Metodologia de avaliação para uso de cinzas pesadas de termelétrica como agregado natural para concreto

Texto

(1)VII. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL. METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO PARA USO DE CINZAS PESADAS DE TERMELÉTRICA COMO AGREGADO NATURAL PARA CONCRETO. Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina como parte dos requisitos necessários para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil. LEONARDO DE BRITO ANDRADE. Florianópolis, março de 2004.

(2) VIII. METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO PARA USO DE CINZAS PESADAS DE TERMOELÉTRICAS COMO AGREGADO NATURAL PARA O CONCRETO. LEONARDO DE BRITO ANDRADE Esta dissertação foi julgada para obtenção do título de MESTRE EM ENGENHARIA, Especialidade ENGENHARIA CIVIL, área de concentração CONSTRUÇÃO CIVIL, e aprovada em sua forma final pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. __________________________________________ Profª. Drª. Henriette Lebre La Rovere – UFSC (Coordenadora do PPGEC) ________________________________________ Profª. Drª. Janaíde Cavalcante Rocha – UFSC (Orientadora) Comissão Examinadora: __________________________________ Prof. Dr. José Dafico Alves – UEG. _____________________________________ Prof. Dr. Celso Peres Fernandes – UFSC. __________________________________ Prof. Dr. Fernando Barth – UFSC.

(3) IX. Este trabalho é dedicado aos meus amigos e amigas mais particulares, que durante esses dois anos participaram ativamente deste pequeno passo em busca de um bem maior..

(4) X. É mais acessível ser santo do que sábio. Mas é mais fácil ser sábio do que santo. (Josemaría Escrivá de Balaguer).

(5) XI. AGRADECIMENTOS A Deus, que nos criou e nos dotou de inteligência e a Seu Filho, Jesus Cristo, que nos remiu e nos fez conhecer o Amor na plenitude. A querida e amada dona Darci de Brito Andrade, minha mãe, que me proporcionou o maior dom de todos: o dom da vida. A professora Janaíde Cavalcante Rocha e ao professor Malik Cheriaf pela acolhida e confiança, e pelos anos de orientação nas pesquisas. A toda a minha família pela contribuição imprescindível na acolhida e nas orações. Aos fiéis amigos de longas datas: Filipe, Rodolfo, Junior, por tudo o que passamos juntos e pela sempre presente lembrança em meu coração, mesmo que por vezes as obrigações e opções nos levem a percorrer caminhos diferentes. Aos meus queridos amigos do grupo Santo Agostinho: Xande, Marcelão, Du, Cris, Duda, Héder, Santiago, Marcelo Rotta, por todos os momentos, na alegria e na tristeza, na saúde e na doença, que passamos juntos. As minhas queridas amigas do grupo Santo Agostinho: Maria Zoê, Michele, Grazi, Dani, Marcela, Maria Fernanda, Fabíola, Luciane, Elaine, Myrele, Ludmila, Simone, Guga, que “Marianamente” exaltam o ser feminino no seu esplendor maior. Ao Tio Bira, que muito me ensinou e com paternal carinho me acolheu diante de situações bastante difíceis, e a Tia Niki, pela constante alegria e disposição. A Alexandra (Tia Xanda) pela grande amizade e constante intercessão. Ao querido amigo Padre Bianchini, pelo exemplo de vida e pelas intercessões. Ao Glauco e ao André Paulo, pela amizade e pela inestimável ajuda nos ensaios de laboratório..

(6) XII. Aos colegas do Grupo ValoRes, Flora, Caroline, Niubis, João Paulo, Elon, Fernando, Junior, Lúcio Flávio, meus companheiros de trabalhos e pesquisas. Aos colegas do GTEC, do GDA, do LABEEE e do GESTCON, pelo companheirismo profissional. Aos colegas Luiz Henrique e Renato, responsáveis pelo laboratório de materiais de construção civil – LMCC, pela amizade e pela ajuda durante a fase de ensaios laboratoriais. Ao Roque, pelas iniciativas bem humoradas e pelas ajudas nos ensaios laboratoriais. Ao professor, e agora colega, Celso Peres, pelas explicações e papos sempre cheios de humor e alegria. Aos professores Philippe Gleize, Luiz Prudêncio, Luis Gomez, Roberto Pinto, Ivo Padaratz, Cláudio Zimmermann, Marciano Macarini, Edésio Jungles. A Pós-Graduação em Engenharia Civil da UFSC. A Tractebel e a FINEP, pelo suporte financeiro. Ao CNPq pela bolsa de pesquisa..

(7) VII. SUMÁRIO SUMÁRIO................................................................................................................................... VII LISTA DE FIGURAS .................................................................................................................. IX LISTA DE TABELAS ...............................................................................................................XVI LISTA DE ABREVIATURAS, NOTAÇÕES E SIGLAS..........................................................XX RESUMO ................................................................................................................................. XXII ABSTRACT ............................................................................................................................XXIII 1 INTRODUÇÃO.......................................................................................................................1 1.1 OBJETIVO GERAL........................................................................................................9 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..........................................................................................9 1.3 HIPÓTESES ..................................................................................................................10 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..............................................................................................11 2.1 A CINZA DE CARVÃO MINERAL............................................................................11 2.1.1 A Ação dos Resíduos em Bases Cimentícias – Pozolanicidade............................11 2.1.2 A Ação dos Resíduos em Bases Cimentícias – Efeito Filler.................................15 2.1.3 A Ação dos Resíduos em Bases Cimentícias – Influência das Cinzas Pesadas no Conteúdo de Umidade da Mistura .........................................................................................17 2.2 PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO FRESCO ....................................19 2.2.1 Trabalhabilidade ....................................................................................................19 2.2.2 Perda de Trabalhabilidade .....................................................................................20 2.2.3 Exsudação..............................................................................................................20 2.2.4 Pega .......................................................................................................................24 2.2.5 Retração no Estado Fresco ....................................................................................25 2.3 PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO ENDURECIDO .........................29 2.3.1 Secagem ao Ar.......................................................................................................29 2.3.2 Absorção de Água .................................................................................................29 2.3.3 Resistência à Compressão .....................................................................................31 2.3.4 Módulo de Deformação .........................................................................................32 2.4 A AÇÃO DOS ADITIVOS REDUTORES DE ÁGUA DE ALTA EFICIÊNCIA ......35 2.4.1 Avaliação para Incorporação de Aditivos Superplastificantes quanto a Trabalhabilidade ....................................................................................................................38 3 METODOLOGIA EXPERIMENTAL ..................................................................................42 3.1 COLETA E ARMAZENAGEM DAS CINZAS PESADAS ........................................42 3.2 USO DA CINZA PESADA NAS MISTURAS CIMENTÍCIAS..................................45 3.3 ESTUDO DOS MATERIAIS UTILIZADOS...............................................................48 3.3.1 Ensaios para Caracterização dos Materiais ...........................................................48 3.4 ESTUDO DAS MISTURAS FABRICADAS...............................................................50 3.4.1 Ensaios das Misturas no Estado Fresco – Argamassas de Concreto .....................50 3.4.2 Ensaios das Misturas no Estado Fresco - Concretos .............................................53 3.4.3 Ensaios das Misturas no Estado Endurecido – Argamassa de Concreto...............58 3.4.4 Ensaios das Misturas no Estado Endurecido - Concreto .......................................59 3.5 INCORPORAÇÃO DE ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES ...............................67 4 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS .................................................68 4.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS COMPONENTES DAS MISTURAS ......68 4.1.1 Cimento .................................................................................................................68.

(8) VIII. 4.1.2 Agregado Graúdo ..................................................................................................68 4.1.3 Agregados Miúdos.................................................................................................70 4.2 COMPOSIÇÃO DAS MISTURAS – QUANTIDADE DE MATERIAIS E TRAÇOS 83 4.3 AVALIAÇÃO DOS ENSAIOS NO ESTADO FRESCO.............................................97 4.3.1 Consistência na Mesa de Espalhamento................................................................97 4.3.2 Perda de Consistência na Mesa de Espalhamento ...............................................102 4.3.3 Massa Específica no Estado Fresco.....................................................................107 4.3.4 Exsudação............................................................................................................110 4.3.5 Pega .....................................................................................................................118 4.3.6 Retração ...............................................................................................................125 4.4 AVALIAÇÃO DA UTILIZAÇÃO DE ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES .....130 4.4.1 Consistência na Mesa de Espalhamento..............................................................130 4.4.2 Perda de Consistência na Mesa de Espalhamento ...............................................135 4.4.3 Massa Específica no Estado Fresco.....................................................................142 4.5 AVALIAÇÃO DOS ENSAIOS NO ESTADO ENDURECIDO ................................145 4.5.1 Perda de Conteúdo de Umidade por Secagem ao Ar ..........................................145 4.5.2 Absorção Capilar .................................................................................................161 4.5.3 Resistência à Compressão ...................................................................................174 4.5.4 Módulo de Deformação .......................................................................................194 5 CONSIDERACOES FINAIS ..............................................................................................205 5.1 SUGESTOES PARA FUTURAS PESQUISAS .........................................................210 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................212 ANEXO 1 – TABELAS ..............................................................................................................221 ANEXO 2 – FIGURAS ...............................................................................................................238.

(9) IX. LISTA DE FIGURAS FIGURA 1: Micrografia eletrônica de varredura de grãos de cinza pesada....................................3 FIGURA 2: Curvas granulométricas de areia, cinza pesada e mesclas entre as mesmas................5 FIGURA 3: Micrografia eletrônica de varredura das cinzas pesadas .............................................6 FIGURA 4: Micrografia eletrônica de varredura da cinza pesada ..................................................7 FIGURA 5: Micrografia eletrônica de varredura do processo de hidratação de cinzas pesadas, aos 7 e 14 dias................................................................................................................................12 FIGURA 6: Micrografia eletrônica de varredura de cinzas pesadas em processo de hidratação com idade de 28 dias .....................................................................................................................13 FIGURA 7: Micrografia eletrônica de varredura de diferentes frações granulométricas de cinzas pesadas...........................................................................................................................................13 FIGURA 8: Cinzas pesadas, fração C, com 7 e 28 dias do processo de hidratação, MEV...........14 FIGURA 9: Cinzas pesadas, fração F, com 7 e 28 dias do processo de hidratação, MEV ...........15 FIGURA 10: Esquema representativo da zona de transição de misturas cimentícias...................16 FIGURA 11: Medidas do volume e do comportamento de queda de pressão capilar no estado plástico...........................................................................................................................................27 FIGURA 12: Aparato de ensaio para medida de retração .............................................................28 FIGURA 13: Esquema da ação de um superplastificante sobre uma partícula de cimento ..........35 FIGURA 14: Curvas de fluidez de pasta e abatimento de concreto em função do tempo de adição de superplastificante ......................................................................................................................41 FIGURA 15: Etapa de coleta da cinza pesada da bacia ................................................................43 FIGURA 16: Etapa de carregamento da cinza pesada em caminhão ............................................43 FIGURA 17: Ponto de chegada da cinza pesada na bacia (via úmida) .........................................44 FIGURA 18: Vista geral da bacia 7 da usina C.............................................................................44 FIGURA 19: Equipamento utilizado no ensaio de retração plástica em concretos.......................55 FIGURA 20: Aparato de ensaio de absorção de água por capilaridade – vista superior ..............61 FIGURA 21: Aparato de ensaio de absorção de água por capilaridade – vista lateral esquerda ..61 FIGURA 22: Equipamento de medição da deformação acoplado ao corpo-de-prova ..................63 FIGURA 23: Medidores da deformação longitudinal dos corpos-de-prova .................................64 FIGURA 24: Vista geral do conjunto prensa, equipamento de medida da deformação e microcomputador...........................................................................................................................64 FIGURA 25: Curvas granulométricas do agregado graúdo utilizado – brita tipo 1......................69 FIGURA 26: Curvas granulométricas da cinza pesada: ensaio a seco..........................................72 FIGURA 27: Curvas granulométricas da cinza pesada: ensaio a úmido.......................................72.

(10) X. FIGURA 28: Curvas granulométricas da mescla areia-cinza pesada – A1 – ensaio a seco..........73 FIGURA 29: Curvas granulométricas da mescla areia-cinza pesada – A2 – ensaio a seco..........74 FIGURA 30: Curvas granulométricas da mescla areia-cinza pesada – A1 – ensaio a úmido.......74 FIGURA 31: Curvas granulométricas da mescla areia-cinza pesada – A2– ensaio a úmido........75 FIGURA 32: Módulo de finura em função do teor de cinza pesadas – ensaio a seco ..................78 FIGURA 33: Módulo de finura em função do teor de cinza pesadas – ensaio a úmido ...............79 FIGURA 34: Curva de inchamento da cinza pesada.....................................................................80 FIGURA 35: Curva granulométrica da areia natural.....................................................................80 FIGURA 36: Curva de inchamento da areia natural .....................................................................81 FIGURA 37: Micrografia eletrônica de varredura da cinza pesada – aumento de 50 vezes.........82 FIGURA 38: Micrografia eletrônica de varredura da cinza pesada – aumento de 200 vezes.......82 FIGURA 39: Relação a/c incorporada das argamassas ajustadas em função da umidade presente nas cinzas pesadas – A3.................................................................................................................87 FIGURA 40: Relação a/c incorporada das argamassas ajustadas em função da umidade presente nas cinzas pesadas – A4.................................................................................................................87 FIGURA 41: Relação a/c intrínseca as cinzas pesadas das argamassas ajustadas em função da umidade – A3 ................................................................................................................................88 FIGURA 42: Relação a/c intrínseca as cinzas pesadas das argamassas ajustadas em função da umidade – A4 ................................................................................................................................88 FIGURA 43: Relação a/c total das argamassas ajustadas em função da umidade presente nas cinzas pesadas – A3.......................................................................................................................89 FIGURA 44: Relação a/c total das argamassas ajustadas em função da umidade presente nas cinzas pesadas – A4.......................................................................................................................89 FIGURA 45: Consumo de cimento em função do teor de cinzas pesadas ....................................94 FIGURA 46: Estudo do consumo de água das argamassas e dos concretos em relação à mistura de referência ..................................................................................................................................95 FIGURA 47: Relação entre o consumo de água das argamassas e dos concretos ........................96 FIGURA 48: Espalhamento em função do tempo de mistura e do teor de cinzas pesadas – A1..97 FIGURA 49: Espalhamento em função do tempo de mistura e do teor de cinzas pesadas – A2..98 FIGURA 50: Espalhamento em função do tempo de mistura e do teor de cinzas pesadas – A3..98 FIGURA 51: Espalhamento em função do tempo de mistura e do teor de cinzas pesadas – A4..99 FIGURA 52: Espalhamento das argamassas de concretos com cinzas pesadas..........................101 FIGURA 53: Acréscimo do espalhamento da mistura de referência em função da quantidade de cinzas pesadas..............................................................................................................................101 FIGURA 54: Perda de espalhamento em função do tempo e do teor de cinza pesada – A1.......103 FIGURA 55: Perda de espalhamento em função do tempo e do teor de cinza pesada – A2.......103 FIGURA 56: Perda de espalhamento em função do tempo e do teor de cinza pesada – A3.......104.

(11) XI. FIGURA 57: Perda de espalhamento em função do tempo e do teor de cinza pesada – A4.......104 FIGURA 58: Percentual da perda de espalhamento inicial após 1 hora de ensaio .....................106 FIGURA 59: Percentual da perda de espalhamento inicial após 2 horas de ensaio....................106 FIGURA 60: Massa específica no estado fresco em função do teor de cinzas pesadas e do tipo de argamassa ....................................................................................................................................108 FIGURA 61: Massa específica dos concretos fabricados em função do teor de cinzas pesadas 109 FIGURA 62: Perda de água por exsudação em função do tempo das argamassas tipo A1 ........112 FIGURA 63: Perda de água por exsudação em função do tempo das argamassas tipo A2 ........112 FIGURA 64: Perda de água por exsudação em função do tempo das argamassas tipo A3 ........113 FIGURA 65: Perda de água por exsudação em função do tempo das argamassas tipo A4 ........113 FIGURA 66: Perda de água por exsudação em função do tipo de argamassa e do teor de cinzas pesadas.........................................................................................................................................114 FIGURA 67: Perda de água por exsudação em função do tempo dos concretos CRT3 .............115 FIGURA 68: Perda de água por exsudação em função do tempo dos concretos CRT4 .............116 FIGURA 69: Perda de água por exsudação em função do tipo de concreto e do teor de cinzas pesadas.........................................................................................................................................117 FIGURA 70: Evolução do ensaio de pega da argamassa A3 ......................................................119 FIGURA 71: Evolução do ensaio de pega da argamassa A4 ......................................................119 FIGURA 72: Influência do teor de cinza pesada na variação do tempo de início e fim de pega – A3 ................................................................................................................................................121 FIGURA 73: Influência do teor de cinza pesada na variação do tempo de início e fim de pega – A4 ................................................................................................................................................121 FIGURA 74: Evolução do ensaio de pega do concreto CRT3 ....................................................123 FIGURA 75: Evolução do ensaio de pega do concreto CRT4 ....................................................123 FIGURA 76: Influência do teor de cinza pesada na variação do tempo de início e fim de pega – CRT3 ...........................................................................................................................................124 FIGURA 77: Influência do teor de cinza pesada na variação do tempo de início e fim de pega – CRT4 125 FIGURA 78: Evolução da retração plástica nos concretos CRT3...............................................126 FIGURA 79: Evolução da retração plástica nos concretos CRT4...............................................126 FIGURA 80: Variação da retração plástica máxima em função do teor de cinzas pesadas........128 FIGURA 81: Percentual de variação da retração plástica máxima em função do teor de cinzas pesadas.........................................................................................................................................129 FIGURA 82: Espalhamento das argamassas A3 em função do tipo e teor de aditivo e do teor de cinzas pesadas..............................................................................................................................131 FIGURA 83: Espalhamento das argamassas A4 em função do tipo e teor de aditivo e do teor de cinzas pesadas..............................................................................................................................132.

(12) XII. FIGURA 84: Percentual de acréscimo no espalhamento em relação à medida inicial sem aditivo – argamassa A3............................................................................................................................134 FIGURA 85: Percentual de acréscimo no espalhamento em relação à medida inicial sem aditivo – argamassa A4............................................................................................................................134 FIGURA 86: Perda de espalhamento em função do tempo de armazenagem da argamassa com teor de aditivo igual a 0,5% - A3.................................................................................................138 FIGURA 87: Perda de espalhamento em função do tempo de armazenagem da argamassa com teor de aditivo igual a 0,7% - A3.................................................................................................138 FIGURA 88: Perda de espalhamento em função do tempo de armazenagem da argamassa com teor de aditivo igual a 0,9% - A3.................................................................................................139 FIGURA 89: Perda de espalhamento em função do tempo de armazenagem da argamassa com teor de aditivo igual a 0,5% - A4.................................................................................................139 FIGURA 90: Perda de espalhamento em função do tempo de armazenagem da argamassa com teor de aditivo igual a 0,7% - A4.................................................................................................140 FIGURA 91: Perda de espalhamento em função do tempo de armazenagem da argamassa com teor de aditivo igual a 0,9% - A4.................................................................................................140 FIGURA 92: Variação da massa específica no estado fresco em função do teor de aditivo e de cinzas pesadas incorporadas – Rheobuild 1000 ..........................................................................143 FIGURA 93: Variação da massa específica no estado fresco em função do teor de aditivo e de cinzas pesadas incorporadas – Rheobuild 2000B........................................................................144 FIGURA 94: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa total do CP desde a moldagem, argamassa A1............................................................................146 FIGURA 95: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa total do CP desde a moldagem, argamassa A2............................................................................147 FIGURA 96: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa total do CP desde a moldagem, argamassa A3............................................................................147 FIGURA 97: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa total do CP desde a moldagem, argamassa A4............................................................................148 FIGURA 98: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa de água desde a moldagem, argamassa A1..................................................................................148 FIGURA 99: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa de água desde a moldagem, argamassa A2..................................................................................149 FIGURA 100: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa de água desde a moldagem, argamassa A3..................................................................................149 FIGURA 101: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa de água desde a moldagem, argamassa A4..................................................................................150 FIGURA 102: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa total do CP desde a desmoldagem, argamassa A1.......................................................................152 FIGURA 103: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa total do CP desde a desmoldagem, argamassa A2.......................................................................152.

(13) XIII. FIGURA 104: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa total do CP desde a desmoldagem, argamassa A3.......................................................................153 FIGURA 105: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa total do CP desde a desmoldagem, argamassa A4.......................................................................153 FIGURA 106: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa de água desde a desmoldagem, argamassa A1 ............................................................................154 FIGURA 107: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa de água desde a desmoldagem, argamassa A2 ............................................................................154 FIGURA 108: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa de água desde a desmoldagem, argamassa A3 ............................................................................155 FIGURA 109: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa de água desde a desmoldagem, argamassa A4 ............................................................................155 FIGURA 110: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa do CP desde a moldagem – CRT3...............................................................................................157 FIGURA 111: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa do CP água desde a moldagem – CRT4 ......................................................................................157 FIGURA 112: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa total de água desde a moldagem – CRT3 ....................................................................................158 FIGURA 113: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa total de água desde a moldagem – CRT4 ....................................................................................158 FIGURA 114: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa do CP desde a desmoldagem – CRT3 .........................................................................................159 FIGURA 115: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa do CP desde a desmoldagem – CRT4 .........................................................................................159 FIGURA 116: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa total de água desde a desmoldagem – CRT3...............................................................................160 FIGURA 117: Cinética da perda do conteúdo de umidade por secagem ao ar, em relação à massa total de água desde a desmoldagem – CRT4...............................................................................160 FIGURA 118: Absorção de água por capilaridade em função da raiz do tempo – A1 ...............162 FIGURA 119: Absorção de água por capilaridade em função da raiz do tempo – A2 ...............162 FIGURA 120: Absorção de água por capilaridade em função da raiz do tempo – A3 ...............163 FIGURA 121: Absorção de água por capilaridade em função da raiz do tempo – A4 ...............163 FIGURA 122: Coeficiente de sorptividade em função do teor de cinzas pesadas – Argamassa 165 FIGURA 123: Absorção de água por capilaridade em função da raiz do tempo – CRT3 .........167 FIGURA 124: Absorção de água por capilaridade em função da raiz do tempo – CRT4 ..........167 FIGURA 125: Coeficiente de sorptividade em função do teor de cinzas pesadas – Concreto ...168 FIGURA 126: Absorção de álcool por capilaridade em função da raiz do tempo – CRT3 ........169 FIGURA 127: Absorção de álcool por capilaridade. em função da raiz do tempo – CRT4 .....170. FIGURA 128: Posição do menisco no ensaio com água em função da raiz do tempo – CRT3 .172.

(14) XIV. FIGURA 129: Posição do menisco no ensaio com água em função da raiz do tempo – CRT4 .173 FIGURA 130: Posição do menisco no ensaio com álcool em função da raiz do tempo – CRT3 .....................................................................................................................................................173 FIGURA 131: Posição do menisco no ensaio com álcool em função da raiz do tempo – CRT4 .....................................................................................................................................................174 FIGURA 132: Evolução da resistência à compressão em função da idade, argamassa A3 ........182 FIGURA 133: Evolução da resistência à compressão em função da idade, argamassa A4 ........182 FIGURA 134: Evolução da resistência à compressão em função da idade, concreto CRT3 ......183 FIGURA 135: Evolução da resistência à compressão em função da idade, concreto CRT4 ......183 FIGURA 136: Acréscimo da resistência em função da idade, argamassa A3 ............................185 FIGURA 137: Acréscimo da resistência em função da idade, argamassa A4 ............................186 FIGURA 138: Acréscimo da resistência em função da idade, concreto CRT3 ..........................186 FIGURA 139: Acréscimo da resistência em função da idade, concreto CRT4 ..........................187 FIGURA 140: Percentual da resistência à compressão aos 28 dias em função da idade, argamassa A3 ................................................................................................................................................187 FIGURA 141: Percentual da resistência à compressão aos 28 dias em função da idade, argamassa A4 ................................................................................................................................................188 FIGURA 142: Percentual da resistência à compressão aos 28 dias em função da idade, concreto CRT3 ...........................................................................................................................................188 FIGURA 143: Percentual da resistência à compressão aos 28 dias em função da idade, concreto CRT4 ...........................................................................................................................................189 FIGURA 144: Percentual da resistência à compressão aos 90 dias em função da idade, argamassa A3 ................................................................................................................................................189 FIGURA 145: Percentual da resistência à compressão aos 90 dias em função da idade, argamassa A4 ................................................................................................................................................190 FIGURA 146: Percentual da resistência à compressão aos 90 dias em função da idade, concreto CRT3 ...........................................................................................................................................190 FIGURA 147: Percentual da resistência à compressão aos 90 dias em função da idade, concreto CRT4 ...........................................................................................................................................191 FIGURA 148: Resistência à compressão das argamassas de concreto em função do teor de cinzas pesadas incorporadas ...................................................................................................................193 FIGURA 149: Resistência à compressão dos concretos em função do teor de cinzas pesadas incorporadas ................................................................................................................................193 FIGURA 150: Tensão versus deformação dos concretos CRT3 – 3 dias ...................................194 FIGURA 151: Tensão versus deformação dos concretos CRT4 – 3 dias ...................................195 FIGURA 152: Tensão versus deformação dos concretos CRT3 – 28 dias .................................195 FIGURA 153: Tensão versus deformação dos concretos CRT4 – 28 dias .................................196 FIGURA 154: Tensão versus deformação dos concretos CRT3 – 90dias ..................................196.

(15) XV. FIGURA 155: Tensão versus deformação dos concretos CRT4 – 90 dias .................................197 FIGURA 156: Evolução do módulo de deformação em função do tempo, concreto CRT3.......200 FIGURA 157: Evolução do módulo de deformação em função do tempo, concreto CRT4.......201 FIGURA 158: Percentual de evolução dos valores do módulo de deformação dos concretos CRT3 ...........................................................................................................................................202 FIGURA 159: Percentual de evolução dos valores do módulo de deformação dos concretos CRT4 ...........................................................................................................................................203 FIGURA 160: Evolução do módulo de deformação em função da resistência à compressão nas idades 3, 28 e 90 dias, concreto CRT3 ........................................................................................203 FIGURA 161: Evolução do módulo de deformação em função da resistência à compressão nas idades 3, 28 e 90 dias, concreto CRT4 ........................................................................................204.

(16) XVI. LISTA DE TABELAS TABELA 1: Módulo de finura de vários teores de mesclas entre areia e cinza pesada..................5 TABELA 2: Efeito do superplastificante com base de melamina, na hidratação do C3S .............36 TABELA 3: Composição química de alguns superplastificantes .................................................37 TABELA 4: Teores de substituição da areia natural pela cinza pesada........................................46 Mistura referência – sem cinzas pesadas.......................................................................................46 TABELA 5: Parâmetros de ensaio estudados dos materiais utilizados.........................................49 TABELA 6: Ensaios no estado fresco das argamassas e concretos fabricados com cinzas pesadas incorporadas ..................................................................................................................................57 TABELA 7: Ensaios no estado endurecido das argamassas e concretos fabricados com cinzas pesadas incorporadas .....................................................................................................................66 TABELA 8: Características do cimento Portland CPV-ARI 32 ...................................................68 TABELA 9: Resultado do ensaio de granulometria da brita natural.............................................69 TABELA 10: Características físicas dos agregados utilizados (valores médios) .........................70 TABELA 11: Resultado do ensaio de granulometria da areia natural e da cinza pesada .............71 TABELA 12: Pesos relativos da quantidade de areia e cinza pesada do traço final da argamassa em função do teor de cinzas pesadas incorporadas e do método de ensaio...................................76 TABELA 13: Resultados médios do uso da equação (7) na composição da granulometria das mesclas de areia natural e cinza pesada.........................................................................................77 TABELA 14: Percentual de material passante na peneira de 0,15mm .........................................77 TABELA 15: Módulo de finura das mesclas estudadas................................................................78 TABELA 16: Análise química da cinza pesada ............................................................................81 TABELA 17: Traços finais das misturas de argamassa do modelo reduzido estudado ................84 TABELA 18: Relações água/ cimento e consumo de água das argamassas de concreto..............85 TABELA 19: Variação da relação a/c em função da umidade presente nas cinzas pesadas ........86 TABELA 20: Traços finais e parâmetros de dosagem dos concretos ...........................................92 TABELA 21: Traços finais e parâmetros de dosagem dos concretos ...........................................92 TABELA 22: Relações água/ cimento e consumo de água dos concretos....................................94 TABELA 23: Relação entre os valores de a/c das argamassas e dos concretos............................95 TABELA 24: Resultado do ensaio de espalhamento das argamassas fabricadas com diferentes teores de cinzas pesadas ..............................................................................................................100 TABELA 25: Ensaio de perda de espalhamento em função do tempo .......................................102 TABELA 26: Ângulo das retas do espalhamento versus tempo .................................................103 TABELA 27: Percentual de perda do espalhamento inicial em relação ao tempo......................106.

(17) XVII. TABELA 28: Massa específica no estado fresco das argamassas com cinzas pesadas, em Kg/m3 .....................................................................................................................................................107 TABELA 29: Redução da massa específica no estado fresco alcançada pelas argamassas com cinzas pesadas em relação à argamassa de referência, em %......................................................107 TABELA 30: Massa específica no estado fresco dos concretos com cinzas pesadas.................109 TABELA 31: Percentual da massa específica medida dos concretos com cinzas pesadas, em relação à mistura de referência ....................................................................................................109 TABELA 32: Parâmetros do ensaio de perda de água por exsudação nas argamassas – 1ª parte .....................................................................................................................................................110 TABELA 33: Parâmetros do ensaio de perda de água por exsudação nas argamassas – 2ª parte .....................................................................................................................................................111 TABELA 34: Perda de massa de água por exsudação por área de exposição do corpo-de-prova de argamassa por intervalo de tempo, em Kg/m2/h .....................................................................114 TABELA 35: Parâmetros do ensaio de perda de água por exsudação nos concretos .................115 TABELA 36: Perda de massa de água por exsudação por área de exposição do corpo-de-prova de concreto por intervalo de tempo, em Kg/m2/h........................................................................117 TABELA 37: Tempos de início e fim de pega das argamassas A3 e A4....................................118 TABELA 38: Percentuais de variação no tempo de pega em função do tipo de argamassa e do teor de cinza pesada.....................................................................................................................121 TABELA 39: Tempos de início e fim de pega dos concretos CRT3 e CRT4.............................122 TABELA 40: Percentuais de variação no tempo de pega em função do tipo de concreto e do teor de cinza pesada ............................................................................................................................124 TABELA 41: Resultado final da retração plástica sofrida pelos concretos com cinza pesada ...125 TABELA 42: Percentual de variação da retração plástica em função do teor de cinza pesada ..128 TABELA 43: Espalhamento das argamassas utilizando Rheobuild 1000 ..................................131 TABELA 44: Espalhamento das argamassas utilizando Rheobuild 2000B................................131 TABELA 45: Perda de espalhamento das argamassas com cinzas pesadas com aditivo superplastificante incorporado – Rheobuild 1000.......................................................................136 TABELA 46: Perda de espalhamento das argamassas com cinzas pesadas com aditivo superplastificante incorporado – Rheobuild 2000B ....................................................................137 TABELA 47: Percentual da perda de espalhamento das argamassas fabricadas com cinzas pesadas e aditivos superplastificantes – Rheobuild 1000, em relação ao valor obtido nas argamassas sem aditivo ...............................................................................................................141 TABELA 48: Percentual da perda de espalhamento das argamassas fabricadas com cinzas pesadas e aditivos superplastificantes – Rheobuild 2000B, em relação ao valor obtido nas argamassas sem aditivo ...............................................................................................................141 TABELA 49: Massa específica no estado fresco das argamassas utilizando Rheobuild 1000, em Kg/m3 ...........................................................................................................................................142 TABELA 50: Massa específica no estado fresco das argamassas utilizando Rheobuild 2000B, em Kg/m3 ...........................................................................................................................................143.

(18) XVIII. TABELA 51: Teor de ar incorporado nas misturas com aditivos superplastificantes – Rheobuild 1000 .............................................................................................................................................144 TABELA 52: Teor de ar incorporado nas misturas com aditivos superplastificantes – Rheobuild 2000B ..........................................................................................................................................144 TABELA 53: Perda de conteúdo de água por secagem ao ar das argamassas com cinzas pesadas, sem descontar a quantidade perdida por exsudação ....................................................................151 TABELA 54: Perda de conteúdo de água por secagem ao ar dos concretos com cinzas pesadas, sem descontar a quantidade perdida por exsudação ....................................................................156 TABELA 55: Evolução da absorção de água por capilaridade nas argamassas, em Kg/m2 .......161 TABELA 56: Coeficiente de sorptividade das argamassas fabricadas com cinzas pesadas .......165 TABELA 57: Evolução da absorção de água por capilaridade nos concretos fabricados, em Kg/m2 ...........................................................................................................................................166 TABELA 58: Coeficiente de sorptividade com água dos concretos fabricados com cinzas pesadas.........................................................................................................................................168 TABELA 59: Evolução da absorção de álcool por capilaridade nos concretos fabricados, em Kg/m2 ...........................................................................................................................................169 TABELA 60: Coeficiente de sorptividade com álcool dos concretos fabricados com cinzas pesadas.........................................................................................................................................170 TABELA 61: Parâmetros característicos dos líquidos utilizados nos ensaios de absorção capilar com T=20ºC.................................................................................................................................171 TABELA 62: Ângulo de molhamento aparente dos concretos com cinzas pesadas...................172 TABELA 63: Resistência dos corpos-de-prova de argamassa de concreto com cinzas pesadas incorporadas na idade de 3 dias...................................................................................................175 TABELA 64: Resistência dos corpos-de-prova de argamassa de concreto com cinzas pesadas incorporadas na idade de 7 dias...................................................................................................175 TABELA 65: Resistência dos corpos-de-prova de argamassa de concreto com cinzas pesadas incorporadas na idade de 14 dias.................................................................................................176 TABELA 66: Resistência dos corpos-de-prova de argamassa de concreto com cinzas pesadas incorporadas na idade de 28 dias.................................................................................................176 TABELA 67: Resistência dos corpos-de-prova de argamassa de concreto com cinzas pesadas incorporadas na idade de 90 dias.................................................................................................177 TABELA 68: Resistência dos corpos-de-prova de concreto com cinzas pesadas incorporadas na idade de 3 dias .............................................................................................................................177 TABELA 69: Resistência dos corpos-de-prova de concreto com cinzas pesadas incorporadas na idade de 7 dias .............................................................................................................................178 TABELA 70: Resistência dos corpos-de-prova de concreto com cinzas pesadas incorporadas na idade de 28 dias ...........................................................................................................................178 TABELA 71: Resistência dos corpos-de-prova de concreto com cinzas pesadas incorporadas na idade de 90 dias ...........................................................................................................................179.

(19) XIX. TABELA 72: Valores médios da resistência à compressão das argamassas de concreto fabricadas com cinzas pesadas incorporadas ................................................................................................179 TABELA 73: Valores médios da resistência à compressão dos concretos fabricados com cinzas pesadas incorporadas ...................................................................................................................180 TABELA 74: Acréscimo da resistência à compressão das argamassas de concreto com cinzas pesadas em função da idade.........................................................................................................184 TABELA 75: Acréscimo da resistência à compressão dos concretos com cinzas pesadas em função da idade............................................................................................................................184 TABELA 76: Módulo de deformação aos 3 dias dos concretos com cinzas pesadas incorporadas .....................................................................................................................................................198 TABELA 77: Módulo de deformação aos 28 dias dos concretos com cinzas pesadas incorporadas .....................................................................................................................................................198 TABELA 78: Módulo de deformação aos 90 dias dos concretos com cinzas pesadas incorporadas .....................................................................................................................................................199 TABELA 79: Valores médios do módulo de deformação dos concretos com cinzas pesadas incorporadas ................................................................................................................................199 TABELA 80: Percentual de evolução dos valores do módulo de deformação dos concretos ....202.

(20) XX. LISTA DE ABREVIATURAS, NOTAÇÕES E SIGLAS. CZP Æ cinza pesada CZP/AR Æ substituição de areia por cinza pesada, em % CP Æ corpo-de-prova Arg Æ argamassa a/c inc Æ relação água incorporada/cimento a/c CZP Æ relação água presente na cinza pesada/cimento a/c total Æ relação água total da mistura/cimento %H2O inc Æ percentual de água incorporada na mistura %H2O CZP Æ percentual de água presente na cinza pesada %H2O total Æ percentual de água total na mistura m_CZP Seca Æ traço calculado com a cinza pesada seca m_CZP Úmida Æ traço calculado com a cinza pesada úmida a/c Æ relação água/cimento T Æ temperatura UR Æ umidade relativa H Æ teor água/materiais secos α Æ teor de argamassa t Æ tempo φ Æ diâmetro Fc Æ resistência à compressão Ec Æ módulo de deformação DP Æ desvio-padrão CV Æ coeficiente de variação EDX Æ Espectrometria por raios –X MEV Æ Micrografia Eletrônica de Varredura SMF Æ Superplastificante com base melamina SNF Æ Superplastificante com base naftaleno LMCC Æ Laboratório de Materiais de Construção Civil da Universidade Federal de Santa Catarina lab Æ laboratório.

(21) XXI. P.A. Æ Para Análise CP V-ARI Æ Cimento Portland de Alta Resistência Inicial.

(22) XXII. RESUMO A utilização de materiais residuais na indústria da construção civil, como componentes em processos de fabricação de concretos, argamassas e artefatos de concreto, tem sugerido um avanço continuo nas pesquisas com estes tipos de materiais. Como realidade atual, os estudos com cinzas pesadas residuais da queima de carvão mineral em usinas termelétricas para geração de energia têm aumentado consideravelmente devido à potencialidade de seu uso, principalmente como material substituto do agregado miúdo natural. Esta pesquisa tem como objetivo propor método de incorporação e avaliação do comportamento de cinzas pesadas em substituições parcial e total da areia natural, para a fabricação de concretos com fins estruturais. Como forma de avaliar o desempenho dessas misturas optou-se por utilizar a parte argamassa do concreto a ser fabricado, devido a maior rapidez nos ensaios experimentais e menor consumo de materiais. A análise foi feita sobre o comportamento no estado fresco e endurecido sobre os ensaios de perda de trabalhabilidade, perda do conteúdo de umidade por exsudação e secagem ao ar, absorção capilar, resistência a compressão, determinação do módulo de deformação. A pesquisa apresenta uma metodologia de avaliação para assegurar que maiores quantidades de cinzas possam ser aproveitadas como substituto à areia natural. São apresentadas considerações sobre a retração plástica como também sobre o comportamento de umidade das misturas com cinzas pesadas na formação da matriz sólida e dos poros capilares..

(23) XXIII. ABSTRACT The use of residual materials in the civil construction industry, as a component in concrete, mortar and concrete artifacts manufacturing processes, indicates a continuous advancement in research on these types of materials. Recently, studies on bottom ash residues from the burning of mineral coal in thermal power stations have increased considerably due to the potential for its use, principally as a substitute material for natural fine aggregates. This research has as its objective to propose a method for the incorporation, and evaluation of the behavior, of bottom ash as a partial or total substitute for natural sand, in the manufacture of concrete to be used in structures. As a way to evaluate the performance of these mixtures, the utilization of the mortar part of the concrete to be manufactured was chosen due to a greater speed of experimental testing and a lower consumption of materials. Analysis was carried out in the fresh and hardened state, on the behavior during tests on the loss of workability, loss of moisture content by bleeding and air drying, capillary absorption, and compressive strength. The research presents an evaluation methodology to ensure that greater quantities of ash may be used as a substitute for natural sand..

(24) 1. 1 INTRODUÇÃO A busca da sobrevivência do ser humano inserido no meio em que vive, com suas limitações e realidades de vida, é uma situação que se perpetua durante toda a história do homem. Essa busca pela sobrevivência nada mais é do que a incansável luta pela harmonia entre o homem e as coisas que o cercam. Porém, nem sempre essa harmonia é tida como benéfica para o ser humano. O insaciável egoísmo e vaidade humana na maioria das vezes tornam o homem cego na busca da sobrevivência organizada e harmoniosa, e sim fazem com que se torna escravo de seu próprio querer, perdendo o senso de responsabilidade e de divisão das coisas que o cercam. Exploração desenfreada, construções inconseqüentes, atos impensados. Nem todas as coisas estão dispostas no mundo para que usufruamos a maneira que nos é mais confortável, ou que nos é mais econômica. Não são diferentes os processos de desenvolvimento no meio técnico-científico em que se baseia este trabalho. Em virtude das crescentes demandas energéticas e demandas habitacionais e operativas que necessitem matérias-primas naturais para suas realizações, uma chamada importante do meio natural está sendo feito, frente à disposição violenta de resíduos gerados por estas crescentes demandas. Este trabalho visa contribuir para um melhor entendimento da aplicabilidade dos resíduos da geração de energia em termelétricas a carvão mineral, no nosso caso a cinza pesada, em materiais cimentícios. Desde que ao final do século XVIII, sir James Watt desenvolveu e patenteou sua máquina a vapor, que representava um rendimento energético de apenas 5%, a combustão do carvão tornou-se o principal fundamento tecnológico da produção de energia. Cerca de um século depois, Robert Mawell descobriu as equações fundamentais do eletromagnetismo, ou seja, os princípios da “fabricação” de eletricidade a partir da energia mecânica. Esta descoberta consolida ainda mais o uso intensivo do carvão fóssil, acrescido, já desde antes das primeiras máquinas a vapor, de seu emprego na redução e fusão do minério de ferro para a produção de ferro-gusa e aço. Nem o aparecimento do petróleo, em 1867, e da energia nuclear, após a 2ª guerra mundial, abalaram decisivamente a produção e o consumo do carvão, embora provoquem mudanças tecnológicas fundamentais nas diversas fases de seu ciclo produtivo. Na realidade, esses dois concorrentes acabam por se somar, como fontes de energia primária, com maior o menor.

(25) 2. presença segundo a região e o país do mundo focalizado. Chega-se aos dias de hoje em que cerca de cinco bilhões de toneladas de carvão são produzidas a cada ano. A historia do carvão fóssil esta intimamente ligada à das lutas dos trabalhadores que o arrancavam do subsolo, quase sempre sob péssimas condições de salubridade e segurança, e pode-se dizer que o aparecimento e o desenvolvimento das idéias do socialismo, bem como as organizações sindicais, especialmente na Inglaterra e nos Estados Unidos, foram, em boa parte, uma decorrência destas lutas. Grandes obras da literatura, entre os quais merece ser citado o romance Germinal, de E. Zola, foram inspiradas pela observação da duríssima vida dos mineiros de carvão, antes que a sua luta por melhores condições de trabalho e o desenvolvimento tecnológico de métodos e equipamentos mudasse significativamente este quadro, nos dias de hoje. É já nas ultimas décadas que outro grande tema se acrescenta às discussões e estudos sobre o carvão, ou seja, os impactos ambientais que a mineração e a conversão industrial do mesmo provocam. A consciência ecológica expande-se rapidamente pelo mundo inteiro, e, pela primeira vez na historia da humanidade, surge a idéia de que o sistema Terra tem recursos finitos. O desenvolvimento industrial, tal como vem sendo promovido pelo modo de produção regida pelas leis de mercado, tem limites intransponíveis. Estes, se ultrapassados, e em vários aspectos e em vários pontos do globo já o estão sendo velozmente, provocam efeitos desastrosos para a vida na Terra, sendo que alguns desses efeitos são de caráter irreversível. O carvão fóssil sempre esteve no centro deste debate. Suas emissões de particulados, de óxidos de enxofre e nitrogênio, de dióxido de carbono, sua mineração, especialmente a céu aberto, são impactos muito sensíveis nas regiões onde ocorrem (FERREIRA, 2002). Vários autores mostraram os efeitos benéficos das cinzas encontrados nos seus estudos experimentais sobre a utilização deste resíduo de carvão mineral – cinza volante e pesada – em materiais cimentícios. Eles ressaltam sempre que estes efeitos não se traduzem somente pelo beneficio do lado técnico-econômico, quando o resíduo é aplicado em argamassas ou concreto, fazem uma extensão também ao fator positivo da diminuição dos impactos ambientais inerentes ao processo de geração e conseqüente à deposição final das cinzas. A primeira utilização da cinza volante de carvão mineral, como agente cimentante no concreto, data de 1936, sendo usada em alguns quilômetros de parede de retenção, ao redor do lago de Michigan nos Estados Unidos (SILVA & CERATTI, 1980 apud POZZOBON, 1999). No Brasil, onde há normalização para o uso da cinza do carvão mineral produzida em usina termelétrica em cimentos compostos, o emprego sistemático de cinza volante como.

(26) 3. pozolana iniciou na década de sessenta, com a construção das estruturas de concreto do aproveitamento hidrelétrico de Jupiá (GITAHY. 1963; ABREU, 1993 apud POZZOBON, 1999). MANZ (1997) afirma que o maior uso de cinza de carvão é em concreto. O autor fez levantamentos periódicos desde 1977 sobre a produção e utilização das cinzas de carvão e avalia como crescente o uso das cinzas de carvão em concretos. Os possíveis benefícios tecnológicos do uso de pozolanas em concretos estão associados à melhoria da impermeabilidade e a durabilidade química, melhorando a resistência à fissuração térmica e aumentando a resistência final (RAMACHANDRAN apud CAMACHO e AFIF, 2002). As cinzas volantes e pesadas moídas se assemelham com o cimento Portland em muitos aspectos e por isto a sua combinação é altamente benéfica. Aproximadamente 30% dos resíduos da combustão do carvão consumidos no mundo são aplicados em produtos de concreto e fabricação de cimento (MANZ (1997), POZZOBON (1999)). A utilização da cinza pesada é determinada pelas suas características físicas, tais como: granulometria, efeito filler, pozolanicidade tardia e potencial de coloração. A forma grosseira e vítrea faz da cinza pesada um substituto ideal do agregado natural (figura 1), conforme escreveram RAMME et al. (1998) Apud CHERIAF et al. (1999).. FIGURA 1: Micrografia eletrônica de varredura de grãos de cinza pesada Fonte: CHERIAF et al., 1999.

(27) 4. A cinza pesada é freqüentemente usada como um substituto de baixo custo em areias para produção de blocos de concreto e em muitos países ela é usada como base em construção de estradas (GHAFOORI, 1997; RANGANATH, 1998). Concretos de alto desempenho com agregados leves podem ser produzidos utilizando cinza volante sinterizada como agregado graúdo, cinza pesada como agregado miúdo e cinza volante como adição mineral em combinação com cimento Portland e água (AFSHIN et al., 1998 apud CHERIAF et al., 1999). Como resultados obtidos por KULA et al. (2001), tanto a cinza volante quanto a cinza pesada podem ser usadas como materiais cimentícios, sendo que a cinza volante de baixa qualidade é adequada para misturas de cimento por ter resistência satisfatória à corrosão do sulfato. RAVINA (1997), em seu estudo experimental, confirmou que a cinza volante pode agir, em sistemas de cimento Portland, como um ingrediente multifuncional servindo como um agregado fino, um plastificante, um filler e como uma adição mineral pozolânica. A finura e a perda de massa ao fogo são fatores importantes afetando as propriedades do concreto fresco, enquanto que a pozolanicidade, com o tempo, afeta as propriedades do concreto endurecido. KREUZ et al. (2002) ressaltam que, apesar da cinza pesada aparentemente ter maior quantidade de finos que a areia pela qual estava sendo substituída, em seus estudos não foi levado em consideração diferenças de dimensão entre as partículas dos dois materiais, uma vez que a separação em diferentes granulometrias ficaria muito trabalhosa e economicamente inviável para aplicação em grande escala. A substituição de areia pela cinza pesada proposta por KREUZ et al. (2002) em seus estudos foi em relação ao volume absoluto de substituição de materiais, pois a diferença entre as massas específicas da areia e da cinza pesada era muito grande, permitindo assim comparar as propriedades das misturas com e sem substituição de cinza pesada. Foram também analisados diferentes teores de substituições de areia pela cinza pesada, quanto à composição granulométrica do conjunto: areia mais cinza pesada; pois como a cinza pesada possui uma granulometria bem mais fina do que a areia, esta vai influenciar no conjunto total da mistura, fazendo com que as combinações entre os dois materiais diminuam o módulo de finura deste conjunto, como mostrado na tabela 1..

(28) 5. TABELA 1: Módulo de finura de vários teores de mesclas entre areia e cinza pesada Composição (AREIA/CZP) 0% 10% 25% 50% 3,04 2,81 2,46 1,88 Módulo de finura Zona 4 Zona 03 Zona 03 Sem Classificação segundo (grossa) (média) (média) classificação NBR 7211 (mm) Fonte: KREUZ, 2002. Os autores mostraram que as substituições parciais favoreceram a obtenção de um agregado dentro da faixa granulométrica recomendada pela normalização brasileira. Para os teores de 10 e 25% estudados, a mescla pode ser classificada na zona 3 conforme recomendação da norma NBR 7211 (1983). Já o teor de 50% de substituição de areia natural por cinza pesada, a mescla não se enquadrou em nenhuma das classificações da norma, devido a grande quantidade de material passante nas peneiras de 0,30 e 0,15mm, podendo servir como um material alternativo para compor diferentes granulometrias, suprindo uma eventual falta de material fino em composições granulométricas de agregados. A figura 2 apresentada por KREUZ et al. (2002) compara várias mesclas de cinza pesada e areia com a norma americana ASTM C 33, e conclui que o valor máximo dos estudados de substituição de areia natural por cinza pesada é de 25%.. 100 Porcentagem Retida Acumulada. 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 6,3. 4,8. ASTM Inferior 10% AREIA/CZP Cinza Pesada. 2,4. 1,2 Peneiras (mm). ASTM Superior 25% AREIA/CZP. 0,6. 0,3. 0,15. Areia 50% AREIA/CZP. FIGURA 2: Curvas granulométricas de areia, cinza pesada e mesclas entre as mesmas Fonte: KREUZ, 2002.

(29) 6. BENAVIDEZ et al. (2003) estudaram a morfologia de diferentes cinzas por microscopia eletrônica de varredura e a determinação dos elementos foi feita por análise pontual por sonda EDX. Partículas angulares são observadas pelo MEV na figura 3. Além disso, aglomerados de partículas esféricas estavam presentes nessas amostras, características das diferentes zonas de combustão de onde as cinzas são removidas.. FIGURA 3: Micrografia eletrônica de varredura das cinzas pesadas FONTE: BENAVIDEZ et al., 2003. O somatório do percentual das quantidades de SiO2, Al2O3 e Fe2O3 foi praticamente o mesmo para cinzas volantes e pesadas, com valor médio de 88% do total de óxidos presentes nas amostras. O teor de material incombusto presente no carvão foi de aproximadamente 2,5% para as cinzas volantes e para as cinzas pesadas foi de 11,5%, ambos em massa. Os resultados de porosidade foram bastante grandes para as cinzas pesadas devido a grande quantidade de resíduos de carvão presentes (BENAVIDEZ et al., 2003). Os mesmos autores concluíram que dos primeiros resultados, três importantes diferenças entre amostras de cinza pesada e cinza volante foram notadas: 1. quantidade de resíduo de carvão incombusto; 2. a morfologia das partículas; 3. a distribuição do tamanho das partículas. As cinzas pesadas contêm uma grande quantidade de carvão incombusto determinado pelo alto valor.