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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA COLEGIADO DE ENGENHARIA CIVIL AGNALDO DO NASCIMENTO JUNIOR AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DE CONCRETO UTILIZANDO ADIÇÃO DE RESÍDUOS DE CERÂMICA VERMELHA Feira de Santana-BA 2011

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA COLEGIADO DE ENGENHARIA CIVIL

AGNALDO DO NASCIMENTO JUNIOR

AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DE

CONCRETO UTILIZANDO ADIÇÃO DE RESÍDUOS DE

CERÂMICA VERMELHA

Feira de Santana-BA

2011

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AGNALDO DO NASCIMENTO JUNIOR

AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DE

CONCRETO UTILIZANDO ADIÇÃO DE RESÍDUOS DE

CERÂMICA VERMELHA

Monografia apresentada ao Colegiado de

Engenharia Civil da Universidade Estadual

de Feira de Santana, como pré-requisito

para obtenção da aprovação na disciplina

Projeto Final II.

Orientador: Professor Antônio Freitas da Silva Filho – Mestre em Engenharia

Co-orientador: Professor Élvio Antonino Guimarães – Mestre em Estruturas

Feira de Santana-BA

2011

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AGNALDO DO NASCIMENTO JUNIOR

AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DE

CONCRETO UTILIZANDO ADIÇÃO DE RESÍDUOS DE

CERÂMICA VERMELHA

Monografia apresentada à Universidade Estadual de Feira de Santana, como pré-requisito para obtenção da aprovação na disciplina Projeto Final II.

Feira de Santana, 03 de julho de 2011

___________________________________________________________________ Professor Antonio Freitas da Silva Filho – Mestre

Universidade Estadual de Feira de Santana

___________________________________________________________________ Professor Élvio Antonino Guimarães – Mestre Universidade Estadual de Feira de Santana

___________________________________________________________________ Professor Eduardo Antonio Lima Costa – Mestre

Universidade Estadual de Feira de Santana

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Esse trabalho é dedicado às pessoas que me orientaram, ajudaram e tornaram possível a realização desse ideal tão sonhado. Em especial, à minha esposa Izabela e minha filha Beatriz, razão de ser da minha existência.

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2

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus por ter me dado forças para seguir adiante, superando todos os

percalços.

Aos meus professores e colegas do curso de Engenharia Civil.

Aos meus amigos e colegas quer sejam de trabalho ou não, que compartilharam

comigo bons e maus momentos.

Ao Prof. Antonio Freitas, meu orientador, que soube me alertar quando necessário e

que me ajudou a alcançar o sucesso desse trabalho.

Ao Prof. Élvio Antonino, meu co-orientador, que me ajudou a alcançar o sucesso

desse trabalho.

Aos meus pais, irmãs e familiares, por todo apoio.

A minha esposa Izabela e minha filha Beatriz por ter me dado coragem de seguir em

frente em todos os momentos da minha vida.

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RESUMO

Atualmente, o aproveitamento de resíduos na construção civil tem sido estimulado,

uma vez que esse setor apresenta-se como um dos maiores consumidores de

materiais naturais em seus processos e produtos. Neste trabalho avaliam-se as

propriedades mecânicas do concreto com adição de resíduos cerâmicos através da

utilização desse material para emprego como adição mineral em substituição parcial

ao cimento Portland, visando à produção de concretos para a construção civil. A

cerâmica moída foi usada em substituição parcial ao cimento Portland em teores que

variaram de 10 a 30% (em massa). Foram avaliadas a trabalhabilidade e a

resistência à compressão axial dos concretos produzidos. Os resultados obtidos

indicaram que a substituição de 10% do cimento Portland proporcionou um

acréscimo na resistência à compressão do concreto, as substituições de 20 e 30%

houve uma redução desse parâmetro em relação ao concreto de referência.

Palavras-chave : Argila, resíduo cerâmico, pozolanas, concreto.

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ABSTRACT

Currently, the use of waste in construction has been encouraged, since this sector is

presented as one of the largest consumers of natural materials in their

processes and products. In this paper we evaluate the mechanical properties

of concrete with addition of ceramic waste through the use of this material for use as

a mineral addition topartially replace Portland cement in order to produce concrete

for construction. Potteryground was used to partially replace Portland cement at

levels ranging from 10 to 30% (by weight). We evaluated the workability and

resistance to axial compression ofconcrete produced. The results indicated that

replacing 10% Portland cement providedan increase in the compressive strength

of concrete, the replacement of 20 and 30% of patients showed a reduction of

this parameter in relation to the reference concrete.

Keywords: Clay, ceramic waste, pozzolans, concrete.

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LISTA DE ABREVIAÇÕES E SIGLAS

µ Média aritmética

a/c Relação água/cimento

ABC Associação Brasileira de Cerâmica

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ANFACER Associação Nacional de Fabricantes de Cerâmica para Revestimento

C2S Silicato dicálcico

C3A Aluminato tricálcico

C3S Silicato tricálcico

C4Af Ferroaluminato tetracálcico

C-A-H Aluminato de cálcio hidratado

CH Hidróxido de cálcio

CP Corpo de prova

C-S-H Silicato de cálcio hidratado

Cv Coeficiente de variação

Fck Resistência característica

LABOTEC Laboratório de Tecnologia

NBR Norma Brasileira

NM Norma Mercosul

RC Resíduo Cerâmico

REF Traço de Referência

σ Desvio padrão

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Relação entre trabalhabilidade e grandeza de abatimento. ....................27

Tabela 2 – Principais compostos do cimento Portland..............................................33

Tabela 3 – Equação da formação de compositos .....................................................34

Tabela 4 – Caracteristicas do cimento CP V.............................................................40

Tabela 5 – Composição dos tipos de cimentos.........................................................41

Tabela 6 – Consumo de materiais utilizados no concreto referencial .......................46

Tabela 7 – Consumo para produção do concreto .....................................................46

Tabela 8 – Resultado do Ensaio de abatimento (slump test) ....................................48

Tabela 9 – Resistência à compressão axial aos 28 dias - Referência ......................53

Tabela 10 – Resistência à compressão axial aos 28 dias – RC 10%........................54

Tabela 11 – Resistência à compressão axial aos 28 dias – RC 20%........................55

Tabela 12 – Resistência à compressão axial aos 28 dias – RC 30%........................56

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Panteão de Roma; Aqueduto de Ponte do Gard......................................20

Figura 2 – Moinho de bolas do LABOTEC ................................................................23

Figura 3 – Ensaio do abatimento de tronco de cone .................................................27

Figura 4 – Efeito da substituição de uma pozolana natural sobre o calor de

hidratação..................................................................................................................36

Figura 5 – Zona de interface pasta/agregado............................................................39

Figura 6 – Amostra do bloco cerâmico......................................................................42

Figura 7 – Fragmentos de cerâmica vermelha..........................................................43

Figura 8 – Moinho rápido Servitech CT 242..............................................................43

Figura 9 – Amostra obtida através da moagem.........................................................44

Figura 10 – Amostra para peneiramento...................................................................45

Figura 11 – Ensaio de abatimento de tronco de cone ...............................................47

Figura 12 – Ensaio de consistência ..........................................................................48

Figura 13 – Adensamento mecânico com o auxilio de vibrador ................................49

Figura 14 – CP’s identificados e em repouso por 24h...............................................50

Figura 15 – Câmara úmida........................................................................................50

Figura 16 – Execução do ensaio de ruptura..............................................................52

Figura 17 – Comparativo das resistências à compressão axial aos 28 dias .............57

Figura 18 – Comparativo de percentuais em relação ao referencial .........................57

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................13

1.1 OBJETIVOS ...................................................................................................... 14

1.1.1 Objetivo geral ..................................................................................................14

1.1.2 Objetivos especificos ......................................................................................15

1.2 METODOLOGIA ................................................................................................15

1.3 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA .....................................................................16

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .......................... .................................................17

2.1 CONSTRUÇÃO E MEIO AMBIENTE ................................................................17

2.2 HISTÓRICO DA CERÂMICA .............................................................................19

2.2.1 Utilização da Pozolana no Cimento Portland ................................................19

2.3 DEFINIÇÕES ....................................................................................................20

2.3.1 As Argilas .......................................................................................................20

2.3.2 Resíduo Cerâmico...........................................................................................21

2.3.2.1 Cerâmica vermelha .....................................................................................21

2.3.2.2 Moagem dos Resíduos Cerâmicos ..............................................................22

2.3.2.3 Atividade Pozolânica do Material Creâmico ................................................24

2.3.3 O Concreto ......................................................................................................25

2.3.3.1 Propriedades do Concreto Fresco................................................................25

2.3.3.2 Resistência do concreto ...............................................................................29

2.3.4 Material Pozolânico ........................................................................................31

2.4 EFEITOS DA ADIÇÃO DE POZOLANA NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO

....................................................................................................................................32

2.4.1 Interação Entre o Cimento Portland e a Pozolana .........................................33

2.4.2 Importância da Pozolana no Concreto ............................................................36

2.5 EFEITOS DA ADIÇÃO DE RESÍDUOS CERÂMICOS EM CONCRETO ...........37

2.6 AÇÃO DE FINOS EM CONCRETOS ................................................................39

3 PROGRAMA EXPERIMENTAL .......................... .................................................40

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3.1 MATERIAIS .......................................................................................................40

3.1.1 Cimento Portland ...........................................................................................40

3.1.2 Agregado Miúdo .............................................................................................41

3.1.3 Agregado Graúdo ..........................................................................................41

3.1.4 Água ...............................................................................................................41

3.1.5 Residúos Cerâmicos ......................................................................................42

3.2 MÉTODOS ........................................................................................................45

3.2.1 Dosagem dos Concretos.................................................................................45

3.2.2 Mistura dos Materiais .....................................................................................46

3.2.3 Ensaio do Abatimento de Tronco de Cone .....................................................47

3.2.4 Consistência do Concreto ..............................................................................48

3.2.5 Confecção de Corpos de Prova ......................................................................49

3.2.6 Ensaios de Resistência à Compressão Axial de Concretos............................51

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS .......................... ..................................................53

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................ ......................................................59

5.1 CONSIDERAÇÕES ...........................................................................................59

5.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................60

REFERÊNCIAS.........................................................................................................61

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1. INTRODUÇÃO

Atualmente, com a industrialização atuando em grande escala, o uso de novas

tecnologias, aumento da população e diversificação do consumo de bens e serviços,

as matérias-primas estão se tornando escassas e os resíduos gerados se

transformaram em graves problemas urbanos com gerenciamento complexo.

Um dos maiores responsáveis pelo consumo desses recursos naturais extraídos e

pela geração e destinação dos resíduos é o setor da construção civil. Problemas

com o gerenciamento dos resíduos gerados, a escassez de áreas de descarte, e a

limpeza urbana, entre outros, são pontos que a construção civil deve avaliar para

análise de impacto ambiental.

Todos estes fatores levam à busca de alternativas para minimizar o impacto gerado

pela indústria da construção. A reciclagem é, sem dúvida, a melhor alternativa para

reduzir o impacto que o ambiente pode sofrer com o consumo de matéria prima e a

geração de resíduos.

Nesse contexto, um dos desafios para os pesquisadores da atualidade, na busca

pelo desenvolvimento sustentável, seria então a investigação de processos para a

obtenção de materiais alternativos, que permitam o emprego de resíduos urbanos

diversos na fabricação de materiais e produtos duráveis.

De acordo com o site www.cimento.org, o cimento é atualmente o material mais

utilizado pela indústria da construção em todo o mundo, alcançando a marca de

30,03 milhões de toneladas vendidas no 1° semestre de 2011. Mas esta grande

utilização (seu consumo mundial apenas é superado pelo consumo de água), em

especial nos grandes centros urbanos, trouxe como conseqüência um grande

aumento da indústria produtora de cimento Portland. Os impactos ambientais

ocasionados pela extração de argila e calcário, suas principais matérias-primas, o

alto consumo energético e a elevada taxa de emissão de dióxido de carbono para a

atmosfera são os efeitos considerados mais danosos dessa indústria. (ALVES, 2002;

METHA & MONTEIRO, 2008).

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De acordo com a Associação Brasileira de Cerâmica (ABC), no Brasil a produção da

cerâmica vermelha é da ordem de 70 milhões de toneladas por ano, que nos leva a

pensar em utilizá-la como uma alternativa de material pozolânico. O índice de

perdas do setor varia de 5 a 30% a depender da região, do nível tecnológico de cada

indústria, entre outros itens, ocasionando problemas de transporte, de estocagem,

de manutenção dos depósitos e ambientais.

Deste modo, este trabalho busca analisar o resíduo de cerâmica vermelha

proveniente da quebra dos blocos e telhas cerâmicas nos canteiros de obra como

matéria-prima para a obtenção de uma substituição, este será utilizado como

substituto parcial do cimento na confecção de concretos, propiciando um duplo

benefício ao meio ambiente: imobilizar este rejeito de construção, agregando–lhe

valor, e reduzir o consumo de cimento, forte emissor de CO2 na atmosfera e

consumidor de recursos naturais.

Este trabalho se limita a avaliar o uso de material proveniente de resíduos de

cerâmica vermelha em substituição parcial ao cimento Portland no concreto através

do ensaio da resistência a compressão aos 28 dias, devido ao tempo disponível para

a realização do mesmo.

1.1 OBJETIVOS

1.1.1 Objetivo geral

Avaliar a influência da cerâmica vermelha moída em substituição parcial ao cimento

na produção de concretos.

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1.1.2 Objetivos específicos

Avaliar a trabalhabilidade dos concretos após a substituição parcial do cimento

Portland por cerâmica vermelha moída.

Avaliar a resistência à compressão axial do concreto convencional e de concreto

produzido a partir da substituição parcial da cerâmica vermelha moída.

1.2 METODOLOGIA

Para a realização desse trabalho foi adotada a seguinte metodologia:

a) Abordagem de uma fundamentação teórica, buscando informações técnicas

em livros, sites, revistas especializadas, dissertações, teses e trabalhos de

conclusão de curso;

b) Preparação das amostras necessárias para a realização da pesquisa;

c) Estudos da dosagem, a fim de se obter o traço para confecção do concreto;

d) Produção do concreto, que é composto pela dosagem, moldagem,

lançamento, adensamento e cura. Nessa etapa, também, foi obtido o

abatimento e a coesão do concreto;

e) Realização de ensaios de resistência à compressão aos 28 dias de cura.

f) Análise e comparações dos dados obtidos com as bibliografias existentes.

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16

1.3 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA

No capítulo I apresentação da introdução, os objetivos, a justificativa, a estrutura e a

metodologia do trabalho.

O capítulo II é constituído de uma fundamentação teórica sobre o tema.

O capítulo III é composto do programa experimental contendo os métodos e

materiais utilizados no trabalho.

No capítulo IV análise e discussão dos resultados apresentados.

No capitulo V considerações finais e propostas para trabalhos futuros.

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17

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 CONSTRUÇÃO E MEIO AMBIENTE

Um dos maiores desafios que a sociedade enfrenta na atualidade é a proteção

ambiental. A redução do consumo energético e de matérias-primas naturais e a

produção de resíduos são os elementos centrais desta preocupação (POZZOBON e

RUPPENTHAL, 1999).

A utilização de rejeitos industriais em produtos de construção tem sua justificativa ao

atender à preservação ambiental e ecológica do planeta e também contempla

interesses de ordem técnica e econômica (COSTA, 1998).

“No que concerne às razões ambientais e ecológicas, sabe-se

que, em todo o mundo economicamente desenvolvido, as

ações pertinentes à preservação do ambiente natural e de sua

correspondente ecologia vêm ganhando, atualmente, adeptos e

conseguindo vitórias através de legislações preservacionistas e

de práticas produtivas cada vez menos predatórias e mais

restauradoras. (...) O aproveitamento de rejeitos de qualquer

tipo, e em particular os rejeitos industriais, deve ser encarado

como uma prática preservacionista restauradora, de elevado

sentido ambiental e ecológico. Por esta razão e apenas por

esta, já se justificaria a busca de utilização desses produtos na

construção civil, independente de outras ações simultâneas

(...)” (COSTA, 1998).

A construção civil é um dos setores com grande potencial para o aproveitamento de

resíduos sólidos industriais. Isto se deve ao fato da necessidade da redução do

custo da construção, ao volume de recursos consumidos e a diversidade de insumos

usados (CINCOTTO, 1988).

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18

“Além dos aspectos técnicos e funcionais, hoje a sociedade

exige não só bom desempenho dos materiais ou da

construção, mas também das interações com o meio ambiente,

em busca daqueles cuja obtenção ou realizações se

materializam com menor impacto ecológico e menor ônus

energético” (ISAIA, 2005).

De acordo com Isaia (2005) a engenharia oferece uma contribuição à sociedade

criando uma perspectiva de consumo dos resíduos, com o objetivo de produzir

construções mais duráveis e com menor custo econômico e social visando à

preservação do meio ambiente.

Existe uma grande diferença entre os impactos ambientais de uma construção

convencional, em comparação com o que é possível conseguir com as melhores

práticas atuais. Se quisermos cumprir hoje os requisitos de desenvolvimento de uma

forma sustentável, temos de assegurar que as novas construções possuam

melhores qualidades ambientais.

Pozzobom e Ruppenthal (1999) acreditam que a incorporação do entulho na própria

obra possibilita um resultado significativo de economia e de gerenciamento

moderno, além da economia com o transporte para um aterro autorizado.

Em se tratando dos blocos cerâmicos e dos tijolos, os principais problemas que

contribuem para a incidência de perdas estão na falta de controle de recebimento

dos materiais, na falta de segurança dos estoques, no uso de meio de transportes

inadequados, na estocagem inadequada, na falta de meios tijolos e modificações de

projeto (SANTOS, 1996).

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2.2 HISTÓRICO DA CERÂMICA

Relatos indicam que o primeiro material ligante utilizado provavelmente teria sido a

terra argilosa por volta de 10.000 anos e utilizada pelo homem nas primeiras

construções. A cal surge posteriormente, descoberta pela civilização grega, que foi

uma das pioneiras na utilização deste material como aglomerante, difundindo uma

prática que possivelmente se iniciou em Creta (ALVES, 2002; ZAMPIERI, 1989).

Segundo a ANFACER, no Brasil a cerâmica surgiu no estado do Pará, na Ilha de

Marajó, com a cultura dos índios da ilha. Estudos arqueológicos, contudo, indicam

que a presença de uma cerâmica mais simples, ocorreu, ainda, na região amazônica

por volta de 5.000 anos atrás.

A cerâmica era feita de forma artesanal utilizando técnicas de raspagem, incisão,

remoção e pintura. Mesmo desconhecendo o torno e operando com instrumentos

rudimentares, o índio conseguiu criar uma cerâmica de valor, que dá a impressão de

superação dos estágios primitivos da Idade da Pedra e do Bronze (ANFACER,

2011).

A tradição ceramista não chegou ao Brasil pela mão dos portugueses.

O rudimentar processo indígena sofreu modificações com as instalações de olarias

nos colégios, engenhos e fazendas jesuítas, onde se produzia além de tijolos e

telhas, também louça de barro para consumo diário (SEBRAE, 2008).

2.2.1 Utilização da Pozolana no Cimento Portland

As primeiras pozolanas artificiais utilizadas surgiram de fragmentos de materiais

cerâmicos moídos e que, quando misturados à cal deu origem ao primeiro cimento

hidráulico produzido pelo homem, por volta de 3.600 anos atrás (FARIAS FILHO,

2000 apud PORTO VIEIRA, 2005).

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20

Com o decorrer do tempo surgiu o cimento Portland que provocou a diminuição da

prática do uso da cerâmica moída para confecção de argamassas e concretos. No

entanto a utilização da cerâmica pode ser comprovada através de construções

existentes até os dias de hoje (Figura 1) (SANTOS, 1992).

Figura 1 – Panteão de Roma; Aqueduto de Ponte do Gard Disponível em: pt.wikipedia.org/wiki/Panteão; pt.wikipedia.org/wiki/Ponte_do_Gard

O primeiro registro da utilização de material pozolânico no Brasil remonta ao período

da construção da barragem de Jupiá (MS) em 1964. Em 1969 ocorreu a

comercialização do chamado cimento Portland pozolânico, o qual utilizava cinzas

volantes coletadas na termelétrica de Charqueadas (RS). Hoje em dia, por razões

econômicas, observa-se o emprego de pozolanas disponíveis regionalmente

(ZAMPIERI, 1989).

2.3 DEFINIÇÕES

2.3.1 As Argilas

Argila é um material natural, terroso, de granulação fina e que adquire plasticidade

quando em contato com água, constituída de argilo-minerais, formados

principalmente por silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio entre outros.

As argilas também contêm matéria orgânica, sais solúveis, partículas de quartzo,

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mica muscovita, pirita, calcita, dolomita e outros materiais residuais (SANTOS,

1992).

A argila calcinada pode ser obtida pela calcinação da argila caulinitíca, através do

controle da temperatura de calcinação, tempo de residência e a taxa de

aquecimento e resfriamento dos fornos. Outra possibilidade e a obtenção da argila

calcinada a partir de resíduos de indústrias que utilizam argila como matéria-prima,

como ocorre na indústria cerâmica (GONÇALVES, 2006).

Para a produção de tijolos e telhas de cerâmica vermelha, a indústria cerâmica

utiliza uma argila com quantidades aplicáveis de silte e areia. O teor em fração

argilosa é baixo, mas suficiente para permitir o desenvolvimento da plasticidade

necessária à moldagem dos produtos cerâmicos (MEIRA, 2001).

2.3.2 Resíduo Cerâmico

2.3.2.1 Cerâmica Vermelha

Segundo Santos (1992), a indústria da cerâmica vermelha é uma das mais

difundidas e um dos poucos campos da cerâmica em que se utiliza a argila como

única matéria-prima. Esta é moldada na forma final de utilização e queimada sem

adição de outro minério.

“A cerâmica vermelha é caracterizada por produtos oriundos da

argila ou misturas contendo argila, através de moldagem,

secagem e queima da mesma, de onde vem a cor avermelhada

que dá seu nome” (VERÇOZA, 1987).

A cerâmica vermelha é composta de argila, queimada em altas temperaturas e tem

como características a sua plasticidade, capacidade de absorver e ceder água,

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capacidade aglutinante, trabalhabilidade, contração na secagem e queima, é

submetida a altas temperaturas que lhe atribuem rigidez e resistência mediante a

fusão de certos componentes da massa (SEBRAE, 2008).

A cerâmica vermelha é representada por tijolos, blocos, telhas, tubos, lajes para

forro, entre outros, quando finamente moída pode apresentar atividades pozolânicas,

com isso podendo ser utilizado para produção de novos materiais cimentícios.

2.3.2.2 Moagem dos Resíduos Cerâmicos

É utilizado um conjunto de técnicas que tem por finalidade reduzir a granulometria

de um mineral/minério por ação mecânica, de determinado tamanho em elementos

de tamanho menor. Esta operação envolve vários estágios aplicados ao material. O

material é reduzido a pequenos fragmentos por triturador mecânico ou impactos

manuais com martelo até que se atinja um diâmetro inferior a 50 mm, tamanho esse

adequado para a alimentação da moagem. Neste estágio as partículas são

reduzidas, pela combinação de impacto, compressão, abrasão e atrito, ao tamanho

adequado às necessidades de utilização do material moído (PEREIRA, 2000).

Moagem em Moinho de Bolas

Um fator importante na seleção do equipamento a ser utilizado para moagem da

matéria prima é a sua dureza. Para materiais cerâmicos são largamente utilizados os

moinhos de bolas, por se tratar de argila como matéria-prima básica. Esse processo

permite obter uma distribuição granulométrica bastante fina e pode ser realizado a

úmido ou a seco (BISTROT, 1996 apud VIEIRA, 2005).

O moinho de bolas (figura 2) é constituído de dois recipientes cerâmicos contendo

esferas moedoras no seu interior. Quando em funcionamento, as esferas moem o

material dentro do recipiente. Dentre as principais variáveis que influenciam na

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23

moagem com este tipo de equipamento pode-se citar o material utilizado como

urevestimento e bolas, tamanho e carga das bolas, quantidade e umidade dos

produtos a moer, velocidade do moinho e tempo de moagem (PEREIRA, 2000).

Figura 2 – Moinho de bolas do LABOTEC

A distribuição granulométrica da carga moedora do moinho de bolas acontecerá em

diferentes diâmetros para que se possa obter um maior rendimento da moagem,

haja vista que as esferas de maior diâmetro atuarão preferencialmente na ruptura do

material, enquanto que as de menor diâmetro serão mais eficientes na obtenção de

partículas menores (BISTROT, 1996 apud VIEIRA, 2005).

A quantidade de material deve cobrir ligeiramente as bolas dentro do recipiente. O

tempo de moagem dependerá do material a moer e deve ser obtido por

experimentos em laboratório até que alcance a granulometria desejada. Este tempo

quando ultrapassado acarretará na elevação do custo do processo e no desgaste do

moinho, sem proporcionar uma moagem mais fina (BISTROT, 1996 apud VIEIRA,

2005).

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24

2.3.2.3 Atividade Pozolânica do Material Cerâmico

A avaliação da atividade pozolânica mediante ensaios de resistência mecânica

reflete os efeitos dos compósitos formados e podem ser realizada em concretos,

argamassas e pastas. A avaliação pode sofrer influência das características dos

agregados, da geometria dos corpos de prova e da quantidade do material a ser

consumido. Os resultados são diferentes para concreto, argamassa e pasta, por

apresentarem variáveis provenientes das características de cada um (ARAUJO &

RONDON; 2009).

A NBR 5732 Cimento Portland comum, define o índice de atividade pozolânica com

cimento Portland como sendo a relação entre a resistência à compressão aos 28

dias dos corpos de prova de argamassas moldados com pozolânas e cimento com

os corpos de prova de referência. A areia indicada é a areia normal (NBR 7214).

Índice com valores iguais ou superiores a 75% indicam a presença de atividade

pozolânica (NBR 12653/92).

A NBR 12653 – Materiais pozolânicos define o índice de atividade pozolânica,

determinado de acordo com a NBR 5751, como valor de mínimo de 6 MPa.

ARAUJO & RONDON (2009) e DAL MOLIN e LEITE (2002), realizaram estudos

utilizando resíduos de cerâmica vermelha a fim de observar a sua atividade

pozolânica e obtiveram resultados semelhantes.

DAL MOLIN e LEITE (2002) utilizaram duas misturas de argamassa, uma de

referência e outra com substituição de 35% do volume absoluto do cimento Portland

pela cerâmica vermelha moída. O índice de atividade pozolânica com cimento foi de

87,2% em relação à argamassa de referência. ARAUJO & RONDON (2009) também

utilizaram duas misturas de argamassa, conforme a NBR 5732 e obtiveram um

índice de atividade pozolânica com cimento de 89% em relação à argamassa de

referência.

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25

Os resultados expressos por ARAUJO & RONDON (2009) e DAL MOLIN e LEITE

(2002) não podem ser considerados conclusivos em relação ao efeito da influência

pozolânica de materiais cerâmicos. Podemos dizer que o efeito pozolânico existe a

depender da quantidade de material a ser utilizado e em relação às argamassas.

2.3.3 O Concreto

De acordo com Mehta & Monteiro (2008), o concreto é um material composto que

consiste essencialmente de um meio contínuo aglomerante, dentro do qual estão

mergulhadas partículas ou fragmentos de agregados. No concreto de cimento

hidráulico, o meio aglomerante é formado por uma mistura de cimento hidráulico e

água.

Quando misturados, oferece condições tais de plasticidade que facilitem as

operações de manuseio necessárias para o seu lançamento nas formas, adquirindo,

com o tempo, através das reações entre aglomerantes e água, coesão e resistência

(PETRUCCI, 2005).

Utiliza-se como agregado no concreto um material granular, que tem a função de

melhorar algumas das características do mesmo, como a retração e a resistência à

abrasão. Divide-se em agregado graúdo (britas, seixos rolados) e agregado miúdo

(areia) a água empregada ao concreto não deve possuir impurezas, ou seja, agentes

agressivos tais como cloretos, sulfatos e carbonatos que podem atacar o material

(MEHTA & MONTEIRO, 2008).

2.3.3.1 Propriedades do Concreto Fresco

A qualidade final de um concreto depende tanto do controle de suas propriedades no

estado fresco como no seu estado endurecido. No concreto, somente a sua

resistência característica pode não apresentar propriedades tais que o levem a um

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bom desempenho e a uma durabilidade satisfatória. Dessa forma, outros aspectos

devem ser levados em consideração quando se deseja obter concretos de

qualidade; entre eles o controle das propriedades do concreto fresco, pois estes são

fundamentais à execução das estruturas e às propriedades da estrutura de concreto

endurecido (GEYER, 2006).

Neville (1997) cita que o concreto no estado fresco deve apresentar características a

serem verificadas antes de seu processo de endurecimento, dentre as quais se

podem citar a trabalhabilidade, a coesão, a segregação, a exsudação e o ar

incorporado como sendo as mais importantes.

Trabalhabilidade

Para Neville (1997), a trabalhabilidade deve ser definida como uma propriedade

física inerente ao concreto, traduz propriedades intrínsecas da mistura fresca

relacionada com a mobilidade da massa e a coesão entre os elementos que o

compõe, tendo em vista a uniformidade e a compacidade do concreto.

Segundo Petrucci (2005), os principais fatores internos que afetam a

trabalhabilidade são: a consistência, proporção entre cimento e agregado, proporção

entre agregado graúdo e miúdo, forma dos grãos dos agregados e tipo de aditivo.

Em relação aos fatores externos, cita-se o tipo de mistura, transporte, lançamento,

tipo de adensamento e dimensão das armaduras.

Segundo Neville (1997) não existe um ensaio aceitável que determine diretamente a

trabalhabilidade do concreto, mas, inúmeras tentativas têm sido feitas para

correlacionar a trabalhabilidade com alguma grandeza física fácil de ser

determinada. Dentre os ensaios que indicam indiretamente a trabalhabilidade dos

concretos convencionais pode-se citar o ensaio de abatimento do tronco de cone.

O Ensaio de Abatimento do Tronco de Cone mede a consistência e a fluidez do

material, permitindo que se controle a uniformidade do concreto. A principal função

deste ensaio é fornecer uma metodologia simples e convincente para se controlar a

uniformidade da produção do concreto em diferentes betonadas. Desde que, na

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dosagem, se tenha obtido um concreto trabalhável, a constância do abatimento

indicará a uniformidade da trabalhabilidade (GEYER, 2006).

No Brasil este ensaio é regulamentado pela NBR NM 67 (1998) – Determinação da

Consistência pelo Abatimento do Tronco de Cone. A Figura 3 mostra como é

realizado o ensaio. Basicamente consiste no preenchimento de um tronco de cone

em três camadas de igual altura, sendo em cada camada dados 25 golpes com uma

haste padrão. O valor do abatimento é a medida do adensamento do concreto logo

após a retirada do molde cônico.

Figura 3 – Ensaio do Abatimento de Tronco de Cone Fonte: http://www.lmcc.com/concrete_news/0801/five_minute_classroom_slump.asp

Neville (1997) indica correlações entre o ensaio de abatimento e trabalhabilidade,

conforme mostra a Tabela 1.

Tabela 1 – Relação entre trabalhabilidade e grandeza de abatimento. Trabalhabilidade Abatimento (mm)

Abatimento zero 0

Muito baixa 5 a 10

Baixa 15 a 30

Média 15 a 75

Alta 80 a 155

Muito alta 160 ao desmoronamento

Fonte: Informativo Técnico Realmix - Julho de 2006

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Coesão

Concreto coeso é aquele que se apresenta homogêneo e sem separação de

materiais da mistura em todas as fases de sua utilização, quer seja na produção, no

transporte, no lançamento, ou mesmo no seu adensamento durante a concretagem

da estrutura (GEYER, 2006).

A coesão depende muito da proporção de partículas finas na mistura e, em especial,

nas misturas com baixos teores de cimento, deve ser dada atenção à granulometria

na extremidade fina da curva granulométrica. Muitas vezes é necessário fazer várias

misturas experimentais com diferentes proporções entre agregados graúdos e

miúdos para se encontrar uma mistura com coesão adequada (HELENE e TERZIAN,

1993).

Não existem ensaios normalizados para se medir, de uma forma simples, a coesão

de uma mistura. Porém, testes práticos como o de se bater com a haste metálica do

ensaio de abatimento, lateralmente no concreto, pode indicar, empiricamente, a

coesão do material. Recomenda-se que sejam verificados estes aspectos na

realização da dosagem experimental e na execução dos ensaios de abatimento em

obra (GEYER, 2006).

Segregação e Exsudação

De acordo com Geyer (2006), a segregação é definida como sendo a separação dos

componentes do concreto fresco de tal forma que sua distribuição não seja mais

uniforme.

Segundo Neville (1997) existem duas formas de segregação. A primeira é onde as

partículas maiores de agregados tendem a se sedimentar mais do que as partículas

menores. A segunda ocorre em misturas com muita água, manifesta-se pela

separação da pasta da mistura, sendo também conhecida por exsudação.

Como resultado da exsudação, tem-se o aparecimento de água na superfície do

concreto após o mesmo ter sido lançado e adensado, além do surgimento e da

manifestação de inúmeros outros problemas como o enfraquecimento da aderência

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pasta-agregado (zona de transição), aumento da permeabilidade do concreto e, se a

água for impedida de evaporar, pela camada que lhe é superposta, poderá resultar

em uma camada de concreto fraca, porosa e de pouca durabilidade (GEYER, 2006).

Para Geyer (2006) e Neville (1997) a segregação e exsudação podem ser reduzidas

ou eliminadas através de um controle maior da dosagem e de métodos de

lançamento e adensamento do concreto mais eficiente e bem executado.

Ar Incorporado

De acordo com Mehta e Monteiro (2008) podem-se encontrar vazios preenchidos

por ar dentro do concreto de duas formas: através de bolhas de ar incorporado ou

através de vazios de ar aprisionado. As bolhas de ar incorporado possuem

dimensões entre 100,00 µm e 1,00 mm de diâmetro, enquanto os vazios de ar

aprisionado são maiores, ficando entre 1,00 mm e 10,00 mm.

Os vazios de ar aprisionado, que na maioria das vezes são causados por deficiência

nas dosagens e escolha dos materiais, são nefastos à qualidade final do concreto,

podendo comprometer as propriedades mecânicas de resistência à compressão e

módulo de elasticidade. Outro aspecto negativo em relação à presença de vazios de

ar aprisionado no concreto é a aparência final, com a formação de macro-bolhas

superficiais (ANDRIOLO e SGARBOZA, 1993).

2.3.3.2 Resistência do Concreto

A resistência mecânica à compressão é a principal propriedade do concreto no seu

estado endurecido. É de conhecimento que o concreto é excelente quando

submetido a esforços de compressão e deixa a desejar sob esforços de tração

(PETRUCCI, 2005).

Para MEHTA & MONTEIRO (2008), a resistência do concreto a compressão é a

propriedade mais valorizada entre projetistas e engenheiros. Embora a relação

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água/cimento seja importante na resistência do concreto, fatores como adensamento

e condições de cura têm efeitos importantes.

“A resistência pode ser definida como a tensão última aplicada

ao elemento que provoca a desagregação do material que o

compõe, ou ainda, como a capacidade do material de suportar

ações aplicadas sem que ele entre em colapso” (ISAIA, 2005).

O conceito defendido por Andriolo e Sgarboza (1993) para a resistência à

compressão é o da habilidade de resistir forças. Para concretos estruturais ela pode

ser definida como sendo uma força necessária para causar ruptura.

Utiliza-se a resistência à compressão simples para avaliar a qualidade do concreto.

Uma resistência especificada determinada pode ser obtida em menor prazo através

de uma cura contínua. A interrupção da cura antes da obtenção da resistência

desejada, permitirá ganhos da mesma, porém inferiores ao obtido por processos

contínuos (BAUER, 1995).

A capacidade de suportar a força aplicada ao concreto depende da escolha do tipo

do concreto e dos materiais utilizados. Essa força aplicada ao concreto provoca uma

tensão (força por unidade de área), gerando uma deformação no corpo de prova o

levando a ruptura (MEHTA & MONTEIRO, 2008).

Segundo Neville (1997) a resistência obtida através de uma mistura com

trabalhabilidade e quantidade de materiais adequados é influenciada pela relação

água/cimento, relação cimento/agregado, granulometria, textura superficial, forma,

resistência e rigidez das partículas de agregado.

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2.3.4 Material Pozolânico

De acordo com COUTINHO (1997), NEVILLE (1995) e MEHTA e MONTEIRO

(1994), as pozolanas são substâncias constituídas de sílica e alumina que, em

presença de água, combina-se com o hidróxido de cálcio e com os diferentes

componentes do cimento formando compostos estáveis à água e com propriedades

aglomerantes. São classificadas em naturais, artificiais e subprodutos industriais.

As pozolanas artificiais são compostas por argilas de qualquer tipo submetidas a

altas temperaturas para desidratação e temperaturas abaixo do inicio da fusão

(MEHTA e MONTEIRO; 1994).

Algumas pozolanas naturais podem causar problemas devido as suas propriedades

físicas, demandando um alto teor de água. Mas dependendo do material e através

da queima a temperaturas entre 550ºC e 1100ºC a sua atividade pode ser

melhorada por calcinação (NEVILLE, 1997).

Materiais pozolânicos normalmente são utilizados em concreto por causa dos

benefícios que trazem para o mesmo, através do melhoramento da trabalhabilidade

e da redução da liberação de calor com isso reduzindo o risco de fissuração

(ANDRIOLO e SGARBOZA, 1993).

Muitas adições de origem mineral apresentam propriedades pozolânicas. Nesse

sentido o conhecimento da definição de adições minerais (NBR 11172, 1990), onde

define que são materiais os quais, conjuntamente com o cimento Portland,

proporcionam desempenho tecnológico diferenciado aos produtos cimentícios, além

de reduzirem os impactos ambientais.

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2.4 EFEITOS DA ADIÇÃO DE POZOLANA NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO

Concretos frescos que apresentam uma tendência à exsudação e à segregação,

com a introdução de materiais de granulometria fina geralmente melhoram a

trabalhabilidade por reduzir o tamanho e o volume de vazios. Por a pozolana

apresentar partículas finas, ou seja, elevada área específica, o consumo de água

tende a aumentar para uma dada consistência (METHA & MONTEIRO, 2008).

De acordo com Andriolo e Sgarboza (1993) o material pozolânico no concreto tem

uma importante vantagem, que é a redução na quantidade de calor liberado,

resultando em menores variações de volume em função do efeito térmico. Isso faz

com que o concreto tenda a apresentar menos fissurações.

Em relação à temperatura de cura, a exposição a temperaturas elevadas pode ser

prejudicial ao concreto convencional, mas acarreta benefícios para o concreto

contendo pozolana pela ativação térmica através da aceleração da reação

pozolânica (METHA & MONTEIRO, 2008).

Sabir & Wild (2000) ressaltaram que a cura a uma temperatura de 50ºC traz

benefícios ao concreto nas primeiras idades. O efeito ocorre por que a rápida

hidratação inicial do cimento causada pela alta temperatura, produz produtos mais

porosos devido à insuficiência de tempo para a difusão dos produtos de hidratação

do cimento, fazendo com que uma parcela dos poros não seja preenchida.

Wild (1995) ressalta que em se tratando de concretos com adição de pozolanas, as

partículas finamente divididas permitem uma maior dispersão, facilitando o efeito

fíller.

O efeito fíller é definido pelo preenchimento dos vazios entre as partículas do

cimento por grãos, aumentando assim a compacidade do material e a sua

resistência. É justamente esta característica que se busca nos estudos de adição de

material cerâmico moído (HANNA WADA, 2010).

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Em estudos realizados por Farias Filho (2000) e Gonçalves (2005), em argamassas

contendo resíduos de cerâmica vermelha moído como substituição parcial do

cimento Portland, observou-se que houve um aumento da resistência para todas as

porcentagens de substituição utilizadas.

Para Gonçalves (2005), fatores como a composição química, índice de atividade

pozolânica, teor de substituição, diâmetro médio, forma e massa especifica do

material pozolânico, relação água/cimento além do tipo dos materiais como o

cimento, agregado e aditivo entre outros fatores é determinante para o desempenho

de uma dada pozolana no concreto.

Segundo Babu & Rao (1993) apud Gonçalves (2005) a eficiência de uma

determinada pozolana é geralmente avaliada em função da resistência à

compressão, tendo a mistura de controle como referência.

2.4.1 Interação Entre o Cimento Portland e a Pozol ana

O cimento Portland contém compostos (Tabela 2) que com a presença da água dão

origem ao processo de endurecimento. Cada composto de cimento reage com a

água, liberando calor e formando cristais correspondentes a cada uma das três

fases sólidas principais geralmente presentes na pasta endurecida, além de clinquer

não hidratado na forma de grãos (WINKLER e MÜELLER, 1998).

Tabela 2: Principais compostos do cimento Portland.

Nome do Composto Composição em Óxidos Abreviações

Silicato Tricálcico 3CaO.SiO2 C3S

Silicato Dicálcico 2CaO.SiO2 C2S

Aluminato Tricálcico 3CaO.Al2O3 C3A

Ferroaluminato Tetracálcico 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF

Fonte: Metha & Monteiro, 2008 – pg 215

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A responsável pela alta resistência mecânica à compressão do cimento é a fase

silicato de cálcio hidratado (C-S-H) que representa cerca de 50% a 60% do volume

de sólidos de uma pasta de cimento Portland completamente hidratado (METHA &

MONTEIRO, 2008).

Na fase de hidróxido de cálcio (CH), os cristais são grandes e frágeis, ocupando o

volume de sólidos da pasta hidratada em torno de 20 a 25%. O CH não oferece

potencial para contribuir na resistência à compressão e pode oferecer efeito

desfavorável para a durabilidade da pasta endurecida (METHA & MONTEIRO,

2008).

Os sulfoaluminatos de cálcio ocupam de 15% a 20% do volume de sólidos da pasta

endurecida, e desempenha um papel menor nas relações estrutura-propriedade

(METHA & MONTEIRO 2008).

Levando em consideração o que foi exposto acima, o CH pode ser considerado

como o composto que enfraquece a estrutura da pasta de cimento, podendo ser

lixiviado, deixando poros na estrutura aumentando a permeabilidade e diminuindo a

resistência da mesma.

De acordo com Vieira (2005), quando introduzimos a pozolana a este sistema, a

mesma reage com o CH da pasta de cimento, a consumindo-a, e produzindo novos

compostos cimentícios resistentes, como o Silicato de Cálcio Hidratado (C-S-H).

Podemos compreender o comportamento do cimento Portland e a reação da

pozolana através das equações:

Tabela 3: Equação da formação de compositos.

Cimento Portland Reação Pozolânica

Rápida Lenta

C3S + H → C-S-H + CH Pozolana + CH + H → C-S-H

C2S + H → C-S-H + CH

Fonte: Metha & Monteiro, 2008

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Onde: CH Hidróxido de Cálcio do Cimento Portland

H Água

C-S-H Silicato de Cálcio Hidratado

C3S Silicato Tricálcico

C2S Silicato Dicálcico

As partículas que não reagem com os produtos de hidratação do cimento e outros

compostos formados durante a reação pozolânica, como os (C-A-H), atuam

reduzindo a porosidade da estrutura resultante como filler. A combinação dos efeitos

pozolânico e filler decorrentes da reação pozolânica representa uma contribuição

importante para a resistência e durabilidade da pasta endurecida (VIEIRA, 2005;

TASHIMA, 2006).

“As pequenas partículas da pozolana, menos reativas do que o

cimento Portland, quando dispersas na pasta de cimento, gera

um grande número de pontos de nucleação para a precipitação

dos produtos de hidratação. Além do mais, este mecanismo

torna a pasta mais homogênea e densa com respeito à

distribuição dos poros devido às reações pozolânicas que

ocorrem entre a sílica amorfa da adição mineral e o hidróxido

de cálcio pelas relações de hidratação do cimento. Em adição,

o efeito físico dos grãos mais finos permite um empacotamento

mais denso com o cimento e reduz os problemas na zona de

transição entre a pasta e o agregado. Como resultado, esta

zona mais fraca é reforçada devido a maior aderência entre

essas duas fases, promovendo melhoras na microestrutura e

nas propriedades do concreto de um modo geral” (METHA &

AÏTCIN, 1990).

Swamy (2000) em seus estudos utilizando misturas de cimento/pozolana, contendo

50% em peso de substituição do cimento por escória de diferentes finuras, observou

que houve redução do calor de hidratação, aumento do tempo de pega das misturas

e redução da ação de agentes agressivos como o cloro e a penetração de água.

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Outro aspecto a ser considerado com relação à reação pozolânica é a forma mais

lenta com que ela ocorre quando comparada ao cimento, resultando em uma taxa de

liberação de calor e desenvolvimento de resistência conseqüentemente lenta

(METHA & MONTEIRO, 2008). Segundo Farias Filho (2000), a cinética desta reação

dependerá, além das características mineralógicas da pozolana, de sua finura e da

temperatura e concentração dos reagentes.

2.4.2 Importância da Pozolana no Concreto

Conforme Cordeiro (2006) a importância atribuída ao uso de cimento pozolânico se

resume em três aspectos que podem ser associados à reação pozolânica. A

primeira é que a reação ocorre lentamente, com uma redução da liberação de calor

de hidratação, ocasionando menos problemas de fissuração. A Figura 4 mostra

como a pozolana em substituição parcial no cimento Portland reage sobre o calor de

hidratação do cimento Portland.

Figura 4 – Efeito da Substituição de uma Pozolana Natural Sobre o Calor de Hidratação

Fonte: METHA & MONTEIRO (2008)

O segundo é a liberação de uma grande quantidade de hidróxido de cálcio como

resultado da hidratação de C3S e do C2S pela hidratação do cimento Portland. Este

CH tem pouca contribuição para a resistência à compressão da pasta de cimento e

pode ser dito como o responsável por acarretar problemas de durabilidade através

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da lixiviação do mesmo. Aitcin (2000) diz que a lixiviação do CH resulta em aumento

da porosidade da pasta de cimento o tornando vulnerável a ataques de agentes

nocivos. A reação pozolânica consome hidróxido de cálcio ao invés de produzi-lo,

contribuindo para o aumento da durabilidade da pasta endurecida.

O ultimo aspecto diz respeito à distribuição do tamanho dos poros dos cimentos

pozolânicos hidratados. Os produtos da reação são bastante eficientes no

preenchimento dos espaços capilares grandes, aumentando assim a resistência e

reduzindo a permeabilidade do sistema. (METHA & MONTEIRO, 2008).

Souza (2003) descreve que os efeitos físicos das pozolanas podem ocorrer de

formas distintas, tais como:

a) Através do efeito microfiler, onde ocasiona um aumento da densidade da

mistura pelo maior preenchimento dos vazios pelas minúsculas partículas

destas pozolanas, normalmente mais finas que as partículas de cimento;

b) Pela geração de um grande numero de pequenos cristais que preencherão os

espaços deixados pela reação de hidratação, ocasionando o refinamento da

estrutura dos poros e dos produtos de hidratação do cimento;

c) E pela densificação da zona de transição entre a pasta de cimento e o

agregado, causado pela influência do movimento de partículas de água livre

na mistura em relação aos sólidos. Efeito acompanhado da diminuição de

vazios entre partículas de cimento e a superfície do agregado.

2.5 EFEITOS DA ADIÇÃO DE RESÍDUOS CERÂMICOS EM CONCRETO

O resíduo cerâmico é um exemplo de adição mineral com propriedades pozolânicas.

Para Mehta e Aïtcin (1990), a incorporação de adições minerais no concreto pode

conduzir a tantas vantagens técnicas que nenhum concreto deveria ser feito sem

elas, a não ser que existam razões especiais para isto.

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Metha e Aïtcin (1990) e Gonçalves (2005) argumentam com as seguintes

colocações: a presença de partículas finas das adições minerais, principalmente as

pozolânicas, resulta em melhorias nas propriedades do concreto fresco, como a

coesão e estabilidade; as partículas das adições minerais são geralmente capazes

de reduzir a exudação e a segregação, que vêm a ser as primeiras causas da

heterogeneidade nos concretos, especialmente na zona de interface

pasta/agregado, elas permitem um maior grau de controle sobre o abatimento, pois

geralmente as adições aumentam o tempo de pega e reduzem a taxa de perda de

abatimento no concreto fresco.

A finura é um parâmetro importante para avaliar a reatividade do resíduo cerâmico,

pois eleva a área especifica e, portanto aumenta a área de contato,

conseqüentemente aumentando a reatividade. De acordo com Zampieri (1993) as

argilas calcinadas (resíduos cerâmicos) exigem finuras com valores mínimos da

ordem de 7 µm para demonstrar mais fortemente suas propriedades. A finura influi

na demanda da água para uma determinada consistência; quanto maior esta

quantidade, menor será a resistência à compressão para um mesmo tipo e mesma

relação pozolana/cimento.

O resíduo cerâmico demanda de certa quantidade de hidróxido de cálcio para atingir

o máximo de resistência à compressão. Ao se utilizar uma quantidade menor

implicará na deficiência de produtos gerados e quando se usa quantidade superior a

esse valor, o excesso de pozolana agirá como inerte (ZAMPIERI, 1993).

Quando substituímos cimento por resíduo cerâmico há uma redução do cimento e

consequentemente uma redução do hidróxido de cálcio disponível para a reação

pozolânica. Com a redução da disponibilidade de CH para reação, pode haver

partículas da pozolana que não entram em contato com o CH, passando parte dessa

atuando como partícula inerte, desta forma reduzindo a quantidade de produtos

hidratados na mistura (GONÇALVES, 2005).

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2.6 AÇÃO DE FINOS EM CONCRETOS

Concretos convencionais têm uma tendência ao rompimento na zona de transição

entre agregado graúdo/cimento, uma vez que a elevada relação água/cimento dessa

região faz surgir extensas áreas com porosidade (CAQUOT, 1936).

Nesses poros, os hidróxidos de cálcio gerados proveniente da hidratação do cimento

tendem a se posicionarem de forma perpendicular a superfície do agregado, onde

são combinados com a sílica da pozolana resultando em C-S-H, que é o

responsável pela resistência da pasta de cimento (fenômeno químico),

concomitantemente, com o próprio efeito filler - ocupação dos vazios dos poros

(fenômeno físico) (CARNEIRO, 2005; MOTA 2006).

A Figura 5 demonstra as condições de uma pasta de cimento com e sem a adição

de pozolana.

Pasta sem pozolana Pasta com pozolana

1 - Substrato

2 - Zona de interface

3 - Cimento

4 - Migração da água

5 - Finos preenchendo as falhas

Figura 5 – Zona de interface pasta/agregado Fonte: Simpósio Internacional de Estruturas, Geotecnia e Materiais de Construção.

A Figura ilustra como os finos presentes na pozolana se posicionam entre as

partículas de cimento, preenchendo os vazios (efeito filler). Esse fenômeno físico

ilustra a diminuição do teor de vazio, pois ocorre enquanto não se iniciam as reações

pozolânicas, na qual as finas partículas inertes do metacaulim preenchem os

espaços existentes que seriam ocupados pelo ar (LACERDA; HELENE, 2005).

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3 PROGRAMA EXPERIMENTAL

O programa experimental é composto de duas etapas, a descrição dos materiais que

compõem o concreto e sua produção. Quanto à produção foram moldados 40 corpos

de prova (CP’S), sendo 10 para o traço de referência (REF) e outros 10 para cada

substituição do cimento por resíduos cerâmicos.

3.1 MATERIAIS

Para a produção dos traços dos concretos foi realizada a caracterização dos

materiais, com o intuito de conhecer as principais propriedades dos materiais

componentes do concreto.

3.1.1 Cimento

Utilizou-se o cimento Portland CPV – ARI, disponível comercialmente no mercado

local. Acondicionado no saco de 40 kg visando a manutenção das suas

propriedades até o momento de sua utilização. Foram apresentadas as

características do cimento na Tabela 4.

Tabela 4 – Características do cimento CP V Determinações Unidades Valores

Finura % 0,6

Consistência normal % 27

Inicio de pega h 3:20

Fim de pega h 5:10

Massa especifica g/cm³ 3,12

Fonte: http://www.mizu.com.br

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A utilização desse cimento tem como justificativa o fato do mesmo não conter adição

de pozolana na sua composição conforme apresentado na Tabela 5.

Tabela 5 – Composição dos tipos de cimentos Composição (%)

Tipo Classes Resist. (MPa)

Clinquer + Gesso

Escória Alto-forno

Pozolana Fíler

Norma Brasileira

CP I 25 32 40 100 0 CP I-S 25 32 40 95-99 1-5

NBR 5732

CP II-E 25 32 40 56-94 6-34 0 0-10 CP II-Z 25 32 40 76-94 0 6-14 0-10 CP II-F 25 32 40 90-94 0 0 6-10

NBR 11578

CP III 25 32 40 25-65 35-70 0 0-5 NBR 5735 CP IV 25 32 45-85 0 15-50 0-5 NBR 5736

CP V-ARI - 95-100 0 0 0-5 NBR 5733 CP V-ARI RS - * * * 0-5 NBR 5737

Fonte: http://www.cimentoitambe.com.br/massa-cinzenta/tipos-de-cimento-portland/

3.1.2 Agregado Miúdo

Foi utilizado agregado miúdo proveniente da cidade de Alagoinhas, disponibilizado

pelo Laboratório de Tecnologia (LABOTEC) da UEFS. O referido material

apresentou a massa específica de 2,54 g/cm³.

3.1.3 Agregado Graúdo

Foi utilizado agregado graúdo disponibilizado pelo LABOTEC da UEFS. O referido

material apresentou uma massa especifica aparente de 2,81 g/cm³ e diâmetro

maximo 25 mm .

3.1.4 Água

Foi utilizada água encanada da companhia de abastecimento de Feira de Santana.

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3.1.5 Resíduos Cerâmicos

O resíduo cerâmico utilizado na pesquisa foi proveniente de uma indústria cerâmica

de produção de blocos cerâmicos para alvenaria, localizada no município de

Serrinha - BA. Foram fornecidos blocos cerâmicos inteiros, conforme pode ser

observado na Figura 6.

Figura 6 – Amostra do bloco cerâmico

O material foi submetido a um processo manual de fragmentação através de

impactos com martelo até que chegasse a um tamanho de fragmentos inferiores a

50 mm (Figura 7).

Para a sua utilização como material pozolânico foi necessário que o mesmo sofresse

um processo de moagem, o qual se encontra descrito no subitem 2.3.2.2, para

diminuir a sua granulometria. Para a realização da moagem foi utilizado um moinho

de bolas da marca Servitech modelo CT 242 com jarros duplos conforme Figura 8.

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43

Figura 7 – Fragmentos de Cerâmica Vermelha

Figura 8 – Moinho Rápido Servitech CT 242.

Com relação à quantidade de material a moer não existe uma regra única sobre a

quantidade ótima e sim considerações gerais. A quantidade de material a moer por

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vez foi a mesma quantidade em massa das esferas utilizadas, em torno de 500g em

cada recipiente, sendo moídos em dois recipientes por vez.

O tempo de moagem utilizado foi obtido através de tentativas, onde foi colocado o

material no moinho e a cada 2 minutos se verificava a granulometria do material,

achando assim o tempo total de moagem em torno de 10 minutos para que o

resíduo cerâmico apresentasse uma uniformidade na sua granulometria. A partir

desse tempo, as moagens seguintes foram feitas de forma que seguissem uma

padronização, obtendo assim um material fino conforme Figura 9.

Figura 9 – Amostra obtida através da moagem.

O material resultante da moagem foi submetido a um novo peneiramento na peneira

de abertura de malha de 74 µm para a obtenção do material a ser utilizado nos

ensaios. O peneiramento consistiu da colocação de uma pequena quantidade de

material na superfície da peneira, e com o auxílio de um pincel de cerdas macias,

conforme mostrado na Figura 10, foi realizada o peneiramento com movimentos de

varredura da superfície da peneira.

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Figura 10 – Amostra para o peneiramento.

A caracterização do material consistiu na determinação da massa específica

aparente de acordo com a NBR NM 23, a qual prescreve o método para

determinação da massa especifica do cimento portland e outros materiais em pó por

meio do frasco volumétrico, obtendo o valor de 2,60 g/cm³.

3.2 MÉTODOS

3.2.1 Dosagem dos Concretos

Os concretos contendo resíduo da cerâmica foram avaliados em relação ao concreto

contendo apenas cimento (concreto de referência – REF). Os teores de substituição

de cimento por resíduo cerâmico foram de 10%, 20% e 30%. Os parâmetros de

dosagem dos concretos foram definidos de acordo com os métodos de Metha &

Aitcin (2000), visando obter concretos de maior compacidade granular. A proporção

e consumo dos materiais dos concretos são apresentados na Tabela 6. A

trabalhabilidade dos concretos foi avaliada através do abatimento de tronco de cone

(NBR NM 67, 1998). O abatimento de 50 ±10 mm foi fixado como o índice de

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trabalhabilidade para todos os concretos. A relação água/cimento (a/c) fixada em

0,56 tanto para o REF quanto para os produzidos com resíduo de cerâmica (RC), a

trabalhabilidade foi obtida de modo a não necessitarem da utilização de aditivos

plastificantes.

Tabela 6 – Consumo de materiais utilizados no concreto referencial (REF)

Material Traço unit. em massa Consumo kg/m³ Cimento Portland 1,00 365 Agregado Miúdo 2,12 774

Agregado Graúdo 2,88 1051 Água 0,56 204

Com base no traço do concreto REF foram obtidos os demais traços a partir das

substituições adotadas e calculado o consumo tendo como volume de concreto para

10 CP’s (20 litros). O resultado se observa na Tabela 7.

Tabela 7 – Consumo para produção do concreto (kg)

Material REF RC 10% RC 20% RC 30%

Cimento 1,00 0,90 0,80 0,70

Agregado Miúdo 2,12 2,12 2,12 2,12

Agregado Graúdo 2,88 2,88 2,88 2,88

Resíduo Cerâmico - 0,10 0,20 0,30

Água 0,56 0,56 0,56 0,56

3.2.2 Mistura dos Materiais

Após o calculo do consumo de material, as etapas seguintes são compostas pela

mistura, lançamento e adensamento do concreto. A mistura ocorreu na betoneira

CSM 145 litros de eixo inclinado, e seguiu as seguintes etapas:

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a) Pesagem do material numa balança da marca Digimed com precisão de 1g.

b) Imprimação da betoneira para a sua impermeabilização, evitando a absorção

de água pela mesma e diminuindo as diferenças da moldagem entre os

traços. Utilizou-se cimento e agregado miúdo, traço em massa de 1,00: 3,00:

0,70.

c) Após a imprimação, foi adicionado o agregado graúdo e uma parte da água, e

procedida a mistura.

d) Em seguida foi adicionado o aglomerante e o restante da água.

e) Por último o agregado miúdo.

f) Misturou-se por aproximadamente 5 minutos.

3.2.3 Ensaio do Abatimento de Tronco de Cone

O ensaio foi realizado conforme a NBR NM 67 (1998) – Determinação da

Consistência pelo Abatimento do Tronco de Cone, para a medição do abatimento,

como pode ser observado na Figura 11.

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Figura 11 – Ensaio de abatimento de tronco de cone

Os resultados dos abatimentos podem ser verificados na Tabela 8.

Tabela 8 – Resultado do ensaio de abatimento (slump test)

TRAÇO ABATIMENTO (mm)

REF 60

RC 10% 55

RC 20% 40

RC 30% 45

3.2.4 Consistência do concreto

Os concretos com teores de resíduo cerâmico apresentaram uma aparência

avermelhada, e de boa coesão conforme mostra a Figura 12.

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Figura 12 – Ensaio de consistência

A mistura se mostrou uniforme e bem argamassada, melhorando assim a

trabalhabilidade. Contudo, a sua consistência é diferente ao concreto de referência,

pois o RC absorve mais água que o cimento, diminuindo assim o seu abatimento.

3.2.5 Confecção de Corpos-de-Prova

Foram moldados 10 CP’s para o concreto REF e outros 10 CP’s para cada

substituição do cimento por RC, totalizando 40 CP’s moldados. Utilizaram-se moldes

cilíndricos com dimensões de (100x200)mm. Para a moldagem dos CP’s, os moldes

foram revestidos internamente com uma camada de óleo mineral de modo que o

concreto não aderisse as suas paredes.

Os moldes foram preenchidos com concreto e adensados com o auxilio de um

vibrador de imersão, conforme a Figura 13.

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Figura 13 – Adensamento mecânico com o auxilio de vibrador de imersão

Após a confecção os CP’s foram colocados sobre uma superfície horizontal rígida,

livre de vibrações ao concreto e devidamente identificadas conforme Figura 14, onde

permaneceram por 24 horas.

Figura 14 – CP’s identificados e em repouso por 24h

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Após esse período os CP’s foram retirados dos moldes, e em seguida, colocados em

uma câmara úmida conforme Figura 15, à temperatura de (23 ± 2)°C e umidade

relativa do ar superior a 95%, até a idade do ensaio de compressão axial.

Figura 15 – Câmara úmida

3.2.6 Ensaios de Resistência à Compressão Axial de Concretos

Os ensaios de resistência à compressão axial foram realizados segundo os

procedimentos da NBR 5739 (ABNT, 2007) que prescreve o método pelo qual

devem ser ensaiados a compressão os corpos de prova cilíndricos de concreto e

moldados conforme NBR 5738 (ABNT, 2003).

Foi utilizada uma máquina servo-hidráulica micro processada para ensaios HD 200T,

sendo equipada com dois pratos de aço, formato circular, cuja superfície de contato

com o corpo de prova tenha sua menor dimensão em 4 % superior ao maior

diâmetro do corpo de prova a ser ensaiado. A Figura 16 ilustra o equipamento que

realiza ensaios de resistência em corpos de prova cilíndricos.

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Figura 16 – Execução do ensaio de resistência

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53

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS

Os resultados referentes ao ensaio de resistência à compressão axial aos 28 dias

estão apresentados nas Tabelas 9, 10, 11 e 12.

Tabela 9 – Resistência à compressão axial aos 28 dias – Referência

Nº do CP Tensão de ruptura (MPa)

1 26,4 2 30,2 3 25,8 4 25,0 5 28,8 6 26,2 7 28,9 8 30,5 9 28,2

10 28,9 µ 27,9 σ 1,9

A Tabela 9 mostra os valores da resistência à compressão axial aos 28 dias do traço

do concreto de referência, cuja média (µ) igual a 27,9 MPa, desvio padrão de 1,9

MPa e coeficiente de variação de 6,8%.

O valor médio (µ) da resistência encontrada será utilizado de referência para

comparar com os valores encontrados nos demais concretos estudados.

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Tabela 10 – Resistência à compressão axial aos 28 dias – RC 10% Nº do CP Resistência

(MPa)

11 31,1 12 27,8 13 28,4 14 28,2 15 28,4 16 28,8 17 27,8 18 28,5 19 29,4 20 28,2 µ 28,7 σ 0,9

A Tabela 10 apresenta os valores da resistência à compressão axial aos 28 dias do

traço do concreto com teor de substituição de 10%, apresentou um valor médio igual

a 28,7 MPa, desvio padrão de 0,9 MPa e coeficiente de variação de 3,2%.

A resistência média (µ) encontrada de 28,7 MPa se mostrou no mesmo nível à do

concreto de referência que foi de 27,9 MPa, esse aumento pode ter ocorrido devido

ao efeito filler do RC.

Com a substituição do cimento por resíduo cerâmico, a taxa de cimento no concreto

diminui, ocasionando uma queda na sua resistência à compressão. Essa redução foi

compensada pelo resíduo cerâmico ocupando os espaços vazios do concreto, com

isso, aumentando a densidade do mesmo, gerando uma resistência que pode

compensar a diminuição do cimento no sistema.

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Tabela 11 – Resistência à compressão axial aos 28 dias – RC 20% Nº do CP Resistência

(MPa)

21 23,3 22 28,5 23 25,8 24 24,1 25 25,9 26 22,5 27 24,4 28 23,8 29 27,5 30 24,3 µ 25,0 σ 1,9

A Tabela 11 apresenta os valores da resistência à compressão axial aos 28 dias do

traço do concreto com teor de substituição de 20%, apresentou um valor médio de

25,0 MPa, desvio padrão de 1,9 MPa e coeficiente de variação de 7,6%.

A resistência média encontrada de 25,0 MPa se mostrou inferior à do concreto de

referência que foi de 27,9 MPa. Essa diminuição da resistência pode ter ocorrido por

duas razões:

• A primeira foi o efeito filler não ter compensado a resistência perdida pela

diminuição da quantidade de cimento que foi substituído por resíduo cerâmico

ocorrendo redução da sua resistência à compressão;

• A outra hipótese foi pelo fato de que quando a quantidade de cimento diminui

e se mantém a relação água/aglomerante em 0,56, a relação água/cimento

aumenta, o que acarreta a diminuição de resistência.

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56

Tabela 12 – Resistência à compressão axial aos 28 dias – RC 30% Nº do CP Resistência

(MPa)

31 23,6 32 23,7 33 24,3 34 24,2 35 24,8 36 23,5 37 23,5 38 23,6 39 19,8* 40 21,5* µ 23,9 σ 0,4

*Valores desconsiderados a fim de cálculos

A Tabela 12 apresenta os valores da resistência à compressão axial aos 28 dias do

traço do concreto com teor de substituição de 30%, apresentou um valor médio igual

a 23,9 MPa, desvio padrão de 0,4 MPa e coeficiente de variação de 1,8%.

Para fins de cálculo foi desconsiderados os valores dos CPs 39 e 40 para

proporcionar uma melhor homogeneização dos resultados com a redução do

coeficiente de variação.

A resistência média (µ) encontrada de 23,9 MPa se mostrou inferior à do concreto de

referência que foi de 27,9 MPa. Essa redução da resistência pode ter ocorrido pelas

mesmas razões dos da redução da resistência a compressão do concreto com

teores de 20% de resíduo cerâmico.

Procedendo-se à análise dos resultados obtidos, observa-se que o concreto

manteve a resistência á compressão ao teor de substituição de 10%, e ocorreu uma

redução da resistência aos teores de 20% e 30% do cimento por RC. Esses

resultados podem ser visto na Figura 18.

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57

27,928,7

25,0

23,9

21,0

22,0

23,0

24,0

25,0

26,0

27,0

28,0

29,0

30,0

REF RC 10% RC 20% RC 30%

Figura 18 – Comparativo das Resistências à compressão axial aos 28 dias.

Comparando os resultados obtidos através das substituições do cimento por RC

com o concreto de referência, observa-se que a substituição de 10% obteve ganho

de resistência em torno de 2,7% em relação ao REF e as substituições de 20% e

30% tiveram redução da resistência em torno de 11,6% e 16,8% respectivamente,

como observado na Figura 19.

100,0102,7

88,483,2

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

REF RC 10% RC 20% RC 30%

Figura 19 – Comparativo de percentuais das resistências em relação ao Referencial.

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58

Considerando-se os trabalhos de ARAUJO & RONDON (2009) e DAL MOLIN &

LEITE (2002), onde abordam o efeito da reação pozolânica em argamassas,

podemos supor que, esses valores da resistência podem sofrer acréscimos devido à

ação dos compósitos cimentícios gerados através de uma esperada reação

pozolânica ao longo do tempo.

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5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

5.1 CONSIDERAÇÕES

A substituição parcial de cimento por RC não apresentou modificação na

trabalhabilidade dos concretos produzidos, mantendo-o com um índice de

consistência de (50 ± 10) mm. O concreto apresenta uma aparência mais

consistente, não ocorrendo exsudação. Fato atribuído, a elevada área específica do

RC.

Os resultados dos ensaios de resistência à compressão aos 28 dias indicam que a

substituição de 10 % do cimento por RC gera um pequeno acréscimo na resistência

à compressão do concreto, ao contrário da substituição de 20% de cimento por RC

que acarreta uma redução da resistência à compressão de 11,6% e a substituição

de 30% de cimento por RC que gera uma redução da resistência à compressão de

16,8%.

Com a substituição de 10% do cimento por RC, o concreto não apresentou uma

redução na resistência à compressão em relação ao concreto de referência aos 28

dias. Isso pode ser atribuído ao efeito filler, o qual ocorreu uma compensação da

queda da resistência causada pelo aumento da relação água/aglomerante pela

redução do cimento Portland no concreto.

Para concretos com substituição de 20% e 30% do cimento por RC a redução foi de

11,6% e 16,8% respectivamente em comparação ao concreto de referência. Essa

redução pode ter ocorrido pelo fato de que, quando substituí-se cimento por resíduo

cerâmico há uma redução do cimento, aumentando a relação água/aglomerante,

isso faz com que a resistência diminua. O efeito filler causado pelo RC não é

suficiente para compensar a resistência perdida, gerando uma redução em relação

ao concreto de referência.

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Vale ressaltar que uma possível moagem inadequada, acarretando uma menor área

específica pode ter influenciado no efeito pozolânico do resíduo estudado.

Embora a substituição parcial do cimento por RC na confecção de concretos em

teores de 20% e 30% tenha reduzido a resistência à compressão axial aos 28 dias,

um estudo mais aprofundado do assunto, pode conduzir a resultados diferentes,

notadamente a idades mais avançadas.

Embora o presente trabalho sugira um uso para o resíduo de cerâmica vermelha

como material de substituição do cimento em concretos, os resultados observados

apontam para a necessidade da realização de avaliações mais abrangentes e a

longo prazo no tocante aos parâmetros relacionados à resistência dos concretos,

haja vista que não foi abordado no presente trabalho o estudo da reação pozolânica

do material.

5.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Embora o presente trabalho sugira um potencial uso para o resíduo da cerâmica

vermelha como material de substituição do cimento em concretos e argamassas, os

resultados observados apontam para a necessidade da realização de avaliações

mais abrangentes do papel do resíduo cerâmico em concretos e argamassas, no

tocante a:

a) Avaliação do desempenho do concreto a compressão axial com intervalos de

cura mais longos;

b) Avaliação da variabilidade química e mineralógica, de resíduos cerâmicos em

diferentes fontes e seus efeitos na reação pozolânica em sistemas contendo

cal e cimento Portland;

c) Investigar o efeito do agregado graúdo e de pozolanas no calor de hidratação

e sua reação pozolânica;

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REFERÊNCIAS

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ALVES, S. M. S. Desenvolvimento de compósitos resistentes através da substituição

parcial do cimento por resíduo da indústria cerâmica. João Pessoa: Universidade

Federal da Paraíba, 2002. Dissertação de Mestrado do Curso de Pós Graduação em

Engenharia Mecânica. 64p.

ANDRIOLO, F. R.; SGARBOZA, B. C. Inspeção e controle de qualidade do concreto.

São Paulo: NEWSWORK, 19932002. Dissertação de Mestrado do Curso de Pós

Graduação em Engenharia Mecânica. 64p.

ARAUJO JUNIOR, Carlos C. De; RONDON, Odilar Costa. Reaproveitamento de

Resíduos de Cerâmica Vermelha na Construção Civil. UFMS, 2009.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CERÂMICA - http://www.abceram.org.br - Acesso

em 19/12/2010.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Agregado em estado solto –

Determinação da massa unitária: NBR 7251. Rio de Janeiro, 1982.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Agregado graúdo –

Determinação de massa específica, massa específica aparente e absorção de água:

NBR NM 53. Rio de Janeiro, 2003.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Agregado miúdo –

Determinação da massa específica e massa específica aparente: NBR NM 52. Rio

de Janeiro, 2003.

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