Pró-Reitoria de Graduação Curso de Engenharia Civil Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil Trabalho de Conclusão de Curso

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1 Brasília - DF 2014 Pró-Reitoria de Graduação Curso de Engenharia Civil Trabalho de Conclusão de Curso Pró-Reitoria de Graduação Curso de Engenharia Civil Trabalho de Conclusão de Curso Pró-Reitoria de Graduação Curso de Engenharia Civil Trabalho de Conclusão de Curso UTILIZAÇÃO DE FILLER CALCÁRIO NA PRODUÇÃO DE Pró-Reitoria de Graduação CIMENTO Curso de Engenharia Civil Trabalho de Conclusão de Curso UTILIZAÇÃO DE FILLER CALCÁRIO NA PRODUÇÃO DE CIMENTO Autor: Eduardo Santi Yamim UTILIZAÇÃO Orientador: DE FILLER MSc. Nielsen CALCÁRIO José NA Dias PRODUÇÃO Alves DE CIMENTO Autor: Eduardo Santi Yamim Orientador: MSc. Nielsen José Dias Alves UTILIZAÇÃO DE FILLER CALCÁRIO NA PRODUÇÃO DE Autor: Eduardo CIMENTO Santi Yamim Orientador: MSc. Nielsen José Dias Alves Autor: Eduardo Santi Yamim Orientador: MSc. Nielsen José Dias Alves Brasília - DF 2014

2 EDUARDO SANTI YAMIM UTILIZAÇÃO DE FILLER CALCÁRIO NA PRODUÇÃO DE CIMENTO Artigo apresentado ao curso de graduação em Engenharia Civil da Universidade Católica de Brasília, como requisito parcial para a obtenção de Título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: MSc. Nielsen José Dias Alves Brasília - DF

3 Artigo de autoria de Eduardo Santi Yamim, intitulado UTILIZAÇÃO DE FILLER CALCÁRIO NA PRODUÇÃO DE CIMENTO, apresentado como requisito parcial para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil da Universidade Católica de Brasília, em (Data de aprovação), defendido e aprovado pela banca examinadora abaixo assinada: Prof. MSc. Nielsen José Dias Alves Orientador Curso de Engenharia Civil UCB Prof. Dsc. Jorge Antônio da Cunha Oliveira Examinador Curso de Engenharia Civil UCB Brasília - DF

4 UTILIZAÇÃO DE FILLER CALCÁRIO NA PRODUÇÃO DE CIMENTO EDUARDO SANTI YAMIM RESUMO Há todo tempo, a indústria do cimento e do concreto buscam reduzir seus custos a fim de conseguirem aumentar ou até mesmo manter seus lucros, em um mercado cada vez mais competitivo, sem a perda na qualidade de seus produtos. O artigo apresentado faz um estudo de forma comparativa, através de ensaios laboratoriais, referente a utilização de filler calcário na produção cimento CPV-ARI, como forma de redução de custos em sua produção, sem a perda de resistência a compressão do produto, já que o filler calcário possui um custo de produção muito menor comparado ao clínquer (matéria prima do Cimento Portland). Os experimentos apresentaram resultados bastante favoráveis a utilização de porcentagens de filler calcário, motivando ao aprofundamento dos estudos na área. Palavras-chave: Filler Calcário. Cimento. Clínquer. Redução de Custos. 3

5 ÍNDICE Conteúdo 1. INTRODUÇÃO OBJETIVOS JUSTIFICATIVAS MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS E DISCUSSÃO CONCLUSÕES RECOMENDAÇÕES REFERÊNCIAS

6 1. INTRODUÇÃO A construção civil continua bastante aquecida no Brasil, gerando cada vez mais demandas às indústrias de materiais de construção civil, tendo, ainda, o concreto armado como carro-chefe das obras por todo o país. Segundo os levantamentos de 2012, o mercado cimenteiro brasileiro é composto por 15 grupos cimenteiros (nacionais e estrangeiros), totalizando 81 fábricas espalhadas por todo o Brasil com uma capacidade instalada de 78 milhões de toneladas/ano. O cimento é uma commodity quase que insubstituível, atualmente, e esta presente em obras de pequeno, médio e grande porte. A Indústria Cimenteira requer investimentos e custos operacionais muito altos. Dentre seus custos diretos, cerca de 50% são despesas com energia elétrica e combustíveis. De acordo com a Oficemen 2003, a industria de cimento brasileiro é considerada bastante moderna e tecnologicamente atualizada, sendo que o consumo médio de energia por tonelada de cimento produzida no país é de 107 kw/h, enquanto que em países como os Estados Unidos o consumo chega a 146 kw/h. Por se tratar de um produto de baixa relação preço/peso e pelo fato de o Brasil ser um país com dimensões continentais e utilizar quase que unicamente o modelo rodoviário de transporte, o cimento se torna um produto bastante onerado pelo frete, sofrendo impactos diretos com os aumentos de combustíveis e outros derivados de petróleo. Desde as últimas décadas as industrias cimenteiras buscam formas de reduzir seus custos de produção sem que haja perda considerável de resistência em seu produto final. Como tentativa de encontrar uma forma dessa redução de custos, o presente estudo realizará ensaios laboratoriais utilizando o pó calcário (filler calcário) na mistura do cimento, já pronto, buscando assim encontrar valores de resistência iguais as valores definidos por norma (NBR) para o Cimento Portland. 5

7 2. OBJETIVOS O presente estudo busca, através de ensaios laboratoriais, utilizar o pó calcário (filler calcário) na mistura do cimento (CPV-ARI) como solução para redução do custo de produção do mesmo, sem que haja queda de qualidade, resistência e restrições do material quanto ao seu uso para a produção de concreto. Através dos ensaios que serão realizados, será possível identificar, aproximadamente, a proporção de filler que poderá ser utilizada na mistura do cimento sem perda de eficiência, e assim obter os resultados, ao final do trabalho, sobre quais as resistências podem ser alcançadas utilizando esses material, além de verificar os aspectos físicos apresentados. Por se tratar da utilização do cimento CPV-ARI, de acordo com a norma ABNT (NBR-5733/1991) (Cimento Portland de Alta Resistência Inicial) os resultados de resistência encontrados, aos 07 dias, devem ser iguais ou superiores ao apresentado na Tabela 01 abaixo: Sigla Resistência à compressão aos 7 dias de idade (MPa) Limite Inferior Limite Superior CP-V-ARI 34,0 - Tabela 1 3. JUSTIFICATIVAS Nas últimas décadas a indústria do cimento tem buscado formas para reduzir o custo de seu produto final, sem perder a qualidade do produto. O cimento é composto basicamente por calcário e argila, materiais extraídos de jazidas, que são moídos em fornos a temperaturas de 1500ºC gerando assim o clínquer. O clínquer, posteriormente, é moído e misturado com gipsita (matéria-prima do gesso) até se transformar em cimento. Esse processo de fabricação do clínquer é responsável por 80% do consumo energético da produção cimento e 90% das emissões de CO2 do processo. 6

8 Atualmente, no Brasil, o teor de filler utilizado na fórmula do cimento é de 10%, porém em alguns países da Europa, esse valor chega a 30%. O motivo para a utilização do filler calcário é o fato de ser uma matéria-prima proveniente da moagem da rocha de calcário, que dispensa tratamento térmico (calcinação), sendo assim, muito mais barato que clínquer. A intenção prevista nesse estudo é buscar demonstrar de forma prática que a adição de filler calcário ao processo de mistura do clínquer a gipsita, em maior quantidade, pode gerar um produto com qualidade igual ao cimento CPV-ARI convencional. 4. MATERIAIS E MÉTODOS Para realização deste estudo foram utilizados os seguintes materiais: - Filler de calcário (SKS Mineração); Material proveniente do calcário, através do processo de moagem da rocha; Passante pela peneira de 0,08mm; - Cimento CPV-ARI (Ciplan); - Areia; Para esse comparativo foi utilizado areia "de cava" utilizando as granulometrias descritas na norma ABNT (NBR-7214), as quais seguem na Tabela 2 abaixo: - Água; Material retido entre as peneiras de abertura nominal de Denominação 2,4 mm e 1,2 mm Grossa 1,2 mm e 0,6 mm Média Grossa 0,6 mm e 0,3 mm Média Fina 0,3 mm e 0,15 mm Fina Tabela 2 - Misturador Mecânico (Laboratório UCB); - Prensa (Laboratório UCB); - Formas para corpos de prova (Laboratório UCB); - Balança (Laboratório UCB); - Paquímetro (Laboratório UCB) - Utensílios e ferramentas (Laboratório UCB); 7

9 Os materiais acima descritos foram utilizados em todos os ensaios realizados, sendo que os experimentos foram realizados no Laboratório de Engenharia Civil da Universidade Católica de Brasília. Os experimentos realizados foram divididos pelas porcentagens de filler calcário utilizado na mistura, nas quais serão utilizadas: 10%, 20% e 30% em relação a massa de cimento. Todos os ensaios buscaram alcançar os valores normativos de resistência do cimento CPV-ARI, seguindo a ABNT (NBR 5733) (Cimento Portland de alta resistência inicial), e realizando os ensaios seguindo os procedimentos da ABNT (NBR 7215) (Cimento Portland - Determinação da resistência à compressão), a qual substitui a MB-1:1991 a partir de Método de Ensaio Princípio O método compreende a determinação da resistência à compressão de corpos-de-prova cilíndricos de 50 mm de diâmetro e 100 mm de altura. Os corpos-de-prova são elaborados com argamassa composta de uma parte de cimento, três de areia, em massa, e com relação água/cimento de 0,48. A argamassa é preparada por meio de um misturador mecânico e compactada manualmente em um molde, por um procedimento normalizado. Os moldes que contêm os corpos-de-prova são conservados em atmosfera úmida para cura inicial; em seguida os corpos-de-prova são desmoldados e submetidos à cura em água até a data de ruptura. Na data prevista, os corpos-de-prova são retirados do meio de conservação, e rompidos para determinação da resistência à compressão. 4.2 Procedimento Preparação da Argamassa de Cimento Quantidades de Materiais Traço 01 - Cimento Puro Material Massa para mistura (g) Cimento Portland (CPV-ARI) 312 Água 150 Areia Normal - Fração Grossa - Fração Média Grossa - Fração Média Final - Fração Fina 8

10 Material Traço 02 - Filler 10% Massa para mistura (g) Cimento Portland (CPV-ARI) 280,8 Filler Calcário 31,2 Água 150 Areia Normal - Fração Grossa - Fração Média Grossa - Fração Média Final - Fração Fina Material Traço 03 - Filler 20% Massa para mistura (g) Cimento Portland (CPV-ARI) 249,6 Filler Calcário 62,4 Água 150 Areia Normal - Fração Grossa - Fração Média Grossa - Fração Média Final - Fração Fina Material Traço 04 - Filler 30% Massa para mistura (g) Cimento Portland (CPV-ARI) 218,4 Filler Calcário 93,6 Água 150 Areia Normal - Fração Grossa - Fração Média Grossa - Fração Média Final - Fração Fina 9

11 4.2.2 Mistura Mecânica Executar a mistura mecânica, colocando inicialmente na cuba toda a quantidade de água e adicionando o cimento. A mistura destes materiais deve ser feita com o misturador na velocidade baixa, durante 30 s. Após este tempo, e sem paralisar a operação de mistura, iniciar a colocação da areia (quatro frações de g de areia normal, previamente misturadas), com o cuidado de que toda esta areia seja colocada gradualmente durante o tempo de 30 s. Imediatamente após o término da colocação da areia, mudar para a velocidade alta, misturando-se os materiais nesta velocidade durante 30 s. Após este tempo, desligar o misturador durante 1 min e 30 s. Nos primeiros 15 s, retirar, com auxílio de uma espátula, a argamassa que ficou aderida às paredes da cuba e à pá e que não foi suficientemente misturada, colocando-a no interior da cuba. Durante o tempo restante (1 min e 15 s), a argamassa deve ficar em repouso na cuba, coberta com pano limpo e úmido. Imediatamente após este intervalo, ligar o misturador na velocidade alta, por mais 1 min. Deve ser registrada a hora em que o cimento é posto em contato com a água de mistura. Figura 1: Argamassadeira 10

12 4.2.3 Moldagem dos Corpos-de-prova Preparo dos moldes Figura 2: Argamassa em produção Para garantia da estanqueidade, antes de fechar a fenda do molde, passar uma leve camada do material para vedação na superfície lateral externa da forma, ao longo de toda a extensão da fenda vertical, apertando-se o dispositivo de fechamento. Terminada a operação, untar toda a superfície interna e o fundo da forma com uma leve camada de óleo. Os moldes devem ser preparados antes de se efetuar a mistura. 11

13 Enchimento dos Moldes A moldagem dos corpos-de-prova deve ser feita imediatamente após o amassamento e com a maior rapidez possível. Para tanto, é necessário que o recipiente que contém a argamassa esteja junto aos moldes durante o adensamento. A colocação da argamassa na forma é feita com o auxílio da espátula, em quatro camadas de alturas aproximadamente iguais, recebendo cada camada 30 golpes uniformes com o soquete normal, homogeneamente distribuídos. Esta operação deve ser terminada com a "rasadura" do topo dos corpos-de-prova, por meio da régua que o operador faz deslizar sobre as bordas da forma em direção normal à régua, dando-lhe também um ligeiro movimento de vaivém na sua direção. Figura 3: Instrumentos para moldagem dos Corpos-de-prova Cura dos Corpos-de-prova Os corpos-de-prova devem ser submetidos a um período de cura inicial ao ar e a um período final em água, nas condições prescritas abaixo: 12

14 Cura Inicial ao Ar Logo após a moldagem, os corpos-de-prova, ainda nos moldes, devem ser colocados em câmara úmida, onde devem permanecer durante 20 h a 24 h, com a face superior protegida por uma placa de vidro plano. Os corpos-de-prova referentes aos diferentes amassamentos devem ser aleatoriamente agrupados em séries distintas de quatro corpos-de-prova, sendo cada série relativa a uma idade. Para esse experimento, todos os corpos de prova serão rompidos em 07 dias. Figura 4: Corpos-de-prova após moldagem Figura 5: Corpos-de-prova após desforma 13

15 Cura Final em água Terminado o período inicial de cura, os corpos-de-prova devem ser retirados das formas, identificados e devem ser imersos, separados entre si no tanque de água (não corrente) onde devem permanecer até o momento do ensaio. A água dos tanques da câmara úmida deve ser renovada com frequência, pelo menos quinzenalmente. Desde que são retirados da câmara úmida e até o instante do ensaio de compressão, os corpos-de-prova devem ser protegidos de maneira que toda a superfície exterior permaneça úmida. Figura 6: Cura final em água dos Corpos-de-prova Determinação da Carga de Ruptura Idade dos corpos-de-prova Os corpos-de-prova devem ser rompidos à compressão nas idades aos 07 dias. A idade de cada corpo-de-prova é contada a partir do instante em que o cimento é posto em contato com a água de mistura. 14

16 Preparação da máquina de ensaio Limpar completamente os pratos da prensa e colocar em operação Centragem do corpo-de-prova Colocar o corpo-de-prova diretamente sobre o prato inferior da prensa, de maneira que fique rigorosamente centrado em relação ao eixo de carregamento Velocidade de carregamento A velocidade de carregamento da máquina de ensaio, ao transmitir a carga de compressão ao corpo-de-prova, deve ser equivalente a (0,25 ± 0,05) MPa/s Resultados Resistência individual Calcular a resistência à compressão, em megapascals (MPa), de cada corpo-de-prova, dividindo a carga de ruptura, em KN pela área da seção do corpo-de-prova, em m². 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO Após os sete dias de cura dos corpos-de-prova moldados, foram realizados os rompimentos com a prensa mecânica: Figura 7: Prensa Mecânica 15

17 Antes do rompimento, todos os corpos-de-prova foram mensurados em suas dimensões para realização do cálculo: Figura 8: Dimensionamento e Rompimento dos Corpos-de-prova 16

18 5.1 RESULTADOS Os resultados obtidos em cada rompimento foram: Corpo de Prova Data Diâmetro (cm) Altura (Cm) Área (cm²) Força (KN) KN/cm² 07 dias (Mpa) Puro /04/2014 5,04 9,91 19, ,95 2, ,53 Puro /04/2014 5,01 9,9 19, ,25 3, ,63 10% /04/ ,9 19, ,45 3, ,29 10% /04/ ,905 19, ,45 3, ,33 20% /04/2014 5,04 9,92 19, ,3 2, ,72 20% /04/2014 5,03 9,92 19, ,7 2, ,02 30% /04/2014 5,02 9,95 19,798 26,56 1, ,41 30% /04/2014 5,02 9,86 19,798 43,55 2, ,00 Tabela 02: Resultados dos Experimentos Queda de Resistência (%) 0% 6,46% 16,59% 38,25% 5.2 DISCUSSÃO Utilizando como base a ABNT (NBR-5733/1991), a qual considera o Cimento CPV- ARI como todo aquele cimento que apresentar resistência aos 07 dias de idade igual ou superior a 34 MPa. Através dos resultados encontrados, tendo em vista que não foi utilizado uma areia normatizada, e sim uma areia comum, "lavada", para a execução dos ensaios, podese considerar os resultados como sendo bastante satisfatórios, considerando sim a hipótese de realização de novos ensaios com o produto, a fim de se conseguir resultados mais precisos, podendo-se obter resistências até mesmo maiores que as especificadas em norma. De acordo com outros trabalhos realizados no Laboratório de Materiais da UCB, o uso da areia normatizada irá elevar em 15% os valores encontrados, o que permitiria o uso dos 10% de adição do filer. 6. CONCLUSÕES De acordo com os resultados encontrados, tem-se que: O filler calcário pode ser levado em consideração para estudos mais aprofundados como forma de baratear o valor do cimento. 17

19 Dentre os valores encontrados, o Traço 02 (10% de filler) atingiu os valores de resistência, à 07 dias, mais próximos aos requerido por norma (34MPa). Mesmo que o valor do Traço 02 (10% de filler) não tenha alcançado o valor de 34 MPa, os ensaios podem ser considerados muito positivos, mediante aos recursos utilizados, principalmente pelo fato de se ter utilizado uma areia comum, "de cava", seguindo apenas os padrões granulométricos da norma ABNT (NBR 7214/1982). 7. RECOMENDAÇÕES A seguir, serão colocadas alguns aspectos que poderão ser levados em conta para pesquisas futuras, a fim de que sejam realizados estudos mais aprofundados na área abordada no presente trabalho. Realização de ensaios utilizando quantidades de filler intermediárias, tais como: 05%, 15% e 25%, para que se consiga encontrar valores de resistência mais próximos do ideal para o estudo. Realizar ensaios utilizando areia totalmente de acordo com a ABNT (NBR 7214/1982). Desenvolver Traços utilizando o filler calcário voltado para as indústrias concreteiras, possibilitando assim, a utilização de aditivos, e até mesmo outros tipos de areia, como por exemplo a areia artificial. Realizar ensaios com rompimento aos 28 dias de cura, para verificar a resistência ao final da cura. 18

20 USE OF LIMESTONE FILLER IN CEMENT PRODUCTION Abstract: There all the time, the cement and concrete industry seek to cheapen their costs in order to get increase or even maintain their profits in an increasingly tight market without losing the quality of its products. The article makes a study presented in a comparative way, through laboratory testing, regarding the use of limestone filler in cement production CPV- ARI as a way to reduce costs in their production without the loss of compression strength of the product, since the limestone filler has a much lower cost of production compared to clinker (raw material of Portland cement). The experiments showed very favorable results using percentages of limestone filler, motivating the further studies in the area. Keywords: Limestone Filler. Cement. Clinker. cost-cutting. 19

21 8. REFERÊNCIAS CIMENTO. Cimento Brasil. Disponível em: < SINDICATO NACIONAL DA INDÚSTRIA DO CIMENTO. Processo de Produção. Disponível em: < SINDICATO NACIONAL DA INDÚSTRIA DO CIMENTO. Press Kit Disponível em: < CÂMARA BRASILEIRA DA INDÚSTRIA DA CONSTRUÇÃO. Evolução do Valor médio/mediano do Cimento Portland (em R$/Kg). Disponível em: < ESCOLA POLITÉCNICA DA USP. Cimento - Produção mundial pode dobrar sem aumentar CO2. Disponível em: 20

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