ESTUDO DA APLICABILIDADE DA ARGAMASSA PRODUZIDA A PARTIR DA RECICLAGEM DE RESÍDUO SÓLIDO DE SIDERURGIA EM OBRAS DE ENGENHARIA

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1 ESTUDO DA APLICABILIDADE DA ARGAMASSA PRODUZIDA A PARTIR DA RECICLAGEM DE RESÍDUO SÓLIDO DE SIDERURGIA EM OBRAS DE ENGENHARIA 1. Introdução O impacto ambiental gerado pela exploração dos recursos minerais é matéria de importância na atualidade. Essa exploração afeta intensamente o meio ambiente. Em primeiro plano, ocasiona a degradação ambiental diretamente e de forma difusa, porém significativa, ocasiona o acúmulo de rejeitos nos aterros destinados a esse fim. Tendo em vista a importância das questões ambientais e do suprimento da demanda com relação ao consumo de recursos minerais propõe-se, neste trabalho, de forma inovadora o desenvolvimento sustentável e a aplicabilidade de uma mistura cimentícia produzida com agregado miúdo proveniente da reciclagem de resíduos sólidos escória de aciaria gerados na indústria siderúrgica. A proposta tem como objetivo contribuir para a ciência e tecnologia de novos materiais bem como processos aplicáveis na construção civil de maneira sustentável, como também reduzir as demandas por recursos naturais e ainda proporcionar uma destinação ambientalmente correta aos resíduos gerados pelas siderúrgicas. Diante do exposto, produziram-se diferentes argamassas com traços 1:2:9, 1:3, 1:1:6, 1:6 e 1:9 estudados em suas propriedades físicas e mecânicas, ABNT NBR 13281/05. Os resultados obtidos no programa experimental, para as misturas produzidas, apresentaram viabilidade técnica e representam alternativas que contribuem para a sustentabilidade tanto para a indústria da construção civil quanto para a siderúrgica. 2 Memorial Descritivo O estudo experimental relacionado à reciclagem da escória de aciaria foi realizado com o objetivo de criar alternativas inovadoras de caráter tecnológico para o desenvolvimento de agregados artificiais que pudessem substituir aqueles agregados naturais extraídos de fontes não-renováveis na fabricação de argamassa. 1

2 O presente trabalho envolve estudos para avaliação do comportamento físico do resíduo sólido associado à pasta de cimento portland, em atendimento aos requisitos da ABNT NBR 13281(2005). Para dosagem experimental das misturas estudadas, levou-se em consideração prescrições da norma britânica BS Os estudos experimentais foram realizados em função de uma relação entre aglomerante e agregado equivalente à 1:3. Os traços adotados para o programa experimental foram 1:2:9, 1:3 e 1:1:6. Adicionalmente, em vista ao entendimento do comportamento das misturas cimento:escória, foram produzidos traços 1:6 e 1:9, caracterizados como traços mais fracos e com menor consumo de cimento. Finalmente, foram produzidos traços em massas para cada traço estudado conforme a tabela 1 a seguir. Tabela 1 experimentais utilizados Dosagem Experimental Argamassa Cimento Cal Agregado Miúdo Caracterização dos agregados Granulometria O ensaio de determinação da composição granulométrica da amostra de escória de aciaria foi realizado em conformidade com a ABNT NBR NM 248/2003. (a) (b) Figura 1 Ensaio granulometria (a) Peneiramento da amostra (b) Parte retida na malha das peneiras 2

3 Curva granulometrica Escória de Aciaria 0% 100% 10% 90% 20% 80% 30% 70% Retida 40% 50% 60% 60% 50% 40% Passante 70% 30% 80% 20% 90% 10% 100% 0% 0, Diâmetro partículas (mm) Zona ótima Zona utilizável Escória de Aciaria 0-4 Gráfico 1 Gráfico da curva granulométrica da escória de aciaria Massa Específica A determinação da massa específica foi conduzida de acordo com a ABNT NBR 9776/1987 utilizando o frasco de Chapman Massa Unitária A determinação da massa unitária foi realizada segundo prescrições da ABNT NBR 7251/82 para agregado em estado solto Teor de umidade O ensaio para a determinação do teor de umidade das amostras foi realizado em conformidade com a ABNT NBR 9939/ Ensaios realizados na Argamassa Os ensaios para caracterização e enquadramento da argamassa, segundo critérios normativos estabelecidos, foram executados de acordo com exigências da NBR ABNT 13281/

4 Índice de Consistência Para produção de argamassas que pudessem representar características de trabalhabilidade o ensaio para determinação do índice de consistência foi realizado para cada um dos traços do programa experimental a fim de se atingir a consistência recomendada pela ABNT NBR 13276/2005 com abertura de 260±5 mm Retenção de água Para a determinação do parâmetro de retenção de água foram conduzidas análises de acordo com prescrições da ABNT NBR 13277/ Densidade de massa no estado fresco O ensaio de para se obter a densidade de massa no estado fresco foi realizado a partir da ABNT NBR 13278/ Teor de ar incorporado Para se obter o teor de ar incorporado na argamassa, utilizou-se o medidor de ar incorporado aferido e calibrado. A realização deste ensaio seguiu procedimentos especificados na ABNT NBR 13278/2005 e processos indicados pelo fabricante do equipamento Densidade de massa no estado endurecido O ensaio de densidade de massa no estado endurecido foi realizado segundo prescrições da ABNT NBR 13280/ Resistência à compressão Corpos-de-prova cilíndricos O ensaio de resistência à compressão dos corpos-de-prova cilíndricos foi realizado de acordo com prescrições da ABNT NBR 7215/1996. O método compreende a determinação da resistência à compressão de corpos-de-prova cilíndricos de 50 mm de diâmetro e 100 mm de altura. Os moldes que contêm os corpos-de-prova foram desmoldados com 24 horas, rompidos à compressão com idades de 3, 7, 14 e 28 dias e capeados com mistura de enxofre. 4

5 (a) (b) (c) Figura 2 Corpos-de-prova cilíndricos (a) Desmoldagem dos corpos-de-prova cilíndricos (b) Corpos-de-prova cilíndricos (c) Ensaio resistência à compressão Corpos-de-prova prismáticos O ensaio de resistência à compressão em corpos-de-prova prismáticos de argamassa foi realizado conforme ABNT NBR 13279/2005. O rompimento foi realizado em corpos-de-prova com dimensões 40x40x160 mm após permanecerem nos moldes por 48±24 h foram desmoldados e as rupturas realizadas na idade de 28 dias, aplicando-se uma carga de (500 ± 50) N/s até a ruptura. (a) (b) (c) Figura 3 Corpos-de-prova prismáticos (a) Moldagem dos corpos-de-prova na mesa de adensamento (b) Molde com argamassa (c) Ensaio resistência à compressão Tração na flexão O ensaio de resistência à tração na flexão foi realizado segundo especificações da ABNT NBR 13279/2005. Os rompimentos foram realizados nas idades de 3, 7, 14 e 28 dias. 5

6 (a) (b) Figura 4 Ensaio tração na flexão (a) Rompimento tração na flexão (b) Corpos-de-prova após o rompimento Resistência de aderência à tração A determinação da resistência potencial de aderência à tração foi obtida através de especificações da ABNT NBR 15258/2005. (a) (b) (c) (d) Figura 5 Resistência de aderência à tração (a) Colagem das pastilhas (b) Corpos-de-prova preparados para o ensaio (c) Posicionamento do equipamento para rompimento (d) Realização do rompimento Absorção de água por capilaridade A determinação da absorção de água por capilaridade foi obtida segundo prescrições da ABNT NBR 15259/

7 (a) (b) Figura 6 Ensaio de absorção por capilaridade. (a) Corpos-de-prova com a seção quadrada na água (b) Obtenção do peso dos corpos-de-prova 3 Resultados Os resultados da caracterização física dos agregados estão apresentados, conforme gráfico 2, comparativamente com a caracterização da areia natural. Caracterização Areia Natural x Escória de Aciaria 7,0 6,0 5,0 6,3 5 4,0 3,0 2,0 2,23 3,38 2,4 2,59 2,81 1,43 1,63 3,2 1,0 0,0 Módulo de Finura Dimensão Máxima (mm) Massa Específica (g/cm3) Massa Unitária (kg/dm3) Material Pulverulento (%) Areia Natural Escória da Aciaria Gráfico 2 Caracterização areia natural x escória de aciaria Os resultados do ensaio de índice de consistência obtidos estão apresentados no gráfico 3 a seguir. 7

8 Índice de Consistência (mm) Diâmetro da Abertura (mm) Índice de Consistência (mm) Gráfico 3 Resultados médio do índice de consistência Os valores percentuais de retenção de água adquiridos pelos traços avaliados estão apresentados conforme gráfico 4. Retenção de Àgua (%) 100% Ra (%) 100% 99% 99% 98% 98% 97% 97% 96% 96% 95% Ra (%) 98,6% 98,1% 97,6% 97,2% 96,1% Gráfico 4 Resultados ensaio da retenção de água Os resultados dos ensaios de densidade de massa no estado fresco e densidade de massa no estado endurecido estão apresentados comparativamente no gráfico 5 a seguir. 8

9 Comparativo Densidade de Massa Estado Fresco x Estado Endurecido 3000,0 2500, ,0 (Kg/m 3 ) 1500,0 1000,0 500,0 0,0 Densidade de Massa no Estado Fresco Densidade de Massa no Estado Endurecido Gráfico 5 Comparativo entre densidade no estado fresco e endurecido Os resultados das leituras para se obter o teor de ar incorporado dos traços estudados estão apresentados conforme gráfico 6 a seguir. 7,0% Teor de Ar Incorporado (%) 6,0% (%) 5,0% 4,2% 5,4% 5,0% 4,8% 5,4% 4,0% 3,0% 2,0% Teor de Ar Incorporado (%) Gráfico 6 Resultados do teor de ar incorporado Os resultados do ensaio de resistência à compressão para os corpos-deprova cilíndricos estão representados na tabela 2 e gráfico 7. 9

10 Tabela 2 Resultados resistência à compressão corpos-de-prova cilíndricos Resistência média à compressão dos corpos-de-prova cilíndricos (MPa) Rompimento 3 dias 1,37 10,69 2,25 2,60 2,08 7 dias 2,28 15,49 4,43 4,99 4,63 14 dias 2,59 14,24 4,94 5,46 5,03 28 dias - 19,84 5,14 6,59 - (-) Falha no rompimento ou capeamento Resistência à Compressão (Cps Argamassa Cilindricos) ,84 3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 15 15,4914,24 10,69 MPa ,59 2,28 1,37 6,59 4,94 5,14 4,43 5,46 4,99 4,63 5,03 2,25 2,60 2,08 0 Gráfico 7 Resultados do ensaio resistência à compressão dos corpos-de-prova cilíndricos Os valores obtidos para o ensaio de resistência à compressão axial estão apresentados no gráfico 8. 10

11 30,0 Resistência à Compressão Axial (Cps Argamassa Prismáticos) 25,0 24,33 28 dias 20,0 15,0 11,88 11,57 MPa 10,0 6,89 8,54 5,0 0,0 Gráfico 8 Resultados resistência à compressão dos corpos-de-prova prismáticos Os resultados do ensaio de resistência à tração na flexão obtidos estão apresentados conforme o gráfico 9. O gráfico 10 traz um comparativo entre corpos-de-prova prismáticos e cilíndricos relacionando suas respectivas resistências à compressão aos 28 dias. Resistência à Tração na Flexão 4,0 3,18 3,55 3,58 3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 3,0 MPa 2,0 1,0 0,56 0,84 0,86 2,07 1,63 1,461,49 0,75 1,48 1,17 0,95 0,89 0,33 0,57 1,06 0,0 Gráfico 9 Resultados do ensaio de resistência média de tração na flexão 11

12 Comparativo Resistência à Compressão Cp Cilíndrico x Cp Prismático (28 dias) 30,0 25,0 24,33 Compressão Cp Prismático Compressão Cp Ciíindrico 20,0 19,84 15,0 MPa 10,0 5,0 6,89 11,88 11,57 5,14 6,59 8,54 0,0 Gráfico 10 Comparativo entre corpos-de-prova prismáticos e cilíndricos Os resultados do ensaio de determinação da resistência potencial de aderência à tração obtidos estão apresentados conforme o gráfico 11. 1,40 1,20 Resistência de Aderência à Tração (MPa) 1,17 1,00 0,80 MPa 0,60 0,40 0,37 0,45 0,20 0,06 0,09 0,00 Resistência de Aderência à Tração (MPa) Gráfico 11 Resultados da resistência média de aderência à tração 12

13 Os resultados do ensaio da determinação da absorção de água por capilaridade estão representados no gráfico 12 a seguir. 2,0 Coeficiente de Capilaridade (g/dm 2.min 1/2 ) 1,5 1,49 (g/dm 2.min 1/2 ) 1,0 0,5 0,89 0,53 0,83 0,76 0,0 Coeficiente de Capilaridade Gráfico 12 Resultados do ensaio de absorção de água por capilaridade 4 Conclusão 4.1. Quanto aos agregados Os resultados encontrados para os agregados de escória de aciaria representam viabilidade técnica para aplicação em argamassas, segundo critérios normativos estabelecidos pela ABNT NBR 7211/2005. Com relação à granulometria, a amostra de escória de aciaria apresentou resultados inclusos nos limites da zona utilizável superior aceitável como material de construção, de acordo com a ABNT NBR 7211/2005. Com relação à massa específica, a escória de aciaria e a areia natural apresentaram os valores 2,81 g/cm 3 e 2,59 g/cm 3, respectivamente. Com relação à massa unitária no estado solto, a escória de aciaria e a areia natural apresentaram peso de 1,63 kg/dm 3 e 1,43 kg/dm 3, respectivamente. Com relação ao teor de material pulverulento, a escória de aciaria apresentou 5% de materiais pulverulentos. 13

14 4.2. Quanto à argamassa O programa experimental de aplicação da reciclagem do resíduo sólido de siderurgia em substituição aos agregados na fabricação de argamassas representa viabilidade técnica com relação às especificações da ABNT NBR As argamassas produzidas com base tecnológica para reciclagem de resíduos sólidos produziram resultados favoráveis relativamente à retenção de água, importante propriedade para trabalhabilidade, às reações de endurecimento da mistura, à baixa absorção por capilaridade, à resistência a compressão e tração. Teor de água; os traços produzidos apresentaram resultados dentro do limite estabelecido 260±5 mm pela normalização. Retenção de água; os traços produzidos apresentaram resultados superiores a 90%, caracterizando, assim, esses traços como argamassa de alta retenção, o que é desejável de acordo com a ABNT NBR 13277/1995. Densidade no estado fresco; os traços produzidos apresentaram resultados de acordo com a ABNT NBR 13278/ Sendo classificados como argamassa D6 (>2000 kg/m 3 ). Densidade no estado endurecido; os traços produzidos apresentaram resultados de acordo com a ABNT NBR 13278/ Sendo classificados como argamassa M6 (>1800 kg/m 3 ). Teor de ar incorporado; os traços produzidos apresentaram resultados inferiores a 8% conforme especificações da ABNT NBR 13278/ Sendo classificados como argamassa tipo a. Coeficiente de capilaridade; os traços produzidos apresentaram baixa absorção de água por capilaridade segundo a ABNT NBR 13278/ Esse resultado representa ganhos em durabilidade, impermeabilidade e nas propriedades mecânicas da argamassa. Resistência à compressão aos 28 dias, CPs cilíndricos; o O traço 1:3 pode ser classificado como classe III (>8,0 MPa); o Os traços 1:1:6 e 1:6 podem ser classificados como classe II (4,0 traço 8,0 MPa). Resistência à compressão aos 28 dias, CPs prismáticos; 14

15 o O traço 1:3, 1:1:6 e 1:6 podem ser classificados como P6I (>8,0 MPa); o Os traços 1:9 e 1:2:9 podem ser classificados como P5 (5,5 traço 9,0 MPa). A relação apresentada entre as resistências dos corpos-de-prova prismáticos e cilíndricos para o traço 1:3 foi de 81,54%, enquanto que para os traços 1:1:6 e 1:6 foi de 43,27% e 56,96%, respectivamente. Resistência de tração na flexão aos 28 dias; o O traço 1:3 pode ser classificado como R6 (>3,5 MPa); o O traço 1:1:6 pode ser classificado como R3 (1,5 traço 2,7 MPa); o O traço 1:6 pode ser classificado como R2 (1,0 traço 2,0 MPa); o Os traços 1:9 e 1:2:9 podem ser classificados como R1 (<1,5 MPa). Resistência de aderência à tração; o Os traços 1:3, 1:1:6 e 1:6 podem ser classificados como A3 (>0,30 MPa); o Os traços 1:9 e 1:2:9 podem ser classificados como A1(<0,20 MPa); o Todos os traços atendem ao limite de 0,2 MPa para aplicação em revestimentos de paredes externas e assentamento de cerâmica. 5 Referências BRITISH STANDARDS INSTITUTION (BSI) - BS Methods of testing mortar screeds and plasters. London, NORMALIZAÇÃO ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. PEIXOTO, Ricardo André Fiorotti, PADULA, F. R. G, FRANÇA, M. B. B, KAMADA, C. E. Estudo da viabilidade técnica e econômica para a utilização de escória de aciaria na fabricação argamassa para alvenarias. Congresso Construção. Universidade de Coimbra. Coimbra PEIXOTO, Ricardo André Fiorotti. Argamassa de escória de aciaria. INPI , 19 março

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