ICTR 2004 CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Costão do Santinho Florianópolis Santa Catarina

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1 ICTR 2004 CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Costão do Santinho Florianópolis Santa Catarina UTILIZAÇÃO DE ESCÓRIA DE ACIARIA NA CONFECÇÃO DE MATERIAIS CERÂMICOS Gleicelene Freitas de Souza Patrícia Garcia Borba Rejane Maria Candiota Tubino PRÓXIMA Realização: ICTR Instituto de Ciência e Tecnologia em Resíduos e Desenvolvimento Sustentável NISAM - USP Núcleo de Informações em Saúde Ambiental da USP

2 UTILIZAÇÃO DE ESCÓRIA DE ACIARIA NA CONFECÇÃO DE MATERIAIS CERÂMICOS RESUMO Autores: Gleicelene Freitas de Souza 2 Patrícia Garcia Borba 3 Prof. ª Dra Rejane Maria Candiota Tubino 4 A escória de aciaria elétrica ou de refino tem um aproveitamento muito restrito e um elevado volume gerado, além de ser um problema comum a todas as siderúrgicas do mundo. A proposta de estudo deste material para uso em materiais de construção civil alternativos é muito promissora, principalmente devido aos resultados obtidos nesta pesquisa, em pesquisas. São três as razões que motivaram essa pesquisa. Primeiro, uma preocupação com o esgotamento de reservas de matéria-prima, se não para o país na sua totalidade, pelo menos para regiões específicas. Segundo, a preocupação com a preservação do meio ambiente, afetada pelo volume crescente de resíduos sólidos descartados e, terceiro, em países carentes de matéria-prima, a necessidade de compensar o desequilíbrio econômico provocado pela alta do petróleo, reciclando resíduos sólidos. Com a entrada em vigor das normas da série ISO , em 1996, que visam estabelecer diretrizes para a implementação de Sistemas de Gestão Ambiental, nas diversas atividades econômicas que possam impactar o meio ambiente e para a avaliação e certificação destes sistemas, as normas ambientais transcendem as fronteiras nacionais e colocam a gestão ambiental no mesmo plano já alcançado pela gestão da qualidade. Com este trabalho procurou-se demonstrar a viabilidade técnica de utilização do resíduo em questão como adição ao bloco cerâmico em modelo reduzido queimado em olaria em relação ao bloco convencional, também em modelo reduzido. Palavras chave: escória, aciaria, argila, reciclagem. 2 Engenheira civil ( gleicelene@hotmail.com) 3 Engenheira civil ( patriciagborba@hotmail.com) 4 Professora, doutora em Engenharia. ( geyer@eec.ufg.br) 4452

3 Objetivo O presente trabalho tem como objetivo o estudo da utilização de escórias geradas em aciarias elétricas na confecção de materiais cerâmicos. Uma vez que a escória de aciaria ou refino tem um aproveitamento muito restrito e um elevado volume gerado, além de ser um problema comum a todas as siderúrgicas do mundo, a proposta de estudo deste material para uso em materiais de construção civil alternativos é muito promissora. Introdução Entre as muitas diretrizes que se pode seguir, objetivando o barateamento da construção, encontra-se a pesquisa de materiais alternativos aos utilizados tradicionalmente. Sendo o consumo de combustível, quer na produção, quer no transporte, um parâmetro que tem peso considerável no preço do material de construção, depreende-se que a pesquisa de materiais alternativos deve basear-se na redução desse consumo. A literatura indica que nos últimos anos tem crescido significativamente o número de pesquisadores voltados para estudos de aproveitamento geral dos resíduos industriais e urbanos, como GEYER (2001), ALVES (2002), VIEIRA JR et al (2001), entre outros. São três as razões que motivaram essa pesquisa. Primeiro, uma preocupação com o esgotamento de reservas de matéria-prima, se não para o país na sua totalidade, pelo menos para regiões específicas. Segundo, a preocupação com a preservação do meio ambiente, afetada pelo volume crescente de resíduos sólidos descartados e, terceiro, em países carentes de matéria-prima, a necessidade de compensar o desequilíbrio econômico provocado pela alta do petróleo, reciclando resíduos sólidos. Com a entrada em vigor da série ISO , em 1996, que é o conjunto de normas elaboradas pela ISO International Organization for Standartization, que visa estabelecer diretrizes para a implementação de Sistemas de Gestão Ambiental, nas diversas atividades econômicas que possam impactar o meio ambiente e para a avaliação e certificação destes sistemas, as normas ambientais transcendem as fronteiras nacionais e colocam a gestão ambiental no mesmo plano já alcançado pela gestão da qualidade. De acordo com VALLE (1995), a grande vantagem incorporada no programa de normalização da série ISO é que haverá, seguramente, maior conscientização e maturidade da sociedade com relação aos temas ambientais, provocando um efeito positivo no comportamento das empresas e gerando atitudes pró-ativas em favor da qualidade ambiental. Os resíduos a serem reciclados determinam a minimização de problemas posteriores relativos à deposição de lixo, desta forma eliminam um custo social devido à poluição ambiental e dão utilidade a estes materiais residuais. De acordo com a definição adotada pela agência americana EPA (Environmental Protection Agency) citada por VALLE (1995), reciclar é a ação de coletar, reprocessar, comercializar e utilizar materiais antes considerados como lixo. Com base em VON KRÜGER, (1995) as escórias de alto-forno e escórias de aciaria correspondem a cerca de 75% do total dos resíduos de uma usina siderúrgica. O autor cita que as escórias de aciaria têm como destinação comum a de agregado na construção civil, na pavimentação de estradas de rodagem e como lastro de ferrovias, sendo que em todos os casos ela deve passar, antes, por período de cura. Como agregado, na construção civil, ela substitui parcialmente a brita. Conforme sua observação, atualmente há indícios de aumento das destinações para a construção civil. 4453

4 Materiais e Métodos Análise da Escória Caracterização da escória de aciaria A escória utilizada é proveniente de uma siderúrgica do Rio Grande do Sul recebida em sua forma natural de uma única corrida do forno elétrico. A escória usada nos ensaios é nova. Depois de recebido, o material foi depositado no laboratório de Materiais de Construção da Escola de Engenharia Civil em condições seguras. Ensaio de resistência à compressão e absorção dos blocos cerâmicos furados. Para estes ensaios foram moldados tijolos em modelo reduzido com o auxílio de um equipamento de extrusão. Os tijolos em modelo reduzido foram confeccionados em uma máquina de extrusão manual, sendo composta por motor, corpo e boquilha, que é retirada a cada uso para a lavagem do aparelho (figura 1). Primeiramente foi pensado em moldar os corpos-de-prova em uma proporção de 50% de escória, tendo em vista resultados consultados em pesquisas anteriores (VIEIRA JÚNIOR et al, 2001) que concluíram que para porcentagens de escória entre 50% e 60% nota-se melhores resultados, para tijolos de solo-cimento-escória. Partiu-se do valor de 50% de adição de escória e, como pode ser observado na foto 5.1, a mistura não ficou coesa o suficiente para a extrusão. Figura 1 Extrusão que falhou. Passou-se então para 40%, 30%, 20%, 10% e ainda assim não foi satisfatório. Ao moldá-los com 5% foi observado que a mistura satisfez as condições para a extrusão (figura 2), da mesma maneira que foram moldados os corpos-de-prova testemunho (sem adição). 4454

5 Figura 2 Extrusão dos blocos com adição. Primeiramente a mistura era preparada a seco, para garantir o percentual correto de cada componente. A mistura foi feita manualmente. O teor de água utilizado para a mistura (figura 3) foi de aproximadamente 23%, obtido quando a mesma apresentava um aspecto homogêneo, plástico e quando se apertava na mão não grudava mais. Esta é a maneira que o teor de água para argila é avaliada em olarias. Figura 3 Preparo da mistura e adição de água. Após a homogeneização dos materiais, a mistura ficou em descanso por três a quatro dias, para que a hidratação alcançasse o interior dos grãos (figura 4). Figura 4 Acondicionamento da mistura para a hidratação. A confecção dos tijolos é feita com a compressão da mistura pela cavidade superior da máquina de extrusão por um pilão com a força mecânica humana. Quando a mistura alcança a parte frontal da máquina inicia-se a extrusão, com auxílio de um motor que gira uma rosca contínua. Sai através da boquilha um trecho contínuo que, ao completar o comprimento da superfície de apoio, desliga-se a máquina para proceder o corte dos corpos-de-prova através de fios. Retira-se aqueles já moldados e continua-se com a extrusão. 4455

6 Os corpos-de-prova ficaram secando até que perdessem toda sua umidade (figura 5), para que pudessem ser levados ao forno. Foi utilizado um forno tipo mufla de uma olaria da região. Após a queima durante 7 dias, os corpos-de-prova estavam preparados para os ensaios. Estes podem ser observados na figura 6. Figura 5 Blocos furados com e sem adição em secagem à temperatura ambiente. Figura 6 Blocos furados em tamanho reduzido, com e sem adição, após a queima. Para o ensaio de absorção, obteve-se o peso seco de três amostras de cada tipo, sendo corpos-de-prova testemunho (três em tamanho normal e três de tamanho reduzido) e corpos-de-prova com 5% de adição de escória de aciaria. A medição das dimensões dos corpos-de-prova foi feita com o auxílio de um paquímetro (figura 7). Figura 7 Medição das dimensões. Os corpos-de-prova foram capeados e, como se observa nas figuras 8 e 9 deixados secar para imergi-los em água. 4456

7 Figura 8 Blocos cerâmicos grandes capeados. Figura 9 Blocos cerâmicos pequenos capeados. Os corpos-de-prova foram submetidos à câmara úmida por 24 horas a fim de que ficassem saturados para o ensaio de resistência à compressão (feito nas piores condições de acordo com a norma NBR 6461 (ABNT, 1983)). Quando alcançada a saturação, os corpos-de-prova foram submetidos ao ensaio de resistência à compressão utilizando uma prensa hidráulica com precisão de 10N. O ensaio pode ser observado na figura 10 e os resultados na tabela 3. Figura 10 Ensaio de resistência à compressão Para o ensaio de absorção, os tijolos foram secos em estufa para alcançarem a constância de massa, pesados e submetidos à saturação através da fervura por duas horas de acordo com a norma NBR 8947 (ABNT, 1985). Da diferença entre as duas massas obteve-se o percentual de absorção. Os resultados estão na tabela

8 RESULTADOS E DISCUSSÃO Caracterização da escória Os resultados dos ensaios de caracterização da escória estão dispostos na tabela 2. Tabela 1 Resumo dos resultados de caracterização da escória de aciaria Porção de Finos da Escória Módulo Diâmetro de Finura Máximo Módulo de Finura Diâmetro Máximo (mm) Porção Total da Escória Massa Unitária (g/cm³) Massa específica (g/cm³) Teor de materiais Pulverulentos (mm) 4,074 12,7 5,366 19,0 1,863 2, ,2 % Resistência à compressão Os ensaios de resistência à compressão encontram-se na tabela 3 e na figura 11. Tabela 2 Ensaio de Resistência à compressão para blocos cerâmicos furados. Corposdeprova Comprimento (mm) Largura (mm) Área (mm²) Carga (N) Resistência à Compressão (MPa) Média (MPa) Desvio padrão Modelos reduzidos com escória (MR5%E) I 66,8 32, ,36 II 67 32,3 2164, ,4 2,38 0,02 III 66,9 32,4 2167, ,38 Modelos reduzidos sem escória (MRS/E) I 66, , ,68 II 66,8 32,2 2150, ,2 1,94 0,26 III 66,7 32,6 2174, ,94 Blocos Cerâmicos furados de tamanho comercial (BCF) I ,58 II ,6 0,59 0,01 III ,

9 Resistência à Compressão (MPa) 2,5 2 1,5 1 0,5 0 2,38 1,94 0,59 MR5%E MRS/E BCF Limite estabelecido na NBR 7171 (ABNT, 1992). Figura 11 Ensaio de Resistência à compressão para blocos cerâmicos furados. Do gráfico da figura 6.1 conclui-se que a adição de escória, mesmo em pequena proporção (5%), contribuiu para o aumento médio de resistência à compressão dos blocos cerâmicos em 22,68%. O que não se esperava era que o bloco comercial fornecesse um valor de resistência à compressão abaixo do estipulado pela norma NBR 7171 (ABNT, 1992) que é de 1,0 MPa para blocos classe 10. Outros autores já encontraram problemas similares em termos de resistência para outras partes do país, como é o caso de ALVES (2002) que, analisando blocos cerâmicos de Minas Gerais, encontrou valores médios entre 0,2 e 0,9 MPa. Já OLIVEIRA (2002), analisando várias olarias do estado de Goiás, encontrou valores médios entre 1,5 e 2,4 MPa. O que demonstra uma certa falta de padronização desse tipo de material que vem sendo observada nos fornecedores nacionais. No intuito de minimizar este tipo de problema, ALVES (2002), analisando os processos das olarias estudadas, propõe a manutenção e troca das boquilhas velhas da extrusora por boquilhas novas e o manuseio adequado da retirada dos blocos da correia para evitar a deformação do bloco verde, ou seja, do bloco que ainda não foi submetido à queima. Recomendou-se que posteriormente fosse efetuada a troca da base dos carrinhos de transporte, uma vez que as bases de latão estavam deformadas pelo longo tempo de uso. Recomendou-se também a instalação de termostatos nos fornos a fim de controlar de forma mais adequada a temperatura de queima. Absorção dos blocos cerâmicos A tabela 4 e a figura 12 trazem os resultados dos ensaios de absorção para os blocos cerâmicos estudados. 4459

10 Tabela 3 Ensaio de Absorção para blocos cerâmicos furados. Corpos-deprova Massa seca (g) Massa úmida (g) Absorção (%) Modelos reduzidos com escória (MR5%E) I ,50 II ,38 III ,28 Modelos reduzidos sem escória (MRS/E) I ,60 II ,46 III ,60 Média (%) Desvio padrão 15,72 0,49 17,55 0,08 Blocos Cerâmicos furados de tamanho comercial (BCF) I ,69 II ,73 15,70 1,02 III , Absorção (%) ,72 17,55 15, MR5%E MRS/E BCF Limite estabelecido na NBR 7171 (ABNT, 1992). CONCLUSÕES Figura 12 Ensaio de Absorção para blocos cerâmicos furados. As principais conclusões obtidas neste trabalho foram: a) A adição de escória, mesmo em pequena proporção (5%), contribuiu para o aumento médio de resistência à compressão dos blocos cerâmicos em 22,68%. 4460

11 b) Não houve influência do acréscimo de escória na capacidade de absorção de água pelos blocos cerâmicos, estando estes dentro dos limites estabelecidos pela norma NBR 7171 (ABNT, 1992). 4461

12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALVES, Berenice Vilela Alvarenga. Estudo da viabilidade de aproveitamento de um resíduo da estação de tratamento de efluentes da indústria siderúrgica para o preparo de elementos de alvenaria. 2002, 79p. Dissertação (Mestrado em Tecnologia), Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, ABNT NBR Bloco Cerâmico para alvenaria Verificação da resistência à Compressão. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, ABNT NBR Bloco Cerâmico para alvenaria - Especificação. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, ABNT NBR Telha cerâmica Determinação da massa e da absorção de água; Método de Ensaio. Rio de Janeiro, GEYER, R. M. T. Estudo sobre a Potencialidade de Uso das Escórias de Aciaria como Adição ao Concreto. Porto Alegre, p.: Tese (Doutorado em Engenharia). Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais, UFRGS. p OLIVEIRA, Keila Regina Bento de. Avaliação dos blocos cerâmicos produzidos para a região metropolitana de Goiânia - GO. 2002, 203p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil), Universidade Federal de Goiás, VIEIRA JÚNIOR, Adonídio Neto; COSTA, Ana Flávia Camilo; ROCHA, Anderson Padovani; PAIVA JÚNIOR, José Antônio Peixoto de. Uso de Escória de Aciaria para Confecção de Tijolos de Solo-Cimento Projeto Final de Curso Superior, Escola de Engenharia Civil, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, VALLE, Ciro Eyer do. Qualidade Ambiental: como ser competitivo protegendo o meio ambiente: (como se preparar para as Normas ISO 14000). São Paulo: Pioneira (Biblioteca Pioneira de Administração e negócios), p.71-94, VON KRÜGER, Paulo. Panorama Mundial de Aproveitamento de Resíduos na Siderurgia. Metalurgia & Materiais, p , fev