senna).
RESUMO
O concreto é o segundo material mais utilizado no mundo e o cimento é fundamental e indispensável para sua produção. Por sua vez, o cimento demanda uma grande quantidade de energia para sua produção, além de emitir milhares de toneladas de CO2 por ano à atmosfera anualmente. Diante disso, o uso de Materiais Cimentícios Suplementares (MCS) vem ganhando espaço na construção civil, sendo que sua função é substituir em parte o uso do cimento em concretos. A Cinza de Casca de Arroz (CCA) é considerada um MCS, sua origem vem da queima da casca do grão, subproduto do beneficiamento do cereal. Este trabalho visou analisar a fração de argamassa do concreto com diferentes proporções de substituição de cimento por CCA de duas fontes distintas, uma proveniente do sistema de aquecimento de caldeiras do próprio engenho beneficiador, e a outra proveniente de uma usina termoelétrica a base de casca do arroz, a fim de comparar seus resultados e avaliar suas propriedades, levando em conta seu processo de queima. Os resultados no estado fresco apontaram uma maior demanda do volume de aditivo para os traços com substituições e que a cinza A demandou menos aditivo que os mesmos traços com a cinza B. Os resultados em estado endurecido apontam que a amostra B proveniente da usina termogeradora apresentou melhores resultados em comparação com a amostra A proveniente do sistema de aquecimento das caldeiras. Os traços mais eficientes foram os de substituição de 10% de volume de cimento. Os maiores valores encontrados em cada cura variaram a cinza, sendo que para cura de 23ºC a maior resistência ficou por contra do traço 10% amostra A, para a cura em 38ºC a maior resistência ficou por conta do traço 10% amostra B. Para os ensaios de capilaridade não se pode tirar conclusões devido à grande variação dos resultados.
ABSTRACT
Concrete is the second most used material in the world and cement is fundamental and indispensable for its production. In turn, cement demands a large amount of energy for its production, as well as emitting thousands of tons of CO2 per year to the atmosphere annually. Given this, the use of Supplemental Cementary Materials (MCS) has been gaining ground in construction, its function is to partially replace the use of cement in concrete. The Rice Husk Ash is considered an MCS, its origin comes from the burning of the grain husk, a byproduct of cereal processing. This work aimed to analyze the mortar fraction of concrete with different proportions of cement substitution by Rice husk ash from two different sources, one from the boiler heating system of the beneficiation plant itself, and the other from a shell-based thermoelectric power plant. rice in order to compare their results and evaluate their properties taking into account their burning process. The fresh results indicated a higher demand for the additive volume for the substitute traits, and that ash A required less additive than the same traits with ash B. The hardened results indicate that sample B from the term plant generator presented better results compared to sample A from the boiler heating system. The most efficient traits were the replacement of 10% of cement volume. The highest values found in each cure varied to gray, and for cure at 23ºC the highest resistance was against the 10% sample A trait, for the cure at 38ºC the highest resistance was due to the 10% sample B trait. Capillarity tests cannot draw conclusions because of the wide range of results.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Emissão Específica de CO2 por tonelada de cimento ... 14
Figura 2 – Consumo térmico MJ/ton clínquer ... 15
Figura 3 – Adição minerais incorporadas ao cimento Portland... 15
Figura 4 – Produção de arroz em milhões de toneladas safra 2018/2019 ... 17
Figura 5 – Processo de produção do arroz ... 21
Figura 6 – Refinamento pelo método Revitveld da CCA 500ºC (a), 650°C (b), 800°C (c) e 950°C (d) ... 25
Figura 7 – Resistência 7 dias, cura 23 e 38ºC. ... 28
Figura 8 – Resistência 28 dias, cura 23 e 38ºC. ... 28
Figura 9 – Organograma ... 31
Figura 10 – Amostra CCA A ... 34
Figura 11- Amostra CCA B ... 35
Figura 12 – Gráfico espalhamento... 36
Figura 13 – Gráfico compressão cura 23ºC ... 37
Figura 14 – Gráfico compressão cura 38ºC ... 38
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Efeito das condições de queima nas propriedades da CCA ... 24
Tabela 2 – Composição mineralógica das CCA produzidas em diferentes temperaturas ... 25
Tabela 3 – Teor de amorfismo para CCA calcinadas em diferentes temperaturas ... 26
Tabela 4 – Traço utilizados nesta pesquisa ... 32
LISTA DE ABREVEATURAS E SIGLAS
SNIC Sindicato Nacional da Indústria do Cimento MCS Materiais Cimentícios Suplementares CONAB Companhia Nacional de Abastecimento CCA Cinza de Casca de Arroz
DRX Difração de raios X CA Casca de Arroz
LISTA DE SÍMBOLOS
O2 Dióxido de Carbono
C-S-H Silicato de Cálcio Hidratado CH Hidróxido de Cálcio – Portlandita SiO2 Sílica
Al2O3 Óxido de alumínio Fe2O3 Óxido de ferro CaO Óxido de cálcio MgO Óxido de magnésio Na2O Óxido de sódio K2O Óxido de potássio TiO2 Dióxido de titânio P2O5 Pentóxido de fósforo Mn2O3 Óxido de Manganês SO3 Óxido sulfúrico Cr2O3 Óxido de cromo MnO Óxido de Manganês
Cl Cloro
Kg Quilograma
Ton Tonelada
MJ Megajoule
a.C. Antes de Cristo
ºC Graus Celsius (unidade de temperatura) m² Metro quadrado
g Gramas (unidade de massa) MPa Mega Pascal
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 14 1.1 JUSTIFICATIVA ... 16 1.2 OBJETIVOS ... 18 1.2.1 Objetivo geral ... 18 1.2.2 Objetivos específicos... 18 2 REVISÃO DE LITERATURA ... 19
2.1 MATERIAIS CIMENTÍCIOS SUPLEMENTARES ... 19
2.2 CINZA DE CASCA DE ARROZ ... 20
2.2.1 Arroz... 20
2.2.2 Processo de obtenção da CCA ... 22
2.2.2.1 CCA A – Amostra A ... 22
2.2.2.2 CCA B – Amostra B ... 23
2.2.3 Propriedades da CCA ... 24
2.3 CONCRETOS CONTENDO CINZA DE CASCA DE ARROZ ... 26
2.3.1 Propriedades no estado fresco ... 27
2.3.2 Propriedades no estado endurecido ... 27
2.3.3 Durabilidade de concreto com CCA ... 29
3 MATERIAIS E MÉTODOS ... 30
3.1 CARACTERÍSTICAS DA PESQUISA REALIZADA ... 30
3.2 DESCRIÇÃO DO PLANEJAMENTO DO ESTUDO ... 31
3.3 ENSAIOS EM ARGAMASSAS ... 32
4 RESULTADOS E DISCUSÕES ... 34
4.1 ANÁLISE QUÍMICA DAS CINZAS ... 34
4.2 ESTADO FRESCO ... 36
4.3 ESTADO ENDURECIDO ... 37
5 CONCLUSÃO ... 40
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1 INTRODUÇÃO
A construção civil é responsável pelo uso de 20 a 50% dos recursos naturais consumidos no mundo todo, grande parte não renováveis. Além disso, afeta o meio ambiente pelo alto volume de resíduos gerados em todo seu processo. A elevada quantidade de energia e de água consumida pelo setor alcança números expressivos (CORDEIRO, 2009).
O cimento é um dos produtos mais consumidos no mundo. Segundo o Sindicato Nacional da Indústria do Cimento (SNIC, 2019), o Brasil consumiu em 2018, 52,9 milhões de toneladas de cimento. A produção de cimento demanda uma grande quantidade de energia, além de emitir uma elevada quantidade de gases à atmosfera. O Brasil é referência mundial na produção deste material, as taxas de consumo elétrico e emissão de gás carbônico (CO2) são baixas, quando comparadas a outros países. A adoção de métodos de produção mais eficiente e de menor consumo energético, também por conta das indústrias modernas, justifica tal ponto. Atualmente a taxa de emissão brasileira de CO2 é aproximadamente 610 kg de CO2 por tonelada de cimento, muito mais baixo do que outros países como Espanha (698 kg CO2/ton. cimento), Inglaterra (839 kg CO2/ton. cimento) e China (848 kg CO2/ton. cimento (MEDEIROS, 2018).
Com o passar dos anos, o conhecimento sobre a necessidade de se preocupar com questões ambientais aumentou. Segundo o SNIC, gradativamente as indústrias vem diminuindo também a quantidade de CO2 emitido por tonelada de cimento, conforme figura 1.
Figura 1 – Emissão Específica de CO2 por tonelada de cimento
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Anualmente, as grandes nações produtoras de cimento também vêm reduzindo significativamente o consumo de energia por tonelada de cimento produzida, conforme a figura 2, fornecido pelo SNIC.
Figura 2 – Consumo térmico MJ/ton clínquer
Fonte: Modificado de SNIC, 2016.
Ainda preocupadas com a destinação de resíduos, as cimenteiras estão evoluindo gradativamente o percentual de adição no cimento. Desta forma, os Materiais Cimentícios Suplementares (MCS) vem ganhando atenção e espaço, sendo materiais que até então eram considerados rejeitos e não tinham nenhuma destinação específica e hoje aproveitados como adição. A figura 3 mostra a redução da quantidade de clínquer no cimento com o passar dos anos, sendo que grande parte dessa redução é consequência da substituição por MCS.
Figura 3 – Adição minerais incorporadas ao cimento Portland
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A proposta que os MCS trazem para o mercado é de utilizar o que hoje é um rejeito em um dos materiais mais consumidos no mundo todo, alinhando sustentabilidade, economia e agregando novas propriedades para o cimento já comercializado. Atualmente, o mercado cimentício já faz adições no cimento, porém existe ao redor do mundo uma gama muito grande de outros materiais que também podem ser utilizados, dando um destino a esses resíduos e um ganho tecnológico que justifique tais ações.
Existem vários tipos de MCS provenientes de diversas fontes, que abre um leque de subprodutos que podem ser utilizados como adição no cimento. Cada tipo de adição tem um comportamento diferente, que é influenciado através do modo que ele é produzido. Falando de um mesmo MCS proveniente de uma mesma fonte, o processamento em diferentes temperaturas poderá proporcionar a cada subproduto características específicas, da mesma forma ocorre para o grau de finura, área de contato, exposição ao calor, entre outros fatores. Assim, cada tipo de MCS necessita de um estudo específico a fim de investigar seu desempenho quando incorporado a materiais a base de cimento Portland como substituinte deste aglomerante.
1.1 JUSTIFICATIVA
A construção civil acompanha o homem desde o princípio, sendo um dos setores mais importantes e fundamentais para a evolução da sociedade. Como consequência, milhares de civilizações prosperaram a partir de grandes centros, onde vivem grande parte de sua população. Esse fato facilitou a discussão e a incorporação de ideias e acolhia a mão de obra responsável pelo desenvolvimento.
As primeiras grandes capitais tinham o desafio de garantir uma boa funcionalidade para todos aqueles que lá viviam. A criação dos grandes centros mercantis necessitava de infraestrutura, sendo ela a criação de ruas, de canais navegáveis para chegada e saída de produtos, além do abastecimento de água e de comida eram os principais desafios para manter as grandes polis prosperando.
Segundo a Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB 2017) a produção estimada de arroz beneficiado para a safra de 2018/2019 ficará em torno de 487,35 milhões de toneladas, uma retração de 1 milhão em comparação a safra do ano anterior. Esta redução tem principal relação com a diminuição da área de cultivo chinesa que reduziu de um ano para outro. Estima-se que o consumo mundial anual aumente quase 1,5% ao ano, um valor próximo a 7 milhões de toneladas a mais a cada ano.
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Figura 4 – Produção de arroz em milhões de toneladas safra 2018/2019
Fonte: Modificado de CONAB, 2017.
Hoje um dos alimentos mais tradicionais nas mesas dos brasileiros é o arroz. Estima-se que o consumo nacional do cereal gira em torno de 11,5 milhões de toneladas, segundo a CONAB (2017). O arroz ocupa o segundo lugar no ranking das culturas mais cultivadas do mundo e o seu processo é o que mais gera resíduo, segundo Moraes et al. (2014).
Dentre as etapas do processo de produção do arroz, o engendramento de resíduos sólidos é iminente, pois a geração da palha de arroz, da casca, da cinza, do farelo e do arroz quebrado são os principais resíduos sólidos do processo. Cerca de 20% do volume de arroz é casca, esta que muitas vezes é queimada dentro do próprio engenho para redução do seu volume ou até mesmo produção de energia. Da mesma forma, 20% do volume de casca é convertido em cinza. Parte desta cinza é usada como matéria prima para produção de fertilizantes, outra parte vai para a natureza e apenas uma pequena quantidade é comercializada como um subproduto.
Inúmeros estudos vêm sendo publicados desde a década de 80 sobre o desempenho de concretos contendo Cinza de Casca de Arroz (CCA). Os resultados mostram que a CCA proporciona um aumento no desempenho deste concreto quanto as propriedades mecânicas, a indicadores de durabilidade e de sustentabilidade. O problema apresentado pelos pesquisadores para a cristalização do uso desse material é a sua suscetibilidade a variação de potencial em razão do solo onde foi plantada, e processo de queima empregado que acarretou na obtenção da CCA que, na maioria das vezes, é feito sem controle apenas para redução do seu volume (MALHOTRA; MEHTA, 1996; POUEY, 2006; PRUDÊNCIO JR.; SANTOS; DÁFICO, 2013; HOPPE FILHO et al. 2017; AULAKH; SINGH; KUMAR, 2018; THOMAS, 2018).
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Tendo consciência disto, pergunta-se: é viável o uso de cinza de casca de arroz provenientes da região rizicultora sul brasileira em substituição do cimento para o uso em concretos estruturais?
1.2 OBJETIVOS
O presente item apresenta os objetivos geral e específicos propostos para esta pesquisa.
1.2.1 Objetivo geral
Investigar a produção de sílica a partir da queima da casca de arroz proveniente da região rizicultora sul brasileira, com desempenho como MCS apreciável para substituição do cimento Portland.
1.2.2 Objetivos específicos
Para alcançar o objetivo geral foram destacados os objetivos específicos:
a) Investigar os processos de queima da casca de arroz empregados na região sul do Brasil focando no sul de Santa Catarina e norte do Rio Grande do Sul, regiões produtoras de arroz;
b) Avaliar as propriedades químicas, físicas e a atividade pozolânica das CCA geradas por estes processos;
c) Investigar a possibilidade de substituir cimento Portland por CCA para o uso em usinas dosadoras de concreto.
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2 REVISÃO DE LITERATURA
Neste capítulo, serão apresentados os estudos acerca da utilização de MCS e da produção de CCA e suas características.
2.1 MATERIAIS CIMENTÍCIOS SUPLEMENTARES
Com o passar dos anos, a preocupação com o meio ambiente ligou o alerta para a quantidade de resíduos produzidos pelo homem e suas indústrias. A construção civil é um dos ramos que produz maior quantidade de resíduos sólidos, gerando um grande volume de rejeitos que prejudicam o meio ambiente. Tendo consciência disto, cientistas e pesquisadores do mundo todo vêm buscando modos de usar de alguma forma produtiva e rentável, todo este material que hoje é rejeito.
O concreto é o produto mais utilizado no mundo, atrás apenas da água (MEHTA; MONTEIRO, 2014). Seu principal componente é o Cimento Portland, que quando misturado com água, é o responsável pelas reações Silicato de Cálcio Hidratado (C-S-H) e Hidróxido de Cálcio - Portlandita (CH), conforme (MARTINS, 2018).
Os Materiais Cimentícios Suplementares (MCS) vem ganhando espaço por se tratarem de uma nova solução para a produção de concretos, que alinha desempenho técnico, relação custo benefício e ainda vem de encontro com toda a preocupação de dar um destino aos rejeitos. De uma forma geral, os MCS são adições minerais que buscam substituir o cimento dentro do concreto. Tal conceito é aplicado desde muito tempo, cerca do ano de 1500 a.C, grandes impérios como o da Roma Antiga e a Grécia antiga, utilizavam pozolanas geradas de erupções vulcânicas para dar resistência aos materiais cimentícios da época (MARTINS, 2018).
Hoje os tipos de MCS mais conhecidos são a sílica ativa, proveniente do resíduo da produção de ferro silício; a cinza volante, resíduo da queima de carvão das usinas termoelétricas; o metacaulim, resíduo da produção de celulose; a cinza da casca do arroz, resíduo da queima da casca do cereal; o fíler de calcário proveniente da britagem de rochas; entre outros.
A principal função dos MCS é reduzir o consumo de cimento, substituindo este volume por adições, que alteram as propriedades do concreto, dando a ele maior fechamento e compacidade de suas partículas, garantindo uma maior durabilidade e trabalhabilidade,
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além de diminuir a incidência de fissuras e em alguns casos reduzir a temperatura de hidratação da pasta.
2.2 CINZA DE CASCA DE ARROZ
A Cinza de Casca de Arroz (CCA) é um resíduo agro-industrial gerado a partir do processo de beneficiamento do cereal, tratado em maior parte dentro do cenário fabril. A casca in natura é o primeiro subproduto produzido no processo, que graças ao seu poder calorífico, pode ser usado de combustível para produção direta ou redução parcial do consumo elétrico dos engenhos. Com a queima da casca surge a cinza da casca do arroz, que na maioria dos casos, se torna rejeito, ao invés de subproduto, isso porque poucas são as utilizações deste material. Apesar de pouco utilizada, a CCA apresenta um elevado percentual de sílica (SiO2) em sua composição, o que abre caminhos para a exploração de tal material (MORAES et al., 2014).
A pozolanicidade da CCA possibilita o seu uso como um substituto para o cimento Portland, ou como adição em concretos e em argamassas. Os principais desafios para o emprego em larga escala do material giram em torno de duas variáveis, uma influenciada sob o caráter estético que é a coloração demasiadamente escura, o que gera uma baixa aceitação no mercado, e a outra por sua vez sob o caráter físico químico, que é a falta de homogeneidade do resíduo (POUEY, 2006).
2.2.1 Arroz
O arroz é um dos alimentos mais comum no prato dos brasileiros. Segundo a CONAB, o consumo anual do país gira em torno de 11,4 milhões de toneladas. Acredita-se que metade da produção brasileira do cereal se concentra na região sul do país, liderada pelo Rio Grande do Sul, que na safra 2016/2017 estimou-se uma produção de aproximadamente 9 milhões de toneladas, seguido por Santa Catarina, que na mesma safra estima-se que produziu próximo de 2 milhões de toneladas. Outros estados produtores são o Maranhão e Mato Grosso (CONAB, 2017).
Após a colheita, o arroz segue para os engenhos onde ficam estocados e recebem também todo o beneficiamento do alimento, até que ele saia para o consumidor. Após sua estocagem, o arroz fica armazenado em silos próprios, onde tem sua umidade ajustada para dar inicio ao seu beneficiamento. Durante a etapa de descasca, 20% do volume de arroz fica
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retido em casca, gerando um número estimado de 2,28 milhões de toneladas de casca. Alguns engenhos utilizam este volume de casca dentro da própria indústria, queimando a casca para aquecer as caldeiras de parbolização. A cinza gerada se resume em apenas 20% do volume de casca queimada, ficando em torno de 456 mil toneladas de cinza disponível anualmente no território nacional (CONAB, 2017).
A imagem a seguir (Figura 5), ilustra os principais produtos e subprodutos do arroz. Atualmente o maior desafio para as indústrias produtoras do grão, é fazer com que esse subproduto não se torne um rejeito, principalmente nos países subdesenvolvidos. Na maioria dos casos, estes subprodutos são vendidos a preços baixíssimos, pois, em curto prazo, é a forma mais fácil para a indústria de gerar uma renda e diminuir o impacto ambiental. Porém, no futuro, idealiza-se que estes subprodutos possam ser vendidos com valor agregado alto, processados dentro da própria indústria, gerando mais renda, além de ser mais correto do ponto de vista ecológico sustentável (MORAES et al., 2014).
Figura 5 – Processo de produção do arroz
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2.2.2 Processo de obtenção da CCA
A casca, por conta da sua dureza, fibrosidade e abrasividade se torna um composto sem valor comercial algum. Além de ter um volume muito expressivo, sua biodeterioração lenta faz com que esse resíduo fique no meio ambiente por muitos anos, gerando danos a bio. Uma das alternativas para a utilização da casca é a sua queima, que pode ser feita dentro do engenho para reduzir os custos elétricos para o aquecimento das caldeiras. Outra opção é a queima controlada dentro de usinas de produção de energia, mesmo que seja um investimento de altíssimo custo, tem sua viabilidade graças ao poder calorífico da casca, que gira em torno de 16720 kJ/kg, valor que representa 33% da capacidade térmica do petróleo (SANTOS, 2006).
Este item foi produzido com base nas visitas realizadas a engenhos parceiros e apoiadores do estudo. O processo descrito é correspondente a tal objeto de estudo. Para a realização deste trabalho, foram investigados dois processos distintos, do qual foram coletadas amostras de CCA para a realização dos ensaios. A primeira descrição, refere-se a CCA A correspondente a amostra retirada do processo de parbolização usual do arroz. A segunda descrição corresponde a amostra de CCA B proveniente de uma usina termoelétrica a base de casca de arroz.
2.2.2.1 CCA A – Amostra A
O processo inicia assim que o arroz deixa a lavoura e é encaminhado ainda com casca para o engenho em Turvo-SC, que irá beneficiar o cereal. Chegando lá, o arroz vai para silos de estocagem, onde inicia-se o processo de desumidificação da casca para que ela possa seguir seu caminho fabril. Saindo deste silo, o arroz passa por uma máquina que vibra e agita os grãos, separando a casca do grão de arroz. Ao final deste processo, a casca gerada pode ter duas destinações: pode ser retirada e vendida para aviários ou servir de combustível para geração de energia, alimentação das caldeiras e fornalhas. Caso o engenho não tenha destino nenhum para esta casca, muitas vezes é necessário pagar um terceiro para dar destino a tal resíduo.
Caso o próprio engenho consuma uma parte desta casca, ela pode voltar para o processo do beneficiamento do grão, agora como combustível das caldeiras de parbolização do arroz. Para a queima da casca dentro da fornalha e dentro da caldeira, a casca chega por
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meio de um caracol de rosca contínua, que alimenta a fornalha junto com um sistema de insuflamento de ar dentro do forno.
Durante o processo de queima, a temperatura varia de 500°C a 800°C e a cinza leve é levada para cima por conta da injeção de ar e da temperatura, subindo por um exaustor que leva uma parte da cinza para um local de depósito.
Alguns engenhos vendem essa cinza da casca do arroz para criação de adubos orgânicos, porém é um mercado muito pequeno e a sobra da cinza acaba indo para aterros controlados. O depósito da cinza para dentro da própria lavoura pode ser feito, porém requer estudos e cuidados, uma vez que este material pode alterar a acidez do solo, causando alterações na lavoura.
2.2.2.2 CCA B – Amostra B
A CCA B é proveniente de uma usina termoelétrica a base da queima da casca do arroz, que fica localizada no estado do Rio Grande do Sul. O processo de queima da casca para a produção de energia consiste em uma fornalha que usa a casca do arroz como combustível para aquecer a água e gerar vapor para girar as turbinas e, consequentemente, gerar energia.
A alimentação da usina é feita por esteiras deslizantes que levam a casca para dentro do forno, despejando a casca em uma sequência de outras esteiras. Durante este processo, a cinza é exposta a altas temperaturas, que giram em torno de 750º C à 900º C que levam a casca à combustão. O caminho da casca, desde sua entrada no forno até sua saída como cinza, leva em torno de 40 minutos. No fim do processo, a cinza é despejada em um container que, quando atinge seu nível de saturação, é substituído por um outro, dando sequência ao processo.
Atualmente a cinza residual é vendida para um parceiro da região, que usa o produto para fabricação de adubos. O transporte da cinza é feito dentro do contêiner de coleta e após a descarga, o mesmo retorna para a usina. O volume semanal de cinza residual gerado pela usina é de 4 mil toneladas.
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2.2.3 Propriedades da CCA
A CCA é fruto da combustão da casca do arroz e o modo com que este processo ocorre influencia diretamente na cinza gerada. A temperatura de queima, o tempo de queima e o processo de queima são algumas das variáveis que podem existir (POUEY, 2016).
A combustão controlada é um processo eficiente para obtenção da sílica da casca do arroz. As propriedades da sílica e sua coloração são diretamente influenciadas pelo processo de queima. A cor escura da cinza caracteriza a grande concentração de carbono residual que não foi queimado durante o processo. As impurezas da casca podem resultar em uma cinza mais clara, até tons de branco e púrpura (HOUSTON, 1972).
Segundo Bartha (1995 apud POUEY, 2006), a queima da CA até 500ºC da origem a uma cinza rica em carbonos fixos e de constituição amorfa, com coloração preta. A partir de 750ºC a sílica passa a ser mais cristalina e de coloração mais clara, devido a oxidação dos carbonos fixos. O fluxo de ar e oxigênio é responsável pela remoção dos carbonos fixos (POUEY, 2006).
Mehta (1992) indica que para temperaturas de queima entre 400°C e 600º C da origem a uma sílica em estado amorfo, de forma angular com elevada superfície específica, (de 40 a 110 m²/g por absorção de nitrogênio) (MEIRA, 2009).
Segundo Mehta (1996), as cinzas apresentam forma estrutural variáveis (amorfa e/ou cristalina), de acordo com o processo de combustão da CA, dependendo do tempo de queima, temperatura de oxidação, tipo de queima (grelha, leito fluidizado). A Tabela 1 indica propriedades da CCA obtidas em diferentes temperaturas, tempo de exposição e oxidação.
Tabela 1 – Efeito das condições de queima nas propriedades da CCA
Fonte: Metha (1997).
Cordeiro, Masuero e Dal Molin (2014) analisaram o comportamento de CCA queimadas em um processo de combustão padrão, variando as temperaturas (500, 650, 800, 900 e 1100 ºC). A composição química de todas as amostras apresentou resultados maiores
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do que 85% de SiO2. A caracterização mineralógica das amostras por DRX (difração de raios X) das composições são representadas na tabela 2, o sombreamento indica os minerais presentes em cada amostra.
Tabela 2 – Composição mineralógica das CCA produzidas em diferentes temperaturas
Fonte: Cordeiro, Masuero e Dal Molin (2014).
Todas as amostras contêm materiais cristalinos e traços de quartzo e a partir da CCA800 podemos notar picos de cristobalitas. Nas figuras a seguir, encontram-se os resultados do refinamento pelo método de Revitveld, a partir da análise de DRX das amostras. As linhas em azul representam o difratograma calculado, empregando-se o método Revitveld; e as linhas em vermelho representam o difratograma obtido pela DRX.
Figura 6 – Refinamento pelo método Revitveld da CCA 500ºC (a), 650°C (b), 800°C (c) e 950°C (d)
Fonte: Cordeiro, Masuero e Dal Molin (2014).
a) b)
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Para o teor de amorfismo para as amostras de CCA calcinadas em diferentes temperaturas temos os resultados da tabela.
Tabela 3 – Teor de amorfismo para CCA calcinadas em diferentes temperaturas
Fonte: Cordeiro, Masuero e Dal Molin (2014).
Diversos autores testaram e defendem a necessidade da realização de uma lavagem química antes da queima da casca para obtenção de uma pureza maior, além de diminuir relativamente a temperatura de queima.
A composição química da cinza varia de acordo com o tipo e origem de CA (Casca de Arroz) utilizada, segundo Mehta e Monteiro (1994), cinza originária de Arkansas apresentou um percentual de 90% de sílica amorfa, enquanto a outra de Louisiana apresentou percentual de 100%, ambas submetidas ao mesmo processo de combustão. Pouey (2006) observa que o percentual de sílica da cinza pode variar, influenciado com a perda ao fogo, e não necessariamente no percentual de impureza. Isso indica cinzas mal queimadas, com alto teor de carbono residual.
2.3 CONCRETOS CONTENDO CINZA DE CASCA DE ARROZ
O uso de pozolanas no concreto vem ano a ano se tornando mais popular e, à medida que a tecnologia junto com as pesquisas sobre o assunto vai se aprimorando, fica evidente a contribuição das adições.
A adição de CCA no concreto faz com que a densidade da pasta aumente, devido à elevada área específica da sílica e pelo efeito de fíler gerado pela presença de carbono não queimado, que é um material extremamente fino (MEIRA, 2009).
Segundo Guedert (1989), a adição de pozolanas confere características a concretos e argamassas, tais como a diminuição do calor de hidratação, resistência ao ataque de ácidos, além de inibir a reação álcali-agregado junto com o fechamento dos poros, caracterizando maior compacidade e densidade da matriz cimentícia.
Netto (2006) defende a minimização ou retardamento da reação álcali-agregado, além da melhora no comportamento do concreto frente a ataque de sulfatos e cloretos, a diminuição da exsudação, melhora no desempenho da aderência entre a pasta e o agregado e obtenção de resistência mais elevada ao longo de idades avançadas.
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2.3.1 Propriedades no estado fresco
O concreto pode ser considerado como uma mistura de diversos materiais inertes, que quando combinados dão origem a um novo aglomerado que reage de forma homogênea. O contato do cimento com a água dá início a hidratação das partículas, que serão responsáveis pela aglomeração da pasta, tais reações quando ocorrem, liberam calor de hidratação, o que provoca um aumento da temperatura.
A adição da CCA no concreto em estado fresco reflete no aumento da trabalhabilidade da pasta, reduzindo a segregação e a exsudação. A manutenção da fluidez do concreto assegura o preenchimento completo e total das formas, assim como o envolvimento da armadura nos elementos estruturais. Os concretos com adições de pozolanas, quando comparados com os concretos convencionas, requerem quantidades maiores de aditivos introduzidos, por serem materiais finos e de forma esférica, devem manter a coesão, a trabalhabilidade e a reologia do concreto (MALHOTRA; REMEZANIANPOUR, 1994).
Usualmente, o volume absoluto de aglomerante num concreto com cinzas volantes excede o de um concreto sem cinzas. Este fato é uma consequência da menor massa específica das cinzas que normalmente são utilizadas para substituir igual, ou mesmo maior, massa de cimento. Assim, verifica-se um acréscimo do volume de pasta, que vai beneficiar a trabalhabilidade do concreto, melhorando a sua plasticidade e coesão. (NETTO, 2006, p. 131).
Os concretos com adições de MCS, com exceção da cinza volante e do fíler de calcário, demandam um consumo maior de água para atender a consistência desejada, que Martins (2018) justifica por conta da finura e elevada área superficial dos grãos. No mesmo estudo, a autora comenta a baixíssima incorporação de ar nas amostras contendo CCA.
Mehta (1992) evidencia que não há outro material pozolânico, exceto a CCA, que possa atribuir um ganho de resistência mecânica em baixas idades, como em 1 e 3 dias. Tal fato torna a CCA um possível acelerador.
2.3.2 Propriedades no estado endurecido
Martins (2018), ensaiou amostras de concreto com 10, 20 e 30% de substituição de cimento por CCA e comparou com uma amostra padrão sem nenhuma adição. O resultado da resistência em 7 dias, a cura das amostras foi feita de duas maneiras, uma a 23º e outra a 38º, sendo que temperaturas mais altas aceleram as reações de hidratação e as
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moléculas de C-S-H iniciam sua formação mais cedo, podemos analisar os resultados na figura 7.
Figura 7 – Resistência 7 dias, cura 23 e 38ºC.
Fonte: Adaptado de Martins (2018).
Analisando os resultados, notamos a influência da aceleração das reações de hidratação, no resultado de 28 dias também fica evidente conforme o gráfico 2.
Figura 8 – Resistência 28 dias, cura 23 e 38ºC.
Fonte: Adaptado de Martins (2018). 33,9 39,9 33,3 25,8 35,3 42,8 40 48 0 10 20 30 40 50 60
Referência CCA 10% CCA 20% CCA 30%
MPa Cura 23ºC Cura 38ºC 41,2 51,5 49,4 48,7 49,1 59,9 59,4 56,6 0 10 20 30 40 50 60 70
Referência CCA 10% CCA 20% CCA 30%
MPa Cura 23ºC
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Para esta condição, os traços de CCA apresentaram os melhores resultados obtidos, não apresentando diferenças significativas entre si. Pode-se observar que o teor de 10% de CCA apresentou maior média, pois com este teor, provavelmente, toda a CCA reagiu com o CH disponível, formando C-S-H em quantidade apreciável. Nos demais teores, mesmo com a cura térmica, ainda há partículas de CCA que não reagiram, pois, não havia CH suficiente para sua hidratação (MARTINS, 2018, p. 66).
2.3.3 Durabilidade de concreto com CCA
A CCA, quando adicionada ao concreto, atua como um fíler. Assim, os espaços vazios do concreto são preenchidos, o que dificulta a absorção de água no concreto e tornando-o menos susceptível ao ataque de agentes químicos, garantindo uma maior proteção da armadura. Martins (2018), conclui que o efeito é atribuído ao refinamento dos poros da matriz cimentícia pela atividade pozolânica das adições.
Santos (2006) comenta que quando submetidos a ataque de sulfatos, os concretos tendem, no primeiro, momento densificar a matriz pelo depósito do material produzido pela reação (gipsita e etringita) nos poros. No segundo momento, já com os poros preenchidos, a pressão gerada pela formação de produtos de reação com sulfatos, provoca o aparecimento de fissuras e consequentemente redução de resistência. Tal fato, explica o aumento da carga de ruptura nas idades iniciais de seu experimento.
A expansão observada em concretos expostos a ataques de sulfato, está diretamente relacionada com o tamanho do cristal de etringita. A maior presença de quantidade de hidróxido de cálcio, faz com que a hidratação dos aluminatos na reação com o sulfato seja lenta, levando a formação de etringita micro-cristalina. A etringita, por conta de sua grande superfície específica, absorve grande quantidade de água, gerando pressões internas no concreto, conduzindo a expansão de sistema (COHEN, 1983 apud MEHTA, 1993).
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3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 CARACTERÍSTICAS DA PESQUISA REALIZADA
O estudo realizado foi de abordagem qualitativa, de nível exploratório e de procedimento fundado na análise bibliográfica. O nível exploratório advém da necessidade de aprofundamento do investigador no tema em estudo buscando responder à questão principal da investigação.
Araújo e Oliveira (1997) tratam a pesquisa qualitativa como uma abordagem que ocorre em situações naturais e, fundamentalmente, resultado do contato direto do pesquisador com o objeto de estudo. Ao mesmo tempo existe a necessidade de se apresentar a perspectiva dos envolvidos, transformando o estudo em subjetivo e flexível.
O nível exploratório do estudo pretendeu proporcionar visão ampla de tipo aproximativo acerca de determinado fato. É escolhido quando o tema é pouco explorado e torna-se difícil sobre ele formular hipóteses precisas e operacionáveis. (GIL, 1999, p. 43).
Aparentemente, a pesquisa de caráter bibliográfico pode não ensejar um processo de ordem qualitativa. Entretanto, a própria flexibilização deste tipo de investigação, para o método, permite a busca, a criatividade e imaginação do investigador, propiciando o afloramento deste enfoque. Evidentemente que, não obstante essa característica metodológica, também serão utilizados dados, percentuais e números que fazem parte da estrutura quantitativa de pesquisa.
A pesquisa bibliográfica é meio de formação por excelência. Como trabalho científico original, constitui a pesquisa propriamente dita na área das Ciências Humanas. Como resumo de assunto, constitui geralmente o primeiro passo de qualquer pesquisa científica. (CERVO E BERVIAN, 1996, p. 48).
Os artigos científicos são objetos de produção humana, consequentemente histórica. Assim, os dados obtidos através da pesquisa bibliográfica podem fazer "reviver" momentos históricos, confrontar posições antagônicas, revelar "segredos" não percebidos pela dinamicidade do fluxo social.
De outro lado, é apenas através da pesquisa bibliográfica que o pesquisador entra em contato direto com tudo o que foi publicado, dito, ou de alguma outra forma registrado sobre determinado assunto. As pesquisas bibliográficas, sempre utilizando fontes secundárias, compreende as obras já editadas abordando o tema em estudo.
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3.2 DESCRIÇÃO DO PLANEJAMENTO DO ESTUDO
Para a elaboração deste trabalho, serão realizadas as seguintes etapas:
a) Visitar engenhos beneficiadores de arroz, e investigar os processos de queima da casca de arroz empregados na região sul do Brasil focando no sul de Santa Catarina e norte do Rio Grande do Sul, regiões de maior produção de arroz;
b) Coletar amostras de CCA residuais hoje produzidas nos locais visitados e analisar as propriedades químicas, físicas e a atividade pozolânica das CCA geradas por estes processos;
c) Ensaio em laboratório para validação do uso da cinza como MCS.
Figura 9 – Organograma
Fonte: Autor (2019).
Visita técnica a engenhos produtores
de CCA
Análise das amostras de CCA coletadas Realização dos ensaios
de substituição em 10, 20 e 30% do volume de
cimento Análise dos resultados
em estado freco e endurecido Coleta de amostras de
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3.3 ENSAIOS EM ARGAMASSAS
A proporção base do traço desta pesquisa, é referente a um traço de concreto com teor de 56% de argamassa de um concreto classe 30, correspondente a 30 MPa, o cimento utilizado foi o CP-V ensacado da empresa Itambé, com fator água/cimento (a/c) de 0,66. Este foi adaptado para o estudo em argamassa, retirando o agregado graúdo, e fixando o volume da mistura em 2 litros.
Para a avaliação do desempenho do MCS foi estipulado um traço referência, este com 100% do volume de aglomerante de cimento para ser usado como base. Em sequência foram produzidos os traços com 10, 20 e 30% de substituição do volume de cimento pela cinza A e B respectivamente, como mostrado no quadro de traços.
Tabela 4 – Traço utilizados nesta pesquisa
Traço Cimento (g) MCS (g) AF (g) AB (g) Água (g) Aditivo (g) Padrão 566,7 - 850,3 850,3 377,6 2,8 CCA A 10% 510,0 36,4 850,3 850,3 377,6 2,8 CCA A 20% 453,3 72,8 850,3 850,3 377,6 4,1 CCA A 30% 396,7 109,1 850,3 850,3 377,6 7,6 CCA B 10% 510,0 38,2 850,3 850,3 377,6 4,3 CCA B 20% 453,3 76,4 850,3 850,3 377,6 11,5 CCA B 30% 396,7 114,6 850,3 850,3 377,6 40,0 Fonte: Autor (2019).
Todos os materiais utilizados foram previamente armazenados e estocados em ambiente de laboratório, com umidade e temperatura controladas. Os agregados utilizados não foram secos em estufa, desta forma foram determinadas as respectivas umidades e corrigido o volume de água real para as misturas. Foram realizados ensaios em estado fresco e endurecido das amostras confeccionadas.
A quantidade de aditivo de cada traço foi variável por conta da manutenção do mínimo de trabalhabilidade da pasta para a realização dos ensaios. Neste ponto preferiu-se adicionar aditivo ao traço, e garantir assim que o fator água cimento do traço permanecesse fixo.
A misturas foram feitas da seguinte maneira: com o recipiente do misturador devidamente umidificado, foram depositadas as areias e os aglomerantes. Em seguida, misturou-se em velocidade baixa os materiais durante 30 segundos, adicionando 80% da água do traço nos primeiros 10 segundos de mistura. Posteriormente foi alterada a velocidade de mistura para alta e misturou-se por 60 segundos. Neste momento, 90 segundos a argamassa ficava em repouso, para a raspagem do material, e a adição do aditivo e o
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restante da água de cada traço. A seguir era misturada a argamassa por 60 segundos em velocidade baixa finalizando o processo de mistura.
Em sequência, foi realizado o ensaio de espalhamento estático (Flow 0) e espalhamento dinâmico (Flow 10), que foi inicialmente proposto por Weidemann (2008) para avaliação de agregados miúdos. Medeiros (2018) também utilizou tal método para avaliação de cinzas volantes, assim como Martins (2018) que avaliou a substituição de cimento por MCS. O ensaio avalia a consistência de argamassas, e tem a referência normativa NBR 13276 (ABNT, 2016). O tronco-cônico é preenchido em 3 camadas, a primeira camada é adensada com 15 golpes de soquete, a segunda camada recebe 10 golpes e a terceira e última camada recebe 5 golpes, em seguida o molde é retirado verticalmente e então é feita a primeira leitura de espalhamento estático (Flow 0), neste momento são feitas 3 leituras e é realizada um média para definição do espalhamento, posteriormente efetua-se 10 quedas de mesa de consistência para a leitura do espalhamento dinâmico (Flow 10) e da mesma forma é feita a média das 3 leituras coletadas.
Por fim, seguindo a NBR 5738, foram moldados para cada traço de mistura 20 corpos de prova cilíndricos com dimensão de 5 cm x 10 cm (diâmetro x altura), para os ensaios em estado endurecido. Os corpos de prova foram divididos em 2 grupos e foram curados em diferentes temperaturas de 23°C e 38°C. A cura a 23ºC foi feita em uma câmara úmida, já a cura 38ºC foi feita com banho térmico. As diferentes temperaturas de cura foram investigadas por Medeiros (2018) e correspondem significativamente com o ensaio de resistência do concreto com diferentes idades, a fim de acelerar o processo do efeito da cinza na mistura. Os ensaios em estado endurecido nesta pesquisa foram referenciados pela NBR 5739 para a os resustados à compressão aos 7 e 28 dias à 23º C, 7 e 28 dias à 38º C. Para os ensaios de capilaridade na idade de 28 dias para ambas temperaturas de cura (23º e 38º C) seguindo a NBR 9779.
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4 RESULTADOS E DISCUSÕES
Neste capítulo, serão apresentados os resultados obtidos nos ensaios realizados em argamassa, conforme descrito no capítulo 3.3 deste trabalho. Para a discussão e análise dos resultados obtidos, as informações obtidas serão divididas em ensaios em estado fresco e ensaios em estado endurecido.
4.1 ANÁLISE QUÍMICA DAS CINZAS
Durante as visitas nos engenhos parceiros, foram coletadas duas amostras de CCA para estudo em laboratório, nomeadas respectivamente como cinza A (figura 10) e cinza B (figura 11). A cinza A é proveniente da queima em caldeira, destaca-se a coloração escura e grãos robustos, e a cinza B é proveniente da usina geradora de energia através da queima da casca, visualmente nota-se um maior grau de finura e sua coloração mais clara em relação a amostra A.
Figura 10 – Amostra CCA A
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Figura 11- Amostra CCA B
Tabela 5 – Composição química das cinzas
Análise Cinza A Cinza B
SiO2 86,60% 86,51% Al2O3 0,52% 0,43% Fe2O3 0,62% 0,33% CaO 0,74% 0,71% MgO 0,32% 0,41% Na2O 0,07% 0,04% K2O 1,52% 1,05% TiO2 0,004% - P2O5 0,15% 0,13% Mn2O3 0,39% 1,03% SO3 0,02% - Cr2O3 0,027% -. MnO - - Cl - - Perda ao fogo (%) 9,03 9,36 Resíduo insolúvel (%) 88,6 87,3
Índice de atividade pozolânica aos 28
dias (%) 117 122
Índice de atividade pozolânica com cal
(MPa) 6,9 9,9
Massa específica (g/cm³) 1,99 2,09
Fonte: Autor (2019).
Com base nos resultados de ensaio de DRX de ambas as cinzas, encontramos valores satisfatórios de SiO2, como pode-se conferir na Tabela 5. O índice de perda ao fogo e de atividade pozolânica atingiu um resultado inicialmente satisfatório, desta forma, iniciou-se o processo de ensaio laboratorial para averiguar de fato, quais os resultados que a
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adição da cinza em substituição do cimento nas porcentagens de 10, 20 e 30% do volume de aglomerante, sem a necessidade de modificar o processo usual da obtenção das cinzas ensaiadas.
4.2 ESTADO FRESCO
Para a avaliação da trabalhabilidade dos traços, é apresentada a Figura 12 que mostra os resultados da consistência estática (Flow 0) e dinâmica (Flow 10) dos traços ensaiados.
Figura 12 – Gráfico espalhamento
Fonte: Autor (2019).
Com base nas informações coletadas, pode-se notar que a proporção de susbstituição das cinzas pelo cimento provocou uma redução na trabalhabilidade da argamassa. Além de exigir um alto consumo de aditivo para alcançar tais resultados, conforme comentado no item 3.3. Comparando os resultados das CCA A e B nota-se que as amostras B demandaram uma maior quantidade de aditivo, para atingir a trabalhabilidade desejada, em relação às amostras A.
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4.3 ESTADO ENDURECIDO
No estado endurecido, foram realizados ensaios de resistência à compressão e absorção de água por capilaridade, para as duas curas propostas – 23ºC e 38ºC. Neste ponto para os resultados de resistência à compressão, foram realizados ensaios nas idades de 7 e 28 dias para ambas as curas.
Figura 13 – Gráfico Resistência à compressão cura 23ºC
Fonte: Autor (2019).
Os resultados de 7 dias em cura de 23ºC mostraram que as adições tanto da amostra A quanto da amostra B para 10% de substituição atingiram maior resistência do que o traço padrão de mesma idade. O traço de 20% de substituição da cinza B, também apresentou maior resultado do que o ensaio referência sem substituição da cinza para idade de 7 dias. Os demais ensaios apresentaram um ganho de resistência inferior ao traço piloto.
Comparando os resultados da cinza A com a cinza B para todas as porcentagens de substituições, nota-se que as amostras da cinza B apresentaram melhores resultados aos 7 dias de idade para as mesmas substituições em relação a cinza A, com exceção do traço com substituição de 10%.
Para a idade de 28 dias, apenas os traço com 10% de substituição de ambas as cinzas apresentaram melhor resultado do que o traço referência. O maior resultado ficou por conta do traço com 10% de substituição com a cinza A. Nas outras substituições, a cinza B apresentou maiores resultados do que a cinza A, porém todos inferiores ao traço piloto.
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Comparando o crescimento da resistência entre a idade de 7 para a idade de 28 dias na cura de 23ºC, nota-se que o traço referência foi quem apresentou maior crescimento ao longo dos 21 dias.
Figura 14 – Gráfico Resistência à compressão cura 38ºC
Fonte: Autor (2019).
Os resultados obtidos aos 7 dias de idade na cura de 38ºC, apenas o traço 10% B apresentou valor maior do que o resultado piloto. Novamente os traços com a cinza B apresentaram maior ganho de resistência em relação aos traços com a cinza A.
Os resultados aos 28 dias de idade, apenas o traço com 10% de substituição da cinza B apresentou maior resistência do que o traço referência. Todos os traços com a cinza B apresentaram maior desempenho do que os traços com a cinza A.
Novamente, o traço com 10% de substituição pela cinza B apresentou maior resultado do ensaio. Todas as substituições com a cinza B apresentaram melhor desempenho em comparação aos ensaios com a cinza A.
Para os ensaios de capilaridade, as amostras foram analisadas apenas na idade de 28 dias, para ambas as curas (23 e 38ºC). Optou-se pela idade de 28 dias por conta que as reações pozolânicas necessitam de mais tempo para reagir conforme Martins (2018).
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Figura 15 – Gráfico absorção por capilaridade cura 23 e 38ºC
Fonte: Autor (2019).
Os resultados mostram que houve grande variação nos resultados. Como há sobreposição nas barras de erro, não se pode fazer inferências sobre estes dados.
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5 CONCLUSÃO
Ano após ano, a indústria da construção civil vem buscando melhorar o seu equilíbrio junto do meio ambiente, tanto na redução da sua geração de resíduos, quanto na busca por materiais menos agressivos e poluentes para o planeta. O cimento é um dos materiais mais consumidos no mundo inteiro, sua produção demanda uma grande quantidade de energia elétrica, além de emitir à atmosfera valores expressivos de CO2. Desta forma, os Materiais Cimentícios Suplementares (MCS) vêm ganhando força nos últimos anos, por serem muitas das vezes subprodutos de outros materiais e possuírem propriedades apreciáveis.
Pensando nisso, este trabalho visou investigar as propriedades cimentícias de duas cinzas de casca de arroz (subproduto do beneficiamento do cereal) e fração de argamassa do concreto. A intenção da comparação das duas CCA utilizadas A e B respectivamente foi de averiguar sua influência no estado fresco e endurecido do concreto.
A escolha da amostra A se baseou pela disponibilidade do material. O engenho onde coletou-se a amostra é representativo com a grande maioria dos outros engenhos beneficiadores do grão, portanto existe grande quantidade deste subproduto no mercado. Em contrapartida, o método de queima não controlado faz com que a cinza não tenha um padrão de queima e consequentemente uma oscilação das suas características.
A amostra B, por ser proveniente de uma usina termoelétrica geradora de energia, possui maior grau de confiabilidade quanto ao método de queima da casca, consequentemente menor variação das propriedades da cinza, por conta do processo rotineiro e cíclico de sua produção. Em contrapartida, existem poucas usinas termo geradoras a base de casca de arroz, sendo assim sua disponibilidade é comprometida.
Através do estudo realizado, foi identificada a eficiência do material e sua atividade pozolânica para ambas as cinzas. Contudo, a CCA B apresentou melhores resultados à compressão do que a CCA A.
No estado fresco, foi identificado que a CCA A consumiu menor quantidade de aditivo para atingir a consistência desejada, em relação à CCA B.
Os resultados obtidos no ensaio de compressão apontam que a substituição em 10% foram os traços que obtiveram maior resistência, tanto da amostra A quanto da amostra B. A cura de 23°C, os traços de substituição de 10% mostraram-se melhores em relação ao traço piloto, porém na cura 38ºC apenas a amostra B foi melhor que o traço referência.
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Desta forma, pode-se concluir que o objetivo desta pesquisa foi alcançado, ambas as cinzas testadas apresentaram resultados satisfatórios e se mostram viáveis para o uso como substituição na proporção de 10%. Para as demais substituições é necessário estudos mais detalhados a respeito das amostras coletadas.
As cinzas que foram testadas neste trabalho não receberam nenhum tipo de beneficiamento para a aplicação nos ensaios, abrindo assim margem para uma otimização do material em busca de melhores resultados. Sugere-se aqui uma moagem das CCA em moinhos de bola e repetição dos ensaios realizados. Sugere-se também a repetição dos ensaios com outros tipos de aditivos, afim de melhorar a compatibilidade dos materiais. Alvitre a realização de novos ensaios, fixando a consistência padrão, variando a quantidade de água de cada traço, afim de analisar o comportamento do material.
Por fim conclui-se que o uso da cinza de casca de arroz como MCS é algo positivo, tanto nos seus resultados como insumo para construção civil, quanto por sua contribuição à redução da poluição, uma vez que este material, quando não utilizado, pode ser destinado em aterros clandestinos, causando danos ao meio ambiente.
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