Utilização do Resíduo do Beneficiamento de Rochas Ornamentais (RBRO) em substituição à argila em argamassas

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1 Utilização do Resíduo do Beneficiamento de Rochas Ornamentais (RBRO) em substituição à argila em argamassas Maria Antonina Magalhães Coelho, Faculdade do Centro Leste, Brasil, Fernando Avancini Tristão, Universidade Federal do Espírito Santo, Brasil, Juliana Resende Moreira, Faculdade do Centro Leste, Brasil, Andreia Nascimento Alves Vaz Faculdade do Centro Leste, Brasil, ; Júlio Prezotti, Manancial Projetos, Brasil, R. Carlos Delgado G. Pinto, 1035, , Vitória, ES, Brasil. Resumo: Este estudo trata da utilização do Resíduo do Beneficiamento de Rochas Ornamentais em substituição à argila, em argamassas de revestimento e de assentamento. Os teores estudados são: 25%, 50%, 75% e 100% e as propriedades avaliadas são índice de consistência, retenção de água, massa volúmica e exsudação de água no estado fresco e resistência à compressão e à tração, massa volúmica, absorção e índice de vazios e absorção de água por capilaridade no estado endurecido. O teor de resíduo em substituição à argila que apresentou melhor desempenho foi de 75%. Com esta aplicação, são desenvolvidas, também, alternativas para minimizar os problemas ambientais. Palavras chave: argamassa, resíduo de rochas. 1 INTRODUÇÃO A produção mundial de rochas ornamentais é de aproximadamente 68 milhões de t/ano, sendo, deste total, 59,2% relativos às rochas carbonáticas (mármore), 35,8% para as rochas silicáticas (granito) e 5% de ardósia entre outras rochas. Os principais mercados produtores e exportadores são a China, Itália, Espanha, Irã, Índia e o Brasil. A produção brasileira gira em torno de 6 milhões t/ano, derivadas de frentes de lavras em atividade. Estima-se a existência de empresas no setor atualmente [1]. A preocupação com o meio ambiente tem crescido em todo o mundo e o grande desafio deste setor é o aproveitamento, de forma racional, dos resíduos provenientes dos processos de beneficiamento de rochas ornamentais. No estado do Espírito Santo, os resíduos gerados nas serrarias são, geralmente, depositados em barragens de rejeito improvisadas ou vão sendo acumuladas ao redor das serrarias ao longo do tempo. Em seguida, estes resíduos são lançados no meio ambiente em locais inadequados, principalmente em áreas próximas às serrarias. Em alguns casos, esse resíduo é lançado diretamente em cursos d água causando assoreamento, poluição das águas e gerando, assim, grande impacto ambiental [2]. Este projeto de pesquisa tem como objetivo o estudo de utilização do resíduo da serragem de rochas ornamentais em substituição à argila e o desenvolvimento de argamassa de assentamento e revestimento com características e qualidade tecnológica atendendo aos requisitos para a sua aplicação. Com esta utilização pretende-se desenvolver alternativas para minimizar os problemas ambientais causados pela incorreta disposição final dos Resíduos do Beneficiamento de Rochas Ornamentais no meio ambiente.

2 A utilização das argamassas com argila no Brasil pode ser considerada como uma questão cultural. Essa técnica veio de Portugal junto com os colonizadores e, ainda hoje, é muito utilizada em algumas regiões, onde substitui a cal na composição das argamassas mistas convencionais [3]. Um motivo também de grande influência para a utilização da argila em argamassas é o fato de ser um material considerado bom plastificante, além de possuir custo inferior ao da cal. Porém, o emprego das argamassas com argila pode apresentar patologias relacionadas à grande quantidade de teor de finos e de matéria orgânica presentes, geralmente, em argilas [4]. Este trabalho foi feito a pedido da empresa de beneficiamento de rochas ornamentais Natural Rochas e tem como objetivo o estudo de utilização do Resíduo do Beneficiamento de Rochas Ornamentais (RBRO) em substituição à argila para argamassas de assentamento e de revestimento, já que na região onde se localiza esta empresa existe, também, uma empresa que ensaca e comercializa argila como material de construção para argamassas. 2 MATERIAIS Os materiais usados neste estudo são o cimento CPII-32, a argila Argical,a areia e o Resíduo do Beneficiamento de Rochas Ornamentais (RBRO). Os resultados de caracterização do cimento CP II 32 estão apresentados na Tabela 1 e da argila estão apresentados na Tabela 2. Tabela 1- Caracterização do cimento Portland CP II 32. Ensaios CPII-32 RS Finura (NBR-11579) - Resíduo na peneira de 0,075 mm (%) 0,36 Pega (NBR-11581) Início (h:min.) 2:30 Fim (h:min.) 3:40 Quantidade de água necessária para obter a pasta de 155 consistência normal (NBR11580 (g) Expansibilidade (NBR-11582) Quente (mm) 0 Massa volúmica (NBR-6474) (kg/dm 3 ) 2,986 Resistência à compressão axial (NBR-7215) (MPa) 3 dias 17,8 7 dias 24,9 28 dias 34,9 Tabela 2 - Caracterização da argila. Ensaios Material retido na peneira no. 30 (0,6 mm) (NBR-11579) % 0,96 Material retido na peneira no. 200 (0,075 mm) (NBR-11579) % 11,73 Massa volúmica (NBR-6474) (kg/dm 3 ) 2,316

3 Os resultados dos ensaios de caracterização do Resíduo do Beneficiamento de Rochas Ornamentais são apresentados na Tabela 3 e a análise química na Tabela 4. Os resultados dos ensaios de caracterização da areia estão apresentados na Tabela 5. Tabela 3 - Caracterização do Resíduo do Beneficiamento de Rochas Ornamentais. Ensaios Material retido na peneira no. 30 (0,6 mm) (NBR-11579) % 18,57 Material retido na peneira no. 200 (0,075 mm) (NBR-11579) % 51,48 Massa volúmica (NBR-6474) (kg/dm 3 ) 2,697 Tabela 4 - Análise química do Resíduo do Beneficiamento de Rochas Ornamentais. Composição Química % Óxido de magnésio (MgO) 1,39 Dióxido de silício (SiO 2 ) 59,95 Oxido de ferro (Fe 2 O 3 ) 9,91 Óxido de alumínio (Al 2 O 3 ) 16,52 Óxido de cálcio (CaO) 6,95 Óxido de potássio (K 2 O) 4,58 CA CO3 (carbonato de cálcio) 12,4 MS (Modulo de Sílica) 2,29 MA (Modulo de Alumínio) 1,65 Tabela 5 - Caracterização física da areia. Composicão granulométrica (NBR NM 248:2003) Peneiras Médias Abertura de malha (mm) % Retida % Retida acumulada 4, ,4 0-1, , , , Fundo 1 - Total Módulo de finura (NBR NM 248:2003): 2,12 Dimensão máxima característica (NBR NM 248:2003): 1,2 mm Massa volúmica (Frasco de Chapman NBR NM-52:2003): 2,66 kg/dm 3 Massa unitária no estado solto (NBR NM 45:2006): 1,28 kg/dm 3 Teor de materiais pulverulentos (NM 46:95): 0,18% Teor de argila em torrões e partículas friáveis (NBR-7218): 0,62%

4 O Resíduo do Beneficiamento de Rochas Ornamentais apresenta composição química similar a outros resíduos já estudados para utilização em argamassas ou em artefatos de concreto A massa volúmica se apresenta também similar e, quanto à granulometria, o resíduo utilizado neste trabalho se apresenta um pouco maior, quando comparado com resíduos utilizados em outros trabalhos [5]. 3 METODOLOGIA Foram feitas as avaliações das propriedades das argamassas no estado fresco e endurecido mostradas nas Tabelas 6 e 7, de acordo com as normas da ABNT, com exceção do ensaio de absorção de água por capilaridade que usou metodologia adaptada da norma francesa CSTB (1993) conforme estudos realizados por Silva [6]. Tabela 6 - Ensaios realizados na argamassa no estado fresco. Ensaios no estado fresco Normas Índice de consistência NBR (2002) Retenção de água NBR (2005) Massa volúmica NBR (2005) O índice de consistência utilizado foi de 255 ± 5 mm com base em estudos anteriores [5]. Tabela 7- Ensaios realizados na argamassa no estado endurecido e os respectivos números de corpos-de-prova utilizados. Ensaios no estado endurecido Normas No. de corpos-de-prova Resistência à compressão NBR (2005) 3 cps de (4x4x16) cm prismático Resistência a tração na flexão NBR (2005) 6 cps de (4x4x16) cm prismático Massa volúmica, absorção por imersão e índice de vazios NBR 9778 (2005) 3 cps de (4x4x16) cm prismático Absorção de água por capilaridade CSTB -4 (1993) 4 cps de (4x4x16) cm prismático Estas propriedades foram avaliadas para o traço de argamassa recomendado na embalagem da argila Argical, chamada de traço referência (TR) e para 4 traços utilizando diferentes teores de Resíduo do Beneficiamento de Rochas Ornamentais em substituição à argila. Os teores estudados tomaram como base valores da literatura [2] e são: 25%, 50%, 75% e 100%. Assim, o traço T25 corresponde ao traço substituindo 25 % de argila por resíduo. Os traços das argamassas estudados e os respectivos teores de substituição de argila por resíduo para cada ensaio estão mostrados na Tabela 8.

5 Tabela 8 - Traços das argamassas utilizados neste estudo, (cim : argila :resíduo : areia). Traços Traços de argamassas (cim : argila :resíduo : areia) Teores de substituição de argila por resíduo (%) TR 1 : 0,6 : 0 : 5,53 0 T25 1 : 0,45 : 0,15 : 5,53 25 T50 1 : 0,30 : 0,30 : 5,53 50 T75 1 : 0,15 : 0,45 : 5,53 75 T100 1 : 0 : 0,6 : 5, A norma francesa CSTB (1993) e a NBR (2005) apresentam os critérios para cada propriedade de argamassas, divididos em seis classes, como na Tabela 9, sendo: M Massa volúmica E Módulo de deformação R Resistência à tração na flexão U Retenção de água no estado fresco C Coeficiente de absorção por capilaridade Tabela 9 - Classificação MERUC - CSTB (1993) e NBR (2005). Classe M (kg/dm 3 ) E (MPa)* R (MPa) U (%) C (g/dm2.min1/2) 1 < 1200 < 5000 < 1,5 < 78 < 1,5 2 1,00 a 1, a ,0 a 2,0 72 a 85 1 a 2,5 3 1,20 a 1, a ,5 a 2,7 80 a 90 2 a 4 4 1,40 a 1, a ,0 a 3,5 86 a 94 3 a 7 5 1,60 a 2, a ,7 a 4,5 91 a 97 5 a 12 6 > 1,80 > > 3,5 95 a 100 > 10 * Ensaio não realizado e não citado na NBR (2005). 4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS 4.1 Propriedades nos estado fresco Para a obtenção do índice de consistência a ser utilizado, de 255 ± 5 mm, foram feitas 3 tentativas em misturas de argamassa utilizando o Traço Referência até se obter o índice de consistência desejado. A quantidade de água encontrada foi de 440 ml sendo obtidos, com esta mesma quantidade de água os valores de índice de consistência dos diversos traços de argamassa estudados, apresentados na Tabela 10, e com relação água / cimento igual a 1,10.

6 Tabela 10 - Resultados do índice de consistência dos diversos traços de argamassa. Traços Índice de consistência (mm) TR 254 T T T T Como os resultados de índice de consistência encontrados para os diversos traços se apresentam dentro da variação especificada de 255±5 mm pode-se supor que a utilização de Resíduo do Beneficiamento de Rochas Ornamentais não interferiu na consistência das argamassas. No entanto, apresentou tendência de queda ficando abaixo desta variação para o Traço T100. As Figuras 1, 2, 3 e 4 mostram a seqüência do ensaio de determinação de Índice de consistência de argamassas Figuras 1, 2, 3 e 4 - Seqüência do ensaio de determinação de índice de consistência. A Tabela 11 apresenta os resultados de retenção de água e de massa volúmica no estado fresco dos diversos traços de argamassa estudados. Tabela 11 - Resultados de retenção de água e de massa volúmica no estado fresco. Traços Retenção de água (%) Massa volúmica da argamassa no estado fresco (kg/dm 3 ) TR 78 1,994 T ,002 T ,006 T ,017 T ,033 Os traços TR e T100 apresentaram maior retenção de água, mas todos os traços estão classificados como classe U1 ou U2 de acordos com a tabela MERUC da norma francesa CSTB (1993) e da NBR (2005) que trata dos requisitos das argamassas. Porém, estes teores são considerados baixos já que são os teores mínimos citados nestas normas o que pode contribuir para uma menor aderência da argamassa e pode apresentar fissuras em argamassas de revestimento. No entanto, em experimentos feitos em revestimento este fato não ocorreu, como pode ser observado na Figura 5.

7 Figuras 5 e 6 Revestimentos feitos com argamassas com os traços TR e T75. Este valor de retenção de água, no entanto, está compatível com estudos realizados com argamassa com caulim por Siqueira; Selmo [7]. Em estudos realizados por Silva [5] com material mais fino, foram encontrados resultados com maior retenção de água. A Figura 7 mostra o ensaio de retenção de água em argamassas feito segundo a NBR (2005). Figura 7 - Ensaio de retenção de água em argamassas feito segundo a NBR (2005). Os resultados de massa volúmica no estado fresco dos diversos traços apresentam valores um pouco maiores do que o do Traço Referência e maiores, à medida que aumenta a quantidade de resíduo em substituição à argila. Este fato está coerente já que a massa volúmica do resíduo é maior do que da argila. 4.2 Propriedades no estado endurecido A Tabela 12 apresenta os resultados dos ensaios de resistência à compressão axial e à tração na flexão dos diversos traços de argamassa estudados. Tabela 12 - Resultados de resistência à compressão axial e à tração na flexão. Traços Resistência à compressão axial (MPa) Resistência à tração (MPa) 7 dias 28 dias 28 dias 7 dias TR 3,7 4,1 1,0 1,1 T25 4,7 4,8 1,4 1,1 T50 4,9 6,1 1,4 1,2 T75 5,0 8,1 2,1 1,0 T100 5,1 6,1 1,6 1,2 Os valores de resistência à compressão axial e de resistência à tração na flexão encontrados para os traços TR, T25, T50, T75 e T100 aumentaram com o tempo e apresentam, também, valores maiores do que os encontrados em outros estudos. Este fato pode ser devido à presença do Resíduo do Beneficiamento de Rochas Ornamentais que

8 em sua composição apresentam cal que pode contribuir para este aumento de resistência. Estes resultados são maiores do que os resultados encontrados por diversos autores, o que pode ser devido a conterem menos agregados e com tipos de solos diferentes dos utilizados nos estudos citados [4]. Quando comparados os resultados de resistência à compressão axial dos traços entre si, nas mesmas idades, pode-se observar que o traço T75 apresentou maior valor, podendo-se supor que é o teor que mais contribuiu com a resistência à compressão. O fato do traço T100 não ter apresentado resistência à compressão maior pode ser por ter sofrido influência da consistência que foi menor neste traço quando comparado aos outros. As Figuras 8, 9 e 10 mostram a seqüência de preparação das argamassas e a moldagem dos corpos-de-prova de argamassas para os ensaios de resistência à compressão e de resistência à tração na flexão Figura 8 - Preparo de argamassa na batedeira; Figura 9 Moldagem dos corpos de prova prismáticos; Figura 10 Moldes já preenchidos. Com estes resultados pode-se classificar os traços das argamassas estudados quanto à resistência à tração na flexão como de Classe R2 ou R3, de acordo com as normas NBR (2005) e CSTB (1993). As Figuras 11 e 12 mostram a seqüência do ensaio de resistência à tração na flexão Figuras 11 - Corpo de prova sendo ensaiado à tração na flexão; Figura 12 - Rompimento de corpos-de-prova.

9 A Tabela 13 apresenta os resultados dos ensaios de massa volúmica, absorção por imersão e índice de vazios dos diversos traços de argamassa estudados. Tabela 13 - Resultados de absorção de água por capilaridade dos diversos traços de argamassa. Traços Massa volúmica (kg/dm 3 ) Absorção por imersão (%) Índice de vazios (%) TR 1,78 16,99 30,23 T25 1,78 16,82 29,97 T50 1,79 16,84 30,18 T75 1,82 16,39 29,77 T100 1,82 16,33 29,79 Pode-se observar que não houve variação dos traços estudados comparados ao traço de referência podendo-se supor, assim, que a substituição de argila por Resíduo do Beneficiamento de Rochas Ornamentais não influenciou estas propriedades. Para absorção por imersão pode-se observar que houve uma tendência de diminuição à medida em que aumenta o teor de resíduo em substituição à argila. Estes valores, no entanto estão similares aos encontrados por Neves et al. [8] somente ligeiramente maiores, o mesmo ocorrendo com o índice de vazios. As Figuras 13 e 14 mostram os corpos-deprova no ensaio de massa volúmica, absorção de água por imersão e índic3e de vazios. Figuras 13 e 14 - Ensaios de massa volúmica, absorção de água por imersão e índice de vazios. A Figura 15 apresenta o gráfico com os resultados de absorção de água por capilaridade com o tempo, (raiz quadrada do tempo, em minutos) para os traços TR, T25, T50, T75 e T100.

10 Absorção de água por capilaridade (kg/m²) Raiz quadrada do tempo (min 1/2 ) Traço Referência T 25 T 50 T 75 T 100 Figura 15 - Gráfico da absorção de água por capilaridade com a raiz quadrada do tempo. Os resultados de absorção de água por capilaridade apresentaram valores mais baixos para o traço com 75% de substituição de argila por resíduo (T75) e mais altos para a argamassa do traço com 100% de substituição de argila por resíduo (T100). Com estes resultados encontrados para o traço T75 pode-se supor que este teor de substituição contribuiu para um menor coeficiente de absorção. Estes dados estão compatíveis com estudos feitos por Siqueira e Selmo [7]. O coeficiente de capilaridade calculados de acordo com as normas NBR (2005) e CSTB [9] estão na Tabela 14. Tabela 14 - Valores do Coeficiente de capilaridade dos diversos traços de argamassa. Traços Coeficiente de capilaridade (g/dm2.min1/2) TR 10,8 T25 10,5 T50 8,9 T75 8,1 T100 11,6 Estes valores são considerados altos, porém dentro da classe 5 das normas NBR (2005) e CSTB [9]. A Figura 16 mostra os corpos-de-prova no ensaio de absorção por capilaridade. Figura 16 - Ensaio de absorção por capilaridade.

11 Com base nos resultados foi possível selecionar o traço com 75% de substituição de argila por Resíduos do Beneficiamento de Rochas Ornamentais, T75, como mais adequado, para as argamassas de revestimento e assentamento. Segundo a NBR 13281, uma argamassa não precisa ser especificada segundo os critérios de uma mesma classe. A argamassa do traço T75 obteve melhor desempenho nas propriedades analisadas e pode ser classificada como mostrado na Tabela 15. Tabela 15 - Classificação MERUC, CSTB e NBR das argamassas TR e T75. Traço M (kg/dm3) R (MPa) U (%) C (g/dm2.min1/2) NBR/CSTB NBR/CSTB NBR/CSTB NBRCSTB TR 1,994 M5/M6 1,0 R1/R2 78 U1/U2 10,8 C5/C6 T 75 2,033 M6 1,6 R2 75 U1/U2 11,5 C5/C6 5 CONCLUSÕES Os índices de consistência encontrados para os diversos traços mantiveram-se dentro da faixa da variação especificada de 255±5 mm o que faz supor que a substituição de argila por Resíduo do Beneficiamento de Rochas Ornamentais não interferiu. A exceção foi para o Traço T100. A retenção de água para os diversos traços está dentro da classe U1 e U2 da norma brasileira sendo considerada, no entanto, um pouco baixa. Para os resultados de resistência à compressão axial e de resistência à tração na flexão encontrados, observou-se que o traço de argamassa T75, que substitui 75% de argila por Resíduo do Beneficiamento de Rochas Ornamentais, apresentou os melhores resultados. A massa volúmica, a absorção por imersão e o índice de vazios não apresentaram diferenças entre o traço de referência e os traços estudados não havendo, portanto, influência nestas propriedades com a substituição de argila por Resíduo do Beneficiamento de Rochas Ornamentais. Os resultados de absorção de água por capilaridade apresentaram valores mais baixos para o traço com 75% de substituição de argila por resíduo (T75). Com base nos resultados foi possível selecionar o traço com o teor de 75% de substituição de argila por Resíduos do Beneficiamento de Rochas Ornamentais, T 75, como mais adequado para as argamassas de revestimento e assentamento com características que atendem aos requisitos das normas brasileiras. Com esta aplicação, foram desenvolvidas, também, alternativas para minimizar os problemas ambientais causados pela disposição final dos Resíduos do Beneficiamento de Rochas Ornamentais no meio ambiente.

12 6 REFERÊNCIAS [1] em 05/11/05. [2] CAMON, J. L.; TRISTÃO, F. A.; SOUZA, F. L. S.; SILVA, S. A. C.; MATTOS, F. V. Aproveitamento do Corte de Resíduo de Granito para a Produção de Argamassas de Assentamento. In: II Simpósio Brasileiro de Tecnologia das Argamassas. Anais. Salvador [3] OLIVEIRA, M. M.; SANTIAGO, C. C.; OLIVEIRA, T. C.; JESUS, J. A. B. de. Argamassas Bastardas - Origens e Propriedades. In: I Simpósio Brasileiro de Tecnologia das Argamassas. Anais. Goiânia [4] CARASEK et al. Estudo do comportamento das argamassas de assentamento contendo saibro. In: I Simpósio Brasileiro de Tecnologia das Argamassas. Anais. Goiânia [5] SILVA, S. A. C. da Caracterização do resíduo da serragem de blocos de granito. Estudo do potencial na aplicação na fabricação de argamassas de assentamento e de tijolos de solos-cimento Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) Universidade Federal do Espírito Santo. [6] SILVA, N. G. Argamassa de revestimento de cimento, cal e areia britada de rocha calcária Dissertação (Mestrado) Universidade Federal do Paraná. [7] SIQUEIRA N.; SELMO S., Estudo de caso de revestimentos externos de argamassas mistas e de cimento com solo fino beneficiado. In: I Simpósio Brasileiro de Tecnologia das Argamassas. Anais. Goiânia [8] NEVES et al. A influência do caulim no comportamento das argamassas de revestimento. In: I Simpósio Brasileiro de Tecnologia das Argamassas. Anais. Goiânia [9] CENTRE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE DU BATIMENT CSTB. Certification dês enduits monocouches d impermeabilisation. Modalités d essais. Cahiers du CSTB, Paris, Livrasion 341, n , juillet-août, 1993.