Reciclagem de Escória de Fluxo de Soldagem para a Fabricação de Argamassa de Múltiplo Uso para a Construção Civil

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1 Reciclagem de Escória de Fluxo de Soldagem para a Fabricação de Argamassa de Múltiplo Uso para a Construção Civil (Recycling of Welding Flux Slag for the Fabrication of Multiple Use Mortar for the Civil Construction) 1, Dylmar Penteado Dias 1, Ronaldo Pinheiro da Rocha Paranhos Resumo a viabilidade de sua utilização como substituto da areia na produção de argamassas de múltiplo uso. A EFS tem origem na soldagem a arco submerso (SAS), tendo sido usadas escórias dos tipos ácida, neutra e básica, de acordo com a sua neutralidade. Argamassas foram confeccionadas contendo os três tipos de EFS além de uma argamassa de referência com areia. Foram estudadas as características físicas e mineralógicas de cada tipo de EFS e analisadas as propriedades físicas (consistência e densidade) e mecânicas (resistência à compressão e resistência à tração) das argamassas. Análise por microscopia eletrônica de que os três tipos de EFS alcançaram excelentes resultados em todos os parâmetros analisados e que podem substituir a areia do impacto ambiental: por um lado, reduz a extração da areia natural, por outro lado, contribui para a redução do risco de contaminação do solo e do lençol freático pela disposição inadequada da EFS. Palavras-chave: Abstract: searched the liability of its use as substitute of sand in the production of multiple use mortars. SWF has origin in the submergedarc welding (SAW), have been used slags of the acid, neutral and basic types, according to its neutrality. Mortars have been made containing the three types of SWF and in addition a reference mortar made with sand. Physical and mineralogical characteristics of each SWF were studied and physical (consistency and density) and mechanical properties (compressive and tensile strength) were analyzed. Analyses by scanning electronic microscopy (SEM) also had been carried out to verify the interaction between the small aggregate and the paste. The results show that the three types of SWF reached excellent results in all the analyzed contributes to the reduction of the ambient impact: on one hand, reducing the extraction of natural sand, on other hand, contributing for the reduction of the risk of soil and groundwater contamination due to the inadequate disposal of the SWF. Key-words: 1. Introdução dagem a arco submerso (SAS), processo automático onde o calor para soldagem é fornecido por um arco elétrico formado entre um eletrodo de arame sólido ou tubular e a peça-obra. o protegerá, assim como o metal fundido e a poça de fusão, parcialmente, formando uma camada de escória líquida que - neutra e básica [2]. A SAS é empregada em grande escala na indústria devido à sua facilidade de operação e produtividade. No Brasil, este processo é utilizado na fabricação metálica como tubos, vasos de pressão, caldeiras, trocadores de calor, equipamentos siderúrgicos, navios, autopeças e todo tipo de equipamento pesado. Ainda, encontra grande uso na recuperação de peças, como rolos de lingotamento contínuo e partes rodantes de tratores [2]. Estimou-se que no Brasil a geração do resíduo de EFS Soldagem Insp., Vol. 12, No. 1, Jan/Mar 2007

2 Viana, C. E.; Dias, D. P.; Paranhos, R. P. R. é gerado pelas grandes indústrias do segmento metal-mecânico [3]. Nota-se grande interesse das indústrias do setor metal-mecânico em encontrar aplicação tecnológica para a EFS, pois este resíduo eleva os custos das empresas com transporte e deposição do mesmo em aterros sanitários. Atualmente, a questão ambiental tem se tornado cada vez mais um ponto decisivo na continuidade ou crescimento de um determinado negócio. A reciclagem de resíduos é hoje pesquisada para as mais diversas aplicações na construção civil, entre as quais, se destaca o uso em argamassas de revestimento de paredes e tetos de edifícios [4]. Sendo as argamassas um dos materiais mais consumidos pelo homem, e considerando que grande parte das mesmas é constituída por areia, é de grande rele- Um dos tipos de argamassas mais empregadas são as argamassas de múltiplo uso, termo utilizado para designar aquelas que podem ser empregadas em assentamento de alvenaria de vedação, revestimento de paredes e tetos, e ainda para revestimento de pisos e contrapisos; têm seus de emprego do produto, de modo a conferir propriedades necessárias ao bom desempenho [6]. Ao redor das grandes cidades, os agregados naturais maioria, viaja distâncias superiores a 100 km, elevando seu 3 em fevereiro/2006 em relação ao preço original da areia natural de um mercado Este trabalho apresenta a reciclagem da EFS na construção civil com sua utilização como agregado miúdo em argamassas de múltiplo uso como substituto da areia natural. Tem por objetivo a diminuição do impacto ambiental alternativa econômica e ecologicamente viável para regiões para a diminuição da disposição da EFS em aterros sanitários, fazendo com que as empresas diminuam seus custos bom desempenho deste resíduo como agregado miúdo para a produção de argamassas de múltiplo uso, este poderá ser 2. Materiais e Métodos trabalho foram os componentes convencionais de argamassa de múltiplo uso (cimento, água e areia natural), além da EFS como substituto da areia natural em algumas argamassas. As principais características desses materiais e das argamassas produzidas estão descritas a seguir. Cimento Portland composto com escória de alto-forno, tipo CPIIE-32 da marca Votoran, foi escolhido por ser de fácil disponibilidade no mercado e também por ser o cimento mais utilizado na produção de elementos construtivos nãoestruturais. As principais características do cimento Portland são mostradas na Tabela 1. Areia natural de rio, lavada e seca em estufa por 24 horas, peneirada de modo a ser utilizada como areia normal, segundo a NBR 7214 [10], de forma a se obter uma comparação dos resultados entre as argamassas elaboradas com os dois tipos de agregado miúdo (areia e EFS). A areia foi caracterizada conforme recomendações da ABNT, possuindo aparente no estado solto de 1,39 g/cm 3 3 caracterização química foi realizada por meio de espectrosco- por 100% de SiO 2. Três tipos de EFS foram usadas, denominadas de EFS ácida, EFS neutra e EFS básica, em função da neutralidade em um britador de rolo, visando a adequação do tamanho de partículas ao de um agregado miúdo natural. A amostragem do resíduo britado foi realizada segundo a NBR [14], tendo apresentado distribuição granulométrica satisfatória transformação da escória em agregado miúdo com mais de A EFS, já com as dimensões de agregado miúdo (Figura 2.), foi peneirada segundo a mesma série de peneiras usada para a areia normal. Tabela 1. Características do Cimento Portland. Soldagem Insp., Vol. 12, No. 1, Jan/Mar

3 A água utilizada na confecção das argamassas foi proveniente da rede de abastecimento do município de Campos dos Goytacazes-RJ. Argamassas de múltiplo uso foram preparadas visando caracterizar o uso da EFS como agregado miúdo. Quatro argamassas foram preparadas: uma de referência, confeccionada com agregado miúdo convencional (areia), e outras três usando respectivamente EFS ácida, EFS neutra e EFS básica substituindo totalmente o agregado miúdo. O traço utilizado, em massa, foi igual a 1:3 (cimento:agregado miúdo) e relação água-cimento determinado pelo ensaio de consistência Para avaliar as argamassas, John et al [16] ponderam que uma metodologia que tenha por objetivo orientar atividades de pesquisa e desenvolvimento de reciclagem de um resíduo como material de construção civil deve reunir estudo aprofundado do processo de geração dos resíduos, caracterização química, mineralógica, microestrutural e física dos resíduos e sua variabilidade. Ainda, o desenvolvimento de novos produtos deve ser seguido de uma avaliação do desempenho técnico, econômico e ambiental do mesmo que é também etapa importante do processo de pesquisa. Neste trabalho foi realizada a caracterização física e um estudo das argamassas produzidas com agregado miúdo natural e com agregado miúdo reciclado avaliando suas - por compressão diametral) e a análise microestrutural das avaliar a aderência entre o agregado e a matriz cimentícia. 4. Resultados e Discussão Caracterização física das EFS: Na caracterização física foram determinadas a massa unitária agregado no estado do Frasco de Chapman [17]. A EFS neutra tem massa es- 3 e massa unitária de 2,74 g/cm 3, 3 3 e a EFS básica 3,26 g/cm 3 e 2,67 g/cm 3. Esses resultados demonstram que unitária das escórias e que elas são cerca de 30% mais densas que a areia natural. Caracterização mineralógica das EFS: foi utilizada a técnica de difração de raios X (DRX) em um difratômetro ka operando a - 2 O 4 ). Na EFS 2 ), periclase (MgO) e de espinela (MgAl 2 O 4 ). Na EFS básica 3 ) e portilandita [(Ca(OH) 2 ]. Estes resultados estão de acordo com o básico de cálcio [2]. em pesquisas com argamassas, onde é estabelecido que toda medida na mesa de abatimento (Figura 4.). A proporção de material escolhido para confecção das argamassas foi de uma 40 Soldagem Insp., Vol. 12, No. 1, Jan/Mar 2007

4 Viana, C. E.; Dias, D. P.; Paranhos, R. P. R. Figura 3. Difratograma da EFS ácida (a), EFS neutra (b) e EFS básica (c). Soldagem Insp., Vol. 12, No. 1, Jan/Mar

5 parte de cimento para três de agregado miúdo. A partir daí a padrão obtida neste ensaio. A Tabela 2 mostra o teor de água necessário para se alcançar esse intervalo, com qual diâmetro argamassa. Os resultados demonstram que as argamassas apresentaram teores de água parecidos, não havendo discre- natural. Destacam-se os traços da areia e EFS neutra, que apresentaram teor de água igual e diâmetros de espalhamento sistência das argamassas pela substituição do agregado. Pode se concluir que a substituição da areia por EFS pouco afetou a trabalhabilidade das argamassas, pois esta propriedade é diretamente relacionada com a consistência das mesmas, que por sua vez praticamente não se alterou. Figura 4. Mesa de abatimento para o ensaio de consistên- Densidade de massa e teor de ar incorporado: estas propriedades são determinadas através de procedimento de é indireta, calculada pela relação entre densidade de massa no estado fresco e a densidade de massa teórica. Esta relação representa o volume de sólidos de argamassa, sendo o complemento para a unidade de massa o volume de vazios porcentagem. Quanto maior a densidade de massa e menor o teor de ar incorporado, mais compacta será a argamassa, a tipo b, tipo c A tabela 3 mostra que as argamassas confeccionadas com EFS possuem densidade de massa superior às de areia, o que torna coerente o menor teor de ar incorporado, pois argamassas que possuem maior teor de água possuem menor teor de ar incorporado por terem menos vazios. Os traços de argamassas com EFS apresentam resultados melhores argamassa com areia. Ressalta-se que o menor teor de ar incorporado torna a argamassa mais compacta, melhorando suas características. Evolução da resistência à compressão: Nakakura e a característica mais comumente determinada tanto para argamassa de assentamento como para argamassa de revestimento. Entende-se que esta propriedade, importante para o controle de produção do cimento e adotada para a de resistência à compressão foi realizado conforme a NBR [21]. Com o objetivo de estabelecer as características de evolução de resistência das argamassas, foram moldados Tabela 2. Resultados obtidos na mesa de abatimento. Tabela 3. Comparação dos resultados obtidos na caracterização física. 42 Soldagem Insp., Vol. 12, No. 1, Jan/Mar 2007

6 Viana, C. E.; Dias, D. P.; Paranhos, R. P. R. cm para cada idade e tipo de argamassa. Os corpos-de-prova do sido submetidos à ruptura por compressão simples numa prensa hidráulica Versa Tester com capacidade de carga de a compressão em MPa foi obtida pela divisão da carga de ruptura pela área da seção transversal do corpo-de-prova. A ser observado que todas as argamassas atingiram resistência de classe III. compressão para as argamassas usando EFS como agregado miúdo apresentaram valores superiores à com areia natural em todas as idades, principalmente para os tempos mais avançados. Nota-se também um aumento da resistência à compressão em relação ao tempo até a idade de 120 dias. Destaca-se como o traço de maior resistência entre todas resistência de 39 MPa e aos 120 dias 49 MPa. Isto aponta como agregado miúdo com substituição total da areia não resistência a compressão. Evolução da resistência à tração por compressão diametral: realizado conforme a NBR 7222 [22], que regulamenta o método. Os corpos de prova foram do tipo rompidos na posição horizontal entre os pratos da prensa. O Figura 6. Evolução da resistência à tração por compressão diametral. Soldagem Insp., Vol. 12, No. 1, Jan/Mar

7 equipamento para a realização deste ensaio é o mesmo usado nos ensaios de resistência à compressão de argamassas, sendo neste caso a carga aplicada continuamente e sem choque a de prova. A Figura 6 mostra os resultados obtidos, onde neutra apresentam comportamentos parecidos, qual seja: de ligeira queda em idades mais avançadas. Já os traços um crescimento de resistência contínuo ao longo do tempo, sendo que aos 120 dias apresentaram resistência a tração de ressalta-se que todas as argamassas com EFS como agregado miúdo obtiveram resistência à tração por compressão diametral superior a obtida com a argamassa tradicional usando areia natural como agregado miúdo. Análise microstrutural das argamassas de múltiplo uso: secundários e retro-espalhados, com o objetivo de observar a interação entre a matriz cimentícia e os agregados (areia e escórias) usados na confecção das argamassas. Pode-se observar na Figura 7 que ambos os tipos de agregados (areia e escória) apresentam uma interface com a matriz cimentícia adequada, com distribuição homogênea de agregados de tamanhos diversos por toda a matriz cimentícia e com adequada penetração da matriz nos agregados. Essa adequada interação matriz/agregado é responsável pelo desempenho das características da argamassa, tornando-a resistente e com boa trabalhabilidade. o uso de EFS como agregado miúdo em substituição à areia não afetou o desempenho das argamassas, tendo sido apresentados resultados superiores sob diversos aspectos de soldagem usados, do tipo ácido, neutro e básico, o que obter resultados satisfatórios para sua aplicação como agregado miúdo na fabricação de argamassas. Este aspecto é particularmente relevante, pois permite a coleta de escória em diversas empresas, sua mistura e processamento para uso em argamassa de múltiplo uso, independente da origem e do estudos para o aproveitamento deste tipo de resíduo, no caso a escória de soldagem pelo processo a arco submerso [3]. Os resultados aqui apresentados indicam que uma fábrica de atividade rentável, bem como propiciar uma solução para o descarte deste tipo de resíduo. 5. Conclusões massas para múltiplo uso usando escória de soldagem do tipo ácida, neutra e básica como agregado miúdo, substituindo a areia, permitiu concluir que: Os três tipos de EFS usadas (ácida, neutra e básica) aten- confecção de argamassas de múltiplo uso; As argamassas com EFS não perderam consistência e trabalhabilidade em relação às argamassas com areia natural; Em relação ao teor de ar incorporado as argamassas com EFS apresentaram resultados melhores do que as argamassas com areia natural; Os resultados das argamassas com EFS nos parâmetros resistência a compressão e resistência a tração por compressão Figura 7. Microscopia eletrônica do comportamento agregado-matriz nas argamassas. As setas indicam partículas do agregado dispersas e aderidas na matriz. 44 Soldagem Insp., Vol. 12, No. 1, Jan/Mar 2007

8 Viana, C. E.; Dias, D. P.; Paranhos, R. P. R. 6. Agradecimentos À Universidade Estadual Norte Fluminense Darcy Ribei- Machado Vianna Comércio e Indústria Ltda. Caldeiraria, Usinagem e Fundição e Aalborg Industries S.A. pelo forne- [1] MODENESI P.J. Técnica operatória da soldagem SAW. Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Acesso em: [2] PARANHOS, R.P.R.; SOUZA A. C. Soldagem a arco submerso. Rio de Janeiro, SENAI/RJ-CETEC de Solda, p [3] MORETE, G.F.; PARANHOS, R.P.R.; HOLANDA J.N.F. Aproveitamento de resíduo de escória de soldagem em materiais cerâmicos para construção civil, Soldagem & Inspeção, v.11, n.3, p [4] MIRANDA, L.F.R.; SELMO, S.M.S. Desempenho de revestimentos de argamassa com entulho reciclado. Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP. Departamento de Engenharia de Construção Civil, BT/PCC/277. São Paulo- SP, p. JOHN, V. M. A construção e o meio ambiente. Acesso em: [6] SELMO de argamassas industrializadas de múltiplo uso. Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP. Departamento de Engenharia de Construção Civil, BT/PCC/310. São Paulo- SP, p. [7] SINDIPEDRAS - SINDICATO DA INDÚSTRIA DE MINERAÇÃO DE PEDRA BRITADA DO ESTADO DE SÃO PAULO. Acesso em: março/2006. de permeabilidade ao ar (método Blaine). Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), Rio de Janeiro, [9] NBR NM23. Cimento Portland e outros materiais em pó: Normas Técnicas (ABNT), Rio de Janeiro, [10] NBR Areia normal para ensaio de cimento [11] NBR Agregado para concreto. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) Rio de Janeiro, da massa unitária. Associação Brasileira de Normas Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) Rio de Janeiro, [14] NBR Amostragem de resíduos sólidos. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Rio e revestimento de paredes e tetos - Determinação do teor de água para obtenção do índice de consistência-padrão. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Rio [16] John, V. M. et al Sobre a necessidade de metodologia de pesquisa e desenvolvimento para reciclagem. I Fórum das Universidades Públicas Paulistas - Ciência e Tecnologia em resíduos, Lindóia - SP. [17] NBR Agregados: determinação da massa Chapman. Associação Brasileira de Normas Técnicas e revestimento de paredes e tetos - Determinação da densidade de massa e do teor de ar incorporado. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Rio de Janeiro. assentamento de paredes e revestimento de paredes e tetos [20] Nakakura, E.H.; Cincotto M.A. Análise dos requisitos revestimento. Boletim técnico da Escola Politécnica da USP. Departamento de Engenharia de Construção Civil. São Paulo-SP, [21] NBR Argamassa para assentamento de paredes e revestimento de paredes e tetos - determinação da resistência à compressão. Associação Brasileira de Normas [22] NBR Argamassa e concretos - determinação da resistência à tração por compressão diametral de corposde-prova cilíndricos. Associação Brasileira de Normas resistência à compressão. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Rio de Janeiro Soldagem Insp., Vol. 12, No. 1, Jan/Mar 2007