ANGELINA DO NASCIMENTO OLIVEIRA ESTUDO DA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO CIMENTO PORTLAND POR RESÍDUOS DE CERÂMICA VERMELHA

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLOGICAS CURSO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA ANGELINA DO NASCIMENTO OLIVEIRA ESTUDO DA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO CIMENTO PORTLAND POR RESÍDUOS DE CERÂMICA VERMELHA MOSSORÓ-RN 2012

ANGELINA DO NASCIMENTO OLIVEIRA ESTUDO DA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO CIMENTO PORTLAND POR RESÍDUOS DE CERÂMICA VERMELHA Monografia apresentada à Universidade Federal Rural do Semi - Árido UFERSA, Departamento de Ciências Ambientais e Tecnológicas para a obtenção do título de Bacharel em Ciência e Tecnologia. Orientadora: Profª. Dra. Sc. Marilia Pereira de Oliveira UFERSA. MOSSORÓ-RN 2012

Bibliotecária: Vanessa de Oliveira Pessoa CRB15/453 Ficha catalográfica preparada pelo setor de classificação e catalogação da Biblioteca Orlando Teixeira da UFERSA O48s Oliveira, Angelina do Nascimento. Estudo da substituição parcial do cimento portland por resíduo de cerâmica vermelha. / Angelina do Nascimento Oliveira. -- Mossoró, 2012. 62 f.: il. Monografia (Graduação Ciência e tecnologia) Universidade Federal Rural do Semi-Árido. Orientador: Drª. Marilia Pereira de Oliveira. 1. Resíduo de cerâmica vermelha. 2. Caulim calcinado. 3. Resistência a compressão. 4. Pozolana I. Título. CDD: 666.3

DEDICATÓRIA Aos meus pais que me apoiaram sempre e me deram forças para nunca desistir de buscar meus objetivos. Aos meus irmãos, por estarem sempre próximos nos momentos que mais precisei.

AGRADECIMENTOS A Deus primeiramente, que me deu força e coragem para ir em busca dos meus sonhos. Aos meus pais e minha família, de onde retiro forças para continuar e pelos quais luto para alcançar meus objetivos. A minha orientadora Marilia Pereira de Oliveira, por colaborar nesse projeto, pela paciência, amizade e companheirismo que me dedicou na realização deste trabalho. Aos amigos, pelo o incentivo e apoio. Aos colegas pela amizade, compreensão e incentivos dedicados durante esta pequena etapa de nossa convivência. A todos, que de alguma forma contribuíram para a concretização deste sonho.

RESUMO A utilização de resíduos de cerâmica vermelha como material pozolânico na substituição parcial do cimento Portland em concretos e argamassas tem sido estudado por vários pesquisadores que atestam a sua utilização, não somente pela melhoria das propriedades mecânicas que os resíduos podem proporcionar, sobretudo pelos benefícios ambientais promovidos quando se reduz o consumo de clinquer e se melhora a durabilidade destes materiais. Este trabalho teve como objetivo revisar através da literatura as propriedades e características de resíduo da cerâmica vermelha e da argila calcinada (caulim calcinado), como substituição parcial do cimento Portland, analisando a resistência das matrizes de cimento nos esforços de compressão simples. Através de resultados obtidos nestes estudos, verificou-se aumento da resistência à compressão de corpos-de-prova em diferentes idades, utilizando resíduo moído de blocos cerâmicos em substituição do cimento Portland. Já para amostras com argila calcinada, substituições parciais do cimento Portland com até 30% proporcionaram ganhos na resistência à compressão simples em vários períodos de cura. Estes materiais se apresentam como um material mais fino de maior área específica que provocam refinamento dos poros em concretos e argamassas, e consequentemente aumento na resistência à compressão simples, dessa forma proporcionando melhor desempenho mecânico. Palavras chave: resíduo de cerâmica vermelha, caulim calcinado, resistência à compressão, pozolana.

LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Cúpula do Panteon de Roma... 15 Figura 2 - Vulcão Vesúvio-Itália... 16 Figura 3 - Ataque por sulfato presente na água do mar no concreto... 28 Figura 4 - Corrosão na armadura em estrutura de concreto... 30 Figura 5 - Reações álcalis agregado em estruturas de concreto... 32 Figura 6 - Calor de hidratação X % de material pozolânico... 34 Figura 7 - Resíduo da Indústria Cerâmica... 39 Figura 8 - Resíduo da Indústria Cerâmica... 40 Figura 9 - Trabalhabilidade de concretos com teores de substituição de cimento por resíduo cerâmico... 44 Figura 10 - Resistência a Compressão Simples (RCS) de concretos contendo resíduo de cerâmica vermelha (RC) com diferentes teores de substituição do cimento curados a temperatura ambiente... 45 Figura 11 - Resistência à Compressão Simples (RCS) de concretos contendo resíduo de cerâmica vermelha (RC) com diferentes teores de substituição do cimento curados a 55 C.. 45 Figura 12 - Curva granulométrica do cimento CP - II F 32... 48 Figura 13 - Curva granulométrica da metacaulinita (MK1)... 49 Figura 14 - Curva granulométrica do resíduo cerâmico moído... 50 Figura 15 - Resistência à compressão simples das argamassas de referência e com caulim calcinado... 58

LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Expansão de corpos-de-prova imersos em sulfatos (solução 10%Na2SO4)... 29 Tabela 2 - Perda de resistência à compressão (solução 4% Na2SO4)... 29 Tabela 3 - Penetração de água em pastas de cimento Portland e pozolana... 35 Tabela 4 - Caracterização Física do Cimento CPIIF-32 POTY... 38 Tabela 5 - Proporção e consumo dos materiais utilizados no programa experimental... 41 Tabela 6 - IAP com cal do RC e sua variação com a finura... 42 Tabela 7 - IAP com a cal da pozolana FC e sua variação com a finura... 43 Tabela 8 - Propriedades químicas e físicas do cimento CP II F 32... 47 Tabela 9 - Programa experimental desenvolvido e consumo dos materiais por m³... 51 Tabela 10 - Resistência à compressão axial em função da idade dos concretos avaliados... 52 Tabela 11 - Resistência à compressão axial relativa (fcpz) em função da idade e tipo de pozolana... 53 Tabela 12 - Índice de atividade pozolânica com a cal das amostras de caulim calcinadas nas diversas temperaturas... 56 Tabela 13 - Índice de atividade pozolânica com o cimento das amostras de caulim, calcinadas nas diversas temperaturas... 57

LISTA DE ABREVIATURAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ACI American Concrete Institute CP II F 32 Cimento Portland tipo II com adição de fíller calcário CP II Z 32 Cimento Portland tipo II com adição de pozolâna CAC Concreto contendo Areia Artificial Classificada CBL Concreto contendo mistura binária CMK1 Concreto contendo Metacaulinita CRC Concreto contendo Resíduo de Cerâmica vermelha FC Pozolana Convencional fc pz - Resistência a compressão axial relativa IAP Índice de Atividade Pozolânica MK1 Metacaulinita Comercial RC Resíduos de Cerâmica Vermelha Moída RCS Resistencia a Compressão Simples PIB Produto Interno Bruto

SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO... 14 2. OBJETIVOS... 17 2.1 OBJETIVO GERAL... 17 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS... 17 3. METODOLOGIA... 18 4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 19 4.1 POZOLANA... 19 4.1.1 Definição... 19 4.1.2 Classificação... 20 4.1.3 Composição Química... 21 4.2 EFEITOS DA ADIÇÃO POZOLÂNICA COMO SUBSTITUIÇÃO PARCIAL NO CIMENTO PORTLAND... 22 4.2.1 Atividade Pozolânica... 24 4.3 CONCRETO COM ADIÇÕES POZOLÂNICAS... 25 4.4 BENEFÍCIOS DA POZOLANA NO CONCRETO... 27 4.4.1 Resistência a Sulfatos... 27 4.4.2 Resistência aos Cloretos... 30 4.4.3 Inibição da Reação Álcalis-Agregado... 31 4.4.4 Resistência Mecânica... 32 4.4.5 Redução do calor de hidratação... 34 4.4.6 Redução da Permeabilidade... 35 5. CERÂMICA VERMELHA... 36 5.1 Indústria Da Cerâmica Vermelha... 36 5.2 Matéria - Prima Da Cerâmica Vermelha... 37 6. TRABALHOS DESENVOLVIDOS COM A UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS DE CERÂMICA VERMELHA E ARGILA CALCINADA... 38

6.1 ESTUDO DO APROVEITAMENTO DE RESÍDUOS DE CERÂMICA VERMELHA COMO SUBSTITUIÇÃO POZOLÂNICA EM ARGAMASSAS E CONCRETOS POR VIEIRA (2005)... 38 6.1.1 Materiais e Métodos... 38 6.1.1.1 Ensaios de Índice de Atividade Pozolânica com a Cal... 40 6.1.1.2 Dosagem dos Concretos e Argamassas... 41 6.1.1.3 Ensaios de Resistência a Compressão Simples dos Concretos... 41 6.1.2 Discussões... 42 6.1.2.1 Índice de atividade pozolânica (IAP) com a cal... 42 6.1.2.2 Influência do Teor de Substituição Parcial do Cimento e da Temperatura de Cura em Concretos contendo Resíduo Cerâmico... 43 6.1.2.2.1 Variação da consistência dos concretos pelo o acréscimo do RC 43 6.1.2.2.2 Resistência à Compressão Simples dos Concretos com Adição de RC 44 6.2 DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE CONCRETOS DE BAIXO IMPACTO AMBIENTAL CONTENDO ARGILA CALCINADA E AREIA ARTIFICIAL, POR GONÇALVES (2005)... 46 6.2.1 Materiais e Métodos... 47 6.2.1.1 Dosagem dos concretos... 50 6.2.1.2 Produção dos concretos... 51 6.2.2 Resultados e Discursões... 52 6.2.2.1 Resistência à compressão axial... 52 6.3 POTENCIALIDADES DE UM CAULIM CALCINADO COMO MATERIAL DE SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO CIMENTO PORTLAND EM ARGAMASSAS, POR OLIVEIRA (2006)... 54 6.3.1 Materiais e Métodos... 54 6.3.1.1 Índice de atividade pozolânica com a cal... 55 6.3.1.2 Índice de atividade pozolânica com o cimento... 55

6.3.1.3 Resistência à compressão simples... 55 6.3.2 Resultados e discussões... 56 6.3.2.1 Índice de atividade pozolânica com a cal... 56 6.3.2.2 Índice de atividade pozolânica com o cimento... 57 6.3.2.3 Resistência à compressão simples... 57 7. CONCLUSÃO... 60 REFERÊNCIAS... 61

14 1. INTRODUÇÃO Entre as muitas diretrizes que se pode adotar, objetivando o barateamento da construção, a diminuição da poluição do meio ambiente e o uso alternativo de resíduos industriais provindos de construções civis, busca-se pesquisar meios alternativos que devam se basear no propósito do alcance desses resultados. O cimento é o material que apresenta o maior custo na produção de concreto e de argamassa devido à quantidade de energia gasta durante seu processo industrial, além de emitir uma grande quantidade de dióxido de carbono na atmosfera durante sua fabricação, contribuindo para o aquecimento global. Portanto, qualquer estudo a respeito de materiais que possam suprir parcialmente o clínquer, tanto na fabricação do cimento Portland como nos próprios concretos e argamassas por materiais suplementares, traz benfeitorias em relação à economia e ao meio ambiente. A geração de resíduos provindos da construção civil é motivo de preocupação para a sociedade no que diz respeito à preservação ambiental e a qualidade de vida da população em geral, em que exigem um destino final reservado aos resíduos, que muitas vezes são depositados clandestinamente, em terrenos baldios, logradouros públicos, vias e áreas de preservação permanente. Além de construtoras que pretendem se livrar desses rejeitos e nem sempre possui destinação adequada. Essa problemática sempre esteve presente no Brasil, sendo que nas ultimas duas décadas ela vem recebendo uma maior atenção devido à grande quantidade que é produzida. No entanto, a construção civil por estar sempre procurando desenvolver novas tecnologias, busca minimizar os impactos ambientais, reduzir os custos de produção e amenizar os problemas causados pelos os resíduos industriais por intermédio da reciclagem e reutilização desses produtos que simplesmente seriam considerados inservíveis. Em vista disso, procurou-se desenvolver estudos sobre a substituição parcial do cimento por esses resíduos, a qual mostra alternativas viáveis, com vantagens de cunho técnico, econômico e ambiental. Em vista disso, neste contexto um dos desafios para os pesquisadores, seria então a investigação de processos para a obtenção de materiais alternativos. Os materiais

15 suplementares usados na substituição parcial do cimento Portland podem ser resíduos industriais (telhas, tijolos, e blocos cerâmicos), ou produtos naturais (cinzas vulcânicas, argilas calcinadas, que, apesar de beneficiados industrialmente, requeiram menos energia em seu processo de fabricação). O uso de cerâmica vermelha moída nada mais é do que o uso de uma argila calcinada, com vantagens de cunho técnico, de baixo custo econômico e ambiental. Os romanos já tinham conhecimento das propriedades desses materiais, sendo que eram usados como ligantes baseados no uso com a cal hidratada e não como substituto parcial do cimento Portland. O princípio atual desses materiais de substituição do cimento é o mesmo descoberto na antiguidade quando fizeram diversos tipos de construções com os citados ligantes, entre essas obras majestosas construídas tem-se o Panteon de Roma (figura 1), obra que desafia milênios por sua resistência e durabilidade. Figura 1 - Cúpula do Panteon de Roma http://arci53.blogspot.com.br/2008/08/4-grande-revoluo-na-arte-de-projetare.html Fonte: As cinzas vulcânicas na antiguidade também exerciam um papel como ligante quando eram misturados com cal e água. Essas cinzas são geradas a partir de erupções vulcânicas que podem garantir uma grande durabilidade em construções feitas por esse

16 material cimentício. O reservatório de água de Kmirus, na Grécia é um exemplo disso, com existência a mais de três mil anos. Essas cinzas eram exploradas pelos romanos para a fabricação do chamado cimento romano, onde era composto pelas cinzas provindas do vulcão Vesúvio (Figura 2) e cal hidratada situado na cidade de Pozzuoli. Figura 2 - Vulcão Vesúvio-Itália Fonte: http://www.votedeadsea.com/pt/candidates Esses materiais que por si só não possuem poder aglomerante, mas quando moídos e em presença de água, à temperatura ambiente, reagem com o hidróxido de cálcio produzido na hidratação do cimento e insolúveis em água são chamados de materiais pozolânicos. As argilas são os materiais pozolânicos artificiais mais apontados, usado como adição pozolânica em concretos e argamassas por obter subprodutos que apresentem um bom potencial pra essa utilização, além do proposito de amenizar a grande quantidade de resíduos cerâmicos que estão descartados sem um determinado fim. A adição pozolânica em argamassas e concretos produz estruturas menos porosas, melhorando a permeabilidade, aumentando a resistência à compressão, e até mesmo inibindo a reação álcali-agregado.

17 2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GERAL Este trabalho tem como objetivo estudar a influência do resíduo cerâmico na substituição parcial do cimento Portland como adição pozolânica em concretos e argamassas, analisando as propriedades mecânicas como, a resistência à compressão simples. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Foram assim definidos os objetivos específicos: Estudar a pozolana; Estudar o efeito da adição pozolânica sobre o cimento Portland; Estudar concretos e argamassas com adições pozolânicas; Estudar o resíduo da indústria de cerâmica vermelha; Estudar o efeito da substituição parcial do cimento Portland por resíduo moído de cerâmica vermelha. Estudar o uso do caulim calcinado como material de substituição parcial do cimento Portland.

18 3. METODOLOGIA O presente trabalho será elaborado a partir da junção de dados através de teses, dissertações, publicações de artigos que tratam da utilização de resíduos cerâmicos como substituição parcial do cimento na confecção do concreto e argamassa.

19 4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 4.1 POZOLANA 4.1.1 Definição No século XIX, antes do surgimento do cimento Portland a pozolana era o material considerado pioneiro no uso de construções de estruturas hidráulicas e de alvenaria do mundo. Entretanto, como surgimento do cimento, o material pozolânico perdeu espaço em consequência da comparação característica feita entre ambos, sendo que a pozolana apresentou desvantagens, menor tempo de pega e menor resistência mecânica. Com tudo, com o passar dos anos sentiu-se a necessidade de usar novamente esse aditivo como substituição parcial do cimento, especialmente pelo o fato do mercado consumidor se fazer exigente com a utilização de materiais sustentáveis e da economia de custos. O nome pozolana remete a Roma antiga. Em que a Zeólita, rocha vulcânica, que é uma denominação genérica de silicatos hidratados de alumínio ou de cálcio, era utilizada pelos romanos. A rocha vulcânica era encontrada aos pés do Monte Vesúvio, em Pozzuoli. Devido ao nome da cidade, o material ficou conhecido como pozolana. Segundo Massazza (1993) o termo pozolana era atribuído originalmente aos materiais naturais de origem vulcânica, com propriedades similares aos da cidade italiana de Pozzuoli, que reage com a cal em presença de água, à temperatura ambiente. Com o decorrer do tempo, a definição foi estendida a outros materiais que, embora de origens diversas, exibem comportamento semelhante. Atualmente considera-se pozolânico todo material inorgânico, natural ou artificial, silicoso ou alumino-silicoso que por si só não apresenta atividade hidráulica. Entretanto, quando finamente moído e em presença de água, reage com o hidróxido de cálcio produzido na hidratação do cimento, formando produtos resistentes (ACI 116-R-00 apud CORDEIRO, 2009, p. 22). Santos (1992) define pozolâna como um material silicoso ou sílico-aluminoso que, por si só, não possui apreciável poder aglomerante hidráulico, mas que, em forma finamente dividida e na presença de umidade, reage quimicamente com o hidróxido de cálcio, em temperaturas próximas a ambiente, formando assim, compostos de poder aglomerante.

20 A resistência e durabilidade da pozolâna podem ser verificadas em obras antigas construídas há milênios, e que existem até hoje como inestimáveis relíquias. Exemplos de obras é o Panteão (templo dos Deuses), o coliseu, além de obras como estádios, basílicas, cisternas, pontes, portos, aquedutos, entre outros. 4.1.2 Classificação Os matérias pozolânicos são aqueles que possuem capacidade de reagir com o hidróxido de cálcio, Ca(OH) 2, em temperatura ambiente, e de formar materiais ou compostos cimentantes de boa dureza. São diversos os materiais que fazem parte dessa composição, e ambos devem ser agrupados e organizados no intuito de avaliarem os seus desempenhos e características químicas e mineralógicas. Os materiais pozolânicos, classificam-se em dois grandes grupos, naturais e artificiais. a) Pozolanas naturais: São materiais obtidos na natureza, que passaram por algum tipo de processo, normalmente são de origem vulcânica, mas também podem ser oriundas de rochas sedimentares ou fósseis. Exemplos de pozolanas naturais: Tufos vulcânicos: São rochas vulcânicas desenvolvidas pela ação hidrotérmica sobre depósitos de materiais magmáticos (cinzas vulcânicas) e/ou pulverização de rochas pré-existentes. Possuem granulação media à fina, com diâmetro inferior a 2 mm. Vidros Vulcânicos: São rochas extrusivas provenientes do resfriamento rápido do magma. São compostos por material vítreo, que não cristaliza, mantendo-se amorfo. As cinzas vulcânicas da ilha de Santorini, na Grécia, são exemplos deste tipo de pozolana. Sílicas opalinas: As sílicas opalinas são muito reativas à cal, devido sua alta área superficial requerer um consumo alto de água. São materiais que possuem uma grande quantidade de argilominerais, sendo necessária a calcinação para sua ativação completa.

21 Terras Diatomáceas: São formadas a partir de compostos hidratados de sílica não cristalina, originados a partir da sedimentação de carapaças de microorganismos. São rochas de origem biogênica com alto teor de sílica amorfa. b) Pozolanas artificiais: São materiais resultantes de processos industriais ou como subprodutos, incluindo a utilização de tijolos e telhas moídas. São pozolanas artificiais: Argilas calcinadas: São materiais provenientes da calcinação de certas argilas, que quando submetidas a temperaturas entre 600 C e 1000 C, transformam-se em um material com estrutura amorfa. Cinzas volantes: É uma das pozolanas artificiais mais comuns, são formadas a partir da combustão de carvão pulverizado ou granulado. São resíduos, finamente divididos que possuem formato esférico ou senosférico. Sílica ativa: É um material resultante do processo de fabricação de ferro-silício ou de silício metálico. É conhecida comercialmente como microssílica. Escória de alto-forno: É um resíduo siderúrgico proveniente da produção do ferro-gusa. Sua formação se dar pela fusão das impurezas do minério de ferro, juntamente com a adição de fundentes (calcário e dolomita) e as cinzas de coque. Outros materiais: São considerados pozolanas ainda outros materiais que não são populares, tais como; cinzas de resíduos vegetais, de rejeito de carvão mineral, e rejeito sílico-aluminoso de craqueamento de petróleo. 4.1.3 Composição Química Há muitos tipos de materiais pozolânicos, sendo que os mesmos possuem grande diferença quanto as suas características, pois existe uma grande multiplicidade de constituintes ativos da pozolana, além de serem bastante complexos os procedimentos físicoquímicos que envolvem suas reações.

22 Segundo Santos (1992), o arranjo químico da pozolana apresenta as seguintes estimações: SiO 2 + Al 2 O 3 +Fe 2 O 3 -mínimo- 70% MgO -mínimo- 5% SO 3 -minímo- 3% Pedra de fogo -mínimo- 10% Umidade -mínimo- 3% 4.2 EFEITOS DA ADIÇÃO POZOLÂNICA COMO SUBSTITUIÇÃO PARCIAL NO CIMENTO PORTLAND A economia de custo deve ter sido uma das razões mais importantes para o desenvolvimento de cimentos Portland compostos com adições minerais sejam elas pozolânicas, cimentantes ou de efeito fíler. Além do fator econômico, tem-se interesse na destinação adequada de resíduos, no aumento de resistências que podem ser proporcionados a concretos e argamassas, a diminuição dos recursos naturais não renováveis, e diminuição de gás carbono na atmosfera. O cimento Portland é um material conhecido no mundo inteiro, sua designação convenciona-se para o material conhecido na construção civil como cimento. Na Roma antiga era conhecido como pedra natural que não possuíam cortes ou ângulos retos. Segundo Mehta e Monteiro (1994), o cimento Portland é um aglomerante hidráulico, obtido através do processo de moagem do clínquer, que é um material sinterizado, com diâmetro entre 5 e 25 mm, rico em silicatos de cálcio hidráulicos geralmente adicionado com sulfatos de cálcio. Antes da moagem, o clínquer recebe adição de aproximadamente 5% de gipsita, no intuito de controlar as reações iniciais de pega do cimento e o endurecimento do concreto. Os constituintes fundamentais do cimento Portland são: a cal (CaO), a sílica (SiO 2 ), a alumina (Al 2 O 3 ), o óxido de ferro (Fe 2 O 3 ), uma certa quantidade de magnésia (MgO), água (H 2 O) e uma pequena porcentagem de anidrido sulfúrico (SO 3 ),que é adicionado após a calcinação para retardar o tempo de pega do produto. Além desses, existem os compostos do cimento Portland sendo que quatro deles são considerados principais:

23 C 3 S (Silicato Tricálcico) C 2 S (Silicato Dicálcico) C 3 A (Aluminato Tricálcico) C 4 AF (FerroaluminatoTetracálcico) A hidratação dos componentes do cimento Portland reagindo com a água segundo Mehta e Monteiro se dá quando a reação do C 3 A com a água é imediata, por isso há precisão de acrescimento de sulfato para retardar esta reação. A hidratação dos aluminatos na presença de sulfatos resulta na etringita, que após alguns dias, pode-se tornar inconstante e decomporse para formar o monossulfato hidratado, que é uma forma mais estável. Os componentes resultantes do processo de hidratação do C 4 AF são estruturalmente similares aos formados a partir do C 3 A. A hidratação dos silicatos se dá algumas horas após o início da hidratação do cimento, originando os silicatos de cálcio hidratado representados genericamente pelo C-S-H e o hidróxido de cálcio Ca(OH) 2 indicado na química do cimento por CH (OLIVEIRA, 2004, p. 11). Com isso, a hidratação do cimento procede com a formação de três compostos básicos: C-S-H: representa segundo Mehta e Monteiro (1994), 50 e 60% do volume de sólidos da pasta hidratada de cimento Portland, sendo responsáveis pelas resistências mecânicas adquiridas após o endurecimento; CH: Segundo Mehta e Monteiro (1994), ocupa 20 a 25% do volume dos sólidos na pasta e contribui pouco para a resistência da pasta endurecida; Sulfoaluminatos de cálcio: Segundo Mehta e Monteiro (1994), nos sulfoaluminatos de cálcio correspondem a cerca de 15 a 20% do volume da pasta endurecida, sendo a fase de menor destaque para o desenvolvimento das propriedades da pasta. A pozolana por ter a capacidade de reagir e se rearranjar com o hidróxido de cálcio (CH), pode formar produtos duradouros de poder aglomerante, entre os quais estão: silicatos de cálcio hidratados (C-S-H) e aluminatos de cálcio hidratados (C-A-H). Assim, no cimento Portland, o hidróxido de cálcio desprendido pela hidratação dos silicatos reage com a pozolana, a qual é empregada como a substituição parcial do cimento, dessa forma obtendo um consequente resultado da produção extra de silicatos de cálcio hidratados, que são produtos mais estáveis do cimento hidratado.

24 4.2.1 Atividade Pozolânica O termo atividade pozolânica compreende todas as reações que envolvem os constituintes dos componentes ativos da pozolâna, hidróxido de cálcio e água; em geral este termo esta relacionado a dois fatores, que são: quantidade máxima de hidróxido de cálcio que pode reagir com a pozolana e a taxa com que tal combinação se processa (MASSAZA, 1993, p. 187). A atividade pozolânica é um modelo que permite analisar a reatividade de um material e a avaliação de qual pozolâna apresenta melhor qualidade, visto que o emprego do conjunto cimento Portland e adições minerais causam alterações significativas nas propriedades dos produtos tanto no estado fresco quanto no endurecido, tendo assim a necessidade de qualificar esses materiais. Segundo Dal Molim (2005), o efeito que a adição pozolânica pode causar sobre o cimento Portland, são alterações as propriedades reológicas, micro e macroestruturais dos cimentos, podendo obter benefícios ou não. A maior parte destas alterações está associada à granulometria fina das adições (efeito físico), à atividade pozolânica (efeito químico), ou a combinação de ambos. No entanto, para que haja um beneficiamento causado pelas adições minerais no cimento Portland, é necessário que seja determinada as características físicas e mineralógicas do material, bem como a utilização da dosagem adequada, condições de cura, temperatura, e a relação água/ (aglomerante + adição). A importância técnica atribuída ao cimento pozolânico sintetiza-se em três aspectos que se agregam a reação pozolânica. Primeiramente, tem-se uma reação mais lenta, com baixa liberação de calor de hidratação e aumento da resistência de forma compassada, em consequência terá menos problemas de fissuração. O segundo aspecto é devido à ocorrência de liberação de hidróxido de cálcio do cimento ao ser hidratado, entretanto na reação pozolânica causa o consumo de hidróxido de cálcio ao invés de liberá-lo, colaborando para o aumento da durabilidade da pasta endurecida. O terceiro e último aspecto está relacionado a repartição do tamanho dos poros dos cimentos pozolânicos hidratados. Os resultados da reação são eficazes no preenchimento de espaços capilares grandes, promovendo a redução da permeabilidade, consequente melhoria da resistência mecânica e durabilidade.

25 4.3 CONCRETO COM ADIÇÕES POZOLÂNICAS Nos dias atuais, com o crescente emprego de adições pozolânicas aos cimentos e concretos, pode-se observar que ocasionam vantagens e desvantagens no seu resultado final da aplicação no produto. Entretanto essa substituição deve ser descrita e verificada para cada caso, já que existem várias opções de pozolanas, com diferenças entre si quanto à composição e aplicações. A durabilidade do concreto está voltado para a resistência e a sua capacidade de resistir a tensões impostas sem ruptura. Segundo Santos (2006), um concreto resistente é aquele que tem a capacidade de resistir a ação de intempéries, abrasão, ataques químicos e qualquer processo de desgaste sem sofrer ruptura. Um concreto com elevada relação água/cimento pode atender as solicitações de projeto, em termos de resistência a compressão. Por outro lado, pode apresentar prejuízo em relação a sua durabilidade, em função da porosidade e, muitas vezes, permeabilidade elevada. Assim, a permeabilidade precede a durabilidade. Concretos pouco permeáveis serão mais duráveis do que aqueles onde a permeabilidade é maior. A porosidade do concreto ocorre de uma forma natural, devido à impossibilidade de preencher todo o seu volume com sólidos. Segundo Brandão e Pinheiro (1999), sua porosidade é medida não pelo o volume de vazios na massa endurecida, mas também, pelo o tipo e distribuição desses poros. De acordo com Santos (2006), dependendo de como esta estrutura de poros esta formada e havendo conexão entre os vazios existentes, surgirá, então, um material permeável, sujeito a movimentação de líquidos e gases no seu interior. Além disso, todos os fatores que comprometem a porosidade dos concretos causam intervenção também na sua capacidade de absorção, na sua permeabilidade e, assim, na sua resistência ao ataque químico. Dentre estes, destacam-se: quantidade, composição e finura do cimento; relação água/cimento; forma, dimensões e quantidade dos agregados; quantidade e presença de adições e aditivos; qualidade da execução; nível de hidratação do cimento; aderência entre a pasta e o agregado. Portanto, visando-se obter a durabilidade do concreto, é necessário garantir um baixo índice de permeabilidade, devendo assim ser tomadas providencias, fazendo uma execução

26 cuidadosa do concreto, o uso de baixa relação água/cimento e de um teor mínimo de cimento na dosagem. Estas medidas são eficazes, pois garantem alta densidade para o concreto. Gonçalves (2005) realizou estudos da substituição parcial do cimento Portland por resíduos de cerâmica vermelha e metacaulinita com a finalidade de obter resultados acerca da durabilidade dos concretos através de ensaios de absortividade, porosidade total por submersão total em água e porosimetria por intrusão de mercúrio, resistência à penetração acelerada de íons cloreto e ao ataque por sulfatos. Com 20% de substituição do cimento por resíduo cerâmico, observou-se uma produção de concretos com uma composição de poros mais refinados, com uma maior resistência a penetração de água e íons cloretos, sendo esta última reduzida cerca de cinco vezes uma maior em relação à amostra de concreto de referência. Já a metacaulinita com teores de 10% teve desempenho semelhante, com a redução na penetração de íons cloro de aproximadamente 14%. De um modo geral pode-se dizer que a durabilidade esta diretamente relacionada com a degradação química e física sofrida pelo material, sendo que as causas de deteriorações físicas podem ser: Desgaste superficial devido à erosão ou cavitação, e abrasão. Fissuração devido à pressão e cristalização de sais nos poros, e gradientes de temperatura e umidade. Já as causas da deterioração química podem ser: Hidrólise dos componentes da pasta de cimento por água pura; Trocas iônicas entre fluidos agressivos e a pasta de cimento; Reações causadoras de produtos expansíveis, tais como corrosão da armadura no concreto, expansão por sulfato e reação álcali-agregado. Algumas das vantagens e desvantagens técnicas resultantes do emprego de pozolanas em concretos são as seguintes: a) Vantagens: A reação álcalis agregado pode ser retardada ou dificultada;

27 A resistência do concreto a cloretos, sulfatos e água do mar pode ser aumentada; A produção de calor por estruturas maciças pode ser reduzida; A economia de energia e a redução do custo na fabricação do cimento; A resistência mecânica do concreto pode ser aumentada; A permeabilidade pode ser reduzida Propriedades como trabalhabilidade, tendência à segregação e exsudação de água podem ser melhoradas antes do início de pega. b) Desvantagens: Acréscimo do consumo de água, com consequente aumento da retração por secagem; Possível redução da resistência à compressão; Provável diminuição da resistência à solidificação e/ou dessolidificação; Diminuição da rapidez de endurecimento e desenvolvimento da resistência mecânica; 4.4 BENEFÍCIOS DA POZOLANA NO CONCRETO 4.4.1 Resistência a Sulfatos Os sulfatos presentes em águas do mar, águas subterrâneas, águas industriais e em solos podem ser prejudiciais aos concretos, pois o ataque por sulfatos no concreto geralmente envolvem fissuração, expansão, perda de resistência mecânica devido à formação de etringita

28 e gipsita. Entretanto, esses efeitos danosos causados no concreto podem ocorrer desde que sejam influenciados por fatores como: nível de água e sua variação sazonal, a quantidade de sulfato presente, a natureza do sulfato, curso de água subterrânea e porosidade do solo, forma de construção do concreto e sua qualidade. Figura 3 - Ataque por sulfato presente na água do mar no concreto Fonte: http://www.revistatechne.com.br/engenharia-civil/160/imprime179251.asp Os sulfatos de cálcio, de sódio, de magnésio e de amônia são em ordem crescente de danos, prejudiciais ao concreto, podendo expandir e, consequentemente, fissurar o concreto ˮ (MASSAZZA, 1993, p. 206). Mehta e Monteiro (1994), afirmam que o ataque por sulfato de magnésio é mais severo que o por sulfato de sódio, pois, além da conversão do hidróxido de cálcio em gipsita forma-se também o hidróxido de magnésio e este é relativamente insolúvel e pouco alcalino, reduzindo a estabilidade do sistema. Tem sido indicado que, na presença do material pozolânico, o monossulfato hidratado é formado antes da etringita e substitui predominantemente a velha forma acarretando uma expansão não significativa. A substituição parcial do cimento Portland por pozolâna aumenta a resistência das argamassas com relação à água com sulfatos. Cinzas vulcânicas e outros produtos calcinados melhoram consideravelmente a resistência a esses produtos. Pelo menos uma parte do alumínio presente na pozolâna forma aluminatos de tetra cálcio hidratado no qual é protegido pelo C-S-H gel na hidratação dos cimentos pozolânicos (OLIVEIRA, 2004, p. 18).

29 As tabelas1 e 2 apresentam os resultados de pesquisas sobre a expansão e resistência à compressão de corpos de prova imersos em solução de sulfatos. Tabela 1 - Expansão de corpos-de-prova imersos em sulfatos (solução 10%Na2SO4) Expansão Amostra 4 semanas 8 semanas 12 semanas 26 semanas Cimento Portland 0,004 0,034 0,212 0,52 10% Terra de Santorini 0,006 0,018 0,071 0,285 20% Terra de Santorini 0,007 0,01 0,048 0,05 30% Terra de Santorini 0,006 0,008 0,027 0,05 Fonte:( MEHTA, 1987). pozolânica. Observou-se que a expansão aumentou com o tempo e diminuiu com a adição Tabela 2 - Perda de resistência à compressão (solução 4% Na2SO4) Amostra Resistência Resistência Perda de Antes da Após 28 dias de resistência Imersão (MPa) Imersão Cimento Portland 18 6,1 65% 10% Terra de Santorini 18,5 9,5 49% 20% Terra de Santorini 16,1 12,9 20% 30% Terra de Santorini 15,2 12,8 16% Fonte: (MEHTA, 1987). Constatou-se que quanto maior o teor de substituição do cimento Portland por pozolana, menor a perda de resistência apresentados aos 28 dias, ambos os resultados demonstram superioridade das amostras contendo 20 e 30% de adições pozolânicas. MEHTA (1987), reporta o efeito da substituição de cimento Portland por 10, 30, e 40% de pozolana italiana, na expansão de prismas de argamassa imersos, por mais de cinco anos, em uma solução de 1% de MgSO 4. Nas argamassas contendo 30 ou 40% de substituição do cimento pela pozolana, a expansão foi consideravelmente reduzida quando comparado à

30 mistura padrão (sem a pozolana). Os autores atribuem os resultados à redução da quantidade de hidróxido de cálcio na mistura, e à elevada impermeabilidade. Além disso, de acordo com os autores, o hidróxido de cálcio livre em compostos hidratados de cimento e pozolana deveriam não apenas aparecer em pequenas quantidades, mas também rodeado por gel de CSH impermeável. Essas condições são desfavoráveis à formação de etringita, que geralmente é considerada como sendo o agente causador da expansão e fissuração. 4.4.2 Resistência aos Cloretos Estruturas expostas a uma quantidade suficiente de cloretos, provindas de ambientes marinhos, aditivos químicos, e agregados contaminados podem ser danosos ao concreto, resultando na corrosão da armadura que se mostra sob forma de expansão, fissuração e lascamento do cobrimento (Figura 3). Figura 4 - Corrosão na armadura em estrutura de concreto Fonte: http://www.revistatechne.com.br/engenhariacivil/160/imprime179251.asp O cloreto é prejudicial ao concreto quando ocorre sua penetração alcançando a camada passiva entre o concreto e a armaduraˮ (MASSAZA, 1993, p. 205). Essa camada passiva é uma película protetora de caráter passivo composto por óxido de ferro que busca proteger a armadura presente no interior do concreto do fenômeno de corrosão. Uma vez despassivada, a armadura fica vulnerável à corrosão, ocorrendo então o chamado

31 desenvolvimento do processo de corrosão, desde que haja a presença dos elementos básicos tais como; água, oxigênio, e ainda agentes agressivos. Uma proteção eficaz da camada passiva das armaduras é fornecida através do tipo de cimento empregado, particularmente os cimentos contendo pozolanas naturais, cinzas volantes ou sílica ativa. Além disso, a proteção da camada passiva das armaduras solicita concretos de menor permeabilidade aliados a apropriada espessura do cobrimento dos ferros. Segundo Massazza (1993), atualmente tem sido demonstrado que o cimento Portland comum permite uma penetração de cloreto de duas a cinco vezes maiores do que aquelas de cimentos incorporando pozolana. Bose et al (1993), estudaram a durabilidade de argamassas submetidas à ação de água marinha. Seus espécimes foram submetidos à água do mar após serem curados ao ar em 98% de umidade relativa por 28 dias e expostos a temperaturas de 20 C e 30 C. Em ambas as temperaturas, o melhor desempenho, considerando a resistência à compressão e à expansão, foi obtido para os casos de argamassas contendo metacaulinita resultando em um aumento de 40% na resistência e 60% de redução da mudança de dimensão em relação argamassa de controle. Contudo, pode-se dizer que, em obras que possuem contato com o mar, ou que se encontra próximo de suas vizinhanças é recomendado o uso de cimentos pozolanicos. 4.4.3 Inibição da Reação Álcalis-Agregado Algumas pozolanas podem apresentar efeitos favoráveis sobre as reações álcali agregado, inibindo-as ou evitando-as, por serem capazes de reagir ou adsorver os álcalis liberados pelo cimento (geralmente expressos por K 2 O e Na 2 O). A reação Álcalis-agregado é um processo químico onde os constituintes mineralógicos do agregado reagem com hidróxidos alcalinos (KOH e NaOH) provenientes do contato do cimento com água que estão dissolvidos na solução dos poros do concreto. Esta reação é responsável pela formação de um gel higroscópico expansivo. A manifestação da reação álcalis-agregado ocorre na forma de expansões, movimentações diferenciais nas estruturas e fissurações, pipocamentos, exsudação de um líquido pastoso álcali-silicoso e prejuízo de resistências (Figura 5).

32 Fonte: http://www.jornallivre.com.br/74822/reacoes-alcalis-agregado-em-estruturasde-concreto.html Figura 5 - Reações álcalis agregado em estruturas de concreto Segundo Mehta (1987), a interação química de certos minerais silicosos constituintes de agregados com os álcalis do cimento Portland, é conhecida por promover expansão e fissuração do concreto. O método comumente praticado para redução dos riscos de tal expansão envolve o uso de cimentos com baixo teor de álcalis. Alternativamente, onde for possível, o agregado reativo é trocado por um não-reativo. Quando o uso de um cimento Portland 57 com alto teor de álcali (>0,6%Na 2 O equivalente), em combinação com um agregado contendo constituintes reativos ao álcali, parece inevitável, o fenômeno de expansão em concretos pode ser controlado pela incorporação de material pozolânico (que tenha sido comprovado, por testes laboratoriais, sua efetiva redução na expansão álcali agregado). Apesar de os mecanismos pelos quais a expansão associada com a reação álcali-sílica é controlada pela incorporação de pozolana em concretos, foi observado por diversos pesquisadores que as pozolanas naturais, no caso as cinzas de casca de arroz, cinzas volantes, sílica e metacaulinita são mais eficientes para esse propósito que materiais pozolânicos originados de subprodutos. 4.4.4 Resistência Mecânica A resistência mecânica de uma estrutura é a sua capacidade de suportar as solicitações externas sem que estas venham a lhe causar deformações plásticas ou ruptura.

33 Quanto menos espaços vazios existirem na massa (menor absorção de água), maior será a resistência mecânica de um revestimento cerâmico. A resistência mecânica depende da: composição, da massa, prensagem, moagem e temperatura de queima. Vieira (2005) observou através de amostras que a substituição parcial do cimento por resíduo cerâmico na confecção de concreto, com 56 dias de cura, e com teor de 20% do material reciclado, obteve-se uma resistência à compressão simples com desempenho médio equivalente aos concretos de referência. Entretanto, amostras com teores de 40% adquiriram a redução de 20% de suas resistências. Gonçalves (2005) nos seus estudos relata que os resultados demonstraram que a substituição de 20% do resíduo cerâmico não teve influencia significativa nas resistências à compressão e à tração. No entanto, essa substituição provocou a indução do módulo de elasticidade, o que provocou nos concretos maior capacidade de se deformar sobre tensão. Farias Filho et al (2000) desenvolveu um trabalho acerca das potencialidades da metacaulinita e do tijolo queimado moído como substitutos parciais do cimento Portland. Os mesmos efetuaram a substituição do cimento Portland por 30% de tijolo moído e de metacaulinita com a realização de ensaios para verificar a resistência à compressão simples em diferentes idades. Aos 28 dias a resistência dos corpos de prova contendo pozolana de tijolo moído e metacaulinita foram respectivamente de 31,71 MPa e 37,79 MPa, sendo que a amostra de referência obteve 25,05 MPa. As amostras com idades de 90, 120, 200, e 365 dias observou que resistência à compressão simples dos corpos de prova contendo pozolana continuou sendo maior que a de referência, no entanto observou-se que quanto maior a idade menor foi a diferença de resistência entre as amostras. Ou seja, para idades mais avançadas, esta diferença foi reduzindo e, após 365 dias de cura, a diferença foi inferior a 1% para o tijolo moído e a 6% para a metacaulinita. MEHTA (1987) também pesquisou as propriedades de concretos contendo adições pozolânicas, analisando o desenvolvimento da resistência à compressão com substituição do cimento por pozolana em teores de 10, 20 e 30%, nos 28 dias a 1ano. O autor observou que até o vigésimo oitavo dia, amostras contendo o material pozolânico obtiveram acréscimo substancial de resistência. Porém, após um ano, os resultados contendo 20 e 30% de terra de Santorini estiveram bem próximos ao modelo de referência, e a porção contendo 10% de pozolana teve um comportamento melhor que o padrão.

34 4.4.5 Redução do calor de hidratação Os materiais pozolânicos possuem uma habilidade de reduzir o calor de hidratação quando adicionados à mistura de cimento Portland. Por esse motivo essa adição com pozolana começou a ser utilizada em construções de estrutura de concreto de massa, amenizando assim os riscos de fissuração térmica, que podem vir a ser um dos maiores problemas. O efeito de adições pozolânicas sobre o calor de hidratação foi estudado por MASSAZZA e COSTA (1979) apud MEHTA (1987). Os pesquisadores demonstraram a redução do calor de hidratação com o uso de adições pozolânicas, conforme apresentado pela figura 6. Pode-se observar que a relação de decréscimo do calor de hidratação não é diretamente proporcional ao percentual de cimento Portland substituído. Figura 6 - Calor de hidratação X % de material pozolânico Fonte: MASSAZZA e COSTA (1979) apud MEHTA (1987).

35 4.4.6 Redução da Permeabilidade A durabilidade dos concretos e a resistência de argamassas esta relacionada com a permeabilidade, onde a mesma é influenciada pela porosidade e distribuição dos tamanhos nos grãos. Os produtos das reações pozolânicas são bastante hábeis no preenchimento de espaços vazios capilares grandes, causando o aumento da impermeabilidade, com consequentes melhorias da resistência mecânica e durabilidade. (METHA, 1987) estudou os efeitos da hidratação por meio de um teste de penetração de água em corpos-de-prova com diferentes percentuais de adição de terra de Santorini em substituição ao cimento Portland, conforme apresentado na tabela 3. Tabela 3 - Penetração de água em pastas de cimento Portland e pozolana Profundidade de Penetração (mm) Tempo de Hidratação Cimento Portland Terra de Santorini 10% 20% 30% 28 dias 26 24 25 25 90 dias 25 23 23 22 1 ano 25 23 18 15 Fonte: (MEHTA, 1987 ) Nota-se a diminuição significativa na permeabilidade das amostras contendo 20 e 30% de pozolana após um ano. Sendo que esta redução se deu pela decorrência da reação pozolânica, que transforma o Ca(OH)2 em C-S-H, reduzindo, assim, a largura dos poros capilares.

36 5. CERÂMICA VERMELHA A incorporação de resíduos na produção de materiais cimentíceos pode reduzir a emissão de CO 2, o consumo de energia, bem como contribuir para a redução do impacto ambiental relacionado com a sua destinação. A utilização destes materiais suplementares no concreto pode proporcionar ganhos no seu desempenho, tanto no estado fresco como no estado endurecido, incrementando suas propriedades mecânicas e de durabilidade. Dentre os diversos resíduos industriais e agroindustriais disponíveis, destacam-se a sílica ativa, a cinza volante, a escória de alto forno, a cinza de casca de arroz, a metacaulinita, a escória de cobre, a escória de aciaria e o resíduo de serragem de granito (GONÇALVES, 2007, p. 3). Limitações do uso de subprodutos industriais com propriedades pozolânicas, como a sílica ativa, escória de alto forno e cinza volante no Brasil, devido à indisponibilidade de grandes volumes desses materiais, proporcionou motivações para que se sucedessem realizações de pesquisas que investigassem o emprego de materiais cimentíceos alternativos. Devido sua ampla disponibilidade no Brasil, uma alternativa de material pozolânico adicional é a argila calcinada, ou seja, a cerâmica vermelha. Esse material pozolânico suplementar proporciona diversos benefícios técnicos, ambientais, e econômicos em argamassas e concretos, além de sua grande disponibilidade no Brasil. Por este fato estão recebendo maior atenção nos últimos anos, sendo que as argilas mais utilizadas na produção de pozolanas são as caulinitas, as montmorilonitas e as ilitas. 5.1 Indústria Da Cerâmica Vermelha O campo industrial da cerâmica é muito diferenciado e pode ser dividido nos seguintes segmentos: cerâmica vermelha, materiais de revestimento, materiais refratários, louça sanitária, isoladores elétricos de porcelana, louça de mesa, cerâmica artística (decorativa e utilitária), filtros cerâmicos de água para uso doméstico, cerâmica técnica e isolantes térmicos. Além disso, a indústria de cerâmica vermelha envolve os materiais aplicados na construção civil, tais como tijolos, blocos, telhas e tubos cerâmicos, manilhas e argila expandida, e também utensílios de uso doméstico e de adorno. O setor de cerâmica vermelha distribui-se por todo o Brasil, estão centrados nas regiões sudeste, sul, centro-oeste, nordeste e norte, que em sua maioria são produtores de micro e pequeno porte, quase sempre de organização simples e familiar. Este setor conta com

37 cerca de onze mil unidades produtivas, em uma média de 25 e 30 empregados, somando entre 250.000 e 300.000 funcionários. A utilização de resíduos industriais de tijolos cerâmicos como substituto parcial do cimento para argamassas e concretos tem sido objetos de estudos. Pontos importantes na avaliação da potencialidade dos resíduos são: o tipo de argila empregado e o seu processo de produção. O tipo de argila usado é importante, uma vez que isto é o que define as composições químicas e mineralógicas dos resíduos. Com relação ao processo de produção, o tempo de residência, a temperatura de calcinação, e a uniformidade da temperatura no interior dos fornos podem afetar as particularidades dos resíduos. Diante disso, a influência mútua entre o tipo de argila utilizada, a temperatura e o tempo de residência são as variáveis que determinam o grau de atividade pozolânica do resíduo gerado. 5.2 Matéria - Prima Da Cerâmica Vermelha As matérias-primas para produtos em grande escala (tijolos, blocos, refratários, etc.) tem origem na natureza, recebendo pouco ou nenhum beneficiamento prévio, diferentemente de cerâmicas para eletrônica ou eletrotécnica. A matéria-prima básica para fabricação de cerâmica vermelha é a argila, que corresponde à quase totalidade de sua composição (PINHEIRO, 2008, p. 59). A argila tem propriedades e estruturas de um solo coesivo. Os argilominerais, quando na presença de água, são responsáveis pelas propriedades frescas das argilas, tais como: plasticidade, resistência mecânica a úmido, retração linear de secagem, compactação, tixotropia e viscosidade de suspensões aquosas (PINHEIRO, 2008, p. 59). A argila é um solo de granulação fina, textura terrosa e conduta plástica quando são umedecidas. Algumas das fundamentais matérias primas que existem no Brasil e que são utilizadas pela indústria cerâmica: Naturais; Argilas Vermelhas, Filitos, Argilitos, Siltitos, Talcos, Agalmatolitos, Caulins, Feldspatos, Calcários, Quartzos. Beneficiadas; Filitos, Agalmatolitos, Caulins, Talcos, Feldspatos, Magnesitas, Argilas Refratárias, Alumina, Chamotes. Sintéticas; Alumina, Óxidos, Esmaltes, Fritas.

38 6. TRABALHOS DESENVOLVIDOS COM A UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS DE CERÂMICA VERMELHA E ARGILA CALCINADA 6.1 ESTUDO DO APROVEITAMENTO DE RESÍDUOS DE CERÂMICA VERMELHA COMO SUBSTITUIÇÃO POZOLÂNICA EM ARGAMASSAS E CONCRETOS POR VIEIRA (2005). Neste trabalho Vieira (2005) pesquisou a decorrência da finura na atividade pozolânica de resíduos de cerâmica vermelha moída (RC), comparando-a com uma pozolana convencional utilizada pela indústria de cimento (FC), avaliando os resultados dos efeitos da substituição parcial do cimento Portland por RC nas propriedades mecânicas de concreto, contendo diferentes teores de substituição do cimento por RC (0%, 20%, 40%). 6.1.1 Materiais e Métodos Para o procedimento experimental Vieira (2005) utilizou o cimento composto com fíller calcário, CPIIF-32, da marca poty. Tabela 4 - Caracterização Física do Cimento CPIIF-32 POTY Área Específica (Blaine) Massa Específica Densidade Aparente 4050 cm²/g 3,01 g/cm³ 1,10 g/cm³ Finura - Resíduo na peneira 0,075 mm (#200) 1,70% Finura - Resíduo na peneira 0,044 mm (#325) 13,00% Água da Pasta de Consistência Normal 28,50% Início de Pega Fim de Pega Fonte: (Vieira, 2005) 2h50min 3h45min

39 O resíduo cerâmico (RC) usado no presente estudo foi derivado da cerâmica Ceraminas situada no município de Santa Rita PB. O mesmo consistia de fragmentos de cerâmica vermelha (tijolos furados e telhas) com dimensões variadas. O resíduo cerâmico passou por um processo de moagem utilizando o moinho de bolas. As principais variáveis que influenciam na moagem com esse tipo de equipamento foram o material utilizado como revestimento e bolas, tamanho e cargas de bola, quantidade e umidade dos produtos a moer, velocidade do moinho e tempo de moagem. O referido processo de moagem tem por objetivo obter uma distribuição granulométrica bastante fina. Figura 7 - Resíduo da Indústria Cerâmica Fonte: (VIEIRA, 2005) Além destes materiais Vieira (2005) utilizou água potável proveniente do sistema de abastecimento da UFPB, agregado miúdo provindo do Rio Caxitú no Município do Conde, Paraíba. Sendo que o agregado apresentou módulo de finura, massa unitária em estado solto e massa especifica iguais a 3,35, 1,51 Kg/dm³ e 2,60 g/cm³, respectivamente, e o agregado graúdo disponível no comercio local, com diâmetro máximo de 19 mm, apresentando módulo de finura, massa unitária em estado solto, e massa especifica iguais a 6,97, 1,54 Kg/dm³ e 2,63 g/cm³, respectivamente. Com propósito de se fazer uma comparação entre a substituição parcial do cimento por resíduo cerâmico e uma pozolana utilizada comercialmente pela indústria de cimento no comercio local, a autora utilizou uma pozolana fornecida pela CIPASA, fabricante do cimento Poty na Paraíba, pozolana esta que é utilizada para a fabricação do CP II-Z. A massa especifica desta pozolana é 2,51 g/cm 3.

40 Figura 8 - Resíduo da Indústria Cerâmica Fonte: (Vieira, 2005) 6.1.1.1 Ensaios de Índice de Atividade Pozolânica com a Cal Os ensaios do índice de atividade pozolânica com a cal para o resíduo cerâmico e para a pozolâna FC, foram executados conforme as prescrições da NBR5751 [ABNT 1992]. De acordo com a referida norma, o ensaio consolidado é uma medida direta do grau de pozolanicidade de um dado material, através da determinação da resistência a compressão simples, conforme a NBR7215 [ABNT 1996], de corpos-de-prova de argamassas preparadas no traço de 1:2:9 (cal:pozolana:areia), rompidos aos 7 dias de idade. A quantidade de água utilizada foi à necessária para que a mistura alcançasse o índice de consistência de 225± 5 mm na mesa de consistência padrão, conforme a NBR 13276 [ABNT 1995]. Devido a indisponibilidade de materiais para realização dos ensaios, os mesmos sucederam-se com o uso de duas finuras distintas de pozolâna FC, ambas obtidas com a carga de bolas de volume equivalente a 2% do volume interior do moinho, depois de aplicadas 40 e 80 mil rotações, e para três finuras distintas do resíduo.

41 6.1.1.2 Dosagem dos Concretos e Argamassas No intuito de se obter um concreto de referência de classe C30, utilizou -se uma dosagem experimental com fator água/aglomerante fixado em 0,5, tendo como resultado o seguinte traço em massa 1:1,55:2,19. Com o consumo de cimento da ordem de 445 Kg/m³ e percentual de argamassa de 54%. O abatimento do tronco de cone foi igual a 130 mm sem a utilização de aditivo químico. Como traço a ser usado para argamassa de referência a pesquisadora adotou a composição da matriz do concreto de referência, com o seguinte traço unitário em massa 1:1,55. Tendo como o consumo de cimento da ordem de 700 Kg/m³. O fator água/aglomerante também foi mantido fixo em 0,5. 6.1.1.3 Ensaios de Resistência a Compressão Simples dos Concretos Os ensaios de resistência a compressão simples dos concretos se deu a partir da NBR 5739 [AMBNT 1994]. Foram usados corpos de prova cilíndricos de concreto avaliando amostras com idade de 14 e 56 dias, apresentando dimensões de 10x20 cm(diâmetro x altura). Suas composições variaram de acordo com os dados da tabela abaixo. Tabela 5 - Proporção e consumo dos materiais utilizados no programa experimental Mistura Proporção Unitária (em massa) Consumo (Kg/m³) Cimento RC Areia Brita Cimento RC Areia Brita RC0 1 0 1,55-700 0 1085 - RC20 0,8 0,2 1,55-560 140 1085 - RC40 0,6 0,4 1,55-420 280 1085 - CRC0 1 0 1,55 2,19 442 0 685 968 CRC20 0,8 0,2 1,55 2,19 354 88 685 968 CRC40 0,6 0,4 1,55 2,19 265 177 685 968 Fonte: (VIEIRA, 2005)

42 Foram moldados 06 corpos-de-prova para cada mistura, com relação ao processo de cura, durante as primeiras 24 horas foi realizada em ambiente de laboratório (ao ar e em temperatura ambiente cerca de 28 C ) ainda nos seus moldes, onde os quais ficaram envolvidos em sacos plásticos para impedir uma perda prematura de umidade. Após o desmolde e até a idade de 7 dias as amostras foram divididas, sendo que metade delas (amostras de controle) foram imersas em água em temperatura ambiente ( cerca de 23 C ) e a outra metade foi imersa em água à temperatura controlada de 55 C. A partir dos 7 dias, todas as amostras foram curadas ao ar, ambiente de laboratório, ate o tempo do ensaio. O propósito do emprego de cura a uma temperatura mais elevada foi o de buscar acelerar a cinética das reações pozolânicas. 6.1.2 Discussões Efeito da Variação da Finura nos Índices de Atividade Pozolânica do Resíduo Cerâmico e da pozolana FC. 6.1.2.1 Índice de atividade pozolânica (IAP) com a cal Através dos resultados obtidos do ensaio de IAP com cal, sua variação com a finura para o resíduo cerâmico e a pozolana FC e analizando os resultados das tabelas 6 e 7, observou que há um aumento da atividade pozolânica com o aumento da finura dos grãos para ambas as pozolanas. Entretanto, na pozolana RC, este efeito não se dá de forma linear, uma vez que a taxa de aumento do IAP é reduzida com o incremento da finura. Tabela 6 - IAP com cal do RC e sua variação com a finura N de Rotações do Moinho (x10³und.) Cargas de Bolas do Moinho Finura de Blaine (cm²/g) IAP(MPa) 40 2% 6039 6,8 80 2% 8209 8,8 80 12% 15725 8,9 Fonte: (VIEIRA, 2005).

43 Tabela 7 - IAP com a cal da pozolana FC e sua variação com a finura N de Rotações do Moinho (x10³und.) Cargas de Bolas do Moinho Finura de Blaine (cm²/g) IAP Mpa 40 2% 4319 5,8 80 2% 5127 7,3 Fonte: (VIEIRA, 2005). Embora a atividade pozolânica com a cal seja aumentada com o incremento da finura, conforme explicitado anteriormente, maiores teores de substituição de cimento por materiais pozolânicos com superfícies específicas muito elevadas, pode-se aumentar a demanda de água para se obter a mesma consistência de matrizes sem substituição. Consequentemente, os benefícios da atividade pozolânica com maior finura podem ser contrapostos pelo o aumento desta água. Deste modo, a utilização de superplastificantes deve ser considerada para que um demasiado aumento do fator água/aglomerante não venha a ser prejudicial para a resistência. 6.1.2.2 Influência do Teor de Substituição Parcial do Cimento e da Temperatura de Cura em Concretos contendo Resíduo Cerâmico 6.1.2.2.1 Variação da consistência dos concretos pelo o acréscimo do RC A Variação da consistência dos concretos com adição do resíduo cerâmico, e com o aumento do teor de substituição, medida pelo o abatimento do tronco de cone pode ser observada na Figura 9.

44 Figura 9 - Trabalhabilidade de concretos com teores de substituição de cimento por resíduo cerâmico Fonte: (VIEIRA, 2005) Analisando os resultados da figura acima, observou-se que quanto maior o teor de substituição do cimento por RC (cuja superfície especifica igual a 6039 cm²/g é uma vez e meia maior que a do cimento), menor a trabalhabilidade das misturas, isso porque é necessária uma maior demanda de água para envolver os grãos mais finos do RC. 6.1.2.2.2 Resistência à Compressão Simples dos Concretos com Adição de RC A variação de resistência à compressão simples de concretos com o acréscimo do teor de substituição do cimento por RC com idades de 14 e 56 dias e conforme a temperatura de cura empregada pode ser avaliada nas Figuras 10 e 11.

45 Figura 10 - Resistência a Compressão Simples (RCS) de concretos contendo resíduo de cerâmica vermelha (RC) com diferentes teores de substituição do cimento curados a temperatura ambiente Fonte: (VIEIRA, 2005) Figura 11 - Resistência à Compressão Simples (RCS) de concretos contendo resíduo de cerâmica vermelha (RC) com diferentes teores de substituição do cimento curados a 55 C Fonte: (VIEIRA, 2005)