AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DOS RESÍDUOS DE VIDRO SODO-CÁLCICO ADICIONADOS NA MASSA DE CERÂMICA VERMELHA PARA PRODUÇÃO DE BLOCOS DE VEDAÇÃO EM PALMAS - TO

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1 AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DOS RESÍDUOS DE VIDRO SODO-CÁLCICO ADICIONADOS NA MASSA DE CERÂMICA VERMELHA PARA PRODUÇÃO DE BLOCOS DE VEDAÇÃO EM PALMAS - TO F.A. da S. Fernandes ¹, C.E. Manzoni ², J.C.V Serra ³, E.F. Tochtrop Junior 4. ¹ Faculdade Católica do Tocantins FAC/TO ², 4 Centro Universitário Luterano de Palmas CEULP/ULBRA ³ Universidade Federal do Tocantins UFT RESUMO As empresas de cerâmicas do Estado do Tocantins, associações e universidades, vêm estudando alternativas para destinação final dos resíduos sólidos gerados. Estudos foram realizados sobre a incorporação de percentagem de vidro em massa cerâmica de modo a identificarem a composição com melhores propriedades. O presente trabalho busca avaliar o potencial da utilização do vidro sodo-cálcico reciclado, na incorporação da massa cerâmica vermelha para a produção de blocos de vedação na região de Palmas-TO. A metodologia baseia-se na caracterização das matérias primas por meio de análise microestrutural. Bem como formulação das massas cerâmicas, conformação dos corpos de provas, secagem e queima a uma temperatura de 1100 C segundo literatura. Os corpos de provas obtidos foram submetidos a ensaios de medida de retração linear, absorção de água e resistência à flexão em três pontos. Com base nisso concluiu-se que os resíduos de vidro sodocálcico têm potencial para ser incorporado em massa cerâmica vermelha para a produção de blocos de vedação. E que, a melhor composição com maior potencial é a composição de 10% de resíduo de vidro na granulometria de retido a 100 Mesh com 90% de argila na granulometria de retido a 100 Mesh (AV100). Palavras-chaves: Bloco cerâmico, Resíduos de Vidro sodo-cálcico, Propriedades Mecânicas 13

2 INTRODUÇÃO A preocupação com o estado do meio ambiente, segundo Barbieri (2004), não é recente, mas, de certa forma, foi nas últimas três décadas do século XX que ela entrou definitivamente na agenda dos governos de muitos países e de diversos segmentos da sociedade civil organizada. Alguns autores, como Donaire (1999), Kinlaw (1997), e Porter (1999), observavam que uma população cada vez mais consciente e ativa com relação às questões ambientais vem exigindo, por parte dos governantes e das empresas, medidas que possam vir a contribuir para o desenvolvimento sustentável, ou seja, deve haver um equilíbrio entre o consumo de recursos disponíveis e a garantia de disponibilidade desses para gerações futuras. De acordo com Ferreira (2004), atribui ao crescimento populacional, acompanhado do desenvolvimento industrial e tecnológico acelerado, um dos maiores problemas urbano da atualidade: a disposição inadequada de resíduos sólidos, que se constitui em um grande desafio da sociedade moderna. A tendência continuada e crescente de geração de resíduos sólidos reclama por mudanças profundas, a iniciar com estratégias de redução da produção na fonte, culminando com programas de reutilização e reciclagem. A lei federal nº de 2012 sobre a Política Nacional de Resíduos Sólidos, que estabelece a logística reversa dos resíduos e produtos; a resolução CONAMA nº 307, de 05 de julho de 2002 estabelece diretrizes, critérios e procedimentos para a gestão dos resíduos de construção civil são exemplos de legislação ambiental mais restritiva e exigente. Dentro da PNRS, os seus principais objetivos têm-se a não geração, redução, reutilização, reciclagem e tratamento de resíduos sólidos. A produção mais limpa pode ser um importante aliado no gerenciamento dos resíduos sólidos, pois se trata da aplicação de uma estratégia técnica, econômica e ambiental integrada aos processos e produtos, objetivando assim, aumentar a eficiência no uso de matérias primas, água e energia, através de não geração, minimização ou reciclagem dos resíduos e emissões geradas, com benefícios ambientais, de saúde ocupacional e econômico. (CNTL, 2003a) A cerâmica vermelha, também conhecida como cerâmica estrutural, integra o setor dos minerais não metálicos da Indústria de Transformação Mineral, fazendo parte do conjunto de cadeias produtivas que compõem o Complexo da Construção 14

3 Civil. O segmento utiliza basicamente a argila comum como principal fonte de matéria-prima. No Brasil a argila destaca-se como a 3ª maior produção da mineração, posicionando-se abaixo da produção de agregados, 542 Mt (294 Mt de areia e 248Mt de brita) e minério de ferro 380 Mt. A partir da produção estimada de 88 bilhões de peças cerâmicas, em 2011, considerando a massa média de 2.0 kg/peça, pode-se estimar a utilização de aproximadamente 180 Mt de argila. (Anuário Estatístico do Setor Transformação de Não Metálico 2012). Segundo o site da ANICER Associação Nacional da Industria Cerâmica, existe atualmente empresas. As empresas de cerâmica, bem como as associações de cerâmicas e as universidades de engenharia, vêm estudando alternativas para destinação final dos resíduos sólidos gerados nas indústrias. Para a indústria cerâmica, este resíduo representa, além dos ganhos na produtividade e energia, maior durabilidade das jazidas de argila e menor custo de mineração. Para a indústria geradora representa a solução para o problema da disposição do material, com ganho significativo em construção, manutenção e monitoramento de aterros industriais, transporte e manuseio do resíduo. O presente estudo busca analisar o resultado da incorporação do resíduo de vidro sodo-cálcico reciclado gerados na região metropolitana de Palmas, em massas de argilas vermelhas (do estado do Tocantins), para uso em blocos de vedação. MATERIAIS E MÉTODOS Os procedimentos e passos adotados para o desenvolvimento desta pesquisa é composta das seguintes etapas: Coleta e preparação das matérias-primas, onde a matéria-prima passa por um processo de secagem, trituração, peneiramento e acondicionamento em granulometrias de 50#, 100# e -100#; Caracterização das matérias-primas através da análise microestrutural pelo método de Microscopia Óptica (MO) em um microscópio de luz refletida BIOVAL modelo L1000B; Formulação das massas cerâmicas, para conformação dos compósitos onde foram produzidas 6 (seis) diferentes composições conforme mostra a Tabela 15

4 1. A composição A50 é a argila na granulometria de retido a 50 Mesh, isto é menor de 0.42mm e maior que 0.29mm, a composição A100 é a granulometria de retido a 100 Mesh (menor de 0.29mm e maior que 0.149mm), a composição AM, é a mistura de 50% de A50 e 50% de A100. A composição AV50 é a mistura de 90% de argila e 10% de resíduo de vidro na granulometria de retido a 50 Mesh, a composição AV100 é a mistura de 90% de argila e 10% de resíduo de vidro na granulometria de retido a 100 Mesh e a composição AVM é a mistura de 45% de argila de retido a 50 Mesh, 45% de argila de retido a 100 Mesh, 5% de vidro de retido a 50 Mesh e 5% de vidro de retido a 100Mesh. Tabela 1. Composições das Massas Cerâmicas Composição Argila Vermelha AV (%) Reforço de Vidro RV(%) Nomenclatura com Granulometria Mistura A50 Mistura A100 Mistura AM Mistura AV50 Mistura AV100 Mistura AVM Conformação dos compósitos, por prensagem uniaxial a 25Mpa e com auxílio de molde prismático, com as dimensões estabelecido por Santos (1989), 60 por 20 mm e espessura média dos corpos de prova de 10 mm; Secagem e queima dos compósitos, onde a secagem foi feita por meio de uma Estufa a 100 C por 24h e a queima foi feita em uma Mufla a 1100 com a taxa de aquecimento de 10 C\min; Caraterização dos compósitos obtidos, onde fez-se análise das características mecânicas por meio do ensaio de resistência à flexão, análise das características físicas pelo teste de absorção d água, teste de retração linear 16

5 e o teste da massa específica aparente, análise microestrutural pelo método de Microscopia Óptica; RESULTADO E DISCUSSÕES Na Figura 1 observa-se a argila em diferentes resoluções e foram obtidas por microscopia óptica (MO). Nota-se que há limitações da técnica de MO na identificação das partículas de argila, mas pode-se observar nitidamente partícula de tamanho maior de quartzo e o mesmo encontra-se aglomerados por argilominerais. Por meio dessa técnica pode-se observar também que as partículas possuem formas e tamanhos irregulares, sendo que a areia media e finas são de tamanhos maiores, silte de tamanho menores e filmes de argila nas paredes das partículas maiores. Figura 1. MO da argila vermelha com aumento de a) 25x b) 40x c) 100x Na Figura 2 observamos o pó de vidro de embalagem em diferentes resoluções, obtidos por MO. 17

6 Figura 2. MO do resíduo do vidro de embalagem com aumento de a) 25x b) 40x c) 100x Pode-se observar nitidamente na Figura 2 C) que a forma das partículas de vidro é irregular embora seu tamanho seja mais regular em relação argila. Quanto a identificação de elementos presente na amostra, pouco podemos caracterizar, somente pode-se observar a presença de quartzo nas partículas de vidro. A Figura 3 apresenta os corpos-de-prova conformados no estado verde, seco e queimado. Figura 3. Corpos-de-prova A) Verde, B) Seco, C) Queimado. A Figura 3 C) mostra a coloração atingida dos corpos de prova pois queima e podemos observar que os corpos de provas obtiveram a coloração vermelha conforme o esperado. Verificamos também as manchas brancas nos corpos de prova com vidro incorporado, o que mostra que o vidro entrou totalmente em fusão preenchendo os poros vazios existentes nos compósitos. Apresentamos na Figura 4, os valores da resistência à flexão dos compósitos. 18

7 Figura 4. Representação da Resistência à flexão de cada composição Segundo Santo (1989), o valor mínimo de resistência à flexão após queima para uso em blocos em cerâmica vermelha é 5,5 MPa. E de acordo com os resultados obtidos a única composição que se aproxima nesse valor é a AV100 com 4,84 Mpa. E todos exceto a A50 tiveram valores de resistência à flexão maior que as recomendações para tijolos. Nota-se também que as composições com vidro têm maior resistência em relação as composições sem vidro com um aumento de resistência de aproximadamente 60%. Tanto para as composições com vidro quanto as composições sem vidro a ordem de resistência à flexão de acordo com a composição granulométrica foi de AV100>AVM>A100>AM>AV50>A50. O que nos diz que quanto menor a granulometria maior será a resistência a flexão. Os resultados médios obtidos nos ensaios de retração linear são representados na figura 6. 19

8 Figura 6: Representação da Retração Linear de cada composição E de acordo com o Figura 5.10 todas as composições encontram-se dentro do valor de 6%. Nota-se também uma diminuição da retração linear dos corpos cerâmicos com vidro, isso é devido a adição de não plástico. De acordo com Pracidelli (1997), a adição de não plástico às argilas reduz sua interação com a água, causando pontos de descontinuidade nas forças de coesão entre as partículas. Observa-se também que quanto mais fina for a granulometria do corpo-deprova maior contração linear terá o corpo-de-prova. Desta forma, os corpos de provas com granulometria mais fina exigem mais água para o amassamento. A figura 7 nos mostra a média dos valores da absorção da água dos corpos-deprova. Figura 7: Representação da Absorção de Água de cada composição 20

9 Segundo a norma NBR (ABNT, 2009), para telhas o limite admissível de absorção da água é de até 20%. E de acordo com a NBR todas as composições estão dentro do limite estabelecido. Para a NBR (ABNT,2005), para blocos de vedação os valores de absorção de água devem estar entre 8% a 22% e de acordo com a NBR os corpos de provas que contêm vidro têm valores inferiores ao limite inferior de absorção da água estabelecido pela norma. Percebe-se que há uma diminuição considerável de absorção da água para os corpos-de-prova com vidro, isso ocorre porque o vidro pelos seus óxidos fundentes presente na massa cerâmica, facilita na formação da fase líquida preenchendo os poros e diminuindo os valores da absorção da água, isto é, à medida que o corpode-prova retrai, ou se densifica, a porosidade se fecha e reduz a capacidade de penetração de água para o interior da peça. A figura 8 apresenta o corpo-de-prova de cada composição vista pelo microscópio óptico com um aumento de 25x. Figura 8: Corpos-de-prova analisado por microscopia óptica. 21

10 A análise microestrutural por microscopia óptica nos mostra as diferentes fases, a estrutura e a distribuição das partículas nos corpos de prova queimados nas diferentes composições. Diante dessas imagens, podemos tirar as seguintes observações: Nota-se presença de compostos de ferro pois elas são responsáveis pela cor avermelhada dos compósitos. Na composição A50 e AM, verifica-se nitidamente a presença de grãos de quartzo e pelas partículas escuras presentes nota-se a presença de feldspatos ou hematita Verifica-se também a presença de trinca nos compósitos que vai diminuindo a medida que diminui a granulometria. O que mostra que nessa temperatura ocorreu diferentes coeficientes de dilatação térmica das fases presentes. Observa-se nas composições com resíduos de vidros furos ocasionados pelos gases criado no interior dos compósitos. Segundo Sánchez-Muñoz et al., (2002), existe uma região compreendida entre a temperatura ótima de queima e a temperatura onde a peça perde estabilidade dimensional, onde são formados os poros fechados que contém gases, provenientes da decomposição das inclusões ricas em elementos voláteis procedentes dos feldspatos. Com o aquecimento, os gases presos nos poros tendem a expandir-se, resultando em uma força contrária à retração por densificação, gerando então a porosidade observada nas composições com resíduos de vidro. Com base neste estudo e de acordo com a literatura, pode se afirmar que o amolecimento do vidro (em torno de 850 C) faz com que ele se infiltra nos poros da estrutura, e aprisionando assim os gases oriundos da decomposição dos óxidos fundentes (GODINHO, 2004). CONCLUSÕES De acordo com a literatura pesquisada e com os resultados alcançados chegase as seguintes conclusões: As propriedades físicas e mecânicas dos compósitos em estudo mostraram que a incorporação do resíduo de vidro sodo-cálcico na massa cerâmica, aumenta a 22

11 resistência mecânica e atenuou a retração linear (teve uma menor retração em relação aos compósitos somente de argila) e diminui também a absorção da água. A presença do vidro faz com que na temperatura de 1100 C não ocorra a formação de trincas na superfície do compósito conforme ocorre nos compósitos sem vidro. E pela sua fusão ele preenche os poros existente no compósito, melhorando assim as propriedades mecânica e físicas da mesma. Os compósitos com vidros tendem a ter furos nas suas superfícies causados pelos gases criados no interior do compósito. De acordo com os resultados das propriedades tecnológicas conclui-se que os resíduos de vidro sodo-cálcico têm potencial para ser incorporado em massa cerâmica vermelha para a produção de blocos de vedação. E que, a melhor composição com maior potencial é a composição e 10% de resíduo de vidro na granulometria de retido a 100 Mesh com 90% de argila na granulometria de retido a 100 Mesh (AV100). REFERÊNCIAS ANICER Associação Nacional da Industrias Cerâmicas. Disponível em: Acessado em: 12 de Março de ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR : componentes cerâmicos blocos cerâmicos para alvenaria estrutural e de vedação métodos de ensaio. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR : componentes cerâmicos blocos cerâmicos para alvenaria estrutural e de vedação métodos de ensaio. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR : componentes cerâmicos telhas terminologia, requisitos e métodos de ensaio. Rio de Janeiro, BARBIERI, J.C. (2004). Gestão ambiental empresarial: conceitos, modelos e instrumentos. 1º ed. São Paulo: Saraiva. 23

12 CENTRO NACIONAL DE TECNOLOGIAS LIMPAS CNTL. Implementação de Programas de Produção mais Limpa. Porto Alegre: CNTL SENAI RS/UNIDO/UNEP, 2003a.42p. CONAMA Conselho Nacional do Ambiente Ministério do Meio Ambiente Resolução n 307, de 05 de Julho de Estabelecem diretrizes, critérios, procedimentos para a gestão de resíduos da construção civil. Brasília, DONAIRE, D. (1999). Gestão ambiental na empresa. 2º ed. São Paulo: Atas. FERREIRA, S.R.M. (2004). Uma solução inovadora: Sistema integrado de destinação final dos resíduos sólidos do município do Rio Formoso-PE. Goiânia. Anais. GODINHO, K. O. Incorporação de resíduos de vidro em cerâmica vermelha. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência dos Materiais), Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro - UENF, Campos dos Goytacazes-RJ. 2004a. KINLAW, D.C. (1997). Empresa competitiva & ecológica. São Paulo: Makron Books. SANTOS, P. S. Ciência e tecnologia de argilas. São Paulo: Edgard Blücher, p. GLASS WASTE POTENTIAL ASSESSMENT soda-lime ADDED IN CERAMIC RED MASS FOR SEALING BLOCKS IN PALMS - TO ABSTRACT Companies of the State of Tocantins ceramics, associations and universities have been studying alternatives for disposal of solid waste generated. Numerous studies have been, conducted on the incorporation of glass ceramic mass percentage in 24

13 order to identify the composition with improved properties. This study aims to evaluate the potential of using recycled soda-lime glass, the incorporation of the ceramic mass for the production of sealing blocks in Palmas-TO region. The method is, based on the characterization of raw materials by chemical, mineralogical, particle size distribution and microstructural analysis. In addition, formulation of the ceramic material, the conformation of test samples dried and fired at a temperature of 1100 C according to the literature. Evidence of the bodies obtained were subjected, to mass measurement of apparent specific tests, linear shrinkage, water absorption, and flexural strength at three points. On this basis, it was concluded that the sodalime glass waste can potentially, be incorporated into red ceramic body for the production of sealing blocks. And that, the best composition with the greatest potential is the composition of 10 % of glass waste grain size of retained 100 Mesh with 90 % clay in the particle size of the retained 100 Mesh (AV100). Key Words: Ceramic Block, Glass Waste soda lime, Mechanical Properties 25