PROPRIEDADES DE ARGAMASSAS INDUSTRIALIZADAS DE MÚLTIPLO USO COM INCORPORAÇÃO DE RESÍDUO CERÂMICO

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1 1 PROPRIEDADES DE ARGAMASSAS INDUSTRIALIZADAS DE MÚLTIPLO USO COM INCORPORAÇÃO DE RESÍDUO CERÂMICO COSTA, Bruno Cordeiro (1); ALEXANDRE, Jonas (2); FREITAS, Elaine de Souza (3); DÉSIR, Jean Marie (4); DIAS, Dylmar Penteado (5) (1) Eng. Civil. Mestrando, UENF. Av. Alberto Lamego 2000.Campos dos Goytacazes-RJ. CEP: (2) Eng. Civil. Doutor, Professor do Laboratório de Engenharia Civil LECIV, UENF. Av. Alberto Lamego 2000.Campos dos Goytacazes-RJ. CEP: (3) Enga. Civil. Mestranda, UENF. Av. Alberto Lamego 2000.Campos dos Goytacazes-RJ. CEP: (4) Eng. Civil. Doutor, Professor do Laboratório de Engenharia Civil LECIV, UENF. Av. Alberto Lamego 2000.Campos dos Goytacazes-RJ. CEP: (5) Eng. Civil. Doutor, Professor do Laboratório de Engenharia Civil LECIV, UENF. Av. Alberto Lamego 2000.Campos dos Goytacazes-RJ. CEP: RESUMO Por consumir grandes volumes de materiais e estar presente em qualquer região do mundo, a construção civil apresenta-se hoje como uma alternativa viável para reciclagem de resíduos sólidos. A argamassa configurase como um material propício para incorporação dos resíduos provenientes da fabricação de produtos cerâmicos, devido a sua abrangência de uso na construção civil e o fato de ser consumida em grandes volumes. Visando o aproveitamento racional dos resíduos provenientes das industrias cerâmicas, neste trabalho foram confeccionadas argamassas com incorporação destes rejeitos. Diante deste contexto, o presente trabalho tem por objetivo avaliar o desempenho das argamassas produzidas com este resíduo, por meio dos seguintes parâmetros: evolução da resistência à compressão, densidade de massa, teor de ar incorporado, retenção de água, índice de consistência padrão e retenção de consistência, de acordo com normas nacionais e internacionais para argamassas industrializadas de múltiplo uso Palavras-chave: resíduo cerâmico, pozolana, tijolo.

2 2 1. INTRODUÇÃO A maioria dos bens que possuímos um dia se tornarão resíduos e a este total devemos somar os resíduos gerados durante os processos de extração de matéria-prima e de produção de bens, fazendo com que em qualquer sociedade a quantidade de resíduos supere a quantidade de bens consumidos (ROCHA E JOHN, 2003). Os processos de beneficiamento de matéria-prima, em sua grande maioria, se configuram como fontes geradoras de resíduos sólidos, que em análise preliminar não possuem valor, e que comprometem o meio ambiente ao longo do tempo (FELLENBERG, 1980). Portanto, a sociedade industrial desempenha fundamental papel neste processo ao multiplicar a produção de bens, agravando a problemática da geração de resíduos (ROCHA e JHON, 2003). Com a intensa industrialização, advento de novas tecnologias, crescimento populacional e aumento de pessoas em centros urbanos, diversificação do consumo de bens e serviços, os resíduos se transformaram em graves problemas urbanos com um gerenciamento oneroso e complexo considerando-se volume e massa acumulados, principalmente após Os problemas caracterizavam-se por escassez de área de deposição de resíduos causada pela ocupação e valorização de áreas urbanas, elevados custos sociais no gerenciamento de resíduos, problemas de saneamento público e contaminação ambiental (JOHN, 2000; BRITO, 1999; GÜNTHER, 2000; PINTO, 1986). A construção civil é um setor da indústria brasileira com uma parcela significativa no cenário nacional da geração de rejeitos, alcançando marcas com 30% de desperdícios. O índice de produção de entulhos é de 0,9 tonelada por metro quadrado construído (PINTO, 1986). Somado a este aspecto negativo têm-se o fato deste setor consumir um volume excessivo de recursos naturais, que se estima alcançar o patamar de 50% do volume de recursos naturais consumidos por toda sociedade. Apesar das leis estaduais e federais para a proteção do meio ambiente estabelecerem limites máximos para emissões e deposições de rejeitos líquidos, sólidos ou gasosos, a degradação é bastante evidente. Embora seja

3 3 possível e prioritário reduzir a quantidade de resíduos durante a produção, e até o pós-consumo, eles sempre serão gerados (ROCHA e JHON 2003). Ainda que incipiente, o segmento de materiais e componentes da construção, é o que mais se desenvolveu e que teve maior abrangência no que tange à aplicação dos conceitos da sustentabilidade. Considerando a noção de desenvolvimento sustentável, torna-se evidente a necessidade de uma melhor distribuição dos recursos econômicos da humanidade, tendo-se a preocupação com a preservação da natureza. Os processos de produção devem economizar energia e não gerar subprodutos perigosos, que podem pôr em risco a natureza e o ser humano (PENTTALLA, 1997). A incorporação de resíduos nos materiais de construção apresenta-se hoje como uma alternativa com grande potencial de minimização de impactos ambientais, diminuindo o volume de rejeitos a serem descartados, uma vez que o resíduo de um processo se torna insumo de outro, podendo atuar também como redutor de custos de produção, seja por economia de energia ou matériaprima. Logo, o desenvolvimento tecnológico de processos associados à reciclagem de resíduos industriais passa a ter hoje enorme relevância. Os rejeitos produzidos por essas industrias não possuem ainda destinação final definida, ficando muitas vezes depositado nos pátios das empresas, ou é lançado em estradas não pavimentadas quando estas ficam em mau estado devido à ação das chuvas, ou nas cavas de extração de solo utilizado na produção do material cerâmico, entre outros fins, porém sem controle algum causando um impacto ambiental. Fato este que, suscita a necessidade de se desenvolver tecnologias que venham prover um fim mais nobre e ecologicamente correto para este material. As pozolanas contribuem para a durabilidade das estruturas de concreto, reduzindo a permeabilidade ao tornar a microestrutura mais densa e homogênea, seja por suas características de preenchimento ao ocupar os vazios existentes na matriz enquanto anidra, ou pelo crescimento dos cristais resultantes de sua hidratação. Contudo, pesquisas com vistas ao emprego do resíduo como material aplicado a dosagens cimentícias são poucas e recentes, mesmo já sendo

4 4 constatada a eficiência deste material para uso como adição mineral em concretos (CORDEIRO, 2001). 2. MATERIAIS 2.1 Resíduo Cerâmico Moído O resíduo utilizado neste trabalho é proveniente da região norte do Estado do Rio de Janeiro, mais especificamente de indústrias cerâmicas do município de Campos dos Goytacazes, coletados em seis fábricas distintas, onde cada uma utiliza uma faixa de temperatura de queima sendo 500ºC, 600ºC, 700ºC, 800ºC, 900ºC e 1000ºC, as temperaturas usuais de queima praticadas pelas Cerâmicas da região. Esses materiais foram moídos em um moinho de bolas, e foi avaliada a eficiência da moagem em moinho de bolas Sonex por meio de análise das curvas granulométricas para quatro tempos distintos de moagem: 0,5h, 1h, 2h e 4h. 2.2 Agregado Miúdo Foi utilizada neste trabalho, areia natural do rio Paraíba do Sul por ser na prática a mais empregada no preparo de argamassas na região do Município de Campos dos Goytacazes. O material, caracterizado conforme recomendações da ABNT, possui módulo de finura de 2,65 (NBR 7211/1983); massa específica aparente no estado solto de 1,39 g/cm 3 (NBR 7251/1982) e massa específica teórica de 2,65 g/cm 3 (NBR 6508/1984). 2.3 Cimento O cimento empregado na produção das argamassas foi o cimento Portland composto com adição de escória de alto-forno (CP II E 32), da marca Votoran, por ser o mais utilizado na região. Suas características físicas são: massa específica teórica de 2,92 g/cm 3 (NBR 6474/1984) e superfície específica Blaine de 342 m 2 /Kg (NBR NM 76/1998).

5 5 3. METODOLOGIA 3.1 Localização e coleta do Resíduo Uma pesquisa realizada na base de dados da Oficina de Geologia e Geoprocessamento do LECIV (RAMOS, 2004), forneceu as informações pertinentes sobre o quantitativo das indústrias na região, bem como a localização delas e também a identificação da faixa de queima utilizada por cada uma na fabricação de seus artefatos cerâmicos. De posse destes dados, num segundo estágio, foram coletadas amostras em seis indústrias diferentes considerando a variável temperatura, ou seja: 500ºC, 600ºC, 700ºC, 800ºC, 900ºC e 1000ºC. O motivo de utilizar amostras em diferentes temperaturas é de criar um conjunto representativo dos resíduos produzidos no pólo cerâmico e não de uma única indústria. 3.2 Moagem do Material A atividade pozolânica aumenta com a superfície especifica do material, parâmetro diretamente ligado à finura da pozolana. Neste sentido o estudo de moagem consistiu na avaliação do procedimento necessário para a obtenção de uma finura economicamente viável, ou seja, o gasto de energia. Para isso, foi utilizado um moinho de bolas Sonnex com capacidade para 14 kg por batelada fixando quatro tempos de moagem: 0.5h, 1h, 2h e 4h. É preciso fazer uma análise cuidadosa das variações da finura em relação aos tempos de moagem para a escolha do melhor tempo visto que este significa gasto de energia. 3.3 Caracterização Química do Material O RTM foi submetido à análise de espectroscopia por fluorescência de raios-x (EDX), para a determinação de sua composição química. O estudo foi efetuado com cada uma das seis temperaturas, variando de 500ºC a 1000ºC. A Tabela 1 mostra em forma de óxidos os compostos químicos para cada

6 6 temperatura. Nota-se uma grande semelhança de composição entre os grupos. Tabela 1- Composição Química do Resíduo Óxidos (%) 500ºC 600ºC 700ºC 800ºC 900ºC 1000ºC Média SiO 2 46,3 45,9 45,9 46,4 57,2 47,7 48,23 Al 2 O 3 39,1 38,3 38,0 37,9 33,1 37,4 37,30 Fe 2 O 3 8,6 9,5 8,5 8,3 3,2 8,5 7,77 SO 3 2,0 1,6 2,3 2,4 1,6 1,9 1,97 TiO 2 1,7 1,7 1,7 1,6 1,3 1,6 1,60 K 2 O 1,7 2,4 2,5 2,7 2,7 2,3 2,38 Outros 0,6 0,6 1,1 0,7 0,9 0,6 0, Índice de Atividade Pozolânica A atividade pozolânica foi determinada através de um ensaio químico onde se compara a quantidade de hidróxido de cálcio presente na fase líquida em contato com o cimento hidratado com a quantidade de hidróxido de cálcio que poderia saturar um meio de mesma alcalinidade (NBR 5753 Método de determinação da atividade pozolânica em cimento portland pozolânico) Ensaio de Resistência de Argamassas O objetivo dos ensaios foi avaliar a influência do teor de substituição e da temperatura de queima na resistência à compressão comparando o desempenho das diferentes amostras. As argamassas foram confeccionadas conforme a NBR com substituições de 10%, 20% e 30% da massa de cimento pelo RTM. O traço utilizado foi 1:3 (material cimentício:areia), com uma relação água/aglomerante igual a 0,63, atendendo as prescrições de teor de água para obtenção do índice de consistência padrão (NBR 13276) para a argamassa de referência (sem substituições), e foram rompidas aos 7,14 e 28 dias de acordo com a NBR (1996). 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1 Moagem do RTM Os materiais coletados nas seis Indústrias Cerâmicas foram moídos em quatro tempos: 0.5h, 1h, 2h e 4h. Os resultados são apresentados a seguir:

7 7 30 min de Moagem 500ºC 600ºC 700ºC 800ºC 900ºC 100ºC 100,00 90,00 80,00 % Passando 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0,001 0,01 0,1 1 Diâmetro (mm) Figura 1 Granulometria do RTM moído durante 30 minutos. Finura por Tempo de Moagem ( 800ºC) 0,5 h 1 h 2 h 4 h 100,00 90,00 80,00 % Passando 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0,001 0,01 0,1 1 Diâmetro (mm) Figura 2 Granulometria do RTM 800 C. Entre os tempos de 30 minutos e 1 hora ocorreu uma diminuição do tamanho dos grãos bem significativa, enquanto que para os tempos de 2 horas e 4 horas se observou uma diminuição mais suave. A recristalização da metacaulinita que ocorre em temperaturas mais elevadas onde o material torna-se mais resistente, permitiu que as curvas referentes à temperatura de 800ºC se comportassem de forma muito similar as de 500ºC e 600ºC.

8 8 Obteve-se maiores grãos Para os quatro tempos de moagem nas temperaturas mais elevadas, 900ºC e 1000ºC, isso se deve ao fato que as cerâmicas tornamse mais resistentes a temperaturas mais elevadas. 4.2 Índice de Atividade Pozolânica 16 RTM Teor de Hidróxido de Cálcio Alcalinidade Isoterma 500ºC - 15% 500ºC - 50% 600ºC - 15% 600ºC - 50% 700ºC - 15% 700ºC - 50% 800ºC - 15% 800ºC - 50% 900ºC - 15% 900ºC - 50% 1000ºC - 15% 1000ºC - 50% Cimento Figura 7 Gráfico Teor de Cálcio x. Alcalinidade Neste ensaio, os pontos que estão abaixo da curva são considerados pozolânicos, e quanto mais distantes estão da curva, mais pozolânicos. Os resultados demonstraram-se bastante coerentes, visto que, as amostras com 15% de substituição se localizaram mais próximas da curva que as com teor de 50%, ou seja, maior porcentagem de RTM resultou em maior pozolanicidade. A propriedade da metacaulinita sofrer uma recristalização as temperaturas mais elevadas justifica o fato das temperaturas mais baixas (500 C,600 C e 700 C) com 50% de RTM terem sido as mais pozolânicas, esse novo arranjo por ser mais cristalino e melhor organizado torna o material mais estável, menos reativo e menos pozolânico.

9 9 4.3 Ensaio de Resistência de Argamassas 10% de Substituição Resistência em Mpa Referência 500º C 600º C 700º C 800º C 900º C 1000º C Dias Figura 3 Resistência à compressão de argamassas com 10% de substituição. 20% de Substituição Reistência em Mpa Referência 500º C 600º C 700º C 800º C 900º C 1000º C Dias Figura 4 Resistência à compressão de argamassas com 20% de substituição. 30% de Substituição Resistência em Mpa Referência 500º C 600º C 700º C 800º C 900º C 1000º C Dias Figura Resistência à compressão de argamassas com 30% de substituição.

10 10 As curvas à 900ºC não ultrapassaram os valores de referência, para nenhum dos teores de substituição. Segundo MOTHÉ (2004), no intervalo de 750ºC a 900º a metacaulinita sofre uma mudança em sua estrutura cristalina, este fato pode ter determinado este comportamento típico de um material não pozolânico para a curva a 900 C, o mesmo efeito seria responsável por a curva de 800 C ter ficado abaixo da curva de 700 C. Como era esperado, pelo fato de estar próximo ao patamar de temperatura (489 C- MOTHÉ,2004) em que ocorre a transformação da caulinita em metacaulinita, a temperatura de 500 C se manteve acima dos valores de referência, exceto para o teor de 30% de substituição, teor este considerado alto em literaturas especializadas em materiais pozolânicos, fato que se comprova pelo baixo desempenho de todas as temperaturas para este índice de substituição. 5. CONCLUSÃO A utilização do Resíduo de Tijolo Moído como aditivo mineral (pozolana), se revelou viável para todas as temperaturas abordadas por este trabalho. Este fato pode ser confirmado pelo ganho de resistência à compressão em argamassas, para todas as temperaturas, também pode ser observado neste ensaio que para teor de substituição maior ou igual a 30% os resultados não são muito satisfatórios O comportamento do material em todas as análises realizadas, foi determinado pela recristalização que o mesmo sofre por volta de 900 C, na granulometria os resíduos produzidos acima deste patamar de temperatura se fragmentaram menos, devido a maior resistência mecânica alcançada após a recristalização. A resistência à compressão das argamassas produzidas com resíduo a temperaturas mais elevadas, apesar de maiores do que a referência, foram menores que das argamassas produzidas com RTM a temperaturas mais baixas. Esta atividade pozolânica em menor grau foi comprovada pó meio do Índice de Atividade Pozolânica, onde os materiais acima do patamar de recristalização apresentaram menor atividade pozolânica nas duas porcentagens de substituição (15% e 50%).

11 11 6. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA I. S. RAMOS, et al. Dimensionamento da industria cerâmica em Campos dos goytacazes RJ. Universidade estadual do Norte Fluminense Laboratório de Engenharia Civil - Oficina de Geologia e Geoprocessamento, L.P. MOTHÉ. Determinação do processo ideal de produção da metacaulinita por meio da análise de sua atividade pozolânica. Laboratório de Engenharia Civil/UENF,2004 (Dissertação de Mestrado). V. M. JOHN. Durabilidade de compósitos de cimentos e fibras vegetais. WORKSHOP DURABILIDADE DAS CONSTRUÇÕES, Anais. São Leopoldo/rs: v.i. p apud Barata, M.S.(2002). F. SABOYA Jr., et al (2000) Estudos sobre a qualidade de peças estruturais em cerâmica vermelha, englobando propriedades tecnológicas e procedimentos de execução. Projeto Jovem Cientista "Desenvolvimento do Pólo Cerâmico de Campos". Universidade Estadual do norte Fluminense Darcy Ribeiro UENF. G.C. CORDEIRO.Caracterização de resíduo de tijolo moído para uso como aditivo mineral em concretos e argamassas. 44º Congresso Brasileiro do Instituto Brasileiro de Concreto IBRACON (2002). ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Cimento Portland e outros materiais em pó determinação da massa específica. Rio de Janeiro ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR NM 76. Cimento portland determinação da finura pelo método de permeabilidade ao ar (método de Blaine). Rio de Janeiro ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Argamassa para assentamento de paredes e revestimento de paredes e tetos determinação do teor de água para obtenção do índice de consistência-padrão. Rio de Janeiro ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Método de determinação de atividade pozolânica em Cimento Portland Pozolânico. Rio de Janeiro 1980.

12 12 PROPERTIES OF INDUSTRIALIZED MORTARS OF MULTIPLE USES WITH INCORPORATION OF CERAMIC RESIDUE ABSTRACT For consuming great volumes of materials and being present in any region do world, the civil construction is presented today as a viable alternative for recycling of solid residues. The mortar is configured as a propitious material for incorporation of the residues proceeding from the manufacture of ceramic products, which had its embrace of use in the civil construction and the fact of being consumed in great volumes. Aiming at the rational exploitation of the residues proceeding from the ceramic industries, in this work they had been confectioned mortar with incorporation of these rejects. Ahead of this context, the present work has for objective to evaluate the performance of mortars produced with this residue, by means of the following parameters: evolution of the compressive strength, density of mass, incorporated air, water retention, consistency standard, in accordance with national and international standard for industrialized mortars of multiple use. Keywords: ground brick residue, pouzzolan, brick.