CARACTERIZAÇÕES FÍSICAS E POZOLÂNICAS DAS ARGILAS DE IVINHEMA/MS Antonio Aparecido Zanfolim; Dalton Pedroso de Queiroz; Aguinaldo Lenine Alves; Alberny Alves Ferreira; Rony Gonçalves de Oliveira 1 ; RESUMO Neste trabalho utilizou-se das propriedades físicas, químicas e pozolânicas dos corpos de prova prensados e queimados a diversas temperaturas, tais como: massa específica aparente, retração linear, perda de massa ao fogo, absorção de água, porosidade aparente, módulo de ruptura à flexão, análise química, difração de raios-x e resistência à compressão de uma amostra A, que apresentava dificuldades na fabricação de tijolos, no município de Ivinhema/MS. Os resultados mostraram a presença de argilominerais do grupo da caulinita, matéria orgânica e quartzo, boa compactação, alta porosidade e baixíssimo módulo de ruptura à flexão, provavelmente, devido à presença da caulinita e do quartzo e altas propriedades pozolânicas. Devido à alta porosidade, a baixíssima resistência e as altas propriedades pozolânicas sugerimos que a amostra A seja utilizada como material pozolânico, em grandes estruturas maciças de concretos, como barragens, instalações portuárias e etc. PALAVRAS-CHAVE: argila, caracterização, propriedades físicas, propriedades pozolânicas. ABSTRACT: This work was used in physical, chemical and pozzolanic specimens of pressed and sintered at various temperatures, such as bulk density, linear shrinkage, weight loss by fire, water absorption, porosity, modulus of rupture flexion, chemical analysis, X-ray diffraction, and compressive strength of a sample A, which presented difficulties in the manufacture of bricks in the city of Ivinhema / MS. The results showed the presence of clay minerals of kaolinite, quartz and organic matter, good compaction, high porosity and very low modulus of rupture, probably due to the presence of kaolinite and quartz and high pozzolanic properties. Due to the high porosity, extremely low resistance and high pozzolanic properties suggest that the A sample is used as pozzolanic material in large massive structures of concrete dams, port facilities and so on. KEY-WORDS: clay, characterization, physical properties, pozzolanic properties. INTRODUÇÃO A região de Ivinhema situa-se no sudoeste de mato Grosso do Sul, uma das regiões mais populada do Estado, com uma grande pecuária e também um bom desenvolvimento agrícola, principalmente no plantio da mandioca e da soja. Esta região é cortada pelo Rio Ivinhema, com vários córregos afluentes, onde se encontra várias jazidas de argila de várzea (Figura 1), que são exploradas por cerâmicas e olarias na fabricação de tijolos maciços e de oito furos, com um escasso processo de modernização, o que dificulta a introdução de produtos e processos produtivos competitivos, em termo de preço e qualidade. Este cenário é resultado, em parte, do desconhecimento, por parcela do setor produtivo, das características implícitas 1 Docentes e Pesquisadores da Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul.
dos materiais cerâmicos, da evolução do setor e da ausência de investimento em tecnologia de processos. No âmbito do projeto Propriedades pozolânicas da argila de Ivinhema/MS tem-se como objetivo principal a realização do diagnóstico do material, verificando as propriedades, físicas, químicas e pozolânicas da amostra que vem apresentando dificuldades na fabricação de tijolos, telhas e pisos. Ivinhema FIGURA 1 Mapa dos principais rios, estradas e cidades do Estado de Mato Grosso do Sul. Pozolana é um material sílico 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 hidróxido de cálcio, em temperaturas próximas à ambiente, para formar compostos que possuem poder aglomerante 1. Pozolanas são materiais naturais ou artificiais que, sendo adicionado a argamassas ou concretos, produzem um produto de baixo custo com características tecnológicas superiores aos desses produtos, sem a adição 2. Seu uso é especialmente vantajoso em grandes estruturas maciças de concretos, tais como barragens e instalações portuárias, pois: a) A reação álcali-agregado pode ser muito retardada ou inibida. b) A resistência do concreto ao ataque por águas naturais, especialmente as ricas em sulfato, pode ser muito aumentada.
c) A produção de calor por estruturas maciças pode ser reduzida. d) A qualidade e o custo do componente cimento podem se reduzidos. e) A resistência à tração de concreto pode ser aumentada. f) A permeabilidade do concreto pode ser reduzida. g) As propriedades da mistura de concreto antes da pega, tais como trabalhabilidade, tendência à segregação e exsudação de água podem ser melhoradas. Algumas desvantagens podem aparecer, tais como: a) Aumento da porcentagem de água, que pode bem ser minimizada com a mistura de ar ao concreto. b) Pequeno aumento na retração de secagem. c) A resistência à compressão e ao congelamento pode ficar diminuída. d) A velocidade de endurecimento e de desenvolvimento da resistência mecânica pode ser reduzida 3. Contudo, as vantagens de pozolanas são tão grandes que o uso de cimentos contendo pozolanas aumenta consideravelmente em todo o mundo. As pozolanas podem ser naturais e artificiais: as pozolanas naturais são materiais possuindo atividade pozolânica no estado natural ou que podem ser facilmente convertidos em pozolanas, como cinzas e tufos vulcânicos, argilas, folhelhos e diatomitos 4. Alguns materiais naturais, como argilas, podem ser calcinados para obtenção do máximo da atividade pozolânica, aumentando assim, sua capacidade de reagir e combinar com hidróxido de cálcio, formando compostos estáveis de poder aglomerante. Esses materiais calcinados são, às vezes, chamados pozolanas artificiais; esse nome, contudo, deveria ser reservado para subprodutos industriais, como cinzas de fornos e caldeiras, cinza de folhelhos betuminosos, cinza volantes ou então a tijolos ou telhas moídos. 1. MATERIAIS E MÉTODOS 1.1 Ensaios Físicos de Caracterização Para a realização dos ensaios físicos 5, a amostra foi destorrada, seca ao ar e moída até que tudo se tornassem passante em peneiras ABNT n 40 (0,420mm). Foram confeccionados 40 corpos, com umidades de 9,60%.
Para os ensaios físicos foram utilizados 5 corpos de prova até 1150 C e 2 corpos de 1250 C até 1400 C, sendo os ensaios: - Teor de umidade, determinado pela equação: h = (m v m s ) m s. 100. m v é a massa verde; m s é a massa seca - Retração linear após secagem e após queima, determinadas pelas equações: RL S = (c v - c s ).100 c s ; RL q = (c s c q ).100 c s. c v é o comprimento do corpo de prova verde; c s é o comprimento do corpo seco em estufa e c q é o comprimento do corpo queimado. - Massa específica aparente a verde, após secagem e após queima, determinadas por: MEA = m/v a. v a e o volume seco ou queimado. - Absorção de água, determinada pela equação: AA(%) = (m u m q ). 100 m q. m u é a massa do corpo de prova úmido e m q é a massa do corpo depois de queimada. - Perda de massa ao fogo, determinada pela equação: PF(%) = 100. (m s m q ) m s. - Porosidade aparente, determinada pela equação: PA(%) = (m u m q ) (m u m i ).100. m i é a massa imersa. - Módulo de ruptura à flexão. - Testes de atividades pozolânicas, realizados seguindo as normas NBR 5734/1989, peneiras para ensaios com telas de tecido metálico; NBR 6474/1984, cimento portland e outros materiais em pó (determinação da massa específica); NBR 7214/1982, areia normal para o ensaio de cimento; NBR 7215/1992, cimento portland (determinação de resistência à compressão). Para a moldagem de três corpos-de-prova cilíndricos de 50 mm de diâmetro por 100 mm de altura foram utilizadas as seguintes quantidades, em massa, do material: Hidróxido de cálcio 104 g. Areia normal, 234 g de cada uma das quatro frações. Água, 258g. Material pozolânico, 247g.
RETRAÇÃO LINEAR % Material pozolânico 2 x δ poz δ cálcio x 104 g Onde poz e cal, respectivamente, os valores da massa específica do material pozolânico e do hidróxido de cálcio, determinados de acordo com a NBR 6474. Observação: foram moldados seis corpos de prova, com argila da amostra A, calcinada a 800 C. 1.2 Análise química e difração de raios-x A difratometria de raios-x foi efetuada com o aparelho Siemens D5000 pelo método do pó, a análise química foi realizada com o aparelho Philips modelo WDRX2400 pelo método de espectrometria de fluorescência de raios-x. 2. RESULTADOS E DISCUSSÕES 2.1 Variação linear dimensional As retrações lineares ocorrem, devidas, à perda de matéria orgânica e sulfetos, perda de água de estrutura e processos de recristalizações 6. Através das Figuras 2 e 3 vemos que as retrações lineares dos corpos de prova secos ao ar e secos em estufa, confeccionados com umidades entre os limites de plasticidade e liquidez foram muito expressivas, o que dificulta a fabricação de tijolos e telhas por extrusão, com o uso desta argila, pois grandes retrações causam deformações e trincas na secagem. Após as queimas a amostra A apresentou dilatação entre as temperaturas de 700 C e 800 C, retrações, com altas variações entre 900 C e 1150 C e 1300 C e 1400 C e com poucas variações entre 1150 C e 1300 C. 8 6 4 2 0 A AMOSTRA RL (ar) % RL (arl) % RL (S) % RL (SL) % (V ) verde ( ar) sec o ao ar ( L) conf. entre LP e LI ( s) sec o FIGURA 2 Gráfico em colunas mostrando as retrações lineares dos corpos de prova antes das queimas.
RETRAÇÃO LINEAR % 1,5 1 0,5 0-0,5 A AMOSTRAS 700 800 900 1000 1100 1150 1250 1300 1350 FIGURA 3 Gráfico em colunas mostrando as retrações lineares dos corpos de prova após as queimas. 2.2 Massa específica aparente (MEA) Houve uma boa compactação antes e depois das queimas (Figuras 4 e 5). FIGURA 4 Gráfico em colunas das massas específicas aparentes dos corpos de prova antes das queimas. FIGURA 5 Gráfico em colunas mostrando as massas específicas aparentes dos corpos de prova secos (110 C) e queimados.
Perda de massa ao fogo (PF%) A perda de massa ao fogo deve-se, principalmente, à eliminação de matéria orgânica em torno de 340 C e sulfetos em torno de 380 C, perda de água de estrutura em torno de 490 C e descarbonatação entre 600 C e 900 C 7. Os corpos de prova da amostra A não apresentaram grande perda de massa ao fogo, divido, provavelmente a quantidade de quartzo e a pequena quantidade de matéria orgânica. (Figura 6). FIGURA 6 Gráfico em colunas mostrando as perdas de massa ao fogo dos corpos de prova após as queimas. 2.3 Absorção de água (AA%) e porosidade aparente (PA%). Os corpos de prova da amostra A apresentaram altas AA e PF em todas as temperaturas, provavelmente, devido à percentagem caulinita/quartzo e a presença de poucos agentes fundentes (Figuras 7 e 8). FIGURA 7 Gráfico em colunas das absorções de água dos corpos de prova após as queimas.
MRF (MPa) PA % 40 35 30 25 20 15 10 5 0 A AMOSTRAS 700 800 900 1000 1100 1150 1250 1300 1350 1400 FIGURA 8 Gráfico em colunas das porosidades aparentes dos corpos de prova após as queimas. Módulo de ruptura à flexão (MRF) Os corpos de prova da amostra A apresentaram baixíssima MRF, devido à grande quantidade de quartzo livre e caulinita, comprometendo o uso desta argila (Figura 9). 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 110 C 700 C 800 C 900 C 1000 C 1100 C 1150 C 0,00 A 1250 C 1300 C AMOSTRAS 1350 C FIGURA 9 Gráfico em colunas dos módulos de ruptura à flexão dos corpos de prova secos em estufa e após as queimas. TABELA 1 - Análise química das argilas de Ivinhema/MS, amostras A, %. Amostra PF SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 Na 2 O CaO K 2 O MgO MnO 2 P 2 O 5 TiO 2 SiO 2 /Al 2 O 3 A 7,61 65,75 14,49 8,93 0,03 0,16 0,07 0,20 0,04 0,22 1,70 4,53 Pela difração de raios-x ficou constatado que a argila da amostra A é constituída, principalmente, por quartzo e caulinita. Também foi encontrado feldspato (Figura 10).
RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO (MPa) intensidade 600 500 400 300 200 100 0 K KQ K Q F K Q F Caulinita Quartzo Feldspato 5 10 15 20 25 30 2 THETA FIGURA 10 Difratograma da amostra A. Os testes pozolânicos mostraram que a argila da amostra A é altamente pozolânica, pois apresentaram em média 7,9 MPa de resistência à compressão e dados bibliográficos indicam atividades pozolânicas a partir de resistência à compressão de 3,0 MPa, com os mesmos testes (Figura 11). 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 A B C D E F CORPOS DE PROVA FIGURA 11 Gráfico em colunas da resistência a compressão dos corpos de prova da amostra A. 3. CONCLUSÕES Os resultados mostraram a presença de argilominerais do grupo da caulinita, matéria orgânica e quartzo, boa compactação, alta porosidade e baixíssimo módulo de ruptura à flexão, provavelmente, devido à presença da caulinita e do quartzo e altas propriedades pozolânicas. Devido à alta porosidade, a baixíssima resistência e as altas propriedades pozolânicas sugerimos que a amostra A seja utilizada como material pozolânico, em grandes estruturas maciças de concretos, tais como barragens, instalações portuárias e etc.
REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT. NBR 12653 (ABNT). 1992. COIMBRA, M. A.; SANTOS, W. N. dos; MORELLI, M. R.. Recuperação de resíduos inorgânicos para a construção civil. Cerâmica. vol. 48 no.306 São Paulo, Apr./June, 2002. MIELENZ, R. C.; WITTE, L.P.; GLANZ, O.J. Effect of calcination on natural pozzolans. Symp. on Pozzolanic Materials in Mortars and Concrete. ASTM, 1950 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT. NBR 5736 (ABNT), 1991. SANTOS, P. S., Tecnologia de argilas. Vol.1.2ª. Edição. Editora Edgar Blücher, 1989. VAN VLACK, L. H. Propriedades dos materiais cerâmicos Physical Ceramics for Engineers ; tradução, Cid Silveira e Shiroyuki Oniki. São Paulo: Edgar Blücher, Ed. da Universidade de São Paulo, 1973. SANTOS, S. Ciência e tecnologia de argilas. São Paulo: Ed. Edgard Blücher - EDUSP, 3 V vol 2 e 3. 1992.