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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CAMPUS DE CURITIBA
DEPARTAMENTO DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO
EM ENGENHARIA CIVIL – PPGEC
CARACTERIZAÇÃO DA CINZA DE FOLHA DE BANANEIRA ( Musa
spp ) - AVALIAÇÃO DO POTENCIAL POZOLÂNICO
DISSERTAÇÃO
CURITIBA
2010
RODRIGO CÉZAR KANNING
CARACTERIZAÇÃO DA CINZA DE FOLHA DE BANANEIRA
A AVALIAÇÃO DO POTENCIAL POZOLÂNICO
Dissertação de mestrado apresentada ao curso de
pós-graduação em Engenharia Civil da
Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Orientador: Prof. Dr. Rogério F. K. Puppi
CURITIBA
2010
Dedico este trabalho a meu pai Angelo Tortato Kanning.
AGRADECIMENTOS
Esta dissertação foi escrita com o intuito de facilitar, na medida do possível, a
tarefa de pesquisadores, para que sirva de ajuda a todos aqueles aos quais a
construção põe em contato com outras áreas de interesse.
Por fim, para finalizar este preâmbulo consta aqui o meu agradecimento à:
• Deus, que me deu saúde e força para concluir este trabalho;
• A minha família pelo apoio e incentivo;
• A minha namorada Suelen que esteve sempre ao meu lado sendo uma das
principais incentivadoras do projeto;
• A todos os setores da UTFPR: diretoria, professores, alunos e outros
funcionários que contribuíram ao estudo do presente projeto;
• A dedicação e competência do professor orientador Rogério Puppi pela
amizade e comprometimento com o projeto;
• A Companhia de Cimento Rio Branco que possibilitou que este fosse
desenvolvido em seus laboratórios;
• A funcionária Carla e o funcionário Arnoldo da Cimentos Rio Branco.
“A arte de ser professor é estar
em constante aprendizado”
(Rodrigo Kanning)
Kanning, Rodrigo Cézar. Caracterização da Cinza de Folha de Bananeira –
Avaliação do Potencial Pozolânico. Curitiba, 2010, dissertação (Mestrado em
Engenharia Civil) - Programa de pós-graduação em Engenharia Civil, Universidade
Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 71 p.
RESUMO
O presente trabalho visou avaliar o potencial pozolânico da cinza de folha de
bananeira. Para tanto, as amostras de cinza foram coletadas após a sua combustão
em um forno e moídas em moinho de bolas nos tempos de (0,5; 1; 2 e 3) horas. O
índice de atividade pozolânica da cinza de folha de bananeira foi determinado por
meio da Cal conforme estabelece a norma NBR 5751/92 e por meio do Cimento
conforme a norma NBR 5752/92. Os resultados mostram que a cinza da folha de
bananeira apresenta atividade pozolânica, atendendo aos requisitos mínimos
prescritos pelas normas NBR 5751/92 e NBR 5752/92, sendo estes superiores em
40% para a Cal e 17,64% para o Cimento.
palavras-chave: Cinza de folha de bananeira, pozolana, atividade pozolânica.
Kanning, Rodrigo Cézar. Caracterização da Cinza de Folha de Bananeira –
Avaliação do Potencial Pozolânico. Curitiba, 2010, dissertação (Mestrado em
Engenharia Civil) - Programa de pós-graduação em Engenharia Civil, Universidade
Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 71 p.
ABSTRACT
This study aimed to verify the presence of pozzolanic activity in the ash
coming from the banana leaf. To that end, samples of ash were collected after their
combustion in an oven and milled in a ball mill in times (0,5; 1; 2 and 3) hours. The
index of pozzolanic activity of leaf ash of banana was determined by cal as
established by the NBR 5751/92 and through the cement according to NBR 5752/92.
Preliminary results show that the ash of banana leaf shows pozzolanic activity, given
the minimum requirement set by the NBR 5751/92 and NBR 5752/92, which were
higher by 40% to the cal and 17.64% for cement.
Keywords: leaf ash of banana, pozzolan, pozzolanic activity.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – Porosidade da pasta de cimento ....................................................... 19
Figura 2.2 – Porosidade da pasta de cimento ........................................................ 20
Figura 3.1 – Etapas de ensaio do Programa Experimental .................................... 35
Figura 3.2 – Equipamento para medição de temperatura ...................................... 37
Figura 3.3 – Projeto do forno para queima da folha de bananeira ......................... 38
Figura 3.4 – Vista interior do moinho de bolas ....................................................... 39
Figura 3.5 – Vista geral e interna do moinho de bolas ........................................... 39
Figura 3.6 – Quarteador ......................................................................................... 40
Figura 3.7 – Moinho de panela com anéis ............................................................. 40
Figura 3.8 – Balança digital de precisão ................................................................ 41
Figura 3.9 – Prensa para preparo da amostra ........................................................ 41
Figura 3.10 – Difratômetro de Raios X ................................................................... 42
Figura 3.11 – Ensaio de peneiramento via úmida .................................................. 43
Figura 3.12 – Equipamentos para obtenção da massa específica do cimento ...... 43
Figura 3.13 – Aparelho de Blaine ........................................................................... 44
Figura 3.14 – Flow Table ........................................................................................ 46
Figura 3.15 – Corpos-de-prova capeados com enxofre sendo ensaiados ............. 50
Figura 3.16 – Arranjo de ensaio de IAP ................................................................. 50
Figura 4.1 – Temperaturas de queima da folha de bananeira ................................ 53
Figura 4.2 – Quantidade cinza gerada durante a queima para os diversos
materiais .............................................................................................. 54
Figura 4.3 – Difração de raios X da cinza de folha de bananeira ........................... 56
Figura 4.4 – Porcentagem de material retido na peneira 45 µm para cada tempo de
moagem .............................................................................................. 57
Figura 4.5 – Massa específica das cinzas de folha de bananeira .......................... 58
Figura 4.6 – Variação do Blaine para cada tempo de moagem.............................. 60
Figura 4.7 – Índice de atividade pozolânica individual para as diferentes
moagens.............................................................................................. 61
Figura 4.8 – Atividade pozolânica da cinza de folha de bananeira com cimento ... 62
LISTA DE QUADROS
Quadro 2.1 – Classificação dos poros quanto ao seu tamanho ............................. 19
Quadro 2.2 – Classificação das pozolanas conforme a NBR12653/92 .................. 22
Quadro 2.3 – Classificação das pozolanas conforme ASTM 618-95 ..................... 23
Quadro 2.4 – Classificação das pozolanas quanto ao diâmetro e área específica 25
Quadro 2.5 – Classificação e composição dos materiais pozolânicos, cimentantes e
filler ...................................................................................................... 26
Quadro 2.6 – Exigência química para os materiais pozolânicos (NBR 12653/92) . 28
Quadro 2.7 – Parâmetros físicos conforme estabelecido pela norma
NBR 12563/92 ..................................................................................... 28
Quadro 2.8 – Sistemas de moagem empregados para materiais calcinados ........ 29
Quadro 2.9 – Quantidade de Cinza produzida para cada material queimado ........ 32
Quadro 3.1 – Características físicas, químicas e mecânicas Cimento CPII – F32 . 36
Quadro 3.2 – Requisitos químicos e físicos do hidróxido de cálcio NBR 5751/92 . 45
Quadro 3.3 – Requisitos para atividade pozolânica com o cimento ....................... 48
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1 – Proporção dos materiais para IAP com Cal ....................................... 46
Tabela 3.2 – Proporção dos materiais da argamassa para determinação de atividade
pozolânica por meio do cimento .......................................................... 48
Tabela 4.1 – Quantidade média de folhas secas por pés de bananeira ................. 51
Tabela 4.2 – Quantidade de cinza em função do peso da folha de bananeira seca
............................................................................................................ 52
Tabela 4.3 – Análise química de cinza de folha de bananeira ............................... 55
Tabela 4.4 – Quantidade de material retido na peneira de malha 45 µm ............... 56
Tabela 4.5 - Análise da Variância (ANOVA) para o material retido na peneira 45
µm ..................................................................................................... 56
Tabela 4.6 – Massa específica da cinza para os diferentes tempos de moagem .. 58
Tabela 4.7 – Análise da Variância (ANOVA) para a massa específica das cinzas 59
Tabela 4.8 – Blaine das diferentes cinza de folha de bananeira ............................ 59
Tabela 4.9 – Índice de atividade pozolânica com a cal .......................................... 60
Tabela 4.10 – Índice de atividade pozolânica com o cimento ................................ 61
Tabela 4.11 – Análise da Variância (ANOVA) para o IAP com cimento ................. 62
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
Abs Absorção de água
a Altura (cm)
ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland
ASTM American Society for Testing and Materials
C-S-H Silicato Hidratado de Cálcio
Ca(OH)2 Hidróxido de Cálcio
c Comprimento (cm)
CPII Z 32 Cimento Portland com adição de Pozolana e resistência
mecânica de 32 MPa aos 28 dias
CPV ARI – RS Cimento Portland de Alta Resistência Inicial – Resistente à
Sulfatos
CPIV Cimento Portland Pozolânico
fcA Resistência média dos corpos-de-prova só com cimento
fcB Resistência média dos corpos-de-prova aos 28 dias
moldados com cimento e material pozolânico
Pci Índice de atividade pozolânica com o cimento
Pca Índice de atividade pozolânica com a cal
δ poz Massa específica da pozolana (kg/m3)
δ cal Massa específica da cal hidratada (kg/m3)
UTFPR Universidade Tecnológica Federal do Paraná
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 14
1.2 Objetivo Geral ......................................................................................................... 15
1.3 Objetivos Específicos .............................................................................................. 15
1.4 Justificativa .............................................................................................................. 15
1.5 Hipótese .................................................................................................................. 15
1.6 Limitação do Estudo ................................................................................................ 16
1.7 Estrutura do trabalho ............................................................................................... 16
2 REVISÃO DA LITERATURA .......................... .......................................................... 17
2.1 Cimento Portland ..................................................................................................... 17
2.2 Hidratação do Cimento Portland ............................................................................. 17
2.3 Porosidade da pasta de cimento ............................................................................. 18
2.4 Zona de transição entre pasta e agregado ............................................................. 20
2.5 Pozolana ................................................................................................................ 21
2.6 Classificação dos materiais pozolânicos ................................................................. 22
2.7 Tipos de materiais pozolânicos .............................................................................. 23
2.8 Classificação quando a atividade cimentante, pozolânica e filer ............................ 24
2.9 Reação pozolânica ................................................................................................. 27
2.10 Efeitos físicos e químicos das pozolanas .............................................................. 27
2.11 Sistemas de moagem para materiais calcinados ................................................. 28
2.12 Utilização da pozolana em concretos e argamassas ........................................... 29
2.13 Material com potencial pozolânico ....................................................................... 30
2.14 Identificação da oportunidade .............................................................................. 32
3 METODOLOGIA – MATERIAIS E MÉTODOS .............. ........................................... 34
3.1 Planejamento do Programa Experimental ............................................................... 34
3.2 Materiais utilizados .................................................................................................. 35
3.2.1 Cimento ................................................................................................................ 36
3.2.2 Areia ..................................................................................................................... 36
3.2.3 Água da mistura ................................................................................................... 37
3.3 Produção da cinza de folha de bananeira ............................................................... 37
3.4 Moagem da cinza de folha de bananeira ................................................................ 38
3.5 Difração e fluorescência de raios X ......................................................................... 40
3.6 Determinação do resíduo na peneira 45 µm – NBR 9202/85 .................................. 42
3.7 Massa específica da cinza ...................................................................................... 43
3.8 Método de permeabilidade ao ar – método de Blaine ............................................. 44
3.9 Índice de atividade pozolânica com a cal ............................................................... 44
3.10 Índice de atividade pozolânica com o cimento ...................................................... 47
3.11 Caracterização da argamassa no estado endurecido ........................................... 49
3.11.1 Índice de atividade pozolânica com a cal – NBR 5751/92 .................................. 49
3.11.2 Índice de atividade pozolânica com o cimento – NBR 5752/92 .......................... 50
4 RESULTADOS PRELIMINARES ........................ ...................................................... 51
4.1 Quantidade de folhas secas por hectare ................................................................. 51
4.2 Produção da cinza de folha de bananeira ............................................................... 52
4.3 Difração e Fluorescência de raios X ........................................................................ 54
4.4 Determinação do resíduo na peneira 45 µm – NBR 9202/85 .................................. 56
4.5 Massa específica da cinza de folha de bananeira – NBR NM 23/01 ....................... 58
4.6 Método de permeabilidade ao ar – método Blaine NBR NM 76/98 ......................... 59
4.7 Índice de atividade pozolânica com a cal – NBR 5751/92 ....................................... 60
4.8 Índice de atividade pozolânica com o cimento – NBR 5752/92 ............................... 61
5 CONCLUSÕES PRELIMINARES ......................... ..................................................... 64
5.1 Sugestões para trabalhos futuros ............................................................................ 64
REFERÊNCIAS ............................................................................................................. 66
DOCUMENTOS CONSULTADOS ............................ .................................................... 71
14
1 INTRODUÇÃO
O emprego de materiais alternativos na construção civil tem sido cada vez
mais intenso. MARGON e ROCHA (2003) descrevem que o referido emprego
assegura-se pelo grande volume de materiais consumidos, bem como a valorização
do uso destes no setor da construção civil e na área de proteção ambiental.
JOHN (2000) indica em estudo que a cadeia produtiva da construção civil já é
a maior recicladora da economia, haja vista que possui grande potencial para
aumentar o volume de materiais que recicla, em consideração a quantidade e as
características dos resíduos que consome.
Segundo CINCOTTO (1998) o emprego de resíduos oriundos de atividades
agrícolas na obtenção de novos materiais e componentes para a construção civil
deve-se a necessidade de redução do consumo dos insumos não renováveis, bem
como de custos na construção civil. Tal emprego atende aos quesitos de
sustentabilidade e economia;
Dentre os diversos tipos de resíduos que a construção civil pode empregar
destacam-se os materiais pozolânicos, que caracterizam-se por possuírem atividade
reativa quando em contato com os compostos do cimento.
A utilização de materiais pozolânicos combinados com cimento e cal para
obtenção de argamassas e concretos duráveis e econômicos fazem parte das novas
tecnologias, a fim de assegurar a melhoria nas suas características em estado fresco
e endurecido.
A intensificação da aplicação e o uso de adições minerais em argamassas e
concretos vêm sendo largamente estudadas nas últimas décadas, a fim de promover
a melhoria dos aspectos mecânicos e de durabilidade dos compósitos. Dentre elas
destacam-se as cinzas volantes como a cinza de casca de arroz e a argila calcinada
(NEVILLE, 1997).
Aliado a isso, a construção civil possui um grande potencial de utilização de
resíduos provenientes de outros processos industriais. A utilização de materiais
alternativos favorece não somente a destinação correta dos mesmos, bem como
propicia soluções tecnicamente viáveis quando tecnicamente analisados. O emprego
destes materiais visa obter qualidade, propriedades e características satisfatórias
para serem empregados e ainda buscar novas fontes de matéria-prima (MARGON e
ROCHA 2003).
15
A possibilidade de se desenvolver um novo material, com matérias-primas
estudadas, agregando melhorias nos aspectos técnicos, propicia um novo foco para
a produção de argamassas e concretos compostos de matéria-prima reaproveitada.
Neste contexto é que se expõe a necessidade de utilização da cinza de folha de
bananeira como adição na produção de argamassas e concretos, haja visto que o
material mais consumido no mundo além da água é o concreto.
Contudo, o aumento na utilização das folhas de bananeira favorecem o
estudo de suas aplicações, sendo uma necessidade a qual contribui não só para o
surgimento de uma nova tecnologia, mas também um material voltado a
sustentabilidade.
1.2 Objetivo Geral
Estudar a influência do tempo de moagem, após queima em forno, na
atividade pozolânica da cinza de folha de bananeira.
1.3 Objetivos Específicos
• Obter o melhor tempo de moagem da folha de bananeira e verificar sua
influência na reatividade da cinza.
1.4 Justificativa
Com base a produção nacional de 50,8 milhões de toneladas de cimento no
período de março de 2008 à fevereiro de 2009 (SNIC, 2010) e de 50 milhões de m3
de concreto no ano de 2006 (NASCIMENTO, 2007), faz-se necessário e de suma
importância o estudo da incorporação de subprodutos com características
pozolânicas aos concretos e argamassas, atendendo a quesitos de qualidade,
durabilidade e economia (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
1.5 Hipótese
As cinzas oriundas das folhas de bananeira possuem atividade pozolânica
superiores ao mínimo exigido pelas normas NBR 5751/92 e NBR 5752/92.
16
1.6 Limitações do Estudo
A utilização da cinza de folha de bananeira como material de construção
limita-se em uma possível adição em argamassas e concretos como tentativa
inovadora de reciclagem. Os resultados obtidos com o desenvolvimento do referido
trabalho serão dentro das condições especificas realizadas em laboratório, tomando
como base as normas vigentes, e os equipamentos disponíveis, podendo estes
conterem variações condizentes às situações em escalas de produção industrial.
1.7 Estrutura do trabalho
Para o desenvolvimento da referida dissertação adotou-se os critérios de se
efetuar os ensaios no estado fresco e endurecido em laboratórios climatizados,
visando atender aos requisitos de controle de qualidade, estando esta subdividida
em capítulos conforme segue:
O capítulo 2 compreende a revisão da literatura sobre temas como: pozolana,
sua classificação, reação pozolânica, propriedades físicas e químicas das pozolanas
e cinza de folha de bananeira.
O capítulo 3 descreve a metodologia, no qual são apresentadas as variáveis de
estudo, os ensaios normatizados e os procedimentos adotados para a avaliação das
unidades de estudo.
No capítulo 4 os resultados dos ensaios são analisados e discutidos
primeiramente de forma individual e, por fim, é apresentada uma discussão geral,
correlacionando os diversos resultados.
No capítulo 5, são apresentadas as conclusões e sugestões para alguns temas
de pesquisa de modo a contribuir com o desenvolvimento deste assunto.
17
2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 Cimento Portland
Descoberto por Joseph Aspdin em 1824, o cimento Portland foi patenteado
numa referência à semelhança entre o clínquer e a Portlandstone, tipo de pedra
arenosa muito usada em construções na região de Portland, Inglaterra
(SCANDIUZZI, 1946). O referido nome é uma denominação internacional aplicada
para o material aglomerante mais utilizado nas construções (ABCP, 2002).
O protótipo do cimento moderno foi criado em 1845 por Isaac Johnson, que
queimou uma mistura de argila e greda (giz) até a formação do clínquer,
possibilitando a ocorrência das reações químicas necessárias à formação dos
compostos de alta resistência no cimento (NEVILLE, 1997).
A ASTM C150 (American Society for Testing and Materials) define o cimento
Portland como um aglomerante hidráulico produzido pela moagem do clínquer, que
consiste essencialmente de silicatos de cálcio hidráulicos. Os clínqueres são nódulos
de 5 a 25mm de diâmetro de um material sintetizado, produzido quando uma mistura
de matérias-primas (calcário, argila, filito, minério de ferro) de composição pré-
determinada. Os materiais são aquecidos a temperaturas médias de 1450 °C.
Desta forma o cimento Portland é constituído basicamente por compostos de
cálcio e sílica com diâmetros na ordem de 30 à 100µm. Após a moagem do clínquer
adiciona-se quantidades na ordem de 5% de sulfato em forma de gipsita (gesso)
para inibir as reações instantâneas do clínquer (Ibidem).
2.2 Hidratação do cimento Portland
Dentre os compostos gerados no processo de clinquerização destacam-se os
silicatos de cálcio: C3S (silicato tricálcico – 3CaO . SiO2), responsável pela
resistência mecânica até os 28 dias de idade. Em contato com água forma uma
pasta pouco plástica, a adição de gipsita melhora esse aspecto também influindo na
pega e na resistência aos três dias. Hidrata de forma rápida, gerando calor de
hidratação (MEHTA, 1994 e BAUER, 1994); e C2S (silicato dicálcico – 2 CaO . SiO2)
sendo estável e responsável pela resistência após os 28 dias, hidratando-se
lentamente (Ibidem).
18
Os aluminatos de cálcio: C3A (aluminato tricálcico – 3CaO.Al2O3) apresenta-se
instável em suas fases hidratadas, a pega é rápida com grande desprendimento de
calor. Também contribui para resistência nos primeiros dias, perdendo resistência
mecânica com a idade (ALVES, 1999 e BAUER 1994); o C4AF (ferroaluminato de
cálcio – 4CaO . Al2O3 . Fe2O3), possui pega rápida, porém não instantânea. Tem
baixa resistência e o óxido de ferro, age como fundente e fixa a alumina que
melhorando a resistência ao ataque das águas sulfatadas (Ibidem).
A alta reatividade do C3A quando em contato com a água é controlada com a
utilização da gipsita, que controla a tendência de pega (endurecimento) instantâneo
do clínquer.
O mecanismo de hidratação do cimento consiste no enrijecimento da pasta
(mistura de cimento e água) inicialmente pelos aluminatos seguidos da evolução da
resistência pelos silicatos (KAEFER, 2008).
A formação das agulhas de etringita de primeira fase são iniciadas logo após
o contato da água com o cimento, sendo conhecido como a fase de início da
hidratação desenvolvendo a resistência inicial.
A hidratação dos silicatos são iniciadas após algumas horas de reação
química do cimento, resultando em silicatos de cálcio hidratados, representados pela
sigla C-S-H, responsáveis pela resistência da pasta a esforços mecânicos. O
hidróxido de cálcio conhecido com CH (Ca(OH)2), é responsável por preencher os
espaços ocupados pela água, devido a baixa superfície específica, e pela
passivação das armaduras (elementos de aço responsáveis pela resistência a
tração). A geometria dos cristais de C-S-H são pequenas e fibrilares ao passo que
no CH são do tipo prismáticas (DAL MOLIN, 1995, MEHTA e MONTEIRO, 2008).
2.3 Porosidade da pasta de cimento
A resistência mecânica da pasta de cimento esta diretamente associada a
quantidade de poros existentes no compósito (KHATRI, 1997). Tal porosidade
relaciona-se com os poros entre as camadas de C-S-H, possuindo larguras que
podem variar de:
• 5 a 25 Å, não influenciando na resistência da pasta;
19
• > 50nm, caracterizados como vazios capilares gerados pelo não preenchimento
dos espaços vazios pelos componentes do cimento, sendo prejudiciais a
resistência mecânica da pasta;
• microns (µm) até centímetros (cm), contendo ar, normalmente com forma
esférica, resultantes da deficiência no processo de vibração do concreto.
Como descrevem Mehta e Monteiro (1994) a porosidade da pasta de cimento
pode ser observada na Figura 2.1.
Figura 2.1 – Porosidade da pasta de cimento (MEHTA E MONTEIRO, 1994 e 2008)
Mehta e Monteiro (2008) e Campiteli (1987) classifica os poros quando ao
tamanho para as pastas endurecidas com mostra o Quadro 2.1.
Quadro 2.1 – Classificação dos poros quando ao seu tamanho
Designação Descrição Diâmetro Unidade
Poros Capilares Capilares grandes 10 - 0,5 µm
Capilares médios 50 - 10 nm
Poros do Gel
Capilares
pequenos 10 - 2,5
nm
Microporos 2,5 - 0,5 nm
Microporos
“interlamelares” 0,5
nm
20
Helene (1993) em seu trabalho apresenta a porosidade da pasta de cimento e
seus agentes deletéreos conforme Figura 2.2.
Figura 2.2 – Porosidade da pasta de cimento (HELENE, 1993)
2.4 Zona de transição entre pasta e agregado
A zona de transição é caracterizada pelo contato entre a pasta de cimento e
os agregados, com dimensões na ordem de 50 µm. A mistura da água com os
demais componentes de um concreto ou argamassa propiciam a formação de uma
película de água na superfície dos agregados, o que aumenta a porosidade e a
heterogeneidade da zona de transição em relação a pasta. A referida
heterogeneidade torna-se o ponto mais fraco dos compósitos nos primeiros dias de
idade, diminuindo as forças de adesão entre pasta/agregado (NEVILLE, 1987,
MONTEIRO, 1985).
Para o concreto convencional, as forças mecânicas nas primeiras idades,
geram microfissuras que tendem a se propagar pela zona de transição
pasta/agregado.
A película de água ao redor dos agregados nas primeiras idades propicia uma
zona de interface pasta/agregado na qual se propagam as microfissuras. Tal fator é
reduzido com a hidratação do cimento formando novos compostos como o Ca(OH2)
que aderem a superfície dos agregados (miúdo e graúdos).
A ocorrência das fissuras passam a ser no Ca(OH2) depositado sobre o
agregado, criando assim o elo mais fraco do compósito. Porém grandes espaços
21
vazios (na ordem de microns) gerados pelo alto consumo de água possibilita a
formação de cristais paralelos entre si e perpendiculares ao agregado facilitando
desta forma o rompimento dos mesmos e a propagação das fissuras.
A substituição de porcentagens de cimento por pozolanas controlam a
formação de cristais de Ca(OH)2, aumentando a densidade da pasta, em
conseqüência as regiões de interface de ligação entre pasta agregado, minimizando
desta forma a propagação das fissuras.
2.5 Pozolana
De acordo com Mehta e Monteiro (1994), a construção civil, apesar de
produzir grandes impactos ambientais, apresenta um grande potencial para
consumo de resíduos das outras indústrias. Há vários tipos de resíduos industriais
que já são reaproveitados ou reciclados, porém sua aplicação ainda é restrita
(QUEBAUD et al., 1997). Hoje tem-se, como exemplo, o aproveitamento de
resíduos de escória de alto-forno como adição no cimento Portland (MEHTA e
MONTEIRO, 1994), a sílica ativa em concretos de alta resistência (AÏTCIN, 2000) e
a cinza de casca de arroz como material pozolânico em concretos e argamassas.
A utilização de adições minerais na construção civil como descrevem
Malhotra e Mehta (1996) teve início no ano 300 a.C. na cidade de Nápoles, Itália. A
aplicação de adições na construção civil como descreve Souza (2003) foi mais
difundida pelo império romano no ano de 79 d.C. quando as cinzas vulcânicas
oriundas do monte Vesúvio foram utilizadas nas construções como um material com
propriedades cimentantes.
Na Europa, os materiais intitulados como tufos vulcânicos também eram
empregados na produção de argamassa e concreto, já, em outras regiões, aplicava-
se a argila calcinada.
Nos dias atuais a era ecológica que visa atender aos quesitos de economia e
de tecnologia amplia o consumo de adições minerais em concretos e argamassas,
empregando materiais com propriedades pozolânicas. A origem das pozolanas
podem ser do tipo industriais como as sílicas ativas provenientes de siderúrgicas, as
cinzas volantes provenientes de usinas termelétricas e as agrícolas como a cinza de
casca de arroz (MEHTA e RAMACHANDRAN, 1984).
22
A utilização de pozolanas visando reduzir o consumo do aglomerante cimento
é muito vantajosa uma vez que estas possuem poder aglomerante quando em
contato com a umidade e temperaturas ambientes reagindo com o hidróxido de
cálcio (Ca(OH)2) formando compostos cimentantes (PRUDÊNCIO JUNIO et al.,
2003; WEBER, 2001; NEVILLE 1997 e CINCOTTO 1988; SILVEIRA e DAL MOLIN,
1995).
Como descreve Neville (1995 e 1997), Coutinho (1997), Mehta e Monteiro
(1994) as pozolanas podem apresentar atividade pozolânica no seu estado natural,
ou podem ser facilmente transformadas em pozolanas, aplicando-se para tal um
processo de calcinação e moagem. As pozolanas artificiais, de origem industrial não
necessitam obrigatoriamente de secagem e moagem para atuar como pozolana.
Por ser um material fino a pozolana quando mal dosada pode provocar a
retração em argamassa aumentando proporcionalmente com a quantidade de finos
(BASTOS et al. 2005).
Bastos (2001) já tendo avaliado este mesmo fator comenta que o aumento do
teor de finos, melhora a capacidade de retenção de água, porém, diminui o diâmetro
dos capilares da argamassa gerando desta forma tensões internas à argamassa
quando do processo de perda de água para o meio ambiente e para o substrato.
2.6 Classificação dos materiais pozolânicos
A classificação dos materiais pozolânicos tendo como base a sua origem,
podem atender tanto a norma NBR 12653/92, bem como a American Society for Test
and Materials (ASTM C 618-95), são apresentadas nos Quadros 2.2 e 2.3.
Quadro 2.2 – Classificação das pozolanas conforme a NBR12653/92
Classe NBR 12653/92
N Pozolanas de origem natural o artificial, materiais vulcânicos, terras
diatomáceas e argilas calcinadas.
C Pozolana produzida pela combustão de carvão mineral oriundo de
usinas termoelétricas.
E Pozolanas não enquadradas nas classes anteriores.
23
Quadro 2.3 – Classificação das pozolanas conforme ASTM 618-95
Classe ASTM 618-95
N Pozolanas cruas ou calcinadas, oriundas de terras diatomáceas,
quartzo de opalina e xistos; turfos vulcânicos e argilas.
F Cinza volante produzida pela incineração de carvão betuminoso ou
antracito, tendo atividade pozolânica.
C Cinza oriunda de carvão betuminoso ou lignina, apresentado
propriedades pozolânicas e cimentantes.
2.7 Tipos de materiais pozolânicos
Conforme descreve Isaia (2005), Mehta (1987) as pozolanas se dividem em
naturais ou artificiais.
De origem natural, os materiais como vidros e tufos vulcânicos, argilas ou
folhelhos calcinado e terra diatomácea podem apresentar atividade pozolânica,
necessitando apenas de moagem para sua utilização.
Neville (1997) salienta que algumas pozolanas oriundas de terras
diatomáceas podem causas problemas em concretos e argamassas, devido a sua
angulosidade e porosidade, demandando uma quantidade de água muito grande.
De origem artificial as pozolanas podem ser obtidas como segue:
• Cinzas volantes: oriundas de usinas termoelétricas, onde o carvão é
pulverizado como combustível de queima. Sua combustão é realizada a
temperaturas elevadas entre 1200 a 1600 oC em caldeiras. A permanência
do carvão em chama oxidante como descreve Silva et al. (1999) é de dois
segundos, tempo necessário para sua total fusão, acarretando na geração
de cinza volante e cinza pesada. As cinzas volantes possuem textura fina
sendo carregada pelos gases de combustão até os coletores
eletrostáticos. As cinzas pesadas são acondicionadas no fundo da
fornalha e removidas hidraulicamente por meio de fluxo de água as quais
ocupam cerca de 15% da geração total de cinza não empregam-se como
adição em concretos e argamassas;
24
• Sílica ativa: originada na obtenção do ferro-silício, atuando com
desoxidante e sílico-metálico na fabricação de componentes eletrônicos,
silicones e alumínio. Sua produção ocorre a temperaturas acima de
2000 oC com a redução do silício, gerando monóxido de silício que é
transportado em forma de gás para o topo do forno. Sua oxidação se dá
em contato com o ar, formando o dióxido de silício (SiO2) (MEHTA, 1984).
• Metacaulim: obtido da calcinação de argilas caulinitas e caulins em
temperaturas que variam de 600 à 900 oC, que propiciam a geração de um
material amorfo altamente instável quimicamente, denominado
metacaulinita (Al2Si2O7) (ISAIA, 2005).
• Cinza de casca de arroz: produzido na combustão da casca durante o
processo de geração de energia e parboibilização do arroz. Quando
queimada em temperaturas controladas entre 500 à 700 oC, produzem
cinzas amorfas de alta pozolanicidade, ao passo que quando não
controladas apresentam minerais de sílica não reativos e com baixo valor
pozolânico (ISAIA, 2005 e MORAES, 2001).
• Escória granulada de alto forno: material obtido em alto-fornos durante a
produção do ferro-gusa, pela mistura de impurezas encontradas no
minério de ferro, juntamente com calcário, dolomita e cinzas de coque.
Quando resfriadas lentamente ao ar, produzem fases cristalinas diferentes
e conseqüência disso perdem ação cimentante, e quando resfriadas
bruscamente por meio de jatos d´água sob alta pressão, apresentam-se
com material amorfo e altamente reativo (ISAIA, 2005);
• Cinza de Casca da Castanha de Caju: a produção da cinza ocorre após
misturada da casca com cardo durante o processo de decorticação, que
separa a casca da castanha. A cinza é obtida com a queima da casca para
a geração de calor nas caldeiras de decorticação (LIMA, 2007).
2.8 Classificação quando a atividade cimentante, pozolânica e filler
Mehta e Monteiro (1994) apresentam em seu trabalho uma classificação
quanto a atividades cimentantes e pozolânicas dos materiais. Segundo os mesmos
autores a composição química-mineralógica e a característica das partículas
25
influenciam no comportamento destes quando aplicados em concretos ou
argamassas. Sua classificação apresenta-se subdividida em materiais cimentantes e
pozolânicos. CYR et al. (2006) e LAWRENCE et al. (2005) descrevem que as
características das partículas como a sua finura e a área específica, tanto nas idades
iniciais com nas finais estão diretamente ligadas a ocorrência dos efeitos
pozolânicos, se dando pelo efeito filler. O Quadro 2.4 apresenta a classificação das
pozolanas quanto ao seu diâmetro e sua área específica e o Quadro 2.5 a
classificação e composição dos materiais pozolânicos, cimentantes e filer.
Quadro 2.4 – Classificação das pozolanas quanto ao diâmetro e área específica
Material Diâmetro (µm) Área específica (cm 2/g)
Silica 0,5 (HOLLAND, 2005)
13000 à 25000 (MEHTA e
MONTEIRO, 2008)
Metacaulin 12 à 146
(VIZCAYNO et al., 2009) 4023
Casca de arroz 5 à 10 (ZHANG et al., 1996) 500 à 1500
(SANTOS, 2006)
Cana-de-açúcar 1 à 14 (PAULA, 2006) 2400 (PAULA, 2006)
Cimento Portland 45 (HOLLAND, 2005) 235 à 560
(ROSSIGNOLO, 2005)
Cinza volante 1 à 150
(MEHTA e MONTEIRO, 2008)
3000 à 4000
(MEHTA e MONTEIRO, 2008)
Escória de alto forno 10 à 45
(MEHTA e MONTEIRO, 2008)
500
(MEHTA e MONTEIRO, 2008)
26
Quadro 2.5 – Classificação e composição dos materiais pozolânicos, cimentantes
e filler (MEHTA e MONTEIRO, 1994; ISAIA, 2007)
Classificação Adição mineral Composição
química e mineralógica
Características da partícula
Cimentante Escória granulada de
alto-forno
Silicatos contendo Ca,
Mg, Al e Si.
Possui dimensões de
agregado miúdo. Passam pelo
processo de secagem e
moagem ficando com
dimensões inferiores à 45 µm
(50 m2/g obtido por Blaine).
Cimentante e
pozolânicos
Cinza volante com alto
teor de cálcio
Vidro de silicato, possui
em sua composição Ca,
Mg, Al, alcalis e baixa
teor de C3A.
Material fino com
porcentagens entre 10% e
15% maiores que 45 µm (30 à
40 m2/g obtido por Blaine).
Pozolanas
altamente
reativas
Sílica Ativa Composta por Si em
estado amorfo
Material fino com dimensões
inferiores à 1 µm (130 à 300
m2/g – Absorção por
nitrogênio – BET).
Cinza de casca de arroz Composta por Si não
cristalino
Partículas com dimensões
inferiores a 45 µm.
Pozolanas
industriais
Cinza volante Contém Al, Fe e álcalis.
Possui pequena
quantidade de material
como tipo quartzo,
magnetita e hematita.
Material fino com partículas
que variam de 1 µm à 150
µm, porém maior parte
menores que 45 µm (20 à 80
m2/g obtido por Blaine).
Materiais comuns Composto por quartzo,
feldspato e mica
Partículas são moídas até
atingir dimensões menores
que 45 µm.
Pozolanas
pouco reativas
Cinza de grelha, de
escória e de casa de
arroz queimada no
campo.
Silicatos cristalinos com
pequena quantidade de
matéria amorfa.
O material moído com
dimensões inferiores a 45 µm
para desenvolver atividade
pozolânica.
Filler Calcáreo, pó de quartzo,
pó de pedra.
Variável conforme o
material estudado.
Não possui atividade química,
porém auxilia no
empacotamento
granulométrico.
27
2.9 Reação pozolânica
A reação pozolânica como descrevem Silveira e Ruaro (1995), Leite e Dal
Molin (2002), Winkler e Müeller (1998), Isaia (2007) é a capacidade que a pozolana
seja ela natural ou artificial em reagir com a cal, tendo como produto final um
material cimentante (silicato hidratado de cálcio – C-S-H), como apresentado na
equação 1.
xSiO2 + yCaO + zH2O x CaO.ySIO2.zH2O eq. 01
Segundo Leite e Dal Molin (2002) Weber (2001), Shi (2002), Torres et al.
(2007) a atividade pozolânica é conseguida quando estes são queimados a
temperaturas que variam de 500 a 900 oC.
Um dos fatores importantes existentes nas pozolanas é o efeito microfilia. O
termo microfilia demonstra que a finura da pozolana é muito maior que a do
aglomerante cimento.
O fator microfiller propicia um melhor empacotamento entre as partículas de
pozolana e cimento, onde estas diminuem o espaço disponível para a água,
tornando as pastas mais densas em conseqüência disso acarretam no aumento de
resistência mecânica à compressão e durabilidade (Ibidem).
Segundo Coimbra et al. (2002) as pozolanas são materiais mais baratos que
o cimento Portland e apresentam hidratação lenta, bem como liberam pouco calor
durante sua reação com o Ca(OH)2, sendo este de suma importância para concreto
massa. A pozolana é comumente adicionada aos cimentos Portland do tipo: CPIV;
CPV ARI – RS e CPII – Z32.
2.10 Efeitos físicos e químicos das pozolanas
Os efeitos físicos e químicos das pozolanas estão diretamente relacionados
com a reação Ca(OH)2 para formar o silicato hidratado de cálcio - C-S-H (ISAIA,
2005). Conforme pré-descrito pela norma NBR 12653/92 as exigências químicas e
físicas são apresentadas nos Quadros 2.6 e 2.7.
28
Quadro 2.6 – Exigência química para os materiais pozolânicos (NBR 12653/92)
Propriedades Classe dos materiais pozolânicos
N C E
SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 (% mín.) 70 70 50
SO3 (% máx) 4,0 5,0 5,0
Teor de umidade (% máx) 3,0 3,0 3,0
Perda ao fogo (% máx) 10,0 6,0 6,0
Álcalis disponíveis em Na2O (% máx) 1,5 1,5 1,5
Onde: N – materiais vulcânicos de caráter petrográfico ácido, terras diatomáceas e
argilas calcinadas;
C – cinzas volantes oriundas da queima do carvão em usinas termelétricas;
E – qualquer pozolana que não se enquadram nas classes anteriores,
conforme estabelece a norma NBR 12563/92.
Quadro 2.7 – Parâmetros físicos conforme estabelecido pela norma NBR 12653/92
Propriedades Classe dos materiais pozolânicos
N C E
Material retido na peneira 45 µm
(% máx)
34 34 34
Índice de atividade pozolânica aos 28
dias com cimento (% min)
75 75 75
Índice de atividade pozolânica com a
cal aos 7 dias (MPa)
6,0 6,0 6,0
Água requerida (% máx) 115 110 110
A norma ASTM C 618-95 toma como parâmetros mínimos de 70% de SiO2 +
Al2O3 + Fe2O3, máximo de 5% de SO3 e 1,5% de Na2O.
2.11 Sistemas de moagem para materiais calcinados
Os sistemas de moagem empregados para reduzir o tamanho das partículas
de materiais calcinados podem ser do tipo agitadores, planetários, atritores e
29
convencionais, como mostra o Quadro 2.8 (CASTAGNET, 2008, CORDEIRO, 2006
e SURYANARAYANA, 2001).
Quadro 2.8 – Sistemas de moagem empregados para materiais calcinados
Tipo de
Moinho
Funcionamento Desenho
Moinho de bolas
vertical
A redução do tamanho das partículas
ocorre no interior de um recipiente cilíndrico
onde são depositadas esferas soltas. A
rotação do moinho faz com que ocorra o
caimento das bolas uma sobre as outras
provocando a cisalhamento das partículas.
Moinho de bolas
horizontal
A fragmentação das partículas ocorre pela
agitação do conjunto no moinho, tais como
eixo, pinos e paredes do jarro. Aplica-se
para misturar pós como para processar
materiais. Possuem capacidade de
moagem de (0,5 à 40)kg com velocidades
de até 250 rpm.
Moinho de
discos
As materiais são fragmentados por discos
existentes no interior de um recipiente. A
força centrífuga produzida pelo recipiente
girando em torno do seu próprio eixo,
juntamente com a força de rotação dos
discos posicionados no seu interior
reduzem o tamanho das partículas.
2.12 Utilização da pozolana em concretos e argamassas
Entende-se como pozolana materiais ultrafinos com diâmetros na ordem de
0,5 µm, podendo ser obtidos do aproveitamento de resíduos de escória de alto-forno
como adição no cimento Portland (MEHTA e MONTEIRO, 1994): a sílica ativa em
concretos de alta resistência (AÏTCIN, 2000); a cinza de casca de arroz; as cinzas
vulcânicas (SOUZA, 2003); os tufos vulcânicos e a argila calcinada (MEHTA e
RAMACHANDRAN, 1984).
30
Predominantemente na forma vítrea as pozolanas solubilizam quando em
contato com meio alcalino reagindo com íons Ca2+ (ISAIA, 2007; KIHARA e
CENTURIONE, 2005 e DAL MOLIN, 2005).
Sampaio et al. (1999) comenta que a finura das cinzas influência nas suas
atividades pozolânicas, porém, como descreve Bastos et al. (2005) por ser fino, e
quando mal dosado, pode provocar a retração em argamassa aumentando a medida
que a quantidade de finos aumenta.
A vantagem principal da utilização da pozolana como descreve Oliveira et al.
(2004) e Malquori (1960) é a capacidade de reagir com os hidróxido de cálcio,
formando novos compostos como silicatos e aluminatos hidratados de cálcio.
Segundo Oliveira et al. (2004) e Malquori (1960) as vantagens propiciadas pela
pozolana quando empregadas em argamassas e concretos são: redução da reação
álcali/agregado; aumento da resistência mecânica; redução da permeabilidade e do
calor de hidratação.
Nos primeiros instantes de mistura dos componentes dos concretos e
argamassas a pozolana atua como material de preenchimento. Ao longo do
processo de hidratação do cimento, as partículas de pozolana reagem removendo o
excesso de hidróxido de cálcio da pasta de cimento, conferindo a mesma mais
resistência.
2.13 Material com potencial pozolânico
As bananas são cultivadas em 130 países e constituem o quarto produto
alimentar mais produzido no mundo, sendo superado somente pelo arroz, trigo e
milho.
O Brasil é um grande produtor de frutas, sendo que a banana ocupa o segundo
lugar após os cítricos, com uma produção anual de 7,1 milhões de toneladas,
cultivados em uma área próxima de 500.000 hectares como descrevem Abanorte
(2010) e Ceagesp (2010).
A produção de banana no Paraná concentra-se principalmente na região
litorânea, ocupa 80% da área, cultivável entre o litoral norte e sul (IAPAR, 2008).
A bananeira consiste em uma planta do tipo herbácea vivaz acaule, da família
Musaceae (género Musa - além do género Ensete, que produz as chamadas "falsas
31
bananas"), que apresenta seu verdadeiro caule subterrâneo, que tem a possibilidade
de gerar um nova planta por um período de 15 anos ou mais (ABANORTE, 2010).
A bananeira, por ser uma fruta de clima tropical, apresenta um melhor
desenvolvimento em climas com temperatura média anual na ordem de 22 ºC com
precipitações pluviométricas superiores à 1200 mm/ano. Segundo Manica (1997) a
bananeira possui um ciclo de crescimento mais acentuado para tempos quentes e
úmidos. Desta forma a planta e seus cachos se desenvolvem mais rapidamente nas
épocas de calor.
As variações na altitude influenciam na duração do ciclo da bananeira, sendo
mais produtivas em regiões tropicais com altitude máxima de 300 m acima do nível
do mar. Tal altitude favorece o ciclo de produção entre 8 a 10 meses, ao passo que
altitudes próximas a 900 m acima do mar, são necessários 18 meses para completar
o seu ciclo (Cordeiro, 2002).
Como descreve Cordeiro (2002) o espaçamento entre plantas situa-se na
ordem de (3,00 X 2,50) m, produzindo, em média, 1333 plantas por hectare.
A limpeza com a retirada das folhas velhas, totalmente secas, mortas, doentes
ou pendentes, favorece o fluxo de ar interno do bananal, melhorando a luminosidade
e diminuindo os frutos lesionados. A referida limpeza propicia desenvolvimento das
plantas, facilitando o desbaste, a aplicação de defensivos, movimento de máquinas
e agilizando a colheita dos cachos (Ibidem). Depois da maturação e colheita dos
cachos de bananas, o pseudocaule morre (ou é cortado), dando origem,
posteriormente, a um novo pseudocaule oriundo do caule subterrâneo (ABANORTE,
2010).
A folha da casca de bananeira por ser um material sustentável é descartado
periodicamente. Segundo Cordeiro (2002), pode apresentar atividade pozolânica
quando calcinada e moída. Tal reação não só diminui o custo da produção de
concretos e argamassas como propicia a redução da reação álcali-agregado e do
calor de hidratação em cimentos, aumentando a resistência à tração com redução da
permeabilidade e melhora da sua reologia (SANTOS, 1992; MEHTA e MONTEIRO,
2008).
Como descreve Lima et al. (2007) apud John et al. (2003) qualquer cinza
vegetal, desde que em estado amorfo, finura adequada e composição química com
elevado teor de sílica podem ser empregados em cimentos, concretos e
32
argamassas. JOHN et al. (2003) apresenta em seu trabalho a quantidade de cinza
gerada durante a queima de alguns materiais, como apresenta o Quadro 2.9.
Quadro 2.9 - Quantidade de cinza produzida por tonelada de material queimado
(JOHN et al. 2003)
Produto
Cinza
(% em massa)
Produto Cinz a
(% em massa)
MEHTA (1992) CINCOTTO E KAUPATEZ (1988)
Folha de trigo 10,0 Bagaço de cana-de-
açúcar (seco) 0,5
Folha de talo de
girassol 11,0
Amendoim 3,0
Folha de milho 12,0
Folha de sorgo 12,0 Mamona 9,0
Folha de arroz 14,0
Bagaço de cana-de-
açúcar (úmido) 15,0
Casca de arroz 18,0
Casca de arroz 20,0
2.14 Identificação da oportunidade
Nesse capítulo foram abordados assuntos referentes à materiais com potencial
pozolânico, classificações das pozolanas quanto as normas vigentes e sistemas de
moagem.
As principais questões quando se trata de responsabilidade social e ambiental
no Brasil são o déficit habitacional e o desenvolvimento sustentável da construção
civil. Os pés de bananeira por produzem ao longo de sua vida apenas um cacho de
banana, sendo que após a colheita são cortados dando lugar a novos pés de
bananeira. Ao longo do seu crescimento geram as folhas secas que são cortadas e
depositadas ao longo do bananal. A geração periódica das folhas bem como o seu
simples descarte ao longo do bananal possibilita o estudo deste material com a
finalidade de gerar energia elétrica e ter ao final do processo uma cinza com
atividade pozolânica, atendendo desta forma aos quesitos de sustentabilidade.
33
Nesse contexto, é avaliado inicialmente a viabilidade técnica de utilização da cinza
oriunda da queima de folha de bananeira, como uma proposta de elemento para
adição em cimentos, concretos e argamassas. A geração de energia elétrica pelo
calor oriundo da queima da folha não é analisada visto que são necessárias
comprovações técnicas da atividade pozolânica da cinza, evitando desta a
possibilidade de geração de energia com a produção de resíduo sem destinação
correta.
34
3 PROGRAMA EXPERIMENTAL
O programa experimental foi desenvolvido em duas etapas. A primeira foi
constituída da queima e moagem da cinza de folha de banana em moinho de bolas e
a segunda na caracterização dos materiais utilizados, na dosagem e ensaios de
índice de atividade pozolânicas por meio de cimento e de cal.
3.1 Planejamento do programa experimental
O Programa Experimental teve como base as etapas descritas na seqüência,
visando a elucidação dos objetivos propostos, sendo:
• aquisição, acondicionamento e transporte dos materiais ou insumos ao
laboratório;
• caracterização físico-química da cinza de folha de bananeira.
Com intuito de se avaliar o Índice de Atividade Pozolânica da folha de
bananeira, realizou-se os seguintes ensaios:
• caracterização da cinza de folha de bananeira por meio de Difração e
Fluorescência de raios X, visando identificar a natureza química e as fases
presentes no material;
• dosagem das argamassas sem e com adições minerais;
• realização de ensaios físicos e mecânicos para avaliação das propriedades
das argamassas em estado fresco e endurecido.
• elaboração de um banco de dados com avaliação estatística dos resultados e
de desempenho do produto obtido.
A execução dos referidos ensaios teve como função avaliar a atividade
pozolânica das cinzas com diversos tempos de moagem.
O programa experimental teve como parâmetros a considerar:
• consistência padrão constante atendendo aos quesitos da norma
NBR 5157/92 e NBR 5257/92;
• rompimento de corpos-de-prova de argamassa, segundo recomendações de
norma em idades de 7 dias para argamassas de cal e 28 dias para
argamassas de cimento.
35
As etapas experimentais estão descritas na Figura 3.1.
Figura 3.1 - Etapas de ensaio do Programa Experimental
3.2 Materiais utilizados
Para a confecção das argamassas para os ensaios de Índice de Atividade
Pozolânica com a Cal e Cimento, foram utilizados os seguintes materiais: cal,
cimento, cinza de folha de bananeira, areia normatizada e água. As características
dos materiais caracterizam-se a seguir.
Caracterização da argamassa no estado fresco
Consistência da argamassa – Flow Table
Moldagem de corpos-de-prova
Caracterização da argamassa no estado endurecido
Densidade de massa
Resistência à compressão
Produção da cinza de folha de bananeira
Moagem da cinza de folha de bananeira nos tempos de 0h; 0,5h; 1h; 2h e 3h
Fluorescência de raios-X
Determinação do resíduo na peneira 45 µm
Difração de raios-X
Índice de atividade pozolânica com a cal e com o cimento
36
3.2.1 Cimento
O cimento utilizado para a confecção das argamassas do tipo CPII – F,
classe 32, devido ao mesmo não possuir em sua composição materiais pozolânicos.
As principais características do cimento utilizado constam nos Quadros 3.1.
Quadro 3.1 – Características físicas, químicas e mecânicas Cimento CPII – F32
Análise Física
Ensaio Resultado
Peneira #200 (%) 3,0
Peneira #325 (%) 13,1
Água da pasta de consistência normal (%) 25,4
Massa específica (g/cm3) 3,09
Superficie específica Blaine (m2/Kg) 3620
Inicio de Pega (min) 220
Fim de Pega (min) 275
Expansão à quente (mm) 0,0
Análise Química (%)
CO2 3,38
Perda ao Fogo 4,66
Residuo Insolúvel 1,09
Análise Mecânica (MPa)
Idade (dias) Resistência (MPa)
3 31,3
7 35,5
28 42,2
Fonte: Companhia de Cimento Rio Branco
3.2.2 Areia
O agregado miúdo utilizado na produção das argamassas para ensaios em
estado fresco e endurecido foram do tipo areia normal Brasileira, produzida pelo IPT,
conforme norma NBR 7214/84, com quatro frações na mesma proporção em massa
sendo: fração grossa compreendida em 2,4 mm < material retido < 1,2 mm; fração
37
média grossa: 1,2 mm < material retido < 0,6 mm; fração média fina:
0,6 mm < material retido < 0,3 mm e fração fina: 0,3 mm < material retido < 0,15 mm.
3.2.3 Água da mistura
A água utilizada foi proveniente da rede de abastecimento local.
3.3 Produção da cinza de folha de bananeira
A produção da cinza de folha de bananeira foi efetuada em um forno com
blocos cerâmicos de (9 x 14 x 19) cm (altura x largura x comprimento), revestido em
argamassa de cimento com 1,0 cm de espessura. No recipiente de
acondicionamento da cinza utilizou-se de tijolos refratários onde a cinza era
depositada, não havendo interferência e variação de temperatura com o meio
externo. A temperatura de queima da folha de bananeira foi medida com o
equipamento termopar do tipo K com leitor digital, que pode registrar temperaturas
que variam de -50 oC até 1000 oC, como mostra a Figura 3.2. A escolha deste tipo
de termopar se deu devido a resistência a altas temperaturas bem como possuir
uma haste de leitura de 10 cm de comprimento, propiciando a medida de
temperaturas do interior do forno, eliminando uma possível perda de calor pelas
suas paredes.
Figura 3.2 – Equipamento para medição de temperatura
Leitor digital NOVUS N321
Cabo de leitura
Termopar do tipo K
38
O posicionamento dos termopares se procedeu em quatro diferentes alturas,
tendo como premissa a medição das temperaturas de saída dos gases à 120 cm do
fundo (termopar 1); da chama de combustão à 90 cm do fundo (termopar 2); de
queima das folhas na grelha à 60 cm do fundo (termopar 3) e da brasa no recipiente
de acondicionamento (termopar 4), como visto na Figura 3.3.
Figura 3.3 – Projeto do forno para queima da folha de bananeira
3.4 Moagem da cinza de folha de bananeira
Os tempos de moagem da cinza de folha de bananeira foram estabelecidos
em (0; 0,5; 1; 2 e 3) horas tomando como base a possibilidade de estabilização
granulométrica do material, bem como da porcentagem de material retido na peneira
45 µm no intervalo de tempo pré-determinado.
Redução da chaminé para concentração da temperatura
no interior do forno
Abertura da câmara para deposição do
material
Grelha para queima da folha de bananeira
Isolamento térmico do com tijolos refratários
Recipiente de acondicionamento da cinza
Posicionamento dos termopares tipo K
Vista frontal Vista lateral
1
2
3
4
Sistema de injeção de ar
39
A cinza foi depositada em um moinho de bolas com capacidade de 35 litros,
de marca MARCONI o qual possui revestimento interno e esferas de alumina,
material qual sofre menor desgaste e menor contaminação do material.
A moagem se procede com a colocação de 1,8 kg de cinza seca no moinho, o
qual inicia seu movimento de rotação e velocidade de giro de 55 rpm e moagem do
material pelo tempo pré-determinado em formato de catarata, como mostra a
Figura 3.4 (CORDEIRO, 2006). Nos intervalos de tempo (0,5; 1; 2 e 3) horas o
moinho é parado e feita a descarga do material moído, como observado na
Figura 3.5. Após a pesagem, o material é acondicionado em sacos plásticos para
posterior verificação da sua atividade pozolânica conforme a norma NBR 5751/92 e
NBR 5752/92.
Figura 3.4 – Vista interior do moinho de bolas
Figura 3.5 – Vista geral e interna do moinho de bolas
Sentido de rotação do
moinho
40
3.5 Difração e fluorescência de raios X
A análise da cinza por meio de difração e de fluorescência de raios X
possibilitou identificar a natureza química e a fase dos minerais cristalinos presentes
no material.
Os difratogramas foram coletados em amostras quarteadas como mostra a
Figura 3.6 e posteriormente moídas até a completa passagem na peneira de
abertura de malha 75 µm, como apresentado na Figura 3.7.
Figura 3.6 - Quarteador
Figura 3.7 – Moinho de panela com anéis
41
A massa preparada de cada amostra foi de 7 gramas de cinza e 1,4 gramas de
aglomerante do tipo cera orgânica que tem como função de aglomerar as partículas
de cinza com precisão de 0,0002 ± 0,0001, como visto na Figura 3.8. As amostras
foram prensadas mecanicamente em porta amostra de 50 mm de diâmetro à uma
pressão de 5 ton/cm² da máquina de marca Pfaff, como apresentado na Figura 3.9.
Os difratogramas foram coletados em equipamento PHILIPS PW1830, como mostra
a Figura 3.10. As medidas foram realizadas entre 3º e 70o 2θ, com passo angular de
0,020 2θ e tempo de passo de 0,5 segundos. Para as análises empregou-se tubo
com anodo de cobre 40 kV / 30 mA, com fenda divergente de ½º.
Figura 3.8 – Balança digital de precisão
Figura 3.9 – Prensa para preparo da amostra
42
Figura 3.10 – Difratômetro de Raios X
3.6 Determinação do resíduo na peneira 45 µm – NBR 9202/85
O ensaio é efetuado inicialmente com a pesagem de um grama de pozolana em
balança de precisão da marca METTLER TOLEDO com três casas decimais,
seguido do seu acondicionamento em uma peneira de malha 45 µm (#325). O
peneiramento via úmida procede-se com o acondicionamento da peneira a uma
distância de aproximadamente 100mm da torneira com uma pressão de 0,75 kgf/cm2
controlado por um manômetro da marca SOLOTEST, como observa-se na
Figura 3.11. Após um minuto de peneiramento o conjunto peneira/pozolana é seco
em estufa a uma temperatura de 100 oC.
O resultado obtém-se da correlação entre a massa inicial e final retida na
peneira, como mostra a equação 02.
100×
=
mf
miR eq. 02
Onde: R – resíduo na peneira 45 µm;
mi – massa inicial (g);
mf – massa final (g).
43
Figura 3.11 – Ensaio de peneiramento via úmida
3.7 Massa específica da cinza - NBR NM 23/01
A cada retirada de material nos intervalos de moagem pré-determinados,
realizou-se o ensaio de massa específica pelo Frasco de Le Chatelier, tomando
como base a norma NBR NM 23/01, como visto na Figura 3.12.
Figura 3.12 – Equipamentos para obtenção da massa específica do cimento
Os resultados da massa específica do material analisado foram obtidos pela
equação 03.
0vv
mMe
−= eq. 03
44
Onde: Me – massa específica (g/cm3);
m – massa do material analisado (g);
v – volume do líquido + material (cm3);
v0 – volume do líquido (cm3).
3.8 Método de permeabilidade ao ar – método de Blaine – NBR NM 76/98
A superfície específica da cinza foi determinada pelo método de Blaine tendo
como base a passagem de ar em uma camada compactada de material com
dimensões e porosidade especificadas, como estabelece a norma NBR NM 76/98. O
aparelho de Blaine utilizado foi da marca Toni/Technik ToniPERN, como mostra a
Figura 3.13.
Figura 3.13 – Aparelho de Blaine
3.9 Índice de atividade pozolânica com a cal – NBR 5751/92
O referido ensaio foi efetuado nos laboratórios da Votorantim Cimentos e teve
como base verificar o índice de atividade pozolânica (IAP) da cinza de folha de
bananeira proveniente da região de Guaraqueçaba, Paraná, Brasil.
45
A atividade pozolânica do material foi determinada pelo índice de atividade
pozolânica (IAP) com cal, de acordo com a norma NBR 5751/92.
Como requisitos químicos e físicos o hidróxido e físicos o hidróxido de cálcio
apresentarão o limites como mostra a Quadro 3.2.
Quadro 3.2 – Requisitos químicos e físicos do hidróxido de cálcio – NBR 5751/92
Requisitos químicos e físicos Limites
Óxidos de cálcio e magnésio (não-voláteis), min % 95
Óxido de magnésio (após calcinação), máx % 5
Dióxido de carbono, máx % 7
Material retido na peneira 600 µm (no 30), máx % 0,5
Material retido na peneira 75 µm (no 200), máx % 15
A pozolanicidade foi feita tendo como base de referência uma argamassa no
traço 1:4 (cal hidratada : areia normal) em massa (104 : 936) g e consistência de
(225 ± 5) mm verificada pelo ensaio de mesa de consistência (flow table).
A argamassa posteriormente teve uma substituição do volume de hidróxido de
cálcio para cada tempo de moagem, atendendo aos critérios da equação 04:
( ) 104cal x poz2 xxPca δδ= eq. 04
Onde: Pca – índice de atividade pozolânica com a cal;
δ poz – massa específica da pozolana (kg/m3);
δ cal – massa específica da cal hidratada (kg/m3).
As proporções estabelecidas para cada tempo de moagem da cinza de folha
de bananeira estão apresentadas na Tabela 3.1.
46
Tabela 3.1 – Proporção dos materiais para IAP com Cal
Tempo de
moagem (h)
Hidróxido de
Cálcio (g)
Areia normal *
para cada porção(g)
Cinza
(g)
0 104 234 222,1
0,5 104 234 231,4
1 104 234 236,1
2 104 234 236,1
3 104 234 237,0
* Quantidade de areia (g) para cada fração estabelecida pela norma NBR7214/82
A mistura do hidróxido de cálcio com a pozolana foi em recipiente fechado por
um período de aproximadamente 2 minutos, seguido da sua colocação sobre a água
na cuba do misturador mecânico e posterior adição da areia.
O tempo de mistura se baseou nos parâmetros estipulados pela norma
NBR 7215/96. O índice de consistência foi obtido pela Flow Table, Figura 3.14, à
partir do preenchimento de um molde tronco cônico em três camadas com a
aplicação de 15, 10 e 5 golpes sucessivamente com o auxílio de um soquete
metálico. Após, efetuou-se o movimento do prato da mesa de consistência em 30
quedas, uma a cada segundo.
Figura 3.14 – Flow Table
O tamanho da amostra foi calculado tomando como base a equação 5 (DAL
MOLIN et al., 2005). Embora o número de corpos-de-prova calculado
estatisticamente tenham sido 2, optou-se por moldar 6 corpos-de-prova cilíndricos
47
com dimensões de (5 X 10) cm para análise de resistência individual e média à
compressão aos 7 dias, de maneira a fornecer maior confiabilidade aos resultados
obtidos para os ensaios, totalizando 30 corpos-de-prova para as 5 amostras.
=
2
22
2/ Er
CVXzn α eq. 05
onde: n = número de repetições;
Er = erro relativo admitido da estimativa, fixado em 10%;
CV = coeficiente de variação da amostra calculado em 6%;
Zα/2 = valor tabelado para o nível α = 5% de significância apresenta
valor de 1,96.
A cura se precedeu em ambiente climatizado nas primeiras horas (24 ± 2)h à
temperatura de (23 ± 2)o C seguidos de (55 ± 2)o C até antes do ensaio de
rompimento.
Os resultados foram obtidos pela comparação da resistência média dos
corpos-de-prova com a resistência mínima estipulada pela norma NBR 5751/92.
3.10 Índice de atividade pozolânica com cimento - NBR 5752/92
O referido ensaio foi efetuado nos laboratórios da Votorantim Cimentos,
visando analisar o índice de atividade pozolânica (IAP) da cinza de folha de
bananeira com o aglomerante cimento em conformidade com a norma NBR 5752/92.
Como requisitos o cimento foi do tipo CPII – F32 devido ao mesmo não
apresentar materiais pozolânicos em sua constituição, atendendo aos parâmetros de
norma, como mostra o Quadro 3.3.
48
Quadro 3.3 – Requisitos para atividade pozolânica com o cimento
Material
Massa necessária (g)
Argamassa A
(0% de pozolana)
Argamassa B
(35% de pozolana)
Cimento Portland 312,0 202,8
Material Pozolânico --- 109,2 x ((δp(A) x δc(A))
Areia normal 936,0 936,0
Água X(B) Y(B)
(A) representa as massas específica do material pozolânico e do cimento.
(B) quantidade de água para atingir a consistência de (225 ± 5)mm.
A pozolanicidade foi feita tendo como base de referência uma argamassa no
traço 1:3 (cimento : areia normal) em massa (312 : 936)g e consistência de
(225 ± 5)mm verificada pelo ensaio de mesa de consistência (flow table).
A argamassa de referência teve 35% de aglomerante substituído pela cinza de
folha de bananeira com diversos tempos de moagem, atendendo a equação 05.
109,2 x ((δp(A) x δc(A)) eq. 05
A proporção dos materiais utilizados em cada argamassa encontram-se
postados na Tabela 3.2..
Tabela 3.2 – Proporção dos materiais da argamassa para a determinação de
atividade pozolânica por meio do cimento
Sigla Cimento (g) Cinza de folha
de bananeira (g)
Areia
(g)
Referência 312 0,0 936
0 202,8 109,2 936
0,5 202,8 109,2 936
1,0 202,8 109,2 936
2,0 202,8 109,2 936
3,0 202,8 109,2 936
49
Nota-se na Tabela 3.5 que a quantidade de cinza de folha de bananeira para
cada tempo de moagem se manteve constante devido a massa específica dos
materiais terem sido iguais.
A mistura do cimento do tipo CPII – F32 com a pozolana foi em recipiente
fechado por um período de aproximadamente 2 minutos, seguido da sua colocação
sobre a água na cuba do misturador mecânico e posterior adição da areia. O tempo
de mistura baseou-se nos parâmetros estipulados pela norma NBR 7215/96.
Embora vários trabalhos na área de tecnologia em argamassas utilizem de 3
corpos-de-prova, optou-se em moldar 6 corpos-de-prova cilíndricos com dimensões
de (5 X 10) cm para análise de resistência individual e média à compressão aos 28
dias de idade com cimento, fornecendo desta forma resultados com maior
confiabilidade. Os dados analisados tiveram como base um desvio padrão inferior a
6%, como prescreve a norma NBR 5752/92.
A cura ocorreu em ambiente climatizado nas primeira horas (24 ± 2)h à
temperatura de (23 ± 2)oC seguidos de (38 ± 2)oC pelos 27 dias restantes até a data
do ensaio de rompimento. Seus resultados foram obtidos pela equação 06.
%100xfca
fcbPci
= eq. 06
Onde: Pci – índice de atividade pozolânica com o cimento;
fcB – resistência média dos corpos-de-prova aos 28 dias moldados com
cimento e material pozolânico;
fcA – resistência média dos corpos-de-prova só com cimento.
3.11 Caracterização da argamassa no estado endurecido
3.11.1 Índice de atividade pozolânica com a cal - NBR 5751/92
O índice de atividade pozolânica com a cal foi determinada com idade de 7
dias, utilizando 6 corpos-de-prova de (5 x 10) cm, capeados com enxofre em
conformidade com a norma NBR 5751/92. Os ensaios foram efetuados nos
laboratórios de Novos Produtos da Votorantim Cimentos, utilizando a prensa Toni
50
Technik / ToniNORM, como mostra a Figura 3.15, com velocidade de carregamento
de 500 N/s.
Figura 3.15 – Corpos-de-prova capeados com enxofre sendo ensaiados
3.11.2 Índice de Atividade Pozolânica com o Cimento - NBR 5752/92
O índice de atividade pozolânica com o cimento foi determinado com idade de
28 dias para as argamassas de cimento, utilizando 6 corpos-de-prova cilíndricos de
(5 x 10) cm, em conformidade com a norma NBR 5752/92. Os ensaios foram
efetuados na Votorantim Cimentos utilizando a prensa da marca Toni Technik /
ToniNORM, calibrada pela empresa Dinateste, com velocidade de carregamento de
500 N/s, como mostra a Figura 3.16.
Figura 3.16 – Arranjo de ensaio de IAP
51
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Neste capítulo apresentam-se os resultados do programa experimental
analisados em função dos materiais empregados e dos parâmetros de qualidade
mediante o embasamento nas normas brasileiras vigentes.
4.1 Quantidade de folhas secas por hectare
Tomando como base os valores de produção de banana em 500.000 hectares
apresentados por Silva e Torres Filho (1997) e a produção média de 1333 plantas
por hectare descrito por Cordeiro (2002), tem-se 666,5 milhões árvores de banana
plantadas anualmente. A Tabela 4.1 mostra a quantidade média de produção de
folhas secas por pés de banana.
Tabela 4.1 – Quantidade média de folhas secas por pés de bananeira
Pé de banana número Número de folhas Quantidade de folhas secas por pés de banana (g)
1 22 1420 2 19 1311 3 21 1373 4 21 1369 5 20 1320 6 20 1309 7 21 1347 8 19 1272 9 19 1307 10 22 1389 11 19 1338 12 20 1316 13 21 1355 14 19 1376 15 20 1322 16 20 1328 17 21 1351 18 22 1397 19 20 1319 20 19 1347
Média 20,25 1343,30
52
Nota-se na Tabela 4.1 que em média os pés de bananeira produzem cerca de
1343,30 gramas de folhas secas, o que representa um potencial nacional de
geração anual médio de 895,3095 milhões de toneladas de folhas secas.
4.2 Produção da cinza de folha de bananeira
A geração de folhas por pés de bananeira são apresentados a Tabela 4.1. As
folhas de bananeiras com variados comprimentos e pesos conforme Tabela 4.2
foram queimadas em um forno apresentando diferentes temperaturas para cada
local de medição conforme mostra a Figura 4.1.
Tabela 4.2 - Quantidade de cinza em função do peso da folha de bananeira seca
Folha de bananeira número
Quantidade de folha seca (g)
Comprimento (m)
Quantidade de cinza (g)
Porcentagem de cinza (%)
1 86 1,93 9,0 10,47 2 64 1,60 6,4 10,00 3 45 1,55 5,1 11,33 4 46 1,55 5,1 11,09 5 45 1,37 4,7 10,44 6 83 1,83 8,7 10,48 7 88 1,94 8,9 10,11 8 100 1,83 10,4 10,40 9 72 1,59 7,3 10,14 10 87 1,84 9,0 10,34 11 49 1,44 5,0 10,20 12 82 1,77 8,6 10,49 13 77 1,70 7,7 10,00 14 55 1,45 6,4 11,64 15 117 2,10 11,9 10,17 16 80 1,77 8,3 10,38 17 78 1,76 8,1 10,38 18 64 1,48 6,6 10,31 19 57 1,22 6,2 10,88 20 87 1,85 8,7 10,00 21 31 1,23 3,2 10,32 22 73 1,74 7,6 10,41 23 65 1,48 7,2 11,08 24 76 1,65 8,3 10,92 25 34 1,27 4,2 12,35
Total 69,64 1,64 7,3 10,57
53
o
Figura 4.1 – Temperaturas de queima da folha de bananeira
A variação na temperatura de queima para os 4 termopares se deve ao fato de
ser injetado ar por um sistema de ventilação constituído de um tubo com 100mm de
diâmetro e um mini ventilador Cooler 3500 RPM/12V com dimensões de (8,0 x 8,0)
cm. Como o ar é injetado 60 cm acima do fundo a camada de cinza que fica no
fundo passa a ser resfriada lentamente para ser posteriormente coletada.
Ao ser resfriada, a cinza aquece o ar injetado fazendo com que o mesmo por
diferença de temperatura suba pelo forno auxiliando no processo de queima das
folhas na grelha, sendo o mesmo escoado para fora do forno após passar pelo
termopar 1.
Vista frontal Vista lateral
1
4
2
3
Termopar 1 posicionado a 120cm do fundo (290o C)
Termopar 2 posicionado a 90cm do fundo (850o C)
Termopar 3 posicionado a 60cm do fundo (350o C)
Termopar 4 posicionado no fundo (80o C)
54
Correlacionando os dados da porcentagem de cinza de folha de bananeira
com as porcentagens de cinzas descritas por Mehta (1992) e Cincotto e Kaupatez
(1988) apresentados na Tabela 2.8 tem-se os resultados como mostra a Figura 4.2.
Figura 4.2 – Quantidade cinza gerada durante a queima para os diversos materiais
Nota-se na Figura 4.2 que a porcentagem de cinza de folha de bananeira
(10,57%) gerada durante a queima do material seco se equivale a quantidade a
cinza de folha de trigo (10%) e de folha de talo de girassol (11%), se enquadrando
na classe E conforme apresenta a norma NBR 12653/92 e classe C conforme
ASTM 618-95.
4.3 – Difração e Fluorescência de raios X
A análise química apresentou os óxidos presentes na cinza de folha de
bananeira e seus resultados apresentam-se descritos na Tabela 4.3.
55
Tabela 4.3 – Análise química de cinza de folha de bananeira
Teor de óxidos Cinza de folha de bananeira (%)
SiO2 48,73 CaO 17,82 MgO 9,27 Al2O3 2,64 K2O 7,50 P2O5 3,89 SO3 1,59
Fe2O3 1,40 MnO 1,03
Cl 0,31 Na2O 0,21 BaO 0,20 TiO2 0,19 SrO 0,11
Rb2O 0,02 ZnO 0,02 CuO 0,01 PF 5,06
Soma 100
A fluorescência de raios X da cinza de folha de bananeira atendeu aos
parâmetros estipulados pela norma NBR 12653/92, tendo valores de 52,77% na
somatória dos valores de SiO2; Al2O3 e Fe2O3 em que se estabelece um mínimo de
50%. A quantidade SO3 encontrada foi de 1,59% sendo inferior à 5% previsto pela
norma bem como 5,06% de perda ao fogo contra 6% e 0,21% de Na2O inferior a
1,5%. Classifica-se a cinza analisada como uma pozolana de Classe E.
A difração de raios X mostrou a presença de formas cristalinas como Calcita e
Quartzo, que diminuem a atividade pozolânica do material em questão por serem
matérias de pouca ou nenhuma reatividade, como apresentado na Figura 4.3.
Provavelmente as formas cristalinas foram originadas devido ao resfriamento lento
da cinza de folha de bananeira, uma vez que após a queima a cinza permanece em
temperaturas na ordem de 80º C até sua retirada do interior do forno. O difratograma
também apresenta pequenos picos com 2.03 Ǻ e 2.34 Ǻ que se referem ao porta
amostras.
56
Figura 4.3 – Difração de raios X da cinza de folha de bananeira
4.4 Determinação do resíduo na peneira 45 µm – NBR 9202/85
Realizado a moagem da cinza nos tempos pré-determinados efetuou-se o
peneiramento via úmida conforme parâmetros da norma NBR 9202/85 e seus
resultados apresentados na Tabela 4.3. Para melhor representar os dados obtidos
pelo peneiramento é apresentado o gráfico da Tabela 4.4 conforme Figura 4.4.
Tabela 4.4 – Quantidade de material retido na peneira de malha 45 µm
Tempo de
moagem da
pozolana (h)
Quantidade
inicial de
material (g)
Quantidade media de
material retido (g)
Material retido
(%) Média (%)
1 2 3 1 2 3
0 1,000 0,241 0,237 0,244 24,1 23,7 24,4 24,07
0,5 1,000 0,109 0,112 0,105 10,9 11,2 10,5 10,87
1 1,000 0,119 0,117 0,123 11,9 11,7 12,3 11,96
2 1,000 0,124 0,120 0,127 12,4 12,0 12,7 12,37
3 1,000 0,120 0,119 0,125 12,0 11,9 12,5 12,14
Quartzo Calcita
57
Figura 4.4 – Porcentagem de material retido na peneira 45 µm para cada tempo de
moagem
Conforme ensaios realizados nos Laboratórios de Novas Tecnologias da
Votorantim Cimentos verificou-se valores médios de 24,07%; 10,87%, 11,96%,
12,37% e 12,14% para (0; 0,5; 1; 2 e 3) horas na porcentagem de material retido na
peneira 45 µm, sendo os valores inferiores ao máximo permitido de 34% pela norma
NBR 12653/92 como observado na Figura 4.4. Tal fator pode ter sido decorrente das
partículas após a queima em forno já possuírem dimensões reduzidas.
Analisando os resultados da quantidade de material retido na peneira 45 µm
antes e depois dos tempos de moagem pelo método estatístico ANOVA, nota-se que
o valor-p = 0,838618 é maior que o nível de significância de 0,05, bem como
F < Fcrítico, o que demonstra que os resultados não apresentarem diferenças
significativas estatisticamente, como apresenta a Tabela 4.5.
Tabela 4.5 - Análise da Variância (ANOVA) para o material retido na peneira 45 µm
Fonte da variação SQ gl MQ F valor-P F crítico
Entre grupos 1,87E-05 2 9,33E-06 0,179487 0,838618 4,256495 Dentro dos grupos 0,000468 9 0,000052
Total 0,000487 11 Notas: SQ – soma quadrada; gl – grau de liberdade; MQ = SQ/GL – média quadrada; F –
valor calculado de F; Fcrítico – valor tabelado de F para nível de significância 0,05.
58
4.5 Massa específica da cinza de folha de bananeira – NBR NM 23/01
Os resultados de massa específica para os tempos de moagem de (0; 0,5; 1; 2
e 3) horas são apresentados na Tabela 4.6 e plotados na Figura 4.5.
Tabela 4.6 – Massa específica da cinza para os diferentes tempos de moagem
Tempo de
Moagem
(horas)
Amostra (g/cm 3) Média
(g/cm 3)
Desvio
Padrão 1 2 3
0 2,37 2,38 2,38 2,38 0,006 0,5 2,53 2,53 2,52 2,53
0,006 1 2,52 2,53 2,52 2,52 0,006 2 2,53 2,52 2,53 2,53 0,006 3 2,47 2,50 2,49 2,49
0,015
Figura 4.5 – Massa específica das cinzas de folha de bananeira
Observa-se na Figura 4.5 que a diferença entre os valores de massa específica
quando comparados com a cinza sem moagem situam-se em 6,3%; 5,9%; 6,3% e
4,6% para os tempos de moagem de (0,5; 1; 2 e 3) horas respectivamente.
Com base nos dados obtidos na Tabela 4.6 realizou-se uma análise de
variância com intuito de verificar se os valores de massa específica para os
59
diferentes tempos de moagem são em média diferentes, e seus dados foram
plotados na Tabela 4.7.
Tabela 4.7 – Análise da Variância (ANOVA) para a massa específica das cinzas
Fonte da variação SQ gl MQ F valor-P F crítico
Entre grupos 0,000117 2 5,83E-05 0,132075 0,877942 4,256495
Dentro dos grupos 0,003975 9 0,000442
Total 0,004092 11
Notas: SQ – soma quadrada; gl – grau de liberdade; MQ = SQ/GL – média quadrada; F –
valor calculado de F; Fcrítico – valor tabelado de F para nível de significância 0,05.
Com um nível de confiança de 95% conclui-se que não existem diferenças
estatisticamente significativas de massa específica entre os diferentes tempos de
moagem, uma vez que o valor-p = 0,877942 é maior que o nível de significância de
0,05. Observando os valores de F e Fcrítico, nota-se que F < Fcrítico, aceitando
desta forma a hipótese da igualdade e concluindo assim que não existem diferenças,
na média, entre os grupos.
4.6 Método de permeabilidade ao ar – método Blaine - NBR NM 76/98
A Tabela 4.8 apresenta os resultados de permeabilidade ao ar. A Figura 4.6
evidencia os dados obtidos.
Tabela 4.8 – Blaine das diferentes cinza de folha de bananeira
Tempo de moagem Blaine (cm²/g)
Sem moer 8350
30 minutos 15400
1 hora 10000
2 horas 10690
3 horas 9580
60
Figura 4.6 – Variação do Blaine para cada tempo de moagem
Observa-se que os valores de Blaine para as diferentes moagens situam-se
próximos aos valores de Sílica (13000 cm2/g) descrito por Holland (2005). A redução
dos valores de Blaine podem ter sido decorrente da fragmentação e um melhor
empacotamento das partículas da cinza.
4.7 Índice de atividade pozolânica com a cal – NBR 5751/92
A Tabela 4.9 descreve os resultados obtidos nos ensaios de índice de
atividade pozolânica com a cal.
Tabela 4.9 – Índice de atividade pozolânica individual com a cal
Tempo de
moagem (h)
Resistência individual do
corpos-de-prova (MPa) Média
(MPa)
Desvio
padrão 1 2 3 4 5 6
0 4,1 4,0 3,9 3,9 3,9 3,9 3,39 0,0837
0,5 10,0 10,2 9,9 9,9 9,9 9,9 8,61 0,1211
1 9,7 9,5 9,3 9,3 9,3 9,3 8,20 0,1673
2 8,5 8,2 8,3 8,6 8,6 8,4 7,51 0,1633
3 8,5 8,2 8,0 8,4 8,6 8,7 7,63 0,2608
61
Figura 4.7 – Índice de atividade pozolânica individual para as diferentes moagens
O acréscimo de resistência dos corpos-de-prova de cinza de folha de
bananeira em 153,98%; 141,88%; 121,53% e 125,07% após terem passado pelo
processo de moagem em moinho de bolas pelos períodos (0,5; 1; 2 e 3) horas, pode
ter sido decorrente de uma possível redução do tamanho das partículas como
mostrado no ensaio de permeabilidade ao ar (método de Blaine).
Embora a cinza sem moagem não tenha atingido a resistência mínima de
6 MPa aos 7 dias como preconiza a norma NBR5751/92 a moagem já possibilita tal
utilização como mostra a Figura 4.7.
4.8 Índice de atividade pozolânica com a cimento – NBR 5752/92
A Tabela 4.10 descreve os resultados obtidos no ensaio de índice de atividade
pozolânica com o cimento e seu resultados encontram-se plotados na Figura 4.8.
Tabela 4.10 – Índice de atividade pozolânica com o cimento
Amostra Cimento Sem moer 0,5 horas 1 hora 2 horas 3 horas
1 32,6 28,7 31 32,1 32,2 29,6
2 33,4 28,8 31,8 31,1 31,7 28,9
3 32,5 29,0 32,3 30,0 32,8 28,0
4 34,7 29,3 32,7 31,4 31,8 29,8
5 34,4 28,5 32,3 31,2 29,4 27,6
6 33,0 28,6 33 30 29,3 28,6
Média 33,4 28,8 32,2 31,0 31,2 28,8
Desvio Padrão 0,85 0,27 0,65 0,75 1,36 0,79
62
Figura 4.8 – Atividade pozolânica da cinza de folha de bananeira com cimento
A Figura 4.8 mostra que os valores de atividade pozolânica da cinza de folha
de bananeira com o cimento estão superiores em 10,46%; 21,41%; 17,81%; 18,41%
e 10,46% para os tempos (0; 0,5; 1; 2 e 3) horas os valores descritos pela norma
NBR 5752/92, que exige um mínimo de 75% do valor da argamassa de referência
para os 28 dias de idade. Nota-se também que independente dos tempos de
moagem os valores situaram-se muito próximos da resistência mecânica a
compressão da argamassa de referência o que demostra uma consideráel atividade
pozolânica da cinza de folha de bananeira.
Com base nos dados obtidos foi realizada uma análise de variância (ANOVA)
para verificar estatisticamente as diferenças nos resultados de índice de atividade
pozolânica com o cimento para os diferentes tempos de moagem da cinza de folha
de bananeira, conforme mostra a Tabela 4.11.
Tabela 4.11 – Análise da Variância (ANOVA) para o IAP com cimento
Notas: SQ – soma quadrada; gl – grau de liberdade; MQ = SQ/GL – média quadrada; F –
valor calculado de F; Fcrítico – valor tabelado de F para nível de significância 0,05.
Fonte da variação SQ gl MQ F valor-P F crítico
Entre grupos 96,2696667 5 19,25393333 23,96755187 1,3141E-08 2,620654 Dentro dos
grupos 19,28 24 0,803333333
Total 115,549667 29
63
Como observado na Figura 4.8 e nos resultados de análise de variância, a
resistência mecânica à compressão para as argamassas dosadas com cinzas
moídas nos tempos de (0,5; 1; 2 e 3) h não diferem estatisticamente dos valores
obtidos pela argamassa de cimento, uma vez que o valor-p = 1,3141E-08 é menor
que o nível de significância de 0,05.
64
5 CONCLUSÕES
Tomando como base o embasamento teórico e os resultados obtidos pelo
programa experimental, são apresentados a seguir as conclusões válidas para este
trabalho referentes a avaliação da atividade pozolânica da cinza de folha de
bananeira como segue:
a) a cinza de folha de bananeira quando queimada a temperaturas de 850o C e
posteriormente moída em moinho de bolas apresenta atividade pozolânica superior
aos valores mínimos estipulados pelas normas NBR 5751/92 e NBR 5752/92.
b) o tempo ótimo de moagem da cinza de folha de bananeira apresenta-se em
30 minutos.
c) apesar da cinza sem moagem não apresentar atividade pozolânica mínima
com a cal estabelecida pela norma NBR 5751/92, bem como apresentar alguns
materiais cristalinos em sua composição, nota-se que após a sua moagem em
tempos relativamente curtos, esta reduz o seu tamanho, mantém constante a sua
massa específica e aumenta a sua atividade pozolânica.
d) foi comprovado estatisticamente que a atividade pozolânica da cinza de
folha de bananeira com o cimento para os diversos tempos de moagem não se
diferem.
d) Conclui-se desta forma que a cinza oriunda da queima da folha de bananeira
apresenta atividade pozolânica podendo desta forma ser acrescida como adição em
cimentos, concretos e argamassas.
5.1 Sugestões para trabalhos futuros
O referido trabalho teve como foco principal avaliar a atividade pozolânica da
cinza de folha de bananeira.
São necessários estudos mais detalhados sobre a influência da adição da
cinza em diversas proporções em cimentos, concretos e argamassas, tendo como
base avaliar à resistência mecânica à compressão e durabilidade. Análise por
microscopia eletrônica de varredura, faz-se necessário para verificar a interação
entre cinza e cimento, visando reduzir o consumo de recursos naturais.
65
Faz-se necessário também analisar a viabilidade econômica da produção da
cinza de folha de bananeira, bem como desenvolver um sistema de caldeira
acoplado ao forno para geração de vapor e energia elétrica.
66
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