AVALIAÇÃO DA CONTRIBUIÇÃO DA ATIVIDADE POZOLÂNICA DO RESÍDUO DE TIJOLO MOÍDO NA RESISTÊNCIA DE ARGAMASSAS

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1 Conferência Interamericana sobre Materiais e Tecnologias não-convencionais na Construção Ecológica e Sustentável. IAC-NOCMAT 2005 Rio de Janeiro, Brasil, 11 a 15 de novembro de, 2005 AVALIAÇÃO DA CONTRIBUIÇÃO DA ATIVIDADE POZOLÂNICA DO RESÍDUO DE TIJOLO MOÍDO NA RESISTÊNCIA DE ARGAMASSAS Jean Marie Désir 1,Prof. Dr., Dylmar Penteado Dias 2, Prof. Dr., Camila Aparecida Abelha Rocha 3, Deborah Ferreira Dantas 4 1 Prof. Associado, Laboratório de Engenharia Civil, Universidade Estadual Norte Fluminense. Campos dos Goytacazes - RJ, Brasil, jean@uenf.br 2 Prof. Associado, Laboratório de Engenharia Civil, Universidade Estadual Norte Fluminense. Campos dos Goytacazes - RJ, Brasil, dylmar@uenf.br 3-4 Alunas de Iniciação Cientifica, Laboratório de Engenharia Civil, Universidade Estadual Norte Fluminense. Campos dos Goytacazes - RJ, Brasil, 3 camila@uenf.br, 4 dfdantas@uenf.br RESUMO A construção civil, por englobar atividades que consomem grandes volumes de recursos naturais, apresenta-se como um dos setores mais indicados para a reutilização de produtos de demolição e a incorporação de resíduos industriais. Este trabalho visa estudar o desempenho do resíduo de tijolos cerâmicos (RTM) fazendo uma comparação com o resíduo de corte de rocha (RCR), um subproduto inerte gerado no beneficiamento de rochas ornamentais. Fixada a granulometria considerada mais adequada na caracterização do RCR, foram selecionadas duas curvas granulométricas do RTM muito próximas a do RCR, porém, para tijolos queimados a duas temperaturas diferentes. Com estes materiais foram moldadas argamassas para a determinação da resistência à compressão, do teor de ar incorporado e da retenção de água, visando utilização como argamassa de revestimento e assentamento. Estes valores foram analisados comparando os dois resíduos entre si e com os valores obtidos para uma argamassa de referência de cimento e areia. O estudo identificou dois aspectos importantes: por um lado o efeito filer dos dois resíduos proporcionou uma matriz mais densa enquanto, o efeito pozolânico do RTM influenciou bastante na evolução da resistência à compressão das argamassas. PALAVRAS CHAVE: atividade pozolânica, efeito filer, resíduo de corte de rochas, resíduo de tijolo moído.

2 INTRODUÇÃO Considerando os diversos aspectos favoráveis que envolvem a reciclagem de resíduos torna-se freqüente e relevante a prática de estudos que viabilizem a reciclagem em quantidade cada vez maior destes subprodutos. Diversos setores da sociedade têm buscado minimizar os impactos causados pela geração de resíduos em geral. A construção civil, um dos setores que mais polui em nossa sociedade, vem se mostrando um veículo apropriado para o aproveitamento de resíduos, conquistando um espaço cada vez maior no modelo de desenvolvimento sustentável almejado atualmente. Neste contexto, muitas pesquisas são realizadas, no mundo inteiro, visando viabilizar a utilização dos resíduos nos próprios lugares de origem, solução que reduz o impacto ambiental. Neste trabalho será dada ênfase a pesquisas relacionadas ao emprego de dois destes resíduos no campo da construção civil: o resíduo de corte de rocha (RCR) e o resíduo de tijolo moído (RTM). A pesquisa se insere tanto no cenário nacional quanto regional. O Brasil é um produtor de rochas ornamentais com grande potencial, tendo a região sudeste, incluindo o Rio de Janeiro, papel significativo neste processo. As principais rochas beneficiadas são mármores e granitos, sendo a quantidade de resíduos gerada em torno de toneladas por ano. Só no processamento de mármores e granitos perdem-se cerca de 25 a 30 % do bloco na forma de um resíduo constituído basicamente de pó de rocha e água, Gonçalves [1]. O estado do Rio de Janeiro, sobretudo a região Norte Fluminense, é um dos maiores exportadores do material acabado. No que tange a resíduo de tijolos cerâmicos, existe no Município de Campos dos Goytacazes, um pólo cerâmico constituído atualmente por cerca de 100 indústrias cerâmicas. Este pólo é o segundo maior produtor de tijolos do Brasil, produzindo cerca de 90 milhões de peças por mês. Segundo Ramos [2] o Município abastece com cerca de 400 caminhões diários os seguintes mercados: Grande Rio, Sul Fluminense, Zona da Mata Mineira e Espírito Santo. Este pólo é responsável por 35% da produção cerâmica do Estado do Rio de Janeiro. Estudo publicado por Saboya [3] estimou que 10% do total de cerâmica produzida por estas Cerâmicas transformam-se em resíduo durante o processo de fabricação, seja na linha de produção ou na estocagem, desperdício que corresponde a 19 mil toneladas/mês de resíduo. Neste trabalho, foi realizado um estudo para avaliar o comportamento destes resíduos quando incorporados a argamassas, verificando tanto o efeito filer dos dois resíduos assim como o efeito pozolânico do RTM na resistência à compressão das argamassas. MATERIAIS Resíduo do Corte de Rocha (RCR) O RCR utilizado neste trabalho é proveniente da região Norte Fluminense do estado do Rio de Janeiro, mais especificamente de uma serraria situada no município de Santo Antônio de Pádua. Coletado do tanque de decantação, o material, ainda com alto teor de umidade, foi seco ao ar livre por 3 dias, resultando um material em forma de torrões. O destorroamento foi feito através de um moinho de bolas durante um período equivalente a 600 ciclos que, segundo Afonso [4], corresponde a um tempo razoável para uma melhor relação custo benefício. Após este tratamento, o material apresentou, superfície específica Blaine (NBR NM 76/1998 [5]) de 340 m 3 /kg e massa específica (NBR 6508/1984 [6]) de 2,71 g/cm 2. Geologicamente a rocha de origem é um Milonito Gnaisse, oriundo do metamorfismo de

3 rochas ígneas semelhantes a Gnaisses, RETECMIN/RJ [7]. Na Tabela 1 são mostrados os resultados da análise por fluorescência de raios X por energia dispersiva (EDX) do resíduo. Resíduo de Tijolo Moído (RTM) TABELA 1 ANÁLISE POR EDX DO RCR Elementos Percentual SiO 2 64,95% Al 2 O 3 16,55% K 2 O 9,16 % Fe 2 O 3 3,70 % CaO 2,81 % SO 3 1,55 % TiO 2 0,58 % BaO 0,51 % Outros 0,20 % O RTM, por seu lado, provém da região norte do estado do Rio de Janeiro, mais especificamente das indústrias cerâmicas do município de Campos dos Goytacazes. No trabalho de caracterização do RTM [14] foram coletados resíduos em seis fábricas distintas, correspondendo cada um a uma temperatura de queima, sendo estas: 500ºC, 600ºC, 700ºC, 800ºC, 900ºC e 1000ºC. Para este trabalho, por razões que serão detalhadas mais adiante, foram utilizados resíduos de tijolos queimados a 500ºC e 800ºC. Esses materiais foram moídos em um moinho de bolas Sonex por uma hora, por considerar este um tempo adequado para a obtenção de uma finura economicamente viável, já que o ganho de atividade pozolânica decorrente da redução do tamanho das partículas não justifica o gasto de energia necessário para tempos de moagem maiores que uma hora. Amostras dos dois resíduos assim produzidos foram submetidas à análise para a determinação de sua composição química. A Tabela 2 apresenta, em forma de óxidos, os compostos químicos para cada temperatura, mostrando a grande semelhança entre os dois. De fato, a queima da argila só provoca a fusão parcial da sílica, para formar o vidrado e o rearranjo da estrutura cristalina dos argilominerais contidos na argila. TABELA 2 ANÁLISE POR EDX DO RTM, ÓXIDOS (%) 500ºC 800ºC SiO2 46,3 45,9 Al 2 O 3 39,1 38,0 Fe 2 O 3 8,6 8,5 SO 3 2,0 2,3 TiO 2 1,7 1,7 K 2 O 1,7 2,5 Outros 0,6 1,1 Os aditivos minerais com características pozolânicas têm a capacidade de consumir numa mistura, parte do hidróxido de cálcio produzido na hidratação do cimento, para formar outros hidratos. Esta capacidade é medida através do índice de pozolanicidade, o qual pode ser determinado por vários procedimentos [8, 9, 10]. Neste trabalho utilizou-se a NBR5753 [8]

4 que trata de cimento pozolânico e foram definidos quatro cimentos compostos contendo 15% e 50% de RTM para cada uma das duas temperaturas de queima consideradas. O procedimento é um ensaio químico onde se compara a quantidade de hidróxido de cálcio presente na fase líquida em contato com o cimento hidratado com a quantidade de hidróxido de cálcio que poderia saturar um meio de mesma alcalinidade. O ensaio realiza a determinação da alcalinidade total (OH-/L) por titulação com ácido clorídrico e o teor de óxido de cálcio (CaO/L) por titulação com permanganato de potássio, numa mistura do cimento composto com água destilada mantida a 40 o C por um período de 7 dias. Os valores médios das diversas determinações são representados graficamente junto com a isoterma de solubilidade proposta pela norma permitindo assim avaliar o IAP do cimento composto em estudo. Quando o material está situado abaixo da isoterma, o mesmo é classificado como pozolânico. Os resultados obtidos para as misturas consideradas são apresentados na Figura 1. Estes são bastante coerentes, visto que, as amostras com 15% de substituição se localizam mais próximas da curva que as com teor de 50%, ou seja, quanto maior o teor de RTM, maior índice de pozolanicidade RTM Teor de Cálcio Isoterma 500ºC - 15% 500ºC - 50% 800ºC - 15% 800ºC - 50% Cimento Alcalinidade FIGURA 1 GRÁFICO TEOR DE CÁLCIO X. ALCALINIDADE Outros Materiais Os outros materiais utilizados nesta pesquisa foram: areia comum de rio da região, por ser, na prática, a mais usualmente empregada para confecção de argamassas e que, caracterizado conforme recomendações da ABNT, possui módulo de finura de 2,65 (NBR 7211 [11]); massa específica aparente no estado solto de 1,39 g/cm 3 (NBR 7251 [12]) e massa específica de 2,65 g/cm 3 (NBR 6508 [6]) e um cimento Portland composto com adição de escória de alto forno (CPII E32), da marca Votoran por ser o mais utilizado na região sendo suas características físicas as seguintes: Massa específica teórica de 2,92 g/cm 3 (NBR 6474 [13]) e uma superfície específica (Blaine) de 342 m 2 /kg (NBR NM 76 [5]). METODOLOGIA Este trabalho visou comparar o desempenho de dois resíduos quando incorporados em

5 argamassas. Este desempenho inclui a contribuição nas propriedades da mistura fresca (consistência, textura superficial, tixotropia, etc...) e nas propriedades da matriz endurecida (resistência à compressão, compacidade, permeabilidade, entre outros). Curva granulométrica A metodologia adotada neste trabalho procurou isolar a contribuição pozolânica do RTM comparando este com o resíduo inerte proveniente do corte de rochas ornamentais e do qual espera-se só uma contribuição do efeito filer, aspecto intimamente ligado ao aumento de compacidade da matriz. Como este efeito depende sobretudo da granulometria do material, o primeiro passo desta pesquisa consistiu na produção dos dois resíduos (RTM e RCR) com curvas granulométricas próximas. Como por razões econômicas, quanto menor o custo do beneficiamento, mais viável a utilização do resíduo, considerou-se como base de comparação a granulometria do RCR que exige pouca energia para o destorroamento. Depois se procurou para o RTM a granulometria mais próxima. Um estudo completo [14] realizado no LECIV/UENF sobre os resíduos de várias empresas de cerâmica que queimam seus tijolos a temperaturas diferentes mostrou que, para uma energia mais ou menos equivalente, os resíduos de tijolos queimados a 500 o C e 800 o C têm a granulometria mais próxima do RCR. A Figura 2 apresenta as curvas dos três materiais. % Passando ,001 0,01 0, Diâmetro (mm) RCR RTM 500ºC RTM 800ºC FIGURA 2 CURVA GRANULOMETRICA DOS MATERIAIS Traço Os traços das argamassas produzidas no âmbito deste trabalho foram definidos para atender alguns aspectos específicos. Primeiro considerou-se uma incorporação de 20% dos resíduos. Por outro lado, para garantir um efeito filer semelhante, decidiu-se por usar uma mesma relação agregado/cimento para todas (m = 4). Portanto os seguintes traços foram escolhidos: para as argamassas com resíduos 1:0,25:3,75 (cimento: resíduo: areia) e para a argamassa de referencia 1:4 (cimento: areia). Para garantir a aplicabilidade, em todos os ensaios, as argamassas foram dosadas com teores de água de acordo com o índice de consistência determinado na mesa de consistência, normalizada pela NBR [15]. Os corpos de prova para ensaio de resistência à compressão foram submetidos a cura submersa conforme as recomendações da NBR [16] e foram ensaiados aos 3, 7 e 28 dias. Ensaios de retenção e de teor de ar incorporado Estes ensaios, que podem ser considerados como secundários no que diz respeito aos

6 objetivos deste trabalho, avaliam dois parâmetros que devem atender as prescrições das normas NBR [17] para a retenção de água e NBR [18] para teor de ar incorporado, visto que são utilizados para a classificação das argamassas. RESULTADOS E DISCUSSÕES A Figura 3 apresenta as curvas de evolução da resistência à compressão das quatro argamassas ensaiadas. Cada ponto corresponde a resistência média de 4 corpos de prova de dimensões (Ø50x100)mm para uma determinada idade. Nesta figura cabem várias observações interessantes. A diferença observada aos 7 dias entre a argamassa de referência se deve muito ao efeito filer que confere os resíduos em função de sua finura. Existe também o fato destas misturas terem mais pastas do que a de referência. É importante notar que aos 7 dias pouco aparece o efeito pozolânico, a tal ponto que o RCR exibe uma resistência maior ou igual que o RTM. De fato, de acordo com as curvas de granulometria mostradas na Figura 2, o RCR é um pouco mais fino que o RTM. Resistência à Compressão (MPa) 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0, Tempo (dias) FIGURA 3 EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA DAS ARGAMASSAS RTM 800ºC RTM 500ºC RCR REF Aos 28 dias, observa-se que a diferença de resistência entre RCR e REF se mantém quase constante (66%) enquanto aparece claramente a diferença entre a resistência do RTM e do RCR (aumento de 15% para o material queimado a 500oC e de 25% para o queimado a 800oC). Isso significa que há formação de mais hidratos, os quais são responsáveis pelo aumento de resistência. A Figura 4 apresenta os resultados do ensaio de retenção de água para as diferentes argamassas, mostrando que todas atendem às exigências da ABNT (Tabela 3). Em relação ao teor de ar incorporado, todas as argamassas se encontram abaixo de 8 %.

7 Retenção de água (%) REF RCR RTM 500ºC RTM 800ºC Argamassas FIGURA 4 RETENÇÃO DE AGUA DAS ARGAMASSAS TABELA 3 EXIGÊNCIAS MECÂNICAS E FÍSICAS PARA ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO E ASSENTAMENTO Características Identificação Limites Método I 0,1 e < 4,0 Resistência à compressão aos 28 dias (MPa) II 4,0 e 8,0 NBR III > 8,0 Capacidade de retenção Normal 80 e 90 de água (%) Alta > 90 NBR A < 8 Teor de ar incorporado (%) B 8 e 18 NBR C > 18 CONCLUSÕES Esta pesquisa confirmou o potencial de uso tanto do resíduo de corte de rocha quanto do resíduo de tijolo moído para a produção de argamassa mista. A evolução de resistência mostra também que o resíduo de tijolo moído promove acréscimo de resistência à compressão devido à contribuição pozolânica. Contudo, o maior ganho de resistência à compressão em relação à argamassa de referência deve ser atribuído ao efeito filer que ambos os resíduos proporcionam. Este estudo considerou um teor médio de incorporação de 20% e os resultados apontam para a possibilidade de incorporar teores maiores sem afetar as características estabelecidas pelas normas, como mostram os trabalhos de dissertação de mestrado de Afonso [4] e Costa [14]. AGRADECIMENTOS Á Universidade Estadual Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF), pelas bolsas de iniciação científica e à CAPES pelo suporte financeiro através do projeto PROCAD-0155/01-2. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Gonçalves, J. P. Utilização do resíduo de corte de granito (RCG) como adição para produção de concretos. Dissertação de M. Sc. do Programa de pós-graduação em engenharia civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre/RS, Ramos, I. S. Dimensionamento da industria cerâmica de Campos dos Goytacazes RJ

8 Universidade Estadual do norte fluminense Laboratório de Engenharia Civil Oficina de Geologia e Geoprocessamento, Saboya, F. Jr. Estudos sobre a qualidades de peças estruturais em cerâmica vermelha englobando propriedades tecnológicas e procedimentos de execução. Projeto Jovem cientista Desenvolvimento do pólo cerâmico de Campos dos Goytacazes. Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro UENF, Désir, J., M.; Afonso, W. M.;. Schwan, R. M.; Dantas, D. F. and Dias, D.P. Caracterização do resíduo do corte de rochas da região de Santo Antônio de Pádua para utilização na produção de argamassas. IAC-NOCMAT ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR NM 76. Cimento Portland determinação da finura pelo método de permeabilidade ao ar (método de Blaine). Rio de Janeiro ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NB Grãos de solos que passam na peneira de 4,8 mm determinação da massa específica. Rio de janeiro RETECMIN/RJ. Fábrica de argamassas de Santo Antônio de Pádua/Projetos; disponível em: 8. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Método da determinação da atividade pozolânica em Cimento Portland Pozolânico. Rio de Janeiro Associação Brasileira de Normas Técnicas (1992) Método de determinação de atividade pozolânica em pozolanas: NBR Rio de Janeiro. 10. Raverdy, M., Brivot, F., Paillère, A. M., Dron, R. Appréciation de l activité pozzolanique des constituants secondaires 7º Congrès International de la Chimie des Ciments. Paris ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Agregado para concreto ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Agregado em estado solto determinação da massa unitária Rio de Janeiro ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Cimento Portland e outros materiais em pó determinação da massa específica. Rio de Janeiro Costa, B. C. Alexandre, J., Freitas, E. S., Désir, J. M., Dias, D. P., Caracterização do resíduo cerâmico do município de Campos dos Goytacazes como material pozolânico em matrizes cimentícias. 49 Congresso Brasileiro de cerâmica - São Pedro SP ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Argamassa para assentamento de paredes e revestimento de paredes e tetos determinação do teor de água para obtenção do índice de consistência-padrão. Rio de Janeiro ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Argamassa para assentamento de paredes e revestimentos de paredes e tetos determinação da resistência à compressão. Rio de Janeiro ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Argamassa para assentamento de paredes e revestimento de paredes e tetos determinação da retenção de água. Rio de Janeiro ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Argamassa para assentamento de paredes e revestimento de paredes e tetos determinação da densidade de massa e do teor de ar incorporado. Rio de Janeiro 1995.