Dissertação Fabio Watanabe-geral - Pós Banca

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM Formação: Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais DISSERTAÇÃO DE MESTRADO OBTIDA POR Fábio André Watanabe ESTUDO SOBRE A UTILIZAÇÃO DE AREIA DE FUNDIÇÃO RESIDUAL COMO AGREGADO NA CONFECÇÃO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO Apresentada em 17/12/2004 Perante a Banca Examinadora: Prof. Dr. Enori Gemelli - presidente (UDESC) Prof. Dr. Nivaldo Cabral Kuhnen (UFSC) Profa. Dra. Marilena Valadares Folgueras (UDESC) Prof. Dr. Sivaldo Leite Correia (UDESC) 2 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM DISSERTAÇÃO DE MESTRADO Mestrando: FÁBIO ANDRÉ WATANABE – Engenheiro Mecânico Orientador: Prof. Dr. ENORI GEMELLI CCT/UDESC – JOINVILLE ESTUDO SOBRE A UTILIZAÇÃO DE AREIA DE FUNDIÇÃO RESIDUAL COMO AGREGADO NA CONFECÇÃO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO DISSERTAÇÃO APRESENTADA PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS DA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA, CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT, ORIENTADA PELO PROF. DR. ENORI GEMELLI. Joinville 2004 iii 3 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT COORDENAÇÃO DE PÓS-GRADUAÇÃO - CPG “Estudo sobre a utilização de areia de fundição residual como agregado na confecção de pavimentos de concreto” por Fábio André Watanabe Essa dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS na área de concentração "Cerâmica", e aprovada em sua forma final pelo CURSO DE MESTRADO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS DO CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA Dr. Enori Gemelli (Presidente) Banca Examinadora: Dr. Nivaldo Cabral Kuhnen UFSC/SC Dra. Marilena Valadares Folgueras UDESC/SC Dr. Sivaldo Leite Correia UDESC/SC iv 4 FICHA CATALOGRÁFICA NOME: WATANABE, Fábio André. DATA DEFESA: 17/12/2004. LOCAL: Joinville, CCT/UDESC. NÍVEL: Mestrado Número de ordem: – CCT/UDESC. FORMAÇÃO: Ciência e Engenharia de Materiais. ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: Cerâmica. TÍTULO: Estudo Sobre a Utilização de Areia de Fundição como Agregado na Confecção de Pavimentos de Concreto. PALAVRAS - CHAVE: Resíduo, Concreto, Pavimento, Areia de Fundição. NÚMERO DE PÁGINAS: xi, 121 p. CENTRO/UNIVERSIDADE: Centro de Ciências Tecnológicas da UDESC. PROGRAMA: Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM . CADASTRO CAPES: 4100201001P-9. ORIENTADOR: Dr. Enori Gemelli. PRESIDENTE DA BANCA: Dr. Enori Gemelli. MEMBROS DA BANCA: Dr. Nivaldo Cabral Kuhnen, Dra. Marilena Valadares Folgueras, Dr. Sivaldo Leite Correia. v5 À minha esposa Elaine, meus filhos Igor e Gabriela e aos meus Pais Paulo e Felícia que sempre me apoiaram, ajudaram, investiram e me incentivaram. 6 vi AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Dr. Enori Gemelli, que como orientador e amigo soube cobrar, mas também não mediu esforços em oferecer todas as condições necessárias à realização do presente trabalho.
À Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC e ao Programa de Pósgraduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM pela realização do presente trabalho.
À empresa Menegotti Indústrias Metalúrgicas Ltda pelo fornecimento do resíduo industrial utilizado nesse trabalho.
À empresa Menegotti Máquinas e Equipamentos Ltda pelo fornecimento de máquinas para confecção dos corpos-de-prova.
A todos os professores do Curso de Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, que de uma forma direta ou indireta contribuíram para a realização desse trabalho.
A Deus por tudo.
Aos amigos, pelo apoio técnico e moral recebido durante o desenvolvimento desse trabalho. vii 7 SUMÁRIO ABSTRACT ....................................................................................................................... 11 INTRODUÇÃO GERAL .................................................................................................. 12 Capítulo 1 Particularidades do Concreto........................................................................ 14 1.1 TIPOS DE CIMENTOS ............................................................................................. 16 1.2 DURABILIDADE DO CONCRETO.......................................................................... 18 1.3 PROCESSO DE ADENSAMENTO............................................................................ 19 1.4 AGREGADOS USADOS............................................................................................ 21 1.5 RELAÇÃO ÁGUA / CIMENTO ................................................................................. 25 Capítulo 2 Composição e Microestrutura do Cimento Hidratado ............................... 27 2.1 COMPOSIÇÃO DO CIMENTO ................................................................................ 27 2.2 HIDRATAÇÃO DO CIMENTO ................................................................................. 28 2.3 MICROESTRUTURA DO CONCRETO.................................................................... 30 2.4 ZONA DE TRANSIÇÃO ENTRE A PASTA E O AGREGADO.................................. 34 Capítulo 3 Composição da areia de fundição residual e sua utilização em concreto . 37 3.1 ASPECTOS GERAIS ................................................................................................. 37 3.2 COMPOSIÇÃO DA AREIA DE MOLDAGEM A VERDE ........................................ 41 3.3 UTILIZAÇÃO DE AREIA DE FUNDIÇÃO RESIDUAL EM ARGAMASSAS E CONCRETOS .................................................................................................................. 43 Capítulo 4 Outros Resíduos Sólidos Industriais Utilizados em Argamassas e Concretos............................................................................................................................ 49 4.1 RESÍDUO PROVENIENTE DA SERRAGEM DE MÁRMORE E GRANITO ........... 50 REFERÊNCIA ............................................................................................................ 51 4.2 RESÍDUO PROVENIENTE DO BENEFICIAMENTO DO ARROZ ......................... 52 4.3 RESÍDUOS VEGETAIS PROVENIENTES DE MATÉRIA-PRIMA E PROCESSOS INDUSTRIAIS DE PRODUÇÃO..................................................................................... 55 4.4 RESÍDUO PROVENIENTE DA INDÚSTRIA DE GALVANIZAÇÃO....................... 59 4.5 RESÍDUO PROVENIENTE DA INDÚSTRIA DE PRODUÇÃO DE AÇO ............... 60 4.6 RESÍDUO PROVENIENTE DA INDUSTRIA TÊXTIL ............................................. 63 viii 8 Capítulo 5 Materiais e Métodos Experimentais ............................................................. 64 5.1 MATERIAIS UTILIZADOS........................................................................................ 64 5.2 PREPARAÇÃO DOS CORPOS-DE-PROVA ............................................................ 66 5.2.1 Fabricação de argamassa ................................................................................... 66 5.2.2 Fabricação de pavimento com equipamento dotado apenas de vibração .......... 67 5.2.3 Fabricação de pavimento com equipamento dotado com mecanismo de vibroprensagem hidráulica................................................................................................... 67 5.2.4 Fabricação de pavimento com traço ajustado para melhor acabamento superficial em equipamento dotado com mecanismo de vibro-prensagem hidráulica 70 5.3 ENSAIOS DE COMPRESSÃO................................................................................... 71 5.4 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA.................................................. 71 5.5 ENSAIOS DE LIXIVIAÇÃO, ANÁLISE DE MASSA E SOLUBILIZAÇÃO ............... 72 Capítulo 6 Resultados e Discussões.................................................................................. 73 6.1 ENSAIO GRANULOMÉTRICO DAS AREIAS .......................................................... 73 6.2 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DOS AGREGADOS............................................... 75 6.3 ENSAIO DE COMPRESSÃO..................................................................................... 78 6.3.1 Ensaio de compressão dos corpos-de-prova de argamassa ................................ 78 6.3.2 Ensaio de compressão dos corpos-de-prova de concreto fabricados em equipamento com vibração.......................................................................................... 79 6.3.3 Ensaio de compressão dos corpos-de-prova de concreto fabricados em equipamento automático com vibro-compressão hidráulica ....................................... 81 6.3.4 Ensaio de compressão dos corpos-de-prova de traço comercial fabricados em equipamento automático com vibro-compressão hidráulica ....................................... 82 6.3.5 Discussão da influência da inclusão do pó de pedra no resultado de ensaio de compressão dos pavimentos de concreto..................................................................... 84 6.4 ANÁLISE MICROESTRUTURAL DOS CORPOS-DE-PROVA ................................ 88 6.4.1 Corpos-de-prova fabricados por vibração .......................................................... 88 6.4.2 Corpos-de-prova fabricados com vibro-compressão hidráulica......................... 91 6.4.3 Discussão da influência do equipamento e da areia de fundição no resultado do ensaio de compressão dos pavimentos de concreto..................................................... 93 6.5 ENSAIOS DE LIXIVIAÇÃO, ANÁLISE DE MASSA E SOLUBILIZAÇÃO .............. 95 ix 9 Conclusão Geral................................................................................................................. 99 Referências Bibliográficas .............................................................................................. 101 Anexos............................................................................................................................... 104 Anexo 1 - Origem dos pavimentos................................................................................. 104 Anexo 2 - Vantagens dos pavimentos de concreto ....................................................... 105 Anexo 3 - Aplicação dos pavimentos de concreto ........................................................ 108 Anexo 4 - Selo de qualidade para blocos e pavimentos ............................................... 113 Anexo 5 - Equipamentos para fabricação de blocos e pavimentos de concreto. ......... 116 Anexo 6 - Retorno de Investimento................................................................................ 118 Referências Bibliográficas dos Anexos .......................................................................... 121 x 10 RESUMO O objetivo deste trabalho foi de estudar a utilização de areia de fundição residual não-fenólica na fabricação de pavimentos de concreto. A areia de fundição residual (resíduo) foi fornecida pela empresa Menegotti Indústria Metalúrgica de Schoereder – SC e é classificada como resíduo classe II, conforme norma NBR 10004. Foi estudada a influência da concentração do resíduo nas propriedades mecânicas e nas características microestruturais dos pavimentos fabricados por processo de vibração e por processo de vibro-compressão. Os pavimentos foram fabricados em equipamentos industriais com vários traços, e caracterizados através de ensaios de compressão, análise microestrutural e ensaios de lixiviação, análise de massa e solubilização. Os resultados experimentais mostraram que os pavimentos fabricados somente com vibração apresentaram menor resistência mecânica do que aqueles fabricados com vibração associada com compressão, independentemente da adição de resíduo. Além disso, a resistência mecânica dos pavimentos fabricados com vibração tende a diminuir com a adição do resíduo enquanto que sobre os pavimentos fabricados com vibro-compressão a resistência mecânica aumenta com a incorporação do resíduo. As análises microestruturais mostraram que os pavimentos fabricados com vibração apresentam vazios e formação de grandes cristais de Ca(OH)2 na região de transição pasta/agregado; fato este que não é observado nos pavimentos fabricados com vibro-compressão. No primeiro caso (com vibração), o resíduo (agregado miúdo) aumenta a área especifica dos agregados e, portanto, a área de transição pasta/agregado, resultando em um aumento de vazios e de cristais de Ca(OH)2. No segundo caso (com vibro-compressão), a vibração associada à compressão diminui a distância de transição pasta/agregado, eliminando assim a formação de vazios (exceto porosidade) e a formação de grandes precipitados de Ca(OH)2. Com a adição de uma certa concentração de resíduo de granulometria inferior do que os demais agregados, a vibrocompressão proporcionou um melhor empacotamento das partículas; as menores preenchendo melhor os espaços vazios das maiores. Com isso, teve-se um aumento da resistência mecânica. Nos ensaios de lixiviação, análise de massa e solubilização, os resultados mostraram que o resíduo não tem nenhuma influência negativa na concentração dos elementos químicos analisados e, portanto, não apresenta impacto ambiental. xi 11 ABSTRACT The aim of this work was to assess the addition of a residual foundry sand in paving-stones production. The residue was provided by Menegotti Indústria Metalúrgica from Schoereder/SC and is classified as class II residue, according to NBR 10004 Brazilian code. It was studied the influence of this residue in the mechanical properties and in the microstructural characteristics of the paving-stones produced by two industrial processes carried out by two different machines. Each machine is equipped with a platform on which were attached the moulds. Each composition of concrete was poured into the moulds and then settled by vibration in one machine (V-process) or by vibration associated with compression in the other (VC-process). It was produced paving-stones with many compositions, which were investigated by mechanical tests, microstructural analysis and leaching and solubilization tests. The experimental results showed that the paving-stones processed by vibration have a lower mechanical strength than those produced by vibration associated with compression, regardless the addition of residue. Furthermore, the mechanical strength of the paving-stones produced by V-process tends to decrease with the residue concentration whereas on the paving-stones produced by VC-process the mechanical strength increases with the residue addition. The microstructural analyses have shown that the paving-stones processed by vibration present high porosity and large crystals of Ca(OH)2 at the interface paste/aggregate; a phenomenon that it is not observed in the paving-stones produced by VC-process. In the first case, the residue increases the specific area leading to an increase in the transitional specific area paste/aggregate and consequently to a greater amount of porosity and large crystals of Ca(OH)2. In the second case (VC-process), there is a decrease in the transitional distance paste/aggregate decreasing the amount of porosity and preventing the growth of large crystals of Ca(OH)2, thence improving the mechanical strength. The addition of residue, which has lower grain size than that of the other aggregates leads to a better packing of the particles and thence to a higher mechanical strength. The leaching and solubilization tests have shown that the residue has no negative influence in the concentration of the chemical elements released by the mortar/concrete containing residue and, therefore, it is harmless to the environment. 12 INTRODUÇÃO GERAL Entre os vários problemas que a humanidade enfrenta atualmente, um dos principais é a necessidade de minimizar os efeitos da agressão ambiental que é causada principalmente pelos resíduos industriais. Uma atenção especial a questões relativas à conservação ambiental nos segmentos industriais vem crescendo significativamente nos últimos anos. Dentro do conceito de Desenvolvimento Sustentável, a construção civil ocupa papel de destaque. Em primeiro lugar movimenta grande quantidade de concreto (2.700 kg/habitante) perdendo apenas para água (11.000 Kg/habitante). O segundo destaque é a possibilidade de tratamento de resíduos com cimento Portland cuja vantagem deve-se à possibilidade de solidificação e estabilização química ou mecânica de elementos químicos do resíduo considerados noviços à fauna e flora. O terceiro destaque é a possibilidade de usar resíduo sólido como matéria-prima na fabricação de concreto. A literatura mostra que vários tipos de resíduo podem ser usados no concreto, principalmente os resíduos classe II e III [MOURA et al., 2002]. De modo geral, o uso desses resíduos no concreto não apresenta impacto ambiental significativo e em alguns casos melhora certas características ou propriedades do material. Na verdade, a grande maioria dos materiais usados na construção civil são fabricados com matéria-prima proveniente de recursos naturais. Sendo assim, o uso de resíduo como matéria-prima ajuda a preservar o meio ambiente. Além disso, tem-se também diminuição de custos com a disposição final do resíduo. O objetivo desse trabalho foi de estudar a viabilidade de uso de um resíduo como matéria-prima na fabricação de pavimentos de concreto. O resíduo usado trata-se de areia de fundição residual não fenólica classificada como resíduo classe II, conforme NBR 10004, e foi fornecido pela empresa Menegotti Indústria Metalúrgica Ltda de Schoereder/SC. 13 A utilização de pavimentos de concreto constitui-se uma excelente alternativa sob o ponto de vista técnico e econômico (anexo 2). Observa-se um crescente interesse pela utilização dos pavimentos em vias urbanas, praças, terminais de cargas e até mesmo em aeroportos (anexo 3). Os pavimentos de concreto surgiram na Europa do pós-guerra (anexo 1). Entretanto observa-se atualmente que o pavimento constitui-se de uma versão moderna e aperfeiçoada dos antigos calçamentos com paralelepípedos. A Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP) criou o selo de qualidade para blocos e pavimentos (anexo 4) para assegurar a qualidade e comprometimento de todos os processos de fabricação do pavimento em uma empresa que fabrica estes artefatos. No estudo foram efetuados ensaios de resistência à compressão e microscopia eletrônica de varredura para avaliar a influência do processo na resistência mecânica dos materiais. Foram efetuados também os ensaios de lixiviação, análise de massa e solubilização para avaliar o comportamento ambiental dos pavimentos fabricados com resíduo. 14 Capítulo 1 Particularidades do Concreto A dosagem do concreto pode ser definida como sendo o proporcionamento adequado dos materiais, cimento, água, agregados, e eventualmente aditivos, de maneira que o produto resultante dessa mistura atenda aos seguintes requisitos [RODRIGUES, 1998]: a) No estado fresco, deve possuir trabalhabilidade adequada para que, de acordo com os meios disponíveis na obra, possa ser transportado, lançado e adensado, sem ocorrência de segregação, de acordo com as normas correntes da boa execução de obras de concreto; b) No estado endurecido, deve possuir as características especificadas no projeto da obra, isto é, deve ter resistência, durabilidade e permeabilidade compatíveis com as solicitações impostas pelas condições e destino a que estará sujeita a obra acabada. Todas estas propriedades exigidas do concreto, tanto no estado fresco como no endurecido, devem ser conseguidas com menor custo possível, para que a obra seja economicamente viável e competitiva com outros materiais alternativos para a sua execução. O processo de dosagem é bastante complexa, porque necessita de um amplo conhecimento não apenas relativo aos materiais disponíveis, mas também dos recursos existentes na obra, como, por exemplo: sistemas de mistura, transporte, lançamento e adensamento; condições de cura; resistência exigida; e risco de ataque químico ao concreto, conforme figura 1.1. 15 PROCESSO DE ADENSAMENTO RESISTÊNCIA ’ CARACTERISTICA RISCO DE ATAQUE QUÍMICO TIPO DE CIMENTO CONTROLE DE TRABALHABILIDADE REQUERIDA QUALIDADE RESISTÊNCIA DE DOSAGEM IDADE PARA RESISTÊNCIA SEÇÃO DA PEÇA E ESPAÇAMENTO DAS BARRAS DIÂMETRO MÁXIMO DO AGREGADO FORMA DO AGREGADO DURABILIDADE RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO GRANULOMETRIA DOS AGREGADOS PROPORÇÃO AGREGADO/CIMENTO TRAÇO PROPORÇÃO DE CADA TIPO DE AGREGADO CAPACIDADE DA BETONEIRA PESOS COMPONENTES POR TRAÇO Figura 1.1 - Esquema dos principais elementos que devem ser considerados na dosagem de um concreto [RODRIGUES, 1998]. Para pavimento de concreto as principais considerações são: a) Tipo de cimento; b) Durabilidade do concreto; c) Processo de adensamento; d) Agregados usados; e) Relação de água/cimento. 16 1.1 TIPOS DE CIMENTOS Existem no Brasil vários tipos de cimento Portland, diferentes entre si, principalmente em função de sua composição. Os mais empregados nas diversas obras de construção civil são [ABREU, 2001]: • cimento Portland comum; • cimento Portland composto; • cimento Portland de alto-forno; • cimento Portland pozolânico. A tabela 1.1 apresenta a nomenclatura do cimento Portland conforme normas da ABNT. Tabela 1.1 – Nomenclatura do cimento Portland [ABREU, 2001] . Cimento Portland (CP) Sigla Classe CP I Cimento Portland comum (NBR 5732) Cimento Portland comum CPI - S Cimento Portland comum com adição CP II - E Cimento Portland composto com escória Cimento Portland composto (NBR 11578) CP II - Z Cimento Portland composto com pozolana CP II - F Cimento Portland composto com filler CP III Cimento Portland de alto forno (NBR 5735) Cimento Portland pozolânico (NBR 5736) CP IV Cimento Portland de alta resistência inicial (NBR 5733) CP V - ARI CPB Cimento Portland branco estrutural (NBR 12989) Cimento para poços petrolíferos ( NBR 9831) CPP Identificação 25 CP I - 25 32 CP I – 32 40 CP I - 40 25 CP I – S – 25 32 CP I – S – 32 40 CP I – S – 40 25 CP II – E – 25 32 CP II – E – 32 40 CP II – E – 40 25 CP II – Z – 25 32 CP II – Z – 32 40 CP II – Z – 40 25 CP II – F – 25 32 CP II – F – 32 40 CP II – F – 40 25 32 40 25 32 -25 32 40 G CP III – 25 CP III – 32 CP III – 40 CP IV – 25 CP IV – 32 CP V – ARI CPB – 25 CPB – 32 CPB – 40 CPP-classe G 17 Em menor escala são consumidos, seja pela menor oferta, seja pelas características especiais de aplicação, os seguintes tipos de cimento: • cimento Portland de alta resistência inicial; • cimento Portland resistente aos sulfatos; • cimento Portland branco; • cimento Portland de baixo calor de hidratação; • cimento Portland para poços petrolíferos. O desempenho requerido do cimento pelo segmento de pré-moldados de concreto seco pode ser verificado na tabela 1.2 [ABREU, 2001]. Tabela 1.2 – Desempenho requerido do cimento pelo segmento de pré-moldado de concreto seco [ABREU, 2001]. Segmento do pré- Alta resistência Resistência aos moldado inicial sulfatos Bloco de Alvenaria Obrigatório Neutro Pavimentos Obrigatório Neutro Tubos Obrigatório Obrigatório Coloração clara Desejado Desejado Neutro Qualidade uniforme Obrigatório Obrigatório Obrigatório A tabela 1.3 apresenta os tipos de cimentos recomendados para a confecção de pavimentos de concreto [FERNANDES, 2001]. Tabela 1.3 Aplicação recomendada do cimento para pavimentos de concreto [FERNANDES, 2001]. Concreto armado para desforma rápida, curado por aspersão de água ou produto químico. Concreto armado para desforma rápida, curado a vapor ou com outro tipo de cura térmica. - CPV CP I, CP I - S CP II - E, CP II - Z, CP II - F CP III CP IV CPB CP I, CP I - S CP II - E, CP II - Z, CP II - F CP III CP IV CPV CPB 18 Tabela 1.3 Aplicação recomenda do cimento para pavimento de concreto [FERNANDES, 2001] - continuação. Elementos pré-moldados de concreto e artefatos de cimento para desforma rápida, curados por aspersão de água. Elementos pré-moldados de concreto e artefatos de cimento para desforma rápida, curados a vapor ou com outro tipo de cura térmica. Pavimento de concreto simples ou armado Pisos industriais de concreto - CP I, CP I - S CP II - E, CP II - Z, CP II - F CP III CP IV CPV CPB CP I, CP I - S CP II - E, CP II - Z, CP II - F CP III CP IV CPB CP I, CP I - S CP II - E, CP II - Z, CP II - F CP III CP IV CP I, CP I - S CP II - E, CP II - Z, CP II - F CP III CP IV CPV 1.2 DURABILIDADE DO CONCRETO A durabilidade do concreto pode ser definida como sendo a sua capacidade de resistir à ação do tempo, aos ataques químicos, ao efeito de abrasão ou a qualquer outra ação de deterioração. A durabilidade depende, portanto, do tipo de ataque, químico ou físico como por exemplo atrito, a que o concreto será submetido, devendo ser analisados criteriosamente antes da escolha dos materiais e da dosagem do concreto [RODRIGUES, 1998]. No que concerne à abrasão ou erosão, a durabilidade está diretamente ligada à resistência mecânica do concreto. De acordo com a NBR 9781/87, a resistência característica estimada à compressão do pavimento de concreto deve ser: a) Maior ou igual a 35 MPa, para as solicitações de veículos comerciais de linha; b) Maior ou igual a 50 MPa, quando houver tráfego de veículos especiais ou solicitações capazes de produzir acentuados efeitos de abrasão. 19 1.3 PROCESSO DE ADENSAMENTO As proporções dos constituintes do concreto são apresentadas por meio de seu traço, que é a indicação da quantidade, em massa ou volume, que cada um entra na sua composição, em relação a uma unidade de medida de cimento [RODRIGUES, 1998]. Tradicionalmente, esta apresentação é feita da seguinte maneira: Cimento(1) : Agregado A : Agregado B : Agregado n : Relação a/c O adensamento é uma operação severa que elimina os vazios da massa de concreto tornando-a mais compacta, mais densa, mais resistente, menos permeável e mais durável. O processo de adensamento através de compactação, agitação ou vibração provoca a acomodação dos componentes e a expulsão do ar. A tabela 1.4 apresenta os mecanismos de adensamento adotado pelos equipamentos que produzem blocos e pavimentos de concreto [FERNANDES, 2001]: Tabela 1.4- Mecanismo de adensamento adotado pelos equipamentos que produzem blocos e pavimentos de concreto [FERNANDES, 2001]. Mecanismo de Características adensamento Vibração O equipamento possui apenas mecanismo vibratório para adensar o bloco. Tem como característica um par de vibradores localizados no próprio molde. Toda a operação é feita através de um sistema de alavancas e o acionamento por meio de um motor. Vibro-prensagem O equipamento é dotado de mecanismo vibratório e compactação pneumática pneumática para adensar o bloco. Tem como característica um par de vibradores localizados no próprio molde e um sistema de compactação acionado por cilindro pneumático. 20 Tabela 1.4- Mecanismo de adensamento adotado pelos equipamentos que produzem blocos e pavimentos de concreto [FERNANDES, 2001] - continuação. Mecanismo de Características adensamento Vibro-prensagem O equipamento é dotado de mecanismo vibratório e compactação hidráulica hidráulica para adensar o bloco. Tem como característica um par de vibradores localizados abaixo do molde e um sistema de compactação acionado por cilindro hidráulico. Vibro-prensagem O equipamento é dotado de mecanismo vibratório e compactação mecânica mecânica para adensar o bloco. Tem como característica um par de vibradores localizados abaixo do molde e um sistema de compactação acionado por engrenagens. O anexo 5 contêm fotos de alguns equipamentos com estes mecanismos de adensamento. De todos os equipamentos o mais favorável é o equipamento de vibro-prensagem mecânica. No estudo foram utilizados o equipamento com mecanismo de vibrocompressão hidráulica e o equipamento de vibração. O uso de equipamento com mecanismo de vibro-compressão hidráulica é mais favorável do que o equipamento de vibração. Possui capacidade de produzir blocos com menor consumo de cimento. A figura 1.2 apresenta o traço necessário para produzir peças com resistência de 5 MPa em cada tipo de equipamento. O traço necessário foi de 1:6 (14,28% de cimento) para o equipamento dotado de vibração e 1:12 (7,70% de cimento) para vibro-prensagem hidráulica. Resistência (MPa) 21 Adensamento por vibração Adensamento por vibro-prensagem hidráulica Adensamento por vibro-prensagem pneumática Adensamento por vibro-prensagem mecânica 9 8 7 5 4 3 2 1 0 1:4 1:6 1:8 1:10 1:12 1:14 1:16 1:18 Traço (Cimento:Agregado) Figura 1.2 - Traço necessário para adquirir resistência de 5 MPa para equipamentos com mecanismo de adensamento por vibração, vibro-prensagem pneumática, vibrocompressão hidráulica e vibro-prensagem mecânica [FERNANDES, 2001]. 1.4 AGREGADOS USADOS Aproximadamente de 70 a 80% do volume do concreto é composto por agregados, o que torna o custo mais baixo por unidade de volume, pois os agregados apresentam menor custo do que o cimento [BAUER, 1999]. A NBR 9935/87 define o agregado como material sem forma ou volume definido, geralmente inerte, de dimensões e propriedades adequadas para produção de concreto e argamassa. Os agregados destinados ao preparo do concreto são classificados pela origem, dimensão das partículas e densidade aparente, conforme tabelas 1.5 a 1.8. 22 Tabela 1.5 – Classificação dos agregados conforme origem [BAUER, 1999]. Classificação Naturais de densidade leve Origem Inorgânico constituído da matéria prima de fontes naturais. Ex: Pedra pomes, escória vulcânica ou tufo. Naturais de densidade média Encontrados fragmentados na natureza já sob a forma de partículas. Ex: Areia de barranco, minas, rios, pedregulhos extraídos das jazidas de rios. Artificiais de densidade leve Encontram-se os agregados da família dos inorgânicos leves celular granulados, obtidos por processos especiais de fabricação para utilização em concretos leves: Ardósia, escória de alto forno, argila, cinzas volantes. Artificiais de densidade média Necessitam ser triturados para obter a forma das partículas dos agregados miúdos e/ou graúdos em condições apropriadas para utilização no concreto normal. Ex: Britagem de rochas estáveis. Artificiais de alta densidade. Necessitam ser triturados para obter a forma das partículas dos agregados miúdos e/ou graúdos em condições apropriadas para utilização no concreto pesado. Ex: Barita, hematita, magnetita. Tabela 1.6 – Classificação dos agregados conforme dimensões [BAUER, 1999]. Classificação Dimensões Agregado miúdo É a areia natural ou artificial, resultante do britamento de rochas estáveis, de diâmetro máximo igual ou inferior a 4,8 mm – NBR 7211. Agregado graúdo É o pedregulho natural, ou a pedra britada proveniente do britamento de rochas estáveis, de diâmetro superior a 4,8 mm – NBR 7211: a) Brita 0: 4,8 a 9,5 mm. b) Brita 1: 9,5 a 19 mm. c) Brita 2: 19 a 38 mm. d) Brita 3: 38 a 76 mm. e) Pedra de mão: Maior do que 76 mm. 23 Tabela 1.7 – Classificação dos agregados conforme densidade aparente [BAUER, 1999]. Classificação Dimensões Agregados leves Densidade aparente menor que 1 ton/m3. Agregados médios Densidade aparente entre 1 ton/m3 à 2 ton/m3. Agregados pesados Densidade aparente maior do que 2 ton/m3. Tabela 1.8 – Classificação da areia conforme módulo de finura (MF) – NBR 7211 [BAUER, 1999]. Classificação MF Muito Finas 1,35 < MF < 2,25 Finas 1,71 < MF < 2,78 Médias 2,11 < MF < 3,28 Grossas 2,71 < MF < 4,02 Os agregados miúdos têm influência preponderante sobre a plasticidade do concreto devido a sua característica de possuir uma elevada área específica comparado com os agregados graúdos [ROGRIGUES, 1998]. Qualquer alteração do seu teor na mistura provoca alterações significativas no consumo de água e, conseqüentemente, do cimento. Como o cimento é o material mais caro, alterações no consumo de areia incidem diretamente sobre o custo do concreto. A forma e a textura superficial das partículas têm grande influência sobre a plasticidade, sendo que esta será prejudicada quando forem mais angulares, rugosas ou alongadas. Como mencionado, as areias mais finas requerem maiores quantidades de ligantes devido às suas maiores áreas específicas. A areia muito grossa, quando utilizada em concreto cuja dimensão máxima do agregado seja pequena (9,5 mm) resulta em misturas muito ásperas e pouco coesivas, devido ao fenômeno de interferência entre as partículas. A 24 quantidade excessiva de areia aumenta muita a coesão da mistura tornando mais difícil seu lançamento e adensamento, além de aumentar o consumo de cimento e, conseqüentemente, o custo do concreto. Quanto maior for o consumo de areia, maior será o de cimento. Isto decorre do fato de que a pasta (cimento+água) é o agente que envolve as partículas de areia. Os agregados graúdos favorecem a plasticidade do concreto, exigindo menos ligante. Os agregados graúdos provenientes de britagem que possuam forma cúbica e com textura superficial rugosa apresentam maior área específica e requerem, portanto, maior quantidade de ligante. As arestas vivas destes grãos provocam também maior atrito entre eles, aumentando, conseqüentemente, o consumo de água, agregado miúdo e cimento. Com objetivo de selecionar o agregado considerando resistência e acabamento, FERNANDES [2001] definiu os limites ideais para os agregados destinados para bloco de Retido acumulado(%) concreto para alvenaria e para pavimento. Limites para Blocos Limites para Pavimento Abertura das peneiras (mm) Figura 1.3 - Limites ideais para os agregados destinados para bloco de concreto para alvenaria e pavimento [FERNANDES, 2001] . 25 1.5 RELAÇÃO ÁGUA / CIMENTO A qualidade do concreto está diretamente relacionada com o fator água / cimento. Fator (a / c) = àgua cimento A fixação ou escolha da relação a/c do concreto deve ser feita com base nos critérios de durabilidade e de resistência mecânica. No primeiro caso pode-se usar a tabela 1.9 quando for aplicado a condições severas de durabilidade [RODRIGUES, 1998]. Tabela 1.9-Relações a/c máximas permissíveis para concretos submetidos a condições severas [RODRIGUES, 1998]. Tipo da Estrutura Estrutura exposta à ação da água do mar ou sulfatada*. Peças delgadas e seções com menos de 2,5 cm de 0,40 recobrimento da armadura Outros 0,45 * No caso da utilização de cimentos resistentes a sulfatos, a relação a/c pode ser aumentada de 0,05. A escolha da relação a/c em função da resistência mecânica do concreto deve ser feita com base na curva de Abrams do cimento a ser utilizado [RODRIGUES, 1998]. No entanto, para concretos muitos secos, a relação a/c passa por um ponto máximo. Para valores menores desta relação, a resistência do concreto diminui devido às falhas na acomodação dos agregados. É esta falha de acomodação que leva as peças a se desfazerem por falta de coesão e isto se reflete pela queda de resistência. Deve-se adotar a menor quantidade possível de água capaz de proporcionar a moldagem das peças. 26 A indústria de equipamentos desenvolveu sistemas de adensamento inicialmente voltados para a vibração e posteriormente combinados com prensagem enérgica [RODRIGUES, 1998], fazendo com que os componentes assim, vibro-compactados, obtenham um contato íntimo que lhes proporciona desenvolver as reações do cimento com a água e do envolvimento dos agregados com a pasta, apresentando alta compacidade e resistência adequada com um mínimo de cimento. A figura 1.4 apresenta ocorrências de umidade ótima, máxima e insuficiente para adensamento. Concreto Vibrado Resistência à compressão Umidade máxima Concreto adensado sem vibração Umidade ótima Umidade insuficiente Relação água / cimento Figura 1.4 - Ocorrências de umidade ótima, máxima e insuficiente para adensamento [RODRIGUES, 1998]. Conforme a figura 1.4, a relação de água/cimento depende do equipamento. E cada equipamento possui seu ponto de umidade ótima no qual a peça produzida tem resistência, dimensional e textura superficial adequada para utilização. Nota-se que na umidade máxima peça produzida deformar-se e na umidade insuficiente formam-se trincas. 27 Capítulo 2 Composição e Microestrutura do Cimento Hidratado O tamanho das partículas que compõe o cimento são relativamente pequenas comparadas com a dos agregados. O empacotamento dessas partículas e a hidratação do cimento (ligante) formam a microesturutra do concreto. A composição e a microesturutra do ligante são fundamentais nas propriedades do concreto. 2.1 COMPOSIÇÃO DO CIMENTO O cimento tipo Portland é um aglomerante hidráulico obtido da moagem do clínquer ao qual é adicionado gipsita (CaSO4). O clínquer é obtido por aquecimento a altas temperaturas de um mistura de calcário e argila. Desta forma o cimento Portland é formado essencialmente por compostos que possuem cálcio e sílica em sua composição. Nos cimentos comerciais aparecem sempre como impurezas o óxido de magnésio (MgO) proveniente da dolomita das rochas calcárias. Esta impureza deve ser restringida, pois sua hidratação é lenta e expansiva. Outras impurezas são os compostos alcalinos (sódio e potássio) provenientes da argila ou do carvão que podem reagir com os agregados e os sulfatos provenientes do combustível podendo influenciar nas reações iniciais de hidratação [ABREU,2001]. Como já mencionado, ao clínquer é adicionado um pequena quantidade de sulfato na forma de gipsita (CaSO4 . H2O) ou gesso de paris (CaSO4 . ½ H2O) para inibir a pega instantânea do cimento. A tabela 2.1 apresenta a concentração equivalente de óxidos presentes nos compostos do cimento Portland [NEVILLE, 1988]. 28 Tabela 2.1 Teores equivalentes dos óxidos formadores dos compostos do cimento Portland [NEVILLE, 1988]. Teor de óxidos CaO 63,0 SiO2 20,0 Al2O3 6,0 Fe2O3 3,0 MgO 1,5 SO3 2,0 K2O 1,0 Na2O Outros 1,0 Perdas na ignição 2,0 Resíduos insolúveis 0,5 Os principais compostos do cimento Portland estão apresentados na tabela 2.2 [NORTON, 1973]. Tabela 2.2 Principais compostos do cimento Portland [NORTON, 1973]. Nome Silicato tricálcico Silicato dicálcico Aluminato tricálcico Ferro-aluminato tetracálcico Composição 3CaO.SiO2 2CaO.SiO2 3CaO.Al2O3 4CaO.Al2O3.Fe2O3 Abreviação Típico do Brasil C3 S 40 a 70% C2 S 10 a 40% C3 A 2 a 15% C4AF 3 a 15% 2.2 HIDRATAÇÃO DO CIMENTO A Influência de cada composto do cimento na resistência mecânica durante a sua hidratação é a seguinte: - até 3 dias – a resistência mecânica é essencialmente assegurada pela hidratação dos aluminatos e silicatos tricálcicos (3CaO.Al2O3 e 3CaO.SiO2); - entre 3 e 7 dias – o aumento da resistência é assegurada principalmente pelo aumento da hidratação de 3CaO.SiO2; - entre 7 e 90 dias –a hidratação do 3CaO.SiO2 e 2CaO.SiO2 é responsável pelo aumento de resistência; - acima de 90 dias – o aumento da resistência passa a ser devido à hidratação de 2CaO.SiO2. 29 Com base nestes dados é possível notar na tabela 2.3 a diferença de um cimento Portland comum do Portland de alta resistência inicial [SHACKELFORD, 1996]. Tabela 2.3 Compostos do cimento Portland [SHACKELFORD, 1996]. Cimento C3 S Portland comum 45 Portland de alta resistência Inicial 53 * Outros: MgO, CaO, CaSO4, K2O, Na2O Composição ( % ) C2 S C3 A C4AF 27 11 8 19 11 9 Outros* 9 8 A figura 2.1 apresenta uma micrografia obtida por eletrônica de varredura de uma pasta de cimento Portland com 3 dias de idade mostrando cristais de C-S-H (silicatos hidratados) [MEHTA e MONTEIRO, 1994]. Figura 2.1 - Micrografia eletrônica de varredura de uma pasta de cimento Portland com 3 dias de idade mostrando cristais de C-S-H [MEHTA e MONTEIRO, 1994]. A figura 2.2 apresenta uma micrografia obtida por eletrônica de varredura de uma pasta de cimento Portland com 3 dias de idade mostrando os cristais de Ca(OH)2 e a estrutura fibrosa formada pelo C-S-H [MEHTA e MONTEIRO, 1994]. 30 Ca(OH)2 C-S-H Figura 2.2 - Micrografia eletrônica de varredura de uma pasta de cimento Portland com 3 dias de idade mostrando os cristais de Ca(OH)2 e a estrutura fibrosa formada pelo C-S-H [MEHTA e MONTEIRO, 1994]. 2.3 MICROESTRUTURA DO CONCRETO O concreto de cimento Portland é um material composto com estrutura bastante heterogênea [MEHTA e MONTEIRO, 1994]. Cada componente do concreto (agregado e cimento) é de natureza multifásica. Toda partícula de agregado pode conter vários minerais, além de microfissuras e vazios. Analogamente, tanto a matriz da pasta como a zona de transição contém geralmente uma distribuição heterogênea de diferentes tipos e quantidades de fases, poros e microfissuras, acrescentando-se ainda o fato de estarem sujeitas a modificações com o tempo, umidade ambiente e temperatura, o que torna o concreto, diferentemente de outros materiais de engenharia, um material com características parcialmente intrínsecas conforme figura 2.3. 31 Figura 2.3 Microestrutura do Concreto [MEHTA e MONTEIRO, 1994]. A matriz, que é a pasta de cimento e que envolve os agregados, é constituída por diferentes tipos de compostos hidratados do cimento. O mecanismo de hidratação é constituído por um processo de dissolução – precipitação nas primeiras fases seguidas de um processo químico. O enrijecimento da pasta é caracterizado inicialmente pela hidratação dos aluminatos e a evolução da resistência é realizada pelos silicatos como mencionado anteriormente. As características dos principais compostos hidratados do cimento encontram-se na Tabela 2.4 [MEHTA e MONTEIRO, 1994]. 32 Tabela 2.4 Características dos principais compostos resultantes da hidratação do cimento [MEHTA e MONTEIRO, 1994]. Compostos Silicatos Hidratados C-S-H Hidróxido de cálcio Ca(OH)2 Características Representa 50 a 60% do volume de sólidos em uma pasta de cimento Portland completamente hidratada. São estes compostos os responsáveis pela resistência da pasta a esforços mecânicos. Ocupa 20 a 25% do volume de sólidos da pasta. Sua morfologia é bem definida, formando cristais prismáticos, sendo que o tamanho dos cristais aumenta conforme também aumenta o espaço livre (aumento da relação água/cimento). O hidróxido de cálcio não contribui para a resistência da pasta de cimento endurecida e em virtude de sua baixa superfície específica, que lhe confere um baixo poder de adesão, é facilmente carregado pela água. Sulfoalumintatos de cálcio A etringita e/ou monossulfato de cálcio ocupam de 15 a 20% ou do volume de sólidos da pasta hidratada. A etringita é Monossulfato hidratado responsável pelo fenômeno da pega e desenvolvimento da resistência inicial. A etringita pode tornar-se instável e decompor-se para formar o monossulfato hidratado, mais C6AS3H32 estável. (etringita) Porosidade A porosidade total da pasta de cimento Portland fica entre 25 e 30% em volume para uma relação água/cimento (a/c) de 0,5. Esta porosidade é decomposta em tipos de cavidades ou vazios: Poros entre os cristais C-S-H, poros capilares entre os compostos hidratados, bolhas e fissuras. As figuras 2.4 e 2.5 mostram a morfologia do C-S-H (silicatos hidratados), Ca(OH)2 (hidróxido de cálcio), C6AS3H32 (etringita), monossulfato hidratado e porosidade no concreto. 33 Figura 2.4 Microestrutura do concreto – (1) C-S-H, (2) Ca(OH)2, (3) Vazio capilar [MEHTA e MONTEIRO, 1994]. Figura 2.5 Microestrutura do concreto – C6AS3H32 (etringita) e monossulfato hidratado [MEHTA e MONTEIRO, 1994]. 34 2.4 ZONA DE TRANSIÇÃO ENTRE A PASTA E O AGREGADO A zona de transição é caracterizada por ser uma região com maior porosidade e heterogeneidade do que o restante da pasta. Esta porosidade é decorrente da elevação da relação água/cimento na mistura em decorrência do filme de água que se forma em torno do agregado, principalmente o graúdo. Os maiores espaços permitem a formação de grandes cristais de Ca(OH)2 com seu eixo C orientado perpendicularmente ao agregado o que cria planos preferenciais de ruptura, conforme figura 2.6. Verifica-se também falha na aderência entre a pasta e o agregado, podendo-se relacionar este fato aos grandes cristais formados, com superfície específica menor o que diminui a força de adesão [MEHTA e MONTEIRO, 1994]. Ca(OH)2 3 µm Figura 2.6 Cristais de Ca(OH)2 na zona de transição visualizados por microscópio eletrônico de varredura [MEHTA e MONTEIRO, 1994]. Para concreto convencional a zona de transição pode ser representada conforme a figura 2.7 [MONTEIRO, 1985]. A zona de transição é também considerada o elo fraco do conjunto onde microfissuras podem ser formadas facilmente com pequenos acréscimos de carregamento (esforço), variações de volume e umidade. 35 Figura 2.7 Representação esquemática da transição entre a pasta de cimento e o agregado [MONTEIRO, 1985]. Quando o concreto é submetido a um carregamento nas primeiras idades, as microfissuras tendem a se propagar na zona de transição que se encontra bastante porosa. Entretanto, com o tempo, a zona de transição é presenciada com produtos da hidratação e as fissuras passam a se propagar pelo filme de hidróxido de cálcio depositado sobre o agregado conforme representado na figura 2.8 [MONTEIRO, 1985]. 36 Figura 2.8 Representação esquemática do caminho de propagação de fissuras na zona de transição [MONTEIRO, 1985]. 37 Capítulo 3 Composição da areia de Fundição residual e sua utilização em concreto 3.1 ASPECTOS GERAIS Os resíduos sólidos podem ser classificados como [FISCHER, 2002]: a) Resíduos classe I – os resíduos sólidos, suas misturas ou determinados resíduos líquidos que, em razão da quantidade, de suas propriedades físicas, químicas e de suas características infecto-contagiosas, podem provocar ou contribuir de forma significativa para um aumento da mortalidade ou para um aumento da incidência de doenças irreversíveis ou de doenças reversíveis, porém incapacitantes; e apresentar substancial perigo potencial à saúde pública ou ao meio ambiente, quando transportados, armazenados, tratados ou descartados de forma inadequada. b) Resíduos classe II – são os resíduos sólidos não inertes e não perigosos e essencialmente insolúveis que quando amostrados de forma representativa e submetidos a um contato estático ou dinâmico com água destilada ou deionizada, à temperatura ambiente, não tiveram nenhum de seus constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de potabilidade de água. c) Resíduos classe III – são os resíduos sólidos não perigosos e inertes, podem ter propriedades tais como combustibilidade, biodegradabilidade e/ou solubilidade em água. Este tipo de resíduo poderá ter seus constituintes solubilizados além dos limites de potabilidade, quando em contato com água destilada ou deionizada. O método de moldagem mais utilizado em todo o mundo para a produção de peças fundidas é a moldagem de areia. Estima-se que o parque industrial Brasileiro tenha cerca de 1.000 fundições, cerca de 80% delas de pequeno porte (com menos de 100 38 empregados). O Estado de São Paulo concentra quase 60% das fundições brasileiras (em número), e as fundições paulistas respondem por pouco menos da metade da produção brasileira de fundidos (em peso) [MARIOTTO, 2001]. Cada fundição tem seu próprio controle de areia de acordo com os fatores ligados ao próprio material de moldagem, aos métodos de moldagem, tipo de metal vazado, tamanho e forma das peças, quantidade de peças e condições de vazamento. Para manter constante as características de fundição durante o processo metalúrgico é necessário descartar regularmente uma quantidade de areia usada equivalente à quantidade de areia nova comprada. O total de excedentes de areia de fundição apenas no estado de São Paulo atinge cerca de 1 milhão de toneladas anuais, que corresponde pouco menos da metade da areia residual nacional com pouco mais de 2 milhões de toneladas anuais. O custo para deposição em aterro industrial para areia de fundição classificada como resíduo classe II – Não Inerte, varia entre R$ 20 e R$ 70 reais por tonelada, podendo chegar a até R$ 180 reais por tonelada quando classificada como resíduo classe I – perigosa. Estimando-se o valor médio nacional para descarte de areia de R$ 30,00 reais por tonelada, tem-se como resultado o valor de R$ 60.000.000,00 de reais de gastos anuais para aterrar 2 milhões de toneladas de areia de fundição. As areias de moldagem são constituídas essencialmente de um elemento granular refratário (areia base) e um elemento aglomerante mineral (argila bentonita ou caulinita), água e aditivos (pó de carvão, amido de milho, dextrina) [MARIOTTO, 2001]. A tabela 3.1 apresenta a classificação da areia de moldagem. 39 Tabela 3.1 Classificação da areia de fundição [MARIOTO, 2001]. Classificação Naturais Origem Semi-sintéticas Sintéticas Areia nova Utilização Emprego na moldagem Grau de umidade Descrição Depósitos naturais originados de arenitos de cimento argiloso ou de alterações de rochas feldpáticas (rochas), caracterizados por se acharem os grãos sílicos envolvidos por uma pasta argilosa. São usadas diretamente na moldagem, necessitando apenas ajustes do teor de umidade. Resultantes de modificações introduzidas nas areias naturais por meio de adições que visam melhorar as suas propriedades. Obtidas artificialmente pela mistura de areia base, argila, aditivo e água. Areia usada pela primeira vez na fundição. Areia de retorno, Areia recuperada mediante correções a cada ciclo de regenerada e/ou fundição. recuperada Areia que entra em contato com o modelo (faceia), Areia de constituindo a parte do molde que entra em contato com o faceamento metal durante o vazamento e solidificação. Areia de enchimento Areia que constitui o restante do molde. Areia a verde Areia que mantém no momento do vazamento aproximadamente a mesma umidade do preparo. Areia estufada Areia que sofre cozimento em estufa antes do vazamento. 40 Um sistema de areia de fundição é mostrado esquematicamente na figura 3.1 [MARIOTTO, 1991]. A figura apresenta os procedimentos envolvidos na recuperação e no recondicionamento de uma areia do sistema, bem como, os elementos que entram e saem Ligante Areia nova Areia nova H 2O Pó de carvão Bentonita do sistema a cada ciclo. Rejeitos Peneira Separarador magnético Mistura Macharia Mistura H2O Moldagem Colocação de machos Fechamento dos moldes Vazamento H2O Desmoldagem Areia de retorno Água de resfriamento Limpeza Torrões Rejeitos H2O Exaustão Figura 3.1 Figura esquemática mostrando o funcionamento de um sistema de areia de fundição [MARIOTTO, 1991] 41 3.2 COMPOSIÇÃO DA AREIA DE MOLDAGEM A VERDE O Material mais utilizado como areia base para confecção de misturas destinadas à produção de moldes para fundição é a sílica (SiO2) em função da existência de grandes reservas deste material na natureza. A composição química da areia consiste em sílica, feldspatos e argila. Quanto maior é a porcentagem de SiO2 na areia maior é a refratariedade da areia. O grau de refratariedade exigido de uma areia de moldagem depende do metal que se deseja vazar. Para aços a areia deve resistir a temperaturas da ordem de 1350 a 1400oC, e para ligas não ferrosas a areia deve resistir a temperaturas da ordem de 850 a 1200oC [MARIOTTO, 1991]. A areia por si só não tem resistência mecânica necessária para formar o molde no qual será vazado o metal líquido. Essa propriedade é conferida por um aglomerante que pode ser orgânico ou mineral. Entre os aglomerantes argilosos mais freqüentemente utilizados em fundição, destacam-se as argilas montmoriloníticas ou bentonitas. A figura 3.2a apresenta a micrografia de uma areia sem bentonita e a figura 3.2b apresenta a micrografia da areia envolvida por bentonita [PEREIRA et al., 2000]. . (a) (b) Figura 3.2 – (a) Micrografia de uma areia sem bentonita. (b) Micrografia mostrando a areia recoberta por uma camada de bentonita [PEREIRA et al., 2000]. 42 As bentonitas são encontradas basicamente sob duas formas, a mais comum tendo o sódio como cátion trocável predominante (bentonita sódica) e outra com cátion trocável de cálcio ou magnésio (bentonita cálcica). As bentonitas sódicas possuem a propriedade de expandir até 20 vezes o seu volume quando molhadas devido ao cátion sódio trocável [SANTOS, 1989]. A bentonita sódica produz uma “estrutura aberta” na areia (propriedade peculiar de crescimento em presença de água) de onde advém maior permeabilidade do molde, que associada a uma menor umidade, resulta em moldes com menores probabilidades de gerarem peças com defeitos (bolha de gás). As propriedades mais importantes das argilas são sua estrutura lamelar fina e sua capacidade de adsorver íons metálicos (capacidade de troca de cátions). As argilas são muito finas (15-30 Ǻ) e facilmente absorvem íons metálicos (Na+ ou Ca++). Através da água, as partículas de argila aderem à superfície do mineral base, pelas ações de forças moleculares ou ligações polares. Essa ligação argila-água-sílica é a base da resistência a verde das misturas de moldagem areia-argila. A tabela 3.2 apresenta a análise química de algumas bentonitas brasileiras [SANTOS, 1989]. Tabela 3.2 Análise química de algumas bentonitas brasileiras [SANTOS, 1989]. Bentonita Bagé e São Gabriel (RS) Florianópolis (SC) Siqueira Campos (PR) Campinas (SP) Barra do Piraí (RJ) Igaporã (BA) Uberaba (MG) Ponte Alta (MG) Goianópolis (GO) Icó (CE) n.det = não determinada SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O MnO (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) 56,6 55,2 65,9 72,0 47,3 49,7 70,0 59,6 48,9 56,8 26,6 28,3 15,8 13,2 25,3 16,0 16,5 19,5 17,6 20,4 0,21 n.det 0,66 0,7 n.det n.det n.det 0,31 1,34 0,90 4,36 2,65 5,78 2,9 1,7 13,1 3,30 6,04 10,1 6,24 n.det n.det n.det 0,3 0,4 n.det n.det n.det n.det n.det 2,48 1,26 2,91 1,2 2,9 5,0 3,41 5,34 4,50 2,60 0,07 0,29 n.det 0,39 0,05 0,15 0,25 n.det 0,77 0,34 0,260 0,13 0,09 2,27 0,7 0,06 1,81 0,17 1,71 3,50 n.det n.det 0,18 0,05 n.det n.det n.det 0,05 n.det n.det Capacidade de troca de cátions (meq / 100g) 109 67 55 23 n.det 79 39 151 n.det 25 Além da areia base, argila e água, costuma-se adicionar à areia de moldagem outros produtos a fim de melhorar algumas propriedades. A incorporação de aditivo tem a função de compensar deficiências no processo de mistura e conseqüente insuficiência da dispersão 43 de argila e água sobre os grãos de areia, elevar a resistência à seco, modificar propriedades a altas temperaturas, resistência a quente e plasticidade a quente. O pó de carvão é usado para atenuar os efeitos de expansão da areia e criar uma atmosfera redutora na cavidade do molde, dificultando o contato do metal líquido com a superfície do molde, de modo a incrementar o acabamento superficial da peça obtida. O amido de milho é usado com o objetivo de aumentar a plasticidade da mistura. A tabela 3.3 apresenta características aconselháveis para o emprego do aglomerante e aditivos em areia de moldagem. Tabela 3.3 Composição de algumas bentonitas brasileiras [SANTOS, 1989]. Bentonita Pó de Carvão - teor de partículas grossas: máximo de 15% retido na peneira 200 mesh. - mistura padrão: 5% em peso da mistura. - teor de partículas grossas: máximo de 20 a 30 % retido na peneira 200 mesh. - mistura padrão: 3 a 6 % em peso da mistura. 3.3 UTILIZAÇÃO DE AREIA DE FUNDIÇÃO RESIDUAL EM ARGAMASSAS E CONCRETOS Pereira e Col [2002] caracterizaram a morfologia, microestrutura e influência do resíduo areia de fundição em argamassas para construção civil. A densidade da areia residual foi de 1,6 g/cm3. As quantidades em volume de areia residual variaram de 5 a 100% em substituição à areia comum de construção civil. O estudo de caracterização da microestrutura do material obtido foi realizado utilizando a técnica de microscopia eletrônica de varredura por elétrons secundários. Os resultados da caracterização microestrutural apresentadas no trabalho se referem às seguintes amostras: matriz (amostra sem resíduo), e amostra com 10%, 25%, 75% e 100% de areia de fundição. Os traços utilizados para a produção das argamassas seguiram a seguinte relação em volume: 1,0 (cimento): 3,9 (agregado) como mostra a tabela 3.4. 44 Tabela 3.4 - Quantidades de materiais utilizados na produção de argamassas [PEREIRA et al., 2000]. Resíduo Cimento Areia comum Areia de fundição Água (% em volume) [litros] [litros] [litros] [litros] 0 1,58 6,16 0 1,26 10 1,58 5,535 0,615 1,26 25 1,58 6,77 1,69 1,26 75 1,58 3,08 3,08 1,5 100 1,58 0 6,16 1,5 Como resultado da caracterização da microestrutura para argamassa sem areia de fundição (traço referência), observou-se a presença de porosidades, microtrincas na interface gel/agregado conforme (figura 3.3a) e a germinação e o crescimento da etringita na microestrutura do material (figura 3.3b). (a) (b) Figura 3.3 – (a) Micrografia mostrando a presença de porosidade e microtrincas na matriz. (b) Micrografia mostrando a etringita [PEREIRA et al., 2000]. 45 Com as amostras contendo 10%, 25%, 75% e 100% de areia de fundição, Pereira e Col [2000] chegaram às seguintes conclusões: a) Com 10% de areia de fundição (figura 3.4a): - Observou-se porosidade presente na microestrutura e uma interface agregado/pasta de cimento com menor qualidade se comparado com a do traço de referência (figura 3.3a). - Maior crescimento de cristais. Esta diferença na germinação dos cristais da etringita ocorreu devido à bentonita presente na argamassa. b) Com 25% de areia de fundição (figura 3.4b): - Observou-se uma ligeira melhora da interface agregado/pasta, se comparado com a microestrutura do material contendo 10% de areia de fundição. - A germinação e crescimento da etringita foi desordenado, apresentando tamanhos diferentes se comparados aos traços de referência e ao material com 10% de areia de fundição. c) Com 75% de areia de fundição (figura 3.4c): - Microestrutura microporosa e interface agregado/pasta bem melhor se comparado com a microestrutura da matriz e do material com 10% e 25% de areia de fundição. - Apresentou menor quantidade de fibras de etringita na microestrutura comparado com a matriz e o material com 10% e 25% de areia de fundição. d) Com 100% de areia de fundição (figura 3.4d): - O material obtido com 100% de areia verde de fundição apresentou em sua microestrutura uma microporosidade superior em relação ao material com 75%. - Existência de regiões preferenciais de germinação e crescimento da etringita. 46 Figura 3.4 – Micrografia mostrando a presença de porosidade, microtrincas e cristais de etringita para as amostras contendo 10, 25, 75 e 100% de areia verde [PEREIRA et al., 2000]. 47 Neste estudo concluiu-se, para o caso das amostras obtidas com areia verde de fundição [PEREIRA e Col, 2000], uma menor germinação e crescimento da etringita em relação à microestrutura da matriz, o que indica que a presença da bentonita inibe a germinação e crescimento dos cristais; isto possivelmente deve ter ocorrido devido a absorção da água pela massa de bentonita, o que levou à inibição da germinação e crescimentos desses cristais. Em um outro estudo, Pablos [1995] caracterizou a areia de fundição como agregado miúdo muito fino conforme tabela 3.6. Tabela 3.6 – Resultado do ensaio granulométrico do resíduo [PABLOS, 1995]. Peneiras (mm) 4,8 2,4 1,2 0,6 0,3 0,15 < 0,15 Material retido (g) 0 15,1 41,0 58,2 654,3 405,9 20,5 Total : 230,14 % em massa Retida Acumulada 0 0 1 1 3 4 5 9 55 64 34 98 2 100 176 Módulo de Finura MF = 1,7 D máximo = 2.4 mm Com o objetivo de estudar a influencia da resistência à compressão, Pablos [1995] confeccionou corpos-de-prova contendo cimento tipo CP II E 32, 50% de brita 0 (pedrisco) de origem basáltica e 50% de resíduo. Na tabela 3.7 é apresentado o resultado da resistência à compressão dos concretos. Tabela 3.7 – Resistência do concreto contendo 50% de areia de fundição na composição do agregado. Traço (Cimento: Brita: Resíduo) 1 : 1,5 : 1,5 1:2:2 7 dias Resistência à compressão (MPa) 28 dias 90 dias 18,1 15,0 24,2 19,8 29,3 25,2 48 Os resultados da tabela 3.7 permitiram a Pablos [1995] observar o grande potencial de utilização do concreto em elementos construtivos assim como blocos vasados, pavimentos, contrapisos e sub-bases para pavimentação. 49 Capítulo 4 Outros Resíduos Sólidos Industriais Utilizados Utilizados em Argamassas e Concretos Os resíduos industriais estudados e utilizados como agregados para construção civil são vários, e os motivos, basicamente são dois: - Custo relativamente elevado para a gestão e a destinação atual dos resíduos. - Responsabilidade ambiental. Os principais resíduos industriais utilizados pela indústria de construção civil para a fabricação de argamassa/concreto são os seguintes: a) Resíduo proveniente da serragem de mármore e granito; b) Resíduo proveniente do beneficiamento do arroz; c) Resíduos vegetais provenientes de matéria-prima e processos industriais de produção; d) Resíduo proveniente da industria de galvanização; e) Resíduo proveniente da indústria de produção do aço; f) Resíduo proveniente da industria têxtil. 50 4.1 RESÍDUO PROVENIENTE DA SERRAGEM DE MÁRMORE E GRANITO O resíduo de corte de mármore e granito (RCMG) é resultante do processo de serragem de blocos destas rochas. Ao todo 25 a 30% do bloco são transformados em pó, representando uma quantidade estimada de 240.000 toneladas/ano, distribuídas entre Espírito Santo, Bahia, Ceará, Paraíba, entre outros estados [MOURA et al., 2002]. MOURA et al. [2002] estudaram a utilização do resíduo de corte de mármore como substituição de parte do agregado miúdo (areia) para argamassas de revestimento e argamassa para produção de lajotas para piso. Foram determinadas a massa específica e a massa unitária do RCMG. A massa específica, determinada segundo a NBR 6474 (1985), é de 2,84 g/cm3 e a massa unitária, avaliada conforme NBR 7251 (1982), é de 1,01g/cm3. No estudo para utilização do RCMG em argamassa, foram produzidas argamassas cujo traço foi de 1:6, em massa. Foram preparados corpos-de-prova sem resíduo (argamassa de referência), e corpos-de-prova de argamassa contendo de 5% e 10%, em massa de resíduo em substituição à areia. O estudo a respeito da utilização do RCMG como substituição de parte da areia na produção de argamassas para revestimento e fabricação de lajotas permitiu tirar as seguintes conclusões [MOURA et al., 2002]: - O RCMG encontra-se na forma cristalina e não apresenta riscos ambientais (tabela 4.1); - Quanto a resistência à compressão, observou-se valores similares entre as argamassas com ou sem RCMG, sendo que as argamassas com RCMG tendem a apresentar valores de resistência sensivelmente superiores (tabela 4.2). 51 Tabela 4.1 Resultados do ensaio de lixiviação e solubilização do RCMG [MOURA et al., 2002]. Metais solubilizados Metais lixiviados Elemento RCMG NBR 10004 (mg/l) Elemento RCMG NBR 10004 (mg/l) (ppm) (mg/l) limites máximos (ppm) (mg/l) limites máximos Ba N.D 1 Ba N.D 100 Cd N.D 0,005 Cd 0,015 0,5 Pb N.D 0,05 Pb 0,155 5 Cr N.D 0,05 Cr 0,042 5 Nitrato N.D 10 Ag N.D 5 Cu N.D 1 As N.D 5 Al 0,106 0,2 Hg N.D 0,1 Fe N.D 0,3 F 0,31 150 Mn 0,008 0,1 Se N.D 1 Zn 0,003 5 As N.D 0,05 N.D – Não detectado Hg N.D 0,001 Fenol N.D 0,001 Na 35,35 200 SO4 26 400 Cl 134,5 250 F 0,28 1,5 Cianeto N.D 0,1 Tabela 4.2 Resultados dos ensaios de resistências à compressão [MOURA et al., 2002]. RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO DAS ARGAMASSAS (MPa) Argamassa REFERÊNCIA Com 5% de RCMG Com 10% de RCMG Cura de 3 dias Cura de 7 dias Cura de 28 dias 9,9 12,1 17,2 10,45 13,6 17,6 10,8 14,8 17,7 52 4.2 RESÍDUO PROVENIENTE DO BENEFICIAMENTO DO ARROZ Do processo de beneficiamento do arroz tem-se como resíduo a casca de arroz (CA), que devido ao seu alto poder calorífico (aproximadamente 16720 kJ/kg) e custo muito baixo, vem cada vez mais substituindo a lenha empregada na geração de calor e de vapor, necessários para os processos de secagem e parboilização dos grãos. Mediante a queima da casca de arroz em fornalhas a céu aberto ou em fornos especiais com temperatura controlada, é produzida a cinza da casca de arroz (CCA), denominada residual quando é obtida sem controle de temperatura e tempo de exposição [DELLA et al., 2001]. A estimativa para produção nacional de arroz em casca para a safra 2000/2001, segundo dados do IBGE foi de aproximadamente 11.089.788 toneladas. Considerando que do total de arroz colhido 23% correspondem à casca e 4% correspondem à cinza, concluise que 443.591 toneladas deste resíduo são gerados no país. Devido ao seu elevado teor de óxido de silício (tabela 4.3), este resíduo está sendo utilizado na fabricação de vidros, isolantes térmicos, tijolos prensados e materiais refratários, bem como na produção de cimento Portland ou usado como agregado em argamassas e concretos (Figura 4.1). Tabela 4.3 Composição química, em óxidos, da cinza da casca de arroz em comparação com a composição típica de refratários de sílica [DELLA et al., 2001]. Óxidos Amostra de CCA analisada (% em Massa) SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O MnO TiO2 P2O5 97,87 0,13 0,06 0,50 0,74 0,88 0,12 0,25 0,01 0,71 Composição típica de refratários de sílica (% em Massa) 92 – 96 0,5 – 3 0,5 – 2,5 1,5 – 3 0,3 – 0,5 - 53 Beneficiamento do arroz Blocos Casca do arroz (CA) Painéis Combustão (Geração de energia) Cinza da casca de arroz (CCA) Vidros Isolantes térmicos Estabilização de solos Tijolos prensados Agregados em argamassas e concretos Refratários Cimento Portland Figura 4.1 Organograma de aplicação da cinza da casca de arroz a partir do beneficiamento do arroz [DELLA et al., 2001]. A caracterização microestrutural da cinza (figura 4.2), mostrou a presença de partículas grandes (~ 1 mm) e pequenas (< 0,5 mm), predominando as menores (figura 4.2a). O formato alongado e contorcido, com aparência de espiga de milho, é provocado pelo processo da queima (figura 4.2b). A Figura 4.2c apresenta as epidermes internas e externas da CCA. A figura 4.2d mostra detalhes da epiderme interna das partículas de casca de arroz presente na cinza, mostradas em (4.2c). A estrutura celular e porosa é resultante da remoção da lignina e celulose presente na casca durante a queima, uma vez que a celulose é o maior constituinte orgânico da casca. 54 Figura 4.2 Características típicas da cinza da casca de arroz [DELLA e Col, 2001] : (a) distribuição granulométrica variada; (b) aspecto morfológico; (c) epidermes internas e externas; (d) estrutura da epiderme interna da cinza vista em (c). Sanguinetti [2000] estudou o desempenho da incorporação da cinza da casca de arroz no concreto. Para a confecção do corpo-de-prova de referência utilizou cimento de alta resistência inicial, brita e areia. As proporções de cinza de casca de arroz incorporadas foram de 5% e 10%. As composições dos corpos-de-prova estão apresentadas na tabela 4.4. Tabela 4.4 Composição dos corpos-de-prova [SANGUINETTI, 2000] . Concreto Cimento (Kg) Referência 5% de cinza 10% de cinza 540 513 486 Cinza da casca de arroz (Kg) 0 25 54 Areia (Kg) Brita (Kg) 713 713 713 1203 1203 1203 55 O Resultado da resistência foram satisfatórios conforme apresentado na tabela 4.5 [SANGUINETTI, 2000]. O concreto contendo 5% de cinza de casca de arroz apresentou resistência à compressão semelhante ao do concreto de referência, tendo uma vantagem da redução do cimento. Tabela 4.5 Resistência à compressão do concreto [SANGUINETTI, 2000]. Concreto 3 dias (MPa) 7 dias (MPa) 28 dias (MPa) Referência 5% de cinza 10% de cinza 62,54 55,91 52,50 63,30 60,53 58,35 72,10 72,00 65,50 4.3 RESÍDUOS VEGETAIS PROVENIENTES PROCESSOS INDUSTRIAIS DE PRODUÇÃO DE MATÉRIA-PRIMA E Com o objetivo de apresentar materiais alternativos para a construção civil, Savastano Jr. [2000] estudou materiais reforçados com fibras vegetais. A tabela 4.6 apresenta vários tipos de resíduos, oriundos do processo agroindustrial de obtenção das fibras vegetais comerciais em estudo. Tabela 4.6 Resíduos oriundos do processamento de fibras vegetais [SAVASTANO JR., 2000]. Fibra Produto Principal Fibra verde antes da secagem Fibra beneficiada Fios de corda Sisal Baler twine (fio agrícola) Tapetes Resíduo Bucha verde (já separada do bagaço) – umidade em torno de 120% em massa Refugo/bucha Bucha branca (sem tratamento) Fibras curtas (menor do que 3 cm) Bucha (tingimento com anilina e mistura com óleo mineral) Fibras curtas (impregnadas com anilina e óleo mineral) Retalhos de fios (tingimento a quente) 56 Tabela 4.6 Resíduos oriundos do processamento de fibras vegetais [SAVASTANO JR., 2000] - continuação. Fibra Produto Principal Piaçava Fibra limpa e penteada Fibra para produção de vassouras Fibras longas e médias Fibras longas Coco Fibras longas e curtas Algodão Fibras para tecelagem Polpa de Produção de papel eucalipto Fibra bruta de 1a para tecelagem Rami Fibra bruta de 2a para tecelagem Fruta de mesa e para Banana indústria Malva Fibra bruta limpa Resíduo Mistura de fibras e palha (refugo) Fibras fora de padrão Fibras curtas (1-3 cm) Pó residual não peneirado Fibra curta Refugo de fibra longa Pós misturados com fibrinhas Microfibras 85% algodão e 15% poliester Rejeito Resíduo do amaciamento Resíduo do amaciamento Fibra do pseudocaule – base seca Fibra tipo 4 Savastano Jr. [2000] produziu telhas cerâmicas tipo romana de 487 mm x 263 mm (figura 4.3) com matriz de argamassa de cimento Portland CPII-32F e areia lavada de rio (módulo de finura = 2,12) segundo os seguintes procedimentos: - relação cimento:areia de 1:1,5; - relação a/c: 0,4 para corpos-de-prova de referência e 0,5 para corpos-de-prova com adição de fibra; - teor em volume de fibras de 2 %; - tipos de fibras: sisal (bucha de campo e bucha de baler twine), pó residual não peneirado de coco, rejeito de polpa celulósica de eucalipto, banana, malva “tipo 4” e padrão sem fibra; - equipamento: Parry Associates com adensamento por vibração 57 Figura 4.3 Produção da telha de concreto [SAVASTANO JR., 2000] - (A) Placa recém moldada e vibrada, (B) Telha transferida para fôrma ondulada. Os resultados das propriedades mecânicas (tabela 4.7) mostram que o padrão sem fibra atingiu resistência mais elevada, tanto em tração como em compressão. Os compósitos com reforço de fibra de sisal bucha de campo apresentou fraco desempenho pela presença elevada do extrativo mucilagem que interfere de modo negativo na hidratação do cimento Portland, especialmente perto da interface fibra-matriz [SAVASTANO JR, 2000]. O compósito contendo a combinação de dois tipos diferentes de fibra (coco e polpa de eucalipto) apresentou também baixas resistências devido ao volume excessivo de fibras (total de 4%). Com exceção das telhas reforçadas com fibra de sisal bucha de campo (força de ruptura de flexão inferior a 680 N) e fibra de banana (empenamento superior a 3 mm), as demais telhas produzidas a partir dos compósitos em estudo, atenderam às especificações das normas técnicas [SAVASTANO JR., 2000]. A inclusão de fibras contribuiu para tornar as telhas mais leves, tanto pela reduzida massa específica aparente da fibra como também pela incorporação de ar durante a mistura dos compósitos [SAVASTANO JR., 2000]. 58 Tabela 4.7 Propriedades físicas e mecânicas dos compósitos à base de cimento Portland [SAVASTANO JR., 2000]. Corpo-de-prova Massa especifica (kg/m3) Padrão sem fibra Sisal Bucha de campo Sisal bucha de baler twine Coco pó residual Rejeito de popa de eucalipto Banana Malva tipo 4 Coco + polpa de eucalipto 2148 Empenamento Resist. à (mm) compressão 28 dias (MPa) 2,02 37,3 Resist. à tração 28 dias (MPa) 4,61 Força de ruptura na flexão (N) 1012 2024 0,95 19,8 2,82 607 1996 0,85 17,7 3,88 864 2056 2,10 25,8 3,95 845 2042 2,05 23,2 3,68 768 2036 2067 3,23 0,60 22,5 16,1 3,48 3,69 681 804 1794 1,90 12,5 3,34 717 O Instituto de pesquisa tecnológico de São Paulo (IPT) desenvolveu componentes empregando compósito de argamassa de cimento de escória de alto-forno reforçada com 2% em volume de fibras de coco [AGOPYAN, 1988]. O trabalho concentrou-se em painéis para paredes estruturais (figura 4.4). Figura 4.4 Seção transversal dos painéis [AGOPYAN, 1988] 59 Com o objetivo de realizar avaliação de desempenho pós-ocupação, foi construído pela Cohab-SP, com supervisão do IPT, um protótipo em escala real, no conjunto habitacional da Vila Nova Cachoeirinha na cidade de São Paulo (figura 4.5). Avaliações efetuas em 1998 confirmaram que suas paredes externas e internas permaneceram em perfeitas condições após 8 anos de exposição. Figura 4.5 Protótipo construído em Nova Cachoeirinha, São Paulo [AGOPYAN, 1988] 4.4 RESÍDUO PROVENIENTE DA INDÚSTRIA DE GALVANIZAÇÃO Os resíduos provenientes das estações de tratamento de efluentes líquidos de empresas de galvanização são classificados como perigosos, segundo a NBR 10.004, devido ao teor de metais pesados detectados nos extratos obtidos nos ensaios de lixiviação e solubilização, executados, respectivamente, de acordo com a NBR 10.004 [CHAMIE, 1993]. Com o objetivo de encontrar uma solução para reduzir o impacto ambiental do resíduo proveniente da industria de galvanização, Chamie [1993] estudou o encapsulamento deste resíduo através da solidificação em matrizes de cimento. 60 Foram confeccionados corpos-de-prova de forma cilíndrica de 50 mm de diâmetro por 100 mm de altura com diferentes traços. A tabela 4.8 apresenta a resistência à compressão aos 28 dias. Tabela 4.8 Resistência à compressão dos corpos-de-prova – 28 dias [CHAMIE, 1993] Traço (Cimento: Resíduo) Lote 4:1 5:1 6:1 7:1 8:1 1 2,57 MPa 9,20 MPa 6,80 MPa 5,55 MPa 9,40 MPa 2 3,67 MPa 21,20 MPa 4,60 MPa 8,65 MPa 19,17 MPa 3 2,90 MPa 17,07 MPa 2,50 MPa 7,25 MPa 16,25 MPa Chamie [1993] concluiu com este estudo a possibilidade do encapsulamento do resíduo através da solidificação em matrizes de cimento. Os ensaio de lixiviação realizado apresentaram teores de metais no extrato lixiviado inferiores aos padrões estabelecidos pela NBR 10.005 - Lixiviação de Resíduos. 4.5 RESÍDUO PROVENIENTE DA INDÚSTRIA DE PRODUÇÃO DE AÇO Estima-se que entre 70 a 170 kg/ton dos aços produzidos são escoria geradas tanto na fusão redutora dos minérios para obtenção do ferro gusa, como na produção do aço, resultando nas escórias chamadas de alto-forno e de aciaria, respectivamente. Masuero et al. [1997] estudaram a viabilidade do uso de escórias de aciaria elétrica em materiais de construção civil, especificamente como adição ao concreto. A tabela 4.9 apresenta a composição típica de escória de aciaria elétrica. Tabela 4.9 – Composição típica de escórias de aciaria elétrica [MASUERO et al., 1997]. País Japão Suécia EUA Alemanha Brasil Itália Geração CaO MgO SiO2 Al2O3 FeO MnO P2O5 S Kg/ton (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) 127 100 160 120 150 120 40 46 41 32 33 41 4 5 10 10 10 8 25 11 17 15 18 14 5 5 8 4 6 7 19 28 18 31 30 20 7 4 4 4 5 6 0,06 0,7 0,6 1,4 0,9 0,9 0,2 0,1 0,1 0,1 61 Ele observou que as escórias de aciaria apresentam como limitante de utilização o problema de expansão sendo que e o uso indiscriminado, baseado apenas no empirismo, pode resultar em conseqüências desastrosas, como pode ser visualizado na figura 4.6. Figura 4.6 Descolamento e fissuração do revestimento do piso interno devido a problemas de expansão do substrato [MASUERO et al., 1997]. O problema da expansão é causado principalmente pela presença de óxido de cálcio livre e óxido de magnésio reativo (associado também à metaestabilidade do silicato dicálcico). Em presença de umidade, os óxidos de cálcio e magnésio livres hidratam-se. Esta hidratação está associada a um aumento de volume, resultando no problema de expansão das escórias. O óxido de cálcio é o responsável por expansões a curtos prazos, sendo de 1,99 a expansão volumétrica que ocorre devido a hidratação da cal livre. O óxido de magnésio por apresentar reações de hidratação mais lentas,é então responsável pela expansão a longo prazo. Para avaliar o desempenho mecânico de concretos com adição de escória de aciaria elétrica foram produzidas misturas com três diferentes proporções de materiais [MASUERO et al., 1997]. Estes concretos foram avaliados quanto a resistência à compressão diametral resultando na tabela 4.10. O ganho de resistência alcançou a ordem de 30 % com a utilização do resíduo. Além do ganho de resistência, teve-se uma redução de consumo de cimento para todos os traços, chegando-se a uma diminuição de até 11 kg de cimento por m3. 62 Tabela 4.10 – Resultados de resistência à compressão aos 7, 28 e 91 dias de cura [MASUERO et al., 1997]. Concreto Fator A/C Resistência à compressão (MPa) 7 dias 28 dias 91 dias 0,4 32,93 38,66 43,32 0,5 23,99 28,13 32,93 0,6 18,13 22,00 24,13 0,4 39,06 43,86 53,99 Com 20% de 0,5 32,53 36,66 42,92 escória 0,6 21,86 28,26 31,06 Referência Para avaliar a expansão provocada pela escória, Masuero et al. [1997] colocaram corpos-de-prova de concreto com 20% de escória de dimensões de 2,5 x 2,5 x 28 cm em reservatório de água à 80oC. Leituras diárias foram realizados durante 10 dias. Após este período a expansão deve ser inferior a 5% para evitar ruptura do material por efeito da expansão da escória. A figura 4.7 mostra que a expansão ficou bem abaixo do limite Expansão (%) máximo. 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 1 2 Sem adição de escória 3 4 5 Dias Com 20% de escória 6 Figura 4.7 Evolução da deformação ao longo do tempo da amostra de concreto com 20% de escória de aciaria [MASUERO et al., 1997]. 63 4.6 RESÍDUO PROVENIENTE DA INDUSTRIA TÊXTIL Em todo o estado de Santa Catarina o setor têxtil gera mensalmente cerca de 20.000 toneladas de resíduo semi-sólido.Visando encontrar soluções para o tratamento do lodo têxtil, através do processo de solidificação com o cimento, Cheriaf et al. [1999] estudaram um lodo da industria têxtil tratado com sulfato de alumínio. O lodo da indústria têxtil possui consistência gelatinosa, coloração escura, constituído de materiais orgânicos, com elevado teor de umidade, cuja variação depende da eficiência do sistema de filtragem. Para eliminar os materiais orgânicos, Cheriaf e Col [1999] incineram o lodo a 5000C e realizaram a análise química conforme tabela 4.11. Tabela 4.11 – Composição química do lodo [CHERIAF et al., 1999] Elementos Lodo % em massa Cimento Portland CPIS % em massa 2,94 10,34 0,12 0,81 1,67 1,64 0,41 0,4 4,8 107,44 17,92 1,49 19,3 4,6 3,3 5,4 61,4 --0,6 --------2.5 SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO Na2O K2O TiO2 P2O5 CO2 Total C orgânico S total Para estudar a resistência à compressão, Cheriaf et al. [1999] prepararam corpos cilíndricos de 50 mm de diâmetro e 10 mm de altura com inclusão de 30% do lodo no Resistência (MPa) cimento e efetuaram ensaios com 7, 14, 28 e 90 dias conforme a figura 4.8. 40 35 30 25 20 15 10 5 0 36,49 32,78 20,72 5,24 7 14 28 90 Dias Figura 4.8 Resistência à compressão da mistura solidificada dos corpos-de-prova com 30% de lodo e 70% de cimento [CHERIAF et al., 1999]. 64 Capítulo 5 Materiais e Métodos Experimentais 5.1 MATERIAIS UTILIZADOS Para a produção do concreto foi utilizado cimento, areia, brita 1, pó de pedra e areia de fundição. O cimento utilizado foi o Portland CP II – F 32 por ser comum no mercado e ser recomendado para os seguintes casos: a) Concreto armado para desforma rápida, curado a vapor ou com outro tipo de cura térmica. b) Elementos pré-moldados de concreto e artefatos de cimento para desforma rápida, curados por aspersão de água. c) Elementos pré-moldados de concreto e artefatos de cimento para desforma rápida, curados a vapor ou com outro tipo de cura térmica. d) Pavimento de concreto simples ou armado. e) Pisos industriais de concreto. O cimento é fornecido comercialmente em saco de 50 Kg, com composição típica de óxidos de seus compostos conforme apresentado na tabela 5.1 [GROSSI, 2001].. 65 Tabela 5.1 – Composição típica comercial dos óxidos presentes nos compostos do cimento [GROSSI, 2001].. Óxidos Al2O3 – Óxido de alumínio SiO2 – Óxido de silício CaO – Óxido de cálcio MgO – Óxido de magnésio CaO – Óxido de cal livre SO3 – Trióxido de enxofre Resíduo insolúvel Equivalente alcalino Propriedades Massa (%) São óxidos formadores dos complexos químicos básicos C3S, C2S, C3A e C4AF 4,31 18,06 59,72 5,07 1,58 2,95 São controlados por serem expansivos Teor indicador da quantidade de gesso, regulador do tempo de pega Material não-hidráulico ao cimento Expressa a quantidade de Na2O e K2O, controlados porque em contato com minerais reativos presentes no agregado formam fases expansivas 1,20 0,59 A areia utilizada possui densidade de 1360 Kg/m3 sendo classificada como areia média grossa com módulo de finura de 3,44. A Areia de fundição residual estudada foi cedida pela Empresa Menegotti Indústrias Metalúrgicas Ltda, localizada no município de Shoereder/SC com densidade de 1.550 Kg/m3 sendo classificada como Classe II - não perigoso e não fenólica. O pó de pedra utilizado possui densidade de 1340 Kg/m3 sendo classificado como agregado miúdo grosso, com módulo de finura variando entre 2,71mm < MF < 4,02 mm. O agregado graúdo utilizado foi a Brita 1 que possui dimensões entre 9,5 a 19 mm e densidade de 1.590 kg/m3. A água utilizada para fabricação do concreto foi proveniente da rede de abastecimento do município de Jaraguá do Sul - SAMAE 66 5.2 PREPARAÇÃO DOS CORPOS-DE-PROVA Foram preparados, inicialmente, corpos-de-prova de argamassa contendo a areia de fundição residual para efetuar uma pré-análise da viabilidade da utilização deste resíduo em concreto para confecção de pavimento. Depois, foram produzidos corpos-de-prova de pavimento em escala de produção com uso de equipamento dotado apenas de vibração mecânica com o objetivo de estudar a influência de diferentes quantidades de resíduo incorporados no concreto. Uma terceira etapa foi estudar a influência do processo de fabricação na confecção do pavimento. Através de corpos-de-prova de pavimento obtidos em escala de produção com uso de equipamento dotado com mecanismo de vibroprensagem hidráulica, compararando com o processo de vibração. Na ultima etapa do experimento foi elaborado um ajuste de traço de agregados para melhorar o acabamento superficial dos pavimentos. 5.2.1 Fabricação de argamassa Inicialmente foram moldadas argamassas em moldes cilíndricos com dimensões 50 mm de diâmetro e 100 mm de comprimento utilizando cimento, areia comum e areia de fundição residual com o objetivo de comparar com um corpo-de-prova de referência confeccionado apenas com cimento e areia conforme traço apresentado na tabela 5.2. Cada corpo-deprova foi moldado em 3 camadas de argamassa e cada camada foi adensada manualmente com 20 golpes, utilizando-se um soquete padrão. Tabela 5.2 – Traço das argamassas confeccionadas com e sem areia de fundição residual. Corpo-de-prova de argamassa Sem resíduo Com resíduo Traço (massa) Cimento: Areia Comum : Areia fundição a/c = 0,37 1:4:0 1:3:1 % de substituição de areia comum por resíduo 0 25 % 67 5.2.2 Fabricação de pavimento com equipamento dotado apenas de vibração Foi efetuada a dosagem de cimento e dos agregados (areia, brita 1, diferentes porcentagens de resíduo), conforme tabela 5.3, através de um equipamento modelo MBM3, marca Menegotti, com compactação exclusivamente por meio de vibração mecânica localizada no próprio molde. Foram confeccionados corpos-de-prova (CP) em formato de pavimento com dimensões (100 x 200 x 80 mm) conforme exigido pela NBR – 9781. Tabela 5.3 – Traço dos corpos-de-prova fabricados com equipamento dotado apenas de vibração mecânica. CP Traço (massa) Cimento:Brita 1:Areia Comum:Areia fundição a/c = 0,37 % de resíduo nos agregados % de resíduo na areia comum A B C D E 1 : 2,85 : 3,15 : 0.00 1 : 2,85 : 2,36 : 0.78 1 : 2,85 : 1,57 : 1.57 1 : 2,85 : 0,78 : 2.36 1 : 2,85 : 0,00 : 3.15 0 13% 26% 40% 52% 0 25% 50% 75% 100% 5.2.3 Fabricação de pavimento com equipamento dotado com mecanismo de vibroprensagem hidráulica Na terceira etapa do experimento foram confeccionados corpos-de-prova em equipamento automático dotado de vibro-prensagem hidráulica, possuindo uma pressão de trabalho de 14 MPa aplicado pelo cilindro hidráulico. Outro recurso do equipamento é a existência de resistências térmicas instaladas internamente no contra-molde. O contra-molde é o acessório responsável pelo acabamento superficial do pavimento. Devido à alta pressão de trabalho durante a compactação do pavimento, se forma uma película de água sobre a superfície superior da peça. Esta película pode prejudicar o acabamento da peça durante a desmoldagem, ou seja, aglomerando concreto ao contra molde e deixando falhas na peça extraída. Com o aquecimento do contra-molde é possível evaporar parcialmente esta película de água e minimizar falhas de acabamento. A mistura do concreto foi efetuada através de Betoneira 320L, transportado por meio de esteira transportadora inclinada até o equipamento onde foi feito a moldagem. A 68 figura 5.1 mostra todo o procedimento usado para a fabricação dos pavimentos. O empilhamento dos pavimentos foi executado com a utilização do próprio pallet com espaçadores de madeira. Foram extraídos 10 copos-de-prova por vez. Foi estabelecida uma temperatura média de 161oC no contra-molde em 9 dos corpos-de-prova, e apenas 1 foi confeccionado com temperatura de 23oC para efeito de análise do acabamento superficial. Figura 5.1 – Terceira etapa do experimento mostrando mistura do concreto em betoneira 320L(A e B), transporte em esteira transportadora(C e D), fabricação em equipamento automático com vibro-compressão hidráulica (E) e estocagem das peças em prateleira feita com o próprio pallet (F). 69 Os traços utilizados foram os mesmos dos corpos-de-prova A e B fabricados somente com vibração (tabela 5.4). O objetivo foi de efetuar um comparativo de desempenho entre os dois processos de fabricação. Tabela 5.4 – Traço dos corpos-de-prova fabricados com equipamento dotado de vibro-compressão hidráulica. CP Traço (massa) a/c = 0,2 Cimento: Brita 1 :Areia Comum :Areia fundição % de resíduo nos agregados % de resíduo na areia comum A B 1 : 2,85 : 3,15 : 0,00 1 : 2,85 : 2,36 : 0,78 0 13% 0 25% Após 3 dias da extração os corpos-de-prova foram identificados e empilhados em um pátio sem cobertura conforme figura 5.2. Os números representam a organização conforme molde da máquina. Foram feitos 50 corpos-de-prova de cada traço sendo 45 com aquecimento do contra-molde à 161oC e 5 com temperatura de 23oC para análise do acabamento superficial. Figura 5.2 – Empilhamento e identificação dos corpos-de-prova após 3 dias da extração. 70 5.2.4 Fabricação de pavimento com traço ajustado para melhor acabamento superficial em equipamento dotado com mecanismo de vibro-prensagem hidráulica A quarta etapa do experimento foi ajustar o traço com o objetivo de melhorar o acabamento da face superior do pavimento. Foi substituída uma parcela da brita 1 pelo agregado pó de pedra e manteve-se o traço 1:6 com a mesma quantidade de areia de fundição e areia comum do traço B. Foram feitos 50 corpos-de-prova de cada traço sendo 45 com aquecimento do contra-molde à 161oC e 5 com temperatura de 23oC para analisar a influência da temperatura no acabamento (tabela 5.5). Tabela 5.5 – Traço dos corpos-de-prova com ajuste de traço. CP C % de resíduo em relação Traço (massa) ao agregado total Cimento: brita 1 : areia comum : areia fundição : pó de Pedra a/c = 0,2 1 : 1 : 2,36 : 0,78 : 1,86 13% % de resíduo na areia comum 25% 71 5.3 ENSAIOS DE COMPRESSÃO O ensaio de compressão teve os seguintes objetivos: a) Primeira etapa: efetuar um estudo preliminar do desempenho do resíduo areia de fundição em substituição parcial ao agregado miúdo. b) Segunda etapa: efetuar um estudo do desempenho do concreto para pavimento com aplicação de diferentes porcentagens de areia de fundição em equipamento manual com compactação por vibração. c) Terceira etapa: efetuar um estudo do desempenho do concreto para pavimento em equipamento automático com vibro-compressão hidráulica. d) Quarta etapa: efetuar um estudo do desempenho do concreto para pavimento em equipamento automático com compactação por vibração e prensagem hidráulica sendo o traço ajustado para realidade do mercado. 5.4 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA Os corpos-de-prova recuperados do ensaio de ruptura por compressão axial da segunda e terceira etapa foram submetidos a um estudo de caracterização da microestrutura através da técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV). O estudo da microestrutura foi realizado sobre os fragmentos recuperados dos ensaios mecânicos de cada um dos traços. A preparação de cada amostra para realizar a caracterização via microscopia eletrônica de varredura seguiu as seguintes etapas: a) Secagem da amostra; b) Metalização superficial com ouro na ordem de 12 nm, para evitar os efeitos de carga do feixe eletrônico, usando-se um metalizador BALTEC/SCD 050 Sputter Coater; c) Análise morfológica e microestrutural no microscópio eletrônico de varredura, marca ZEISS, modelo DSM 940A. 72 5.5 ENSAIOS DE LIXIVIAÇÃO, ANÁLISE DE MASSA E SOLUBILIZAÇÃO Os ensaios de lixiviação, análise de massa e solubilização foram realizados conforme normas brasileiras sobre amostras dos corpos-de-prova de argamassa (tabela 5.2). O critério de escolha foi baseado nos resultados dos ensaios mecânicos, ou seja, traços contendo até no máximo 25% de resíduo no agregado total. A amostragem e os ensaios de lixiviação e análise de massa, e de solubilização foram realizados pela empresa Essencis Soluções Ambientais de Curitiba / PR conforme as normas NBR 10007, 10005 e 10006, respectivamente. 73 Capítulo Capítulo 6 Resultados e Discussões 6.1 ENSAIO GRANULOMÉTRICO DAS AREIAS O ensaio granulométrico foi realizado para verificar o tamanho das partículas das areias e suas respectivas proporções relativas. Os resultados da areia de fundição residual e areia comum encontram-se na tabela 6.1 e 6.2, respectivamente. Tabela 6.1 – Resultado do ensaio granulométrico do resíduo. Peneiras (mm) 4,8 2,4 1,2 0,6 0,3 0,15 < 0,15 Material retido (g) 0 1 8,50 16,22 178,98 15,40 10,04 Total : 230,14 % em massa Retida Acumulada 0 0 0,43 0,43 3,69 4,12 7,04 11,16 77,80 88,96 6,69 95,65 4,39 100 100 Módulo de Finura MF = 2,0 Tabela 6.2 – Resultado do ensaio granulométrico da areia comum. Peneiras (mm) 6,3 4,8 2,4 1,2 0,6 0,3 0,15 < 0,15 Material retido (g) 7,32 7,22 79,82 43,82 82,08 33,16 25,00 22,50 Total : 250 % em massa Retida Acumulada 2,93 2,93 2,98 5,82 31,93 37,75 17,21 54,96 12,83 67,79 13,26 81,05 10,00 91,05 8,93 3,57 100 Módulo de Finura MF = 3,44 74 A figura 6.1 apresenta a curva granulométrica da areia de fundição residual. Notase que a curva encontra-se fora dos limites recomendados para confecção de pavimento de concreto. Interpreta-se o resultado como agregado muito fino em relação ao recomendado. Retido Acumulado (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,15 0,3 0,6 1,2 2,4 4,8 Abertura das Peneiras (mm) Areia de Fundição Limite Ideal - mínimo Limete ideal - máximo Figura 6.1- Curva de distribuição grnulométrica da areia de fundição residual frente aos limites ideais para os agregados destinados à fabricação de pavimento. A figura 6.2 apresenta a curva granulométrica da areia comum. Nota-se que a curva encontra-se quase que totalmente dentro dos limites recomendados para confecção de pavimento de concreto. Interpreta-se o resultado como agregado adequado em relação ao Retido Acumulado (%) recomendado. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,15 0,3 0,6 1,2 2,4 4,8 Abertura das Peneiras (mm) Areia Comum Limite Ideal - mínimo Limete ideal - máximo Figura 6.2 – Curva de distribuição granulométrica da areia comum frente aos limites ideais para os agregados destinados à fabricação de pavimento. 75 6.2 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DOS AGREGADOS A figura 6.3 apresenta uma micrografia obtida por microscopia eletrônica sobre a areia comum. Pode-se observar que existe uma dispersão de tamanho das partículas da areia. Essa areia comum também se caracteriza por apresentar granulometria preferencialmente angular. Figura 6.3 – Micrografia mostrando a dispersão do tamanho e forma das partículas da areia comum. A figura 6.4 mostra a presença de impurezas recobrindo a areia comum, principalmente argila com base na literatura. Figura 6.4 – Micrografia mostrando a presença de impurezas sobre uma partícula de areia comum. 76 Sobre a figura 6.5 pode-se observar que o tamanho das partículas da areia de fundição residual é, de modo geral, menor do que da areia comum. Por outro lado, eles são mais homogêneos e apresentam uma morfologia mais arredondada. Figura 6.5 – Micrografia mostrando a dispersão do tamanho e forma das partículas da areia de fundição residual. Comparando com a literatura, pode-se observar também que as partículas de sílica estão recobertas por uma camada de bentonita, usada com aglomerante na composição da areia de fundição (figura 6.6) Figura 6.6 – Micrografia mostrando as partículas da areia de fundição residual recobertas por uma camada de bentonita. 77 A figura 6.7 apresenta uma vista geral do pó de pedra. Pode-se observar uma variação maior do tamanho das partículas assim como geometria angular, característica do processo de fragmentação da rocha. Figura 6.7 – Micrografia mostrando a dispersão do tamanho e forma das partículas do pó de pedra. A figura 6.8 apresenta a superfície de uma partícula de pó de pedra com presença de vazios e material desagregado. Figura 6.8 – Micrografia mostrando a presença de poros na superfície do pó de pedra. 78 A figura 6.9 apresenta a superfície de clivagem de uma partícula de brita número 1. Figura 6.9 – Micrografia mostrando a superfície de uma brita 1. 6.3 ENSAIO DE COMPRESSÃO 6.3.1 Ensaio de compressão dos corpos-de-prova de argamassa O resultado dos ensaios de compressão axial com 28 dias de cura da primeira etapa encontra-se na tabela 6.3. Tabela 6.3 – Resultado do ensaio de resistência das argamassas. Argamassa de referência (1:4 – cimento: areia) e argamassa com areia de fundição (1:3:1 – cimento: areia comum: areia de fundição). Resistência (MPa) – 28 dias CP Desvio 1 2 3 4 5 Media Argamassa de referência 8,09 12,11 6,21 6,51 6,30 7,84 2,50 Argamassa com areia de fundição 10,6 6,17 7,60 10,70 7,40 8,49 2,04 Padrão 79 A resistência média à compressão das argamassas com e sem resíduo é da mesma ordem de grandeza sendo que a argamassa com areia de fundição residual tende a apresentar valores de resistência levemente superiores à argamassa de referência (sem resíduo). 6.3.2 Ensaio de compressão dos corpos-de-prova de concreto fabricados em equipamento com vibração Os resultados do desempenho do concreto para pavimento com aplicação de diferentes porcentagens de areia de fundição em equipamento manual com compactação por vibração encontram-se na tabela 6.4. Tabela 6.4 – Resultado do ensaio de resistência dos pavimentos confeccionados em equipamento manual com compactação por vibração após 30 dias de cura. Resistência (MPa) aos 30 dias. CP 1 2 3 4 5 Média CP-A 19,33 16,25 21,25 14,05 6,5 15,47 Desvio Padrão 5,73 CP-B 16,60 13,75 5,50 12,50 13,75 12,37 4,13 CP-C 8,52 11,40 11,40 9,37 3,50 8,84 3,24 CP-D 8,55 14,70 3,75 10,00 6,25 8,65 4,13 CP-E 2,67 1,50 1,66 6,19 3,16 3,04 1,89 De acordo com os resultados da tabela 6.4, também mostrados na figura 6.10, a resistência dos pavimentos confeccionados com equipamento de vibração diminui com o aumento da concentração de resíduo. 80 20,00 Resistência (MPa) 16,00 15,47 12,37 12,00 8,84 8,00 8,65 4,00 3,04 0,00 0% 25% 50% CP - B CP-A 75% CP - C 100% CP - D CP - E Porcentagem de substituição da areia comum por Areia de Fundição Figura 6.10 – Desempenho da resistência média dos pavimentos confeccionados em equipamento com compactação por vibração com diferentes porcentagens de areia de fundição residual. Traço 1:6 (cimento: agregados) e a/c = 37 %. Além da resistência diminuir significativamente com a adição da areia de fundição, o desvio padrão comparado com a resistência média dos corpos-de-prova aumenta a ponto de corresponder a 62,4% da resistência média conforme apresentado na figura 6.11. 20,00 16,00 15,48 37% 33,4% MPa 12,37 36,7% 47,7% 12,00 8,84 8,00 8,65 62,4% 5,73 4,13 4,13 3,24 4,00 3,04 1,89 0,00 0% CP-A 25% CP-B 50% CP-C 75% CP-D Porcentagem de substituição da areia comum por Areia de Fundição Resistência Média 100% CP-E Desvio Padrão Figura 6.11 – Resistência média, desvio padrão e porcentagem do desvio sobre a resistência média. 81 6.3.3 Ensaio de compressão dos corpos-de-prova de concreto fabricados em equipamento automático com vibro-compressão hidráulica Os resultados do desempenho do concreto para pavimento com e sem utilização de areia de fundição em equipamento automático com vibro-compressão hidráulica encontram-se na tabela 6.5 e 6.6, para 30 e 90 dias de cura. As tabelas trazem informações da resistência em cada peça de acordo com a sua posição no pallet, sendo de 1 a 9 os corpos confeccionados com o molde superior aquecido a 161oC e o de número 10 com o molde superior a temperatura ambiente. Tabela 6.5 – Resultado do ensaio de resistência dos pavimentos confeccionados em equipamento automático com vibro-compressão hidráulica, após 30 dias de cura. Resistência (MPa) aos 30 dias Aquecimento do molde superior - 161oC CP A B 23oC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 25,10 30,29 25,07 27,27 29,15 33,13 30,53 27,47 24,54 33,32 25,20 35,34 18,73 28,96 20,37 36,88 24,57 31,71 30,41 37,91 Média Desvio Padrão 25,37 32,23 3,90 3,76 De acordo com os resultados da tabela 6.5 a resistência média dos pavimentos com areia de fundição (CP B) foi 21,28% superior do que o pavimento sem areia de fundição (CP A). Tabela 6.6 – Resultado do ensaio de resistência dos pavimentos confeccionados em equipamento automático com vibro-compressão hidráulica, após 90 dias de cura. Resistência (MPa) aos 90 dias Aquecimento do molde superior - 161oC CP A B 23oC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 30,35 29,13 33,26 44,22 28,01 49,21 32,77 45,16 37,02 38,47 24,03 29,30 22,80 26,08 24,58 32,27 33,51 41,75 30,44 38,98 Média Desvio Padrão 29,68 37,46 4,71 7,86 82 De acordo com os resultados da tabela 6.6, a resistência média dos pavimentos com areia de fundição (CP B) foi 20,85% superior do que o pavimento sem areia de fundição (CP A). A temperatura do molde superior não tem influência na resistência mecânica, mas melhora o acabamento superficial dos pavimentos quando aquecidos e mantido a 161 oC como pôde-se observar nos corpos de provas de 1 a 9 comparados com o de número 10. A resistência média tanto para o CP A como para o CP B aumentou com o tempo de cura. O CP A apresentou um aumento de 16,99 % em 60 dias e o CP B apresentou um aumento de 16,22% após o mesmo período. 6.3.4 Ensaio de compressão dos corpos-de-prova de traço comercial fabricados em equipamento automático com vibro-compressão hidráulica Os resultados do desempenho do concreto para pavimento com adição de pó de pedra e areia de fundição fabricados em equipamento automático com vibro-compressão hidráulica encontram-se na tabela 6.7 e 6.8 para 30 e 90 dias de cura. As tabelas trazem informações da resistência em cada peça de acordo com sua posição no pallet, sendo de 1 a 9 os corpos confeccionados de novo com o molde superior aquecido a 161oC e o de número 10 com o molde superior a temperatura ambiente. Tabela 6.7 – Resultado do ensaio de resistência dos pavimentos com pó de pedra confeccionados em equipamento automático com vibro-compressão hidráulica – 30 dias de cura. Resistência (MPa) aos 30 dias Aquecimento do molde superior - 161oC CP C 23oC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20,22 22,75 23,12 25,29 22,89 25,02 22,86 19,84 19,60 24,70 Média Desvio Padrão 22,63 2,11 83 De acordo com os resultados da tabela 6.7 a resistência média aos 30 dias de cura dos pavimentos CP C com a adição de pó de pedra foi 10,80 % menor do que o CP A e 29,78 % menor do que o CP B conforme já apresentado na tabela 6.5. Tabela 6.8 – Resultado do ensaio de resistência dos pavimentos com pó de pedra confeccionados em equipamento automático com vibro-compressão hidráulica – 90 dias de cura. Resistência (MPa) aos 90 dias Aquecimento do molde superior - 161oC CP C 23oC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 30,60 29,17 27,47 21,46 28,87 25,74 25,21 25,82 24,34 20,28 Média Desvio Padrão 25,90 3,30 De acordo com os resultados da tabela 6.8 a resistência média dos pavimentos CP C aumenta com o tempo de cura, mas foi 12,73 % menor do que o CP A e 30,86 % menor do que o CP B conforme já apresentado na tabela 6.6. O pó de pedra melhora o acabamento superficial dos pavimentos, mas diminui a resistência mecânica. Observou-se também que a resistência mecânica depende do processo de fabricação como mostra a figura 6.12 para pavimentos de concreto preparados com a mesma proporção (1 de cimento: 6 de agregado). 35 32,23 30 MPa 25 25,37 20 15 15,48 12,37 10 5 0 Sem areia de fundição Equipamento com vibração Com areia de fundição Equipamento com Vibro-compressão hidráulica Figura 6.12 – Resistência média à compressão dos pavimentos de concreto com 30 dias de cura. 84 De acordo com os resultados da figura 6.12 a resistência média à compressão dos pavimentos confeccionados em equipamento com vibro-compressão hidráulica foram superiores aos produzidos em equipamento com vibração, tanto do pavimento sem areia de fundição como o com resíduo. A diferença representou 63,88 % de aumento de resistência para o pavimento sem areia de fundição e 160,55% com areia de fundição. A resistência mecânica dos pavimentos fabricados somente com vibração tende a diminuir com a adição de resíduo enquanto que sobre aqueles fabricados com vibro-compressão a resistência aumenta com a incorporação do resíduo em substituição parcial à areia comum. Os equipamentos possuem concepção diferente, com vibro-compressão hidráulica o equipamento promove, além da vibração, uma pressão de 1,1 MPa em cada pavimento por meio de um cilindro hidráulico. Este sistema permite a obtenção de um pavimento melhor compactado, ou seja, com menor porosidade. 6.3.5 Discussão da influência da inclusão do pó de pedra no resultado de ensaio de compressão dos pavimentos de concreto A figura 6.13 apresenta o acabamento superficial das peças no momento da desforma dos blocos. Verifica-se que o traço C ficou melhor do que o traço A e B. Pode-se notar que o traço A possui coloração diferente dos traços B e C que contém areia de fundição residual. A figura 6.14 apresenta o acabamento superficial após 15 dias de cura. Pode-se notar que a diferença da coloração após esta data de cura não se destaca tanto quanto no momento da desforma. 85 Figura 6.13 – Acabamento superficial das peças no momento da desforma (1) traço A sem areia de fundição, (2) traço B com areia de fundição e sem pó de pedra, (3) traço C com areia de fundição e com pó de pedra. Figura 6.14 – Acabamento superficial das peças 15 dias após a desforma (1) traço A sem areia de fundição, (2) traço B com areia de fundição e sem pó de pedra, (3) traço C com areia de fundição e com pó de pedra. 86 Apesar de melhorar o acabamento superficial do pavimento, a inclusão do pó de pedra prejudicou a resistência do concreto conforme apresentado na figura 6.15. 37,46 40 35 32,23 30 25,9 22,63 MPa 25 20 15 10 5 0 30 dias 90 dias CP B CP C Figura 6.15 – Resistência média à compressão dos pavimentos de concreto com 30 dias e 60 dias de cura, sendo CP B: ( 1 cimento: 2,85 brita 1 : 2,36 areia comum : 0,78 areia de fundição) e CP C (1 cimento: 1 brita 1 : 2,36 areia comum : 0,78 areia de fundição : 1,86 pó de pedra). O pó de pedra por apresentar uma granulométrica mais fina do que a brita 1 proporciona um melhor acabamento superficial do pavimento. O adensamento efetuado pelo equipamento durante a fabricação dos pavimentos é resultado da vibração e compressão hidráulica. A compressão hidráulica proporciona uma força em uma única direção. A vibração hidráulica proporciona forças alternadas em diversas direções, inclusive soma-se com a compressão. Esta vibração além de ser muito importante para acomodação dos agregados internamente na peça também é responsável pela acomodação dos agregados finos na superfície da peça. Quando se tem muito agregado graúdo, ocorre contato entre um e outro impedindo, desta forma, o deslocamento do agregado graúdo para baixo da superfície da peça. A figura 6.16a representa esquematicamente a influência da disposição da brita 1 no traço B e a figura 6.16b o acabamento superficial do pavimento confeccionado com o traço C. 87 Figura 6.16 – Representação esquemática do acabamento superficial. (A) traço não contendo pó de pedra e (B) traço contendo pó de pedra. Com relação à resistência pode-se relacionar os seguintes motivos que podem ter causado a queda de resistência do pavimento com a inclusão do pó de pedra: a) Textura superficial: Ao contrario da brita 1 que possui superfície compacta e áspera (figura 6.9), o pó de pedra possui superfície com material desagregado (figura 6.8). b) Aumento de agregado fino na mistura: Aumentou-se a área específica dos agregados com a inclusão do pó de pedra. 88 6.4 ANÁLISE MICROESTRUTURAL DOS CORPOS-DE-PROVA 6.4.1 Corpos-de-prova fabricados por vibração A figura 6.17 apresenta os vazios capilares, originados pelo espaço não preenchido dos compostos sólidos da hidratação do cimento. Este volume total de porosidade, e principalmente, a distribuição dos tamanhos dos poros é o principal motivo da queda da resistência do concreto. A figura 6.17 corresponde aos traços contendo 0, 50 e 100 % de areia de fundição em substituição à areia comum. Figura 6.17 – Micrografia obtidas no MEV mostrando as porosidade nos corpos-deprova contendo (A) = 0 % resíduo, (B) = 50% resíduo e (C) = 100% resíduo. A zona de transição que é a porção da pasta de cimento em contato com o agregado é caracterizada por ser uma região com maior porosidade decorrente da elevação da relação água/cimento devido ao filme de água que se forma em torno do agregado, principalmente o agregado graúdo. Sabe-se que a bentonita da areia de fundição se hidrata facilmente. Ao hidratar, a bentonita incha e aumenta a superfície resultando em um zona de transição com maior porosidade e com a formação de grandes cristais de Ca(OH)2. Além disso, esta porção de água absorvida pela bentonita pode prejudicar a hidratação da pasta de cimento. Desta 89 forma os silicatos hidratados C-S-H, que são os principais responsáveis pela resistência mecânica, apresentam uma morfologia pouco desenvolvida e fibrilar pois dependem da hidratação da pasta de cimento. A figura 6.18 apresenta a microestrutura do hidróxido de cálcio no concreto contendo 25 % de areia de fundição em substituição à areia comum (corpo-de-prova CPB). Na análise EDS apresentada na figura 6.19, foi detectado essencialmente o cálcio no precipitado hexagonal mostrando que se trata de um hidróxido formado de cálcio, provavelmente o hidróxido de cálcio como é mencionado na literatura. Figura 6.18 – Formação do hidróxido de cálcio e porosidade observada sobre os corpos-de-prova obtidos com 25% de areia de fundição em substituição à areia comum (CP B). Figura 6.19– Espectro EDS indicando os elementos químicos da fase indicada pela seta sobre a figura 6.18. De acordo com a figura 6.18 o Ca(OH)2 está envolvido pelo C-S-H. No caso da figura 6.20 os corpos de prova obtidos com 100% de areia de fundição em substituição à areia comum (corpo-de-prova CP-E) apresentam o Ca(OH)2 sem aderência com a pasta de C-S-H. Nota-se também que houve pouca formação de C-S-H entre os agregados prejudicando desta forma o pavimento. 90 Figura 6.20 Formação do hidróxido de cálcio e porosidade sobre os corpos-de-prova obtidos com 100% de areia de fundição em substituição à areia comum (CP E). Pode-se concluir que o equipamento dotado apenas de vibração gerou a formação de vazios em torno dos agregados, aumentando localmente a relação a/c e, conseqüentemente, proporcionando a formação de grandes cristais de Ca(OH)2. 91 6.4.2 Corpos-de-prova fabricados com vibro-compressão hidráulica Conforme já mencionado na figura 6.12, a resistência média à compressão dos pavimentos confeccionados em equipamento com vibro-compressão hidráulica foram superiores aos produzidos em equipamento com vibração. A combinação de vibração e compressão durante a fabricação do pavimento proporcionou um material com menos porosidade e conseqüentemente não deixou vazios para formação de grandes cristais de Ca(OH)2. Os silicatos hidratados C-S-H, que são os principais responsáveis pela resistência mecânica, apresentam uma morfologia bem desenvolvida entre os agregados, conforme pode-se observar sobre o corpo-de-prova B com areia de fundição (figura 6.21). Figura 6.21 – Microscopia eletrônica do corpo-de-prova B (com areia de fundição) apresentando a morfologia do C-S-H e a ausência de grandes cristais de Ca(OH)2. 92 A figura 6.22 apresenta uma fissura, provavelmente crida devido às forças de compressão e/ou secagem em estufa do material do traço contendo areia de fundição. Pode-se verificar também que não há indício de Ca(OH)2 na forma hexagonal. Figura 6.22 – Microscopia eletrônica efetuada no corpos-de-prova B (com areia de fundição) apresentando a fissura em (B) e uma vista geral da microestrutura em (A). A figura 6.23 apresenta o vazio originado pelo espaço não preenchido dos componentes sólidos da hidratação do cimento do corpo-de-prova A sem areia de fundição. Verificam-se também as microfissuras interligadas com o vazio, originadas pela secagem em estufa (desidratação da pasta) ou pelas forças de compressão durante o ensaio de ruptura em compressão. 93 Figura 6.23 – Microscopia eletrônica efetuada no corpo-de-prova A (sem areia de fundição) apresentando as microfissuras interagindo com o vazio. 6.4.3 Discussão da influência do equipamento e da areia de fundição no resultado do ensaio de compressão dos pavimentos de concreto O desempenho dos pavimentos teve como determinante a influência da energia de compactação do equipamento. A tabela 6.9 mostra a influência do resíduo e do processo de fabricação dos pavimentos nas características e propriedades do concreto. 94 Tabela 6.9 – Influência do equipamento e do resíduo na fabricação do pavimento de concreto. Fatores Equipamento com vibro-compressão hidráulica - Pouca acomodação dos agregados - Acomodação suficiente com bom com formação de grande volume de empacotamento dos agregados de forma vazios no concreto resultando em que resulta em um concreto com pouca baixa resistência à compressão. porosidade. Compactação - A vibro-compressão diminui a distância de transição pasta/agregado aumentando a resistência mecânica. Ca(OH)2 Areia de fundição residual Equipamento com vibração - Com os grandes vazios no concreto, ocorre formação dos grandes cristais de Ca(OH)2 conforme figura 6.16. - Os poros formados não possuem espaço suficiente para formação dos grandes cristais de Ca(OH)2 conforme figura 6.19. - Aumenta a área específica do agregado e, portanto, a área de transição pasta/agregado. Conseqüentemente tem-se aumento de vazios e assim maior concentração de cristais de Ca(OH)2 . Portanto, menor resistência com a adição do resíduo. - Com a vibro-compactação o material mais fino (resíduo) preencheu melhor os vazios dos agregados mais grossos, ou seja, teve-se um melhor empacotamento e, conseqüentemente, uma maior resistência mecânica. A diminuição de cimento por unidade de superfície de agregado não tem influência na resistência mecânica, conforme mostrado na tabela 6.3. 95 6.5 ENSAIOS DE LIXIVIAÇÃO, ANÁLISE DE MASSA E SOLUBILIZAÇÃO Os resultados obtidos encontram-se expressos nas tabelas 6.10 a 6.13. Tabela 6.10 – Análise de massa e de lixiviação da argamassa contendo 25% de resíduo. Parâmetros Alumínio Antimônio Arsênio Bário Berílio Cádmio Chumbo Cianetos Cobalto Cobre Cromo Hexavalente Cromo Total Fenol Ferro Fluoretos Magnésio Manganês Mercúrio Molibdênio Níquel Óleos e Graxas Prata Selênio Tálio Vanádio Zinco LQ  Limite de Quantificação Extrato Lixiviado (mg/l) Limite Máximo (mg/l) NBR 10004 Análise de Massa (mg/kg) < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ 0,13 < LQ < LQ < LQ < LQ 0,03 5,0 100 0,5 5,0 5,0 150 0,1 5,0 1,0 - 109,80 < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ 18,17 809,00 2,04 < LQ < LQ < LQ 0,12% < LQ < LQ < LQ < LQ 0,99 Limite Máximo (mg/kg) NBR 10004 1000 100 1000 1000 100 10 100 100 1000 - 96 Tabela 6.11 – Extrato solubilizado da argamassa contendo 25% de resíduo. Parâmetros Alumínio Arsênio Bário Cádmio Chumbo Cianetos Cloretos Cobre Cromo Total Dureza (mg CaCO3/l) Fenol Ferro Fluoreto Manganês Mercúrio Nitrato Prata Selênio Sódio Sulfato Surfactantes Zinco Limite Máximo (mg/l) NBR 10004 0,20 0,05 1,00 0,005 0,05 0,10 250,0 1,00 0,05 500,0 0,001 0,3 1,5 0,1 0,001 10,0 0,05 0,01 200,0 400,0 0,20 5,0 Extrato Solubilizado (mg/l) 0,5* < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ 51,32 < LQ < LQ 496,00 < LQ 0,14 0,46 < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ 12,50 6,72 < LQ 0,02 LQ  Limite de Quantificação De acordo com a tabela 6.10 nenhum elemento químico apresentou concentração acima do máximo permitido por norma, ao contrário do ensaio de solubilização (tabela 6.11) onde se tem um pequeno excesso de alumínio. Na argamassa sem resíduo também não foi encontrado nenhum elemento químico com concentração acima do máximo permitido nos ensaios de lixiviação e análise de massa (tabela 6.12). Por outro lado, no ensaio de solubilização da argamassa sem resíduo tem-se um pequeno excesso de alumínio, como na argamassa com resíduo, e também um leve excesso de chumbo. Portando, o excesso de alumínio encontrado na argamassa com resíduo não é proveniente do resíduo. Provavelmente ele é proveniente do cimento. 97 Tabela 6.12 – Análise de massa e de lixiviação da argamassa pura sem areia de fundição. Parâmetros Extrato Lixiviado (mg/l) Alumínio Antimônio Arsênio Bário Berílio Cádmio Chumbo Cianetos Cobalto Cobre Cromo Hexavalente Cromo Total Fenol Ferro Fluoretos Magnésio Manganês Mercúrio Molibdênio Níquel Óleos e Graxas Prata Selênio Tálio Vanádio Zinco LQ  Limite de Quantificação < LQ < LQ < LQ 0,84 < LQ < LQ 0,16 < LQ < LQ < LQ < LQ 0,07 Limite Máximo (mg/l) NBR 10004 5,0 100 0,5 5,0 5,0 150 0,1 5,0 1,0 - Análise de Massa (mg/kg) 549,20 < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ 7,70 < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ 4.767,00 1.900,00 29,00 < LQ < LQ 5,04 0,02% < LQ < LQ < LQ < LQ 12,80 Limite Máximo (mg/kg) NBR 10004 1000 100 1000 1000 100 10 100 100 1000 - 98 Tabela 6.13 – Extrato solubilizado da argamassa pura, sem areia de fundição. Parâmetros Alumínio Arsênio Bário Cádmio Chumbo Cianetos Cloretos Cobre Cromo Total Dureza (mg CaCO3/l) Fenol Ferro Fluoreto Manganês Mercúrio Nitrato Prata Selênio Sódio Sulfato Surfactantes Zinco LQ  Limite de Quantificação Limite Máximo (mg/l) NBR 10004 0,20 0,05 1,00 0,005 0,05 0,10 250,0 1,00 0,05 500,0 0,001 0,3 1,5 0,1 0,001 10,0 0,05 0,01 200,0 400,0 0,20 5,0 Extrato Solubilizado (mg/l) 0,47 < LQ < LQ < LQ 0,08 < LQ 55,98 < LQ < LQ 520,00 < LQ 0,23 0,26 < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ 4,37 4,02 < LQ 0,02 99 Conclusão Geral O estudo realizado no presente trabalho mostrou que é possível utilizar a areia de fundição residual como agregado para confecção de pavimentos de concreto. Os dois processos de fabricação estudados tiveram resultados diferentes na resistência dos pavimentos. Pelo processo de vibração, a resistência à compressão tende a diminuir com o aumento da concentração da areia de fundição residual. Para os pavimentos sem resíduo (1 : 2,85 : 31,15 – Cimento : brita 1 : areia comum) o valor da resistência média à compressão foi de 15,47 MPa. Para os pavimentos com 25% de incorporação de areia de fundição em substituição a areia comum (1 : 2,85 : 2,36 : 0,78 - Cimento : brita 1 : areia comum : areia de fundição) a resistência média à compressão foi de 12,37 MPa aos 30 dias de cura, ou seja, 20 % inferior. Pelo processo de vibro-compressão os resultados dos ensaios mecânicos com a incorporação de 25% de areia de fundição residual em substituição à areia comum mostraram valores mais elevados. Para os pavimentos sem resíduo o valor da resistência média à compressão foi de 25,37 MPa. Para os pavimentos com 25% de incorporação de areia de fundição em substituição à areia comum a resistência média à compressão atingiu 32,23 MPa aos 30 dias de cura. Aos 90 dias de cura a resistência foi de 29,68 e 37,46 MPa, respectivamente. A análise microestrutural permitiu concluir que a resistência mecânica dos corposde-prova está relacionada com o processo de fabricação, formação de vazios e de Ca(OH)2 e módulo de finura da areia de fundição. Isso fica evidente observando-se os corpos-deprova confeccionados pelo processo em equipamento dotado apenas de vibração que apresentou bastante porosidade decorrente da falta de uma acomodação satisfatória dos agregados, conseqüentemente deixando espaço para formação de grandes cristais hexagonais de hidróxido de cálcio na zona de transição pasta/agregado. Para o processo com equipamento dotado de vibro-compressão hidráulica, a quantidade de vazios e poros é bem menor e não apresentou a formação dos grandes cristais hexagonais de hidróxido de cálcio na zona de transição, o que explica a sua maior resistência à compressão, comparado 100 com o processo de vibração. Pelo processo de vibro-compressão a presença de 13% de um agregado mais fino na mistura (resíduo) teve comportamento diferente com relação ao processo de vibração. Com a compactação, o material mais fino preencheu melhor os vazios dos agregado mais grossos, ou seja, teve-se um melhor empacotamento das partículas. No processo com vibração o resíduo aumenta a área específica de transição e, portanto, a quantidade de defeitos e de cristais de Ca(OH)2. A resistência de 35 MPa conforme determina a norma ABNT foi superada em até 49 MPa (tabela 6.6) com o traço 1:6 (cimento: agregado). O processo com equipamento dotado de vibro-compressão satisfez a exigência quanto a resistência à compressão. O pó de pedra utilizado para substituir 53 % da brita com o objetivo de melhorar o acabamento superficial das peças prejudicou a resistência devido à sua textura superficial (porosidade e aumento da área especifica). Nos ensaios de lixiviação e análise de massa todos os elementos químicos analisados apresentaram concentração abaixo do máximo estabelecido pela norma. No ensaio de solubilização o excesso de alumínio encontrado no extrato solubilizado não é proveniente do resíduo. Portanto, desses ensaios químico-ambientais pode-se concluir que o resíduo não provoca impacto ambiental. No anexo 6 mostra-se que a utilização de resíduo na fabricação de pavimentos proporciona um desenvolvimento auto-sustentável garantindo assim um ciclo vantajoso tanto ao meio ambiente como sua viabilidade econômica na construção civil. Por último, o fabricante de piso de concreto geralmente fabrica algum outro tipo de artefato de concreto, desta forma existe um potencial de aumentar a utilização da areia de fundição residual através do estudo em outros artefatos de concretos tais como abrigo para hidrômetro, aduela de concreto, balaustre de cimento, bebedouro, cocho, blocos de concreto, boca-de-lobo, caixa de água, caixa de inspeção, caixa para ar condicionado, caixilho, canaleta, cerca palito, dormentes ferroviários, elementos vazados, escada, estátuas, fossa séptica, guia e sarjeta, ladrilho hidráulico, lajes, mourão, móveis diversos, painéis para paredes, poste de concreto, prisma para sinalização, tanque de lavar roupa, tubos de concreto para águas pluviais, tubos de concreto para esgoto sanitário, telha e vasos diversos. 101 Referências Bibliográficas Bibliográficas ABREU, J. 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NBR 10006 – Solubilização de resíduos, Rio de Janeiro, 1987 104 Anexos Anexo 1 - Origem dos pavimentos A cobertura do terreno com a colocação de pedras em estado natural foi a origem dos pavimentos. Por volta de 3.000 AC, foram construídos pavimentos de pedra em Creta. Em 500 AC, Roma havia desenvolvido pavimentos com bases granulares estabilizadas e camada de rolamento de pedra [GROSSI, 2001]. O surgimento dos veículos de transporte trouxe a necessidade de se ter uma superfície mais uniforme, com mais conforto de rolamento. Logo se passou à pedra talhada, conforme figura 1. (a) (b) (c) Figura 1 (a) Pavimento 3000 AC – Creta; (b) Pavimentos 500 AC – Roma; (c) Pedra Talhada [GROSSI, 2001]. Após a segunda guerra mundial, Holanda e Alemanha aperfeiçoaram as máquinas vibro-compressora gerando grande desenvolvimento tecnológico das peças pré-moldadas de concreto. Na década de 70 com a disparada da evolução tecnológica surge o pavimento de concreto no Brasil com diversos tipos de fabricação, formas, dimensões, cores e tipos de assentamento. 105 Anexo 2 - Vantagens dos pavimentos de concreto A figura 2 apresenta, de modo geral, as vantagens de fabricação e uso dos pavimentos de concreto. Vantagem
Fabricação Descrição -
Construção -
Comportamento - - Produzidos com matéria-prima local e abundante e não com derivados de petróleo, caros e contaminantes; Consomem menos energia no processo de fabricação, principalmente se comparados aos pavimentos asfálticos; Produção industrial em máquinas vibro-compressoras, o que permite controle e confiabilidade. São de fácil execução, sem equipamentos pesados; Sua construção utiliza ferramentas simples de pedreiro, equipamento de corte e uma vibro compactadora; Colocação independe da temperatura ambiente; As peças chegam à obra já prontas, permitindo sua imediata utilização; Facilidade de estocagem; Não é necessário o uso de processos químicos ou térmicos. Permitem a utilização imediata do pavimento, eliminado-se “tempos de espera”; Não é necessária a utilização de mão-de-obra especializada; Permitem criar várias frentes de trabalho e economia de tempo de construção; Melhor alternativa técnica e econômica para muitas comunidades, principalmente por empregarem mão-deobra local; Pode ser construído por etapas, de maneira econômica; Não têm juntas dominantes; Adaptam-se às ruas curvas ou íngremes; Colocação de peças pode ser automatizada. Projeto por métodos racionais, para qualquer tipo de tráfego, em volume ou carga; Têm simultaneamente grande capacidade estrutural, bela aparência, além de alta resistência a ataques de óleos e ao derramamento de combustíveis; Cor clara: (maior visibilidade, maior segurança); Níveis de geração de ruídos similares ao dos outros tipos de pavimentos em superfície seca e sensivelmente menor em superfícies úmidas, principalmente para velocidades menores do que 70 km/h; Resistência à derrapagem em condições de chuva; Impedem a transmissão e o aparecimento na superfície do pavimento de eventuais trincas das camadas de base. Figura 2 - Vantagens dos pavimentos de concreto. 106 Vantagem Descrição
Manutenção -
Custos - - Requerem pouca ou nenhuma manutenção; Camada de rolamento segmentada, composta por peças duráveis e recuperáveis; Facilidade de acesso às instalações de serviços subterrâneos; Peças de diferentes cores ajudam a marcar as posições das redes de serviço; Permitem a reutilização das peças, o que torna o pavimento mais econômico; Reparos sem marcas visíveis; Permitem fácil reparação quando ocorrem assentamentos que comprometam sua capacidade estrutural. Excelente relação custo/benefício a médio e longo prazo devido aos menores custos de manutenção e conservação e pela reutilização das peças de concreto; Proporcionam economia de energia elétrica, além de maior visibilidade e segurança.
Estética - - Variedade de cores, diversidade de formas e texturas, múltiplas disposições em planta, adaptando-se a quaisquer necessidades, obtendose variados e agradáveis efeitos estéticos; Luminosidade: aparência atrativa tanto à luz natural quanto artificial.
Campo de aplicações - Diversas aplicações tais como praças, parques, jardins, calçadas, estacionamentos, área de lazer, terminais de cargas, vias de trafego pesado, pisos industriais, aeroportos, paisagens históricas e reurbanização. Figura 2 - Vantagens dos pavimentos de concreto – continuação. 107 Outra vantagem é o conforto térmico proporcionado pelo pavimento de concreto intertravado com relação aos outros tipos de pavimentos. A figura 3 mostra uma medição da temperatura feita na cidade de Ribeirão Preto/SP no mês de agosto de 2001. A B Figura 3 - Temperatura na cidade de Ribeirão Preto/SP em pavimento de concreto (A) e pavimento asfáltico (B). 108 Anexo 3 - Aplicação dos pavimentos de concreto Os diversos modelos de pavimentos estão apresentados nas figuras 4 e 5. Figura 4 – Exemplos de modelos de pavimentos. Figura 5 – Exemplos de modelos de pavimentos aplicados a ruas e calçadas. 109 As figuras 6 à 15 apresentam as diversas aplicações dos pavimentos de concretos. Figura 6 – Aplicação do pavimento de concreto em praças, parques e jardins. Figura 7 – Aplicação do pavimento de concreto em calçadas, vias urbanas e residências. 110 Figura 8 – Aplicação do pavimento de concreto em terminais de carga e tráfego pesado. Figura 9 – Aplicação do pavimento de concreto em aeroportos. 111 Figura 10 – Aplicação do pavimento de concreto em portos. Figura 11 – Aplicação do pavimento em áreas de lazer, pontos de ônibus e ruas. 112 Figura 12 – Outras aplicações do pavimento de concreto. 113 Anexo 4 - Selo de qualidade para blocos e pavimentos Com o intuito de implementar a conformidade dos produtos com as normas Brasileiras, a Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP) criou o selo de qualidade ABCP, figura 13 para blocos de concreto, contribuindo dessa forma para a melhoria da qualidade dos sistemas construtivos à base de cimento [GROSSI, 2001]. As condições mínimas para adesão são: a) Possuir algum controle de qualidade nas fases de produção; b) Possuir identificação da matéria-prima e testes de qualidade destes materiais; c) Realizar ensaio de desempenho de seu produto acabado; d) Possuir rastreabilidade de seu produto acabado (identificação do produto na área de estocagem: código, classe de resistência, data de fabricação, equipamento, etc.). Figura 13 – Selo de qualidade [GROSSI, 2001]. O procedimento para aquisição tem as seguintes etapas: - Fase de qualificação (2 – 3 meses): Ensaios periódicos quinzenais realizados somente em laboratórios credenciados (figura 14). - Fase de acompanhamento: Após a concessão do Selo categoria PLENA, a Empresa passa à fase de acompanhamento com amostragens mensais. Uma nova auditoria no Sistema da Qualidade da fábrica será realizada em periodicidade anual ou sempre que houver necessidade de acompanhamento de ação corretiva (figura 15). 114 Figura 14 - Fase de qualificação do Selo ABCP – Categoria inicial [GROSSI, 2001]. 115 Figura 15 - Fase de qualificação do Selo ABCP – Categoria Plena [GROSSI, 2001]. 116 Anexo 5 - Equipamentos para fabricação de blocos e pavimentos de concreto. A figura 16 mostra um equipamento com sistema de adensamento por vibração. Figura 16 – MBM3 – Maquina de blocos Menegotti 3. Equipamento com sistema de adensamento por vibração. A figura 17 mostra um equipamento com sistema de adensamento por vibrocompressão pneumática. Figura 17 – Equipamento com sistema de adensamento por vibro-compressão pneumática. 117 A figura 18 mostra um equipamento com sistema de adensamento por vibrocompressão hidráulica. Figura 18 – MBM4 – Maquina de blocos Menegotti 4. Equipamento com sistema de adensamento por vibro-compressão hidráulica 118 Anexo 6 - Retorno de Investimento A tabela 1 apresenta os custos para fabricação do pavimento de referência (CP A) em equipamento dotado de vibro-compressão hidráulica. O retorno de investimento e a margem de contribuição foram calculados com base no volume necessário de concreto para produção de 19.200 peças de pavimento (capacidade para 1 dia de produção) e no valor do equipamento. Os custos considerados foram matéria-prima, mão-de-obra, energia, impostos, preço de mercado e comissões de vendas. Com base nas tabelas 1 e 2 a areia de fundição residual proporcionou neste estudo grande viabilidade econômica de sua utilização. Em resumo, a simulação do lucro de um fabricante de pavimento de concreto está apresentado na figura 19 onde o lucro obtido com a utilização do traço B (com areia de fundição) é maior do que o A (sem areia de fundição). A tabela 2 apresenta os custos para fabricação do pavimento com areia de fundição residual (CP B) em equipamento dotado de vibro-compressão hidráulica. Lucro baseado na margem de contribuição (1Ano de Produção) R$ 150.000,00 R$ 142.927 R$ 100.000,00 R$ 78.489 R$ 50.000,00 R$ 0,00 A B Traço Figura 19 - Lucro baseado na margem de contribuição de 1 ano de fabricação. 119 Tabela 1 – Retorno de investimento e margem de contribuição do pavimento de referência (CP A) confeccionado em equipamento dotado de vibro-compressão hidráulica MBM4. 120 Tabela 2 – Retorno de investimento e margem de contribuição do pavimento de com areia de fundição residual (CP B) confeccionado em equipamento dotado de vibro-compressão hidráulica MBM4. 121 Referências Bibliográficas dos Anexos GROSSI, P., Selo de qualidade ABCP, Associação Brasileira de cimento Portland (ABCP), Seminário nacional de blocos de concreto para alvenaria e pavimento de concreto, Instituto de Engenharia de São Paulo, 2001