MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas – Minas – Departamento Departamento de Engenharia Civil Curso de Graduação em Engenharia Civil
Sâmyla Cotta Lana
AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE POZOLÂNICA DO RESÍDUO DE CORTE DE ARDÓSIA
Ouro Preto 2014
Sâmyla Cotta Lana
AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE POZOLÂNICA POZOLÂNICA DO RESÍDUO DE CORTE CORTE DE ARDÓSIA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Ouro Preto como parte dos requisitos para a obtenção do Grau de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. Dr. Guilherme Jorge Brigolini Silva
Ouro Preto 2014
RESUMO A mineração é uma das principais atividades econômicas do Brasil, proporciona desenvolvimento interno e serve como subsídio para o progresso internacional. No entanto, essa atividade provoca impactos muitas vezes irreversíveis ao meio ambiente e gera grandes volumes de resíduos. É o caso da ardósia, cujo material particulado gerado não tem aplicação atualmente, destinando-se apenas à deposição em aterros, onde contribui para a degradação ambiental. Associado a isso, a construção civil cresce exponencialmente no Brasil, aumentando o consumo de cimento Portland e destacando a importância de pesquisa de materiais que possam contribuir para melhoria de suas características. Esse trabalho teve o intuito de avaliar a atividade pozolânica do resíduo gerado pelo corte da ardósia de forma a determinar a eficiência de sua utilização como adição mineral em argamassas e concreto Portland. Para realizar essa avaliação utilizou-se o método da condutividade elétrica proposto por Luxán (1989), que avaliou a variação da condutividade elétrica de uma solução saturada de hidróxido de cálcio antes e após a adição do material pozolânico à solução. Em seguida, foi realizado o ensaio do Índice de Atividade Pozolânica (IAP) através da NBR5752, no qual a resistência à compressão das argamassas a rgamassas produzidas com o cimento Portland e o resíduo de ardósia foram determinadas individualmente para cada corpo-de-prova, expressa pela média de suas repetições, e assim foi determinado o índice de pozolanicidade de cada amostra. Os resultados indicam que, embora o resíduo de corte de ardósia tenha apresentado atividade pozolânica no ensaio de Luxan, a argamassa produzida com o material não atingiu o Índice de Atividade Pozolânica de 75%, exigência mínima física imposta pela NBR 12653 (ABNT, 1992). No entanto, o valor determinado de 70% ficou próximo ao exigido. É recomendado um aprofundamento na pesquisa afim de conhecer melhor o comportamento do resíduo em materiais cimentícios e a viabilidade de seu uso.
Palavras chave: Resíduo de ardósia, atividade pozolânica, cimento Portland, NBR 5752, difração de Raios-X.
ABSTRACT
Mining is one of the main economic activities of Brazil, provides internal development and serves as resource for the international progress. However, this activity often causes irreversible effects on the environment and generates large amounts of waste. This applies to the slate, whose particulate matter generated has no use and it is designed only to landfill, where it contributes to environmental degradation. Associated to this, the construction grows exponentially in Brazil, increasing the consumption of cement Portland and highlighting the importance of materials research that can contribute to improvement of its features. This work aimed to evaluate the pozzolanic activity of the waste generated by cutting the slate, in order to determine the efficiency of its use as a mineral admixture in mortars and Portland concrete. To perform this evaluation it was used the electrical conductivity method that was proposed by Luxan (1989), that evaluated the variation of the electrical conductivity of a saturated solution of calcium hydroxide before and after the addition of pozzolanic material to the solution. Thereafter, it was performed the test of Pozzolanic Activity Index (IAP) through the NBR 5752, wherein the compressive strength of mortars produced with Portland cement and the slate residues were determined individually for each body-specimens, body -specimens, expressed by average of its repetitions, and it was given the pozzolanic index of each sample. The results indicate that the slate residue showed pozzolanic activity in the Luxan test, however the mortar produced with the material do not achieve the Pozzolanic Activity Index of 75%, minimum physical requirement imposed by the NBR 12653 (ABNT, 1992). However, the given value of 70% was close to the required. It is recommended to deepen the research in order to know better the residue behavior in cementitious materials and the feasibility of its use.
Keywords: slate waste, pozzolanic activity, Portland cement, NBR 5752, X-Ray diffraction.
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO ..................................................................................................1
2
OBJETIVOS ......................................................................................................3
2.1
Objetivo Geral ........................... ....................... ...................... ...........................3
2.2
Objetivos Específicos ........................ ...................... ....................... ...................3
3
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................4
3.1
Pozolanas ........................... ........................................... .................... ....................... ............................. ......4
3.2
Reutilização de Resíduos ......................... ............................................. ................ ............................. ............5
3.3
Ardósia .......................... ........................................... .................... ....................... ............................ ............ 6
3.4
Métodos de Determinação da Atividade Pozolânica ............................. ........... 8
3.4.1 Método Chapelle Modificado ........................................ ..................... .............................................. ........................... ........10 3.4.2 Análise Térmica ........................ ........................ ...............................................10 ..................... ..........................10 3.4.3 Difração de Raios X ........................... ...................... ....................... .................15 3.4.4 Método de Luxán ........................... ............................................. ..................... ........................ .....................17 3.4.5 Índice de Atividade Pozolânica – Pozolânica – NBR NBR 5752 (ABNT, 1992 1992)) ............................ ................. ........... 18
4
METODOLOGIA EXPERIMENTAL E RESULTADOS ...................................19
4.1
Preparo das amostras ....................... ............................................. ..................... ........................ .................20
4.1.1 Tratamento térmico e moagem do RCA ....................... ....................... ............20 4.2
Caracterização do RCA .......................................... ..................... ............................................. ........................ .................21
4.2.1 Análise Granulométrica à Laser ......................... .............................................21 ................... ..........................21 4.2.2 Análise Química por Fluorescência Fluorescência de Raios X ............................... ...............23 4.2.3 Análise Mineralógica por Difração Difração de Raios Raios X ................................................25 ..................................... ...........25 4.3
Avaliação da Atividade Pozolânica do RCA ........................... ...................... ....26
4.3.1 Ensaio de Luxán ........................ ............. ......................... ............................ ...26 4.3.2 Ensaio de Resistência à Compressão – Compressão – NBR NBR 5752, 1992 ...............................29
5
CONCLUSÃO ........................................ ........................................................33
REFERÊNCIAS .........................................................................................................35
1
1 INTRODUÇÃO Os processos industriais de extração e tratamento de insumos da construção civil geram acúmulo de resíduos, causando extensos prejuízos econômicos relacionados ao recolhimento e disposição final desses resíduos, além de desequilíbrios ambientais. Nesse contexto, é de grande importância a busca por novas tecnologias e o desenvolvimento de pesquisas contemplando a utilização de resíduos minerais na produção de materiais de construção. A utilização de materiais alternativos na construção civil é cada vez mais empregada pois, pode melhorar a durabilidade e o desempenho dos concretos e argamassas. Com isso, a grande necessidade pelo uso de resíduos e subprodutos faz com que o estudo de suas utilidades seja necessário, contribuindo como um benefício ecológico, social e econômico (NEVILLE, 1997). As maiores vantagens da utilização utilização de resíduos minerais na produção de materiais de de construção são: a sua abundância, particularmente nas regiões que concentram empresas mineradoras e de beneficiamento mineral; a diversificação de matériasprimas e a possibilidade de redução dos custos de produção (MENEZES et al., 2002b). Inserir resíduos no ciclo produtivo representa além de uma alternativa de barateamento da produção, uma opção de reciclagem e reutilização desses materiais, minimização do consumo de energia e de recursos naturais não renováveis e criação de uma alternativa para reduzir o impacto ambiental na região do entorno das usinas de beneficiamento da ardósia. Vazquez (1997) afirma que a preservação do meio ambiente é uma das grandes preocupações da atualidade, principalmente no que se refere à redução de consumo de energia e de matérias-primas naturais, bem como na geração de resíduos. A ardósia é amplamente utilizada na construção civil. O Brasil é o segundo maior produtor e consumidor mundial com Minas Gerais respondendo por 95% da produção nacional. Em 2007, contava com 25 pedreiras e cerca de 200 indústrias de beneficiamento, que geram cerca de cinco mil empregos diretos e mais cinco mil indiretos. A produção de ardósias de Minas Gerais totaliza aproximadamente 500 mil toneladas/ano. Em valores, essas exportações mostraram crescimento de 45,1% em relação a 2003 e já representam 47,6% das exportações totais de rochas de Minas Gerais (FEINAR, 2006).
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Tanto os sistemas de extração e corte da rocha quanto àqueles ligados à sua aplicação levam à produção de grandes quantidades de resíduos na forma de lama, compostos basicamente de água, lubrificantes e rocha moída. O resíduo fino aparece na fase de corte dos blocos de rochas nas dimensões comerciais e é oriundo da abrasão do disco diamantado de corte na rocha. O resíduo de corte de rochas é carreado pela água utilizada na refrigeração e lubrificação dos discos de corte, sendo geralmente descartado como efluente comum ou depositado nos arredores das serrarias de rochas ornamentais (AFONSO,2005). Esse rejeito apresenta pequeno valor tecnológico agregado e, frequentemente, acaba depositado em aterros, pátios ou reservatórios, resultando em problemas de remanejamento de lixo e assoreamento de leitos fluviais. A produção brasileira de rochas ornamentais e de revestimento totalizou cerca de nove milhões de toneladas em 2009. Atrelada a essa grande produção está a grande quantidade de resíduo gerado na exploração das jazidas, estima-se que 7% desta produção seja de ardósia e que a geração de resíduos seja de 25% da produção, totalizando
1,5
×
10 5
toneladas
de
rejeitos
(ABIROCHAS,
2012).
Neste contexto, se verifica a necessidade de avaliar a potencialidade de uso dos resíduos de ardósia como adição mineral em argamassas e concreto Portland, atendendo a quesitos de qualidade, durabilidade, economia e ecologia. É de grande importância a busca por novas tecnologias, o desenvolvimento de pesquisas contemplando o uso de novos materiais como pozolanas que possam ser utilizadas como matérias primas para o emprego na indústria da construção civil. As pozolanas têm a capacidade de reagir e de se combinar com o hidróxido de cálcio formando compostos estáveis de poder aglomerante e sua adição ao concreto gera benefícios como aumento da durabilidade e trabalhabilidade do concreto, melhoria em suas propriedades mecânicas, redução do consumo do cimento Portland e do consumo de energia utilizada em sua produção. O propósito deste trabalho foi investigar a atividade pozolânica do resíduo particulado gerado pelo corte da ardósia e determinar a eficiência se sua utilização como adição mineral em materiais cimentícios.
3
2
OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral Estudar a atividade pozolânica do resíduo gerado pelo corte da ardósia de forma a determinar a eficiência de sua utilização como adição mineral em argamassas e concreto de cimento Portland.
2.2 Objetivos Específicos Realizar a caracterização química do resíduo através da Fluorescência de Raios X; Executar a caracterização física por Granulometria à Laser e Difração de Raios X (análise mineralógica); Determinar o Índice de Atividade Ati vidade Pozolânica (IAP) do resíduo pelo método previsto na norma NBR 5752 (ABNT, 1992); Avaliar a atividade pozolânica pozolânica pelo Método de Luxan;
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3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 Pozolanas
As pozolanas são definidas como substâncias constituídas de sílica e alumina, cuja principal propriedade é a capacidade de reagir e se combinar com o hidróxido de cálcio, formando compostos estáveis de poder aglomerante, tais como os silicatos e aluminatos de cálcio hidratados. Assim, no cimento Portland, o hidróxido de cálcio liberado pela hidratação dos silicatos reage com a pozolana, resultando em uma produção extra de silicatos de cálcio hidratados, que são os produtos mais estáveis do cimento Portland, responsáveis responsáveis pela resistência e durabilidade das argamassas e concretos (OLIVEIRA et al., 2004). Define-se como reação pozolânica essa reação química entre um material denominado de pozolânico e o hidróxido de cálcio, na presença de água originando a formação de compostos hidráulicos (COUTINHO, 2006). Segundo Carmo & Portella (2008) as fases químicas resultantes da reação pozolânica apresentam maior estabilidade. Destaca-se que, além da ação química, as pozolanas finamente pulverizadas possuem ação física, uma vez que atuam nos concretos e argamassas como material de preenchimento, melhorando o empacotamento do sistema (fillereffect). Tal fato é particularmente importante na densificação do sistema e no consequente aumento de resistência do material final (Baronio & Binda, 1997; Farias Filho et al., 2000). Para Vieira (2005), a combinação dos efeitos pozolânico e filler decorrentes da reação pozolânica representa uma contribuição importante para a resistência e durabilidade da pasta endurecida frente a meios ácidos. As pozolanas são utilizadas em substituição parcial do cimento Portland. Mielenz et al. (1951) apresentou alguns benefícios dessa adição: custa menos, reduz o calor de hidratação, melhorando a resistência à fissura térmica, tem moabilidade melhorada, diminui a permeabilidade e melhora a plasticidade do concreto reduzindo a segregação e escoamento de água, aumenta a resistência não só ao ataque de águas sulfatadas como também à compressão do concreto e, por fim, minimiza ou retarda o progresso da reação álcali-agregado. A adição ou a substituição de parte do cimento por pozolanas em argamassas e concretos confere, além da redução de custos,
5
melhoria na trabalhabilidade do concreto fresco e a durabilidade final do concreto (MEHTA e MONTEIRO, 2008). A substituição parcial do cimento por por pozolana implica ainda na economia de energia e na redução do custo de fabricação do cimento, o que aumenta o período de exploração das jazidas de calcário e argila e, consequentemente, o período de produção da fábrica de cimento. Além disso, há ainda um aumento da capacidade de produção sem necessidade de novos investimentos (SANTOS, 2006). Importante destacar que a pozolana apresenta eficiência até certos percentuais de substituição, uma vez que o efeito químico da mesma depende da disponibilidade de hidróxido de cálcio liberado pela reação do cimento. De um modo geral, cerca de 20 a 40% do cimento utilizado nos concretos podem ser substituídos por pozolana sem diminuição da resistência mecânica final e com diversas melhorias nas qualidades do produto (BAUER, 2005) Os materiais pozolânicos, em geral, necessitam de um tratamento t ratamento prévio para que seu uso se torne adequado, realizado por meio de um processo que vai desde a simples moagem até tratamentos térmicos (FREITAS, 2005). De acordo com Tiboni (2007), a superfície específica dos resíduos tem grande influência na atividade pozolânica em virtude de estar diretamente correlacionada à finura do material, afetando o grau de atividade pozolânica. Este comportamento é influenciado pela distribuição, forma e rugosidade superficial das partículas e pela distribuição dos poros existentes. Os mecanismos pelos quais os aditivos minerais influenciam as propriedades de concretos, argamassas e pastas são mais dependentes do tamanho, forma e textura das partículas do que de sua composição química (MEHTA & MONTEIRO, 2008).
3.2 Reutilização de Resíduos Resíduos
A construção civil é vista como grande agente impactante do meio ambiente dada a intensa utilização dos recursos naturais e grande quantidade de resíduos gerada e disposta em aterros pelo mundo. No entanto, é potencial consumidor de produtos reciclados, podendo utilizar seus próprios resíduos. A abundância, particularmente nas regiões que concentram concentram empresas mineradoras e de beneficiamento mineral; a diversificação de matérias-primas e a possibilidade de redução dos custos de produção são as maiores vantagens da utilização de r esíduos
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minerais na produção de materiais de construção (MENEZES et al., 2002b). Resíduos com atividade pozolânica podem ser utilizados utilizados em substituição ao cimento, contribuindo para a redução dos custos energéticos de produção ou agindo em sinergia com o cimento na melhora das propriedades mecânicas do produto final. Isso porque a principal propriedade de uma pozolana é a sua capacidade de reagir e de se combinar com o hidróxido de cálcio, formando compostos estáveis de poder aglomerante, tais como: silicatos e aluminatos de cálcio hidratados (ZAMPIERI, 1989). Vem aumentando nos últimos anos o interesse no uso de pozolanas e aditivos minerais em materiais alternativos como substitutos do cimento Portland, para a produção de argamassas e concretos (WILD et al., 1996; FARIAS FILHO et al., 2000; KULA et al., 2002; PACEWSKA et al.,2002; al .,2002; OLIVEIRA & BARBOSA, 2006; VARGAS et al., 2006). Essa abordagem recente objetiva a conservação e o desenvolvimento sustentável com a minimização do descarte dos materiais oriundos das atividades industriais. Logo, alternativas de reciclagem e/ou reutilização devem ser investigadas e, sempre que possível, implementadas (RAUPP-PEREIRA et al., 2006). Na mineração, grande parte dos rejeitos pode ser reciclada, reutilizada, t ransformada e incorporada, de modo a produzir novos materiais de construção e atender à crescente demanda por tecnologia mais simples, eficiente e econômica de construção. São inúmeros os benefícios que a reciclagem destes materiais apresenta, como a redução no volume de resíduos destinados a aterros sanitários, diminuindo o risco de contaminação do meio ambiente, e também a redução na quantidade de matériaprima necessária à produção de materiais para construção, preservando, assim, os recursos naturais. Além disso, diminui significativamente a liberação de CO 2 para a atmosfera, gás gerado em grande quantidade durante a produção, por exemplo, do cimento Portland e da cal, tanto pela queima do combustível quanto pela descarbonatação da rocha calcária (JOHN, 1999).
3.3 Ardósia A ardósia é uma rocha metamórfica de grão fino e homogêneo, opaca, composta por argila ou cinzas vulcânicas que foram metamorfizadas em camadas. É formada por longas placas ao longo de sua superfície planar, fenômeno conhecido como clivagem ardosiana e resulta da recristalização sobre pressão. Em sua constituição pode-se
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encontrar a presença de minerais como mica, quartzo, óxido de titânio, clorita e outros (SOUZA, 2000). O material apresenta boas propriedades físicas como dureza média, baixa porosidade, alta resistência mecânica aliada ao baixo custo, sendo uma matéria-prima muito utilizada na construção civil em coberturas e revestimentos de paredes e pisos. Somam-se ainda os atributos estéticos, flexibilidade em utilização tanto em áreas externas quanto internas e a facilidade de sua manutenção e limpeza, o que lhe assegura grande confiabilidade no mercado. As reservas de ardósia de Minas Gerais são praticamente inesgotáveis e consideradas o principal jazimento mundial de ardósias, de alta qualidade, atualmente conhecido e explorado. Na região central do estado está localizado o maior pólo produtivo do Brasil conhecido como Arranjo Produtivo Local (APL) de Ardósia e compreende uma área de 7.000 km 2 (FEAM, 2010). As principais áreas de extração e beneficiamento de ardósia estão situadas a uma distância média de 150 km de Belo Horizonte, abrangendo totalmente o município m unicípio de Papagaio e parcialmente os municípios de Caetanópolis, Felixlândia, Pompéu, Paraopeba, Curvelo, Martinho Campos e Leandro Ferreira. Somente o município de Papagaio concentra cerca de 80% do total da produção. Essas cidades formam a Província de ardósia de Minas Gerais, a maior reserva geológica mundial onde cerca de 400 empresas de lavra e de beneficiamento exploram e tornam o setor de ardósias um dos principais segmentos socioeconômicos da região. Dados tecnológicos indicam que as ardósias dessa região competem em qualidade com os melhores produtos dos diversos jazimentos mundiais. Além dos custos menores e maior produtividade na lavra, as ardósias brasileiras constituem um recurso mineral praticamente inesgotável (MPMSLATE, 2014). A produção mundial de ardósias ardósias situa-se em 4 milhões de t/ano, sendo sendo de 1,1 milhão t/ano as transações no mercado internacional. No Brasil, a extração de ardósia no Brasil iniciou-se na década de 70 e atualmente Minas Gerais ocupa o segundo lugar em termos de produção e exportação, atrás da Espanha e é também o segundo maior consumidor
mundial,
com
a
França
ocupando
a
primeira
posição
(COOPERARDOSIA, 2007). Segundo Chiodi Filho (2007), a produção brasileira de ardósia no ano de 2007 foi de 900 mil toneladas, referente a todo material extraído e encaminhado para o beneficiamento, enquanto que para 2008, a ABIROCHAS estimou uma produção
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nacional de 800 mil toneladas. Tomando-se como referência o ano de 2008, calculase a geração de 480 mil toneladas de resíduos, na forma de cacos, cavacos e lama de corte, acumulados nos bota-foras das serrarias nesse ano (FEAM, 2010). Segundo a Fundação Estadual do Meio Ambiente, admitindo-se admitindo- se que cerca de 20% do “rejeito” do beneficiamento refere-se a pó de serrada, temos uma geração de cerca de 100 mil t anuais de pó de ardósia no Brasil (480 mil t x 0,2). A extração dos blocos de rochas para produção pr odução de chapas é feito f eito através de serras de disco adiamantado e gera grande quantidade de resíduos na forma de lama composto basicamente de água, lubrificantes e rocha moída. Esse rejeito sem aproveitamento acumula-se nos pátios, reservatórios e córregos, comprometendo o meio ambiente (ABIROCHAS, 2012). Segundo Freitas (2012), a grande quantidade de rejeito proveniente do beneficiamento da ardósia decorre da baixa recuperação de placas com aproveitamento industrial inferior a 15% do volume extraído. Pouco se tem feito na melhoria desse quadro, como implementação de ações que visam minimizar os impactos negativos ao meio ambiente, apesar da importância econômica da ardósia. A falta de pesquisa pesquisa geológica, planejamento planejamento de lavra e pesquisa tecnológica tecnológica aplicada na produção e exportação de ardósia são fatores que contribuem para geração de problemas ambientais, como as grandes cavas abertas para extração, grandes pilhas de estéril e rejeitos, efluentes líquidos que contêm pó de serragem, cujo descarte é realizado de forma inadequada, próximo às lavras ou unidades de beneficiamento (FEAM, 2010). Algumas pesquisas tem utilizado a ardósia na produção de materiais cimentícios visando a diminuição dos impactos ambientais provocados por esses resíduos e melhorar as características do concreto. Segundo Dos-Santos et al. (2013), a utilização do rejeito de ardósia em porcentagens de até 15% é favorável, aumentando a resistência da argamassa.
3.4 Métodos de Determinação da Atividade Pozolânica
A atividade pozolânica consiste na capacidade de reação entre a sílica e a alumina amorfa de um dado material pozolânico, com o hidróxido de cálcio, na presença de água. Esta reação origina a formação de silicatos e aluminatos de cálcio hidratados,
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que se desenvolvem na hidratação do cimento Portland (CALLEJAS, 1958; FARIA, 2004). Segundo Vieira (2005), a sílica (SiO 2) e alumina (Al2O 3) em sua fase amorfa são as principais fases ativas das pozolanas, ou seja, é a estrutura amorfa ou desordenada atomicamente do silício e alumínio presentes em sua composição que tornam o material pozolânico capaz de reagir com a cal e formar compostos de propriedades aglomerantes. A sílica em forma cristalina apresenta baixa reatividade, portanto, quanto mais cristalino o material, menor a reatividade. E, consequentemente, quanto maior for a estrutura amorfa da pozolana, maior será a combinação e velocidade de reação com o hidróxido de cálcio (MASSAZZA, 1993) Neville destaca (1997 apud WEBER, 2001) que para que a pozolana combine-se com o hidróxido de cálcio, liberado pela hidratação do cimento Portland, e forme f orme os silicatos estáveis com propriedades cimentantes, a pozolana deve se apresentar finamente dividida. As formas pelas quais as adições minerais influenciam as propriedades de concretos, argamassas e pastas são mais dependentes do tamanho, forma e textura das partículas do que de sua composição química (MEHTA E MONTEIRO, 2008). A finura afeta a reatividade com a água, pois sendo um material fino preenche os vazios, apresentando o efeito secundário de filler (JOHN et al., 2003). Segundo Massazza (1993) dois parâmetros essenciais baseiam a atividade pozolânica: a quantidade máxima de hidróxido hi dróxido de cálcio que uma pozolana consome e a velocidade com que essa reação ocorre, sendo ambos os parâmetros diretamente relacionados com as características físicas e químicas da pozolana. O potencial pozolânico de um dado material pode ser estimado por vários métodos, de forma a quantificar ou qualificar a reatividade de uma adição com o cimento Portland através da medição de propriedades mecânicas, físicas e químicas. A classificação dos métodos utilizados se dá como diretos ou indiretos. Os métodos diretos monitoram a presença de hidróxido de cálcio e sua variação no tempo ao longo da reação pozolânica, usando métodos analíticos como a difração de raios X, análise termogravimétrica ou métodos químicos (DONATELLO, 2010). Já os métodos indiretos avaliam as variações de uma propriedade física, por exemplo, a resistência à compressão, condutividade elétrica ou libertação de calor por calorimetria. Geralmente, os resultados dos métodos indiretos são validados pelos métodos diretos, confirmando a ocorrência de reatividade pozolânica (DONATELLO, 2010).
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3.4.1 Método Chapelle Modificado
É um método químico que avalia a quantidade de óxido de cálcio (CaO) que reage com uma dada pozolana. A pozolanicidade do material é determinada pela quantidade de cal fixada pela pozolana, através da comparação de uma mistura d e pozolana com óxido de cálcio com outra sem pozolana. As misturas são mantidas à eb ulição (90°C), durante 16 horas em equipamento padronizado para o ensaio e, em seguida, determina-se a quantidade de óxido de cálcio que não reagiu. A quantidade de óxido de cálcio consumido representa a reatividade do material e segundo Ferraz (2012), é uma metodologia simples, rápida e eficiente de determinar a reatividade pozolânica. Este ensaio foi desenvolvido por J. Chapelle (1958) e posteriormente Benoit e Largent efetuaram algumas alterações relacionadas ao nível da temperatura, à duração do ensaio e introduziram a agitação constante. Segundo o Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo (IPT) o procedimento consiste em manter em ebulição, durante 16 horas, uma mistura de 1 g de óxido de cálcio, 1g de pozolana e água. O resultado é determinado por titulometria (titulação ácido-base) e expresso pela quantidade de óxido de cálcio consumido ou fixado por grama de material pozolânico (mg CaO/g pozolana), sendo a precisão de ±5%. Quanto maior consumo de óxido de cálcio, maior a pozolanicidade do material (SANTOS, 2006). É considerado pozolânico quando apresenta um índice de consumo mínimo de 330 mg de CaO/g da amostra. Rêgo (2001) opõe-se a este princípio argumentando que o hidrato formado nessas condições (alta temperatura) não tem a mesma natureza e nem a mesma solubilidade solubili dade daquele formado à temperatura ambiente.
3.4.2 Análise Térmica
Análise Térmica é um termo que abrange um grupo de técnicas nas quais uma propriedade física ou química de uma substância, ou de seus produtos de reação, é monitorada em função do tempo ou temperatura, enquanto a temperatura da amostra, sob uma atmosfera específica, é submetida a uma programação controlada. Essa definição foi originalmente proposta pelo Comitê de Nomenclatura da Confederação
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Internacional de Análises Térmicas (ICTA). A Figura 1 ilustra duas técnicas de análise térmica muito utilizadas.
Figura 1 - Técnicas de Análise Térmica Uma das técnicas termo-analíticas é a Termogravimetria (DTA e DTG), na qual a variação da massa de uma amostra é medida em função da temperatura, enquanto esta é submetida à uma programação controlada da temperatura. As curvas analise termogravimétrica (TGA) e termogravimétrica derivada (DTG) são tipicamente representadas como na Figura 2.
Figura 2 - Gráfico de TGA (vermelho) e DTG (azul)
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A ordenada é apresentada usualmente em percentual de massa wt%, ao invés da massa total, proporcionando assim uma fácil comparação entre várias curvas em uma base normalizada. A forma comum de análise análise da curva termogravimétrica termogravimétrica é traçando os dados da perda de massa da amostra no eixo das ordenadas pelo aumento da temperatura ou ao longo do tempo no eixo das abscissas. Para facilitar a identificação de um composto a partir de um determinado trecho é obtida a curva derivada a primeira em relação à curva de perda de massa. Para os trechos tr echos da curva de perda de massa em que houver uma mudança na inclinação, resultará na curva derivada a primeira, picos que representam uma decomposição (ou reação) de um determinado composto químico (NITA E JOHN, 2007). Sabendo-se que diferentes compostos químicos se transformam em diferentes temperaturas características e conhecendo-se aproximadamente a composição química do material é possível quantificar a presença de fases pela perda de massa a dada temperatura. Segundo Ramachandran (1979) é um dos métodos mais difundidos para a determinação do consumo de hidróxido de cálcio, Ca(OH) 2, pela reação pozolânica das adições minerais no concreto. A atividade pozolânica é avaliada em função do teor de hidróxido de cálcio remanescente. Por meio das técnicas DTA e DTG, pode-se observar que os produtos hidratados presentes na matriz perdem a água quimicamente combinada em picos característicos. O hidróxido de cálcio livre presente em pastas de cimento hidratadas se decompõe termicamente e perde água em um processo de desidratação que, de acordo com Taylor (1997), ocorre na faixa de temperatura entre 380 e 550 °C. Através da análise da curva de termogravimetria (TG) é possível avaliar o teor água quimicamente combinada relativa ao hidróxido de cálcio, Ca(OH) 2 livre, presente em pastas de cimento hidratadas em que parte do cimento Portland foi parcialmente substituído por materiais pozolânicos, caracterizando a reação pozolânica. De acordo com Marsh e Day (1998) e Massaza (1998) as técnicas de análise térmica e termogravimétrica podem ser utilizadas em materiais cimentícios com adições minerais dado que os sais hidratados formados pelo cimento Portland e os formados pela reação pozolânica possuem composição química muito próxima. Roszczynialski (2001) afirma que a composição química aproximada do hidróxido de cálcio é semelhante para o cimento hidratado com ou sem adição de pozolana, facilitando a
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comparação, na termogravimetria, da perda de água referente à portlandita presente em pastas de cimento com adições minerais. Taylor (1997) diz que a temperatura em que ocorre o início do desprendimento da água do hidróxido de cálcio situa-se em 380ºC, sendo praticamente decomposto na temperatura de 550ºC com total perda de água de sua estrutura química. Ou seja, é nessa faixa que se pode observar que o produto hidratado estudado, hidróxido de cálcio, perde água quimicamente combinada em picos característicos. Assim, a determinação da atividade pozolânica se dá com a diminuição desse pico ao longo do envelhecimento, representando o consumo de hidróxido de cálcio. O equipamento utilizado na análise termogravimétrica é basicamente constituído por uma microbalança, um forno, termopares e um sistema de fluxo de gás, conforme detalhe na Figura 3.
Figura 3 - Equipamento de Termogravimetria A análise térmica diferencial (DTA) é a técnica na qual a diferença de temperatura entre uma substância e um material de referência é medida em função da temperatura, enquanto a substância e o material de referência são submetidos a uma programação controlada de temperatura. No procedimento, a amostra e o material de referê ncia são
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submetidos à mesma programação de aquecimento monitorada pelos sensores de temperatura, geralmente termopares. A referência pode ser alumina em pó, ou simplesmente a cápsula vazia. Ao longo do programa de aquecimento a temperatura da amostra e da referência se mantém iguais até que ocorra alguma alteração física ou química na amostra. Se a reação for exotérmica, a amostra irá liberar calor, ficando por um curto período de tempo, com uma temperatura maior que a referência. Do mesmo modo, se a reação for endotérmica a temperatura da amostra será temporariamente menor que a referência. Mudanças na amostra tais como fusão, solidificação e cristalização são então registradas sob a forma de picos, conforme Figura 4, sendo a variação na capacidade calorífica da amostra registrada como um deslocamento da linha base.
Figura 4 - Curva típica de uma análise térmica diferencial Onde: a) Variação da capacidade calorífica b) Reação exotérmica c) Reação endotérmica A curva DTA DTA é então então registrada tendo tendo a temperatura temperatura ou o tempo na na abscissa, abscissa, e μV na ordenada (diferença de temperatura).
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O uso principal da DTA é detectar a temperatura inicial dos processos térmicos e qualitativamente caracterizá-los como endotérmico e exotérmico. Este tipo de informação, fazem este método particularmente valioso na determinação do consumo de hidróxido de cálcio. Picos endotérmicos entre 500 e 600°C estão associados à portlandita (Ca(OH)2) residual. Dessa forma, quanto menor é a área do pico do hidróxido de cálcio, consequentemente, maior é o consumo de hidróxido de cálcio e maior o potencial pozolânico (MANFROI et al., 2010).
3.4.3 Difração de Raios X
A análise por por difração de raios-X representa o fenômeno de interação entre o feixe de raios-X incidente e os elétrons dos átomos componentes de um material. Segundo Gobbo (2003), a técnica consiste na incidência da radiação em uma amostra e na detecção dos fótons difratados, que constituem constituem o feixe difratado. O feixe difratado é normalmente expresso através de picos registrados num espectro de intensidade versus o ângulo, constituindo o padrão difratométrico ou difratograma, sendo que cada composto cristalino apresenta um padrão difratométrico característico, permitindo sua identificação através das posições angulares e intensidades relativas dos picos difratados. No estudo de agregados policristalinos através do método do pó, a amostra é pulverizada, fixada a um porta-amostra por prensagem e submetida a um feixe de raios-x monocromático. Cada partícula deste pó vai se comportar como um pequeno cristal, com orientação aleatória em relação ao feixe de raios-x incidente. O inconveniente da técnica é a sobreposição de reflexões dos componentes, misturando as informações contidas na intensidade e dificultando a análise de um material com número excessivo de compostos cristalinos. A identificação das substâncias é obtida através da comparação dos espectros observados com padrões de espectros de fases individuais disponibilizados pelo ICDD (International Center for Diffraction Data). A técnica da difração de raios x é tradicionalmente utilizada para identificação de fases, em caráter qualitativo, e na determinação das proporções das fases de uma mistura, propiciando também uma análise quantitativa. É uma prática que tem sido impulsionada por avanços nos sistemas computacionais (GOBBO, 2009).
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Para medição do efeito das pozolanas no consumo deve-se observar a evolução da intensidade dos picos da portlandita, forma mineral do hidróxido de cálcio no cimento (LEA, 1971). Os principais estão localizados nos ângulos 18,94° e 34,10°. Na hidratação do cimento Portland sem pozolana esses picos a umentam no decorrer da hidratação da alita e belita, desde que não ocorra carbonatação. Em uma pasta de cimento com material pozolânico parte ou todo t odo o hidróxido de cálcio é consumido por reação(ões) com a pozolana, o que normalmente provoca uma redução na intensidade dos picos correspondentes. Por serem fases amorfas, os picos de CSH (silicatos de cálcio hidratados) não sofrem alterações tão significativas, dessa forma a variação da intensidade dos picos no DRX está relacionada com a quantidade do hidróxido de cálcio. Em pesquisa desenvolvida por Souza et. al., (2011) confirmou-se a atividade pozolânica de resíduo cerâmico em pastas de cimento aditivadas com 10, 20 e 30% de substituição. A Figura 5 mostra os resultados do ensaio de difração de raios x no qual é possível ver claramente a diminuição da intensidade dos picos de Portlandita da pasta aditivada em relação à pasta de referência. Analisando os difratogramas, observa-se que todas as amostras apresentaram as mesmas fases, porém com alterações na intensidade dos picos em relação à pasta de referência. Os dados revelam que as pastas contendo resíduo cerâmico possuem um teor de hidróxido de cálcio inferior à pasta de referência e, ainda, apresentam uma redução à medida que aumenta a concentração do aditivo (redução diretamente proporcional a quantidade de resíduo adicionado). Este efeito está relacionado às reações pozolânicas provocadas pelo resíduo cerâmico na matriz de cimento (SOUZA et. al., 2011). No entanto, análises de perda de massa do Ca(OH) 2, como a difração e análise térmica, devem ser realizadas considerando que parte do hidróxido de cálcio perdido é referente à quantidade de cimento que foi substituída e não reagirá com a água, levando à uma menor produção do mesmo. Dessa forma, somente parte da diminuição da área dos picos corresponde à reação do hidróxido de cálcio com o material e significa real ocorrência de atividade pozolânica.
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Figura 5 – 5 – Consumo Consumo de Portlandita em Pasta de Cimento
3.4.4 Método de Luxán
Este método, proposto por Luxan et al. (1989), consiste em avaliar a pozolanicidade através da variação da condutividade de uma solução saturada de hidróxido de cálcio, Ca (OH)2, antes e depois de 2 minutos da pozolana ser adiciona e misturada de forma continua na solução a 40ºC. Para tal, recorre à mistura de 5 g de pozolana em 200 ml de solução. Após a adição da pozolana, pozolana, a condutividade decresce decresce devido a menor quantidade de de íons de cálcio (Ca 2+) e hidroxilas (OH-) na solução, sendo o índice de atividade pozolânica definido como a relação entre condutividade elétrica antes da pozolana ser adicionada à solução e após o tempo decorrido de 120 segundos. A taxa de variação
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da condutividade elétrica está relacionada com reatividade da pozolana, quanto maior a diferença, maior a reatividade do material. De acordo com o índice de atividade pozolânica determinado pelo método proposto por Luxán et al. (1989) as pozolanas naturais são classificadas em três grupos: • Materiais sem atividade pozolânica: Δ mS/cm < 0,4; • Materiais de atividade pozolânica moderada: Δ mS/cm < 1,2; • Materiais de boa atividade pozolânica: Δ mS/cm > 1,2; O método tem como objetivo determinar a capacidade da sílica amorfa da pozolana reagir com o Ca(OH) 2 da solução formando silicato de cálcio hidratado, que precipita como composto insolúvel, diminuindo a concentração de íons cálcio da solução. Rodrigues (2004) afirma que o método em discussão apresenta como vantagem a simplicidade de aplicação. No entanto, o decréscimo da condutividade elétrica pode não refletir de forma realista o grau de atividade pozolânica da adição mineral. Isto porque, em muitos casos, pode ocorrer a nucleação com os íons Ca 2+, sendo apenas atraídos para a superfície das partículas, sem efetivamente ocorrer a reação entre íons e sílica amorfa; principalmente considerando-se o curto período empregado na obtenção da variação da condutividade elétrica. Desta forma, o decréscimo na condutividade seria muito mais uma função da superfície específica das partículas do que do teor de material necessariamente reagido.
3.4.5 Índice de Atividade Pozolânica – NBR 5752 (ABNT, 1992)
Esta norma descreve o método de determinação do índice de atividade pozolânica com cimento Portland. Trata-se de um método físico de determinação da pozolanicidade (CORDEIRO, 2009). O método de ensaio é avaliado em função do desempenho mecânico de duas argamassas, preparadas com o proporcionamento e a consistência padronizados (CORDEIRO, 2009). Define-se o índice de atividade pozolânica com cimento Portland como sendo a relação entre a resistência à compressão aos 28 dias dos corpos de prova de argamassas moldados com pozolanas e cimento e os corpos de prova de argamassa somente com cimento. Decorrido esse período, são retirados do recipiente
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e submetidos a ensaios de resistência à compressão. Os resultados são comparados com a NBR 12653/1992 (ABNT, 1992), que estabelece os índices de pozolanicidade. Esse índice é expresso em porcentagem e valores iguais ou superiores a 75% indicam material pozolânico (WEBER, 2001). Neste ensaio, o teste de consistência padrão da argamassa de cimento Portland é realizado variando a relação água/materiais cimentantes. De acordo com Gava (1999) e Weber (2001) é um método com algumas limitações já que os resultados podem ser facilmente influenciados por fatores externos, como por exemplo, a composição do cimento usado e a variação da relação água/aglomerante.
4 METODOLOGIA EXPERIMENTAL E RESULTADOS RESULTADOS O planejamento experimental foi desenvolvido com o objetivo de estudar o potencial pozolânico do resíduo de corte de ardósia (RCA) e a viabilidade técnica do seu uso em argamassas produzidas com cimento Portland. Visando à elucidação dos objetivos propostos, as etapas desenvolvidas serão descritas na sequência e resumidas pela Tabela 1. O RCA que foi utilizado nos ensaios é proveniente da cidade de Pará de Minas, em Minas Gerais, especificamente da Mineradora MPM SLATE. Foi transportado e acondicionado adequadamente adequadamente no Laboratório de Materiais de Construção da UFOP, assim como os outros insumos necessários à pesquisa. O programa experimental propõe a determinação da atividade pozolânica do material, após caracterizá-lo e passar por processos de secagem e moagem. Inicialmente foi realizado ensaio de massa específica, apresentando um valor de 3000 Kg/m 3. A caracterização das amostras do resíduo foram realizadas por Fluorescência de Raios X (análise química), Granulometria à Laser (tamanho das partículas) e Difração de Raios X (análise mineralógica). A atividade pozolânica pode ser qualificada, ou quantificada por vários métodos. Nessa pesquisa foram utilizados o Método de Luxán e o ensaio de resistência à compressão (NBR 5752).
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Tabela 1 – 1 – Programa Programa Experimental
Ensaio
Metodologia
Secagem
Estufa
Moagem
Moinho de bolas horizontal
Tamanho das partículas
Granulometria à laser
Análise Química
Fluorescência de raios X
Análise Mineralógica
Difração de Raios X
Avaliação da condutividade elétrica
Método de Luxán
Resistência Mecânica
Ensaio de Compressão Simples - NBR 5752
Beneficiamento do RCA
Caracterização
Atividade Pozolânica
4.1 Preparo das amostras O resíduo de corte de ardósia é um material fino, retirado dos tanques de decantação na forma de lama que, após a secagem em temperatura ambiente, apresenta-se na forma de torrões. Para usá-lo foi necessário processos de secagem e moagem.
4.1.1 Tratamento térmico e moagem do RCA O resíduo passou por tratamento térmico, sendo seco em estufa por 24 horas a uma temperatura de 110 ± 5ºC, resultando em material bastante f ino, em forma de torrões. Após a secagem, o material foi moído em um moinho horizontal, no qual a moagem ocorre pela movimentação horizontal devido a sua rotação, durante tempo necessário para desaglomeração. Foi usado moinho de bolas da marca Marconi, conforme Figura 6, onde o material permaneceu por 20 minutos. O objetivo do processamento por
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moagem é a diminuição do tamanho t amanho das partículas de um material sólido, promovendo um aumento da superfície específica e possibilitando melhor capacidade de reação com outros materiais. Para obtenção da finura adequada, o material foi peneirado na peneira de 200 mesh, de abertura de malha de 75 μm (0,075mm).
Figura 6 – 6 – Moinho Moinho de Bolas Horizontal
4.2
Caracterização do RCA
4.2.1 Análise Granulométrica à Laser
Com a intenção de determinar as características granulométricas (tamanho dos grãos e sua respectiva distribuição granulométrica) da fração de material passante na peneira de malha 150µm (100 mesh) foi realizado ensaio de granulometria a laser. Foi utilizado o granulômetro a laser da marca Bettersize, conforme Figura 7. As curvas obtidas a partir do ensaio são mostradas na Figuras 8. A granulometria foi representada através das porcentagens acumuladas, correspondentes a 10, 50 e 90 %, sendo que 10% do resíduo está abaixo de 1,153 μm, 50% abaixo de 6, 211 μm e 90% abaixo de 59,23 μm, de acordo com a Tabela 2.
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Figura 7 – 7 – Granulômetro Granulômetro à Laser
Figura 8 – 8 – Curvas Curvas de Distribuição Granulométrica
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Tabela 2 – 2 – Diâmetro Diâmetro das Partículas Partículas (μm)
Diâmetro da Partículas Partículas (μm) Amostra
D10%
D50%
D90%
Resíduo de Corte de Ardósia
1,153
6,211
59,23
Considerando, D10% - Dez por cento das partículas estão abaixo deste diâmetro; D50% - Diâmetro mediano (50% abaixo e 50% acima deste diâmetro); D90% - Noventa por cento das partículas estão abaixo deste diâmetro.
4.2.2 Análise Química Química por Fluorescência de Raios Raios X
Na análise de fluorescência do resíduo de corte da ardósia foi utilizado o espectrômetro de Raios X Shimadzu, modelo EDX7000, representado na Figura 9. Esta técnica permitiu a análise química qualitativa do RCA, apresentando seus principais elementos. Importante ressaltar que essa análise é semi-quantitativa, não refletindo as porcentagens efetivas de cada componente químico. O ensaio apresentou, conforme a Figura 10: • teores altos de Si e Fe; • teores médios de Al, K e Ca; • teores baixos de Ti e S; • e traços de Mg, Mn, Sr, Zr, Zn, V, Y e Rb.
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Figura 9 - Espectrômetro de Raios X
Figura 10 – 10 – Resultado Resultado Fluorescência de Raios X O alto teor de Sílica e Alumínio no material indica que ele pode apresentar atividade pozolânica quando adicionado à materiais à base de cimento Portland, dado que a principal característica das pozolanas é a presença se silicatos e aluminatos em sua composição.
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4.2.3 Análise Mineralógica Mineralógica por Difração de Raios X
O resíduo foi caracterizado fisicamente pela técnica de Difração de Raios X, utilizada para determinar as fases (minerais) presentes. A análise foi realizada no difratômetro EMPYREAN da Panalytical (com detector X´Celerator) no Departamento de Geologia da Universidade Federal de Ouro Preto, representado pela Figura 11. O difratograma foi coletado com radiação de CuKα CuK α. Cada composto cristalino apresenta um padrão difratométrico característico e a sobreposição do padrão de cada mineral componente forma o difratograma do material analisado. Segundo Filho et al. (2003), os minerais quartzo, muscovita e clorita fazem parte da composição mineralógica da ardósia. A análise análise por difração de raios X, exibida na Figura Figura 12, revelou que o rejeito é formado, em grande parte por sílica (SiO 2) na forma de quartzo, indicando que esse resíduo, ao ser moído e adicionado ao cimento, pode apresentar atividade pozolânica. Os minerais muscovita, albita e clorita também foram identificados.
Figura 11 – 11 – Difratômetro Difratômetro de Raios X
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Figura 12 – 12 – Difratograma Difratograma de raios X do resíduo de corte de ardósia
4.3
Avaliação da Atividade Pozolânica do RCA
4.3.1
Ensaio de Luxan
Este método consiste em medir a pozolanicidade do resíduo de corte de ardósia através da variação da condutividade elétrica de uma solução saturada de hidróxido de cálcio, antes e depois de 2 minutos da pozolana ser adicionada e misturada de forma contínua na solução. Para isso, utilizou-se 200 ml de solução saturada de Ca(OH)2 a 40 ºC e 5,0g de RCA em um recipiente r ecipiente com agitador magnético. Adicionado o material, monitorou-se a variação da condutividade e definiu-se o Índice de Atividade Pozolânica como sendo a relação entre a condutividade antes e após 120 segundos da adição do resíduo. Para a realização do ensaio foram utilizados os seguintes materiais e equipamentos: • Água destilada; • Hidróxido de cálcio PA, • Amostras de resíduo de corte de ardósia secas e moídas; • Condutivímetro da marca Hanna; • Agitador magnético com controle de temperatura; • Becker de 200 ml.
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O procedimento de preparação da solução saturada consiste, inicialmente, em manter em aquecimento 200 ml de água destilada em um Becker, agitando constantemente através de agitador magnético. Atingida a estabilização da temperatura de 40 ºC (temperatura controlada por meio de um termômetro de mercúrio), adicionou-se 0,3 g de hidróxido de cálcio puro. Após a dissolução total do Ca(OH) 2 introduziu-se na solução um sensor de condutividade da marca Hanna, e foi realizada a medição inicial da condutividade elétrica em mS/cm. Em seguida, foi adicionado à solução 5 g do material a ser avaliado. Transcorridos 120 segundos da adição realizou-se a leitura final da condutividade no condutivímetro. O Índice de Atividade Pozolânica foi então calculado como sendo a relação entre a condutividade elétrica antes da adição do RCA, e aquela após decorridos dois minutos da adição. As figuras 13 e 14 ilustram o procedimento experimental e aparato necessários para medição das condutividades das soluções antes e após a adição da pozolana.
Figura 13 - Medição Inicial I nicial da Condutividade Elétrica
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Figura 14 - Medição Final da Condutividade Elétrica
De acordo com o método proposto por Luxan et. al (1989), a pozolanicidade do material pode ser classificada de acordo com a variação de condutividade. A Tabela 3 representa os três grupos em que as pozolanas naturais se dividem de acordo com sua reatividade: Tabela 3 - Classificação dos Materiais Pozolânicos quanto à Condutividade
Pozolanicidade do material
Condutividade (mS/cm)
Sem atividade
< 0,4
Atividade Moderada
0,4 a 1,2
Boa atividade
> 1,2
Os resultados obtidos através do ensaio são apresentados pela Tabela 4:
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Tabela 4 – 4 – Resultados Resultados Referentes ao Ensaio de Luxan
Material Analisado
Granulometria
Leitura Inicial
Leitura Final
(mS/cm)
(mS/cm)
8,99
8,69
Condutividade Elétrica (mS/cm)
Passante na Resíduo de
peneira de
corte ardósia
abertura 75
1,03
µm
De acordo com o método proposto, o material apresenta atividade pozolânica moderada. Observou-se a formação de material precipitado na solução, sugerindo a reação entre a sílica amorfa presente no pó do resíduo e os íons livres de cálcio (Ca 2+ ), diminuindo a concentração destes e favorecendo o decréscimo da condutividade.
4.3.2 Ensaio de Resistência à Compressão Compressão - NBR 5752, 1992 A avaliação da atividade pozolânica do resíduo de ardósia seguiu as diretrizes e o método de ensaio descrito na norma brasileira NBR 5752 (ABNT, 1992a) - “Materiais Pozolânicos: Determinação de Atividade Pozolânica com cimento Portland- Índice de Atividade Pozolânica com cimento”. cimento”. A norma norma determina o Índice de Atividade Pozolânica (IAP) de uma adição mineral com cimento Portland. O IAP é a relação entre os valores de resistência à compressão de uma argamassa com 65% de cimento e 35% de pozolana e de uma argamassa de referência (100% de cimento como aglomerante). Os seguintes materiais e equipamentos foram utilizados: • Cimento CP III 40 RS; • Areia normal; • Balança; • Moldes para os corpos de prova;
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• Mesa e acessórios para índice de consistência; • Misturador mecânico da marca Solotest; • Prensa Mecânica da marca EMIC.
Para o ensaio mecânico, foram misturados m isturados mecanicamente mecanicamente dois traços de argamassa. A primeira argamassa, admitida como de referência, utiliza apenas cimento, areia normal e água, enquanto que na segunda argamassa, parte do volume de cimento (35%) é substituído pela pozolana que se pretende analisar. As relações água/aglomerante, assim como as quantidades em massa necessárias de cada material estão descritos na NBR 5752, representadas na Tabela 6. A confecção dos exemplares seguiu as recomendações da NBR 7215 (ABNT,1996) – “Cimento Portland – Portland – Determin Determinação ação da resistência à compressão”. As quantidades requeridas foram pesadas separadamente em balança, estando representadas na Tabela 5, e visando a homogeneidade dos constituintes as misturas foram executadas mecanicamente com o auxílio de uma argamassadeira com movimento planetário da marca Solotest. Para o ensaio de índice de consistência na mesa, o abatimento de tronco de cone das misturas ficou estipulado em 225 ± 5 mm. Em seguida os moldes receberam uma camada de óleo mineral de baixa viscosidade para facilitar o desmolde posteriormente. Foram moldadas dez corpos de prova, em moldes cilíndricos 50 mm x 100 mm, sendo cinco de referência e cinco com a substituição da pozolana. Esse procedimento foi executado em quatro camadas, recebendo cada uma 30 golpes com o soquete manual. Após o adensamento e regularização dos topos, foram colocadas placas de vidro cobrindo a superfície exposta e protegendo contra perda de água por evaporação. Logo após a moldagem foram submetidos à cura inicial por 24 horas, com temperatura de 23 ± 2°C, 2°C , e depois de desmoldados foram mantidos em câmara úmida à temperatura de 38 ± 2°C durante 27 dias. A cura foi feita tomando-se medidas de precaução para evitar a evaporação da água utilizada na mistura do concreto e que devia reagir com o cimento, hidratandoo. Decorrido o período de cura os exemplares foram retirados da câmara úmida meia hora antes do ensaio destrutivo, receberam capeamento com uma composição de enxofre, conforme detalhe na Figura 15, e tiveram o diâmetro medido no meio da altura. A determinação da propriedade mecânica de de resistência à compressão foi
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executada em uma máquina de ensaios de compressão uniaxial da marca EMIC, modelo DL20000. Tabela 5 - Dosagem de Materiais no Ensaio da NBR 5752 Dosagem dos Materiais (g) Material Argamassa de Referência Referência
Argamassa com Substituição
Cimento Portland
624
405,6
Material Pozolânico
_
182
Areia Normal
1872
1872
Água
390
385
A Figura 16 ilustra a prensa prensa mecânica utilizada utilizada no rompimento dos corpos de de prova e a Tabela 6 as resistências à compressão obtidas.
Figura 15 – 15 – Exemplares Exemplares devidamente capeados
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Figura 16 – 16 – Rompimento Rompimento dos corpos de prova na prensa mecânica Tabela 6 – 6 – Resistência Resistência Mecânica das Argamassas Corpo de Prova
Resistência à Compressão Resistência à Compressão REFERÊNCIA (MPA) SUBSTITUIÇÃO (MPA)
CP1
15,7
10,2
CP2
15,4
10,7
CP3
17,4
10,8
CP4
14,5
10,5
CP5
14
11,7
MÉDIA
15,37
10,78
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Os resultados do ensaio de determinação da atividade pozolânica com cimento Portland são apresentados na Tabela 7. Tabela 7 – 7 – Resultado Resultado do Ensaio da NBR 5752
Argamassas
Resistência média a compressão (MPa)
Índice de Atividade Pozolânica (%)
Classificação conforme NBR 12653
Referência
15,37
100,0
-
Substituição de 35%
10,78
70,1
Sem atividade
De acordo com os resultados obtidos, a argamassa não atingiu o Índice de Atividade Pozolânica de 75%, não atendendo a exigência mínima física imposta pela NBR 12653 (Materiais pozolânicos/1992). pozolânicos/1992). No entanto, o valor valor obtido é próximo próximo ao exigido.
5 CONCLUSÃO As análise mineralógica e química do resíduo de corte de ardósia mostraram que o material possui grande porcentagem de sílica e alumina em sua composição, indicando que o material poderia apresentar atividade pozolânica se utilizado em como substituição em produtos produtos à base de cimento Portland. Portland. No entanto, os resultados da avaliação da pozolanicidade apresentaram certa divergência. Pelo método de Luxán o material apresentou atividade pozolânica, porém, pelo ensaio da NBR 5752 essa propriedade não foi identificada no material. A divergência nos resultados pode ser explicada pela possibilidade de que, no ensaio de Luxán, os íons de cálcio não reagiram efetivamente com o material, sendo apenas atraídos para a superfície do mesmo. Isso implica que, o decréscimo da condutividade estaria ligado à área superficial do material analisado e não necessariamente à reatividade do resíduo com os íons da solução, reduzindo a confiabilidade do método. Segundo Rodrigues (2004)
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os resultados desse ensaio devem ser analisados com cautela, de forma a não interpretar erroneamente a diminuição da condutividade da mistura. A utilização do rejeito de ardósia não prejudicou as propriedades finais das peças a ponto de inviabilizar seu uso, pelo contrário, substituindo-se 35% do cimento Portland pelo resíduo reciclado obteve-se 70% da resistência da argamassa de referência. Com essa substituição, além economizar uma quantidade significativa de cimento, reduzir o custo de produção e o volume de resíduo destinado a aterros, garante-se até 70% da resistência mecânica obtida sem a adição. Esse valor determinado neste estudo ficou próximo ao exigido por norma, de modo que recomenda-se um aprofundamento na pesquisa afim de conhecer melhor o comportamento do resíduo em materiais cimentícios e a viabilidade de seu uso como uma alternativa de adição mineral na produção de argamassas e concretos de cimento Portland. O trabalho desenvolvido traz várias vantagens, uma vez que o potencial de reaproveitamento e reciclagem deste resíduo se apresenta como uma forma de contribuição para o desenvolvimento sustentável, minimização dos danos ambientais, preservação de recursos naturais e obtenção de materiais de baixo custo.
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