22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental III AVALIAÇÃO DA UTILIZAÇÃO DE VIDRO COMINUIDO COMO MATERIAL AGREGADO AO CONCRETO

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1 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro Joinville - Santa Catarina III AVALIAÇÃO DA UTILIZAÇÃO DE VIDRO COMINUIDO COMO MATERIAL AGREGADO AO CONCRETO Diosnel A. Rodriguez López(1) Engenheiro de Minas pela UFOP. Mestre em Engenharia pelo PPGEAM-UFRGS. Doutor em Engenharia Ambiental pela TU Berlin Alemanha. Coordenador do Curso da Eng. Ambiental da UNISC. Prof. M.Sc. Carlos Antonio Pizzá de Azevedo(2) Engenheiro Civil pela UNISINOS, M.Sc. pelo PPGEAM-ULBRA, área de Concentração Ambiente, Professor do Curso de Engenharia Civil da ULBRA Canoas. Endereço(1): Av. Independência Caixa Postal 188 e 236, Bairro Universitário, Santa Cruz do Sul RS CEP Brasil - Tel: (51) RESUMO Foi realizado o estudo da viabilidade técnica da utilização de vidro moído retirado do lixo como material agregado ao concreto, especificamente quanto as propriedades mecânicas deste material com o novo componente, visando a sua utilização para fins estruturais. Durante esta pesquisa foi observado, a partir da avaliação dos dados obtidos nos ensaios, que a eficiência do concreto não foi constante para todas as percentagens de substituição aqui utilizadas nem para todas as faixas granulométricas de vidro utilizada. A substituição de 5% em peso do agregado miúdo (areia) por vidro numa granulometria variando entre m m demonstrou os melhores resultados, obtendo um aumento de ~60% na resistência à compressão. A utilização de outras faixas granulométricas acarretaram aumento menores, porém todos superiores aos valores apresentados pelo corpo de referência (sem adição de vidro). O aumento da resistência à tração dos corpos de provas pode ser explicado por dos mecanismos principais: o efeito pozolânico e ao de preenchimento de vazios. Os resultados demonstraram que a utilização de vidro como substituto do agregado miúdo é uma alternativa viável para diminuir a quantidade de vidro

2 levado aos aterros, possibilitando a produção de um material de alta eficiência. PALAVRAS-CHAVE: Vidro em concreto, Gerenciamento de resíduos sólidos, Substituição de agregado miúdo, Propriedades mecânicas, Reação álcali-sílica. INTRODUÇÃO Brasil produz em média 800 mil toneladas de vidro por ano, usando cerca de um quarto de matéria-prima reciclada em forma de cacos. Isto corresponde a 3% do lixo gerado no Brasil. Desse total t/ano são recicladas, o que corresponde a 27,6% do total gerado [1]. O principal mercado para os cacos de vidro é formado pelas vidrarias, que compram o material de sucateiros na forma de cacos ou recebem diretamente em suas campanhas de reciclagem. O uso de outros materiais nos concretos na forma de componentes agregados não é nova. Nesse sentido, vários materiais já foram utilizados como agregados miúdo ou grosseiro dentro do concreto. Alguns deles foram adicionados com o intuito de melhorar as características mecânicas do concretos (sílica, sílica fume [2], misturas de materiais pozolânicos, cinzas, pó de basalto, escórias, etc.), outros simplesmente para utilizar a capacidade de encapsulamento do concreto, que por sua vez pode estar destinada à diminuição da periculosidade do material agregado (adição de resíduos classe I) ou diminuição da quantidade de material destinado ao aterro (adição de diferentes tipos de produtos poliméricos). O uso de vidro moído também já foi estudada. Shao et alli [2] pesquisaram o uso de sílica fume, vidro finamente moído e cinzas volantes mas em substituição ao cimento adicionado. Estes pesquisadores verificaram que o concreto produzido com a adição de vidro finamente moído (<75 m m) tinha suas propriedades mecânicas melhoradas mas apresentava problemas gerados pela reação álcali- sílica (aumento de volume) em decorrência do vidro finamente moído. Segundo estes pesquisadores, a reação alcali sílica acontece, entre outros motivos, quando vidro com granulometria >300 m m é adicionado ao concreto. Os efeitos benéficos da adição do vidro em substituição ao cimento deveram-se, segundo Shao et alli [2] e Babu & Prakash [3] a mecanismos de preenchimento dos vazios entre os grãos do agregado miúdo e ao efeito pozolânico. MATERIAIS E MÉTODOS O vidro utilizado nos ensaios era 100% do tipo soda-cal obtida da moagem de garrafas de vidros na forma de pedaços irregulares numa firma de reciclagem de vidro. O vidro obtido foi britado com um britador de mandíbula até uma granulometria < 10 mm. Após essa etapa, ele foi moído num pulverizador até que uma granulometria 100% <5,0 mm. O módulo de finura do vidro utilizado foi de 3,14, o que indica um material de granulometria média.

3 Como agregado miúdo foi utilizada areia com módulo de finura igual à 2,3 o que indica uma areia de granulometria fina. O diâmetro máximo do agregado graúdo (pedra brita) revelou uma dupla numeração, indicando que se trata de pedra britada Nos 1 e 2. O cimento utilizado foi o CP IV-32. A dosagem foi realizada pela metodologia descrita por Silva [4] buscando obter um concreto com uma resistência à compressão de 84 kgf/cm² (8,23 MPa) aos 28 dias de idade. A relação água/cimento utilizada foi de 0,83. Os corposde-prova foram confeccionados em moldes metálicos com formato cilíndrico com 10 cm de diâmetro de 20 cm de altura. Estas relações foram mentidas para todos os ensaios realizados neste trabalho. Inicialmente pesquisou-se a substituição de 5% do agregado miúdo (a areia) por vidro moído com diferentes faixas granulométricas. As faixas granulométricas utilizadas foram 0-15 mm; 0,15-0,30 mm e 0,30-0,60 mm. A ruptura do corpo foi realizada com tempo de cura de sete dias. Após estes ensaios, foi determinada a percentagem adequada de substituição. Para isso foi realizada a substituição em peso de 5%, 10%, 15% e 20% do agregado miúdo natural (areia) por vidro moído na faixa granulométrica que obteve maior resistência mecânica no 1o parâmetro pesquisado. Uma terceira serie de ensaios foi realizada para determinar a influência da adição de vidro moído sobre o peso do agregado miúdo (areia) na faixa granulométrica otimizada. Para isto foram adicionadas 5%, 10%, 15% e 20% respectivamente sobre o peso do agregado miúdo natural (areia) na faixa granulométrica que obteve maior resistência mecânica no 1o parâmetro pesquisado. A moldagem dos corpos de provas foi realizado segundo a norma NBR 5738/1994. Os ensaios de resistência à compressão foram realizados de acordo com a NBR 5739/1994 numa máquina de ensaios universal com capacidade para 12 toneladas. RESULTADOS E DISCUSSÕES Na figura 1 estão apresentados os valores da tensão média obtidos nos ensaios de ruptura dos corpos de prova com a substituição da areia por vidro moído, na proporção de 5% em peso. O ensaios de resistência à compressão dos corpos-de-prova foram realizados após 7 dias de cura. Segundo Giammusso, apud Azevedo [5], após 7 dias de cura o concreto atinge 70% da resistência à compressão de um corpo-de-prova com 28 dias de cura. Os resultados obtidos mostram uma tendência de aumento da tensão média de ruptura com o aumento da granulometria do material até atingir a granulometria entre 0,15 0,30 mm, após o qual a tensão de ruptura diminui novamente se mantendo num patamar, porém, superior ao do corpo de prova de referência. Este aumento da tensão média poderia ser causado pelo preenchimento de vazios pelo vidro fino. Os espaços entre os agregados utilizados, principalmente entre a areia, estariam sendo ocupados pelo vidro, fazendo com que o material fique mais resistente. A diminuição da tensão de ruptura na granulometria 0,30 0,60 mm se explicaria pelo fato de que nesta faixa granulométrica o vidro já apresenta as características granulométricas da areia.

4 Figura 1: Resultados da substituição da 5% do peso da areia por vidro moído com granulometrias de 0,15 mm, 0,15-0,30 mm e 0,30-0,60 mm Com a determinação da faixa granulométrica ótima (0,15 0,30 mm), foram realizados ensaios aumentando a substituição da areia por vidro moído nesta faixa. A figura 2 apresenta os resultados destes ensaios. Os valores do corpo-de-prova de referência (0%) e os do teste com 5% de substituição foram incluídos a modo de comparação. Figura 2: Resultados da substituição de areia por vidro com granulometria de 0,15-0,30 mm Os resultados mostram um aumento progressivo da tensão de ruptura com o aumento da presença de vidro dentro do material, sendo que o aumento da tensão média do concreto, com 20% de substituição, foi de 57% sobre a resistência do material de referência. Este aumento na tensão média de ruptura pode estar relacionado primeiro com o aumento da resistência a ruptura dos grãos finos de vidro [6]. Ainda a granulometria final do agregado fino resultante (areia + vidro) estaria mais próxima da curva granulométrica ideal, levando a uma considerável diminuição nos vazios do concreto. Em outras palavras, a substituição de areia por uma maior quantidade de vidro maior, na granulometria 0,15 0,30 mm, estaria fazendo com que a areia utilizada se aproxime da sua curva granulométrica ideal, de modo que o agregado fino como um todo teria quantidades suficiente de partículas finas para preencher completamente os vazios entre as partículas mais grosseiras [2]. Também, uma maior quantidade de materiais secos leva ao aumento da superfície específica dos sólidos a serem hidratados, provocando uma redução do fator água/cimento, com o conseqüente aumento da tensão média de ruptura. As tensões médias de ruptura obtidas nos ensaios de adição de vidro em diferentes percentagens de peso sobre o do agregado fino estão apresentadas na Figura 3. Figura 3: Tensões médias de ruptura resultantes da adição de vidro sobre o peso do agregado fino. Os resultados obtidos demonstram que para uma percentagem de 5% de vidro moído adicionado sobre o peso do agregado miúdo natural, houve um aumento na tensão média de ruptura em 56,65% sobre a resistência do material de referência. A partir daí, o aumento da percentagem de vidro acarretou uma redução na tensão média de ruptura, porém, mantendo-se sempre acima da tensão média de ruptura do material de referência.

5 Este fato, poderia estar relacionado com uma maior quantidade de materiais secos, levando ao aumento da superfície específica dos sólidos a serem hidratados, provocando uma redução do fator água/cimento, com o conseqüente aumento da tensão média de ruptura. Possivelmente com o aumento progressivo da quantidade de vidro adicionado ao concreto, houve uma hidratação insuficiente dos sólidos acarretando no aumento dos vazios da massa, com a conseqüente redução da tensão média de ruptura dos corpos de prova. Foi observado também um aumento do índice de vazios e a redução das massas específicas seca e saturada, relativas ao aumento da percentagem de vidro moído adicionada ao concreto, sobre o peso do agregado miúdo natural. CONCLUSÕES Foi pesquisada a influência da utilização de vidro reciclado cominuído como material agregado ao concreto em substituição da areia (agregado fino). Os resultados demonstraram que a substituição de 5% da areia por vidro (numa faixa granulométrica 0,15-0,30 mm) trouxe um aumento da tensão média de ruptura do concreto de 21%. O aumento da resistência à compressão estaria relacionado ao aumento da resistência de ruptura dos grãos finos de vidro e ao efeito de preenchimentos de vazios, uma vez que o agregado fino resultante estaria mais próximos da curva granulométrica ideal. O aumento da substituição de areia por vidro cominuído com granulometria 0,15-0,30 mm em até 20% acarretou um aumento da tensão de ruptura de 57%. Este aumento se justificaria pelos motivos citados acima. Com a adição de vidro cominuído sobre a massa de referencial de areia em percentagens de até 20% provocou também uma aumento de resistência à compressão do concreto produzido. Este aumento teve seu maior valor com a adição de 5% de vidro cominuído. Após esta percentagem, a resistência à compressão mos trou redução do valor com o aumento da percentagem de vidro adicionada. Este efeito se justificaria pela diminuição da água/cimento com o aumento do agregado fino. Isto leva a um aumento da superfície de sólidos a serem hidratados e, consequentemente, ao aumento da tensão de ruptura Logo, esta pesquisa demonstra a viabilidade técnica da substituição do agregado miúdo por vidro moído. Entende-se aqui também, que serão necessárias novas pesquisas para a avaliação de todo o potencial da utilização do vidro moído como material agregado ao concreto. Por outro lado, o uso de vidro (retirado do fluxo de lixo) como material agregado ao concreto, está colaborando com a conservação de recursos naturais, com a diminuição da quantidade de lixo aterrada, assim como ao desenvolvimento de um novo material. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

6 CEMPRE, Consorcio Empresarial para a Reciclagem, retirado da Internet em 15/04/2002. Babu, K.G. & Prakash, P.V.: Efficiency of silica fume in concrete; Cement and Concrete Research, Vol. 25, No. 6, pp , Shao, Y.; Lefort, T.; Moras, S. Rodriguez, D.: Studies on concrete containing ground waste glass; Cement and Concrete Research, Vol. 30, Issue 1, pp , 2000 Silva, G.R.: Manual de traços de concreto, São Paulo: Livraria Nobel S.A., 1975 Azevedo, C.A.P: Avaliação da utilização de vidro cominuído como material agregado ao concreto, Dissertação de Mestrado, PPGEAM-ULBRA, 120 p., 2002 Polley, C.; Cramer, S.M.; de la Cruz, R.V.: Potential for using waste glass in portland cement concrete, J. Materials in Civil Engineering, ASCE 10 (4), pp , 1998.

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