ARGAMASSA DE REVESTIMENTO UTILIZANDO AREIA RESIDUAL PROVENIENTE DA PRODUÇÃO DE MINÉRIOS

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1 1 ARGAMASSA DE REVESTIMENTO UTILIZANDO AREIA RESIDUAL PROVENIENTE DA PRODUÇÃO DE MINÉRIOS NARCISO GONÇALVES DA SILVA (1) ; GUSTAVO GONÇALVES DA SILVA (2) ; PHILIPPE JEAN PAUL GLEIZE (3) (1) Universidade Tecnológica Federal do Paraná ngsilva@utfpr.edu.br (2) Universidade Federal do Paraná gustavogsilva@ufpr.br (3) Universidade Federal de Santa Catarina ecv1phg@ecv.ufsc.br RESUMO O Brasil é um país que dispõe de grandes recursos geológicos, onde a extração de minérios de metais preciosos, como ouro e prata, encontra-se em pleno desenvolvimento e vem enfrentando sérios problemas com os resíduos que contaminam o meio ambiente. O objetivo deste trabalho foi avaliar a possibilidade da utilização do resíduo proveniente de rocha granítica na confecção de argamassas de revestimento. Foi confeccionada uma argamassa de revestimento no traço 1 : 6 (cimento : areia de resíduo, em volume) com aditivo incorporador de ar e utilizou-se uma argamassa industrializada como referência. Ensaios no estado fresco e endurecido foram realizados e revestiram-se painéis para avaliar as propriedades no revestimento. Os resultados indicaram que o maior teor de ar incorporado na argamassa com areia de resíduo produziu melhor trabalhabilidade e adesão inicial ao substrato e, no estado endurecido apresentou maior permeabilidade e menores resistências mecânicas que a argamassa industrializada. Os revestimentos não apresentaram fissuras. Palavras-chave: argamassa, revestimento, areia, resíduo.

2 2 RENDERING MORTAR USING RESIDUAL SAND PROCEEDING FROM THE ORE PRODUCTION ABSTRACT Brazil is a country with large geological resources, where the extraction of ores of precious metals like gold and silver, is in full development and has been facing serious problems with waste that contaminates the environment. The objective of this work was evaluating the possibility of using the residue derived from granitic rock in the confection of mortar of rendering. A rendering mortar was made in trace 1 : 6 (cement : residue sand, in volume) with incorporating air additive. An industrialized mortar was used as reference. Trials in the fresh and hardened state had been carried trough and panels had been armed to evaluate the properties in the rendering. The results indicated that the biggest incorporated air content in the mortar with residue sand produced better workability and initial adhesion to the substratum and in the hardened state presented bigger permeability and less mechanical strength that the industrialized one. The rendering had not presented cracking. Key-words: mortar, rendering, sand, residue.

3 3 1. INTRODUÇÃO O sistema de extração de metais preciosos através do desdobramento de rochas gera uma quantidade significativa de rejeitos na forma de areia que são lançadas em lagoas de decantação e, também, são lançadas ao meio ambiente, ocupando grandes espaços ao ar livre, conforme mostra a Figura 1. Figura 1 Depósitos dos rejeitos de rochas após a retirada dos metais preciosos com volume de aproximadamente m 3 A Lei N o de 22 de janeiro de 1999 no Art. 3 o determina que a geração de resíduos sólidos, no território do Estado do Paraná, deverá ser minimizada através de adoção do processo de baixa geração de resíduos e da reutilização e/ou reciclagem de resíduos sólidos, dando-se prioridade à reutilização e/ou a reciclagem a despeito de outras formas de tratamento e disposição final, exceto nos casos em que não exista tecnologia viável. Aliado aos problemas ambientais causados pelo descarte do rejeito, algumas características específicas do resíduo desperta a possibilidade de sua utilização como matéria prima para confecção de concretos, asfalto e argamassas para assentamento e revestimento de paredes de alvenaria. Este trabalho teve por objetivo confeccionar uma argamassa de revestimento no traço 1 : 6 (cimento : areia), em volume, utilizando areia de resíduo e aditivos químicos e comparar as propriedades no estado fresco e endurecido com as propriedades de uma argamassa industrializada de grande aceitação no mercado. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Origem do resíduo

4 4 Após o desmonte das rochas utilizando explosivos, minérios como ouro, prata, dentre outros, juntamente com os fragmentos de rochas são transportados por meio de caminhões basculantes para uma pedreira. Em seguida são transformados em areia de granulometria muito fina passando pelas seguintes etapas: britadores de mandíbula, britador VSI e finalmente moinho de bola. A areia fina juntamente com os metais preciosos é diluída na água na qual é injetado produtos químicos biodegradáveis para retirada por flotação dos metais preciosos e, em seguida, a areia residual é lançada em lagoa de decantação Materiais Para a produção da argamassa foi empregado cimento Portland CP II Z 32, areia de resíduo e aditivos em pó retentor de água e incorporador de ar. Na confecção da parede de alvenaria utilizaram-se blocos de concreto. As caracterizações dos materiais são apresentadas nas Tabelas 1 a 3. Conforme pode ser observado na análise granulométrica apresentada na Tabela 2, a areia de resíduo é muito fina em relação aos agregados da argamassa industrializada e apresenta uma granulometria mais uniforme. Tabela 1 Caracterização física e química do cimento CPII Z 32. ANÁLISE FÍSICA Ensaios realizados Método Resultado médio Massa unitária no estado solto (g/cm³) ABNT NBR 7251 : 1982 (1) 1,197 Massa específica (g/cm³) ABNT NBR NM 23 : 2001 (2) 2,946 ANÁLISE QUÍMICA Perda SiO 2 Al 2O 3 Fe 2O 3 CaO MgO K 2O Na 2O SO 3 CO 2 ao fogo insolúvel 22,91 7,25 3,18 52,29 5,56 1,04 0,18 2,82 4,23 4,97 12,91 Tabela 2 Análise granulométrica da areia de resíduo e da argamassa industrializada anidra ABNT NBR 7211 : 2005 (3). Abertura da peneira (mm) Areia de resíduo massa porcentagem retida retida (g) individual acumulada Argamassa anidra (referência) massa porcentagem retida retida (g) individual acumulada 2,4 0,00 0,00 0,00 0,30 0,06 0,06 1,2 0,00 0,00 0,00 0,60 0,12 0,18 0,6 0,27 0,05 0,05 65,85 13,17 13,35

5 5 0,3 21,78 4,36 4,41 134,03 26,81 40,16 0,15 234,77 46,97 51,38 101,10 20,22 60,38 < 0,15 243,18 48,62 100,00 198,12 39,62 100,00 Total 500,00 100,00-500,00 100,00 - Tabela 3 Caracterização física da areia de resíduo. Ensaios realizados Unidade Norma Resultado Módulo de finura - ABNT NBR 7211 : 2005 (3) 0,56 Dimensão máxima característica (mm) ABNT NBR 7211 : 2005 (3) 1,20 Massa unitária estado solto (g/cm³) ABNT NBR 7251 : 1982 (1) 1,181 Massa específica (g/cm³) ABNT NBR NM 23 : 2001 (2) 2,646 Teor de argila em torrões (%) ABNT NBR 7218 : 1987 (4) isento Índice de vazios (%) adaptado 55,37 Teor de material pulverulento (%) ABNT NBR 7219 : 1982 (5) - A Figura 2 apresenta a análise mineralógica por difratometria de raios X e a Tabela 4 apresenta análise química por fluorescência de raios X da areia de resíduo. Figura 2 Difratograma da areia de resíduo Counts CAF Position [ 2Theta] Tabela 4 Análise química da areia de resíduo. CaO MgO Fe 2 O 3 SiO 2 Al 2 O 3 MnO TiO 2 Na 2 O K 2 O P 2 O 5 P.F. SOMA (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) 40,38 5,07 2,45 11,60 1,69 0,04 0,10 0,07 0,39 0,03 37,11 98,92

6 6 O difratograma e a análise química demonstram a predominância do quartzo (SiO 2 ), sendo que a amostra é composta basicamente por silício, cálcio, ferro e magnésio Confecção da parede de alvenaria e dos painéis A parede de alvenaria de 160 cm de largura por 100 cm de altura foi confeccionada com blocos de concreto assentados com a argamassa industrializada e chapiscada utilizando peneira de malha 4,8 mm, com argamassa de cimento e areia no traço 1 : 3, em volume de material seco. A junta de assentamento foi de aproximadamente um centímetro. A parede foi dividida em dois painéis de 80x100 cm com ripas de madeira cambará com espessura de dois centímetros. Para evitar que as ripas absorvam a água das argamassas, estas foram impermeabilizadas com duas demãos de verniz marítimo. A Figura 3 mostra a sequência da preparação dos painéis. Figura 3 (a) Parede de alvenaria de 160x100 cm; (b) Painéis para a argamassa de referência (esquerda) e para a argamassa com resíduo (direita); (c) Chapisco de cimento e areia. (a) (b) (c) 2.4. Preparo das argamassas A argamassa com areia de resíduo foi preparada fazendo-se mistura de cimento, areia, aditivo retentor de água e plastificante incorporador de ar em betoneira de eixo inclinado de capacidade de 120 litros. Foi adicionada água na mistura até obter a consistência considerada adequada para aplicação. A quantidade de água utilizada na argamassa de referência (industrializada) foi determinada pelo fabricante seguindo o mesmo procedimento realizado na mistura da argamassa com areia de resíduo. A Tabela 5 apresenta as caracterizações das argamassas no estado fresco.

7 7 Tabela 5 Caracterização das argamassas. Argamassa Proporções de materiais secos (cimento : areia) volume massa água/ cimento Relações água/ mat. secos ,16 1 : 6 1 : 5,92 1,73 0,25 A argamassa com areia de resíduo exigiu maior quantidade de água na mistura que a argamassa de referência e, ambas, apresentaram boa plasticidade como mostra a Figura 4. Figura 4 (a) Argamassa de referência; (b) Argamassa com areia de resíduo. (a) (b) 2.5 Revestimento dos painéis Após quinze dias da aplicação do chapisco, os painéis foram revestidos em camada única, sarrafeado após 10 minutos e em seguida foi realizado o acabamento com a colher de pedreiro. A Figura 5 apresenta a sequência descrita. Figura 5 (a) Revestimento com argamassa de referência; (b) Revestimento com a argamassa de resíduo; (c) Acabamento dos painéis; (d) Revestimentos concluído.. (a) (b)

8 8 (c) (d) 2.6 Ensaios realizados Com as argamassas produzidas, determinou-se a massa específica e o teor de ar incorporado de acordo com norma ABNT NBR : 2005 (6), retenção de água no funil de Buchner modificado de acordo com a norma ABNT NBR : 2005 (7) e, também, fez-se a análise reológica através do ensaio de Squeeze-Flow. Moldaram-se corpos de prova cilíndricos de 5 x 10 cm, para realização, aos 28 dias de idade, de ensaio de densidade de massa (ABNT NBR : 2005 (8) ); resistência à compressão (ABNT NBR : 2005 (9) ); absorção de água e índice de vazios (ABNT NBR 9778: 2005 (10) ); coeficiente de capilaridade (ABNT NBR : 2005 (11) ). Foi realizado o ensaio de permeabilidade dos revestimentos pelo Método do Cachimbo proposto pelo Centre Scientifique et Technique de la Construction (CSTC : 1982 (12) ) na idade de 28 dias, ajustando os tempos de leitura a cada minuto conforme proposto por Selmo (13). Na idade de 28 dias realizou-se o ensaio para determinação da resistência de aderência seguindo os procedimentos descritos na norma ABNT NBR : 1995 (14) e avaliou-se a fissuração dos revestimentos. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1 Estado fresco A argamassa produzida com areia de resíduos apresentou melhor trabalhabilidade no revestimento dos painéis que a argamassa de referência, com melhor adesão inicial, segundo relato do pedreiro, devido, principalmente ao maior teor de ar incorporado.

9 Retenção de água (%) Densidade de massa no estado fresco (kg/m3) Porcentagem 9 A densidade de massa no estado fresco, o teor de água e o teor de ar incorporado estão apresentados na Figura 6 e 7. Figura 6 Densidade de massa no estado fresco. Figura 7 Teor de água e teor de ar incorporado ,00 25,00 20,00 16,00 25,00 19,89 24, ,00 10,00 5, ,00 Teor de água Teor de ar incorporado Argamassa Argamassa A argamassa produzida com resíduo exigiu uma quantidade maior de água que a argamassa de referência. Devido ao menor diâmetro das partículas da areia de resíduo, aumenta a área superficial, exigindo, assim, mais água para o recobrimento dos grãos. A Figura 8 mostra a evolução da retenção de água após 1,0; 1,5; 3,0; 5,0; 10,0 e 15,0 minutos de sucção no Funil de Buchner modificado das argamassas no estado fresco. Figura 8 Retenção de água. 120,0 100,0 80,0 60,0 70,5 54,1 40,0 20,0 0,0 0,0 3,0 6,0 9,0 12,0 15,0 Tempo de sucção (min) A argamassa produzida areia de resíduo apresentou menor retenção de água após 15 minutos de sucção que a argamassa de referência, devido ao maior teor de água. O ensaio é realizado logo após a mistura do cimento, areia, aditivos e água, não ocorrendo a hidratação do cimento até o momento do início do ensaio, sendo que houve a perda da maior parte da água adsorvida às partículas dos agregados (15).

10 10 O ensaio de squeeze-flow constitui-se em uma técnica utilizada para estudar reologia de materiais. Este método tem se mostrado muito eficiente uma vez que consegue lidar adequadamente com elevada plasticidade e pode simular a aplicação da argamassa sobre o substrato, avaliando, também, outros parâmetros reológicos fundamentais, como viscosidade e tensão de escoamento. A argamassa pode ser avaliada, através do ensaio de squeeze-flow, desde o momento que é lançado no substrato até a hora de desempená-lo, situações que apresentam diferentes solicitações de tensão, por consequência diferente comportamento reológico e variadas deformações. A relação de carga x deslocamento deve apresentar um perfil bem típico nos ensaios com argamassas, distinguindo três regiões conforme mostra a Figura 9. Figura 9 Curva normal em um ensaio de squeeze-flow de carga x deslocamento. Região I - material sofrendo deformação elástica; Região II - material sofrendo deformação plástica. Região III - enrijecimento induzido por deformação, onde há atrito entre os grãos da areia. As Figuras 10 e 11 apresentam os gráficos carga x deslocamento do ensaio de squeeze-flow realizado com as argamassas de resíduos e de referência (industrializada).

11 Densidade de massa no estado endurecido (kg/m3) Resistência à compressão (MPa) Carga (N) Carga (N) Figura 10 Ensaio de squeeze-flow realizado com as argamassas de resíduo e de referência após 15 minutos da mistura. 11 Figura 11 Ensaio de squeeze-flow realizado com as argamassas de resíduo e de referência após 45 minutos da mistura Industrializada - 15 minutos - 15 minutos Industrializada - 45 minutos - 45 minutos deslocamento (mm) deslocamento (mm) Observa-se nos resultados apresentados nas Figuras 10 e 11 que não existe a região I da deformação elástica onde são necessárias maiores cargas para deformar a argamassa produzida com resíduo, sendo assim mais viscosa. 3.2 Estado endurecido As Figuras 12 e 13 apresentam os resultados médios da densidade de massa aparente e da resistência à compressão, respectivamente, realizado em corpos de prova cilíndricos 5 x 10 cm na idade de 28 dias. Figura 12 Densidade de massa no estado aparente. Figura 13 Resistência à compressão na idade de 28 dias ,00 2, , , ,50 1,00 0, , ,00 Argamassa Argamassa A argamassa produzida com areia de resíduo apresentou menor densidade de massa aparente e, também, menor resistência à compressão devido, principalmente, aos maiores teores de água e de ar incorporado com relação à argamassa de referência. Como consequência ocorreu um aumento do índice de vazios após secagem em estufa, conforme mostra a Figura 14.

12 Porcentagem 12 Figura 14 Absorção de água e índice de vazios após imersão e fervura aos 28 dias de idade. 50,0 46,4 40,0 30,0 20,0 12,8 19,9 24,3 33,4 20,4 27,6 38,8 10,0 0,0 Absorção de água após imersão Absorção de água após imersão e fervura Ensaio Índice de vazios após saturação em água Índice de vazios após saturação e fervura As argamassas com areia de resíduo apresentou maior absorção de água que a argamassa de referência, pois apresentou maiores índices de vazios. O fato das amostras, tanto da argamassa de resíduo quanto da argamassa de referência, ficarem submerso em água por 64 horas não foi suficiente para promover 100% da saturação e eliminar completamente o ar contido no seu interior. A fervura dos corpos de prova à 100 o C aumentou consideravelmente a absorção de água e o índice de vazios. A Figura 15 apresenta o resultado de absorção de água por capilaridade. A argamassa produzida com resíduo apresentou coeficiente de capilaridade igual a 1,311 kg/m 2 /min 0,5 enquanto que a argamassa de referência apresentou coeficiente de capilaridade igual a 0,338 kg/m 2 /min 0,5. Estes valores indicam que a argamassa produzida com resíduo, além de apresentar maior absorção de água é, também, mais susceptível a penetração da água que a argamassa de referência. Segundo Silva (15), o maior coeficiente de capilaridade da argamassa com resíduo pode ser explicado pela Lei de Jurin que relaciona a ascensão capilar da água nos corpos de provas ao inverso dos raios capilares que, possivelmente, são menores devido ao menor diâmetro dos grãos da areia de resíduo em relação à areia da argamassa de referência.

13 Quantidade de água absorvida (ml) Absorção de água (kg/m2) 13 Figura 15 Coeficiente de capilaridade aos 28 dias de idade. 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 y = 1,311x - 0,323 R 2 = 1,000 y = 0,338x + 0,170 R 2 = 1,000 2,00 0,00 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 Raiz quadrada do tempo (min^0,5) A Figura 16 apresenta os resultados da permeabilidade dos revestimentos obtidos na idade de 28 dias. A leitura foi realizada a cada minuto até completar 15 minutos, cujos resultados corroboram aqueles apresentados nas Figuras 14 e 15. Figura 16 Evolução da absorção da água pelo Método do cachimbo a cada minuto. 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Tempo (min) O ensaio para determinação da resistência de aderência à tração foi realizado nos revestimentos na idade de 28 dias. Utilizou-se um macaco hidráulico de comando manual da marca Enerpac com capacidade de psi, ao qual foi adaptado um manômetro com capacidade de 850 psi. Em cada revestimento realizaram-se 6 ensaios utilizando pastilhas de ferro quadradas de 10 cm de lado. A Tabela 6 apresenta os resultados da resistência de aderência, desvio padrão e coeficiente de variação para as argamassas de referência e com resíduo. A argamassa de referência apresentou, na média, maior resistência de aderência à tração, apesar do maior coeficiente de variação que a argamassa produzida com a areia de resíduo.

14 14 Tabela 6 Resultados da resistência de aderência à tração. Amostra Resistência de aderência à tração (MPa) 1 0,15 0,11 2 0,20 0,11 3 0,16 0,12 4 0,19 0,11 5 0,16 0,12 6 0,20 0,11 Média (MPa) 0,17 0,11 Desvio padrão (MPa) 0,02 0,01 Coef. variação (%) 12,57 3,60 Aos 28 dias de idade, os revestimentos com a argamassa de referência e com resíduo foram vistoriados e não apresentaram nenhuma fissura visível à olho nu, conforme pode ser observado nas Figuras 16 e 17. Figura 16 Revestimento da argamassa de referência. Figura 17 Revestimento da argamassa com areia de resíduo. 4. CONCLUSÕES A argamassa produzida com a areia de resíduo apresentou bom desempenho no estado fresco, com melhor adesão inicial ao substrato que a argamassa de referência, devido, principalmente, à baixa densidade de massa ocasionada pelos elevados teores de água e de ar incorporado, produzindo, assim, maior rendimento. Entretanto, no estado endurecido, a argamassa produzida com a areia de resíduo apresentou baixa resistência mecânica e alta permeabilidade à água, devido ao maior índice de vazios, com relação a argamassa de referência, apesar de não haver ocorrido o surgimento de fissuras.

15 15 O resíduo proveniente da britagem de rochas graníticas para obtenção de metais preciosos pode ser utilizado na confecção de argamassa de revestimento, desde que apresente uma granulometria adequada fazendo uma composição, por exemplo, com areia mais grossa e controlando o teor de aditivos de modo a aumentar a retenção de água e diminuir os teores de água e de ar incorporado. 5. REFERÊNCIAS 1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7251: Agregados em estado solto determinação de massa unitária. Rio de Janeiro, NBR NM 23: Cimento portland e outros materiais em pó Determinação da massa específica. Rio de Janeiro, NBR 7211: Agregados para concreto Especificações. Rio de Janeiro, NBR 7218: Agregados determinação do teor de argila em torrões e materiais friáveis. Rio de Janeiro NBR 7219: Determinação do teor de materiais pulverulentos nos agregados. Rio de Janeiro, NBR 13278: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos determinação da densidade de massa e do teor de ar incorporado. Rio de Janeiro, NBR 13277: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos determinação da retenção de água. Rio de Janeiro, NBR 13280: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos determinação da densidade de massa aparente no estado endurecido. Rio de Janeiro, NBR 13279: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos determinação da resistência à tração na flexão e à compressão. Rio de Janeiro, NBR 9778: Argamassa e concreto endurecidos determinação da absorção de água, índice de vazios e massa específica. Rio de Janeiro, NBR 15259: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos Determinação da absorção de água por capilaridade e do coeficiente de capilaridade. Rio de Janeiro, CENTRE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE DE LA CONSTRUCTION - CSTC. Hydrofuges de surface: choix et mise em oeuvre. Bruxelles, p. (Note D`Information Technique NIT n. 140). 13. SELMO, S. M. S. Dosagem de argamassa de cimento portland e cal para revestimento externo de fachadas dos edifícios. São Paulo, p. Dissertação (Mestrado) Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.

16 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13528: Revestimento de paredes e tetos de argamassas inorgânicas determinação da resistência de aderência à tração. Rio de Janeiro, SILVA, N. G. Argamassas de revestimento de cimento, cal e areia britada de rocha calcária. Curitiba, p. Dissertação (Mestrado) Universidade Federal do Paraná.