UTILIZAÇÃO DE ARGAMASSAS COLANTES CONFECCIONADAS COM REJEITO DE MINERAÇÃO DE QUARTZITO ESTUDO DE CASO

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1 UTILIZAÇÃO DE ARGAMASSAS COLANTES CONFECCIONADAS COM REJEITO DE MINERAÇÃO DE QUARTZITO ESTUDO DE CASO L. S. Dias (1,2), A. F. P. Macedo 3, J. M. Barbosa (1), K.D. do C. e Silva (3), L. de S. Dias (4), L. A. C. Raposo (4), R. A. F. Peixoto (3) 1 Departamento de Tecnologia em Engenharia Civil, Computação e Humanidades Universidade Federal de São João Del Rei, Campus Alto Paraopeba, Ouro Branco/MG Brasil, Núcleo de Pesquisa em Conforto - Universidade Federal de Ouro Preto, Campus Morro do Cruzeiro, Ouro Preto/MG Brasil, Laboratório de Materiais de Construção Civil Universidade Federal de Ouro Preto, Campus Morro do Cruzeiro, Ouro Preto/MG Brasil, Universidade Federal de São João Del Rei, Campus Alto Paraopeba, Ouro Branco/MG Brasil, Autor para correspondência: Luma de Souza Dias - lumadias_mtpo@hotmail.com RESUMO O setor da construção civil é responsável por um elevado consumo de recursos naturais. Assim, em busca de minimizar o impacto ambiental causado pela construção civil, foi desenvolvida uma argamassa colante cujo agregado natural foi completamente substituído por rejeito de mineração de quartzito. Nesse contexto foi necessária uma verificação da viabilidade técnica das argamassas propostas por meio da realização de ensaios laboratoriais. Em sequência, as argamassas, devidamente dosadas, foram submetidas a ensaios no estado fresco e endurecido para classificação de suas propriedades comparando os resultados obtidos com uma argamassa de mercado. Neste trabalho foram mostrados os resultados das análises físicas, no estado endurecido e um estudo de caso utilizando a argamassa colante. Os resultados indicam a viabilidade deste material como agregado miúdo em substituição total ao agregado natural, permitindo assim a redução dos impactos ambientais. Palavras chave: quartzito friável, rejeito de mineração de quartzito, argamassas colantes, sustentabilidade. 2809

2 INTRODUÇÃO No Brasil, a indústria de argamassa colante é representada por centenas de empresas fabricantes distribuídas em todo o país, e a preocupação com a busca da qualidade dessas argamassas torna-se primordial, tendo-se em vista o mercado expressivo de revestimentos cerâmicos a que a indústria das argamassas deve atender (1). O Brasil participa de forma significativa do mercado mundial de revestimentos. Em 2012, com 866 milhões de metros quadrados (m²) produzidos, o país só perdeu para a China e superou concorrentes tradicionais, como Espanha e Itália, que até alguns anos dominavam o setor (2). As argamassas colantes, utilizadas para a fixação de placas cerâmicas em substratos verticais e horizontais, são definidas segundo a NBR /2012 (3) como produto industrial, no estado seco, composto de cimento Portland, agregados minerais e aditivos químicos, que quando misturado com água, forma uma pasta viscosa, plástica e aderente, empregada no assentamento de placas cerâmicas para revestimento. Assim, diante da larga utilização de revestimentos cerâmicos e argamassas colantes no Brasil, implicando assim em um consumo alto de areia natural, este trabalho propõe estudar a utilização de rejeitos de mineração de quartzito em substituição à areia natural, como forma de minimizar a extração de recursos naturais. MATERIAIS E MÉTODOS Materiais Os materiais utilizados nas argamassas experimentais foram cimento Portland CPIII 40 RS como aglomerante, aditivo (hidroxietil metil celulose, da família dos éteres de celulose), areia natural (AN) proveniente no Rio Piranga (Ponte Nova/MG), rejeitos de mineração de quartzito (A1 e A2, oriundos da região de Itabirito/MG e São Thomé das Letras/MG respectivamente). As argamassas naturais, isto é, sem a presença do rejeito de mineração de quartzito, foram executadas a fim de servirem como referência e testemunho em análises comparativas às argamassas compostas pelo rejeito. As placas cerâmicas utilizadas nos ensaios são pertencentes aos grupos BIa, BIIa e BIII. Além desses materiais, foi utilizada uma argamassa industrial tipo AC I (denominada REF), a fim de comparação com as argamassas 2810

3 experimentais. Foram utilizados também substratos de concreto, de dimensões 25x25 cm. Métodos As amostras AN, A1 e A2 passaram pelo processo de peneiramento no peneirador de agregados graúdos e foram separados de acordo com sua granulometria. A faixa granulométrica de interesse utilizada foi escolhida segundo recomendações de produtores de aditivos, sendo esta faixa caracterizada por apresentar diâmetro máximo característico de 0,6 mm e módulo de finura de 1,26. Os agregados naturais (AN) e artificiais (A1 e A2) utilizados na produção da argamassa colante foram submetidos aos seguintes ensaios de caracterização: Análise granulométrica NBR NM 248/2003 (4) ; Massa específica NBR 9776/1987 (5) ; Massa unitária NM 45/2006 (6) ; Teor de umidade NBR 9939/2011 (7) ; Teor de impurezas orgânicas NM 49/2001 (8) ; Teor de material pulverulento NM 46/2003 (9). A formulação inicial das argamassas colantes experimentais foi definida segundo informações de fabricantes de aditivos, como sendo a proporção dos materiais apresentados na Tabela 1. Tabela 1 - Dosagem das Argamassas Material Quantidade Cimento 25% Agregado 75% Aditivo 0,24% Água Índice de Consistência Quanto aos ensaios nas argamassas, apesar de terem sido feitos diversos ensaios no estado endurecido, neste trabalho são apresentados os ensaios exclusivos para argamassa colante no estado endurecido. Assim, foi realizado o ensaio de resistência de aderência à tração, conforme NBR /2012 (10) e o ensaio de tempo em aberto, conforme NBR /2012 (11). Após o tempo de cura, foi realizado o ensaio de arrancamento por tração, sendo o mesmo protocolo para os dois ensaios. 2811

4 Além dos ensaios citados, foi realizado um estudo de caso (12), que consiste em uma análise por parte do aplicador (responsável por assentar o revestimento) comparando o uso da argamassa experimental (13), com uma argamassa industrializada. Foram assentados 2m² de placas cerâmicas, sendo 1 m² utilizando a argamassa experimental e o outro 1m² a argamassa industrializada. A partir de um simples questionário, foi possível obter os dados comparativos entre as argamassas quanto à sua aplicação por parte do aplicador. No questionário foram abordadas as seguintes perguntas: Qual argamassa apresentou melhor trabalhabilidade? Em qual argamassa foi possível observar uma melhor retenção de água? Dentre as duas argamassas utilizadas, qual demonstrou melhor aderência às placas cerâmicas? Para a aplicação da argamassa foi escolhida uma parede interna, na qual havia uma demão de tinta. Para que esta apresentasse condições de aderência adequada, foi utilizada uma desempenadeira raspadeira para promover ranhuras. As ranhuras na interface base/argamassa ajudaram na ligação destas partes, melhorando a ancoragem e evitando o descolamento. O assentamento iniciou estendendo-se a pasta de argamassa colante com o lado liso da desempenadeira, apertando-a de encontro à superfície da base, formando uma camada uniforme de cerca de 3 mm a 4 mm. Em seguida, com quantidade adicional de pasta, foi aplicado o lado denteado da desempenadeira em ângulo de 60, formando cordões de argamassa. RESULTADOS E DISCUSSÃO Propriedades físicas dos materiais A partir dos resultados desse ensaio foi possível traçar a curva ou distribuição granulométrica de cada uma das amostras analisadas (AN, A1 e A2) em seu estado bruto comparativamente ao agregado utilizado em argamassas industriais, aqui denominado por REF, obtido para o traçado da curva por processo de lavagem. Também foi traçada a curva granulométrica, denominada AP (Areia Padrão), usada para confecção das argamassas experimentais, que foi adotada por ser a mesma 2812

5 utilizada pelo fornecedor do aditivo utilizado nas argamassas experimentais desta pesquisa. Todas as curvas são mostradas na Figura 1. Figura 1 - Distribuição Granulométrica dos Agregados Estado Bruto Tabela 2 - Características granulométricas dos agregados Estado Bruto REF AN A1 A2 AP MF 1,72 2,76 1,47 1,09 1,26 DMC(mm) 1,2 4,8 2,4 0,6 0,6 Observa-se dos dados obtidos da análise granulométrica, que os rejeitos A1 e A2 possuem granulometrias muito próximas de AP, o que sugere necessidade de pouco processamento para sua utilização. Para que os resultados pudessem apresentar-se de forma normalizada, todos os agregados utilizados (AN, A1 e A2) tiveram sua curva ajustada à curva padrão, AP. Assim, após o beneficiamento, foram obtidas as curvas respeitando o limite de DMC (0,6mm), ideais para utilização em argamassas colantes, conforme mostrado na Figura 2 Apesar de ter sido adotado o mesmo procedimento para o beneficiamento, as amostras A1 e A2 apresentaram módulo de finura menores quando comparado à AN, conforme mostrado na Tabela 3. As demais propriedades, quanto a análise física dos materiais são mostradas na Tabela

6 Tabela 3 - Características granulométricas dos agregados Após Beneficiamento REF AN A1 A2 AP MF 1,72 1,42 1,15 1,29 1,26 DMC(mm) 1,2 0,6 0,6 0,6 0,6 Figura 2: Distribuição Granulométrica dos Agregados Após Beneficiamento Tabela 4 - Propriedades físicas dos agregados Propriedade Agregado Valor Metodologia AN 2,68 g/cm³ Massa Específica A1 2,66 g/cm³ ABNT NBR 9776:1987 A2 2,66 g/cm³ AN 1,34 g/cm³ Massa Unitária A1 1,38 g/cm³ ABNT NBR NM 45: 2006 A2 1,34 g/cm³ AN 0,36% Teor de Umidade A1 0,18% ABNT NBR 9939:2011 A2 0,12% AN Desconsiderável Teor de Impureza Orgânica A1 Desconsiderável ABNT NBR NM 49: 2001 A2 Desconsiderável AN 0,9% Teor de Material Pulverulento A1 6,7% ABNT NBR NM 46: 2003 A2 3,4% Observa-se dos dados obtidos para massa específica real e massa unitária, que os agregados produzidos a partir dos rejeitos A1 e A2, são idênticos ao AN, 2814

7 convencionalmente utilizado. Considerando que argamassas são produzidas essencialmente por agregados, variações nos valores para massa específica e massa unitária poderiam influenciar na aplicabilidade destes rejeitos como agregados, dado que as operações de aplicação e utilização das argamassas está diretamente relacionada ao seu desempenho no estado fresco. Quanto aos dados obtidos para o teor de umidade, observa-se que AN apresenta-se um pouco superior àqueles obtidos para A1 e A2, fato que pode ser devido à mesma apresentar maior absorção de água. Considerando que argamassas colantes são produzidas industrialmente, o parâmetro umidade poderia influenciar de alguma forma no processamento dos agregados, relativamente à secagem para produção das misturas anidras. Observa-se dos dados obtidos na determinação de impurezas orgânicas, que os materiais utilizados AN, A1 e A2, não possuem teores consideráveis de materiais orgânicos. Quanto aos resultados obtidos para teor de materiais pulverulentos, observa-se que a amostra A1 apresenta o maior teor. Apesar do elevado teor de material pulverulento, a presença deste material fino não implicou em aumento da dosagem de água para produção das argamassas colantes quando comparado à AN. A presença destes materiais finos pode ter contribuído de alguma forma para o empacotamento da mistura, o que promoveu ganho em relação à consistência das argamassas produzidas com rejeitos A1 e A2. Tabela 5. Propriedades das argamassas no estado endurecido As propriedades das argamassas no estado endurecido são mostradas na Tabela 5: Propriedades das Argamassas no Estado Endurecido Propriedade Agregado Valor Metodologia REF 1,0 MPa Resistência de Aderência à Tração AN 0,6 MPa cura normal A1 0,9 MPa ABNT NBR /2012 (10) A2 1,0 MPa REF 0,8 MPa Resistência de Aderência à Tração AN 0,8 MPa cura submersa A1 0,8 MPa ABNT NBR /2012 (10) A2 0,8 MPa REF 1,1 MPa Tempo em Aberto AN 0,7 MPa A1 0,8 MPa ABNT NBR /2012 (11) A2 0,9 MPa 2815

8 Observa-se dos dados obtidos para determinação da resistência de aderência à tração, que argamassas com maior índice de consistência apresentaram melhores resultados. Cabe ressaltar que os maiores índices de consistência foram alcançados com menor quantidade de água na composição das argamassas. Essa observação pode estar relacionada à morfologia dos grãos e também à hidratação do cimento. No entanto, cabe ainda observar que todos os resultados para aderência a tração foram superiores ao limite mínimo prescrito pela NBR /2012 (10), de 0,5 MPa. Essa inferência pode ser ratificada pelos resultados em que as argamassas foram submetidas à cura submersa. Para essa condição não houve diferença para os valores obtidos para resistência de aderência à tração, porém observou-se queda na resistência quando comparada à cura normal. Existe consenso entre os pesquisadores de que a aderência da argamassa colante é prejudicada quando em condição submersa. Acredita-se que a mais provável razão da queda de resistência seja a modificação das propriedades da película polimérica quando em contato com a água, ou até mesmo a variação de volume da matriz cimentícia devido ao inchamento da fase polimérica e amolecimento de produtos de interação cimento/polímeros (14,15). Quanto aos dados obtidos para determinação do tempo em aberto, observa-se que mais uma vez a consistência das argamassas parece ser determinante. Todas as argamassas obtiveram resultados satisfatórios ou seja, acima de 0,5 MPa. Observou-se que os valores da tensão de ruptura das argamassas no ensaio de tempo em aberto também foram superiores ao ensaio de resistência de aderência à tração na cura submersa, com exceção da argamassa AN. Assim como nos ensaios de resistência de aderência à tração, no ensaio de tempo em aberto a amostra AN foi a que obteve menores valores de tensão de ruptura, devido à maior quantidade de água em sua formulação. Já a argamassa A2 obteve os melhores valores quando comparados às demais argamassas experimentais. Estudo de Caso Quanto à trabalhabilidade, o aplicador relatou que argamassa experimental apresentou maior consistência, o que garantiu melhor espalhamento, fixação ao substrato e aplicação das peças cerâmicas. Dias (13) demonstrou que a argamassa experimental apresentou consistência e retenção de água semelhante à argamassa industrial. Dessa forma, a distribuição granulométrica e a forma dos grãos do 2816

9 agregado de quartzito contribuíram para a obtenção de um material com características de aspereza e viscosidade melhoradas em comparação com a argamassa industrial. Em relação à retenção de água, o aplicador observou que a argamassa experimental apresentou melhor retenção de água, o que garantiu que esta mantivesse sua trabalhabilidade mesmo exposta a processos como evaporação e sucção de água pelo substrato, além de manter aderência satisfatória. Foi observado por Dias (13) que ambas argamassas apresentaram valores de retenção de água similares. E em relação á aderência, observou-se que ambas possuem características similares. Nenhuma das placas apresentou pouca adesividade, além de exibirem alta resistência ao arrancamento das placas quebradas durante o assentamento que posteriormente necessitavam ser substituídas. CONCLUSÃO O desenvolvimento experimental realizado possibilitou resultados importantes para consolidar os objetivos inicialmente propostos. Assim, as conclusões obtidas a partir do presente trabalho são apresentadas a seguir. Em relação aos resultados obtidos dos agregados, estes apresentaram propriedades adequadas para o uso em argamassas colantes, conforme pôde ser verificado nos ensaios do estado endurecido, em que todas as argamassas experimentais atingiram o valor mínimo valor mínimo exigido para argamassas colantes do tipo AC I. Quanto ao estudo de avaliação da argamassa experimental pelo profissional apontou que a argamassa confeccionada com rejeito de mineração de quartzito mostra-se adequada para aplicação, apresentando características que conferem rendimento e qualidade na execução do serviço de assentamento de placas cerâmicas. Além disso, a argamassa apresentou-se visualmente semelhante às encontradas no mercado, o que pode evitar quaisquer estranhezas da parte de profissionais da construção civil. Assim, a substituição integral dos agregados naturais por agregados obtidos do rejeito de mineração de quartzito na produção de argamassas colantes consiste numa alternativa tecnicamente adequada, durável e economicamente viável, 2817

10 permitindo a redução dos impactos ambientais causados pelas mineradoras e pela construção civil. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de agradecer as instituições FAPEMIG, CAPES, Fundação Gorceix, UFOP, UFSJ e CNPq pelo apoio financeiro para a realização dessa pesquisa. Também somos gratos pela infraestrutura e colaboração do Grupo de Pesquisa em Resíduos Sólidos - RECICLOS - CNPq. REFERÊNCIAS 1. SILVA, C.O. Análise crítica dos requisitos e critérios de qualidade da argamassa colante. São Paulo, p. Dissertação (Mestrado) Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. 2. VASCONCELOS, Y. Desenvolvimento tecnológico nas fábricas de pisos e azulejos leva o Brasil ao posto de segundo produtor mundial. Pesquisa FAPESP, Edição Março de ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR Argamassa colante industrializada para assentamento de placas cerâmicas. Parte 1: Requisitos. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 248. Agregados - Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR Determinação da massa específica de agregados miúdos por meio do frasco de Chapman Método de Ensaio. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 45. Determinação da massa unitária e do volume de vazios. Rio de Janeiro ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR Agregado graúdo Determinação do teor de umidade total Método de ensaio. Rio de Janeiro,

11 8. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 49. Agregado miúdo - Determinação de impurezas orgânicas. Rio de Janeiro ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 46. Agregados - Determinação do material fino que passa através da peneira 75 um, por lavagem. Rio de Janeiro ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR Argamassa colante industrializada para assentamento de placas cerâmicas. Parte 4: Determinação da resistência de aderência à tração. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR Argamassa colante industrializada para assentamento de placas cerâmicas. Parte 3: Determinação do tempo em aberto. Rio de Janeiro, MACEDO, A. F. P. Revestimentos cerâmicos aplicados com argamassa colante de rejeito de mineração- estudo de caso. Trabalho de Conclusão de Curso (Monografia) - Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto DIAS, L.S. Rejeito de mineração de quartzito como agregado miúdo para produção de argamassa colante. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto OHAMA, Y. Polymer-modified mortars and concretes. In: RAMACHANDRAN, V. S. (Ed.) Concrete Admixtures Handbook. New Jersey: Noyes Publications. Cap.7, p JENNI, A. Microstructural evolution and physical properties of polymer modified mortars. Bern: University of Bern. 101p,

12 USE OF ADHESIVE MORTARS MADE WITH QUARTZITE MINING WASTE - CASE STUDY ABSTRACT The construction industry is responsible for a high consumption of natural resources. Thus, in order to minimize the environmental impact caused by the civil construction, an adhesive mortar was developed whose natural aggregate was completely replaced by quartzite mining waste. In this context, it was necessary to verify the technical viability of the proposed mortars by means of laboratory tests. Subsequently, the mortars, duly dosed, were submitted to fresh and hardened tests to classify their properties, comparing the results obtained with a market mortar. In this work were shown the physical analysis results, the results in the hardened state and a case study using the adhesive mortar. The results indicate the feasibility of this material as small aggregate in total substitution to the natural aggregate, thus allowing the reduction of environmental impacts. Keywords: friable quartzite, quartzite mining waste, adhesive mortars, sustainability. 2820