roteiro para apresentação de dissertação no ppgem · squeeze-flow fosse realizado. seu auxílio...
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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
PR
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CAMPUS DE CURITIBA
DEPARTAMENTO DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
E DE MATERIAIS - PPGEM
DANIELA FACHINI
AGLOMERANTE ALTERNATIVO PARA
CONSTRUÇÃO CIVIL
CURITIBA
MARÇO - 2010
DANIELA FACHINI
AGLOMERANTE ALTERNATIVO PARA
CONSTRUÇÃO CIVIL
Dissertação apresentada como requisito parcial
à obtenção do título de Mestre em Engenharia,
do Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Mecânica e de Materiais, Área de
Concentração em Engenharia de Materiais, do
Departamento de Pesquisa e Pós-Graduação,
do Campus de Curitiba, da UTFPR.
Orientador: Profa. Márcia Silva de Araújo, PhD.
CURITIBA
MARÇO - 2010
TERMO DE APROVAÇÃO
DANIELA FACHINI
AGLOMERANTE ALTERNATIVO PARA
CONSTRUÇÃO CIVIL
Esta Dissertação foi julgada para a obtenção do título de mestre em engenharia,
área de concentração em engenharia de materiais aprovada em sua forma final pelo
Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais.
_________________________________
Prof. Giuseppe Pintaude, Dr.
Coordenador de Curso
Banca Examinadora
______________________________ ______________________________
Profa. Márcia Silva de Araújo, PhD Prof. José Alberto Cerri, Dr.
(UTFPR) (UTFPR)
______________________________
Profa. Marienne do Rocio de Mello Maron da Costa, Dra. (UFPR)
Curitiba, 31 de março de 2010.
iv
Ao Senhor, que está comigo sempre,
principalmente naqueles momentos em
que mais preciso de seu auxílio.
A família que é incansável na dedicação e
paciência para a conquista deste título.
v
AGRADECIMENTOS
À minha família pelo incentivo e afeto demonstrados ao longo desta pesquisa.
A orientadora professora Márcia Silva de Araújo e ao professor José Alberto
Cerri, pelo empenho, dedicação e paciência durante a realização do trabalho.
Aos colegas, pelo grande apoio recebido durante o período de realização da
dissertação.
Aos professores José Marques Filho, Carlos Marcus Gomes da Silva Cruz,
Giuseppe Pintaúde, pela atenção dispendida.
Profa. Marienne do Rocio de Mello Maron da Costa e ao seu aluno de
iniciação científica Alécio Júnior Mattana que colaboraram para que o ensaio
Squeeze-flow fosse realizado. Seu auxílio foi imprescindível.
Prof. Hypolito José Kalinowski e ao seu aluno de doutorado Valmir de
Oliveira que prestou auxílio nas medidas do ensaio FBG.
Ao colega Henrique Machado Kroetz pelo auxílio na realização dos ensaios.
À Universidade Tecnológica Federal do Paraná, instituição que viabilizou a
obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica e de Materiais.
Agradeço à Cia de Cimentos Itambé pela gentileza da doação do cimento
utilizado neste trabalho.
Agradeço à Empresa Cal Hidra Ltda pela gentileza da doação da cal utilizada
neste trabalho.
Agradeço à Empresa Ponta Grossa Ambiental pela doação das amostras de
fração vermelha utilizadas para a realização dos experimentos.
Agradeço a CAPES pela concessão da bolsa de mestrado.
A todos que colaboraram para a realização desta pesquisa.
vi
Não tenhas medo, que eu estou contigo.
Não te assustes, que sou o teu Deus.
Eu te dou coragem, sim, eu te ajudo.
Sim, eu te seguro com minha mão vitoriosa.
(Is 41, 10)
Feliz o homem que põe no Senhor sua esperança.
(Sl 40[30], 5a)
vii
FACHINI, Daniela, Aglomerante alternativo para construção civil, 2010, Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 110p.
RESUMO
A construção civil é um dos setores que provoca maior impacto ambiental,
devido ao elevado consumo de matérias-primas e geração de resíduos. Durante as
diversas etapas da construção, devem ser aprimoradas formas de minimização da
geração e, quando possível, a introdução dos resíduos no processo de fabricação de
produtos ou no próprio local onde foi gerado. Os resíduos de construção e
demolição (RCD) são materiais compostos de fragmentos de tijolos, argamassa,
concreto, aço, madeiras, gesso, etc.. Estes resíduos quando reciclados podem ser
utilizados como agregados na produção de argamassas e concretos alternativos
com propriedades compatíveis aos produtos que utilizam agregados não reciclados.
Este trabalho tem por objetivo avaliar o desempenho e a influência da substituição
70% em massa do cimento Portland CP V ARI por Ca(OH)2, sílica ativa e fração
vermelha do RCD por meio de tempos de início e fim de pega e, análise térmica e
reológica. O estudo concluiu que os tempos de início e fim de pega das composições
com frações menores que 12% de sílica e entre 12 e 47 % tanto de Ca(OH)2 quanto
de fração vermelha, são as que têm os valores mais próximos aos da composição
referência (100% de cimento). Essas composições apresentam potencial como
aglomerantes, embora ainda necessitem de análises quanto ao comportamento
mecânico em argamassa. Dentre as composições estudadas é possível afirmar que
a fração vermelha participa das reações elevando a temperatura do meio, assim
como o Ca(OH)2, e ao contrário da sílica ativa, cujo efeito é o de retardar os tempos
de pega. Quanto a avaliação reológica da pasta, por meio do ensaio de squeeze-
flow, foi observado que o Ca(OH)2 diminuiu a resistência ao escoamento
aumentando a trabalhabilidade dos aglomerantes, diferente da sílica ativa e da
fração vermelha.
Palavras-chave: aglomerante hidráulico, RCD, cal, sílica ativa
viii
FACHINI, Daniela, Alternative binder for the building construction, 2010,
Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Programa de Pós-graduação em
Engenharia Mecânica e de Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná,
Curitiba, 110p.
ABSTRACT
The construction industry is one sector that causes the greatest environmental
impact due to the high consumption of raw materials and wastes generation. During
the various stages of construction, should be improved ways of minimizing the
generation, and where possible the introduction of waste in the material
manufacturing or in the same place where it was generated. Construction and
demolition wastes (CDW) are composed of fragments of bricks, mortar, concrete,
steel, wood, plaster, etc.. These wastes when recycled can be used as aggregates
by alternative mortar or concrete production with properties compatible to those
made with no recyclable aggregates. This study aims to evaluate the performance
and the influence of replacing 70% wt. Portland cement CP V ARI by Ca(OH)2, silica
fume and the red fraction of (CDW) through setting time, rheological and thermal
analysis. The study concluded regarding the setting time, that the compositions with
fractions less than 12% of silica and between 12 and 47% of both Ca(OH)2 and red
fraction, are the ones which have values closer to the reference composition (100%
wt. cement). These compositions have potential as binders, but still require analysis
on the mechanical behavior of mortars. Among the compositions studied, it is
possible to say that the red fraction took part in the reactions involved, raising the
temperature of the medium as well as Ca(OH)2, unlike silica which role was to delay
the setting time. In the rheological analysis of the paste by the squeeze-flow test, was
observed that Ca(OH)2 was the one responsible for the decreasing of the yield
resistance by increasing the workability of binders, instead of the silica fume and the
red fraction.
Keywords: hydraulic binders, CDR, lime, silica fume
ix
SUMÁRIO
RESUMO.................................................................................................................... vi
ABSTRACT ............................................................................................................... vii
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... x
LISTA DE TABELAS ................................................................................................. xii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ................................................................... xiii
LISTA DE SÍMBOLOS .............................................................................................. xiv
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 1
1.1 Objetivo ....................................................................................................................................3 1.2 Justificativa ...............................................................................................................................3
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................. 5
2.1 Aglomerantes Hidráulicos ........................................................................................................5 2.2 Matéria-Prima ...........................................................................................................................5
2.2.1 Cimento Portland ..................................................................................................................5
2.2.2 Cal ..................................................................................................................................... 10
2.2.3 Sílica ativa ......................................................................................................................... 12
2.2.4 Fração vermelha ................................................................................................................ 13
2.3 Caracterização da Matéria-Prima .......................................................................................... 17
2.3.1 Tempo de pega ................................................................................................................. 17
2.3.2 Densidade e área específica ............................................................................................. 18
2.3.3 Análise reológica ............................................................................................................... 20
2.3.4 Squeeze-Flow .................................................................................................................... 22
2.3.5 Análises térmicas .............................................................................................................. 25
2.3.6 Análise química por difração de raios-X ............................................................................ 30
2.3.7 Análise química por fluorescência de raios-X (FRX) ........................................................ 31
3 Metodologia ........................................................................................................ 32
3.1 Caracterização da Matéria-Prima .......................................................................................... 32
3.1.1 Cimento Portland ............................................................................................................... 32
3.1.2 Cal ..................................................................................................................................... 34
3.1.3 Sílica ativa ......................................................................................................................... 35
3.1.4 Fração vermelha ................................................................................................................ 36
3.1.5 Água .................................................................................................................................. 37
3.1.6 Análise granulométrica da fração vermelha por peneiramento ........................................ 37
3.1.7 Densidade e área específica ............................................................................................. 38
3.2 Planejamento Experimental .................................................................................................. 38
3.2.1 Composição das misturas em pasta ................................................................................. 40
3.3 Preparação das Pastas ......................................................................................................... 42 3.4 Ensaios Realizados ............................................................................................................... 42
x
3.4.1 Tempo de início e fim de pega .......................................................................................... 43
3.4.2 Análise térmica da pasta ................................................................................................... 44
3.4.3 Análise reológica da pasta ................................................................................................ 45
3.4.4 Análise química por difração de raios-X (DRX) ................................................................ 46
3.4.5 Análise química por fluorescência de raios-X (FRX) ........................................................ 46
3.4.6 Volume aparente ............................................................................................................... 46
4 análise e discussão dos Resultados ................................................................... 47
4.1 Análise Granulométrica da Fração Vermelha ....................................................................... 47 4.2 Densidade e Área Específica ................................................................................................ 48 4.3 Volume aparente ................................................................................................................... 50 4.4 Tempo de Início e Fim de Pega ............................................................................................ 51 4.5 Análise Térmica da Pasta ..................................................................................................... 54 4.6 Análise Reológica da Pasta .................................................................................................. 58
4.6.1 Squeeze-flow ..................................................................................................................... 58
4.7 Difração de Raios - X ............................................................................................................ 64 4.8 Fluorescência de raios - X ..................................................................................................... 68
5 conclusão ............................................................................................................ 70
6 Sugestões para trabalhos futuros ....................................................................... 72
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 73
ANEXO A – Difratogramas de raios x ....................................................................... 81
xi
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1- Compostos do clínquer formados durante o processo de clinquerização
(GOBBO, 2003) .................................................................................................... 7
Figura 2.2- Produção da cal e reações de hidratação com e sem pozolana (MEHTA e
MONTEIRO, 1994). ............................................................................................ 11
Figura 2.3 - Comportamento reológico dos fluídos: (1) Newtoniano; (2) de Bingham;
(3) Pseudoplástico; (4) Pseudoplástico com tensão de escoamento; (5) Dilatante
e (6) Dilatante com tensão de escoamento (HOPPER FILHO, 2007). ............... 21
Figura 2.4 – Ilustração esquemática do método do Squeeze-Flow. .......................... 23
Figura 2.5 - Perfil típico de carga x deslocamento de um ensaio de squeeze-flow
realizado com deslocamento controlado. ........................................................... 23
Figura 2.6 - Apresentação do equipamento para realizar o ensaio de squeeze-flow:
CARDOSO (2009) – amostra confinada. ........................................................... 25
Figura 2.7 – Calorímetro semi-adiabático para uso em campo. ................................ 28
Figura 2.8 – Curva típica obtida em um calorímetro semi-adiabático
(SANDBERG,2008). ........................................................................................... 28
Figura 2.9 - Curva típica de calor de hidratação pelo tempo (SANDBERG, 2008). ... 30
Figura 3.1 - Espaço Simplex para três componentes. ............................................... 38
Figura 3.2 – Distribuição preliminar dos pontos ensaiados. ...................................... 39
Figura 3.3 - Distribuição dos novos pontos ensaiados. ............................................. 40
Figura 3.4 – Sistema utilizado para a medida do calor de hidratação. ...................... 44
Figura 3.5 – Amostra sofrendo compressão durante o ensaio Squeeze-flow (Foto da
Autora). .............................................................................................................. 45
Figura 4.1 - Curva granulométrica da fração vermelha. ............................................ 47
Figura 4.2 – Área específica das amostras. .............................................................. 49
Figura 4.3 – Volume aparente. .................................................................................. 50
xii
Figura 4.4 – Superfície de resposta da relação água : aglomerante. ........................ 52
Figura 4.5 – Curvas de nível dos tempos de início de pega. ..................................... 54
Figura 4.6 – Curvas de nível dos tempos de fim de pega. ........................................ 54
Figura 4.7 - Curvas obtidas pelo ensaio de FBG para as pastas. ............................. 55
Figura 4.8 – Taxa de aquecimento inicial das amostras no ensaio FBG. .................. 56
Figura 4.9 – Taxa de desaquecimento das amostras durante ensaio FBG. .............. 57
Figura 4.10 – Temperatura máxima alcançada pelas amostras no ensaio FBG. ...... 58
Figura 4.11 – Perfil da curva força x deformação das amostras para os 5 mm de
deslocamento no ensaio Squeeze-flow. ............................................................. 59
Figura 4.12 - Força de escoamento das misturas de aglomerantes. ......................... 60
Figura 4.13 – Deformação das pastas no ponto de escoamento. ............................. 61
Figura 4.14 – Inclinações obtidas a partir das curvas de squeeze-flow para as
amostras . .......................................................................................................... 61
Figura 4.15 - Pastas durante a realização do ensaio. (a) Sem fissuras; (b)
Apresentando fissuras (Foto do autor, 2009). .................................................... 63
Figura 4.16 - Força máxima alcançada pelas amostras. ........................................... 64
Figura 4.17 - Difratograma das matérias-primas. ...................................................... 66
Figura 4.18 - Difratograma das amostras que continham sílica ativa em sua
composição. ....................................................................................................... 67
Figura 4.19 - Difratograma das amostras que não apresentavam sílica ativa em sua
composição. ....................................................................................................... 68
xiii
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1- Principais reações do processo de sinterização do clínquer (GOBBO,
2003) .................................................................................................................... 6
Tabela 3.1 - Características mecânicas do cimento Portland.................................... 33
Tabela 3.2 - Características Físicas do cimento Portland. ........................................ 33
Tabela 3.3 - Características químicas do cimento Portland. ..................................... 33
Tabela 3.4 - Análise química por fluorescência de raios-X do cimento Portland. ...... 34
Tabela 3.5 - Análise química por fluorescência de raios-X da cal hidratada. ............ 35
Tabela 3.6 - Características físicas e químicas da sílica ativa. ................................. 35
Tabela 3.7 - Análise química por fluorescência de raios-X da fração vermelha. ....... 36
Tabela 3.8 – Dosagem (%) das composições estudadas. ........................................ 41
Tabela 3.9 – Dosagem (%) das novas composições estudadas. .............................. 42
Tabela 3.10 - Súmula dos ensaios realizados. .......................................................... 43
Tabela 4.1 - Densidade e área específica das matérias-primas. ............................... 48
Tabela 4.2 – Densidade e área específica calculadas a partir da fração volumétrica
das matérias-primas de cada composição. ........................................................ 49
Tabela 4.3 – Volume aparente das matérias-primas. ................................................ 50
Tabela 4.4 - Tempos de início e fim de pega das amostras. ..................................... 52
Tabela 4.5 – Quantidade de água utilizada em casa amostra. ................................. 62
Tabela 4.6 – Componentes encontrados no ensaio de difração de raios –X. ........... 65
Tabela 4.7 - Componentes presentes nas amostras pelo ensaio de Fluorescência de
raios-X. ............................................................................................................... 69
xiv
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas Al2O3 Trióxido de alumínio APL Arranjo Produtivo Local ARI Alta Resistência Inicial C2S Alita C3A Aluminato Tricálcico C3S Belita C4AF Ferroaluminato Tetracálcico CaO Óxido de cálcio CO2 Gás carbônico CP V Cimento Portland V CSH Silicato de Cálcio Hidratado DMA Análise Dínamo-Mecânica DRX Difração de Raio-X DSC Calorimetria Diferencial de Varredura DTA Análise Térmica Diferencial Eq Equação FBG Fiber Bragg Grating Fe2O3 Trióxido de Ferro FRX Fluorescência de Raio-X FV Fração Vermelha LAMIR Laboratório de Análise de Minerais e Rochas MgO Óxido de Magnésio NBR Norma Brasileira PR Paraná PVC Cloreto de Polivinila RCD Resíduo de Construção e Demolição SANEPAR Companhia de Saneamento do Paraná SiO2 Dióxido de Silício TA Análise Térmica TG Termogravimetria TMA Análise Termo-Mecânica UEPG Universidade Estadual de Ponta Grossa UFPR Universidade Federal do Paraná UTFPR Universidade Tecnológica Federal do Paraná UV Ultra Violeta
xv
LISTA DE SÍMBOLOS
oC Graus Célsius
α Alfa
β Beta
μm Mícron
m2/g Metro quadrado por grama
< Menor
mm Milímetro
τ0 Tensão de escoamento
Viscosidade
Taxa
τ Tensão de cisalhamento
D/d Diâmetro/espessura
> Maior
Ho Espessura inicial
H Espessura final
mm/s Milímetros por segundo
Bragg Comprimento de onda de Bragg
n Índice de refração efetivo do núcleo
Λ Período de modulação da rede
K Coeficiente de sensibilidade térmica
K Coeficiente de deformação da rede de Bragg
MPa Mega Pascal
≤ Menor ou igual
≥ Maior ou igual
g/cm3 Grama por centímetro cúbico
cm2/g Centímetro quadrado por grama
h Hora
kg/m3 Quilograma por metro cúbico
m2/kg Metro quadrado por quilograma
m1 Massa 1
xvi
m2 Massa 2
kg Quilograma
a/c Relação água/cimento
a/aglo Relação água/aglomerante
g grama
kgf quilograma força
kN quilo Newton
s Segundo
comprimento de onda
d distância interplanar
ângulo de difração
kV quilo Volt
mA Mili Ampere
Capítulo 1 Introdução 1
1 INTRODUÇÃO
A era do Desenvolvimento Sustentável originado em Paris no ano de 1968,
prevê um desenvolvimento que considere fatores econômicos, sociais e ambientais,
assim como as disponibilidades dos recursos vivos e inanimados, e as vantagens e
inconvenientes, a curto e a longo prazos, de outros tipos de ações (ACADEMIA,
1997). Com base nesse conceito, nada mais correto que buscar a aplicação de
resíduos como matérias-primas para a elaboração de novos produtos.
As atuais atividades econômicas são responsáveis pela produção de resíduos,
tais como os industriais, agroindustriais, de exploração agropecuária, de mineração,
entre outros, considerados como uma grande fonte de matéria-prima para a
produção de novos materiais destinados a construção civil (JOHN, 2003).
A indústria da construção civil exerce impacto significativo sobre a economia de
uma nação e, portanto, pequenas alterações nas diversas fases do processo
construtivo podem promover, além de mudanças importantes na eficiência ambiental
e redução dos gastos operacionais de uma obra, maior incentivo em investimentos
no setor (SOARES, 2008).
Quando não se dispõe de uma tecnologia para reaproveitamento de resíduos,
este material poderá ser disposto de forma inadequada e ocasionar inúmeros
problemas ambientais e de saúde pública. A extração de matérias-primas para
diversas utilizações, geralmente causa impacto ambiental além do consumo de
recursos não renováveis, e da geração de desajustes ecológicos (GONÇALVES,
2001).
Os resíduos de construção e demolição (RCD), importante resíduo urbano de
difícil e oneroso gerenciamento, começaram a receber o desenvolvimento de
tecnologias de reciclagem verificados em 1940-1950, quando concentraram-se as
pesquisas sobre o uso de concretos de demolição, para uso como agregados em
novos concretos estruturais (PERA, 1996 appud JOHN, 2003).
No contexto da indústria da construção civil, a quantidade de resíduos
produzidos e dispostos sem controle na natureza está cada vez mais atingindo
valores preocupantes principalmente quando nestes resíduos existe uma variedade
Capítulo 1 Introdução 2
enorme de materiais, o que em muitos casos limita sua reutilização. O tipo de
resíduo produzido por uma obra está condicionado a algumas características do
processo construtivo, como parâmetros de qualidade e cultura da empresa, além de
quais materiais estão sendo usados (GONÇALVES, 2001).
Os resíduos de construção e demolição representam de 13% a 67%, em
massa, dos resíduos sólidos urbanos, tanto no Brasil como no exterior, e cerca de
duas a três vezes a massa de resíduos domiciliares (JOHN, 2000).
O aglomerante é um material ligante, pulverulento, utilizado na obtenção das
pastas, argamassas, e concretos, que promove a união entre os grãos do material
inerte (TARTUCE, 1990). Segundo MEHTA e MONTEIRO (1994) são definidos
aglomerantes hidráulicos pela característica de não só endurecer por meio de
reações com a água, como também formarem um produto resistente à ela. A
característica das pastas formadas por estes pós permitem a humanidade dar
formas a componentes e edifícios (JOHN, 2003).
A reciclagem, segundo JOHN (2003) reduz o volume de resíduos destinados a
aterros sanitários e o risco de contaminação do meio ambiente pela disposição sem
qualquer controle.
A utilização de subprodutos e resíduos na construção civil é uma das muitas
diretrizes que se pode seguir, objetivando a redução de custos das construções.
Segundo CINCOTTO (1988), o consumo de combustível, por exemplo, quer na
produção ou no transporte, é um parâmetro que tem peso considerável no preço do
material de construção. Deve-se buscar a alteração do processo de fabricação de
modo a reduzir o consumo de combustível, reduzir o consumo de matérias-primas
naturais e utilizar materiais regionais, dispensando o transporte a longa distância. É
essa filosofia que respalda e fundamenta o uso de materiais de reduzido impacto
ambiental.
Com a utilização de matérias-primas alternativas, e principalmente recicladas, é
possível desenvolver novas tecnologias e novos materiais.
Até o presente momento, muitos estudos foram publicados avaliando a
utilização de resíduos para a produção de concretos, argamassas, compósitos à
base de cimento e até mesmo aglomerantes alternativos (LEVY, 2007; SAVASTANO
Capítulo 1 Introdução 3
Jr., 2008; AMORIM, 1999; ROCHA, 2008; RAO, 2007; NETO, 2006; GONÇALVES,
2001).
Embora existam no Brasil usinas de reciclagem de entulho, a escala de
produção ainda é pequena, menos que 100 toneladas de RCD processado/dia,
quantidade insignificante diante da quantidade gerada (JOHN, 2008). De acordo
com este autor, os setores público e privado são os grandes responsáveis pelo uso
destes resíduos, principalmente para pavimentação, uso em concretos e
argamassas, quando substituem-se os agregados naturais. Porém, esta substituição
ainda é irrisória frente à geração deste resíduo.
1.1 Objetivo
O objetivo da pesquisa é analisar a reatividade entre misturas de cal, sílica
ativa e a fração vermelha de resíduo cerâmico proveniente da reciclagem de
resíduos de construção e demolição em substituição parcial ao cimento Portland.
1.2 Justificativa
A construção civil é um dos setores econômicos que mais provoca impacto
ambiental devido ao elevado consumo de matéria-prima. Um dos principais impactos
é a produção de cimento que libera em seu processo gás carbônico (CO2) para a
atmosfera. Outro impacto associado a construção civil é a geração de resíduos
devido à construcão, demolição e reforma de obras que exige procedimentos para
uma adequada disposição destes resíduos.
A busca de soluções tecnológicas para a produção de novos produtos que
substituam o concreto, em que o cimento é o principal constituinte, tem levado à
produção de concretos à base de produtos alternativos.
Desta forma, diversos impactos podem ser previstos pelo presente trabalho
no âmbito científico, sócio-econômico e ambiental. Os ensaios e os procedimentos
empregados para a avaliação dos materiais contribuem ao entendimento da relação
entre estes materiais que serão aplicados na pesquisa. Esta mistura de materiais
pode trazer benefícios se sua utilização for economicamente viável.
Capítulo 1 Introdução 4
Se o ciclo de vida dos produtos da construção civil for considerado, a
reciclagem vai significar a redução de custos, novas oportunidades de negócios,
além de contribuir para a redução do volume de extração de matérias-primas,
preservando recursos naturais limitados (JOHN, 2000). A adição de outros materiais
ao cimento pode auxiliar na redução da extração de matérias-primas e na redução
da disposição de resíduos ao ambiente. A substituição parcial do cimento por outros
materiais pode possibilitar o desenvolvimento de materiais de baixo custo e baixo
impacto ambiental a partir da utilização de subprodutos que podem estar disponíveis
localmente. Outro fator de destaque é a introdução de novos materiais
economicamente viáveis no mercado, valorizando o material e trazendo benefícios a
associação de produtores locais, como por exemplo, a da cal.
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 5
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Este capítulo traz informações sobre os materiais e técnicas de caracterização
que foram utilizados na pesquisa.
2.1 Aglomerantes Hidráulicos
Os aglomerantes são denominados hidráulicos quando a pasta apresenta a
propriedade de endurecer pela reação com a água e após seu endurecimento, seus
produtos de hidratação apresentam resistência a ela (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Um exemplo são os materiais e componentes da família do cimento Portland e a Cal.
O gesso deteriora sob exposição prolongada à água, sendo assim denominado
aglomerante aéreo (JOHN, 2003).
A hidratação dos aglomerantes é sempre acompanhada por liberação de
energia, observada pela elevação da temperatura da massa. Uma das
características comuns a todos os aglomerantes é a dispersão no meio aquoso,
conferida pela sua composição química, microestrutura e superfície específica, como
o cimento Portland, a cal e o gesso (JOHN, 2003).
2.2 Matéria-Prima
2.2.1 Cimento Portland
Cimento Portland é a denominação formal convencionada para o material
conhecido na construção civil como cimento. Ele é um pó fino com propriedades
aglomerantes, que endurece sob ação da água. Depois de endurecido, desde que
se encontre em condições equilibradas, o cimento Portland apresenta resistência à
decomposição mesmo que seja novamente submetido à ação da água.
O cimento Portland é um aglomerante hidráulico obtido por meio de um
processo industrial, que inicia na etapa de mineração e britagem de matérias-primas,
quais sejam: calcário, argila e minério de ferro. Em seguida é feita a
homogeneização adequada da mistura crua, denominada “farinha”, em moinho e
por meio de uma série de ciclones é feita a adequação da distribuição de tamanho
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 6
de partículas. Este material sofre queima por volta de 1.450ºC, formando o clínquer,
que é moído, sendo à ele adicionado sulfato de cálcio, com a finalidade de controlar
as reações de pega e endurecimento do cimento, e eventuais adições (MEHTA e
MONTEIRO, 1994). O calcário e a argila utilizados para a fabricação devem conter
em sua composição química os principais óxidos componentes do clínquer, CaO,
SiO2, Al2O3 e Fe2O3. O calcário e a argila são as matérias-primas mais comuns
como fontes dos três primeiros componentes, sendo o minério de ferro a principal
fonte de Fe2O3 (GOBBO, 2003). Destes componentes, derivam os compostos
fundamentais do cimento: C3S, C2S, C3A e C4AF.
A Tabela 2.1, apresenta as principais reações que ocorrem a cada intervalo
de temperatura no interior do forno de clinquerização, destacando os compostos do
clínquer formados durante o processo de sinterização (CENTURIONE, 1993, appud
GOBBO, 2003).
Tabela 2.1- Principais reações do processo de sinterização do clínquer (GOBBO, 2003)
Temperatura (ºC) Reação
100-200 Liberação de água livre
500-700 Desidroxilação dos argilominerais; transformação do quartzo-α em quartzo-β
700-900 Decomposição dos carbonatos, com liberação de CO2; primeiras reações de estado sólido, levando à formação de aluminatos e ferro-aluminatos cálcicos [C12A7 e C2(AF)] e início de formação da belita (2CaO+SiO2→Ca2SiO4); conversão de quartzo-β em cristobalita.
900-1200 Conversão de ferroaluminatos e aluminatos em C4AF e C3A; formação da belita a partir da sílica remanescente e dos cristais de cal livre.
1.200-1.350 Cristalização das primeiras alitas (1.200ºC), a partir de cristais pré-existentes de belita e cal livre (Ca2SiO4+CaO→Ca3SiO5); a partir de 1.280ºC inicia-se a formação de fase líquida a partir dos aluminatos e ferroaluminatos cálcicos, com conseqüente nodulização do clínquer.
Acima de 1.350 Desenvolvimento dos cristais de alita.
A Figura 2.1 apresenta um esquema do desenvolvimento dos compostos do
clínquer nas cinco zonas principais do forno. No eixo à esquerda são representadas
as proporções em massa ideais das matérias-primas que compõem a farinha e no
eixo à direita as proporções dos compostos formados durante o processo de
clinquerização, bem como a temperatura de formação destes.
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 7
Figura 2.1-
Figura 2.1 - Compostos do clínquer formados durante o processo de
clinquerização (GOBBO, 2003).
Figura 2.1- Compostos do clínquer formados durante o processo de clinquerização (GOBBO, 2003)
As reações químicas que ocorrem pela mistura das matérias-primas no forno
de clinquerização a temperaturas de 1.450 oC podem ser aproximadamente
representadas (MEHTA e MONTEIRO, 1994):
Calcário CaO + CO2
3CaO . SiO2 (C3S)
2CaO . SiO2 (C2S)
Argila SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + H2O
3CaO . Al2O3 (C3A)
4CaO . Al2O3 . Fe2O3 (C4AF)
As reações de hidratação destes compostos dão origem ao processo de
endurecimento do cimento. Em geral, a hidratação descreve as reações entre o
cimento e a água gerando a produção de um material sólido, a partir de
transformações dos compostos químicos anidros solúveis presentes no cimento em
compostos hidratados, principalmente C-S-H gel e portlandita (STEPKOWSKA,
2002).
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 8
A hidratação é uma reação química exotérmica na qual o calor envolvido
depende das propriedades do cimento, da temperatura ambiente e das
características térmicas do sistema. A temperatura gerada durante a hidratação
dependerá do calor total envolvido, da taxa de evolução da reação e da eficiência
térmica do sistema (LIVESEY et al. 1991).
Adições minerais ao cimento podem alterar esta condição de hidratação.
Devido as suas características físicas e químicas as adições têm grande influência
na geração de calor (LIDUÁRIO, 2007).
A cinética de hidratação das fases do cimento é alterada quando partículas
inertes, de dimensão similar ou inferior às partículas do ligante, são inseridas no
sistema cimentício. As finas partículas do material inerte propiciam pontos extras de
nucleação, com precipitação de hidratos sobre a superfície dos grãos do filler, além
do próprio cimento (HOPPER FILHO, 2002).
Para MEHTA e MONTEIRO (1994), uma vez que o cimento Portland é
composto de uma mistura heterogênea de vários compostos, o processo de
hidratação consiste na ocorrência de reações simultâneas de compostos anidros
com água. Contudo, cada composto apresenta a sua velocidade de hidratação.
Logo, se os principais componentes do cimento são aluminatos e silicatos, cada qual
apresenta suas peculiaridades durante a hidratação. Os aluminatos hidratam muito
mais rapidamente que os silicatos, caracterizando assim o enrijecimento e a pega do
cimento Portland. Os silicatos compõem 75% do cimento Portland e caracterizam o
seu endurecimento (resistência). Os produtos desta hidratação podem ser
visualizados abaixo:
Aluminatos » C6AS3H32 + 2C3A C4ASH18
Silicatos » 2C3S + 6H C3S2H3 + 3CH e 2C2S + 4H C3S2H3 + CH
Os constituintes do clínquer Portland podem ser subdivididos em três grupos
distintos. O primeiro deste grupo é o grupo dos silicatos cálcicos, compostos mais
abundantes, que são normalmente cristais bem formados, gerados nas últimas
etapas do processo de clinquerização e que não sofrem fusão durante sua
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 9
formação. A fase seguinte é a fase intersticial, que representa a fase fundida na
temperatura de clinquerização correspondente a temperatura de cristalização dos
silicatos, sendo constituída por aluminatos e ferro-aluminatos cálcicos. O terceiro
grupo se refere a alguns compostos menos frequentes como o periclásio (MgO), cal
livre (CaO), langbeinita [(K2Ca2(SO4)3)], aphititalita [K3Na(SO4)2], arcanita (K2SO4),
entre outros (GOBBO, 2003)
Adições minerais no cimento Portland alteram a cinética de hidratação e a
evolução da microestrutura, repercutindo nas propriedades intrínsecas de
durabilidade do material (no estado endurecido) frente aos mais variados agentes
agressivos a que estará exposto o concreto (FILHO, 2008).
Segundo AÏTCIN (2000), a pasta de cimento hidratada pode ser considerada
como um material cristalino de uma única fase, no qual os princípios fundamentais
que governam o comportamento dos materiais frágeis podem ser aplicados de forma
conveniente para controlar a microestrutura e suas propriedades no concreto.
Quando o cimento é disperso em água, as reações químicas dão origem aos
primeiros cristais aciculares de sulfoaluminato de cálcio hidratado, denominados de
etringita. Em seguida ocorre a formação de cristais prismáticos de cálcio e pequenos
cristais fibrilares de silicatos de cálcio hidratado preenchem os vazios antes
ocupados por água e partículas de cimento em dissolução. Posteriormente, a
proporção de alumina-sulfato pode determinar a formação do monossulfato
hidratado através da decomposição da etringita (NEVILLE, 1997).
A resistência da pasta de cimento hidratado é influenciada pelo teor de C3S e
C2S, quando ocorre a formação do C-S-H, que representa na opinião de MEHTA e
MONTEIRO (1994), 50 a 60% do volume de sólidos de uma pasta de cimento
Portland completamente hidratada. Tal resistência é determinada pelas forças de
atração de Van der Waals, cujo grau de ação aderente depende da extensão e
natureza das superfícies envolvidas.
Os cristais de hidróxido de cálcio representam 20 a 25% do volume de sólidos
na pasta de cimento hidratada e poucos contribuem para a resistência mecânica da
mesma, pois possuem área específica consideravelmente menor que o C-S-H. Além
disso, o aumento da quantidade de cristais de hidróxido de cálcio na pasta diminui a
durabilidade do concreto aos ataques químicos de soluções ácidas, por
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 10
apresentarem maior solubilidade em relação ao C-S-H (MEHTA e MONTEIRO,
1994). De acordo com PETRUCCI (1980), os cristais de hidróxido de cálcio são
extremamente instáveis quimicamente e podem se dissolver na água absorvida da
umidade presente no ar.
Já os sulfoaluminatos de cálcio ocupam de 15 a 20% do volume de sólidos da
pasta endurecida, e pouco contribuem para as resistências finais. Além disso, a
presença do monossulfato hidratado torna o concreto vulnerável ao ataque por
sulfatos, e a expansão devido à formação de sulfoaluminato de cálcio a partir do C3A
pode ocasionar a desagregação da pasta endurecida (NEVILLE, 1997).
A resistência da pasta de cimento hidratada não é influenciada somente pela
sua composição química. A resistência de vazios, poros e falhas, tamanho de grãos
e a heterogeneidade do sistema têm uma considerável influência em suas
propriedades. A resistência vai depender também da estrutura física dos produtos de
hidratação e de suas proporções volumétricas.
2.2.2 Cal
Apesar de várias evidências apontarem para o uso da cal ao longo da maior
parte da existência humana, a partir da civilização egípcia é que o produto começou
a aparecer nas construções. Pela tradição e suas múltiplas utilidades, benefícios
sociais e econômicos, a cal é o principal produto derivado dos calcários, dolomitas e
conchas calcárias (GUIMARÃES, 1997).
A cal, segundo MEHTA e MONTEIRO (1994), foi muito usada por gregos e
romanos na composição de argamassas para a construção de antigas estruturas. A
cal teve suas propriedades aglomerantes potencializadas quando a combinaram
com materiais pozolânicos, os quais reagiam entre si e na presença da água,
produzindo um material cimentante e resistente à água. A obtenção de cal está
ilustrada na Figura 2.2.
A qualidade química do produto depende das características e impurezas
contidas na rocha que a origina. Desta forma, recebe o nome de cal cálcica ou
calcítica quando o teor de CaO for maior ou igual a 90% em relação aos óxidos
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 11
totais, cal dolomítica quando o teor de CaO for menor ou igual a 65% e, cal
magnesiana quando for 65% < CaO < 90% (GUIMARÃES, 1997; SILVA, 2006).
A cal hidratada apresenta elevada alcalinidade, possibilitando o seu emprego
em concretos com altos teores de substituição de cimento por adições minerais. Sua
finalidade é prover hidróxido de cálcio para as reações pozolânicas e ainda
restabelecer a reserva alcalina do concreto, a qual sofre decréscimo variável
dependendo da reatividade e teor de cada adição. Ao reter água, a cal hidratada
diminui a disponibilidade desta para a hidratação do cimento, resultando em uma
microestrutura mais compacta, com partículas anidras de cimento. Com a liberação
progressiva da água, retida pela cal, ao longo do tempo, propiciará uma cura interna
do concreto, hidratando as partículas anidras e consequentemente densificando o
gel, sem que haja retração excessiva do concreto (FILHO, 2002).
Figura 2.2- Produção da cal e reações de hidratação com e sem pozolana (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Do ponto de vista do concreto endurecido, até 5% em massa de Cal adicionado
no cimento parece ter pouco efeito sobre o desempenho macroscópico. Entretanto,
as propriedades mecânicas, como a resistência mecânica à compressão, podem
aumentar ligeiramente devido à distribuição das partículas finas, que aumentam a
compacidade do concreto pelo efeito de enchimento ou empacotamento
(LOTHENBACH, 2008).
A adição de cal hidratada ao concreto aumenta o teor de portlandita e tem
repercussão sobre a formação da estrutura hidratada (FILHO, 2008).
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 12
Segundo MEHTA e MONTEIRO (1994) a cal hidratada não é estável em água,
porém, pode carbonatar-se lentamente ao ar para formar um produto estável
(CaCO3). Quando alguma pozolana, por exemplo, sílica reativa, estiver presente no
sistema, os silicatos de cálcio hidratados (C-S-H) formados como resultado da
reação entre elas serão estáveis.
2.2.3 Sílica ativa
A sílica ativa é um subproduto oriundo da fabricação de silício metálico e ligas
de ferro-silício, a partir da qual é gerado o gás SiO, que ao sair do forno oxida-se,
formando o SiO2 (ANJOS, 2004; SILMIX, 2009).
É constituída de partículas muito finas com morfologia de esferas e com
diâmetros que podem variar de 0,02 a 0,5 μm (com diâmetro médio de 0,1 μm) e
área específica em torno de 20 m2/g, da qual 85 a 95% desta sílica apresentam-se
sob a forma amorfa, com algumas impurezas, como silício metálico e carbono.
Concretos produzidos com utilização de sílica ativa apresentam maior resistência à
compressão, menor porosidade, maior resistência à abrasão e menor corrosão
química, maior adesão a outras superfícies de concreto e melhor aderência com o
aço, dentre outras vantagens (BARDELLA, 2005).
Em composições cimentícias, além de aumentar a resistência mecânica, a
sílica ativa tem sido utilizada para aumentar também a compacidade decorrente de
reações pozolânicas e do efeito filler.
Na hidratação do cimento Portland são gerados compostos de silicato de cálcio
hidratado e hidróxido de cálcio (Ca(OH)2 ou CH) que na presença da sílica ativa
reage formando silicato de cálcio hidratado (C-S-H) semelhante ao formado na
reação primária. A ação conjunta dos efeitos físicos e químicos resulta em
mudanças na microestrutura e nas propriedades macroscópicas das argamassas,
tanto no estado fresco como no endurecido (VASKE, 2008). A sílica ativa atua no
concreto então como um material pozolânico de alta reatividade, visto que é capaz
de formar silicato de cálcio hidratado (C-S-H) adicional, que é o principal produto
responsável pela resistência de pastas de cimento Portland (BARDELLA, 2005).
Essa reação pozolânica produz um material resistente e estável, que favorece a
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 13
durabilidade dos compósitos e argamassas, aumentando a resistência e diminuindo
a permeabilidade do sistema devido ao processo de refinamento dos poros
(ROMANO, 2008).
As partículas de sílica apresentam também o efeito filler que diminui a
porosidade total formando uma estrutura mais descontínua de poros, devido às
micro-esferas que se alojam nos interstícios da pasta e na zona de transição,
preenchendo os macroporos, os poros capilares e os poros de gel (VELASCO,
2002).
Os efeitos da sílica ativa quando adicionada em concretos e argamassas, são
observados em função de suas propriedades físicas e químicas. O efeito físico é
devido à forma esférica das partículas e sua extrema finura, visto ter um diâmetro
médio 100 vezes menor que o do cimento, atua como um micro-filler, com
preenchimento dos espaços vazios deixados durante a hidratação do cimento e
diminuição da capilaridade, o que proporciona maior densificação da pasta de
cimento e, por sua vez, do concreto ou argamassa (VASKE, 2008). O efeito químico
deve-se ao alto teor de sílica na forma amorfa, com um índice de atividade
pozolânica com o cimento Portland de cerca de 210% (WOLSIEFER, 1991, appud
VASKE, 2008).
A sílica ativa é uma adição mineral, que tem uma atuação efetiva na redução
da porosidade e do teor de hidróxido de cálcio (CH) da matriz de cimento. Assim, ela
promove melhorias significativas de desempenho das propriedades relacionadas à
durabilidade dos concretos, tais como a redução da permeabilidade a líquidos e
gases, o aumento da proteção a agentes agressivos, além do aumento da
resistência à carbonatação (ROSSIGNOLO, 2005).
2.2.4 Fração vermelha
Embora os estudos sobre resíduos de construção e demolição tenham iniciado
em 1928 e seu uso generalizado tenha começado após a II Guerra Mundial na
reconstrução das cidades, tais resíduos têm sido utilizados como matérias-primas
desde a época Romana (MYMRIN, 2007).
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 14
Segundo GONÇALVES (2006), a incorporação de resíduos na produção de
materiais cimentícios pode reduzir a emissão de CO2, o consumo de energia, e
também contribuir para a redução do impacto ambiental relacionado com a sua
destinação.
Atualmente, agregados reciclados vem recebendo atenção devido ao seu
potencial para ser utilizado em estruturas de concreto (OLIVEIRA, 2006; LEVY,
2001). Além disso, a restrição ao acesso de minerais para a produção de agregados
naturais está levando muitos países a recorrer a agregados reciclados utilizando-o
como filler (ANN, 2008). As pesquisas mostram que determinados tipos de resíduos,
quando selecionados, apresentam propriedades melhores para determinadas
finalidades. Por exemplo, resíduos de tijolos cerâmicos têm ótimos resultados para
argamassas, enquanto resíduos de concreto apresentam melhores resultados como
agregados reciclados para a produção de concreto.
ANN (2008) comenta que o uso de agregados reciclados pode auxiliar na
utilização de alguns resíduos, mas pode diminuir a resistência do concreto devido às
impurezas residuais que se encontram na superfície dos agregados. Materiais
pozolânicos podem ser utilizados para compensar a perda de durabilidade e
resistência que o agregado reciclado possa trazer aos concretos.
Algumas propriedades e características dos agregados, responsáveis por uma
significativa influência nas propriedades do concreto são: a porosidade, a forma e a
textura das partículas, a resistência mecânica à compressão, o módulo de
elasticidade, a absorção de água e o teor de impurezas. Estas propriedades afetam
a dosagem e o comportamento do concreto nos estados fresco e endurecido (LEITE,
2001).
Quando se menciona a composição do resíduo de construção, deve ser dada
atenção às impurezas ou contaminantes (LEITE, 2001). Todos os materiais minerais
não inertes, orgânicos ou quaisquer outros que prejudicam a qualidade de concretos
e argamassas produzidos com agregados que os contenham, podem ser
considerados como impurezas ou contaminantes (LIMA, 1999). Materiais como solos
argilosos, plásticos, resíduos de pavimentos betuminosos, madeira, gesso,
refratários, vidros, metais, ou substâncias como: cloretos, álcalis e areias industriais
quimicamente contaminadas, são consideradas impurezas e podem levar a
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 15
consequências desastrosas quando incorporadas aos agregados reciclados para
produção de novos materiais (HANSEN,1992 appud LEITE, 2001).
Os agregados estão ligados ao material que os originou. Como existe uma
dificuldade em definir um padrão de qualidade para os agregados reciclados, avaliar
o desempenho do concreto para verificar a sua qualidade apresenta-se como uma
alternativa interessante. O desempenho mecânico pode também ser afetado pela
presença de materiais pulverulentos presentes nos agregados. Para eliminar a
interferência desta variável, CARRIJO (2005) optou pela retirada da fração miúda (<
4,8 mm) contida nos materiais cinza e vermelho, utilizados em sua pesquisa.
Para GONÇALVES (2006) a utilização de materiais suplementares no concreto
pode proporcionar ganhos no seu desempenho, tanto no estado fresco como no
estado endurecido, incrementando suas propriedades mecânicas e durabilidade.
Segundo CARRIJO (2005) os agregados podem ser estudados
independentemente, mas é difícil definir um padrão de qualidade. O agregado
mantém as características do concreto que o originou. Assim sua porosidade vai
depender da quantidade de argamassa aderida, da idade e da relação água/cimento
deste concreto.
GONÇALVES (2006) em sua pesquisa utilizou agregados oriundos da fração
vermelha da produção de tijolos furados inferiores a 6,3 mm moído em moinho
vibratório até que ficasse com uma granulometria que atendesse aos requisitos da
NBR 12653/92 para uso como material pozolânico, com no máximo 34% de material
retido na peneira com abertura de 45 µm.
Segundo LIMA (1999), concretos com agregado reciclado apresentam
características diferentes dos concretos convencionais, e o grau de diferença
depende do tipo e da qualidade do reciclado. As características modificadas pelo
uso de reciclado são a resistência mecânica; absorção de água, porosidade e
permeabilidade; retração por secagem; módulo de elasticidade; fluência; massa
específica. Tais características variam mais em concretos com agregados
recicláveis, pois, além das variações ligadas à relação a/c e ao consumo de
aglomerantes, há ainda as mudanças determinadas por variações na composição e
outras características físico-químicas dos resíduos reciclados.
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 16
Concretos contendo resíduo reciclado apresentam resistência igual ou menor
às de concretos convencionais. Em apenas alguns casos específicos a resistência
pode ser maior. A perda de resistência de concretos com agregado reciclado de
concreto pode chegar a 30 %, enquanto que para concretos com agregado reciclado
de alvenaria pode chegar a 50 %, dependendo da composição e do consumo de
cimento (LIMA, 1999).
AMORIM (1999) utilizou amostras de entulho que foram submetidas ao
processo de trituração, em britador de mandíbulas, e classificação em peneira ABNT
n° 4 (4,76 mm). Após esta etapa, as amostras foram secas em estufa a 110 oC e
moídas em moinho de bolas durante 90 min. Esta preparação considerou o material
como aglomerante para o preparo de argamassas. Tais argamassas, consideradas
alternativas, apresentaram desempenho mecânico satisfatório, sendo a reciclagem
de resíduos promissora, capaz de produzir elementos construtivos de baixo custo,
além de preservar o meio ambiente, melhorando a qualidade de vida da população
em geral.
GONÇALVES (2007) utilizou resíduo cerâmico em substituição parcial ao
cimento Portland, 20%, pois foi o teor máximo de substituição em argamassas sem
perda na resistência à compressão. Os resíduos foram caracterizados pela NBR
12653/1992 e classificados como pozolanas. Sua presença no concreto alterou a
deformabilidade dos concretos. A redução do módulo de elasticidade é atribuída à
menor rigidez dos produtos hidratados decorrentes da reação pozolânica do
hidróxido de cálcio e o resíduo cerâmico, gerando misturas com maior capacidade
de deformação sob tensão. Também, pode-se associar a esse comportamento, a
presença de partículas de resíduo cerâmico não reagidas, que, devido à forma
lamelar, apresentam maior capacidade de deformação. Não houve incremento da
resistência do concreto contendo resíduo cerâmico. Não provocou variação da
resistência à tração por compressão diametral.
A fluidez inicial de suspensões como o concreto, depende da distribuição
granulométrica, do índice de forma e da textura superficial das partículas. Sendo
assim, a adequada distribuição de tamanho de partículas é de fundamental
importância, pois promove o empacotamento e, juntamente com o fluido, define as
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 17
propriedades reológicas do material durante o processo de mistura e quando no
estado fresco (CASTRO, 2009).
Segundo CASTRO (2009), para se obter um empacotamento com densidade
máxima, considerando uma determinada distribuição granulométrica, é necessário
que se utilizem partículas não porosas. Para efeito de distribuição granulométrica, as
partículas que apresentam porosidade fechada são semelhantes às densas, porém
resultam em misturas com densidade superior. Já as partículas que apresentam
porosidade aberta perturbam o empacotamento devido ao seu formato irregular e
também resultam em misturas com menores densidades de empacotamento.
Aproximadamente metade das partículas de adições minerais e dos cimentos tem
formato próximo ao de uma esfera. Porém a porção relativa dessas partículas
diminui durante o curso da hidratação de suspensões à base de cimento em
decorrência da formação de partículas com forma irregular, o que é mais evidente
em misturas contendo sílica ativa.
2.3 Caracterização da Matéria-Prima
2.3.1 Tempo de pega
PAULA (2009) observou em suas adições de 10, 20 e 30% de cinza de bagaço
de cana em substituição parcial ao cimento que não houve adiantamento nem
retardo do início da pega, o que era de se esperar, uma vez que a reação pozolânica
ocorre em estágio mais adiantado da hidratação do cimento. Assim, o tempo de
início de pega não detectaria influência da atividade pozolânica. Tais adições
acarretaram retardo de 10 min. no intervalo de tempo entre os tempos de pega, este
retardo se deve à redução do teor de cimento nas combinações.
Além da relação água/cimento, do tipo e das características (composição) do
cimento, da temperatura inicial e de cura, dos teores de álcalis solúveis e de aditivos
químicos, a dosagem, a natureza e o tipo de adição mineral podem influenciar as
características de pega do concreto (CASTRO, 2009).
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 18
2.3.2 Densidade e área específica
As adições minerais, tais como a sílica ativa, a cinza volante, a escória de alto
forno, a cinza e/ou a sílica da casca de arroz, etc, são diferentes do cimento Portland
em três aspectos principais: elas possuem uma menor densidade específica, suas
partículas são menores e apresentam uma atividade pozolânica (CASTRO, 2009).
Quando a sílica ativa reage com o hidróxido de cálcio, existe um aumento do
calor de hidratação particularmente nos primeiros instantes. Nas primeiras idades, a
adição mineral pode ser considerada um material inerte e fino, mas não um
aglomerante, uma vez que suas reações químicas não ocorrem na mesma
velocidade que as reações de hidratação do cimento. Porém, a situação é complexa
devido ao efeito físico provocado pela adição mineral sobre o empacotamento de
partículas e, dessa maneira, sobre as forças que controlam a distância entre as
partículas de cimento no início do processo de hidratação.
As adições minerais modificam a cinética da hidratação do cimento,
especialmente nas primeiras idades. Na maioria dos casos, os resultados são
apresentados como variações do grau de hidratação, da quantidade de água ligada
e da evolução do calor de hidratação total entre as misturas com e sem a
incorporação de adição mineral. Normalmente três efeitos físicos principais são
observados sobre a hidratação do cimento quando adições minerais estão presentes
na composição de materiais à base de cimento: a) o efeito de diluição do cimento,
equivalente ao aumento da relação água/cimento, é inversamente proporcional à
taxa de substituição; b) o efeito da distribuição granulométrica, que depende da
granulometria e da quantidade de adição mineral usada, está relacionado com a
modificação da porosidade inicial da mistura, e; c) a nucleação heterogênea,
processo físico conduzido pela ativação química da hidratação do cimento que
catalisa o processo de nucleação dos hidratos por meio da redução da barreira de
energia. A diluição do cimento e a modificação da distribuição granulométrica são
conseqüências diretas da substituição do cimento por uma adição mineral, enquanto
a nucleação heterogênea se torna significativa para adições minerais mais finas.
Dessa maneira, a propriedade física principal das adições minerais é a sua
área superficial específica, que junto com uma função eficiência, pode ser usada
para descrever o aumento do grau de hidratação ou da resistência à compressão de
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 19
materiais à base de cimento, decorrente dos efeitos físicos e químicos das adições
minerais presentes. A demanda de água das partículas de forma esférica e lamelar
apresenta uma forte correlação com a área superficial específica; porém, o mesmo
não é verdade para as partículas de forma irregular.
Na matriz de cimento, a água pode ser dividida em duas partes: água de
preenchimento dos vazios entre as partículas; e água da camada de superfície, que
forma um filme d’água sobre a superfície das partículas, influenciando diretamente a
fluidez da mistura. A quantidade de água de preenchimento está relacionada com a
densidade de empacotamento do sistema de partículas, enquanto a quantidade de
água na camada de superfície está relacionada com a área específica desse
sistema.
Se a área específica do material pozolânico não for muito elevada, sua adição
diminui a quantidade de água de preenchimento, mas aumenta a quantidade de
água na camada de superfície; em geral, neste caso, a quantidade total de água não
é alterada. Por outro lado, se a área específica do material pozolânico for muito
elevada, a quantidade total de água é aumentada devido ao aumento significativo da
demanda de água na camada de superfície, mesmo a quantidade de água de
preenchimento sendo reduzida (CASTRO, 2009).
Segundo LIDUÁRIO (2007) o aumento da área específica gera maior eficiência
na resistência à compressão e mais calor durante a hidratação do material. A
matéria-prima utilizada age nas misturas como filler e/ou pozolana durante o
processo, apresentando assim estas características.
A área específica, relacionada com a distribuição granulométrica, pode ser
alterada por moagem, segundo HOPPER FILHO (2008) de acordo com a
necessidade de se alcançar um material pozolânico. A maior finura favorece a
interação das partículas com a cal e, em conseqüência, melhora a eficiência como
material pozolânico, principalmente nas primeiras idades.
E estudos realizados por GOLÇALVES (2007) a substituição de 20% de
cimento por resíduo cerâmico moído não promoveu variação no empacotamento da
mistura granular seca, de forma que a interação entre a quantidade de hidratos
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 20
formados e o efeito físico do resíduo cerâmico não reagido não promoveu
incremento na resistência à compressão.
2.3.3 Análise reológica
A reologia é a ciência que estuda o fluxo e a deformação dos materiais
quando submetidos a uma determinada tensão ou solicitação mecânica externa,
sendo usualmente empregada na análise do comportamento de fluídos homogêneos
como líquidos, emulsões e suspensões de partículas (PILEGGI, 2006).
A viscosidade ( ) e a tensão de escoamento (τ0) são duas grandezas básicas
que definem o comportamento dos fluídos (Eq. 2.1). A primeira é a constante de
proporcionalidade que relaciona a taxa ( ) com a tensão de cisalhamento (τ)
aplicada, enquanto a segunda indica a tensão mínima para início do escoamento.
= / Eq. 2.1.
Os fluídos newtonianos apresentam viscosidade constante e tensão de
escoamento nula, como por exemplo, a água, o álcool e algumas suspensões de
partículas. Entretanto, os fluídos de interesse tecnológico apresentam, em sua
maioria, características reológicas que se desviam da linearidade.
Além de Newtoniano, os fluídos de comportamentos independentes do tempo
podem ser: Pseudoplástico e Dilatante. Variações destes comportamentos básicos
podem gerar três outros tipos de comportamento, onde o fluído requer uma tensão
mínima de cisalhamento para iniciar o escoamento: Bingham; Pseudoplástico com
tensão de escoamento e Dilatante com tensão de escoamento. Os comportamentos
reológicos dependentes do tempo são denominados Tixotropia e Reopexia.
O concreto fresco segundo HOPPER FILHO (2007) pode ser considerado
uma suspensão aquosa concentrada composta de partículas sólidas imersas em um
fluído viscoso. A pasta é um fluído heterogêneo composto de grãos dos materiais
cimentícios imersos em água. Essas partículas interagem quando em meio aquoso e
essas interações exercem influência nas propriedades da mistura, tanto em repouso
quanto sob fluxo. Os diferentes comportamentos possíveis na qual estão
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 21
relacionadas à tensão de escoamento e a viscosidade com a taxa de cisalhamento
podem ser observados na Figura 2.3.
Figura 2.3 - Comportamento reológico dos fluídos: (1) Newtoniano; (2) de Bingham; (3) Pseudoplástico; (4) Pseudoplástico com tensão de escoamento; (5) Dilatante e
(6) Dilatante com tensão de escoamento (HOPPER FILHO, 2007).
Desta forma, a reologia pode ser empregada como ferramenta de investigação
do comportamento do concreto no estado fresco e permite amplo conhecimento da
alteração decorrente da hidratação em evolução para o estado endurecido. Com a
reologia pode-se caracterizar as variações de comportamento dos concretos com o
tempo e com diferentes taxas de cisalhamento. Cabe ressaltar que em sistemas
cimentícios a complexidade reológica é maior, pois, além das forças de superfície
que atuam sobre as partículas, há de se considerar a evolução da hidratação com o
tempo. Com a evolução do enrijecimento da pasta, a tensão de escoamento e a
viscosidade vão aumentando gradativamente e toda essa alteração afeta a reologia
dos concretos (HOPPER FILHO, 2007).
A reologia de pastas de cimento tem sido estudada a fim de encontrar
correlações entre o comportamento reológico e os componentes químicos, micro-
estruturais e mecânicos da pasta antes da pega. Os diferentes tipos de
comportamento macroscópico de fluxo dependem da resposta das estruturas à
tensão de cisalhamento ou taxa de deformação. Geralmente a deformação da pasta
de cimento é avaliada utilizando testes de fluxo de tensão de cisalhamento versus
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 22
taxa de cisalhamento. Os modelos reológicos de Bingham, Herschel-Bulkley, Ellis,
Casson ou Eyring descrevem o fluxo das pastas de cimento fresco (LIMA, 2006).
A pasta de cimento é designada como uma mistura fluída de cimento, água e
cargas adicionais, e é um sistema reativo no qual as reações químicas entre as
fases sólidas e a água de mistura formam novas espécies com propriedades
relacionadas. Estas novas propriedades estão relacionadas com a hidratação do
cimento que altera as propriedades mecânicas da pasta (LIMA, 2006).
2.3.4 Squeeze-Flow
Essa técnica baseia-se na medida do esforço necessário para a compressão
axial de uma amostra cilíndrica no estado fresco entre duas placas paralelas, por
força ou deformação controlada. Este ensaio é amplamente utilizado na
caracterização de diversos tipos de pasta, incluindo alimentos, cosméticos, materiais
cerâmicos e compósitos poliméricos e recentemente está sendo utilizado para a
avaliação reológica de argamassas.
O princípio fundamental deste método, segundo BETIOLI (2009), baseia-se
no fato de que a deformação efetiva do material ocorre por cisalhamento radial
quando a razão entre o diâmetro (D) e a espessura da amostra (h) for elevada
(D/h>5). Razões inferiores a este valor levam ao surgimento de tensões de
compressão (MEETEN, 2004; COSTA, 2006; PILEGGI, 2006).
Neste ensaio, a deformação da amostra decorre do deslocamento relativo
entre as placas, sendo possível variar tanto a taxa de deslocamento (por exemplo,
mm/s), como a extensão da compressão (por exemplo, mm). Como consequência,
resultados de carga x deslocamento em função do tempo constituem a resposta
experimental (PILEGGI, 2006).
Na Figura 2.4 está apresentada a caracterização visual do método utilizado
neste trabalho.
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 23
Figura 2.4 – Ilustração esquemática do método do Squeeze-Flow.
Um perfil típico, obtido sob compressão simples representando uma curva de
carga versus deslocamento obtida no ensaio de squeeze-flow, pode ser subdividido
em três regiões, como ilustrado na Figura 2.5: (I) pequeno deslocamento –
deformação linear elástica; (II) deslocamento intermediário – deformação plástica ou
por fluxo viscoso (III) grande deslocamento - enrijecimento por deformação.
Figura 2.5 - Perfil típico de carga x deslocamento de um ensaio de squeeze-flow realizado com deslocamento controlado.
PILEGGI (2006) caracterizou estas regiões. A primeira é caracterizada por
uma relação linear entre a carga e o deslocamento, indicando que o material se
comporta como um sólido elástico. Pode-se resumir que nesta etapa o balanço entre
as forças resistivas de atração, atrito e coesão no sistema supera a força motriz para
movimentação do mesmo. Na segunda região a energia fornecida para o
deslocamento consegue gerar uma força motriz superior à somatória das forças
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 24
resistivas. O sistema passa a escoar por deformação plástica ou viscosa
dependendo de sua natureza microestrutural. O material apresenta uma grande
extensão de deformação sem apresentar significativo aumento de carga. Por sua
vez, grandes deslocamentos aplicados ao material podem resultar no surgimento de
novos fenômenos resistivos ao fluxo, como por exemplo, o intertravamento de fibras
e/ou partículas sólidas imersas na matriz fluída. Como resultado, a dificuldade de
deformação aumenta exponencialmente com a compressão, gerando o
enrijecimento por deformação. A deformação que ocorre no segundo e no terceiro
estágios depende de algumas características do sistema, tais como a distância e a
fricção entre as partículas (BETIOLI, 2009).
É importante destacar que a taxa de cisalhamento radial no material em análise
se eleva com a diminuição do espaçamento entre as placas, com o aumento no
diâmetro da amostra efetivamente submetida à aplicação de carga e com o
incremento na taxa de deslocamento no movimento de compressão.
Sendo um ensaio que submete os materiais a uma condição de cisalhamento
imposta por uma deformação plástica, o squeeze-flow é uma técnica reológica
indicada para avaliar o comportamento das argamassas durante as etapas de
aplicação e sarrafeamento sobre as superfícies. Sua utilização tem possibilitado
avaliar de maneira direta tanto a adequação de um material aos requisitos da
aplicação, como os diversos fatores das composições que influenciam nesse
processo (PILEGGI, 2006).
Segundo COSTA (2006), o princípio do método reside no fato de que a
deformação efetiva do material ocorre por cisalhamento radial quando a razão entre
o diâmetro e a espessura da amostra for elevada. Segundo CARDOSO (2006) o
método permite a variação da taxa de cisalhamento e também da magnitude das
deformações. Pode ser realizado com controle de força ou deslocamento e permite a
aplicação de patamares de relaxação e a determinação de parâmetros reológicos
como viscosidade e tensão de escoamento. As condições de contorno nas interfaces
do material com as placas alteram o perfil de deformação no interior da amostra e a
área de contato entre placas e amostra.
CARDOSO (2009) utilizou a técnica de squeeze-flow, para determinar o fluxo
de pastas de gesso. Esta técnica serve para avaliar as propriedades de uma
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 25
variedade de pastas de materiais muito líquidos a suspensões altamente viscosas,
cujo material não possui tensão de escoamento suficiente e os testes são realizados
com as amostras confinadas, Figura 2.6. BETIOLI (2009) utilizou uma relação de
diâmetro (Damostra/Dpunção) maior que 1,7, então as forças de repulsão causadas pelo
efeito parede durante o esmagamento puderam ser negligenciadas.
Figura 2.6 - Apresentação do equipamento para realizar o ensaio de squeeze-flow: CARDOSO (2009) – amostra confinada.
*(1) placa superior (2); molde circular; (3) amostra de gesso; e (4) chapa inferior
Novas formulações que contenham componentes adicionais podem ser
avaliadas por squeeze-flow, já que tais componentes podem não só mudar o ajuste
cinético da composição, mas também afetar o comportamento reológico da pasta
(CARDOSO, 2009).
2.3.5 Análises térmicas
O termo análise térmica (TA) é usado frequentemente para descrever as
técnicas experimentais analíticas que investigam o comportamento de uma amostra
em função da temperatura. A análise térmica refere-se a técnicas convencionais tais
como: a calorimetria de exploração diferencial (DSC), análise térmica diferencial
(DTA), termogravimetria (TG), análise termomecânica (TMA) e análise mecânica
dinâmica (DMA) (HATAKEYAMA, 1994).
Para MEHTA & MONTEIRO (1994), uma vez que o cimento Portland é
composto de uma mistura heterogênea de vários compostos, o processo de
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 26
hidratação consiste na ocorrência de reações simultâneas de compostos anidros
com água. Contudo, cada composto apresenta a sua velocidade de hidratação.
O calor de hidratação quantifica a taxa de liberação de calor devido às
reações de hidratação do material cimentício ensaiado, ou seja, acompanha a
cinética das reações de hidratação (HOPPER FILHO, 2008).
A quantidade e a taxa de calor fornecida ao concreto pela hidratação dos
aglomerantes dependem de adições, da composição, da finura do cimento e da
temperatura do concreto durante a hidratação (NEVILLE, 1997). A temperatura
durante a hidratação, no entanto, é afetada pela quantidade de calor perdido ou
armazenado, que é governada pela geometria da estrutura (forma e dimensões) e
pelas condições ambientais de exposição.
A geração de calor dentro de uma estrutura de concreto pode ser facilmente
entendida da seguinte forma: a hidratação dos compostos gera energia térmica após
o início das reações, a qual é conduzida através da massa de concreto, que emite e
reflete essa energia através de suas faces. Ao fim de certo tempo, dependendo de
vários fatores, inclusive dos agentes externos de energia e principalmente da
temperatura ambiente, o material atinge a temperatura de equilíbrio (VERONEZ,
2006).
O processo de hidratação do cimento pode ser avaliado diretamente,
utilizando-se as técnicas de microscopia ótica ou análise de difração de raios-X, e
indiretamente, pela determinação do calor desenvolvido na hidratação, pelas
técnicas de análise térmica diferencial e termogravimétrica, e pela resistência à
compressão (GONÇALVES, 2006).
Sensores de Bragg em fibra óptica, Fiber Bragg Grating (FBG), podem ser
utilizados para monitorar as variações térmicas que ocorrem em pastas de cimento
durante a sua fase plástica. O método permite determinar as curvas de temperatura
das pastas com diferentes composições, fornecendo dados importantes para
compreender de que modo os diversos componentes influenciam a cura.
De acordo com LIMA (sa), um sensor de Bragg em fibra óptica consiste numa
modulação periódica do índice de refração do núcleo de uma fibra, quando exposto
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 27
a um padrão periódico de laser UV. O resultado é um filtro óptico que reflete uma
banda espectral em torno do comprimento de onda de Bragg, definido por:
Bragg = 2n Λ Eq. 2.2
Sendo n o índice de refração efetivo do núcleo e Λ o período de modulação
da rede.
Quando sujeito a perturbações externas, tais como deformação ou variações
de temperatura, o comprimento de onda de Bragg altera-se de acordo com:
B = K + K Eq. 2.3
Sendo K e K , respectivamente, os coeficientes de sensibilidade térmica e à
deformação da rede de Bragg.
SANDBERG (2008) apresenta um calorímetro semi-adiabático para ser
utilizado em campo para o monitoramento da hidratação do cimento nas primeiras
horas após sua aplicação. O uso deste calorímetro é indicado pela dificuldade de se
obter todas as condições ideais de um calorímetro adiabático. A curva típica obtida,
tempo vs temperatura, caracteriza o material com precisão adequada para fins
práticos de aplicação. A Figura 2.7 mostra o equipamento semi-adiabático para uso
em campo.
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 28
Figura 2.7 – Calorímetro semi-adiabático para uso em campo.
SANDBERG (2008), discutindo o uso da calorimetria no controle da qualidade
do concreto em campo, acredita que o monitoramento da hidratação do cimento em
campo pode fornecer informações precisas do seu comportamento.
Na Figura 4.7 é possível observar a curva típica em um calorímetro semi-
adiabático para uso em campo.
Segundo este autor, em um calorímetro adiabático o calor de hidratação é
medido pelo monitoramento do fluxo de calor da amostra sobre uma condição de
isolamento térmico ideal. Na dificuldade em se encontrar um sistema perfeito, testes
com calorímetros semi-adiabáticos têm encontrado aproximações de sucesso.
Figura 2.8 – Curva típica obtida em um calorímetro semi-adiabático (SANDBERG,2008).
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 29
A interpretação da curva na Figura 4.7 segue da seguinte forma:
a) Início do ensaio.
b) Ajustes iniciais de equalização da temperatura do concreto comparado com
temperatura do equipamento.
c) Temperatura do concreto coletado.
d) Período de dormência, estado fresco.
e) Aproximação correspondente ao tempo de início de pega.
f) Aproximação correspondente ao tempo de fim de pega.
g) Hidratação dos silicatos responsáveis pelo desenvolvimento da resistência.
SANDBERG (2008) apresenta uma curva típica do calor de hidratação dos
cimentos (Figura 4.9). Tal curva é dividida em cinco etapas que caracterizam a
cinética de hidratação do cimento.
As cinco etapas são caracterizadas respectivamente como: I. Pré-indução, II.
Período de indução/dormência, III. Período de aceleração, VI. e V. Período de pós-
aceleração. Durante a hidratação a evolução ocorre inicialmente pela rápida
dissolução de íons (Na+, K+, Ca2+, OH-, SO42-). Segue a etapa na qual as
propriedades reológicas e de pega são determinadas. A concentração de C3S
aumenta, iniciando a próxima etapa. Na etapa III (3-12h), o crescimento dos
produtos de hidratação é acelerado formando CH e C-S-H. Em quatro horas os
grãos estão totalmente cobertos. Ocorre nesta etapa o máximo de liberação de calor
correspondente ao término da pega. Nas etapas quatro e cinco (após 12h) a
hidratação diminui e passa a ser controlada pela difusão. O C-S-H continua a ser
formado através da hidratação contínua do C3S e C2S. Este último continua
contribuindo com o passar do tempo até o momento em que sua reação é mais
rápida que o C3S.
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 30
Figura 2.9 - Curva típica de calor de hidratação pelo tempo (SANDBERG, 2008).
2.3.6 Análise química por difração de raios-X
A difração de raios-X representa o fenômeno de interação entre o feixe de
raios-X incidente e os elétrons dos átomos componentes de um material, relacionado
ao espalhamento coerente. A técnica consiste na incidência da radiação em uma
amostra e na detecção dos fótons difratados, que constituem o feixe difratado. Em
um material no qual os átomos estejam arranjados periodicamente no espaço,
característica das estruturas cristalinas, o fenômeno da difração de raios-X ocorre
nas direções de espalhamento que satisfazem a Lei de Bragg, representada por
=2d ( ). Assim, tem-se:
= comprimento de onda do feixe monocromático incidente;
d = distância entre dois planos de átomos quaisquer de um cristal;
= ângulo de difração do feixe monocromático.
As informações obtidas de cada pico são a intensidade, a posição angular (2 )
ou distância inter-planar (d) e o perfil. Cada composto cristalino apresenta um
padrão difratométrico característico, permitindo sua identificação através das
posições angulares e intensidades relativas dos picos difratados.
Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 31
2.3.7 Análise química por fluorescência de raios-X (FRX)
Quando essa radiação incide em um material, vários fenômenos acontecem e o
feixe é atenuado, tanto por absorção como por espalhamento. A absorção é mais
significativa e cresce com o número atômico da substância. A energia de absorção
provocará a remoção total de elétrons no material irradiado, que por sua vez se
rearranjará e emitirá a radiação secundária denominada Fluorescente. Desta forma é
possível quantificar os elementos com padrões adequados.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 32
3 METODOLOGIA
Foram realizados nesse trabalho os seguintes ensaios: análise granulométrica
da fração vermelha, tempo de pega, densidade e área específica, análise térmica
por FBG, squeeze-flow, difração de raios-X e fluorescência de raios-X, anteriormente
descritos no Capítulo 2. O objetivo para o emprego destas análises é verificar o
efeito dos diferentes teores de adição das matérias-primas, relação
água/aglomerante e tempo nas propriedades da pasta, e se tais diferenças
encontradas são significativas para cada propriedade analisada.
3.1 Caracterização da Matéria-Prima
Foram utilizados na pesquisa quatro materiais visando à elaboração de um
aglomerante alternativo. São eles: cimento Portland, cal hidratada, sílica ativa e
fração vermelha de resíduos de construção e demolição. O cimento Portland foi
substituído parcialmente em 70% pelos demais componentes. Esta fração de 70%
foi então composta com os demais materiais, quais sejam: a cal, a fração vermelha e
a sílica. O teor de cada um variou para que as características das misturas fossem
avaliadas.
A menor quantidade de cimento presente nas misturas deve-se a utilização da
cal presente nas composições. Como a cal também é classificada como um
aglomerante e na região existe um Arranjo Produtivo Local (APL) de Cal e Calcário
do Paraná, esta seria uma boa opção para a elaboração de um aglomerante
alternativo.
3.1.1 Cimento Portland
Para a realização dos ensaios foi utilizado o cimento Portland CPV ARI – Alta
Resistência Inicial, que se caracteriza pelas altas resistências nas primeiras idades,
proveniente da Cia de Cimento Itambé, de Balsa Nova – PR. Este tipo de cimento foi
escolhido por não apresentar adições. As propriedades mecânicas, físicas e
químicas do CPV ARI são apresentadas nas Tabelas 3.1, 3.2, 3.3 e 3.4,
respectivamente.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 33
Tabela 3.1 - Características mecânicas do cimento Portland.
Característica Valores (MPa)
Resistência Mecânica à Compressão (1 dia) ≥ 14,0
Resistência Mecânica à Compressão (3 dias) ≥ 24,0
Resistência Mecânica à Compressão (7 dias) ≥ 34,0
Fonte: Dados fornecidos pelo fabricante
Tabela 3.2 - Características Físicas do cimento Portland.
Características Valores Obtidos
Área específica BET (m2/g)* 6,8060
Densidade (g/cm3)* 3,0968
Finura # 200 (75um) ≤ 8,0
Finura Blaine (cm2/g) 3000
Tempo de Pega Início (h) ≥ 1
Tempo de Pega Fim (h) ≤ 10
Expansibilidade A Frio (mm) ≤ 5,0
Expansibilidade A Quente (mm) ≤ 5,0
*Fonte: Ensaios realizados no laboratório da UEPG.
Tabela 3.3 - Características químicas do cimento Portland.
Características Valores Obtidos (%)
Resíduo insolúvel ≤ 1,0
Perda ao Fogo ≤ 4,5
MgO ≤ 6,5
CO3 ≤ 3,0
SO3 ≤ 3,5% para C3A do Clínquer ≤ 8,0% e ≤ 4,5% para C3A do clínquer > 8,0%
Fonte: Dados fornecidos pelo fabricante.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 34
Tabela 3.4 - Análise química por fluorescência de raios-X do cimento Portland.
Cimento Porltand (CP V) Concentração (%)
CaO 58,2
SiO2 20,6
SO3 4,9
CO2 4,3
Al2O3 3,8
Fe2O3 3,4
MgO 2,7
K2O 1,0
TiO2 0,3
SrO 0,2
Na2O 0,2
P2O5 0,2
MnO 0,1
BaO 0,1
Cr2O3 0,0
V2O5 0,0
3.1.2 Cal
A cal utilizada foi a Cal Hidratada CH-III proveniente da empresa Cal Hidra
Ltda, de Almirante Tamandaré - PR, composta por Hidróxido de Cálcio - Ca(OH) e
Hidróxido de Magnésio – Mg(OH)2. Os resultados da análise química por
fluorescência de raios-X, expressos em óxidos percentuais são apresentados na
Tabela 3.5.
O ensaio foi realizado no Laboratório de Análises de Minerais e Rochas -
LAMIR do Departamento de Geologia da Universidade Federal do Paraná (UFPR).
As amostras foram previamente secas, moídas até apresentarem finura suficiente a
passar em peneira malha 200. As amostras foram fixadas em porta amostra e
encaminhadas ao espectrômetro de raios-X Philips, modelo PW 2400.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 35
Tabela 3.5 - Análise química por fluorescência de raios-X da cal hidratada.
Cal Concentração (%)
CaO 43,6
CO2 26,9
MgO 25,2
SiO2 3,7
Fe2O3 0,3
Al2O3 0,1
BaO 0,0
K2O 0,0
MnO 0,0
SO3 0,0
SrO 0,0
3.1.3 Sílica ativa
Sílica Ativa SILMIX (Sílica Ativa/ Microssílica), proveniente de Breu Branco -
Pará - fabricada por Globe Metais Indústria e Comércio S.A. (Camargo Corrêa
Metais). A Tabela 3.6 apresenta as características físicas e químicas do produto.
Tabela 3.6 - Características físicas e químicas da sílica ativa.
Características Físicas e Químicas
Massa específica 2.220 kg/m3
Superfície específica 20.000 m2/kg
Formato de partícula esférica
Diâmetro médio 0,2 µm
Teor de SiO2 Mín. 85%
Umidade Máx. 3%
Equivalente alcalino Máx. 0,5%
Fonte: Dados fornecidos pelo fabricante.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 36
3.1.4 Fração vermelha
A fração vermelha (FV) utilizada é proveniente da usina de reciclagem de
resíduos de construção e demolição da Empresa Ponta Grossa Ambiental, Ponta
Grossa - PR. A fração vermelha, composta por resíduos de telhas, tijolos, cerâmica e
eventualmente solo, foram fornecidos em fragmentos com diâmetros menores que
4,8 mm. Os resultados da análise química por fluorescência de raios-X, realizadas
no Laboratório de Análises de Minerais e Rochas - LAMIR do Departamento de
Geologia da Universidade Federal do Paraná (UFPR) estão expressos em óxidos
percentuais são apresentados na Tabela 3.7.
Tabela 3.7 - Análise química por fluorescência de raios-X da fração vermelha.
Fração vermelha Concentração (%)
SiO2 70,1
CO2 10,8
CaO 8,1
Al2O3 5,3
Fe2O3 2,6
MgO 1,9
TiO2 0,4
K2O 0,3
SO3 0,3
Na2O 0,1
P2O5 0,1
ZrO2 0,0
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 37
3.1.5 Água
Água Potável: Fornecida pela SANEPAR – Companhia de Saneamento do
Estado do Paraná.
3.1.6 Análise granulométrica da fração vermelha por peneiramento
A distribuição granulométrica foi detalhada de forma completa nas peneiras de
série normal e separadas as frações retidas em cada peneira. Foram utilizadas as
peneiras desde a abertura 4,8 mm até 0,15 mm.
A fração vermelha apresentava heterogeneidade quando recebida da empresa
produtora. Para a caracterização da distribuição granulométrica de partículas foi
empregado o método prescrito na NBR NM 248/03, utilizado para a determinação da
composição granulométrica de agregados miúdos e graúdos para concreto,
realizado no Laboratório do Departamento de Construção Civil da Universidade
Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR. Conforme as medidas apresentadas na
referida norma, amostras do material foram previamente secas em estufa, mantidas
à temperatura ambiente e determinadas as massas m1 e m2. As peneiras foram
encaixadas, a amostra foi colocada sobre a peneira com abertura 4,8 mm e foi
promovida a agitação mecânica. Após agitação as peneiras foram destacadas e
agitadas manualmente e o material retido foi removido. A massa de cada peneira foi
determinada.
A idéia inicial era utilizar a fração vermelha passante em peneira 200 para testa
a capacidade pozolânica do material. Devido à dificuldade em encontrar moinhos
que reproduzissem a quantidade de material necessário para os ensaios uma nova
fração foi definida para a utilização do material.
A amostra de fração vermelha, após passar por análise granulométrica foi
peneirada em peneira ABNT n° 30 (0,6 mm), o material passante foi o utilizado na
pesquisa. O passante nesta peneira representava 57,31% do material. Após esta
etapa, a areia passante foi acondicionada em sacos plásticos de 5 kg, e etiquetada
de forma a permitir sua identificação.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 38
3.1.7 Densidade e área específica
As amostras puras de sílica ativa, cal, cimento (CPV-ARI) e a fração vermelha
(FR) passante na peneira de abertura 0,6 mm, foram encaminhadas ao Laboratório
de análise de materiais da UEPG que utilizou um analisador de área superficial
específica – QUANTACHROME e um Picnômetro de Hélio para a medida de
densidade real de sólidos – ULTRACHROME.
3.2 Planejamento Experimental
A metodologia proposta para o planejamento experimental neste trabalho é a
de curvas de nível, baseada no planejamento experimental de modelagem de
mistura simplex centróide.
O objetivo foi encontrar um modelo que descrevesse o comportamento das
misturas com a menor margem de erro possível, quando comparadas com os
resultados reais dos experimentos, levando-se em conta o número mínimo
necessário de experimentos. Foram usadas três variáveis independentes: cal, sílica
ativa e fração vermelha. Essas três variáveis foram nomeadas de X1, X2 e X3 e
suas distribuições são mostradas na Figura 3.1 (espaço simplex) que corresponde a
um triângulo equilátero. A soma das porcentagens dessas variáveis deve atender a
restrição da equação X1 + X2 + X3 = 1.
Figura 3.1 - Espaço Simplex para três componentes.
A distribuição dos pontos que correspondem às misturas consideradas para a
execução dos ensaios está apresentada na Figura 3.2. É possível observar nesta
Figura 13 pontos, sendo que o ponto central foi duplicado para a certificação do
método, compondo assim um total de 14 amostras. O primeiro ensaio realizado após
a definição dos pontos amostrais foi o ensaio de início e fim de pega. Observando os
X1
X3
X2
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 39
resultados encontrados por este ensaio optou-se por reduzir o número de amostras
que seriam ensaiadas.
Figura 3.2 – Distribuição preliminar dos pontos ensaiados.
Visualizando o número de amostras geradas, a quantidade de material
presente em cada mistura, a influência de cada componente da mistura e a partir do
ensaio de tempo de pega, optou-se por reduzir o número de amostras descartando
aquelas que continham grandes quantidades sílica ativa e fração vermelha. Desta
forma, na Figura 3.3 é possível observar as misturas que foram utilizadas na
sequência deste experimento.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 40
Figura 3.3 - Distribuição dos novos pontos ensaiados.
3.2.1 Composição das misturas em pasta
A partir da Figura 3.2, foram elaboradas 16 amostras. Estas amostras
continham misturas com cimento, fração vermelha, cal e sílica ativa, que foram
comparadas a uma pasta de cimento (Referência). O teor de substituição de cimento
por fração vermelha, cal e sílica ativa foi de 70%. As concentrações utilizadas estão
apresentadas na Tabela 3.8.
A partir da quantidade de água utilizada para a mistura dos materiais, conforme
a quantidade de água para a consistência normal (NBR NM 43/03), foi estabelecida
as relações água/cimento (a/c) e água/(cal+sílica+fração vermelha+cimento).
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 41
Tabela 3.8 – Dosagem (%) das composições estudadas.
Amostra
Composição das Misturas (%) Relação
Cal Sílica
Fração
Vermelha
Cimento -
CPV
água /
cimento
água /
(cal+sílica+fração
vermelha+cimento)
1 C0S47FV23CPV30 0,0 46,6 23,4 30 2,20 0,66
2 C47S23FV0CPV30 46,6 23,4 0,0 30 1,76 0,53
3 C70S0FV0CPV30 70,0 0,0 0,0 30 1,47 0,44
4 C23S23FV23CPV30 23,4 23,4 23,4 30 1,49 0,45
5 C23S47FV0CPV30 23,4 46,6 0,0 30 2,44 0,73
6 C12S12FV47CPV30 11,6 11,6 46,6 30 1,05 0,32
7 C0S23FV47CPV30 0,0 23,4 46,6 30 1,37 0,41
8 C12S47FV12CPV30 11,6 46,6 11,6 30 2,19 0,66
9 C23S23FV23CPV30 23,4 23,4 23,4 30 1,54 0,46
10 C0S0FV70CPV30 0,0 0,0 70,0 30 0,83 0,25
11 C23S0FV47CPV30 23,4 0,0 46,6 30 0,91 0,27
12 C47S12FV12CPV30 46,6 11,6 11,6 30 1,41 0,42
13 C47S0FV23CPV30 46,6 0,0 23,4 30 1,08 0,32
14 C0S70FV0CPV30 0,0 70,0 0,0 30 2,93 0,88
15 C23S23FV23CPV30 23,4 23,4 23,4 30 1,05 0,31
16 C39S16FV16CPV30 39 16 16 30 1,43 0,47
Referência C0S0FV0CPV100 0,0 0,0 0,0 100 0,45 0,14
As composições das amostras escolhidas conforme as proporções relativas
indicadas pelo software Statistica 7.0 (StatSoft) sendo consideradas as três variáveis
independentes: cal, sílica ativa e fração vermelha. As proporções dos diversos
componentes da mistura não são independentes e a soma de todas elas deve ser
sempre 100%.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 42
A Tabela 3.9 ilustra as composições utilizadas na nova distribuição de pontos,
apresentada na Figura 3.3. Estas novas amostras foram utilizadas para realizar os
demais ensaios planejados.
Tabela 3.9 – Dosagem (%) das novas composições estudadas.
Amostra
Composição (%) a/
(cal+sílica+fração vermelha+cimento)
a/c Cal Sílica ativa Fração Vermelha Cimento - CP V
2 47 23 0.0 30 0,53 1,76
3 70 0 0 30 0,44 1,47
5 23 47 0.0 30 0,73 2,44
9 23 23 23 30 0,46 1,54
11 23 0.0 47 30 0,27 0,91
13 47 0.0 23 30 0,32 1,08
17 39 16 16 30 0,47 1,43
Referência 0 0 0 100 0,45 0,45
3.3 Preparação das Pastas
Após a determinação da massa e a separação das matérias-primas segundo a
Tabela 3.9, todo o material foi encaminhado ao laboratório de materiais do
departamento de construção civil para a preparação das pastas. As pastas foram
utilizadas para o ensaio de consistência normal, início e fim de pega, Fibber Bragg
Grating - FBG, squeeze-flow, difração de raios-X e fluorescência de raios-X. O
material anidro foi colocado sobre a água de consistência no misturador mecânico
de argamassas AG 5, promovendo a mistura das pastas.
3.4 Ensaios Realizados
A Tabela 3.10 apresenta a súmula dos ensaios realizados para os materiais
estudados, os quais são descritos nos itens subseqüentes.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 43
Tabela 3.10 - Súmula dos ensaios realizados.
Material
Ensaios Realizados
Tempo de
Pega
Análise
Térmica
Squeeze-flow DRX FRX Densidade
e área
específica
Volume
aparente
Cal x x x x
Cimento CP V x x x x x
Fração
Vermelha
x x x x
Sílica Ativa x x x
Pastas x x x x x* x**
*Apenas das amostras 09 e 15. ** Não hidratadas.
3.4.1 Tempo de início e fim de pega
Para realizar o ensaio de início e fim de pega foi necessário realizar a
determinação da quantidade de água de referência necessária à obtenção da pasta
de consistência normal do cimento Portland e das composições estudadas por meio
da NBR NM 43/03.
Com a quantidade de água determinada, por tentativas até que a sonda de
Tetmajer se situe a uma distância de 5 a 7 mm da placa base, foi preparada a pasta
de consistência normal com a água de referência. Os moldes foram preenchidos e
então encaminhados para o ensaio de determinação dos tempos de início e fim de
pega da pasta de cimento Portland utilizando o aparelho de Vicat, segundo NBR NM
65/03.
Trinta minutos após o preenchimento do molde com a pasta normal iniciaram-
se as medições do tempo de pega. De trinta em trinta minutos a agulha do aparelho
de Vicat era desprendida e uma medida era gerada. Sucessivas medições foram
realizadas a cada trinta minutos até que o tempo foi reduzindo para quinze e
posteriormente para cinco minutos entre as medições para que fosse mais preciso o
resultado encontrado.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 44
3.4.2 Análise térmica da pasta
A análise térmica empregada no trabalho consiste no uso de sensores de
Bragg em fibra óptica para determinar as curvas de temperatura em função do
tempo. O calor de hidratação foi medido pelo monitoramento do fluxo de calor da
amostra, enquanto esta foi mantida sobre uma condição de isolamento térmico com
mínima perda de calor para o ambiente. Os dados de temperatura para os diferentes
tipos de pastas e para a temperatura ambiente foram adquiridos em intervalos de 60
segundos e a aquisição iniciou-se logo após a colocação do sensor de temperatura
nos corpos de prova, que foram preparados e imediatamente encaminhados para a
realização do ensaio. O intervalo para a preparação das pastas e o início de ensaio
variou entre 5 e 7 minutos. O sensor que media a temperatura ambiente era mantido
fora do sistema. Por este método foi possível observar o aumento da temperatura
durante o período de cura das pastas durante 24 horas. Na Figura 3.4 é possível
observar o sistema utilizado para o ensaio.
Figura 3.4 – Sistema utilizado para a medida do calor de hidratação.
Fibra ótica
Isopor para isolamento Garrafa
térmica
Invólucro de isopor
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 45
3.4.3 Análise reológica da pasta
Para realização dos ensaios de Squeeze-Flow foi utilizada uma máquina
universal de ensaios, capacidade máxima 1000 kgf (10 kN) e célula de carga de 200
kgf. As ferramentas empregadas foram um punção de 100 mm de diâmetro e base
metálica, anéis de PVC de 10 mm de altura e 100 mm de diâmetro. Tanto o punção
quanto o prato de apoio da amostra são de aço inoxidável. O anel de PVC servia
apenas para acomodar a amostra na base metálica, simetricamente centrada nesta
base para receber a compressão do punção. Logo que a amostra fosse preparada o
anel de PVC era retirado. A Figura 3.5 apresenta uma amostra preparada para o
ensaio, onde o anel de PVC foi utilizado. O programa de ensaio utilizado submete o
material a uma compressão com deformação total de 5 mm, velocidade de 0,1 mm/s
e com ensaios realizados à temperatura ambiente (22°C). Após 5 minutos, desde a
preparação da amostra e seu posicionamento no equipamento, tinha início o ensaio.
Figura 3.5 – Amostra sofrendo compressão durante o ensaio Squeeze-flow (Foto da Autora).
Foi obtida por meio do ensaio a força aplicada para a compressão do material
(N), a deformação decorrida (mm) e o tempo de duração do ensaio (s).
Punção
Amostra
Porta
Amostra
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 46
3.4.4 Análise química por difração de raios-X (DRX)
Os materiais anidros (cimento, cal, sílica ativa e fração vermelha) e as pastas
hidratadas foram preparados manualmente para a DRX. No estudo de agregados
policristalinos através do método do pó, a amostra é pulverizada (finamente moída
durante 1 minuto em agitador mecânico), fixada a um porta-amostra por prensagem
e submetida a um feixe de raios-X monocromático. Os ensaios foram executados no
Laboratório de Minerais e Rochas da UFPR - LAMIR, em difratômetro de raios-X da
marca Philips, modelo PW1830, provido do detector Cu 40 kV, 30 mA.
3.4.5 Análise química por fluorescência de raios-X (FRX)
Somente as amostras puras de cimento Portland, cal, sílica ativa, fração
vermelha, amostras 09 (C23S23FV23CPV30) e 15 (C0S0FV0CPV100) foram
analisadas por este método. Os ensaios foram executados no Laboratório de
Minerais e Rochas da UFPR - LAMIR, em espectrômetro de raios-X da marca
Philips, modelo PW 2400.
3.4.6 Volume aparente
Para cada mistura, as massas dos componentes foram medidas em balança de
precisão e colocados em sacos plásticos transparentes identificados com o número
da respectiva amostra, em seguida procedeu-se a mistura manual dos compostos
até a sua homogeneização. O procedimento foi repetido para todas as dosagens
estabelecidas. Posteriormente, 40g das misturas foram transferidas
quantitativamente para uma proveta com capacidade para 100 mL e graduação de 1
mL. Em seguida a proveta foi instalada em um suporte com liberdade de movimento
vertical com uma altura de queda de 2,5 cm, da qual as composições foram
submetidas a quedas livres com 50 impactos de encontro à base do suporte em
intervalos de 2 segundos. Concluída a operação, registrou-se a leitura final do
volume obtido para cada mistura.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 47
4 ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
4.1 Análise Granulométrica da Fração Vermelha
A Figura 4.1 apresenta a curva granulométrica da amostra de fração vermelha
obtida pelo peneiramento. A partir da granulometria encontrada definiu-se que o
material passante em peneira com abertura de 0,6 mm seria utilizado no
experimento. Visualmente o material apresentava-se como uma porção de areia
muito mais grossa que os demais materiais utilizados para as misturas.
Figura 4.1 - Curva granulométrica da fração vermelha.
A amostra de fração vermelha pode ser classificada como sílico-aluminosa,
quanto à composição química. A soma dos percentuais de Si2O, Fe2O3 e Al2O3
alcançou 78%, cujo valor supera o valor mínimo de 50% (ABNT, 1992). O percentual
de SO3 também satisfaz o valor máximo de 5% exigido; os álcalis disponíveis em
Na2O também satisfazem a porcentagem máxima de 1,5%, assim, esta amostra
apresenta compatibilidade às especificações químicas exigidas pela norma para que
uma amostra seja considerada material pozolânico. A fração vermelha também foi
apontada como portadora de gesso em sua caracterização química.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 48
4.2 Densidade e Área Específica
Todos os materiais estudados foram analisados quanto a sua densidade e área
específica. A Tabela 4.1 apresenta os resultados encontrados.
Tabela 4.1 - Densidade e área específica das matérias-primas.
Amostra Densidade (g/cm3) Área específica (m
2/g)
Sílica ativa 2,2706 16,9226
Fração vermelha 2,6451 11,3100
Cal 2,4486 9,8845
CPV-ARI 3,0968 6,8060
A partir do ensaio realizado, é possível afirmar que a sílica ativa seguida pela
fração vermelha e pela cal, em ordem decrescente, apresentam áreas específicas
superiores ao do cimento Portland. Verificando a densidade, o cimento apresenta o
maior resultado, seguido da fração vermelha, cal e sílica ativa. O fato do valor da
densidade da fração vermelha ser menor que a do cimento é explicado pela maior
porosidade das partículas cerâmicas que apresenta área específica alta.
A distribuição granulométrica também pode influenciar na demanda de água
necessária para produzir uma mistura com trabalhabilidade adequada aos processos
de aplicação e adensamento. A demanda de água da mistura está relacionada com
a área superficial e com a densidade de empacotamento das partículas: quanto
maior a área superficial e menor a densidade de empacotamento, maior a demanda
de água para se obter uma mistura com trabalhabilidade adequada (CASTRO,
2009).
Quando os valores da Tabela 4.2 são comparados às misturas realizadas por
estes materiais, independente da quantidade utilizada verifica-se que as amostras
que contém sílica ativa (amostras 02 (C47S23FV0CPV30), 05 (C23S47FV0CPV30),
09 (C23S23FV23CPV30), 17 (C39S16FV16CPV30)) são as que apresentam as
maiores áreas especificas e menores densidades. Estas amostras são seguidas
pelas amostras 11 (C23S0FV47CPV30), 13 (C47S0FV23CPV30), 03
(C70S0FV0CPV30) e a Referência (C0S0FV0CPV100), conforme a Tabela 4.2.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 49
Tabela 4.2 – Densidade e área específica calculadas a partir da fração volumétrica das matérias-primas de cada composição.
Amostra Composição
Fração volumétrica (%)
Densidade (g/cm
3)
Área específica
(m2/g) Cal
Sílica ativa FV
Cimento CP V
2 C47S23FV0CPV30 0,49 0,26 0,00 0,25 2,56 10,98
3 C70S0FV0CPV30 0,75 0,00 0,00 0,25 2,61 9,11
5 C23S47FV0CPV30 0,24 0,52 0,00 0,24 2,51 12,77
9 C23S23FV23CPV30 0,25 0,27 0,23 0,25 2,61 11,33
11 C23S0FV 47CPV30 0,26 0,00 0,48 0,26 2,71 9,76
13 C47S0FV23CPV30 0,51 0,00 0,24 0,26 2,66 9,43
17 C39S16FV16CPV30 0,41 0,18 0,15 0,25 2,61 10,59
Referência C0S0FV0CPV100 0,00 0,00 0,00 1,00 3,10 6,81
A Figura 4.2 apresenta a superfície de resposta da área específica calculada,
evidenciando que a presença de sílica nas amostras aumenta sua área. As amostras
que contêm cal e fração vermelha em maior quantidade apresentaram as menores
áreas específicas.
ÁREA ESPECÍFICA (m2/g)
Modelo Linaer R2=0,9996
12,5 12 11,5 11 10,5 10 9,5
0
11,7
23,4
35,2
47FRAÇÃO VERMELHA (%)
23,4
35
46,6
58,3
70
CAL (%)0 11,7 23,4 35,2 47
SÍLICA (%)
Figura 4.2 – Área específica das amostras.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 50
4.3 Volume aparente
Foram determinados os volumes aparentes das matérias-primas, Tabela 4.3,
assim como das composições estudadas de aglomerante por meio da superfície de
resposta, Figura 4.3. Observou-se que quanto mais sílica ativa presente no sistema
maior o volume aparente encontrado e menor o empacotamento, entretanto, quanto
maior a quantidade fração vermelha maior o empacotamento.
Tabela 4.3 – Volume aparente das matérias-primas.
Matérias-primas Volume aparente (mL)
Sílica ativa 83
Fração vermelha 33
Cal 43,5
CPV-ARI 37
VOLUME APARENTE (mL)
Modelo linear R2=0,9922
52 48 44 40 36 32
0
11,7
23,4
35,2
47FRAÇÃO VERMELHA (%)
23,4
35
46,6
58,3
70
CAL (%)0 11,7 23,4 35,2 47
SÍLICA (%)
Figura 4.3 – Volume aparente.
O estudo do empacotamento de partículas pode ser definido como o
problema da correta seleção da proporção e do tamanho adequado dos materiais
particulados, de forma que os vazios maiores sejam preenchidos por partículas
menores, cujos vazios serão novamente preenchidos com partículas ainda menores
e assim sucessivamente. Considerando que a fração vermelha é a fração mais
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 51
grossa é possível que as partículas de cimento, cal e sílica estejam preenchendo os
vazios deixados pela fração vermelha.
Cabe ressaltar que uma série de fatores pode alterar o empacotamento de um
determinado conjunto de partículas. A existência de partículas com distribuições
granulométricas diversas alteram a condição de dispersão inicial da mistura. Outro
fator que pode alterar a condição de empacotamento é a morfologia das partículas.
Quanto menos esférica for a partícula, menor será a densidade de empacotamento
de uma distribuição que a contenha, pois se verifica o atrito entre as partículas a
partir do contato de suas superfícies irregulares. Quanto menor o tamanho das
partículas irregulares, maior será esse efeito, devido à maior área específica
(CASTRO, 2009).
4.4 Tempo de Início e Fim de Pega
Segundo PORTLAND CEMENT ASSOCIATION (2008), os tempos de pega
indicam se uma pasta está ou não submetida a reações de hidratação normal.
Sulfato de cálcio ou outras adições no cimento regulam o ajuste do tempo, mas o
tempo de pega também pode ser afetado pela finura do cimento, relação água-
cimento, e quaisquer aditivos que podem ser utilizados. A Figura 4.4 apresenta a
relação água/aglomerante, foram considerados aglomerantes: cimento, cal, sílica
ativa e fração vermelha. As composições que continham maior concentração de
sílica ativa apresentaram maiores demandas de água. Dentre as matérias-primas
utilizadas, a sílica ativa apresentou maior área específica.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 52
ÁGUA/AGLOMERANTE
Modelo Linear R2 = 0,9756
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0
17,5
35
52,5
70
FRAÇÃO VERMELHA (%)
0
17,5
35
52,5
70
CAL (%)
0 17,5 35 52,5 70
SÍLICA (%)
Figura 4.4 – Superfície de resposta da relação água : aglomerante.
A Tabela 4.4 relaciona as composições e seus respectivos tempos de início e
fim de pega.
Tabela 4.4 - Tempos de início e fim de pega das amostras.
Amostra
Composição
Tempo de pega
Amostra
Composição
Tempo de pega
Início Fim Início Fim
1 C0S47FV23CPV30 05:00 06:30 9* C23S23FV23CPV30 02:00 05:30
2* C47S23FV0CPV30 02:00 05:30 10 C0S0FV70CPV30 02:00 05:00
3* C70S0FV0CPV30 03:12 05:45 11* C23S0FV47CPV30 02:30 05:00
4 C23S23FV23CPV30 03:00 04:30 12 C47S12FV12CPV30 02:00 04:30
5* C23S47FV0CPV30 04:30 07:30 13* C47S0FV23CPV30 01:40 04:15
6 C12S12FV47CPV30 01:30 04:00 14 C0S70FV0CPV30 04:30 07:30
7 C0S47FV0CPV30 03:30 05:30 16 C23S23FV23CPV30 03:00 04:14
8 C12S47FV12CPV30 04:00 06:30 17* C39S16FV16CPV30 03:00 06:00
Referência* C0S0FV0CPV100 02:00 04:30
*Amostras que continuaram sendo analisadas após delimitação de novos pontos.
O fenômeno de pega evidencia a interação da fase anidra com a fase
parcialmente hidratada das partículas de cimento. Durante estas interações, duas
etapas são identificadas: a aglomeração dos grãos de cimento durante os primeiros
minutos após a mistura com a água, e a densificação das estruturas coaguladas,
simultaneamente à aceleração da formação do C-S-H.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 53
As amostras que apresentam uma maior quantidade de sílica ativa, neste
caso, prolongaram os tempos de início e fim de pega. Em algumas amostras foi
observado um pequeno intervalo entre o início e fim de pega, mas, por exemplo, nas
amostras 5 (C23S47FV0CPV30) e 14 (C0S70FV0CPV30) além do deslocamento
das medidas os intervalos também foram superiores às demais amostras. Também
foi observado para estas amostras tempos de pega prolongados e necessidade de
uma quantidade de água maior, para que fosse alcançada a condição de uma pasta
de consistência normal.
Segundo QUARCIONI (2008) a cal aprisiona maior volume de água devido a
sua área especifica dez vezes maior que a do cimento. Desta forma, por conta de
um fenômeno de cargas de superfície ocorre a aglomeração das partículas, aumento
da viscosidade e diminuição dos tempos de pega. Dependendo da proporção
cimento:cal, a cal age de forma diferente influenciando o tempo de pega. Se na
proporção 1:1 ela diminui pouco o tempo de início da pega, em 1:2 os mesmos
tempos de início e fim de pega do cimento são mantidos. O elevado teor de cal
presente age favorecendo a hidratação do cimento.
Nas pastas nas quais a quantidade de cal era superior, os intervalos não
foram tão longos quanto aqueles em presença de sílica em maior quantidade.
As Figuras 4.5 e 4.6 apresentam as curvas de nível dos modelos matemáticos
de mistura simplex cúbico que melhor representaram os resultados experimentais
dos tempos de início e fim de pega das amostras analisadas, que continham fração
vermelha, cal e sílica em frações de 0 a 70% e 30% de cimento.
Na Figura 4.5 o tempo de pega aumenta à medida que a sílica ativa está
presente nas amostras. A influência da sílica ativa também é verificada na Figura
4.6, visto que o tempo de final de pega também sofre um acréscimo na presença de
sílica. Nestas amostras parece que o tempo de fim de pega é prorrogado, ele sofre
um deslocamento, da mesma forma que o início de pega.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 54
TEMPO DE INÍCIO DE PEGA (min)
Modelo Mistura Simplex Cúbico R2 = 0,8989
300 260 220 180 140 100
0
17,5
35
52,5
70FRAÇÃO VERMELHA (%)
0
17,5
35
52,5
70
CAL (%)0 17,5 35 52,5 70
SÍLICA (%)
Figura 4.5 – Curvas de nível dos tempos de início de pega.
TEMPO DE FIM DE PEGA (min)
Modelo Mistura Simplex Cúbico R2 = 0,9231
460 420 380 340 300 260
0
17,5
35
52,5
70FRAÇÃO VERMELHA (%)
0
17,5
35
52,5
70
CAL (%)0 17,5 35 52,5 70
SÍLICA (%)
Figura 4.6 – Curvas de nível dos tempos de fim de pega.
4.5 Análise Térmica da Pasta
O gráfico da Figura 4.7 mostra os resultados obtidos na análise térmica das
pastas utilizadas no ensaio, sendo que foi feita uma repetição para cada
composição.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 55
0 5 10 15 20 25
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Te
mp
era
tura
(oC
)
Tempo (h)
Cal 47/ Sil 23 / FV 0 / CPV 30
Cal 70 / CPV 30
Cal 23/ Sil 47 / FV 0 / CPV 30
Cal 23 / Sil 23 / FV 23 / CPV 30
Cal 23 / Sil 0 / FV 47 / CPV 30
Cal 47 / Sil 0 / FV 23 / CPV 30
CAl 0 / Sil 0 / FV 0 / CPV 100
Cal 39/ Sil 16 / FV 16 / CPV 30
Figura 4.7 - Curvas obtidas pelo ensaio de FBG para as pastas.
Pode-se observar no gráfico que todas as misturas realizadas não liberaram
tanto calor quanto a pasta de cimento puro. A amostra que liberou menos calor foi a
amostra 05 (C23S47FV0CPV30), composta em sua maior quantidade por sílica
ativa. As amostras que menos liberaram calor foram as que continham sílica ativa
em maior concentração. Aquelas que continham maiores quantidade de cal e fração
vermelha foram as que alcançaram temperaturas superiores as que continham sílica
ativa.
Na Figura 4.8 é possível observar a taxa de aquecimento inicial das amostras.
Verifica-se que o aquecimento é maior naquelas amostras cujas quantidades de cal
e de fração vermelha são maiores. Pode-se julgar que naquelas amostras nas quais
todos os componentes estão presentes a taxa de aquecimento não é tão elevada
quanto naquelas amostras nas quais a cal e a fração vermelha são os componentes
principais.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 56
TAXA DE AQUECIMENTO INICIAL (oC/h)
Modelo Linear R2 =0,8782
3,2 2,8 2,4 2 1,6 1,2
0
11,7
23,4
35,2
47FRAÇÃO VERMELHA (%)
23,4
35
46,6
58,3
70
CAL (%)0 11,7 23,4 35,2 47
SÍLICA (%)
Figura 4.8 – Taxa de aquecimento inicial das amostras no ensaio FBG.
As variações térmicas encontradas estão relacionadas ao calor gerado pelas
pastas durante a hidratação do cimento, que libera calor devido aos compostos
presentes que são hidratados. Partindo das informações apresentadas por
SANDBERG (2008), observa-se que as curvas de temperatura obtidas pelos
sensores de Bragg encontram-se muito próximas da curva típica do cimento. A partir
de dez horas de ensaio as temperaturas decaem. Este decréscimo está relacionado
com a desaceleração da hidratação.
A Figura 4.9 apresenta a taxa de desaquecimento ou diminuição da geração do
calor das amostras, durante o ensaio FBG. A taxa de desaquecimento em módulo é
menor naquelas amostras que contêm maior quantidade de sílica em relação
aquelas com cal e fração vermelha. O desaquecimento é mais intenso na presença
de maior quantidade da fração vermelha.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 57
TAXA DE DESAQUECIMENTO (oC/h)
Modelo Linear R2=0,9338
-0,6 -0,8 -1 -1,2
0
11,7
23,4
35,2
47FRAÇÃO VERMELHA (%)
23,4
35
46,6
58,3
70
CAL (%)0 11,7 23,4 35,2 47
SÍLICA (%)
Figura 4.9 – Taxa de desaquecimento das amostras durante ensaio FBG.
QUARCIONI (2008) encontrou alterações nos períodos de hidratação nas
amostras que continham cal. Ocorreu um aumento no período de indução; redução
no período de aceleração; e aumento no período de desaceleração.
Na Figura 4.10 pode-se observar a temperatura máxima que as amostram
alcançaram durante o ensaio. Nota-se que aquelas amostras onde a cal e a fração
vermelha estão em maiores quantidades, foram as que alcançaram as maiores
temperaturas. A temperatura sofreu variação de 50% entre a composição com as
quantidades de sílica ativa é máxima e fração vermelha mínima e a composição na
qual a quantidade de sílica ativa é mínima e fração vermelha máxima. Isto indica
que a fração vermelha também participa das reações.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 58
TEMPERATURA MÁXIMA (oC)
Modelo Linear R2=0,897
28 26 24 22 20 18 16 14
0
11,7
23,4
35,2
47FRAÇÃO VERMELHA (%)
23,4
35
46,6
58,3
70
CAL (%)0 11,7 23,4 35,2 47
SÍLICA (%)
Figura 4.10 – Temperatura máxima alcançada pelas amostras no ensaio FBG.
4.6 Análise Reológica da Pasta
4.6.1 Squeeze-flow
Os perfis obtidos das curvas no ensaio Squeeze-flow para as pastas estudadas
estão apresentados na Figura 4.11. As curvas apresentadas demonstram que
cada pasta apresenta características reológicas semelhantes, mas, diferentes, pois
cada pasta apresentou diferente capacidade de absorção da compressão imposta
pelo punção móvel do equipamento. A Referência, composta apenas de Cimento CP
V, apresentou a maior carga de compressão que as demais amostras.
O comportamento encontrado assemelha-se ao comportamento observado
para argamassas colantes apresentado por COSTA (2006), embora as forças
alcançadas naquele trabalho superem ao encontrado nesta dissertação. Em
argamassas colantes, as amostras que apresentam maior carga máxima de
compressão apresentam maior dificuldade ao espalhamento e deformações de
cordões. E quando a argamassa é fluida demais possivelmente pode ocorrer o
deslizamento do material da placa no momento do espalhamento e formação dos
cordões.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 59
O ensaio realizado por COSTA (2006) estabeleceu um deslocamento de 3 mm
e velocidade de deslocamento mantida em 0,1 mm/s para todas as argamassas.
Estas condições simulam os esforços que a argamassa colante está sujeita na
prática e mostram-se representativas para as argamassas em seu estudo. Neste
trabalho, para as pastas contendo cimento manteve-se a velocidade de 0,1 mm/s e o
deslocamento foi realizado até 5 mm. A interferência da morfologia dos materiais
presentes nas amostras de pastas pode ser verificado, pois neste caso o sistema
encontrava pouca pasta devido ao amplo deslocamento aplicado, e as partículas
apresentavam mais contato entre si. Estas informações foram apresentadas por
COSTA (2006) que utilizou um deslocamento de 7 mm para verificar estes
parâmetros nas argamassas de seu estudo. Na Figura 4.11 observa-se o
comportamento das composições durante o ensaio.
Figura 4.11 – Perfil da curva força x deformação das amostras para os 5 mm de deslocamento no ensaio Squeeze-flow.
As curvas apresentam características reológicas diferentes, devido às
características individuais de cada pasta para absorver a força de compressão.
Segundo COSTA (2006), a distribuição granulométrica dos materiais presentes nas
amostras é o principal fator interferente do ensaio, pois o aumento da carga
acontece pela aproximação das partículas da pasta. Dentre as composições
estudadas, as de resistência inicial maior do que a Referência apresentaram uma
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 60
pequena quantidade de fração vermelha de até 23%, apesar dessa levar a uma
redução do volume aparente quanto maior a quantidade usada. Nenhuma das
composições estudadas apresentou uma elevação da resistência no final da
deformação, tal como a Referência, as amostras apresentaram apenas duas
inclinações, sendo o ponto de inflexão entre as duas retas o ponto de escoamento.
A força e a deformação no ponto de escoamento do material também podem
ser encontradas neste ensaio. Tal força é a carga absorvida pelo material no estado
elástico antes de entrar no estado plástico. Na Figura 4.12 é possível observar a
força encontrada em cada amostra analisada. As composições em que a quantidade
de cal e fração vermelha eram superiores foram aquelas que apresentaram a menor
força de escoamento.
FORÇA DE ESCOAMENTO (N)
Modelo Quadrático R2=0,9696
200
160
120
80
40
0
11,7
23,4
35,2
47
FRAÇÃO VERMELHA (%)
23,4
35
46,6
58,3
70
CAL (%)
0 11,7 23,4 35,2 47
SÍLICA (%)
Figura 4.12 - Força de escoamento das misturas de aglomerantes.
Além da força de escoamento, a deformação ocorrida no ponto de escoamento
também foi encontrada. Na Figura 4.13 é possível observar estes dados. Este
resultado reflete a medida de deformação (mm) no momento do escoamento.
Observando os dados de COSTA (2006) e BETIOLI (2009) nos quais as argamassas
de seus ensaios apresentavam a deformação antes de 0,5 mm. Neste trabalho a
deformação das pastas no ponto de escamento variou de 1,33 a 3,99 mm. Quanto
maior a quantidade de cal maior a deformação no ponto de escoamento.
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 61
DEFORMAÇÃO NO ESCOAMENTO (mm)
Modelo Quadrático R2=0,9239
10
8
6
4
2
0
11,7
23,4
35,2
47
FRAÇÃO VERMELHA (%)
23,4
35
46,6
58,3
70
CAL (%)
0 11,7 23,4 35,2 47
SÍLICA (%)
Figura 4.13 – Deformação das pastas no ponto de escoamento.
As inclinações encontradas para as pastas estão representadas na Figura 4.14.
São apresentadas nesta Figura as primeiras e as segundas inclinações, relativas às
regiões de deformações elásticas e plásticas respectivamente, obtidas a partir dos
dados representados na Figura 4.11.
PRIMEIRA INCLINAÇÃO (N/mm)
Modelo Quadrático R2=0,9268
80
70
60
50
40
30
20
10
0
11,7
23,4
35,2
47
FRAÇÃO VERMELHA (%)
23,4
35
46,6
58,3
70
CAL (%)
0 11,7 23,4 35,2 47
SÍLICA (%)
SEGUNDA INCLINAÇÃO (N/mm)
Modelo Quarático R2=0,9836
70
60
50
40
30
20
0
11,7
23,4
35,2
47
FRAÇÃO VERMELHA (%)
23,4
35
46,6
58,3
70
CAL (%)
0 11,7 23,4 35,2 47
SÍLICA (%)
Figura 4.14 – Inclinações obtidas a partir das curvas de squeeze-flow para as amostras .
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 62
O comportamento encontrado pelas amostras na Figura 4.14 pode sofrer a
influência de vários fatores, tais como: a densidade dos materiais, sua área
específica, a quantidade de água presente nas pastas. Durante o ensaio não foi
mantida uma quantidade de água específica para todas as amostras. Cada amostra
foi ensaiada com a quantidade de água necessária para existir consistência entre os
materiais. Desta forma, o cimento recebeu água suficiente para a sua hidratação e
uma quantidade extra de água para que todos os componentes encontrassem
saciedade. Como neste ensaio é avaliada a resistência oferecida pela pasta durante
o início do ensaio, a quantidade de água é muito importante.
Não considerando a Referência (C0S0FV0CPV100), a quantidade de água
presente nas amostras foi coerente com a quantidade dos materiais presentes nas
misturas. Quanto maior a quantidade de sílica ativa presente, maior a quantidade de
água acrescida à mistura para oferecer consistência. A cal também exigiu maior
quantidade de água que a fração vermelha quando a sílica não estava presente.
Assim, a maior quantidade de fração vermelha na amostra, fazia com que a
quantidade de água fosse diminuída. Esta mesma coerência não existiu para todas
as amostras na força encontrada durante a compressão do ensaio squeeze-flow. A
Tabela 4.5 apresenta as quantidades de água utilizadas em cada amostra.
Tabela 4.5 – Quantidade de água utilizada em casa amostra.
Amostras 02 03 05 09 11 13 17 Referência
Água (g) 264 220 366 231 136 162 215 227
Força máxima
durante a
compressão
Squeeze-flow
262,53 53,006 132,18 305,68 295,61 222,68 218,57 559,24
Embora a amostra 03 (C70S0FV0CPV30), composta por cal e cimento, não
apresentasse grande quantidade de água, sua resistência foi inferior frente às
demais amostras. Deve-se este comportamento a esta quantidade de cal superior a
quantidade de cimento presente. Visto que a cal quando presente em misturas com
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 63
cimento dá trabalhabilidade à mistura, não há uma contribuição deste para a
resistência do sistema, muito pelo contrário.
As amostras 05 (C23S47FV0CPV30), 02 (C47S23FV0CPV30) e 09
(C23S23FV23CPV30), que apresentaram as maiores quantidade de água presente,
respectivamente, alcançaram resistência superior à amostra 03 (C70S0FV0CPV30).
Estas três amostras apresentavam cal, sílica ativa na composição. A fração
vermelha estava presente apenas na amostra 09 (C23S23FV23CPV30). As
amostras 11 (C23S0FV47CPV30), 13 (C47S0FV23CPV30) e 17
(C39S16FV16CPV30) continham a menor quantidade de água presente. Entretanto,
as amostras 13 (C47S0FV23CPV30) e 17 (C39S16FV16CPV30) apresentavam
maior quantidade de cal, sendo esta provavelmente a causa da diminuição de sua
resistência ao ensaio. A amostra 11 (C23S0FV47CPV30) apresentou o melhor
desempenho.
Após esta breve caracterização, pode-se avaliar também o comportamento das
massas durante o ensaio. Excluindo a amostra 03 (C70S0FV0CPV30), todas as
demais apresentaram fissuras durante a compressão, conforme Figura 4.15.
Acredita-se que a ausência de fissura está relacionada com a capacidade do
material em resistir à pressão exercida pelo sistema sem perda de coesão. Este
comportamento foi observado próximo ao pico de força como observado na Figura
4.15b até a conclusão da compressão em 5 mm.
Figura 4.15 - Pastas durante a realização do ensaio. (a) Sem fissuras; (b) Apresentando fissuras (Foto do autor, 2009).
a b
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 64
Na Figura 4.16, com curvas de nível com ajuste quadrático, os valores de força
máxima alcançados pelas amostras são apresentados, evidenciando que a presença
da cal em maiores quantidades admite força de compressão menor aquelas
exercidas nas composições que contenham fração vermelha em maior quantidade.
Segundo BETIOLI (2009) a variação da deformação é causada pela redução
da altura da amostra. A cada nova altura, uma nova solicitação ocorre na amostra.
Desta forma, a distribuição das partículas e do fluido modifica-se constantemente
para promover o fluxo do material como um todo. Essa diferença em particular faz
com que o método tenha capacidade de identificar a influência de características
relacionadas com o atrito no comportamento reológico de suspensões concentradas.
FORÇA MÁXIMA (N)
Modelo Quadrático R2=0,9226
300 260 220 180 140 100 60
0
11,7
23,4
35,2
47FRAÇÃO VERMELHA (%)
23,4
35
46,6
58,3
70
CAL (%)0 11,7 23,4 35,2 47
SÍLICA (%)
Figura 4.16 - Força máxima alcançada pelas amostras.
4.7 Difração de Raios - X
Na Tabela 4.6 é possível observar todos os componentes que foram
encontrados nas amostras estudadas durante o ensaio de difração de raios-X.
Hidróxidos de cálcio e magnésio, carbonato de cálcio, óxido de magnésio e o
quartzo foram os componentes que prevaleceram presentes em 75% das amostras
trabalhadas. Todas as misturas realizadas apresentaram estes componentes em sua
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 65
composição. Outros componentes foram encontrados, mas não firmaram presença
em todas as amostras.
Baseados nestes resultados, algumas comparações podem ser realizadas. Os
difratogramas das matérias-primas utilizadas (Figura 4.17) apresentam alguma
familiaridade quando se comparam a fração vermelha (59109 L) com o cimento
Portland (59109 K). Esta semelhança deve-se provavelmente a pequenas frações de
concretos e argamassas presentes na composição da fração vermelha. Embora os
resíduos sejam separados na origem em resíduos de concreto e de fração vermelha,
a separação não é perfeita e algumas peças contendo cimento podem contaminar
esta fração vermelha.
Tabela 4.6 – Componentes encontrados no ensaio de difração de raios –X.
Componente Fórmula
Química
Composições
2
3
5 9 11 13 15 17 Cimento Fração
Vermelha
Cal
Portlandite Ca(OH)2 x x x x x x x x x
Brucite Mg(OH)2 x x x x x x x x
Quartz SiO2 x x x x x x x x x x x
Periclase MgO x x x x x x x x x
Calcite CaCO3 x x x x x x x x
Gypsum CaSO4.2H2O
x x x x x x
Cristobalite SiO2
x
Calcium Silicate
CaSiO3
x x
Calcium Silicate
Ca2SiO4 x
Calcium Silicate
Ca3SiO5 x
x
x
Brownmillerite Ca2(Al, Fe+3
)2O5
x
x
Na Figura 4.18 são observadas as amostras que continham sílica ativa em sua
composição. As amostras 59109 A, D, H, I, apresentam leve semelhança. Nestas
amostras a quantidade de sílica ativa apresentava-se em menor proporção. A
amostra 59109 C era a amostras que apresentava a maior quantidade de sílica ativa.
O comportamento desta amostra lembra o comportamento da sílica ativa como
matéria-prima (59109 M).
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 66
As amostras 03 (C70S0FV0CPV30), 11 (C23S0FV47CPV30), 13
(C47S0FV23CPV30) e a Referência (C0S0FV0CPV100), que não apresentavam
sílica ativa em sua composição também mantiveram comportamento semelhante. A
amostra 59109 B (03 - C70S0FV0CPV30), que era composta apenas por cimento
Portland e cal, apresentou picos cristalinos em maior quantidade. A amostra 59109
G (15 - C0S0FV0CPV100) composta apenas por cimento Portland, apesar de
lembrar as demais amostras, apresentou maior grau de amorfismo. As amostras 11
(C23S0FV47CPV30) e 13 (C47S0FV23CPV30), respectivamente, 59109 E e F, além
de cal e cimento Portland continham fração vermelha. Estas amostras mesmo
variando as suas composições mantiveram comportamentos idênticos (Figura 4.22).
Figura 4.17 - Difratograma das matérias-primas.
Cal
Fração Vermelha
Cimento CP V
Sílica Ativa
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 67
Figura 4.18 - Difratograma das amostras que continham sílica ativa em sua
composição.
Composição 2
Composição 5
Composição 9
Composição 17
Composição 17 Duplicata
Sílica Ativa
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 68
Figura 4.19 - Difratograma das amostras que não apresentavam sílica ativa em sua
composição.
4.8 Fluorescência de raios - X
Este ensaio foi realizado para confirmar a composição química das amostras
amostras puras de cimento Portland, cal, sílica ativa, fração vermelha, e ainda das
misturas as amostras 09 (C23S23FV23CPV30) e 15 (C0S0FV0CPV100) para
confirmar os compostos encontrados no ensaio de difração de raios-X.
Na Tabela 4.7 é possível observar os componentes presentes nestas amostras.
Observa-se que SiO2 e CaO são os componentes principais encontrados nas
Referência
Composição 15
Composição 13
Composição 11
Composição 3
Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 69
amostras analisadas. Apesar de apenas a composição 09 ser caracterizada pela
mistura de todos os componentes da matéria-prima, em quantidades iguais,
observa-se que a quantidade de SiO2 encontra-se elevada. Este fato deve estar
relacionado com a quantidade de sílica presente na fração vermelha e também na
sílica ativa. Provavelmente a sílica presente sobressai aos demais constituintes das
amostras.
Tabela 4.7 - Componentes presentes nas amostras pelo ensaio de Fluorescência de raios-X.
Componente
Concentração (%)
Cimento Portland
CP V
Cal Fração vermelha
Sílica ativa
Composição 09
C23S23FV23CPV30
Composição 15
C0S0FV0CPV100
SiO2 20,6 3,7 70,1 - 44,7 17,9
CaO 58,2 43,6 8,1 - 27,0 52,7
CO2 4,3 26,9 10,8 - 16,6 16,1
MgO 2,7 25,2 1,9 - 6,0 2,0
Al2O3 3,8 0,1 5,3 - 2,1 3,0
Fe2O3 3,4 0,3 2,6 - 1,5 3,3
SO3 4,9 0,0 0,3 - 1,1 3,3
K2O 1,0 0,0 0,3 - 0,5 0,8
TiO2 0,3 - 0,4 - 0,2 0,2
Na2O 0,2 - 0,1 - 0,1 0,1
P2O5 0,2 - 0,1 - 0,1 0,1
SrO 0,2 0,0 0,0 - 0,1 0,2
MnO 0,1 0,0 0,0 - 0,0 0,1
BaO 0,1 0,0 - - 0,0 0,1
Cl 0,0 - - - - 0,0
Rb2O 0,0 - 0,0 - - 0,0
ZrO2 - - 0,0 - - -
Cr2O3 0,0 - - - - -
V2O5 0,0 - - - - -
Capítulo 5 Conclusão 70
5 CONCLUSÃO
Avaliando os resultados encontrados pode-se compreender que:
A partir do ensaio realizado, é possível afirmar que a sílica ativa seguida pela
fração vermelha e pela cal, em ordem decrescente, apresentaram áreas específicas
superiores ao do cimento Portland. Verificando a densidade, o cimento apresenta o
maior resultado, seguido da fração vermelha, cal e sílica ativa. O fato do valor da
densidade da fração vermelha ser menor que a do cimento é explicado pela maior
porosidade das partículas cerâmicas que apresenta área específica alta.
No ensaio de inicio e fim de pega, apenas a amostra número 12
(C47S12FV12CPV30) apresentou exatamente o mesmo tempo da amostra
Referência (C0S0FV0CPV100). As que apresentaram tempos menores do que os
da Referência foram as de número 6 (C12S12FV47CPV30) e 13
(C47S0FV23CPV30). Observou-se que uma destas amostras não contava com a
presença da sílica ativa e a outra a menor quantidade usada na composição. As
amostras que apresentam uma maior quantidade de sílica ativa retardaram os
tempos de início e fim de pega. As amostras 5 (C23S47F0CPV30) e 14
(C0S70FV0CPV30) são exemplos deste fato, pois para estas amostras foram
observados incrementos de duas horas e meia para o início e quatro horas para que
o tempo de pega fosse concluído em relação à Referência. Para estas amostras foi
também necessária uma quantidade maior de água. O menor consumo de água foi
observado para as amostras com maiores quantidades de fração vermelha.
Avaliando somente os resultados encontrados de início e final de pega e
comparando com a amostra Referência, as amostras 6 (C12S12FV47CPV30), 12
(C47S12FV12CPV30) e 13 (C47S0F23CPV30) podem ser consideradas como
aglomerante alternativo para serem utilizadas em substituição ao cimento puro.
As curvas encontradas durante o ensaio FBG assemelharam-se a curva típica
de calor de hidratação pelo tempo nas fases I e II de pré-indução e período de
indução/dormência, respectivamente. Aquelas amostras nas quais a cal e a fração
vermelha estão em maiores quantidades, foram as que alcançaram as maiores
temperaturas. A temperatura sofreu variação de 50% entre a composição na qual a
quantidade de sílica ativa é máxima e fração vermelha mínima e a composição na
Capítulo 5 Conclusão 71
qual a quantidade de sílica ativa é mínima e fração vermelha máxima. Isto indica
que a fração vermelha também participa das reações. As amostras que menos
liberaram calor foram as que continham sílica ativa em maior concentração
O comportamento encontrado pelas pastas no ensaio Squeeze-flow
assemelha-se ao comportamento observado para argamassas colantes.
Visualizando a deformação no escoamento, as amostras que continham quantidades
de fração vermelha foram as que apresentaram maior deformação. Na força de
escoamento, a interação entre sílica ativa e fração vermelha apresentou maior
resistência. As composições em que a quantidade de Cal era superior foram
aquelas que apresentaram a menor força de escoamento e maior deformação no
ponto de escoamento, isto se deve ao fato da cal quando presente em misturas com
cimento dar maior trabalhabilidade à mistura.
Capítulo 6 Sugestões para trabalhos futuros 72
6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
No decorrer das atividades foi possível observar a necessidade de realização
de outros ensaios para certificar o uso do material utilizado.
Avaliar o calor de reação e os compostos formados utilizando fração vermelha
com granulometria compatível com a cal ou com o cimento.
Devido os materiais pozolânicos apresentarem reatividade latente,
ocasionando máximas resistências em idades avançadas, deve-se analisar a
pozolanicidade com a cal e com o cimento Portland.
Avaliar a evolução dos compostos mineralógicos com o tempo por meio da
técnica da difração de raios X, concomitante com a análise da evolução da
resistência mecânica à compressão em amostras de argamassa com areia padrão.
Refinar as análises reológicas das amostras na forma de argamassas com
areia padrão, utilizando a técnica de Squeeze Flow.
Referências 73
REFERÊNCIAS
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Anexo A – Difratogramas de raios-X
ANEXO A – DIFRATOGRAMAS DE RAIOS X
Composição 02
Anexo A – Difratogramas de raios-X
Composição 03
Anexo A – Difratogramas de raios-X
Composição 05
Anexo A – Difratogramas de raios-X
Composição 09
Anexo A – Difratogramas de raios-X
Composição 11
Anexo A – Difratogramas de raios-X
Composição 13
Anexo A – Difratogramas de raios-X
Composição 15
Anexo A – Difratogramas de raios-X
Composição 17
Anexo A – Difratogramas de raios-X
Cimento Portland
Anexo A – Difratogramas de raios-X
Cal Hidratada
Anexo A – Difratogramas de raios-X
Sílica Ativa
Anexo A – Difratogramas de raios-X
Fração Vermelha