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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
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
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
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.
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.
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.
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.
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
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
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
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
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
13
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).
14
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.
15
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.
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.
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).
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).
19
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).
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,
21
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,
22
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
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).
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.
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
26
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
27
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
28
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
29
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
30
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.
31
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.
32
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).
33
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
34
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
35
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.
36
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
37
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.
38
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).
39
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).
40
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
41
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.
42
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.
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
44
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.
45
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
46
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:
47
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.
48
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.
49
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.
50
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
51
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.
52
Figura 16 – Execução do ensaio de resistência
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.
54
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.
55
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.
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.
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.
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.
59
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.
60
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;
61
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