Análise da atividade pozolânica da cinza de bagaço de cana-de-açúcar nos compósitos cimentícios em diferentes tempos de moagem

UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL - UNIJUI

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

DOUGLAS VETTORELLO

ANÁLISE DA ATIVIDADE POZOLÂNICA DA CINZA DE BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR NOS COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS EM DIFERENTES TEMPOS DE

MOAGEM

Ijuí - RS 2019

DOUGLAS VETTORELLO

ANÁLISE DA ATIVIDADE POZOLÂNICA DA CINZA DE BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR NOS COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS EM DIFERENTES TEMPOS DE

MOAGEM

Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.

Orientador: Prof. Me. Lucas Fernando Krug

Ijuí - RS 2019

DOUGLAS VETTORELLO

ANÁLISE DA ATIVIDADE POZOLÂNICA DA CINZA DE BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR NOS COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS EM DIFERENTES TEMPOS DE

MOAGEM

Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.

Ijuí, 18 de dezembro de 2019.

Prof. Lucas Fernando Krug Mestre pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos - Orientador

Prof. Lia Geovana Sala Coordenadora do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ

Banca Examinadora: Prof. Diorges Carlos Lopes Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria

Prof. Lucas Fernando Krug Mestre pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos - Orientador

Dedico este trabalho à minha família, à minha namorada e a todos que acreditaram que este dia chegaria.

AGRADECIMENTOS

A Deus, pela fé e os momentos de superação.

A minha família, em especial a meu pai Dilceu e minha mãe Leanilse, que com a preocupação de todos sempre estiveram presentes em todos os momentos.

A minha irmã Duda, pelos momentos de descontração e amizade. A minha namorada Dini, pelos conselhos e incentivos.

Aos meus amigos, que ficaram do meu lado, e me apoiaram em todas as decisões. Ao Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ, o funcionário Luiz e os estagiários disponíveis, pelas orientações e cuidados nas realizações dos ensaios.

Aos colegas e amigos do curso, professores e funcionários, que fizeram parte de cada jornada e cada trajeto. Em particular ao meu orientador Prof Lucas, pela atenção e supervisão necessária. Aos que me apoiaram e prestigiaram em cada momento, meu muito obrigado.

“Si vis pacem, para bellum” (Provérbio latim)

RESUMO

VETTORELLO, D. Análise da atividade pozolânica da cinza de bagaço de cana-de-açúcar nos compósitos cimentícios em diferentes tempos de moagem. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2019.

A cinza de bagaço de cana-de-açúcar (CBCA) é considerada um resíduo da queima do bagaço, utilizado na produção de açúcar e álcool. Sua utilização como aditivo mineral em materiais à base de cimento Portland é possível por conter em sua composição, grande porcentagem de sílica, a qual pode desenvolver atividade pozolânica, melhorando as propriedades físicas e mecânicas do material pela reatividade entre a sílica e os produtos de hidratação. Este trabalho, voltado para a avaliação do potencial da CBCA como material de substituição parcial do cimento em argamassa, objetivou apresentar uma opção viável para a destinação deste subproduto, contribuindo também para a redução do impacto ambiental desses materiais, em boa parte decorrente da produção do cimento. Os corpos de prova foram moldados segundo Instrução Normativa 5752/2014 e seguiram as seguintes substituições: traço referência: 624g de cimento, 1872g de agregado miúdo e 300g de água; traço CBCA peneirada: 468g de cimento, 1872g de agregado miúdo, 300g de água, 156g de CBCA peneirada e 15,1g de aditivo; traço CBCA 1h: 468g de cimento, 1872g de agregado miúdo, 300g de água, 156g de CBCA moída 1h e 13g de aditivo; e traço CBCA 2h: : 468g de cimento, 1872g de agregado miúdo, 300g de água, 156g de CBCA moída 2h e 12,50g de aditivo. Os dados foram analisados aos 7, 28 e 43 dias para resistência à compressão e resistência à tração na flexão. Carbonatação e capilaridade, aos 28 dias. Os resultados encontrados apresentaram linearidade em todas as análises, onde o traço CBCA 2h atingiu Índice de Pozolanicidade = 90,20 de semelhança ao traço referência, comprovando a pozolanicidade. Os outros traços, contendo CBCA somente peneirada e CBCA moída por 1h, apresentaram valores crescentes de resistência à compressão e à tração na flexão ao longo dos dias analisados, mas ficando ainda, abaixo do traço referência, não sendo considerado material pozolânico. Quanto à capilaridade, o traço referência apresentou maior absorção capilar em valores médios, porém, à medida que se aumentou o tempo de moagem, a absorção capilar também aumentou para os traços com CBCA, tendo em vista que quanto menor o tamanho de partícula, maior sua acomodação na mistura, preenchendo os vazios. Para carbonatação, os traços com CBCA apresentaram maiores profundidades médias e um contínuo decréscimo ao se utilizar CBCA moída por 1 e 2h, comprovando mais uma vez a necessidade do processo de moagem. Assim, foi possível avaliar a influência dos tempos de moagem da CBCA, quando utilizada como substituição do cimento na argamassa, comprovando que ao tempo de 2h de moagem, atingiu-se a atividade pozolânica, sendo possível substituir o cimento por CBCA moída, promovendo uma correta destinação a este subproduto.

ABSTRACT

VETTORELLO, D. Análise da atividade pozolânica da cinza de bagaço de cana-de-açúcar nos compósitos cimentícios em diferentes tempos de moagem. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2019.

Sugarcane bagasse ash (CBCA) is considered a residue from bagasse burning used in sugar and alcohol production. Its use as a mineral additive in Portland cement based materials is possible because it contains a large percentage of silica in its composition, which can develop pozzolanic activity, improving the physical and mechanical properties of the material through reactivity between silica products and hydration. This work, with the objective of evaluating the potential of CBCA as a partial replacement material for mortar cement, aimed to present a viable option for the disposal of this byproduct, also contributing to the reduction of the environmental impact of these materials, largely due to for cement production. cement. The samples were molded according to Normative Instruction 5752/2014 and followed the following substitutions: reference trace: absence of CBCA; sieved CBCA trait, CBCA 1h trait and CBCA 2h trait: 25% replacement of cement by CBCA. Data were analyzed at 7, 28 and 43 days for compressive strength and flexural tensile strength. Carbonation and capillarity at 28 days. The results showed linearity in all analyzes, where the CBCA 2h characteristic reached Ic = 90.20 similarity to the reference characteristic, confirming the pozzolanic index. The other characteristics, containing only sieved CBCA and milled CBCA for 1h, presented increasing values of tensile strength and compressive strength over the analyzed days, but still below the reference characteristic, not being considered pozzolanic material. As for capillarity, the reference characteristic presented higher average weights, however, as the milling time increased, the weights also increased for the CBCA characteristics, considering that the smaller the particle size, the greater the accommodation in the mixture, filling the voids. For carbonation, the traces with CBCA presented higher average depths and a continuous decrease in the use of ground CBCA for 1 and 2h, proving once again the necessity of the grinding process. Thus, it was possible to evaluate the influence of the grinding time of CBCA when used as a cement substitute in the mortar, proving that at 2h of grinding time the pozzolanic activity was reached and it was possible to replace the cement by the grinded CBCA, promoting a correct destination for this byproduct.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Processo de fabricação do cimento Portland... 19

Figura 2: Fases da hidratação de grãos de cimentos expressas pela variação da liberação de calor em função do tempo. ... 20

Figura 3: Evolução média de resistência à compressão dos distintos tipos de cimento Portland ... 21

Figura 4: Representação esquemática de partículas de cimento Portland em pastas sem aditivos (a), com aditivo plastificante (b) e com plastificante e aditivo mineral de elevada finura (c) ... 23

Figura 5: Propriedades da argamassa no estado fresco e endurecido ... 24

Figura 6: Resíduos gerados pelo processamento de cana-de-açúcar ... 29

Figura 7: Etapas deste projeto ... 38

Figura 8: Resíduos orgânicos da CBCA ... 40

Figura 9: Peneiras ... 41

Figura 10: Aparelho para determinação da consistência da argamassa normal ... 43

Figura 11: Porção de argamassa moldada antes da aplicação dos golpes ... 43

Figura 12: Porção de argamassa moldada depois da aplicação dos golpes ... 44

Figura 13: Medição do espalhamento da argamassa ... 44

Figura 14: Moinho de bolas utilizado ... 45

Figura 15: Diferentes diâmetros das bolas do moinho ... 46

Figura 16: Experimento para verificação do volume das bolas do moinho ... 46

Figura 17: CBCA 1h ... 47

Figura 18: Misturador mecânico utilizado... 48

Figura 19: CP's moldados na forma prismática ... 49

Figura 20: Cura dos CP's ... 49

Figura 21: Rompimento do CP por tração na flexão ... 50

Figura 22: Prensa hidráulica utilizada ... 51

Figura 23: Medição da profundidade da carbonatação, via AutoCad ... 54

Figura 24: Câmara de carbonatação acelerada ... 54

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Influência das características da areia nas propriedades da argamassa ... 22

Tabela 2: Dados técnicos do aditivo plastificante BULDERMIX MD 40 ... 40

Tabela 3: Ensaios realizados e identificação dos CP’s ... 42

Tabela 4: Composições dos traços ... 47

Tabela 5: Consistência da argamassa ... 55

Tabela 6: Taxa de crescimento dos traços na Resistência à Tração na Flexão ... 57

Tabela 7: Resultados Ensaios de Atividade Pozolânica ... 58

Tabela 8: Taxa de crescimento dos traços na Resistência à Compressão ... 58

LISTA DE SIGLAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas BC Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação CBCA Cinza do Bagaço de Cana-de-açúcar

CP II Cimento Portland Composto CP III Cimento Portland de Alto Forno CP IV Cimento Portland Pozolânico

CP V-ARI Cimento Portland de Alta Resistência Inicial CPB Cimento Portland Branco

CP II F-32 Cimento Portland Composto com Filer Calcário CONAB Companhia Nacional de Abastecimento

SUMÁRIO

2.1.1.1 Cimento Portland ... 18

2.1.1.2 Agregados miúdos ... 21

2.1.1.3 Água ... 22

2.1.1.4 Filler ... 22

2.1.1.5 Aditivo plastificante ... 23

2.2 FUNÇÕES E PROPRIEDADES DA ARGAMASSA ... 23

2.2.1 Estado fresco 24 2.2.1.1 Trabalhabilidade ... 24 2.2.1.2 Retenção de água ... 25 2.2.1.3 Aderência inicial ... 25 2.2.1.4 Retração ... 26 2.2.2 Estado endurecido ... 26 2.2.2.1 Resistência Mecânica ... 26 2.2.2.2 Capilaridade ... 26 2.2.2.3 Carbonatação ... 27

2.3 CINZA DO BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR ... 28

2.4 INFLUÊNCIA DE ADIÇÕES NAS PROPRIEDADES DE COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS ... 31

2.5 MATERIAIS POZOLÂNICOS E POZOLANICIDADE ... 32

2.6 GRANULOMETRIA ... 33

3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA ... 36

3.1.1 Estudo Bibliográfico ... 37

3.1.2 Estudo prático37 3.2 DELINEAMENTO EXPERIMENTAL ... 37

3.3 MATERIAIS 38 3.3.1 Cinzas de bagaço de Cana-de-açúcar ... 39

3.3.2 Peneiramento da Cinza do Bagaço da Cana-de-açúcar ... 39

3.3.3 Moagem da Cinza do Bagaço da Cana-de-açúcar ... 39

3.3.4 Cimento 39 3.3.5 Agregado natural ... 39

3.3.6 Aditivo 39 3.4 PROCEDIMENTO PARA A REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS ... 40

3.4.1 Preparação da Cinza do Bagaço da Cana-de-açúcar ... 40

3.4.2 Moldagens dos corpos de prova ... 41

3.4.3 Determinação da Consistência ... 42

3.4.4 Moagem da Cinza do Bagaço da Cana de Açucar ... 45

3.4.5 Elaboração e cura dos corpos de prova ... 47

3.4.6 Resistência à tração na flexão ... 50

3.4.7 Resistência à compressão ... 51

3.4.8 Absorção por capilaridade ... 52

3.4.9 Carbonatação acelerada ... 53

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 55

4.1 DETERMINAÇÃO DA CONSCISTÊNCIA ... 55

4.2 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO ... 55

4.3 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ... 57

4.4 ABSORÇÃO DE ÁGUA POR CAPILARIDADE ... 59

4.5 CARBONATAÇÃO ... 61

5 CONCLUSÃO62 6 REFERÊNCIAS ... 64

1 INTRODUÇÃO

A cinza de bagaço de cana-de-açúcar (CBCA) é um resíduo industrial de baixo valor agregado e pouca utilização. Devido às suas propriedades, sabe-se que pode ser utilizado na produção de argamassas, substituindo parcialmente o cimento. Este estudo buscou avaliar os diferentes tempos de moagem reaproveitando um resíduo industrial, aliando reaproveitamento com o desenvolvimento de novos produtos, buscando maior rentabilidade comercial.

1.1 CONTEXTO

A cana-de-açúcar é cultivada desde a época da colonização portuguesa. Atualmente, o Brasil é o principal produtor de cana-de-açúcar e fonte de mais da metade do açúcar comercializado no mundo. Segundo a Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB), a safra 2018/19 da cana de açúcar foi de 620,4 milhões de toneladas, ocupando um volume significativo na economia do Brasil. A taxa média de aumento da produção anual esperada até 2018-2019 é de 3,25%. O Brasil se tornou o maior produtor não apenas de cana-de-açúcar, mas também de açúcar e etanol produzidos a partir da cana-de-açúcar. O etanol está cada vez mais popular no mercado internacional, com a crescente demanda por novas alternativas de energia limpa. Assim, este setor continuará crescendo nos próximos anos, causando um aumento na CBCA gerada. Vista como um resíduo industrial, a CBCA pode causar sérios problemas ambientais se for descartada incorretamente (MAPA, 2012).

Durante o processamento da cana para obter o produto final (açúcar ou etanol) é gerado o bagaço da cana-de-açúcar. Grande parte desse bagaço é queimado em caldeiras em um processo de cogeração de energia. Esse processo tem o potencial de tornar autossuficiente a energia de algumas indústrias e pode oferecer a possibilidade de vender energia excedente. O processo de queima do bagaço gera a CBCA, que possui pouco ou nenhum reaproveitamento. A quantidade de bagaço produzido anualmente no Brasil representa aproximadamente 30% em peso da cana processada nas plantas (CONAB, 2012), assumindo um rendimento de cinzas de 10% em peso após a calcinação (MARCOS et al., 2009).

A produção mundial de cimento Portland é de aproximadamente 3,3 bilhões de toneladas (2018) e tem apresentado crescimento constante nos últimos anos (O mundo do cimento, 2019). A utilização de resíduos sólidos como aditivos minerais para substituir parcialmente o cimento pode preservar os recursos não renováveis necessários para a produção de cimento e, portanto, contribuir para a construção sustentável do

concreto. Portanto, a inclusão do CBCA no concreto pode servir como um meio eficaz de seu descarte.

A CBCA se destaca, dentro os resíduos, por apresentar altas porcentagens de sílica, apresentando potencial pozolânico. A propriedade da pozolana é a sua capacidade de reagir com o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) liberado durante o processo de hidratação do cimento,

formando compostos estáveis de poder aglomerante, tais como os silicatos e aluminatos de cálcio hidratados (OLIVEIRA et al., 2004).

Os benefícios dos materiais pozolânicos são devidos às suas características físicas e químicas, como seus efeitos no empacotamento de partículas e sua capacidade de fornecer sílica amorfa para reagir com Ca(OH)2 durante as reações de hidratação do cimento. Quando a

sílica amorfa entra em contato com a água, ela se solubiliza em uma solução alcalina e reage com os íons cálcio (Ca+2), formando silicatos de cálcio hidratados semelhantes aos produzidos pelas reações de hidratação do cimento. Lima et al. e Frías et al. 2011, encontraram percentagens de composição de sílica de 75 % e 70 %, respectivamente. Portanto, a CBCA possui altos níveis de sílica em condições normais e, se parâmetros de calcinação adequados forem utilizados, como temperaturas de calcinação controladas, taxa de aquecimento e tempo de queima, é possível manter a sílica no estado amorfo (CORDEIRO, 2009).

A utilização pela construção civil de resíduos gerados em outros setores da economia é vantajosa não apenas em virtude do aumento da atividade industrial e, consequentemente, de subprodutos mas, sobretudo, devido à redução da disponibilidade de matérias-primas não renováveis, tão necessárias às atividades da construção civil convencional. Grande parte dos resíduos gerados pode ser reciclada, reutilizada, transformada e incorporada, de modo a produzir novos materiais de construção e atender à crescente demanda por tecnologia alternativa de construção mais eficiente, econômica e sustentável (SAVASTANO, 2003).

1.2 PROBLEMA

De acordo com Lima et al. (2011), a homogeneidade na produção de cinzas não pode ser exigida do processo industrial, que raramente possui controle operacional da temperatura na combustão e no resfriamento das cinzas, onde esses procedimentos acabam por produzir cinzas sem reatividade hidráulica, sendo considerada um material pozolânico ou um material inerte, classificando-se como cinza leve e cinza pesada, respectivamente, levando em conta sua capacidade reativa (MARTINS FILHO, 2015).

A influência do tipo de queima está mais relacionada à morfologia da sílica presente na cinza. A temperatura atingida durante a combustão é fator determinante para o aparecimento da sílica em estado amorfo (mais reativa) ou em estado cristalino (TASHIMA; SILVA; AKASAKI, 2007).

Quando a temperatura de combustão é maior que 600ºC, é obtida uma cinza parcialmente cristalina e, consequentemente, sua atividade pozolânica torna-se muito menor (PAYÁ et al, 2001).

Segundo Sugita et al. (1992), se a casca for pré-aquecida a uma temperatura de 300-350 ºC por um tempo determinado e depois levada a temperaturas de até 1.000 ºC, é possível que a cinza obtida nesse processo não apresente nenhuma fase cristalina.

A trabalhabilidade inicial depende de vários aspectos, sendo um essencial as características físicas dos agregados. Assim, a distribuição granulométrica adequada é de fundamental importância, pois promove o empacotamento, e juntamente com a pasta cimentícia define as propriedades reológicas do material durante o processo de mistura e quando no estado fresco (CASTRO; PANDOLFELLI, 2009), além de melhorar a resistência à compressão e durabilidade.

Independente do processo de beneficiamento, devido a sua granulometria final, a CBCA pode alterar a taxa de hidratação do cimento nas idades iniciais, devido ao efeito físico de compacidade influenciando no empacotamento da mistura, preenchendo os vazios entre as partículas de cimento, o que interfere no processo de endurecimento da mistura de concreto nas primeiras idades. Este processo de endurecimento é um parâmetro importante para definição dos tempos de transporte, execução da vibração da mistura, da remoção de formas e escoramentos, da execução de acabamentos superficiais, entre outras atividades construtivas. Um possível efeito acelerador poderá trazer benefícios para obras da construção civil, principalmente ao que se refere a prazos e cronogramas apertados (SOUZA et. al., 2011).

Os processos de hidratação e de formação da microestrutura influenciam diretamente as características físicas, mecânicas e funcionais de concretos e argamassas (SHE et. al., 2013). 1.2.1 Questão de Pesquisa

A questão principal do trabalho foi: A atividade pozolânica da CBCA é alterada com moagem e em diferentes tempos?

1.2.2 Objetivos da Pesquisa

Como principal objetivo da pesquisa, analisar se a substituição do cimento por CBCA nos diferentes tempos de moagem influencia na pozolanicidade da argamassa.

Como objetivos específicos:

a) Verificar a influência dos diferentes tempos de moagem no teor de pozolanicidade nas propriedades da argamassa;

b) Analisar a influência dos diferentes tempos de moagem quanto à: resistência mecânica; capilaridade e carbonatação.

1.2.3 Delimitação

Consiste em uma pesquisa sobre a gestão, destinação e solução para os resíduos sólidos, provenientes da queima de bagaço de cana-de-açúcar, cedidos pela empresa Coopercana, da cidade de Porto Xavier – RS.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 ARGAMASSA

Segundo a NBR 13281 (ABNT, 2005), argamassa é uma mistura homogênea de agregado(s) miúdo(s), aglomerante(s) inorgânico(s) e água, contendo ou não aditivos, com propriedades de aderência e endurecimento, podendo ser dosada em obra ou em fábrica (argamassa industrializada). Os seus traços e características dependem do tipo de aplicação para a qual será utilizada.

Um dos tipos de argamassas mais utilizadas na construção civil é de revestimento (MELO, F., 2012). A argamassa de revestimento é definida pela NBR 13529 (ABNT, 2013), como sendo: “o cobrimento de uma superfície com uma ou mais camadas superpostas de argamassa, apto a receber acabamento decorativo ou constituir-se em acabamento final”. A argamassa para revestimento pode ainda ser classificada de acordo com a sua aplicação, segundo a NBR 13281 (ABNT, 2005) em:

a) Argamassa para revestimento interno: indicada para revestimento de ambientes internos da edificação, caracterizando-se como camada de regularização (emboço ou camada única);

b) Argamassa para revestimento externo: indicada para revestimento de fachadas, muros e outros elementos da edificação em contato com o meio externo, caracterizando-se como camada de regularização (emboço ou camada única).

2.1.1 Principais componentes das argamassas

A composição da argamassa é determinada em função dos materiais constituintes, enquanto que a dosagem, conhecida também por traço, é referente às proporções dos materiais utilizados. Cada material empregado possui características próprias que interferem nas propriedades do revestimento, devendo ser analisadas durante a determinação da argamassa (BAÍA; SABBATINI, 2008).

2.1.1.1 Cimento Portland

Cimento Portland é a denominação técnica utilizada mundialmente para o material conhecido como cimento. Trata-se de um pó fino, com propriedades aglomerantes, que endurece sob a ação da água.

O processo de fabricação do cimento Portland consiste na moagem das matérias primas, na mistura em proporções adequadas, e na sua queima em um grande forno rotativo até uma temperatura de cerca de 1450 °C. O material sofre fusão incipiente formando pelotas, conhecidas como clínquer. O clínquer é resfriado rapidamente e moído até tornar-se um pó bem fino; e, então é finalizado com adição de gesso. A Figura 1 mostra o processo de fabricação do Cimento Portland.

Figura 1: Processo de fabricação do cimento Portland

Fonte: Associação Brasileira de Cimento Portland – ABCP(2002)

A hidratação do cimento Portland consiste em reações simultâneas dos compostos anidros presentes no cimento com a água, embora estas reações não ocorram na mesma velocidade (MEHTA; MONTEIRO, 1994).

Como as reações de hidratação são exotérmicas, é possível acompanhar as taxas de reação através da quantidade de calor liberado, como pode ser visto na Figura 2.

Figura 2: Fases da hidratação de grãos de cimentos expressas pela variação da liberação de calor em função do tempo.

Fonte: THOMAZ; CARNEIRO, 2007

Existem 7 tipos básicos de cimento Portland normalizados e disponíveis no mercado brasileiro:

I. Cimento Portland Composto (CP II) II. Cimento Portland de Alto-Forno (CP III) III. Cimento Portland Pozolânico (CP IV)

IV. Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI) V. Cimento Portland Resistente a Sulfatos (RS)

VI. Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC) VII. Cimento Portland Branco (CPB)

Variando-se a composição do cimento é possível obter diversos tipos, com diferentes características quanto ao tempo de pega, calor de hidratação, resistência mecânica, resistência a sulfatos, etc.

Na Figura 3, pode-se observar a evolução da resistência à compressão de alguns tipos de Cimento Portland.

Figura 3: Evolução média de resistência à compressão dos distintos tipos de cimento Portland

Fonte: ABCP, 2002.

2.1.1.2 Agregados miúdos

As areias são agregados miúdos originados através de processos naturais, ou artificiais de desintegração de rochas, ou provenientes de processos industriais. É chamada de areia natural se resultante de ação de agentes da natureza; de areia artificial, quando proveniente de processos industriais; de areia reciclada, quando proveniente de processos de reciclagem; e de areia britada, quando proveniente de cominuição mecânica de rocha, conforme normas específicas (NBR 9935, 2011).

De acordo com a NBR 7211(2009), as areias são divididas conforme o valor do seu módulo de finura, que é a soma das percentagens retidas acumuladas, nas peneiras da série normal, dividida por 100:

a) Areia grossa – módulo de finura entre 3,35 e 4,05; b) Areia média – módulo de finura entre 2,40 e 3,35; c) Areia fina – módulo de finura entre 1,97 e 2,40; d) Areia muito fina – módulo de finura menor que 1,97.

A granulometria do agregado miúdo, também interfere nas proporções de aglomerantes e água na mistura. Quando a curva granulométrica não é contínua ou há excesso de finos ocorre um maior consumo de água de amassamento, fazendo com que a resistência mecânica reduza e a retração por secagem aumente. Na Tabela 1 é possível perceber a influência do material fino, da granulometria e angulosidade dos grãos da areia, nas propriedades da argamassa (ABCP, 2002).

Tabela 1: Influência das características da areia nas propriedades da argamassa

Fonte: ABCP (2002, P. 14)

2.1.1.3 Água

Segundo ABCP (2002) a água além de dar continuidade à mistura permite que ocorram as reações na argamassa, principalmente as que envolvem o cimento. Apesar de a quantidade de agua utilizada pelo executor ser adicionada até se obter a trabalhabilidade desejada é preciso atentar que seu teor seja pré-estabelecido durante o cálculo do traço do revestimento, sendo recomenda que seja utilizada no amassamento água potável, ou seja, sem contaminações ou excessos de sais solúveis.

2.1.1.4 Filler

O filler é um material finamente dividido, com partículas de diâmetro médio próximo ao do cimento, podendo ser constituído de materiais naturais ou materiais inorgânicos processados (DAL MOLIN, 2005). Segundo Petrucci (1995), utiliza-se o filler principalmente nos seguintes casos: espessador de asfaltos fluidos; fabricação de mástiques betuminosos; preparação de argamassas betuminosas; preparação de concretos hidrocarbonatos; adição a cimentos; fabricação de borracha artificial; adição a concretos com consumos baixos de cimento para colmatar os vazios. O filler possui propriedades que corrigem os finos da areia e melhoram a qualidade e durabilidade, quando presentes em pequenas quantidades. Dentre as propriedades de melhor desempenho estão: a trabalhabilidade, a massa específica, a permeabilidade, a exsudação e a tendência à fissuração (NEVILLE, 1995 apud DAL MOLIN, 2005). Outros tipos de adições minerais que podem ser citados são os materiais com características não reativas que possuem a finalidade específica de dar cor às argamassas e concretos, como o pó de tijolo.

2.1.1.5 Aditivo plastificante

Segundo Cordeiro (2016), sabe-se que o uso do aditivo pode modificar/aumentar as interações entre a CBC e a matriz cimentícia, como mostra a Figura 4.

Figura 4: Representação esquemática de partículas de cimento Portland em pastas sem aditivos (a), com aditivo plastificante (b) e com plastificante e aditivo mineral de elevada finura (c)

Fonte: Cordeiro (2006)

Na primeira figura, tem-se uma pasta contendo somente água e cimento (Figura 4-a) cujas partículas encontram-se aglomeradas por conta de forças atrativas de origem eletrostática. Neste caso, a probabilidade de formação de grandes vazios capilares é grande e a quantidade de grãos de cimento não hidratados tende a ser maior. Ao ser adicionado um aditivo plastificantes, ocorre a defloculação e dispersão das partículas de cimento, contribuindo para sua completa hidratação (Figura 4-b). A incorporação do aditivo mineral à pasta (Figura 4-c), por sua vez, possibilita o preenchimento dos vazios entre as partículas de cimento disperso, promovendo o aumento na compacidade da mistura e, consequentemente, o refinamento da rede porosa. Teoricamente, partículas muito finas de cimento Portland poderiam proporcionar o mesmo efeito físico apresentado pelas partículas de aditivo mineral, porém elas dissolvem-se rapidamente quando estão em contato com a água, o que torna ineficiente o efeito de densificação da mistura (CORDEIRO, 2006).

2.2 FUNÇÕES E PROPRIEDADES DA ARGAMASSA

A escolha da argamassa deve levar em consideração as funções que o revestimento deve exercer. Para Recena (2008), a argamassa deve ser considerada como parte da estrutura e não como um elemento isolado. As principais funções das argamassas de revestimento são: proteger e regularizar os locais de aplicação sendo estruturas de alvenaria ou concreto,

absorver as deformações sofridas pela estrutura, proporcionar um bom acabamento à base de aplicação, proteger o substrato da ação da água.

Segundo o Manual do Revestimento da ABCP (2002), as propriedades das argamassas devem ser compatíveis com a forma de aplicação, a natureza do substrato, as condições climáticas do local, assim como ser compatível com o sistema de acabamento proposto.

A Figura 5 apresenta as principais características para o estado fresco e endurecido.

Figura 5: Propriedades da argamassa no estado fresco e endurecido

Fonte: BAIA E SABBATINI, pg. 15 (2008)

2.2.1 Estado fresco

O estado fresco das argamassas é o período entre sua produção e a sua aplicação no substrato. As propriedades no estado fresco interferem diretamente no resultado final do revestimento, caso detectado algum problemas nas propriedades do estado fresco pode-se alterar a dosagem da argamassa, por exemplo, evitando problemas futuros (BAIA E SABBATINI, 2008).

2.2.1.1 Trabalhabilidade

Segundos os autores Baia e Sabbatini (2008) a trabalhabilidade das argamassas pode ser definida como:

A trabalhabilidade é uma propriedade de avaliação qualitativa. Uma argamassa para revestimentos é considerada trabalhável quando:

 Deixa penetrar facilmente a colher de pedreiro sem ser fluida;

 Mantem-se coesa ao ser transportada, mas não adere á colher ao ser lançada;

 Distribui-se facilmente e preenche todas as reentrâncias da base;

 Não endurece rapidamente quando aplicada (BAIA E SABBATINI, 2008, pg 16).

Carasek (2007) completa a ideia afirmando que a trabalhabilidade garante tanto uma boa execução do revestimento quanto um bom desempenho do mesmo. Ainda segundo a autora a trabalhabilidade deve ser ajustada ao modo que a argamassa será aplicada. Este ajuste é de grande importância já que algumas propriedades no estado endurecido dependem da

aplicação da argamassa com boa trabalhabilidade no estado fresco, uma destas propriedades é a aderência.

Além da trabalhabilidade, outro termo utilizado para o concreto fresco é a sua consistência. A consistência pode ser definida pela fluidez do concreto, sendo que o ponto determinante neste caso será o fator a/c. Quanto maior for este fator, mais fluído e trabalhável será o concreto, e quanto menor o fator, o concreto será mais seco e com pouca trabalhabilidade. Essa consistência pode ser medida pelo abatimento do tronco de cone (NEVILLE, 2016).

É importante que se tenha uma trabalhabilidade e consistência ideal, pois são os vazios do concreto que vão ditar a resistência do mesmo e, quanto melhor a trabalhabilidade significa seu melhor adensamento, logo, menor número de vazios. Com isso, busca-se o fator a/c ótimo, o qual proporcionará a maior eficiência (NEVILLE, 2016).

2.2.1.2 Retenção de água

A retenção de água é a propriedade das argamassas de conter a perca de água para a superfície de aplicação e para o ambiente. Uma argamassa com boa retenção de água retarda o endurecimento da mesma, o que é de suma importância em questões de aderência, capacidade de absorver deformações, resistência mecânica entre outros. Os principais fatores que influenciam na retenção de água são os tipos de materiais utilizados e a dosagem de cada um deles. Esta propriedade pode ser melhorada com a adição de cal ou de outros aditivos (BAIA E SABBATINI, 2008).

2.2.1.3 Aderência inicial

Segundo Carasek(2007), a aderência inicial:

Ela está diretamente relacionada com as características reológicas da pasta aglomerante, especificamente a sua tensão superficial. A redução da tensão superficial da pasta favorece a molhagem do substrato, reduzindo o ângulo de contato entre as superfícies e implementando a adesão. Esse fenômeno propicia um maior contato físico da pasta com os grãos de agregado e também com a base, melhorando, assim, a adesão.

A tensão superficial da pasta ou argamassa pode ser modificada pela alteração de sua composição, sendo ela função inversa do teor de cimento. A adição de cal á argamassa também diminui a sua tensão superficial, contribuindo para molhar de maneira mais efetiva a superfície dos agregados e do substrato. Efeitos semelhantes propiciam também os aditivos incorporadores de ar e retentores de água... (CARASEK, 2007, pg. 883).

2.2.1.4 Retração

De acordo com Carasek (2007), é um processo que esta ligado a variação de volume da pasta das argamassas. A retração na secagem tem papel importante tanto na estanqueidade quanto na durabilidade das argamassas. A retração na secagem pode causar fissuras que por sua vez podem ou não ser prejudiciais. As fissuras só são prejudiciais quando permitem a infiltração de água no revestimento já endurecido.

Esse processo de retração por perda de água é conhecido como retração plástica, o qual ocorre antes da pega do cimento, quando a parte sólida da mistura apresenta mobilidade entre as partículas. Normalmente a diminuição do volume da mistura corresponde ao volume de água perdido (BASTOS, 2001).

2.2.2 Estado endurecido

De acordo com Trevisol (2015), as argamassas no estado endurecido possuem propriedades que podem ser avaliadas diretamente em corpos de prova e outras que devem ser avaliados ligando estas argamassas a um substrato. As propriedades estudadas nessa condição são: resistência mecânica (compressão e tração na flexão), capilaridade e carbonatação.

2.2.2.1 Resistência Mecânica

A resistência mecânica das argamassas é a capacidade que as argamassas têm de resistir a esforços físicos externos tais como abrasão superficial, impacto e a contração termoigroscópica. Esta propriedade está relacionada aos agregados e aos aglomerantes da argamassa, sendo que quanto maior for a quantidade de aglomerante mais resistência tem a argamassa. Além disso, a execução também interfere (BAIA E SABBATINI, 2008).

2.2.2.2 Capilaridade

Conforme Sperb (2003) a absorção capilar, também chamada de capilaridade, é outra propriedade que tem relação com a durabilidade das argamassas, e é responsável pela penetração de líquidos na mistura. A entrada do líquido na argamassa é provocada pela tensão superficial, em que a atração entre as moléculas do líquido é menor do que a atração exercida pelos vasos capilares da argamassa. Essas moléculas na superfície são sugadas para dentro da argamassa até que seu peso equilibre a tensão capilar. Bauer (2012) relata que os materiais de construção absorvem água na forma capilar quando entram em contato direto com a umidade,

geralmente nas fachadas e em regiões que têm contato com solo sem impermeabilização. A água é transportada pelos vasos capilares conforme a leis da física, onde a velocidade e a altura de elevação da absorção devem ser analisadas.

2.2.2.3 Carbonatação

A carbonatação está diretamente relacionada às características do cimento, por exemplo, “[...] cimentos cuja estrutura inicial da pasta endurecida se forma lentamente, produzem um gel mais denso, e, consequentemente, um material com maior resistência e menos susceptível ao efeito da carbonatação” (SILVA, 2002, p.13). Por outro lado a relação com os agregados é indireta, todavia algumas particularidades dos agregados interferem em algumas propriedades dos concretos e argamassas, como a porosidade, massa específica e absorção de água.

A concentração do gás carbônico (CO2) no meio ambiente varia de um lugar para o

outro, mas nunca chega a ser zero. Em ambientes rurais, em geral, a concentração de gás carbônico é a mais baixa, sendo cerca de 0,03 %. Em grandes centros urbanos, essa concentração pode chegar a até 1 % e, essa grande diferença, contribui significativamente para a diminuição da vida útil das estruturas, onde quanto maior a concentração, maior será a velocidade de carbonatação (NEVILLE, 2016).

O dióxido de carbono presente na atmosfera penetra na matriz porosa do concreto e se dissolve, alterando o equilibro químico do meio (LUCENA, 2016). Ao se diluir na umidade presente na estrutura, ocorre a formação do ácido carbônico (H2CO3), o qual reage com o

hidróxido de cálcio [Ca(OH)2 ou CH] presente na pasta de cimento hidratada, resultando em

água e carbonato de cálcio (CaCO3). O carbonato de cálcio não irá deteriorar o concreto,

porém irá consumir os álcalis da pasta (CH e C-S-H) e, com isso, reduzir o pH. (RIBEIRO, 2014).

O processo de carbonatação, em seu início, ocorre de forma mais rápida e, ao longo dos anos, sua velocidade vai diminuindo. Essa diminuição na velocidade de carbonatação é resultado da diminuição da porosidade do concreto, que ocorre devido a precipitação do CaCO3, o qual preenche os poros, diminuindo a entrada do dióxido de carbono (CASCUDO e

2.3 CINZA DO BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR

A incorporação de resíduos no emprego de formas alternativas tem mostrado resultados satisfatórios na literatura, principalmente na utilização de cinzas do bagaço de cana-de-açúcar no ramo da construção civil (GONZÁLEZ-LÓPEZ et al., 2015; CHEN et al., 2013; LIMA et al., 2012; SOUZA et al., 2011; AKRAM; MEMON; OBAID, 2009; CORDEIRO et al., 2009). As pesquisas reúnem a caracterização das cinzas utilizadas, bem como as aplicações desse resíduo na área da construção civil, após adições e substituições parciais de agregados e aglomerantes, tanto em concretos, pastas de cimento e argamassas quanto em materiais cerâmicos.

O Brasil vive um excelente momento no setor sucroalcooleiro; é o maior produtor e consumidor de açúcar e etanol do mundo, domina a tecnologia de produção na parte agrícola e também industrial e tem o custo de produção mais baixo em relação a outros países. No processo de produção do complexo sucroalcooleiro gera-se como resíduo o bagaço, utilizado na geração de energia por meio da queima em caldeiras, restando ao final, cinzas residuais do bagaço de cana-de-açúcar (CBCA), geralmente lançadas ao meio ambiente de forma inadequada (LIMA et al., 2010).

Sua utilização como adubo é vista por muitos autores, como imprópria, por ser um componente pobre em nutrientes e de difícil deterioração e possuir em sua composição metais pesados, que podem contaminar o solo e os lençóis freáticos. A literatura ressalta que essa prática é comum entre os agricultores de cana, chamada de iniciativa ambientalmente correta, porém ignora o uso de agrotóxicos nas plantações, que persistem no solo com as cinzas (SALES; LIMA, 2010). Assim, as cinzas, quando descartadas de maneira inadequada, podem causar a contaminação dos solos adjacentes e das águas subterrâneas causando problemas de saúde e graves problemas sociais e ambientais. Por isso, não havendo outro modo de utilização, o correto é que esse resíduo, classificado como inerte, seja destinado aos aterros sanitários (FRÍAS; VILLAR; SAVASTANO, 2011).

Figura 6: Resíduos gerados pelo processamento de cana-de-açúcar

Fonte: FIESP (2001) e FREITAS (2005) apud NUNES (2009).

Segundo Cordeiro et al, 2008, o bagaço da cana-de-açúcar apresenta composição de: 50 % de celulose, 25 % de hemicelulose e 25 % de lignina. Após passar por processo de queima, o produto que sobra contém presença predominante de dióxido de silício, que devido às características de queima e granulometria pode desenvolver atividade pozolânica.

A CBCA se comporta como um cimento pozolânico, muito embora a viabilidade de seu uso dependa ainda de outras verificações, tais como a condição de queima e moagem da cinza (CINCOTTO, 1983).

As propriedades da CBCA dependem fortemente das condições de queima, sendo que as modificações ocorridas no bagaço da cana-de-açúcar durante o processo podem ser:

a) A perda de massa ocorrida a temperaturas até 100º C resulta da evaporação da água absorvida;

b) À cerca de 350º C inicia a ignição do material mais volátil, dando início à queima do bagaço da cana-de-açúcar;

c) Entre 400 e 500º C, o carbono residual é oxidado, sendo neste estágio observada a perda mais substancial da massa. Após esta etapa a cinza torna-se rica em sílica amorfa;

d) O emprego de temperaturas acima de 700º C pode levar à formação de quartzo, e níveis ainda mais elevados de temperatura podem acarretar na formação de outras formas cristalinas;

e) Acima de 800º C, a sílica é essencialmente cristalina. A quantidade e forma de sílica na cinza dependem não só da temperatura, como também do período de queima, sendo citado que períodos mais longos a temperaturas de 500 a 680º C por menos de um minuto resultam em sílica totalmente amorfa (COOK, 1986).

Tais limites de tempo e temperatura de queima não são, entretanto, consenso em diferentes trabalhos, sendo citada a presença de sílica totalmente amorfa em cinza obtida da queima à 900º C por menos de uma hora (RODRIGUES, 2004). Além de influenciar no grau de cristalinidade da sílica na cinza, as condições da queima também afetam a área de superfície específica das partículas, propriedade com estreita relação com a reatividade da cinza. As variações nas condições de queima podem causar grandes modificações nos valores de área de superfície específica através da diminuição da microporosidade superficial das partículas, decorrente do colapso e coalescência da rede de poros (COOK, 1986).

A microporosidade e irregularidades das partículas de CBCA que conferem altos valores de área de superfície específica são relacionadas à quantidade de carbono presente na cinza. Para queima entre 450 e 500º C, o carbono é mantido na cinza, característico pela cor negra, sendo amorfo e combinado a outros elementos. Além disso, a incineração do bagaço de cana-de-açúcar em condições não controladas gera cinza que pode conter altos teores de carbono e matéria orgânica. O carbono que se mantém na cinza pode ser retirado, queimando-se novamente o material. Entretanto, a retirada de carbono numa segunda queima a temperaturas mais elevadas demanda tempo e pode modificar a estrutura da sílica contida na cinza (COOK, 1986).

Em materiais à base de cimento com incorporação de cinza, a presença de até cerca de 20% de carbono na cinza não afeta significativamente a resistência à compressão. Entretanto, o decréscimo na resistência mecânica passa a ter relevância quando são empregadas cinzas com mais de 30% de carbono. Nestes casos, a queda na resistência se dá principalmente devido à queda na quantidade de sílica correspondente. Além da resistência mecânica, a adição de cinza com alto teor de carbono também influencia a pega. No caso de CBCA com alto teor de carbono, suas partículas podem não ser inertes, mas a grande quantidade de carbono pode reduzir a capacidade reativa do material (COOK, 1986).

2.4 INFLUÊNCIA DE ADIÇÕES NAS PROPRIEDADES DE COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS

A indústria do cimento é considerada uma das grandes poluidoras do meio ambiente, devido a suas altas taxas de liberação de CO2 na atmosfera. Sabe-se que para cada tonelada de

clínquer a mesma quantidade de CO2 seja produzida (CAPELLO, 2008). Portanto, é

importante pensar em alternativas para substituir o cimento, a fim de diminuir o seu consumo e produção, sendo as adições minerais a alternativa mais utilizada atualmente (MELO, F., 2012).

Segundo Malhotra e Mehta 1996, o uso de materiais pozolânicos e cimentícios nas indústrias do cimento e do concreto tem crescido acentuadamente durante os últimos cinquenta anos, com potencial de crescimento ainda maior para o futuro. Grande parte das adições minerais é composta por resíduos provenientes de siderúrgicas, usinas termelétricas e indústrias – como as escórias de alto-forno, a sílica de fumo e as cinzas volantes – os quais têm substituído de forma crescente as pozolanas naturais e argilas calcinadas.

Segundo Filho, et. al 2015, existem produtos de hidratação do cimento Portland suscetíveis ao ataque externo por sulfatos, sendo eles, o hidróxido de cálcio e os compostos hidratados que contêm alumina. Deste modo, deve-se utilizar materiais ligantes que reduzam as quantidades finais de, ao menos, um destes compostos, transformando-os em produtos de hidratação mais resistentes. Por conseguinte, diferentes materiais são adicionados à matriz cimentante para aumentar a resistência aos sulfatos.

A utilização de adições minerais na composição do material ligante, em substituição parcial ao cimento, provoca alterações microestruturais que interferem na porosidade da matriz hidratada e, principalmente, na distribuição do tamanho dos poros e na interconectividade dos mesmos, o que influência positiva ou negativamente o ingresso de água contendo íons sulfato para o interior da estrutura. As adições minerais, independentemente do tipo (inertes, cimentantes ou pozolânicas), exercem efeito físico sobre a cinética de hidratação do cimento, pelos efeitos de diluição e de nucleação heterogênea, enquanto as adições ativas (cimentantes e pozolânicas), além do efeito físico, exercem efeito químico. As diferentes microestruturas hidratadas formadas quando da presença de adições minerais comportam-se distintamente frente à ação de agentes deletérios.

Várias propriedades do concreto, tanto no estado fresco quanto endurecido, são afetadas positivamente com o uso das adições minerais. A eficiência de uma adição mineral no comportamento do concreto pode variar em função da quantidade utilizada e das condições de

cura, bem como em função da sua composição química, mineralógica e granulométrica. Porém, de uma maneira geral, os mecanismos pelos quais as adições minerais influenciam as propriedades do concreto fresco e endurecido dependem mais do tamanho, forma e textura das partículas do que da sua composição química. As adições minerais podem certamente melhorar as propriedades do concreto, no entanto não se deve esperar que venham compensar a baixa qualidade dos constituintes do concreto ou de um traço pobre (Mehta e Monteiro, 1994).

A definição quanto a utilização de uma determinada adição mineral a materiais à base de cimento se deve a:

 Quantidade de carbono: o carbono interfere na ação de alguns aditivos, quando em excesso, como agentes incorporadores de ar, além de conferir cor escura e comprometer o comportamento mecânico interferindo no processo de hidratação;  Capacidade de promover melhor trabalhabilidade: os aditivos minerais melhoram a

trabalhabilidade pela dispersão e defloculação das partículas de cimento (mesmo mecanismo de ação dos aditivos para redução de água);

 Atividade pozolânica: a resistência mecânica é mais dependente da relação água/cimento aos 28 dias, propriedades como resistência e permeabilidade a idades avançadas dependem da atividade pozolânica (RODRIGUES, 2004).

2.5 MATERIAIS POZOLÂNICOS E POZOLANICIDADE

O material pozolânico, de acordo com a norma NBR 12653 (ABNT, 1992) é definido como um material silicoso ou sílico-aluminoso que em si mesmo possui pouca ou nenhuma propriedade cimentante, mas, numa forma finamente dividida e na presença de umidade, reage quimicamente com o hidróxido de cálcio liberado na hidratação do cimento, a temperaturas ambientes, para formar compostos com propriedades cimentantes. Quanto à sua origem, os materiais pozolânicos são classificados pela NBR 12653 em pozolanas naturais e pozolanas artificiais. As pozolanas naturais são materiais de origem vulcânica ou sedimentar e as pozolanas artificiais são materiais provenientes de tratamento térmico. Exemplos de materiais cimentantes e pozolânicos: cinza volante com alto teor de cálcio; Superpozolanas: sílica ativa, metacaulim, cinza de casca de arroz predominantemente amorfa; Pozolanas comuns: cinza volante com baixo teor de cálcio, argilas calcinadas, cinzas vulcânicas; Pozolanas pouco reativas: escórias de alto-forno resfriadas lentamente, cinza de casca de arroz predominantemente cristalina.

As reações de hidratação do silicato tricálcico (C3S), e silicato dicálcico (C2S), dão

origem ao silicato de cálcio hidratado (C-S-H), e hidróxido de cálcio (Ca(OH)2). O C-S-H não

tem composição fixa e é responsável pela resistência do cimento, enquanto o Ca(OH)2 é

solúvel e influencia na durabilidade da pasta, principalmente quando sujeita a meios ácidos (MEHTA & MONTEIRO, 1998).

Segundo Mitchell et al., (1998):

As partículas de microssílica permanecem na pasta mesmo após 180 dias de hidratação. Na parte interna destas partículas foi constatado um alto teor de Si em relação ao Ca, Si/Ca = 3, enquanto que nas regiões periféricas a proporção é bem menor, Si/Ca = 0,5. Assim, admite-se que a reação pozolânica ocorra na superfície das partículas do aditivo formando uma película de C-S-H que impede que a reação pozolânica prossiga no interior das partículas com a mesma dinâmica com que ocorre na superfície. Clínquer e pozolana apresentam processos de reação bastante diferentes, cada um reagindo em diferentes estágios da hidratação.

Rodrigues (2004), observou que a reação pozolânica tem início entre 7 e 15 dias após a mistura, quando a hidratação do cimento se apresenta no estado avançado. Fazendo com que as reações do clínquer e da pozolana possam ser investigadas separadamente, considerando as influências mútuas dos dois processos.

Segundo Rodrigues (2004):

Após o primeiro dia, a hidratação do cimento com incorporação de aditivo mineral envolve unicamente o clínquer, sendo observado que as partículas do aditivo comportam-se como regiões de nucleação para o crescimento dos produtos de hidratação. Em estágios mais avançados, a superfície externa destas partículas parece alterada, dando início ao consumo destas partículas. Primeiramente, as partículas são recobertas por uma fina camada de composição diversa daquela das partículas. Gradualmente, esta camada passa a ser substituída por agulhas de C-S-H que crescem perpendicularmente à superfície.

Três são as propriedades que classificam atividade pozolânica: químicas, físicas e mecânicas, e seus resultados apresentam pouca correlação. A resistência à compressão é expressa por métodos mecânicos, por mais que se saiba que o consumo de Ca(OH)2 não tem

relação com resistência, e a geração do C-S-H influencia diretamente na resistência. (COOK, 1986).

2.6 GRANULOMETRIA Segundo John et. al (2003):

A composição granulométrica variada apresentada pela cinza residual indica a necessidade de moagem mecânica das partículas, pois a redução do tamanho das partículas e o consequente aumento da superfície específica proporcionam uma maior reatividade à cinza. A finura e área específica da cinza é outro requisito importante. A área de contato do sólido com o meio aquoso é fundamental na taxa de reação e precipitação de produtos hidratados, ou seja, o aumento da área de

superfície resulta em um aumento na velocidade de ganho de resistência mecânica. No entanto, a eficiência do aumento da finura decresce devido ao fato de as partículas menores, de elevada área superficial, tenderem a aglomeração ainda no estado seco, exigindo energias de mistura elevada, incompatíveis com os equipamentos hoje existentes, ou o emprego de aditivos para aumentar a dispersão e, consequentemente, a superfície de reação. A finura é também importante no manuseio do aglomerante ainda no estado fresco: é ela que dá coesão à pasta, controla fenômenos como exsudação da água e garante a trabalhabilidade ao sistema, condições sem as quais o produto não pode ser facilmente empregado com os procedimentos usuais de construção.

Independente do processo de beneficiamento, devido a sua granulometria final, a CBCA pode alterar a taxa de hidratação do cimento nas idades iniciais, devido ao efeito físico de compacidade influenciando no empacotamento da mistura, preenchendo os vazios entre as partículas de cimento, o que interfere no processo de endurecimento da mistura de concreto nas primeiras idades (SOUZA et. al., 2011).

Oriundos da sílica ativa, os efeitos que beneficiam a argamassa são: pozolânico e filler, pois apresentam tamanhos de partículas inferiores a 0,0075 mm (DE LARRARD et. al., 1992) Isaia (1995) apresenta que para alguns autores se é considerado material pozolânico, os que apresentarem partículas abaixo de 15μm possuem atividade pozolânica (ISAIA, 1995).

Cordeiro (2006) conclui que a CBCA apresenta composição química apropriada ao emprego como aditivo mineral, principalmente no que diz respeito aos teores de dióxido de sílica (SiO2) e perda ao fogo. Entretanto, a variação da distribuição granulométrica da cinza,

característica de um sistema de coleta sem exigências, indica a necessidade de moagem para elevar a reatividade, consequência do aumento da superfície específica das partículas, e conferir maior homogeneidade ao material. A diminuição das partículas permite que ocorra o aumento da superfície específica, ou seja, maior área de superfície de contato com o hidróxido de cálcio, e aumento da compacidade da mistura. Swamy (1993) ressalta que os parâmetros mais importantes no uso das pozolanas são a finura, a distribuição granulométrica das partículas, a química e mineralogia intrínsecas, tendo influência em suas propriedades hidráulicas.

Quanto mais fina for a cinza, maior será a área de contato com a pasta de cimento gerando grande número de pontos de nucleação para a reação pozolânica, logo, mais reativa ela será (VASCONCELOS, 2013).

Os tempos de moagem utilizados foram de 1 e 2 horas.

Zardo et al. (2004) avaliou o potencial CBCA como adição mineral em compósitos de matriz cimentícia, tendo submetido a diferentes tempos de moagem (1,5 e 3 h).

CORDEIRO et al. (2004), realizou estudo do processo de moagem da cinza do bagaço da cana-de-açúcar visando seu emprego como aditivo mineral para concreto onde concluiu que na moagem convencional a redução do tamanho das partículas em função do tempo de moagem é significativa. Entretanto, é necessário 960 min para que alcance um diâmetro médio relativo de 8μm. Observou ainda que o aumento do tempo de moagem de 480 min para 960 min resultou em uma redução pouco significativa no tamanho das partículas. E que a redução do tamanho das partículas e consequente aumento da superfície específica resultou no aumento da atividade pozolânica da cinza.

Na maioria dos casos, a CBCA que não apresenta atividade pozolânica é oriunda de usinas apenas com tratamentos físicos, moagem e peneiramento, sugerindo sua utilização como agregado na produção de argamassas e concretos. Já a CBCA que demonstram potencial como adição pozolânica, geralmente, é produzida em laboratório sob condições controladas de queima. (VASCONCELOS, 2013).

Cyr et al. (2006) comprovaram que os efeitos físicos e químicos da reação pozolânica podem ocorrer até a idade de 180 dias.

3 MÉTODO DE PESQUISA

Neste item será abordada a metodologia de pesquisa utilizada, através da apresentação da estratégia para o desenvolvimento da pesquisa, do delineamento experimental, da caracterização dos materiais, e dos métodos de ensaios.

3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA

No planejamento básico de uma pesquisa científica devem-se apresentar os critérios do estudo, sua estrutura e objetivos visando a praticidade.

A abordagem da pesquisa pode ser considerada quantitativa, a sua natureza é classificada como pesquisa aplicada (GERHARDT; SILVEIRA, 2009). Esta pesquisa se classifica como aplicada, tendo em vista o intuito de investigar, comprovar ou rejeitar hipóteses sugeridas teoricamente. Em relação aos procedimentos, a pesquisa classifica-se como experimental e quantitativa realizada através de ensaios laboratoriais (ASSIS, 2009) e possui como seus objetivos gerais, realizar pesquisas exploratórias, descritivas e explicativas. (GIL, 2002).

Uma pesquisa quantitativa é aquela que a realidade só pode ser compreendida com base na análise dos dados brutos, envolvendo números para descrever as causas responsáveis pelo acontecimento de um processo. Pesquisa aplicada é a que tem como objetivo produzir uma solução de algum problema específico, que pode ser aplicada na prática (GERHARDT; SILVEIRA, 2009). Quando classificamos a pesquisa em exploratória, segundo Gil (2002), a pesquisa visa tornar o problema analisado mais explícito, além de desenvolver hipóteses, utilizando um levantamento bibliográfico, uma produção de dados através de ensaios, e uma análises de resultados.

Segundo Gil (2002) uma pesquisa classificada como exploratória descritiva e explicativa apesar de ser muito útil para buscar o seu conceito teórico, ela deve comparar a visão teórica com os dados encontrados na realidade, através do uso de um delineamento da pesquisa. Pode ser dividida em dois momentos de pesquisa, no primeiro a pesquisa bibliográfica, que envolve a parte documental, e no segundo, a realização da pesquisa experimental, com o levantamento dos dados do estudo, para que com eles possa realizar os ensaios, e assim chegar aos resultados.

3.1.1 Estudo Bibliográfico

Analisando as técnicas de pesquisa, o estudo pode ser classificado como bibliográfico, pois tem como referência um material já elaborado, que está em livros e artigos científicos, e em pesquisas experimentais. A pesquisa consistiu em determinar um objeto de estudo, conhecendo e analisando as variáveis capazes de influenciar no resultado final, além de produzir uma conclusão sobre o tema (GIL, 2002).

A internet já tem sido comparada a um vasto banco de dados. De fato, seus conteúdos são pesquisados de acordo com as mesmas regras de busca válidas também para bases de dados. Em geral, a busca em bases de dados é realizada de acordo com os princípios da chamada lógica booleana, baseada nas relações lógicas entre os termos de busca (COHEN, 2004).

Foram utilizados neste trabalho também os operadores booleanos, relacionando as palavras ou grupos de palavras no processo de elaboração de pesquisa e construção da base teórica. Sendo eles o “AND”, com o objetivo de intersecção, usado para relacionar as palavras. “OR”, com o objetivo de união, usado para somar palavras/termos/nomes. E “AND NOT”, com o objetivo de exclusão, usado para excluir palavras/termos.

3.1.2 Estudo prático

Para Gil (2008) a pesquisa experimental é o melhor exemplo de pesquisa científica, que consiste em determinar um objeto de estudo, assim como as variáveis que podem influencia-lo, as formas de controle e observação. “Em ciência, temos de admitir, sempre, que podemos estar errados em nossos palpites. Por isso, é fundamental que as hipóteses científicas sejam testadas experimentalmente.” (MAZZOTTI, GEWANDSZNAJDER, 1999, p.4).

3.2 DELINEAMENTO EXPERIMENTAL

Figura 7: Etapas deste projeto

Fonte: Autoria própria, 2019

Foi feita a coleta da CBCA cedida pela empresa Coopercana de Porto Xavier – RS e realizado o início da moagem de material necessário para desenvolvimento do estudo, variando os tempos, obtendo as variáveis de processo para a sequência das análises de resistência mecânica, capilaridade e carbonatação.

3.3 MATERIAIS

No desenvolvimento dos ensaios experimentais, foram utilizados: 1) Cinzas do bagaço de cana de açúcar;

2) Cimento;

3) Agregado natural (areia) 4) Água

3.3.1 Cinzas de bagaço de Cana-de-açúcar

As amostras coletadas na indústria foram transportadas dentro de baldes plásticos até o Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUI, onde foram armazenadas em local protegido de chuva e umidade, até o início dos testes.

3.3.2 Peneiramento da Cinza do Bagaço da Cana-de-açúcar

O peneiramento da cinza foi executado, eliminando partículas que poderiam contaminar o restante da amostra, como grumos de cascas que não foram queimadas de forma homogênea.

3.3.3 Moagem da Cinza do Bagaço da Cana-de-açúcar

Após finamente moída, a cinza passa a ter propriedades pozolânicas. Diversos autores, obtiveram tempos de moagem distintos (SANTOS,1997, KIELING 2009, SANTOS e DAFICO 2003), utilizando moinhos diferentes, o que proporciona diferenças na moagem e, consequentemente, nas características da cinza. Foram adotados os tempos de 1 hora e 2 horas de moagem.

3.3.4 Cimento

De acordo com a NORMA NBR 11578/1991, o cimento CP II F – 32, não possui adição pozolânica em sua composição, sendo assim escolhido para os referentes testes, por ser um cimento bastante utilizado e de prática comum das concreteiras comerciais e ainda por ser indicado da ABNT 5752/2014.

3.3.5 Agregado natural

Foi utilizado o agregado natural (areia), disponibilizado pelo Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUI, que após secado em estufa, foi peneirado em peneira de malha #4, com abertura de 100mm, para retirada de materiais mais grosseiros.

3.3.6 Aditivo

O aditivo possui como função dar mais plasticidade a argamassa, sendo que foi utilizado para as fabricações dos traços com substituição parcial de cimento, tendo em vista a

necessidade de se alcançar um determinado espalhamento, sem a alteração na relação água/cimento. A Tabela 2 apresenta os dados técnicos do aditivo.

Tabela 2: Dados técnicos do aditivo plastificante BULDERMIX MD 40

Fonte: Aditivos Builder (2017)

3.4 PROCEDIMENTO PARA A REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS

3.4.1 Preparação da Cinza do Bagaço da Cana-de-açúcar

A CBCA coletada apresentava-se bastante úmida por, na empresa Coopercana, estar armazenada ao ar livre. A mesma apresentava diferença na sua coloração, variando de cinza escuro à preto e também grande parcela de resíduos orgânicos (que não foram totalmente incinerados), como mostra a Figura 8.

Figura 8: Resíduos orgânicos da CBCA

Estes resíduos foram então retirados, e após iniciou-se o processo de peneiramento passando primeiramente pela peneira malha #10 e depois pela peneira malha #30 (ABNT) de aberturas 2 mm, e 0,59 mm respectivamente, conforme Figura 9.

Figura 9: Peneiras

Fonte: Autoria própria, 2019

3.4.2 Moldagens dos corpos de prova

As amostras foram moldadas em módulos retangulares, de dimensões 40x40x160 mm, nos seguintes traços: referência; com substituição parcial de cimento por CBCA peneirada; e com substituição parcial de CBCA, para os tempos de moagem de 1 hora e 2 horas.

Para a execução deste ensaio foram utilizadas as normas ABNT NBR 7215/1996 – Cimento Portland – Determinação da resistência à compressão; e, a ABNT NBR 5752:2014 – Determinação de atividade pozolânica com cimento Portland – Índice de atividade pozolânica com cimento.