CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL DE CONCRETOS COM E SEM RESÍDUO DA INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE EM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL AO CIMENTO PORTLAND

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1 CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL DE CONCRETOS COM E SEM RESÍDUO DA INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE EM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL AO CIMENTO PORTLAND R. H. Bello¹; G. Mezaroba¹, S.L. Correia ¹, A. Schackow ² 1 UDESC/CCT/PPGCEM, Joinville - SC 2 UDESC/CCT/DEC) Joinville - SC roger_rhb@hotmail.com RESUMO Este trabalho tem como objetivo caracterizar concretos com e sem resíduo da indústria de papel e celulose (RPC) em substituição parcial ao cimento Portland. Amostras dos concretos produzidas em escala piloto (relação água cimento de 0,50 em massa e agregado cimento de 2,30 em massa) foram caracterizadas quanto à resistência à compressão após 28 dias de cura (RC28) e microestrutural (FEG-MEV/EDS e DRX). Os resultados mostraram que a adição de 10% de RPC em substituição ao cimento Portland permite produzir concretos para aplicações estruturais com RC28 de 32,23MPa (comparado a 30,93MPa sem o RPC). A caracterização microestrutural possibilitou estimar importantes fases presentes na matriz cimentícia. A melhora nas propriedades mecânicas está relacionada ao fato de que o RPC contribui para reduzir a fase portlandita e porosidade na matriz, por meio da participação nas de reações de hidratação formando novas fases cerâmicas. Palavras-Chave: resíduo da indústria papel, concreto, caracterização microestrutural. 1 INTRODUÇÃO A indústria da construção civil tem buscado a utilização de um número cada vez maior de resíduos, como forma de diminuir o passivo ambiental, e aproveitar algumas características próprias desses resíduos que podem melhorar as características do cimento Portland, como forma de complemento. A indústria de papel e celulose gera grandes quantidades de resíduos alcalinos por um processo Kraft. A sua composição química é similar ao cimento Portland com propriedades pozolânicas. 810

2 Segundo Castilho et al. (1996) alguns dos materiais alternativos podem apresentar certas vantagens que viabilizam construções de menor custo. Porém, para isso ser viável, a reciclagem depende de alguns fatores como de reciclagem de um resíduo depende de alguns fatores, tais como: custo de transporte dos resíduos, disponibilidade de resíduo suficiente para ser processado; proximidade do local de processamento; custo de estocagem do resíduo no local de produção ou em outro local apropriado. A produção de celulose gera diversos tipos de resíduos, nos quais vamos destacar destacar os Dregs e os Grits. Esses resíduos são gerados em grande quantidade processo kraft, método de produção de celulose. Segundo Calmon (2007) o processo Kraft é o método mais utilizado no mundo para a fabricação de celulose. O processo Kraft é basicamente o cozimento da polpa a partir de uma combinação de hidróxido de sódio e sulfeto de sódio, formando o licor de cozimento e aquecido a uma temperatura aproximada de 170º C. Segundo Almeida et al. (2007), os Dregs são sedimentos sólidos alcalinos de cor acinzentada e odor característico, removidos no processo de clarificação das impurezas, sendo composto por carbonatos, hidróxidos e sulfetos, principalmente Ca e Na. Os Dregs são derivados do processo de separação da celulose, que é extraída da madeira por meio de ataque alcalino. Esse resíduo, removido durante a clarificação do licor verde, pode ser utilizado como corretivo da acidez do solo. Existem pesquisas em diversas partes do mundo, incluindo o Brasil, que tratam da incorporação dos resíduos de celulose em argamassas, concreto, cerâmicas e como reforço de solo. Partindo dessa necessidade, teremos como objetivo principal desse trabalho, o estudo da incorporação do resíduo Dregs como substituição parcial do cimento Portland. O estudo será feito tendo como base a substituição de 10% do volume de cimento por Dregs na produção de concreto com fator água/cimento de 0,461. Após isso, serão feitos corpos de provas, que serão submetidos ao ensaio de compressão para 7 e 28 dias de cura. Serão coletadas amostras que serão analisadas por fluorescência de raios X, difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Todos os procedimentos serão executados nos laboratórios da UDESC Joinville/SC. 811

3 2 MATERIAIS E MÉTODOS Neste capítulo apresentamos os materiais e metodologias utilizadas no estudo envolvendo a incorporação parcial de resíduos Dregs em substituição parcial de cimento Portland na produção de concreto. Foi elaborado um traço de concreto, utilizando os seguintes insumos: - Água - Cimento Portland CPII Z 32, da marca Votorantim. - Agregado miúdo: Areia com módulo de finura = 2.07; dimensão máxima característica = 2,40 mm; massa específica = 2,5 g/cm 3. - Agregado graúdo: Brita 0 com módulo de finura = 3,90; dimensão máxima característica = 9,5 mm; massa específica = 2,75 g/cm 3. - Resíduo: obtido de uma indústria da cidade de Três Barras. Diâmetro médio=1,19mm, massa específica=2,65 g/cm³ (FOELKEL, 2011). Na tabela 1, podemos ver a composição detalhada do traço de concreto: Tabela 1: Composição do traço de concreto Massa (kg) Concreto Cimento Areia Brita Água Resíduo %Resíduo MCMP 13,76 23,20 31,49 5, MCMR 12,39 23,20 31,49 5,49 1,38 10 A relação água/cimento utilizada no traço foi de 0,461. Calculando a resistência a compressão de projeto (Fcj), chegamos ao valor de 31,6 MPa. MCMP se refere ao concreto padrão utilizado, enquanto MCMR se refere ao concreto feito com substituição parcial do cimento Portland. Com a definição do traço do concreto, procedeu-se então à fabricação dos corpos de prova com o concreto desenvolvido. A Figura 1 apresenta, de forma reduzida, o fluxograma que demonstra as etapas da fabricação dos corpos de prova, que foram confeccionados seguindo orientação da NBR 5738,

4 Figura 1 - Fluxograma da fabricação dos corpos de prova Os materiais foram separados e pesados individualmente, e então foram misturados em uma betoneira comum, de capacidade de 120 litros, no Laboratório de Materiais de Construção do Departamento de Engenharia Civil da UDESC/CCT Joinville. Todo o procedimento seguiu a norma NBR NM 79, 1996 Preparação de concreto em laboratório. Primeiramente, foi feito a mistura de concreto padrão, MCMP. O agregado graúdo foi colocado na betoneira juntamente com parte da água. Com isso, o misturador foi ligado e os demais materiais foram sendo colocados na mistura. Com isso, o misturador trabalhou por 3 minutos e então tivemos 3 minutos de repouso. Concluída a preparação da mistura, foram moldados os corpos de prova. Os corpos de prova foram moldados com moldes metálicos cilíndricos com dimensões de 200 mm x 100 mm. O mesmo procedimento foi executado na mistura de concreto com resíduo, MCMR. Os corpos de prova ficaram em repouso por 24 horas, então foram desmoldados e colocados para curar em um tanque de água saturada com hidróxido de cálcio, a 23 C, no mesmo local. O tempo de cura foi de 7 e 28 dias, para cada uma das amostras. 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1 Caracterização do resíduo Dregs 813

5 A caracterização do resíduo Dregs foi obtida utilizando equipamentos adequados para cada uma de suas características. Para a determinação da composição química do resíduo, foi feita através de fluorescência de raios X, FRX. Os resultados podem ser vistos na tabela 2. Tabela 2: Composição do resíduo (FRX) O resíduo é composto em grande parte por óxido de cálcio, CaO, mas também possui uma quantia relevante de alumina, Al2O3, e dióxido de silício, SiO2. Para fazer a identificação das fases presentes no resíduo Dregs, foi utilizada a técnica de difratometria de raios X, DRX. Foi utilizado o intervalo de difração de 2ϴ. Na figura 2 podemos ver os resultados das fases, com predomínio de calcita, CaCO 3. Figura 2 - Análise de DRX do resíduo Como complemento para a análise microestrutural, as amostras de resíduos também foram submetidas à microscopia eletrônica de varredura por emissão de 814

6 campo (FEG-EDS). Os resultados podem ser vistos na figura 3 e na tabela 3, onde podemos observar a predominância cálcio, alumínio, oxigênio e silício como compostos elementares. Figura 3 - Análise FEG-MEV (EDS) Tabela 3: Composição elementar do resíduo por análise de EDS 3.2 Caracterização do Concreto para 7 e 28 dias de cura A resistência a compressão do concreto para 7 e 28 dias de cura foi realizada de acordo com a NBR 5738, Concreto Ensaio de Compressão de corpos-deprova cilíndricos, com o auxílio de uma prensa hidráulica marca EMIC, modelo PC 220 I, com capacidade nominal de 200tf, no laboratório de Materiais de Construção Civil, do departamento de Engenharia Civil da UDESC/CCT Joinville, como pode ser visto na figura

7 Figura 4 - Ensaio de compressão Os resultados do ensaio de compressão podem ser vistos nas tabelas 4 e 5. Tabela 4 - Resistência à compressão 7 dias Resistência à compressão (MPa) Concreto Média Desvio Padrão MCMP 25,96 0,84 MCMR 24,44 0,71 Tabela 5 - Resistência à compressão 28 dias Resistência à compressão (MPa) Concreto Média Desvio Padrão MCMP 30,92 0,71 MCMR 32,23 0,75 816

8 A identificação das fases presentes no concreto pode ser observada na figura 5, que demonstra os resultados da difratometria de raios X, DRX. Podemos ver nos resultados das fases, um pico maior de hidróxido de cálcio na amostra com resíduo, o que pode ter acarretado na maior resistência à compressão nessa amostra. Figura 5 - Análise de DRX do concreto à 28 dias Concluindo a análise microestrutural, temos os resultados obtidos nas amostras de concreto, utilizando microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FEG- EDS). Os resultados podem ser vistos nas figuras 6 e 7. Figura 6 - FEG-MEV Concreto Padrão 28 dias 817

9 Figura 7 - FEG-MEV Concreto+Resíduo 28 dias 4 CONCLUSÕES Os resultados obtidos por fluorescência de Raios-X (FRX) mostraram que o resíduo da celulose é um material com composição química similar ao cimento, sendo uma alternativa na substituição parcial do cimento. Imagens de microscopia eletrônica por varredura no concreto curado a 28 dias (padrão e resíduo) revelaram um material quebradiço (trincas), porém com homogeneidade da pasta cimentícia. Foram obtidos resultados mecânicos de compressão do concreto após 7 e 28 dias com a utilização de 10% de DG equivalentes ao valor do concreto padrão. O resultado demonstrou que a resistência da amostra de concreto com resíduo foi levemente superior à amostra de concreto padrão. Com esses resultados, é possível concluir que a substituição parcial do cimento Portland por resíduo Dregs em em pequenas frações pode ter resultados satisfatórios, desde que se mostre viável economicamente, o que pode ser estudado em pesquisas futuras. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13276: Argamassa para assentamento e revestimento. Rio de Janeiro, ABNT,

10 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7215: Cimento Portland: determinação da resistência à compressão. Rio de Janeiro: ABNT, p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 5738: Moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos ou prismáticos de concreto. Rio de Janeiro, ALMEIDA, H. C., ERNANI, P. R., ALBUQUERQUE, J. A., JÚNIOR, J. M., ALMEIDA, D. Composição química de um resíduo alcalino da indústria de papel e celulose (DREGS). Quím. Nova [online]. 2007, vol.30, n.7, pp ISSN CALMON, J. L. Resíduos Industriais e Agrícolas. Materiais de construção civil e princípios de ciência e engenharia de materiais, capítulo 48. Editor: Geraldo Cochella Isaia. Ibracon, CASTILHO J. A. B. et al. Diagnóstico de resíduos sólidos industriais em Santa Catarina: perspectivas de valorização na construção civil. In: Workshop Reciclagem e Reutilização De Resíduos Como Materiais de Construção Civil, 1996, São Paulo. Anais. São Paulo, p SCHACKOW, A. Efeito das características pozolânicas de rejeitos de tijolos nas propriedades de argamassas. 2015, 290p. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) PPGCEM/CCT/UDESC, Joinville/SC. 819