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Anais do XX Encontro de Iniciação Científica – ISSN 1982-0178

Anais do V Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação – ISSN 2237-0420

22 e 23 de setembro de 2015

ESTUDO PARA A APLICAÇÃO DE RESIDUOS DE CERAMICA VERMELHA NA PRODUÇÃO DE ARGAMASSAS CIMENTICIAS

Julia Thais de Oliveira Cardoso Faculdade de Engenharia Civil

CEATEC [email protected]

Nádia Cazarim da Silva Forti Tecnologia do Ambiente Construído

CEATEC [email protected]

Resumo: A produção de cerâmica vermelha no Bra-sil é de aproximadamente 130 milhões de toneladas por ano. O estado de São Paulo é responsável pela fabricação de 32 milhões de toneladas. Cerca 50 mil toneladas viram resíduos do próprio processo de produção que, na maioria das vezes, é descartado ou utilizado como cascalho em estradas ou pátios das próprias cerâmicas. Entre os benefícios do apro-veitamento dos resíduos de cerâmica vermelha (RCV), destaca-se a perspectiva da produção de materiais cimentícios de baixo impacto ambiental e diminuição de áreas de descarte. Para o estudo da viabilidade de novas composições de argamassas com RCV foram estudados, neste trabalho, seis tra-ços diferentes, com substituições parciais do volume de areia na mistura ou do cimento, e um traço refe-rência sem nenhuma substituição. Ensaios foram realizados para a caracterização dos componentes da argamassa, verificação da atividade pozolânica do resíduo e avaliação do produto final quanto à resistência e porosidade. Concluiu-se, a partir do resíduo cerâmico analisado, que este, quando fina-mente moído, apresenta características pozolânicas. Para os traços estudados neste trabalho, os resulta-dos obtidos com a substituição parcial do cimento por estes resíduos, apresentou uma queda de resis-tência quando comparado ao traço de referência. Analisando a utilização do mesmo resíduo como substituto parcial do agregado miúdo na produção de argamassas, observou-se que para os teores em até 50% de substituição não ocorreu perda significativa de resistência e, quanto à capacidade de absorção de água por imersão e por capilaridade, o traço de 50% de substituição mostrou-se a médio e longo prazo semelhante ou melhor que o traço de referen-cia. Palavras-chave: Cerâmica vermelha, argamassa, resíduo.

Área do Conhecimento: Engenharia Civil – Materi-ais de construção.

1. INTRODUÇÃO A construção civil, um dos principais pilares do pro-gresso nacional, proporciona melhorias na qualidade de vida da população e na infraestrutura do país. Entretanto, caracteriza-se também como responsável pela geração de grandes problemas ambientais. Os resíduos de construção e demolição (RCD) têm sido uma consequência difícil de ser administrada, não só para as empresas como, também, para as municipa-lidades, sobrecarregando os sistemas de limpeza pública. A disposição irregular desses resíduos cau-sa problemas de ordem estética, ambiental e de saúde pública [13]. Outros problemas gerados pela atividade têm sido o intenso consumo de recursos naturais e a degradação do meio ambiente ao seu redor. Os desperdícios e o mau aproveitamento de materiais podem ser justificados por fatores relacio-nados processo de construção, mão-de obra não qualificada, perdas no processo produtivo, e também na inércia de empresários que não buscam melhori-as para o processo construtivo ou produtivo. A situa-ção, porém, se agrava quando esse tipo de resíduo, resultante da construção, é abandonado e acumula-do em margens de rios, terrenos baldios ou outros locais impróprios. Diante deste contexto, a viabilidade do uso de resí-duos da construção civil na reciclagem, é muito estu-dada e vista como boa solução para o problema. Este tipo de resíduos pode ser utilizado como agre-gado para confecção de concreto, para pavimenta-ção de ruas, cascalhamento de estradas, preenchi-mento de vazios em construções, em valas de insta-lações e como agregado para produção de argamas-sas [15]. Este trabalho traz, como principal objetivo, o estudo da reutilização dos resíduos de cerâmica vermalha (RCV) para a produção de novos compos-tos cimentícios.

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA A geração de impactos ambientais no processo de fabricação de materiais cerâmicos não está somente ligada à extração de recursos naturais, como no caso




a argila, oriundo de um processo extremamente lento e não renovável na litosfera, mas também com a devastação e instabilidade da área de exploração, com possíveis alterações de cursos d’agua, assore-amento de córregos e rios, e ainda, o alto consumo de energia elétrica utilizada em todo o processo de fabricação desses materiais [14]. Além da fase de extração, assim como todo processo, a produção de materiais cerâmicos não está livre dos resíduos sóli-dos gerados durante o processo produtivo. Os des-perdícios ou perdas geradas por esse processo são decorrentes de ineficiência, da má condição de esto-cagem, do manuseio incorreto de mercadorias e da falta de conformidade com as normas [14]. A reutili-zação desses resíduos cerâmicos gerados no pro-cesso de fabricação, de construção ou demolição, como agregado miúdo para confecção de argamas-sas traz vantagens para a construção civil. Pode ser citado o efeito pozolânico apresentado quando acrescentado a matrizes cimentícias; redução no consumo do cimento e da cal e, ainda, ganho na resistência a compressão das argamassas.

2.1 Propriedades Pozolânicas A adição de materiais pozolânicos aos concretos, argamassas e pastas, visa melhorias em caracterís-ticas como o aumento da resistência à compressão e à flexão em idades avançadas, redução de porosida-de e permeabilidade e aumento da resistência a sulfatos [17].

Quanto maior a finura, maior será sua superfície especifica e, com isso, maior a área de contato e, naturalmente, maior será a reatividade. Os grãos com maior finura quando substituído parcialmente ao cimento, permite um empacotamento mais denso das partículas do mesmo e reduz os problemas na zona de transição entre a pasta e o agregado. Como resultado, esta zona mais fraca é reforçada, em fun-ção da maior aderência entre essas duas fases, promovendo melhoras na microestrutura e nas pro-priedades de um modo geral [1]. A reação pozolânica traz outra característica a ser considerada. Por con-ter finuras, temperaturas e mineralogia diferente ao do cimento, apresenta uma forma mais lenta de rea-gir, resultando em uma taxa de liberação de calor e desenvolvimento de resistência lenta [16].

O resíduo cerâmico pode, ainda, representar uma alternativa mais econômica do ponto de vista energé-tico, haja vista que, para o processo de cominuição utilizado para o seu beneficiamento, o resíduo atingiu maiores superfícies específicas em comparação a uma pozolana tradicionalmente utilizada pela indús-tria de fabricação do cimento Portland. Outra vanta-

gem é que argamassas com presença de resíduo cerâmico apresentam valores referentes ao índice de vazios, porosidade total e absorção das amostras ensaiadas mínimos para teores em torno de 20% [16].

2.2 Argamassas com Resíduos Cerâmicos

2.2.1 Argamassas com Substituição Parcial do Ci-mento

Este primeiro estudo visa analise da relação entre a substituição parcial do aglomerante, cimento, pelos resíduos de cerâmica vermelha moída, na confecção de argamassas.

2.2.2 Argamassas com Substituição Parcial do Agre-gado

Outra vertente a ser estudada entre a cerâmica ver-melha e a argamassa, é a substituição parcial do agregado miúdo pelo resíduo de cerâmica vermelha.

3. MATERIAIS E METODOS O desenvolvimento deste trabalho foi feito em duas etapas principais, na primeira avaliou-se o resíduo de cerâmica quanto a sua pozolanicidade através da metodologia especificada em [5]. Na segunda etapa foram produzidas argamassas de dois tipos, uma utilizando o resíduo de cerâmica moído como substi-tuto parcial em volume de cimento e outra utilizando o resíduo como substituto parcial em volume de agregado miúdo. Foram avaliadas as características do resíduo moído e das argamassas estudadas com substituição par-cial de cerâmica vermelha no traço. A Tabela 1 re-sume as características estudadas e respectivas normas técnicas.

Tabela 1 – Ensaios realizados em função das características avaliadas

Beneficiamento e caracterização dos materiais.

Massa específica – [8]

Módulo de finura – [7]

Massa unitária – [12]

Teor de finos - [9]

Avaliação das atividades pozolâ-nicas dos resíduos de cerâmica ver-melha moídos

Índice da atividade pozolânica [5]

Estudar o efeito da substituição e da adição nas propri-edades físicas e mecânicas da argamassa

Consistência da argamassa

Resistência à compressão - [6]

Absorção por capilaridade e por imersão [2]

Absorção por imersão – [3]




3.1 Materiais

3.1.1 Cimento Utilizou-se o cimento composto com filer calcário, CPII-F-32, disponível comercialmente no mercado local. Foi realizado o ensaio para a determinação de sua massa especifica, conforme [8], para a qual ob-teve-se 3,15 g/cm³.

3.1.2 Agregado Miúdo. O agregado miúdo utilizado foi a areia natural quar-tzosa, disponível no laboratório de materiais do cen-tro CEATEC – PUC Campinas.

3.1.3 Resíduo de Cerâmica Vermelha

O material cerâmico utilizado foi proveniente de uma olaria na região de Campinas-SP e coletado em fragmentos de blocos cerâmicos. Para a confecção dos corpos de prova, com substituição parcial da areia por RCV, foi necessário à trituração desses fragmentos através do triturador de mandíbulas. Para o ensaio de determinação da pozolanicidade e con-fecção dos corpos de prova com substituição parcial do cimento por RVC, o material foi refinado no moi-nho de bola.

3.2 Métodos 3.2.1 Determinação do índice de pozolânicidade A realização do experimento foi determinada através do procedimento descrito pela em [5] para materiais pozolânicos. Foram confeccionados 8 corpos de provas com dois traços de argamassas. Quatro cor-pos de prova da argamassa A - referência sem adi-ção de cerâmica, e quatro corpos de prova da arga-massa B - com adição de 25% de material cerâmico moído e passante pela peneira 200. As relações água/cimento e água/cimento/cerâmica foram todas estabelecidas de acordo com [5], finalizando com uma pasta de consistência de 17 cm para argamassa A e 16,7 cm para argamassa B. Como os índices de consistência foram próximos, não foi necessário o uso de aditivo superplastificante.

Conforme determinado em [7], a utilização de mate-riais pozolânicos para a substituição do cimento Porthland necessita de um índice mínimo de 90%.

3.2.2 Caracterização do Resíduo Cerâmico Bri-tado e da Areia. Para o uso como agregado miúdo utilizou-se a amos-tra de materiais cerâmicos que foram britados. A caracterização do agregado reciclado e da areia foi realizada, determinando-se a granulometria dos ma-teriais, o módulo de finura [7], a massa específica [10], a massa unitária e o teor de finos [9]. Os valores resultantes são apresentados na Tabela 2 e Figura 1.

Observa-se que o resíduo cerâmico apresenta ele-vado teor de finos.

Tabela 2 – Características dos agregados miúdos.

Material Módulo de

finura

Massa especifica

(g/cm³)

Massa unitária (kg/l)

Teor de finos (%)

Areia 2,36 2,65 1,22 4,64

Resíduo - CV

3,27 2,35 1,09 11,7

Figura 1 – Curvas granulométricas da areia e da

cerâmica vermelha

3.2.3 Argamassa com Substituição Parcial do Agre-gado Para a análise das argamassas estudadas, foram determinados três traços com substituição parcial da areia pelo agregado reciclado de cerâmica. Foi utili-zado o traço unitário em massa 1:3 (cimento:areia), sendo preparadas uma argamassa sem substituição e mais três argamassas com índices de substituição de 10%, 30% e 50% de substituição.

Os corpos de prova foram executados de acordo com a norma [6]. Para cada traço foi determinado: a resistência à compressão nas idades de 7, 28 e 63 dias, a absorção de água por imersão e por capilari-dade nas idades de 49 e 91 dias. Foram moldados, para cada traço, 20 corpos-de-prova de diâmetro de 50 mm, sendo quatro por idade de ensaio. Foi manti-da constante a consistência do traço referência para os demais traços, 220 mm ± 10 mm. Portanto, vari-ou-se a quantidade de água para cada traço. A Ta-bela 3 apresenta as quantidades de material de cada argamassa.

O índice de consistência foi determinado utilizando os procedimentos especificados em [11] com utiliza-ção da mesa de consistência descrita pela norma [6].




Tabela 3 - Proporção dos materiais para os corpos de prova.

Traços das argamassas ensaiadas

Massa (kgf) Índice de Consistência

(mm) Cimento Areia Cerâmica Água

CP A -Ref 3,42 10,26 0,00 1,64 230

CP B -10% 3,42 9,23 0,89 2,09 215

CP C -30% 3,42 7,20 2,71 2,36 215

CP D -50% 3,42 5,13 4,55 2,52 215

3.2.4 Argamassa com Substituição Parcial do Aglo-merante

Nesta fase, o traço unitário em massa 1:3 (cimen-to:areia) foi mantido, no entanto, o cimento foi substi-tuído nas porcentagens de 20% e 40. Os ensaios dos corpos de prova foram executados de acordo com a norma [6]. Para cada traço foi planejado de-terminar: a resistência à compressão nas idades de 7, 28 e 63 dias; absorção de água por imersão e por capilaridade nas idades de 49 e 91 dias, densidade de massa no estado fresco.

Para que todas as pastas tivessem o mesmo índice de consistência, sem a adição de superplastificante, a quantidade de água foi alterada. A Tabela 4 apre-senta os dados de composição das argamassas.

Tabela 4 - Proporção dos materiais para os corpos de prova.

Traços das argamassas ensaiadas

Massa (kgf) Índice de Consistência

(mm) Cimento Areia Cerâmica Água

CP E -Ref 3,42 10,26 0,00 1,64 258

CP F - 20% 2,73 10,26 0,55 1,74 238

CP G - 40% 2,05 10,26 1,06 2,06 242

4. RESULTADOS

4.1 Determinação do Índice de Pozolanicidade Para determinação do índice pozolânico, foi analisa-do o resultado obtido a partir da equação 1 e os valo-res encontrados estão apresentados na Tabela 5:

Tabela 5 – Índice de atividade pozolânica do resíduo

Traço Tensão Média (MPa) -

28 dias

Argamassa A – sem adição de resíduo de cerâmica vermelha

33.21

Argamassa B – com adição de resíduo de cerâmica vermelha

34.26

O índice obtido pela equação 1 foi de 103,16%, atendendo o requisito mínimo exigido pela norma [4], que é de 90%. Dessa forma o resíduo cerâmico utili-

zado foi caracterizado como material pozolânico. Este resultado viabilizou o ensaio de substituição de uma porcentagem do cimento por resíduo de cerâmi-ca vermelha na composição da argamassa.

4.2 Substituição do Agregado Miúdo por Resíduo de Cerâmica Vermelha Os corpos de prova foram rompidos por compressão axial. Na Tabela 6 e Figura 2, estão apresentados os resultados do ensaio.

Observa-se que para idade de 7 dias, a medida que se aumenta a substituição da areia natural pelo resí-duo cerâmico a resistência diminui. No entanto aos 28 e 63 dias pode-se observar, para o traço com 50% de substituição, valores crescentes da resistên-cia à compressão, provavelmente devido ao elevado teor de material pulverulento que pode ter desempe-nhado o papel de aglomerante devido a sua reativi-dade.

Tabela 6 - Resultado da resistência à compressão

Traços

Tensão média

7 dias (MPa)

Tensão média

28 dias (MPa)

Tensão média

63 dias (MPa)

CP A - REF 23.84 28,46 27,61

CP B – R10 19,44 26.22 24,98

CP C – R30 18,7 19,09 24,07

CP D – R50 12,3 26.59 27,61

Figura 2 – Comparativo entre os resultados de

resistência a compressão ao londo da idade

O efeito da substituição na estrutura porosa da ar-gamassa com substituição parcial do agregado tam-bém foi verificado. Corpos de prova foram submeti-dos a ensaios de absorção por imersão e por capila-ridade. Resultados obtidos foram demonstrados na Tabela 7. Verifica-se que a capacidade de absorção de água por imersão diminui com o aumento da ida-




de para todos os traços e que a substituição da areia pelo resíduo cerâmico produz um aumento da capa-cidade de absorção de água por imersão. A capaci-dade de absorção de água por capilaridade reduziu com a idade e foi menor para o traço referência e para o traço com 50% de substituição da areia pelo resíduo cerâmico, explicado, provavelmente, pela maior quantidade de materiais pulverulentos, preen-chendo assim, ainda mais, os espaços vazios.

Tabela 7 – Resultado de Absorção de água por imersão e por capilaridade

Traços

Absorção por

imersão

(%) 49 dias

Absorção por

capilaridade

(g/cm²) 49 dias – 72 hrs

Absorção por

imersão

(%) 91 dias

Absorção por

capilaridade

(g/cm²) 91 dias – 72 hrs

CP A - REF 10,41 1,11 5,97 0,34

CP B – R10 10,25 1,66 8,23 0,66

CP C – R30 10,61 1,67 8,58 0,56

CP D – R50 10,94 0,92 6,92 0,41

Na Tabela 8 são apresentados os resultados da den-sidade de massa no estado endurecido para os tra-ços estudados. A partir desses resultados é possível observar que, conforme a porcentagem de substitui-ção da areia pela cerâmica aumenta, a argamassa torna-se menos densa.

Tabela 8 - Resultado de densidade de massa no estado endurecido.

Densidade de massa no estado endurecido

Traços 49 dias (g/cm³) 91 dias (g/cm³)

CP - A 497 510

CP - B 487 499

CP - C 479 491

CP - D 473 493

4.3 Substituição do Cimento por Resíduo de Cerâmi-ca Vermelha Para a verificação da resistência à compressão do ensaio de substituição parcial do cimento, foram ensaiados 4 corpos de prova para cada traço e para cada idade. Os corpos de prova foram rompidos em compressão axial. Na Tabela 9 e Figura 3, estão apresentados os resultados encontrados.

Tabela 9 - Resultado a resistência à compressão

Traços

Tensão média (MPa)

7 dias


28 dias


63 dias

CP E – REF 23.84 28,46 27,61

CP F – R20 23,46 22,09 22,88

CP G - R40 19,41 20,26 20,33

Observou-se que a resistência à compressão axial reduziu 18,5% para o traço com 40% de substituição do cimento pelo resíduo cerâmico na idade de 7dias, essa tendência se manteve para as demais idades. Para idades maiores, 28 e 63 dias, observa-se que as resistências permaneceram praticamente cons-tantes, mantendo a mesma relação de redução entre os traços.

Figura 3 – Comparativo entre os resultados de resis-

tência à compressão ao longo da idade

Na Tabela 10 são apresentados os resultados da densidade de massa no estado endurecido para os traços estudados. A partir desses resultados é possí-vel observar que, conforme a porcentagem de substi-tuição da areia pela cerâmica aumenta, a argamassa torna-se menos densa.

Tabela 10 - Resultado de densidade de massa no estado endurecido.

Densidade de massa no estado endurecido

Traços 49 dias (g/cm³) 91 dias (g/cm³)

CP - E 497 510

CP - F 503 483

CP - G 498 472

5. CONCLUSÃO No levantamento bibliográfico, o resíduo de cerâmica vermelha apresenta-se como um material promissor na adição em matrizes cimentícias. Esse material é encontrado descartado e acumulado em aterros, acarretando em grandes passivos ambientais. A utilização da cerâmica vermelha em matrizes cimen-tícias tem mostrado um acréscimo benéfico às pro-priedades mecânicas proporcionadas aos novos compostos mostrando razões positivas e sustentá-veis à causa.

A partir do resíduo cerâmico analisado pode-se con-cluir que este resíduo quando finamente moído apre-senta características pozolânicas e consequente-




mente pode ser utilizado como substituto parcial do cimento até um teor de 20%, pois os resultados obti-dos, com maior substituição, apresentou uma queda de resistência quando comparado a outros traços. Analisando a utilização deste resíduo como substitu-to do agregado miúdo na produção de argamassas observou-se que para o teor de 50% de substituição não ocorreu perda significativa de resistência e quan-to à capacidade de absorção de água por imersão e por capilaridade, o traço de 50% de substituição mostrou-se a médio e longo prazo semelhante ou melhor que o traço de referência, justificado prova-velmente pela maior quantidade de materiais pulve-rulentos, preenchendo assim, mais espaços vazios, obtendo uma maior impermeabilização da argamas-sa vista que resíduos cerâmicos trariam maiores porosidades ao composto.

6. REFERÊNCIAS

[1] Araújo Junior, C. C.; Rondon, O. C. (2008/09). Reaproveitamento de resíduos de cerâmica ver-melha na construção civil. Iniciação cientifica. Engenharia civil da UFMS- MS.

[2] Associação Brasileira de normas Técnicas. NBR 9779:2012. – Argamassa e concreto endurecidos - Determinação da absorção de água por capila-ridade. Rio de Janeiro.

[3] Associação Brasileira de normas Técnicas. NBR 9778:2005. – Argamassa e concreto endurecidos - Determinação da absorção de água, índices de vazios e massa especifica. Rio de Janeiro

[4] Associação Brasileira de normas Técnicas. NBR 12653:2014 – Materiais pozolânicos – Especifi-cação. Rio de Janeiro.

[5] Associação Brasileira de normas Técnicas. NBR 5752:2014 – Materiais pozolânicos – Determina-ção de atividade pozolânica com cimento Por-tland – Índice de atividade pozolânica com ci-mento. Rio de Janeiro.

[6] Associação Brasileira de normas Técnicas. NBR 7215:2012 – Cimento Porthland: Preparação Pa-ra Argamassa e Moldagem Para o Corpo de Prova Para a Determinação da Resistência à Compressão - Rio de Janeiro.

[7] Associação Brasileira de normas Técnicas. NBR NBRNM 248 – Determinação Granulométrica do Agregado Miúdo - Rio de Janeiro.

[8] Associação Brasileira de normas Técnicas. NBRNM 23:2009 – Cimento Porthland e outros materiais em pó – Determinação da massa es-pecifica - Rio de Janeiro.

[9] Associação Brasileira de normas Técnicas. NBRNM 46 – Determinação do teor de material fino que passa pela peneira 0,075 mm por lava-gem. Rio de Janeiro.

[10] Associação Brasileira de normas Técnicas. NBRNM 52:2009 – Agregado Miúdo – Determi-nação da massa especifica - Rio de Janeiro.

[11] Associação Brasileira de normas Técnicas. NBR 13276:2005 – Argamassas para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Preparo da mistura e determinação do índice de consistên-cia - Rio de Janeiro.

[12] Associação Brasileira de normas Técnicas. NBRNM 45:2006 – Agregados - Determinação da Massa Unitária e do Volume de Vazios - Rio de Janeiro.

[13] Brasil. Ministério do Meio Ambiente. Plano naci-onal de resíduos sólidos. 2011. Disponível em:<http://www.mma.gov.br/estruturas/253/_publicacao/253_publicacao02022012041757.pdf> Acesso em: 18 nov. 2014.

[14] Dossiê Técnico, Impactos Ambientais na Indús-tria da Cerâmica Vermelha, 2012. Disponível em: <http://respostatecnica.org.br/dossie-tecnico/downloadsDT/NTcwNQ==> Acesso em: 24 nov. 2014.

[15] SindusCon - SP, Resíduos da Construção Civil e o Estado de São Paulo, 2012. Governo do Esta-do de São Paulo e Secretaria do Meio Ambiente. Disponível em <http://www.sindusconsp.com.br/envios/2012/informati-vo/residuos/residuos_construcao_civil_sp.pdf> Acesso em: 18 nov. 2014.

[16] Vieira, A. P. (2005). Estudo de aproveitamento de resíduos de cerâmica vermelha como substi-tuição pozolânica em argamassas e concretos. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Paraíba- Brasil.

[17] Metha, P. K.; Monteiro, P. J. M. Concreto: estru-tura, propriedades e materiais. São Paulo: Pini, 1994.

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