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PROPRIEDADES FÍSICO-MECÂNICAS DE CONCRETOS PRODUZIDOS COM SUBSTITUIÇÃO DO CIMENTO PELO PÓ DE VIDRO

D.R. Freitas (1); A.E. M Paiva (2)

(1) (2) Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Maranhão -

Departamento de Mecânica e Materiais – IFMA. Avenida Getúlio Vargas, Nº 04, Monte Castelo, São Luís – MA. CEP: 65030-005.

[email protected]

RESUMO

Uma alternativa para a diminuição do impacto gerado na fabricação de cimento é a adição de novos materiais ao concreto, neste aspecto o vidro tem grande potencial,

apresentando características pozolânicas. Este trabalho estudou a influência da substituição percentual do cimento pelo pó de vidro, em teores de 10%, 20% e 30% em comparação ao concreto convencional. O traço de 1;1,5;3;0,42, foi definido

através do Slump Test, os corpos de prova produzidos com dimensões de 5 cm x 10 cm foram curados em 7, 14 e 28 dias. O ensaio de resistência mecânica evidenciou que as amostras com 10% de resíduo vítreo aos 14 e 28 dias de cura

tiveram resistência mecânica média similar a do concreto convencional. A absorção caiu conforme aumento da resistência mecânica, desta forma foi possível avaliar que o concreto com resíduos vítreos em teores de 10% apresentam viabilidade técnica

para aplicação em concretos simples.

Palavra-Chave: Rejeito vítreo, resistência, concreto.

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

903

1 INTRODUÇÃO

O crescimento da construção civil tem propiciado uma maior demanda de

concreto, fator primordial em obras de edificações residenciais, grandes obras de

infraestrutura e rodovias. O concreto pode ser definido como sendo um material

compósito, composto essencialmente por um aglomerante, no qual estão

aglutinados os agregados miúdo e graúdo. A estrutura interna do concreto é formada

por três regiões, pela pasta ou matriz do cimento, os agregados e a zona de

transição, que consiste na camada intersticial existente na interface entre os

agregados [1].

O cimento é um insumo importante na produção de concreto, o valor médio do

saco do cimento Portland 32 em dez/2015 era de R$ 25,00 , segundo dados da

Câmara Brasileira da Indústria de Construção [2], sendo a matéria prima principal e

de maior valor econômico, em 2013 o Brasil consumiu mais de 70 milhões de

toneladas de cimento, desta forma a indústria cimenteira, apresenta grande

importância no PIB do país, em contra partida é uma das indústrias mais poluidoras,

contribuindo fortemente para o efeito estufa, devido aos gases liberados

provenientes da produção do cimento. Dados revelam que na fabricação de uma

tonelada de cimento, aproximadamente uma tonelada de dióxido de carbono (CO 2) é

emitida para a atmosfera. O cimento contribui com cerca de 8% para as emissões de

CO2 antropogênicas globais [3]. A indústria do cimento está tornando-se assim, a

segunda maior indústria colaboradora das emissões de CO2, depois das usinas de

energia [4].

Desta forma é preciso pensar em inovações que possam tornar este processo

produtivo menos impactante ao planeta e se possível diminuir o custo do concreto a

fim de continuar mantendo a viabilidade econômica do processo. Neste aspecto,

podem ser citados os trabalhos de Sales [5] que utilizou vidro com tamanhos de

partículas apropriados em compostos cimentícios, para serem utilizados em

argamassa e concreto e o trabalho de Roz-Ud-Din e Parviz [6] que estudaram a

adição de resíduos de construção e demolição juntamente com o resíduo de vidro

moído, em substituição parcial ao cimento. Estes trabalhos apresentaram resultados


904

satisfatórios e mostram que estas substituições são viáveis e atendem aos requisitos

das aplicações buscadas em cada estudo.

As propostas apresentadas trazem em comum a utilização do vidro no

concreto, as indústrias que fabricam e/ou utilizam vidro, tem chamado atenção,

devido à quantidade de resíduos gerados anualmente. O vidro é responsável por

2,4% de todo os resíduos sólidos gerados no Brasil, o que corresponde a

aproximadamente 1,36 milhões de toneladas de lixo por ano [7].

O reuso de resíduos de vidro em concretos tem sido reportado nos últimos

anos, o vidro possui quantidade elevada de óxido de sílica e cálcio, podendo

apresentar características pozolânicas, semelhantes a do cimento, entretanto a

aplicação de vidro em substituição ao cimento para aplicação na construção civil é

um tema que ainda tem muito a ser explorado. Esses resíduos de vidro triturados

têm um bom potencial no setor de infraestrutura [8]. Diante da potencialidade do

vidro de apresentar propriedades pozolânicas e da quantidade de rejeitos

produzidos anualmente, este trabalho estudou a viabilidade técnica e econômica do

uso de vidro no concreto, em substituição parcial ao cimento, em percentuais de

10%, 20% e 30% e verificou a influência destas substituições nas propriedades

físico-mecânicas do concreto obtido, o concreto produzido é destinado em

aplicações para concretos simples, sem armaduras, e em argamassas., para isto

foram empregados resíduos de vidro provenientes de uma indústria de vidros

temperados, as propriedades do produto final foram mensuradas através de técnicas

especificas em conformidades com as normas desta área, dentre elas as NM 248

(2003) ,NBR 9778 (2009), NBR NM 67, ASTM C 215, NBR 8522:2003, NBR 5739

(1994) e NBR 12142/2010.[9] [10] [11] [12] [13] [14] [15].

Além das possíveis vantagens técnicas, tais como redução do custo econômico

do concreto, diante do menor consumo de cimento, este trabalho buscou contribuir

significativamente para o meio ambiente, através da utilização de um rejeito que vem

proporcionado um grande problema de armazenamento na indústria, por vezes

poluindo o meio ambiente e a diminuição da quantidade de CO2 liberado,

considerando uma demanda menor de cimento.


905

2 MATERIAIS E MÉTODOS

O Fluxograma a seguir apresenta os materiais e principais etapas do trabalho.

Fluxograma 1: Metodologia do Trabalho

Matérias-Primas

Cimento Areia Água Brita Vidro

Técnicas de Caracterização

Massa Específica

Absorção de

Água

Homogeneização na

Misturadora

Produção dos Corpos-de-Prova

Cura 7, 14 e 28

dias

Caracterização dos corpos de

prova

Britagem

Difração de

raios-x

Slump Test

Granulometria

Moagem

Granulometria Granulometria Granulometria

Massa Específica

Massa Específica

Absorção de

Água Absorção de

Água


906

Os materiais utilizados para a realização do trabalho foram: Areia média, brita

basáltica tipo 0, resíduos vítreos provenientes da Marvite, indústria de vidros

temperados, cimento CP II - E 32 RS, marca Bravo e agua do sistema de

abastecimento de São Luís, CAEMA.

O trabalho foi dividido em etapas, conforme observado no fluxograma 1,

inicialmente foi necessário realizar a caracterização das matérias – primas, a fim de

obter suas propriedades, para isto foram utilizadas técnicas de caracterização

adequadas, dentre elas: Difração de raios-X, granulometria, massa específica,

absorção de água e massa específica.

O material vítreo a ser utilizado no trabalho em substituição ao cimento foi

britado, em britador de mandíbulas, marca Marconi, abertura mínima entre

mandíbulas de 1 mm e posteriormente moído em moinho de bolas de alumina por

12 hs , a fim de obter uma granulometria similar a do cimento e posteriormente

determinado sua granulometria.

Os percentuais de substituições utilizados foram de 10%, 20% e 30% estes

percentuais foram escolhidos a partir da leitura dos trabalhos de Roz-Ud-Din e

Parviz.

O Slump Test foi realizado de acordo com a norma NBR NM 67 e definido o

traço de 1; 1,5; 3; 0,42, foi utilizado o aditivo superplastificante Maximent PXT 74, a

fim de melhorar a trabalhabilidade do concreto, foi utilizado 0,7% de aditivo em

relação ao cimento. Na próxima etapa houve a homogeneização da mistura, para

isto as matérias primas de cada composição foram homogeneizadas em um

misturador planetário. Os corpos de prova foram fabricados em moldes cilíndricos

com 5cm de diâmetro e 10 cm de altura em conformidade com a NBR 5738(2015), a

qual diz que a dimensão básica do corpo de prova deve ser no mínimo três vezes

maior que a dimensão nominal máxima do agregado graúdo do concreto e moldados

por adensamento vibratório.

Após obtermos os corpos de prova em conformidade com as substituições e

granulometria pré-estabelecidas, os mesmos foram curados imersos em água pelo

período de 7, 14 e 28 dias, seguindo a NBR 5738 (2008), após este procedimento os

corpos foram submetidos a ensaios de caracterização a fim de obter propriedades

específicas.


907

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

As matérias primas tiveram suas propriedades físicas- químicas analisadas.

A distribuição granulométrica do cimento está representada nas figuras 1.

Figura 1 – Distribuição Granulométrica do cimento CP II- E 32 RS

A partir dos dados da distribuição granulométrica do cimento, foram obtidos

os valores de 10% - d(0.1), 50% - d(0.5) e 90% - d(0.9) das partículas que apresentam diâmetros menores que 3,320 µm, 17,750 µm e 49,078 µm respectivamente. A área superficial do cimento Portland é de 0,852 m²/g , conforme

mostrado na tabela a seguir:

Tabela 1. Propriedades Físicas obtidas da distribuição granulométrica do CPII-E32

RS

Área da superfície específica d(0.1) d(0.5) d(0.9)

0,852 m²/g 3,320 µm 17,750 µm 49,078 µm

A distribuição granulométrica do resíduo vítreo está representada na figura 2.

Figura 2 - Curva da Distribuição Granulométrica do resíduo vítreo.

CP

FT

(%)

CP

FT

(%)


908

A partir dos dados da distribuição granulométrica do pó de vidro, foram

obtidos os valores de 10% - d(0.1), 50% - d(0.5) e 90% - d(0.9) das partículas que

apresentam diâmetros menores que 1,801 µm, 8,884 µm e 70,051 µm

respectivamente. A área superficial Vidro é de 1,33 m²/g, conforme mostrado na

tabela a seguir:

Tabela 2. Propriedades obtidas da distribuição granulométrica do pó de vidro.

Área da superfície específica d(0.1) d(0.5) d(0.9)

1,33 m²/g 1,801 µm 8,884 µm 70,051 µm

A distribuição granulométrica do agregado miúdo está representada na figura 3.

Figura 3 – Curva da Distribuição Granulométrica do agregado miúdo

Observa-se a partir da distribuição a predominância do tamanho de partícula

abaixo de um milímetro. O módulo de finura obtido foi de 2,30.

A curva de distribuição granulométrica do agregado graúdo está representada

na figura 4.

Figura 4 – Curva da Distribuição Granulométrica do agregado graúdo

0,1 1 10

0

20

40

60

80

100

Passa

nte

%

Abertura das Peneiras(mm)

1 10

0

20

40

60

80

100

Passa

nte

%

Abertura das Peneiras(mm)


909

Pode-se observar a partir da figura 4 que o agregado graúdo apresenta a

predominância do tamanho de partícula abaixo de 10 milímetros. O módulo de finura

obtido foi de 3,30 e o diâmetro máximo de 9,5 , estão dentro do intervalo geralmente

encontrado para a brita 0.

A partir do difratograma de raios X do cimento ilustrado na figura 5 verificou-

se a presença dos principais grupos minerais encontrados no cimento CP II- E 32

RS.

10 20 30 40 50 60 70

100

200

300

400

Q

FC

FC

B

C

FCFC

FC

FC

FC

FC

FC

Q

G

Q

FC

G

G

G Inte

nsid

ad

e (

u.a

)

2

B

A - Alita

B - Belita

G - Gipsita

C - Calcita

Q - Quartzo

FC - Ferrita de Calcio

Q

C

A

B

Q

C

G

A

B

FC

G

A

B

G

A

B

G

A

B

G

A

B

Q

CG

A B

B

A

B

G

B

A

B C

G

B

C

G B

Q

A

B A B

C

A

B

A A

FC

G

A

B

Figura 5 - Difratograma do cimento CP II- E 32 RS

O Slump teste obtido foi de 5 cm, ilustrado na figura 6 , para o traço utilizado

no trabalho 1;1,5;3, foi utilizado o aditivo plastificante Maximent PXT 74, no teor de

0,7% em relação ao cimento com a finalidade de melhorar a fluidez do concreto.

Figura 6 - Determinação do abatimento de cone pelo Slump Test


910

Os corpos de prova foram preparados e curados em água, conforme figuras 7 e 8.

Figura 7 – Corpos de Prova Figura 8 – Corpos de Prova curados em

Desmoldados água

Após os tempos de cura, foram realizados os ensaios de resistência à

compressão conforme figuras 9.

A partir da figura 9 pode-se observar a tendência das médias da resistência à

compressão em função da porcentagem de vidro para 7,14 e 28 dias de cura.

Figura 9 – Resistência à compressão


911

Para a referência e as amostras com 10% -p de pó e vidro a resistência teve

um comportamento similar com o tempo de cura.

No gráfico a seguir observa-se a média da absorção e porosidade em função

da porcentagem de vidro para 14 e 28 dias de cura.

Figura 10 – Absorção Figura 11 - Porosidade

4 CONCLUSÕES

A adição de pó de vidro ao concreto em substituição parcial ao cimento foi

eficaz no percentual de 10 %, para 7, 14 e 28 dias de cura, o ensaio de compressão

mecânica mostrou que para este teor aos 7, 14 e 28 dias cujos valores médios foram

respectivamente 12,35 Mpa, 19,32 Mpa e 17,20 Mpa, ficaram similares a do

concreto convencional, cujos valores foram de 12,36 Mpa, 19,34 Mpa e 19,61 Mpa.

A absorção e porosidade medida aos 14 e 28 dias de cura tiveram limites aceitáveis

pela ABNT e conforme aumento da resistência, os valores da absorção e porosidade

diminuíram, mostrando que a quantidade de poros influência diretamente na

resistência do concreto. O concreto obtido com substituição de 10%-p pode ser

utilizado em aplicações para concretos simples, sem armaduras, e em argamassas.

As amostras com 20% e 30% de substituição de cimento pelo pó de vidro

apresentaram valores satisfatórios para 7 e 28 dias de cura, no entanto para 14 dias

de cura apresentaram um comportamento diferente.

0 10 20 30

0

2

4

6

8

10

Abso

rca

o(%

)

Teor de Vidro (%)

14 dias

28 dias

0 10 20 30

0

5

10

15

20

Po

rosid

ad

e (

%)

Teor de Vidro (%)

14 dias

28 dias


912

5 AGRADECIMENTOS

Ao Instituto Federal do Maranhão, ao programa de pós-graduação em

engenharia de materiais, ao departamento de mecânica e materiais do IFMA e a

Universidade Estadual do Maranhão.

6 REFERÊNCIAS

[1] MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: microestrutura, propriedades e

materiais. 3. ed. São Paulo: IBRACON, 2008.

[2] EVOLUÇÃO do valor médio/mediano do cimento portland 32 - em r$/saco 50 kg,

Câmara Brasileira da Indústria de Construção.

[3] WEIGUO, S. et al. Quantifying CO2 emissions from China’s cement industry.

Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 50, p. 1004-1012, 2015.

[4] SITI, A. I.; HASLENDA, H. Low carbon measures for cement plantea review.

Journal of Cleaner Production, v.103, p. 260-274, 2015.

[5] SALES, F. A. Estudo da atividade pozolânica de micropartículas de

vidro soda-cal, incolor e âmbar, e sua influência no

desempenho de compostos de cimento Portland. 2014. 161f. Tese (Doutorado

em Engenharia de Estruturas) - Programa de Pós-graduação em Engenharia de

Estruturas, Universidade Federal De Minas Gerais, Belo Horizonte, 2014.

[6] Roz-Ud-Din, N .; Parviz, S . Strength and durability of recycled aggregate

concrete containing milled glass as partial replacement for cement. Construction

and Building Materials, United States, 29 nov. 2011. p. 368–377.

[7] ABRELPE. Panorama dos Resíduos Sólidos no Brasil 2012, 2012.

Disponpivel em: < http://www.abrelpe.org.br/Panorama/panorama2012.pdf >>.

Acesso em: 01 jul. 2015.

[8] PARGHI, A.; ALAM, M. S. Physical and mechanical properties of cementitious

composites containing recycled glass powder (RGP) and styrene butadiene rubber

(SBR). Construction and Building Materials, v. 104. p. 34-43, 2016.

[9] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NM 248 Agregados -

Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, 2003.


913

http://www.abrelpe.org.br/Panorama/panorama2012.pdf

[10] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9778: Argamassa

e concreto endurecidos - Determinação da absorção de água, índice de vazios e

massa específica. Rio de Janeiro: 2009. 4 p.

[11] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 67: Concreto -

Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. Rio de Janeiro:

1998. 8 p.

[12] AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM C 215:

Standard Test Method for fundamental Transverse, Longitudinal, and Torsional

Resonant Frequencies of Concrete Specimens. USA, 2005.

[13] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8522: Concreto -

Determinação dos módulos estáticos de elasticidade e de deformação e da curva

tensão deformação. Rio de Janeiro, 2003.


Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro: 1994. 4 p.


Determinação da resistência à tração na flexão em corpos de prova prismáticos. Rio

de Janeiro: 1991. 3 p.

7 ABSTRACT

An alternative to reducing the impact generated in the cement manufacturing is the

addition of new materials to concrete, this point glass has great potential, presenting

pozzolanic characteristics. This study investigated the influence of the percentage of

cement replacement by glass powder in amounts of 10%, 20% and 30% compared to

conventional concrete. The trace of 1, 1.5, 3, 0.42, was defined by Slump Test, the

specimens produced with dimensions of 5 cm x 10 cm were cured in 7, 14 and 28

days. The mechanical strength tests showed that the samples with 10% glassy

residue at 14 and 28 days of curing had similar mean mechanical strength of

conventional concrete. Absorption fell as increased mechanical strength, this way it

was possible to assess the concrete with waste glassy at 10% levels present

technical feasibility for use in simple concrete.

Key-words: Reject vitreous, resistance, concrete.


914

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