CARACTERIZAÇÃO DO RESÍDUO CERÂMICO DO MUNICÍPIO DE CAMPOS DOS GOYTACAZES COMO MATERIAL POZOLÂNICO EM MATRIZES CIMENTÍCIAS.

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1 1 CARACTERIZAÇÃO DO RESÍDUO CERÂMICO DO MUNICÍPIO DE CAMPOS DOS GOYTACAZES COMO MATERIAL POZOLÂNICO EM MATRIZES CIMENTÍCIAS. COSTA, Bruno Cordeiro (1); ALEXANDRE, Jonas (2); FREITAS, Elaine de Souza (3); DÉSIR, Jean Marie (4); DIAS, Dylmar Penteado (5) (1) Eng. Civil. Mestrando, UENF. Av. Alberto Lamego 2000.Campos dos Goytacazes-RJ. CEP: (2) Eng. Civil. Doutor, Professor do Laboratório de Engenharia Civil LECIV, UENF. Av. Alberto Lamego 2000.Campos dos Goytacazes-RJ. CEP: (3) Enga. Civil. Mestranda, UENF. Av. Alberto Lamego 2000.Campos dos Goytacazes-RJ. CEP: (4) Eng. Civil. Doutor, Professor do Laboratório de Engenharia Civil LECIV, UENF. Av. Alberto Lamego 2000.Campos dos Goytacazes-RJ. CEP: (5) Eng. Civil. Doutor, Professor do Laboratório de Engenharia Civil LECIV, UENF. Av. Alberto Lamego 2000.Campos dos Goytacazes-RJ. CEP: RESUMO A prática de utilização materiais cimentícios suplementares tem se intensificado nos últimos anos devido às vantagens econômicas da redução do consumo de cimento e por questões ambientais, dentre elas a redução da extração de matéria-prima e o decréscimo da emissão de gás carbônico durante a fabricação de cimento portland. O município de Campos dos Goytacazes concentra cerca de 100 cerâmicas sindicalizadas que produzem aproximadamente 90 milhões de peças/mês, gerando aproximadamente 19 mil toneladas/mês de resíduo. Neste contexto, este trabalho apresenta características físicas, químicas e cristalográficas do resíduo de tijolo moído (RTM), com o intuito de caracteriza-lo como material pozolânico a ser utilizado em produtos a base de cimento, como argamassas e concretos. Estudos dizem respeito à coleta de dados referente às temperaturas usuais de queima, composição química do material, investigação da influência do tempo de moagem na finura, verificação da amorfisidade do material e da atividade pozolânica.

2 2 Palavras-chave: resíduo cerâmico, pozolana, tijolo. 1. INTRODUÇÃO Pelo fato de consumir grandes volumes de materiais, existir em qualquer região do mundo e de seus componentes não exigirem grandes sofisticações técnicas, a construção civil se torna um mercado atrativo para reciclagem de resíduos. O setor de materiais da construção civil, apesar do desperdício no âmbito local, de modo geral já é o setor da economia que emprega o maior volume de resíduos reciclados (JOHN, 1997). O aumento na produção de rejeitos sólidos, bem como os problemas advindos da exploração exaustiva de matérias-primas naturais, vem impulsionando os estudos sobre o aproveitamento destes resíduos como novos materiais, reduzindo o seu impacto ambiental e viabilizando a redução de custos industriais e a criação de novos empregos. No Município de Campos dos Goytacazes, existe 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. O Município abastece com cerca de 400 caminhões diários os seguintes mercados: Grande Rio, Sul Fluminense, Zona da Mata Mineira e Espírito Santos (RAMOS et al, 2004). Este pólo é responsável por 35% da produção cerâmica do Estado do Rio de Janeiro. SABOYA et al. (2000) estimaram que 10% do total produzido 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. O produto cerâmico das industrias do Município de Campos dos Goytacazes, é fabricado com os solos argilosos da Planície de inundação do Rio Paraíba do Sul, os quais tem uma característica mineralógica predominantemente caulinítica (RAMOS, 2003). Esta argila caulinítica quando calcinada sofre, por volta de 500ºC, uma desidroxilização transformando sua estrutura cristalina em uma estrutura amorfa de aluminosilicatos (Al 2 Si 2 O 7 ), denominada metacaulinita (MOTHÉ,2004).

3 3 Nos últimos anos tem se intensificado o número de estudos visando a diminuição do consumo de clínquer pela indústria cimenteira. O impacto ambiental causado pela extração de calcário e argila e a alta taxa de emissão de dióxido de carbono, gerado na fabricação do cimento Portland, tendem a impulsionar cada vez mais o uso de materiais cimentícios suplementares. Ressalta-se que, para cada tonelada de clínquer de cimento produzido uma tonelada de dióxido de carbono é lançada na atmosfera (CORDEIRO, 2002). Diante deste contexto, este trabalho visa caracterizar o RTM como aditivo mineral para uso em argamassas, por meio da metodologia a seguir. 2. MATERIAIS Para realização deste trabalho de mestrado, centrado no estudo do desempenho do resíduo de tijolo moído como produto constituinte de argamassas, serão utilizados, além do próprio RTM, os componentes típicos de argamassas convencionais (cimento e areia). As características destes materiais são descritas abaixo. 2.1 Resíduo Cerâmico Moído Os resíduos utilizados neste trabalho foram coletados em seis fábricas distintas, onde cada uma utiliza uma faixa de temperatura de queima, 500ºC, 600ºC, 700ºC, 800ºC, 900ºC e 1000ºC, temperaturas usuais de queima praticadas pelas Cerâmicas da região norte fluminense do Estado do Rio de Janeiro, mais especificamente de indústrias cerâmicas do município de Campos dos Goytacazes. Pretendendo-se avaliar a eficiência do moinho de bolas (Sonex com capacidade máxima para 14Kg) esses materiais foram moídos utilizando a capacidade máxima, em quatro tempos distintos de moagem: 0,5h, 1h, 2h e 4h, onde por meio da análise das curvas granulométricas avaliou-se a eficiência da moagem.

4 4 2.2 Agregado miúdo Foi utilizada areia natural do rio Paraíba do Sul por ser na prática a mais usualmente empregada no preparo de argamassas. O material, caracterizado conforme recomendações da ABNT, possui módulo de finura de 2,65 (NBR 7211/1983); massa específica aparente no estado solto de 1,39 g/cm 3 (NBR 7251/1982) e massa específica teórica de 2,65 g/cm 3 (NBR 6508/1984). 2.3 Cimento O cimento empregado na produção das argamassas será o cimento Portland composto com adição de escória de alto-forno (CP II E 32), da marca Votoran, por ser o mais utilizado na região. Suas características físicas são: massa específica teórica de 2,92 g/cm 3 (NBR 6474/1984) e superfície específica Blaine (NBR NM 76/1998) de 342 m 2 /Kg. 3. METODOLOGIA A metodologia empregada neste trabalho está descrita a seguir. 3.1 Localização e coleta do Resíduo Em um primeiro estágio, foi realizada uma pesquisa na base de dados da Oficina de Geologia e Geoprocessamento do LECIV (RAMOS, 2004), de onde foram obtidas as informações pertinentes sobre o quantitativo das indústrias na região, bem como a localização delas e também a identificação da faixa de queima utilizada por cada uma na queima dos tijolos. No segundo estágio, as amostras foram coletadas em seis indústrias diferentes, cada uma delas com uma faixa de queima distinta, totalizando seis grupos, 500ºC, 600ºC, 700ºC, 800ºC, 900ºC e 1000ºC, desta forma buscou-se criar um conjunto representativo dos resíduos na região. 3.2 Moagem do Material O estudo de moagem consistiu na busca do tempo ideal de moagem, no moinho de bolas Sonnex com capacidade de 14 kg por batelada, levando-se em consideração o gasto de energia e a redução da granulometria do rejeito, em quatro tempos, 0.5h, 1h, 2h e 4h. A avaliação da redução do tamanho das partículas para cada tempo foi analisada de modo a avaliar se a redução das

5 5 partículas (quando houver) foi suficientemente significativa, de forma que compensasse o gasto de energia para se aumentar o tempo de moagem. Neste sentido, o estudo de moagem consistiu na avaliação do procedimento necessário para a obtenção de uma finura economicamente viável, ou seja, o aumento da atividade pozolânica causado pela redução do tamanho das partículas, compense o gasto de energia para se alcançar tal patamar de redução. 3.3 Caracterização Química do Material Para a determinação de sua composição química, o RTM foi submetido à análise de espectroscopia por fluorescência de raios-x (EDX). Esta análise foi efetuada com cada uma das seis temperaturas, variando de 500ºC a 1000ºC. Por meio deste ensaio, além de se verificar em forma de óxidos os compostos químicos, verificou-se também a semelhança de composição entre os grupos. A Tabela 1 mostra em forma de óxidos os compostos químicos para cada temperatura. Tabela 1- Composição Química do Resíduo Óxidos (%) 500ºC 600ºC 700ºC 800ºC 900ºC 1000ºC Média SiO 2 46,3 45,9 45,9 46,4 57,2 47,7 48,23 Al 2 O 3 39,1 38,3 38,0 37,9 33,1 37,4 37,30 Fe 2 O 3 8,6 9,5 8,5 8,3 3,2 8,5 7,77 SO 3 2,0 1,6 2,3 2,4 1,6 1,9 1,97 TiO 2 1,7 1,7 1,7 1,6 1,3 1,6 1,60 K 2 O 1,7 2,4 2,5 2,7 2,7 2,3 2,38 Outros 0,6 0,6 1,1 0,7 0,9 0,6 0, Índice de Atividade Pozolânica A atividade pozolânica foi determinada através de 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 (NBR 5753

6 6 Método de determinação da atividade pozolânica em cimento portland pozolânico). 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1 Moagem do RTM Os materiais coletados nas seis Indústrias Cerâmicas foram moídos em quatro tempos: 0.5h, 1h, 2h e 4h. Os resultados são apresentados a seguir: 30 min de Moagem 500ºC 600ºC 700ºC 800ºC 900ºC 100ºC % Passando 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0,001 0,01 0,1 1 Diâmetro (mm) Figura 1 Granulometria do RTM moído durante 30 minutos. % Passando Finura por Tempo de Moagem ( 800ºC) 0,5 h 1 h 2 h 4 h 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0,001 0,01 Diâmetro (mm) 0,1 1 Figura 2 Granulometria do RTM 800 C.

7 7 Para os quatro tempos de moagem observou-se que, para as temperaturas mais elevadas, 900ºC e 1000ºC, obteve-se maiores grãos, isso se deve ao fato que as cerâmicas tornam-se mais resistentes a temperaturas mais elevadas. As curvas referentes à temperatura de 800ºC se comportaram de forma muito similar as de 500ºC e 600ºC, isso provavelmente está associado a recristalização da metacaulinita que ocorre em temperaturas mais elevadas onde o material torna-se mais resistente. A diminuição do tamanho dos grãos entre os tempos de 30 minutos e 1 hora, foi bem significativa, fato este que não ocorreu para os tempos de 2 horas e 4 horas, onde se observou uma diminuição mais suave. 4.2 Índice de Atividade Pozolânica RTM Teor de Hidróxido de Cálcio Alcalinidade Figura 7 Gráfico Teor de Cálcio x. Alcalinidade Isoterma 500ºC - 15% 500ºC - 50% 600ºC - 15% 600ºC - 50% 700ºC - 15% 700ºC - 50% 800ºC - 15% 800ºC - 50% 900ºC - 15% 900ºC - 50% 1000ºC - 15% 1000ºC - 50% Cimento Neste ensaio, os pontos que estão abaixo da curva são considerados pozolânicos, e quanto mais distantes estão da curva, mais pozolânicos. Os resultados demonstraram-se bastante coerentes, visto que, as amostras com 15% de substituição se localizaram mais próximas da curva que as com teor de 50%, ou seja, maior porcentagem de RTM resultou em maior pozolanicidade.

8 8 O fato das temperaturas mais baixas (500 C,600 C e 700 C) com 50% de RTM terem sido as mais pozolânicas, deve-se ao fato da metacaulinita sofrer uma recristalização as temperaturas mais elevadas, esse novo arranjo por ser mais cristalino e melhor organizado torna o material mais estável, menos reativo e menos pozolânico. 5. CONCLUSÃO O estudo apresentado neste trabalho, revela a viabilidade de utilização do Resíduo de Tijolo Moído como aditivo mineral (pozolana), para todas as temperaturas abordadas por este trabalho. A recristalização do material por volta de 900 C determinou o comportamento do mesmo em todas as análises realizadas, na granulometria os resíduos produzidos acima deste patamar de temperatura se fragmentaram menos, devido a maior resistência mecânica alcançada após a recristalização. A atividade pozolânica foi verificada por meio do Índice de Atividade Pozolânica, onde os materiais acima do patamar de recristalização apresentaram menor atividade pozolânica nas duas porcentagens de substituição (15% e 50%). A durabilidade das argamassas produzidas com este aditivo deve ser ainda pesquisada, e um estudo mais eficaz de moagem em função da atividade pozolânica pode ser realizado. 6. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA I. S. RAMOS, et al. Dimensionamento da industria cerâmica em Campos dos goytacazes RJ. Universidade estadual do Norte Fluminense Laboratório de Engenharia Civil - Oficina de Geologia e Geoprocessamento, L.P. MOTHÉ. Determinação do processo ideal de produção da metacaulinita por meio da análise de sua atividade pozolânica. Laboratório de Engenharia Civil/UENF,2004 (Dissertação de Mestrado).

9 9 V. M. JOHN. Durabilidade de compósitos de cimentos e fibras vegetais. WORKSHOP DURABILIDADE DAS CONSTRUÇÕES, Anais. São Leopoldo/rs: v.i. p apud Barata, M.S.(2002). F. SABOYA Jr., et al (2000) Estudos sobre a qualidade de peças estruturais em cerâmica vermelha, englobando propriedades tecnológicas e procedimentos de execução. Projeto Jovem Cientista "Desenvolvimento do Pólo Cerâmico de Campos". Universidade Estadual do norte Fluminense Darcy Ribeiro UENF. G.C. CORDEIRO.Caracterização de resíduo de tijolo moído para uso como aditivo mineral em concretos e argamassas. 44º Congresso Brasileiro do Instituto Brasileiro de Concreto IBRACON (2002). ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Agregado para concreto. Rio de Janeiro 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 Grãos de solos que passam na peneira de 4,8 mm determinação da massa específica. Rio de Janeiro ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Cimento Portland e outros materiais em pó determinação da massa específica. Rio de Janeiro 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. 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 Método de determinação de atividade pozolânica em Cimento Portland Pozolânico. Rio de Janeiro 1980.

10 10 CHARACTERIZATION OF THE CERAMIC RESIDUE OF THE CITY DE CAMPOS DOS GOYTACAZES AS MATERIAL POZOLÂNICO IN PRODUCTS THE CEMENT BASE Practical of use cementious material the suplemental ones if have intensified in the last years due to the economic advantages of the reduction of the consumption of cement and for ambient questions, amongst them the reduction of the extraction of raw material and the decrease of the carbonic gas emission during the manufacture cement portland. The city Campos dos Goytacazes concentrates approximately about 100 ceramic industries that produce approximately 90 million parts/month, generating 19 a thousand-tons/month residue. In this context, this work presents physical, chemical and crystals characteristics of the ground brick residue (RTM), with the intention of characterizes it as pozzolanic material to be used in products the cement base, as mortar and concrete. Studies say respect to the referring collection of data to the usual temperatures of burning, chemical composition of the material, inquiry of the influence of the grinding time in the fineness, verification of the crystals characteristics of the material and the pozzolanic activity. Keywords: ground brick residue, pouzzolan, brick..