UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ

JEAN MARCELO FERNANDES SOUTO

AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DA CINZA DO BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR NA PRODUÇÃO DE CONCRETOS.

MARINGÁ 2010

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JEAN MARCELO FERNANDES SOUTO

AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DA CINZA DO BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR NA PRODUÇÃO DE CONCRETOS.

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Urbana da Universidade Estadual de Maringá como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Engenharia Urbana. Orientador: Prof. Dr. Romel Dias Vanderlei.

MARINGÁ 2010

Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP) (Biblioteca Central - UEM, Maringá – PR., Brasil)

Souto, Jean Marcelo Fernandes

S728a Avaliação de desempenho da cinza do bagaço de

cana-de-açucar na produção de concreto / Jean

Marcelo Fernandes Souto. -- Maringá : [s.n.], 2010.

105 f. : il. color., figs., tabs., retrs., mapas

Orientador : Prof. Dr. Romel Dias Vanderlei.

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de

Maringá, Programa de Pós-Graduação em Engenharia

Urbana, 2010.

1. Concreto - Cinza de bagaço de cana-de-açucar -

Avaliação. 2. Concreto - Cinza de bagaço de cana-de-

açucar - Efeito. 3. Concreto - Cinza de bagaço de

cana-de-açucar - Resistência. 4. Concreto - Cinza de

bagaço de cana-de-açucar - Filler. I. Vanderlei,

Romel Dias, orient. II. Universidade Estadual de

Maringá. Programa de Pós-Graduação em Engenharia

Urbana. III. Título.

CDD 21.ed.624.1

JEAN MARCELO FERNANDES SOUTO

SUBSTITUIR PELA FICHA APROVAÇÃO

AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DA CINZA DO BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR COMO FILLER NA PRODUÇÃO DE

CONCRETOS.

Esta dissertação julgada e aprovada para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Urbana no programa de Pós-graduação em Engenharia Urbana da Universidade Estadual de Maringá.

Prof. Dr.Generoso de Angelis Neto, Coordenador do Programa. _______________________________________________ Prof. Dr. Romel Dias Vanderlei (Orientador) - UEM _______________________________________________ Prof. Dr. João Adriano Rossignolo - USP _______________________________________________ Prof. Dr. Carlos Humberto Martins – UEM

Maringá, 09 de abril de 2010.

Ao meu pai e meu avô que, mesmo nas suas ausências, ainda norteiam os caminhos da minha vida.

AGRADECIMENTOS

As nossas principais conquistas não são frutos de um trabalho isolado, tão pouco individual, por isto agradeço, primeiramente, a Deus por mais esta oportunidade de crescimento. À minha família,em especial minha esposa, pelo incentivo e apoio não só durante este período , mas em todas as minhas conquistas. A minha mãe pelas inúmeras orações a mim dedicadas e as minhas irmãs, por cada abraço sincero. Ao meu pai, Marcão “in memorian” por ter me ensinado as boas práticas da engenharia, com a paixão e a dedicação que o fez um dos maiores topógrafos deste País. Ao meu orientador, Romel Dias Vanderlei, pela constante disposição em ajudar, e por proporcionar o avanço deste trabalho, compartilhando as dificuldades da execução e os êxitos obtidos. Aos demais professores do PEU, que proporcionaram o meu crescimento no campo da Engenharia Urbana. Ao SENAI e a FIEP, em especial à Lidia Gomes Mendonça; Terezinha Antonechen; Reinaldo Stockus; João Militão; Juliana Lacerda; Cleriane Denipotti e Sabrina Levinton, por acreditarem na importância deste trabalho para mim, disponibilizando recursos e principalmente o apoio incondicional, tão importante para a superação dos inúmeros obstáculos que surgiram ao longo desta pesquisa. À CONCREMARSUL, na pessoa do Sr. Edson que, através da sua visão empreendedora acreditou neste projeto, disponibilizando de forma significativa os recursos necessários para o desenvolvimento da etapa experimental. Aos técnicos do laboratório LADTEC-SENAI pela boa vontade e auxílio nos ensaios desenvolvidos nesta qualificação. Ao “mestre” Luzardo Teixeira “in memorian”, por despertar em mim a paixão pela tecnologia do concreto, transformando-me em um “ser com alma”. A todos os amigos que torceram pela conclusão deste trabalho;

O meu muito obrigado.

“A gente tem que sonhar, senão as coisas não acontecem”. Oscar Neimeyer

RESUMO

Nos últimos anos a ciência tem dedicado grande atenção ao aquecimento global. A emissão direta de dióxido de carbono na atmosfera tem sido apontada como o principal fator de destruição da camada de Ozônio, sendo somente a indústria cimenteira responsável por 07% de todas as emissões de CO2 do mundo. Com o objetivo de minimizar estes índices de emissões de CO, bem como as consequências do aquecimento global, pesquisas vêm sendo desenvolvidas com o intuito de reduzir o volume de cimento produzido no planeta através de adições minerais, com destaque para o emprego dos resíduos da agroindústria (cinza da casca do arroz e cinza de bagaço da cana – de - açúcar), que somaram no Brasil um volume de 3,5 milhões de toneladas. O trabalho que segue explora o efeito da cinza de bagaço de cana – de – açúcar, “in natura”, com teores de adição variando entre 05 e 30% em concretos de classe C30. A CBC, cinza de bagaço de cana-de-açúcar, foi avaliada através de ensaios físicos, como distribuição granulométrica e determinação do índice de vazios e módulo de finura da cinza; sendo verificada a sua composição através de ensaios de macronutrientes. Nos concretos, foram realizados ensaios mecânicos em corpos-de-prova sendo verificada a resistência à compressão axial, tração por compressão diametral e módulo de deformação. Os números iniciais demonstraram resultados significativos nos ensaios de resistência à compressão axial para índices de até 20% de substituição em massa de areia, sendo registrados ganhos de até 12% em comparação ao concreto de referência, mesmo com o aumento acentuado no fator a/c. Desta forma, esta pesquisa vem a contribuir para a aplicação da CBC como material alternativo na produção de concreto de cimento Portland, por promover resistências elevadas aos 28 dias com baixo consumo de cimento. Palavras-chave: cinza do bagaço da cana-de-açúcar; filler; atividade pozolânica; resíduo agroindustrial.

ABSTRACT

In recent years science has devoted considerable attention to global warming. The direct emission of carbon dioxide in the atmosphere has been identified as the main factor in destroying the ozone layer, with only the cement industry accounts for 07% of all CO2 emissions in the world. Aiming to reduce these levels of CO, and the consequences of global warming, research has been developed with the aim of reducing the volume of cement produced in the planet through mineral admixtures, especially the use of agro-industry waste (rice husk ash and bagasse ash - of - sugar), which in Brazil amounted to a volume of 3.5 million tons. The work that follows explores the effect of sugarcane bagasse ash - of - sugar, "in natura", with contents ranging between 05 and adding 30% in concrete class C30. The CBC, bagasse ash cane sugar was assessed by physical tests, such as size distribution and determination of void ratio and modulus of fineness of ash, their composition was verified by tests of nutrients. In the concrete, were carried out mechanical tests on bodies-of-proof being checked for compressive strength, diametral tensile and compression modulus of elasticity. The initial numbers showed significant results in tests for resistance to axial compression rates up to 20% replacement by mass of sand, recorded gains of up to 12% compared to the reference concrete, even with the sharp increase in the factor a / c . Thus, this research hopes to contribute to the implementation of the CBC as an alternative material in the production of Portland cement concrete, because it provides high resistance to 28 days with low consumption of cement.

Keywords: ash from bagasse cane sugar; filler; pozzolanic activity; agroindustrial residue.

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 01 - PRODUÇÃO ANUAL DE CIMENTO PORTLAND NO BRASIL 02FIGURA 02 - PRIMEIRAS OBRAS DE ENGENHARIA COM USO DE AGLOMERANTE 07FIGURA 03 - FAROL DE EDDYSTONE E FORNOS DE CIMENTO 08FIGURA 04 - FLUXOGRAMA DA FABRICAÇÃO DO CIMENTO – SIMPLIFICADO 10FIGURA 05 - TAXA DA EVOLUÇÃO DE CALOR DURANTE A HIDRATAÇÃO DE CIMENTO 12FIGURA 06 - REAÇÕES E MICRO ESTRUTURA DO CIEMNTO PORTLAND 13FIGURA 07 - FLUXOGRAMA DO PROCESSAMENTO DA CANA-DE-AÇÚCAR 19FIGURA 08 - BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR EM FOTOGRAFIA 20FIGURA 09 - USINAS E DESTILARIAS NO ESTADO DO PARANÁ 22FIGURA 10 - MORFOLOGIA DAS PARTÍCULAS DE C. B.C 23FIGURA 11 - ANALISE DA PASTA DE CIMENTO 26FIGURA 12 - ESTRUTURA DA SILICA CRISTALINA E AMORFA 33FIGURA 13 - RESISTÊNCIA DA ARGAMASSA COM ADIÇÃO DE C.B.C 37FIGURA 14 - ESPECTRO DA DIFRAÇÃO DE RAIO - X 39FIGURA 15 - ESTOQUE DE AREIA – EMPRESA CONCREMARSUL 48FIGURA 16 - AREIA MÉDIA UTILIZADA NA PESQUISA 48FIGURA 17 - AGREGADO GRAÚDO – ESTOQUE CONCREMARSUL 49FIGURA 18 - AMOSTRA DE BRITA 01 49FIGURA 19 - AMOSTRA DE CBC “IN NATURA” 51FIGURA 20 - PENEIRADOR MECÂNICO COM TIMER INCORPORADO - SOLOTEST 58FIGURA 21 - DETERMINAÇÃO DO TEOR DE MATERIAL PULVERULENTO 66FIGURA 22 - ESTUFA PARA SECAGEM DE MATERIAIS 67FIGURA 23 - ENSAIO PARA DETERMINAÇÃO DO ABATIMENTO DO CONCRETO - SLUMP 69FIGURA 24 - PESAGEM DOS MATERIAIS 80FIGURA 25 - CURA DOS CORPOS-DE-PROVA EM CAMARA UMIDA 82FIGURA 26 - CORPOS-DE-PROVA COM PASTA DE ENXOFRE 83FIGURA 27 - ENSAIO DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO 84FIGURA 28 - ENSAIO DE MÓDULO DE DEFORMAÇÃO 85FIGURA 29 - ENSAIO DE RESISTÊNCIA A TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL 86FIGURA 30 - CORRELAÇÃO ENTRE TEOR DE CBC E FATOR A/C 89FIGURA 31 - ANALISE DOS VALORES DE RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO AXIAL 92FIGURA 32 - TAXA DE CRESCIMENTO ENTRE AS IDADES DE 07 E 28 DIAS 93FIGURA 33 - ANALISES DOS VALORES DE MODULO DE DEFORMAÇÃO 95FIGURA 34 - DIFERENÇA ENTRE FCK E RESISTÊNCIA A TRAÇÃO 96

LISTA DE TABELAS

TABELA 01-

COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CBC 20

TABELA 02-

EXIGÊNCIAS FÍSICAS PARA OS MATERIAIS POZOLÂNICOS 34

TABELA 03-

EXIGÊNCIAS QUÍMICAS PARA OS MATERIAIS POZOLÂNICOS 34

TABELA 04-

COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CBC – CORDEIRO (2006) 36

TABELA 05-

ANALISE GRANULOMÉTRICA DA CBC APÓS MOAGEM 38

TABELA 06-

DETERMINAÇÃO DA ATIVIDADE POZOLÂNICA 39

TABELA 07-

ENSAIO DE MASSA UNITÁRIA DO AGREGADO GRAÚDO 55

TABELA 08-

ANALISE QUÍMICA DA CBC - MACRONUTRIENTE 56

TABELA 09-

ANALISE QUÍMICA DA CBC – RESULTADOS ANALÍTICOS 57

TABELA 10-

ANALISE GRANULOMÉTRICA DA CINZA 59

TABELA 11-

DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO MIÚDO 60

TABELA 12-

DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO GRAÚDO – BRITA 01 61

TABELA 13-

DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO GRAÚDO – BRITA 0 62

TABELA 14-

ABSORÇÃO E MASSA ESPECÍFICA DOS AGREGADOS GRAÚDOS 65

TABELA 15-

QUANTIDADE MÍNIMA DE AGREGADOS PARA O ENSAIO DE MASSA UNITÁRIA

67

TABELA 16-

INFLUÊNCIA DA CBC NO ABATIMENTO DO CONCRETO 70

TABELA 17-

DETERMINAÇÃO DO MENOR ÍNDICE DE VAZIOS 71

TABELA 18-

PROJETO DE DOSAGEM DO TRAÇO DE REFERÊNCIA 79

TABELA 19-

PROJETO DE DOSAGEM DOS TRAÇOS COMPLEMENTARES 81

TABELA 20-

INFLUENCIA DA CBC NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO FRESCO 89

TABELA 21-

RESULTADO DOS ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CONCRETO

91

TABELA 22-

RESULTADO DO ENSAIO DE MÓDULO DE DEFORMAÇÃO 93

TABELA 23-

RESISTÊNCIA A TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL 96

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 011.1 JUSTIFICATIV A DO TRABALHO 031.2 OBJETIVOS 061.3 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO 05

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 07

2.1 CIMENTO PORTLAND 07 2.1.1 PRODUÇÃO E COMPOSIÇÃO 09 2.1.2 REAÇÃO DE HIDRATAÇÃO 112.2 RESÍDUOS E SUBPRODUTOS 13 2.2.1 ASPECTOS GERAIS 132.3 A CANA – DE- AÇÚCAR NO BRASIL 172.4 ADIÇÕES MINERAIS 24

2.4.1 POZOLANAS 28 2.4.1.1 DEFINIÇÃO E CLASSIFICAÇÃO 28 2.4.1.2 REAÇÕES POZOLÂNICAS 31 2.4.1.3 DETERMINAÇÃO DA ATIVIDADE POZOLÂNICA 32 2.4.2 DETERMINAÇÃO DO I.A.P. NA C.B.C. 35 3 MATERIAIS E MÉTODOS 44

3.1 SELEÇÃO E COLETA DOS MATERIAIS 47 3.1.1 AGREGADOS 47 3.1.2 CIMENTO PORTLAND 50 3.1.3 CINZA DE BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR 51 3.1.4 ÁGUA 51 3.1.5 ADITIVO PLASTIFICANTE 52

3.2 ENSAIOS PARA CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS 52 3.2.1 ANALISE FÍSICO-QUÍMICA DA CBC 52 3.2.1.1 DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA DA CBC 52 3.2.1.2 MASSA UNITÁRIA DA CBC 54 3.2.1.3 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CBC 56 3.2.1.4 DETERMINAÇÃO GRANULOMÉTRICA DA CBC 57 3.2.2 ANALISE FÍSICA DOS AGREGADOS GRAÚDOS E MIÚDOS 59 3.2.2.1 COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA DOS AGREGADOS 59 3.2.2.2 MASSA ESPECÍFICA E UNITÁRIA DOS AGREGADOS 62 3.2.2.2.1 AGREGADO MIÚDO 62 3.2.2.2.2 AGREGADO GRAÚDO 64

3.3 DEFINIÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DO CONCRETO 68 3.3.1 DEFINIÇÃO DO FCK 68 3.3.2 FIXAÇÃO DO ABATIMENTO – SLUMP 69 3.3.3 DETERMINAÇÃO DO TEOR IDEAL DE ARGAMASSA 69 3.3.4 DETERMINAÇÃO DA PROPORÇÃO DOS AGREGADOS GRAÚDOS 71 3.3.5 DETERMINAÇÃO DOS TEORES DE ADIÇÃO DE C.B.C. 72

3.4 ELABORAÇÃO DO PROJETO DE DOSAGEM – M.H.T 72 3.4.1 RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA DE DOSAGEM 72 3.4.2 CALCULO DO FATOR A/C 73 3.4.3 CALCULO DA RELAÇÃO ÁGUA – MATERIAIS SECOS (A%) 74 3.4.4 DETERMINAÇÃO DE “M” 75 3.4.5 DETERMINAÇÃO DO CONSUMO DE AGREGADO MIÚDO E GRAÚDO 76 3.4.6 DETERMINAÇÃO DO CONSUMO DE CIMENTO 78

3.5 PREPARO DAS AMOSTRAS 79 3.5.1 FABRICAÇÃO DO CONCRETO 79 3.5.2 MOLDAGEM DOS CORPOS-DE-PROVA 81 3.5.3 CURA DO CONCRETO 82

3.6 ENSAIO DE RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO AXIAL 833.7 ENSAIO PARA DETERMINAÇÃO DO MÓDULO DE DEFORMAÇÃO 843.8 RESISTÊNCIA A FLEXÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL 85

4 APRESENTAÇÃO E ANALISE DOS RESULTADOS 884.1 ANALISE DAS PROPRIEDADES DO CONCRETO FRESCO 884.2 ENSAIOS MECÃNICOS NO CONCRETO 90

4.2.1 RESISTÊNCIA Á COMPRESSÃO DO CONCRETO - RESULTADOS 91 4.2.2 MÓDULO DE DEFORMAÇÃO - RESULTADOS 93 4.2.3 RESISTÊNCIA A TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL –

RESULTADOS95

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS 98 6 REFERENCIAS 100

1 INTRODUÇÃO

Desde a antiguidade, o concreto tem sido o principal material de engenharia empregado pelo homem. Compostos formados por água, agregados e aglomerantes serviram de matéria prima para a construção de diversas estruturas que persistem ao longo dos séculos a ações intempéricas diversas, mantendo até os dias atuais a sua rigidez.

Fatores como durabilidade, custo de produção relativamente baixo, versatilidade de formas e a agilidade possibilitada à construção; somado à elevada resistência mecânica, conferiram ao concreto a condição de segundo material mais consumido pelo homem, sendo superado apenas pela água, conforme artigo publicado em 1964 por Brunauer e Copeland sendo posteriormente reproduzido por Mehta (2008), onde escreveram:

O material de construção mais utilizado é o concreto, comumente composto da mistura de cimento Portland com areia, brita e água. No ano passado, nos Estados Unidos, 63 milhões de toneladas de cimento foram convertidos em 500 milhões de toneladas de concreto, cinco vezes o consumo do peso em aço. Em muitos países, a proporção do consumo de concreto sobre o consumo de aço é de dez para um. O consumo mundial total de concreto no ano passado foi estimado em três bilhões de toneladas, ou seja, uma tonelada para cada ser humano vivo. Não há material mais consumido pelo homem em tamanha quantidade, com exceção da água.

Mehta (2008) estima atualmente, um consumo mundial de concreto na ordem de 11 bilhões de toneladas ao ano. Como consequência, segundo Cordeiro (2006), o elevado consumo deste compósito tem motivado um desafio a ser enfrentado pela indústria do concreto nos dias atuais, o qual consiste na coexistência do desenvolvimento tecnológico e da preservação do meio ambiente, principalmente em função dos problemas associados à produção do cimento Portland, seu principal constituinte.

Estudos realizados pelo Sindicato Nacional da Indústria do Cimento – SNIC – prevêem uma produção de cerca de 2,5 bilhões de toneladas / ano de cimento Portland no mundo, sendo o Brasil, o décimo maior produtor de cimento do mundo e o primeiro da América Latina com 59,80 milhões de toneladas no ano de 2009 (SNIC, 2010).

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Todavia, tem-se observado nos últimos três anos um crescimento acentuado na produção nacional de cimento, uma vez que o setor da construção civil tem apresentado um significativo crescimento neste período, motivado principalmente pela política econômica nacional, com destaque para o aumento da oferta de linhas de créditos destinadas à habitação e a redução de impostos, aliada a entrada do capital estrangeiro no desenvolvimento de grandes projetos no setor de geração de energia, elevando em 10% o consumo de cimento no país no ano de 2008 em comparação à 2007 (Figura 1).

Figura 1- Produção anual de cimento Portland no Brasil.

Fonte: (http://www.snic.org.br)

Com os aumentos do consumo de concreto e por conseqüência, o volume de aglomerante produzido pela indústria do cimento mundial, o setor tem sido amplamente questionado quanto ao consumo de energia e matéria prima necessários para produção do cimento, bem como o impacto ambiental gerado por suas atividades.

Estudos demonstram que para a produção de uma tonelada de cimento, consome-se cerca de 5 GJ de energia (STRUBLE e GODFREY apud CORDEIRO, 2006) e aproximadamente 1,7 toneladas de matéria-prima, sendo composta basicamente de calcário e argila. A produção do cimento é responsável, ainda, pela emissão de cerca de uma tonelada de dióxido de carbono (CO2), por tonelada de clínquer produzido, além de outros gases intensificadores do efeito estufa, como CO, CH4, NOx, NO2 e SO2, em proporções menores (MEHTA, 2008).

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Segundo estudos desenvolvidos por Toledo Filho (2008), estes níveis de emissão de gases não representam a realidade brasileira, haja vista, que o volume de emissão de dióxido de carbono no País é de 0,67 t para cada tonelada de cimento produzido. Toledo Filho (2008) fundamenta sua afirmação no fato do Brasil empregar em suas indústrias, diversas fontes de energias renováveis, sendo citada, a energia elétrica e o emprego de resíduos do setor siderúrgico como fonte de energia e adições.

1.1 JUSTIFICATIVA DO TRABALHO

Pensando nestes problemas, as pesquisas mundiais estão voltadas para o objetivo de reduzir o volume de cimento empregado na elaboração de concretos. Uma das maneiras de reduzir estes índices está relacionada à substituição parcial do volume de cimento por uma ou mais adições minerais que atuem quimicamente, como as pozolanas ou materiais com ação física, como os fillers de diferentes composições.

Na busca da economia de energia, como também da redução dos índices de poluição, os subprodutos da agroindústria vêm sendo uma boa opção para a indústria do cimento.

Desta forma, nas últimas duas décadas, o emprego de cinzas provenientes da agroindústria tais como a da casca de arroz e mais recentemente a do bagaço de cana-de-açúcar, tem sido bastante pesquisada, com destaque para os estudos que Mehta (2009) e seus colaboradores desenvolveram na Universidade da Califórnia, em Berkeley.

Pesquisadores como Romildo Toledo Filho (2008), Guilherme Chagas Cordeiro (2006), Anderson Maciel Zardo (2004), Lóri Ane L. Scremin (2008), dentre outros, muito tem contribuído para o desenvolvimento desta tecnologia no País.

Estes estudos apontaram que as cinzas da casca de arroz e do bagaço de cana-de-açúcar, quando produzidas através de processo assistido, em virtude da presença preponderante de sílica na composição química, apresentam-se como matérias-primas potenciais na produção de cimentos compostos e/ou de aditivos minerais para pastas, argamassas e concretos.

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No contexto mundial, muitos países, principalmente os asiáticos, já incorporam a cinza da casca do arroz amorfa (CCA) no cimento ou concreto. Isto se deve, segundo a pesquisadora, a grande abundância de arroz e por conseqüência, dos resíduos provenientes do seu beneficiamento nessas regiões (SCREMIN et al. ,2008).

No Brasil esta tecnologia se mostra viável, uma vez que a agroindústria apresenta um elevado desenvolvimento tecnológico, somado as boas condições geológicas e climáticas existentes no país.

A Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB) apurou na safra 2009/2010 de cana-de-açúcar, um montante de 612,21 milhões de toneladas, correspondendo a 7% a mais do que os 569,31 milhões de toneladas processadas na safra 2008/2009e 10% menor que a previsão para a safra 2010/2011.

Desta forma, a disponibilidade de resíduos originários por este setor tem condições de abastecer, mesmo que de forma parcial, a indústria cimenteira nacional. Conforme analises realizadas, com base nos relatórios da CONAB (2010) e na pesquisa desenvolvida por Martins (2007).

Com base nos estudos desenvolvidos por Martins (2007), para cada tonelada de cana-de-açúcar são gerados cerca de 260 quilos (26%) de bagaço, que, quando queimado nas caldeiras produz aproximadamente 6 quilos (2,4%) de cinza que contém 77% de areia de quartzo e pó de carvão.

Desta forma, tem-se aproximadamente 3,67 milhões de toneladas de cinza disponíveis na indústria sucroalcooleira do país. A transformação de resíduos em produtos para a indústria do concreto pode reduzir despesas e mitigar o impacto ambiental relativo à disposição e à extração de matérias primas para a produção de clínquer, bem como na geração de alternativa para o descarte deste subproduto dentro das indústrias sucro-alcooleira.

Portanto, estudos relacionados com a aplicação de cinzas agroindustriais como aditivo mineral são de grande valia, uma vez que possibilitam a produção de concretos com maior resistência e durabilidade e a redução de custos e de impactos ambientais decorrentes da disposição dos resíduos. Em especial, pesquisas sobre incorporação de cinza do bagaço de cana-de-açúcar ao concreto assumem destaque devido ao conhecimento ainda restrito de suas propriedades e do seu comportamento em compósitos de cimento Portland.

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1.2 OBJETIVOS

Esta pesquisa tem por objetivo principal investigar a viabilidade técnica da utilização da cinza do bagaço de cana-de-açúcar – CBC - (em substituição de até 30% da massa de agregado miúdo) em concretos de cimento Portland classe 30. A viabilidade técnica será definida com base em análises do comportamento dos concretos confeccionados com os resíduos da agroindústria no que tange as características reológicas e mecânicas. Desta forma pretende-se contribuir para o desenvolvimento das pesquisas relacionadas ao emprego de cinzas residuais na elaboração de compósitos de cimento Portland.

Para o alcance do objetivo principal, três objetivos específicos são definidos. O primeiro consiste na determinação da influência da CBC nas propriedades do concreto fresco.

O segundo objetivo específico diz respeito às propriedades mecânicas do concreto de cimento Portland com a CBC. A avaliação mecânica compreende ensaios de resistência à compressão axial, determinação do módulo de elasticidade e resistência à tração através de compressão diametral do corpo-de-prova.

A avaliação, em escala laboratorial, da interferência da CBC no índice de vazios existente no concreto em estado endurecido, consiste no terceiro objetivo específico desta dissertação.

1.3 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO

O trabalho encontra-se organizado em 06 capítulos, sendo o capítulo 1 o de introdução ao tema.

No capítulo 2, apresenta-se uma revisão bibliográfica sobre a evolução do uso de adições minerais na produção de concretos de cimento Portland. Tem-se a descrição de características físico-químicas associadas aos aditivos minerais usualmente aplicados em concreto. Os principais efeitos produzidos pelos aditivos quando incorporados ao concreto, como os efeitos físicos e as reações pozolânicas.Em virtude da importância da mensuração e da caracterização

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dos resíduos e dos subprodutos para sustentabilidade mundial, apresenta-se uma breve descrição das pesquisas desenvolvidas, cujo foco é o reaproveitamento dos resíduos . Além disso, discorre-se sobre as características físico-químicas da cinza residual do bagaço de cana-de-açúcar e sobre o emprego deste material em pastas e argamassas de cimento Portland.

Ainda neste capítulo, é apresentada uma revisão referente às pesquisas existentes na área de resíduos da agroindústria, em especial as que avaliaram o desempenho das cinzas de casca de arroz e do bagaço de cana-de-açúcar em compósitos de cimento Portland.

Os métodos de ensaios, utilizados na caracterização física e mecânica dos materiais, e do concreto, são descritos no Capítulo 3, bem como os materiais empregados no desenvolvimento da pesquisa. As características dos materiais, a forma de obtenção e as regiões onde foram extraídos e/ou coletados são descritas de forma a garantir a sua reprodutibilidade. Neste capítulo são apresentadas as metodologias utilizadas para dosagem e produção dos concretos, além do plano estatístico adotado na análise dos resultados experimentais. No caso específico dos concretos, são descritos os parâmetros para dosagem, baseado no modelo proposto pelo autor. Neste capítulo, apresentam-se os resultados dos estudos para aplicação da cinza “in natura”, com diferentes índices de substituição (5; 10; 15; 20; 25 e 30% em massa de areia).

O penúltimo capítulo, quinto, descreve os resultados obtidos nesta pesquisa, as considerações finais do autor, uma breve análise dos dados, sendo evidenciada a importância desta pesquisa para a redução dos impactos ambientais promovidos pela indústria da construção civil.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste capítulo far-se-á a revisão teórica dos tópicos de interesse para a compreensão do fenômeno envolvido e, desta forma, embasar a pesquisa.

2.1 CIMENTO PORTLAND

O concreto surgiu com a finalidade de criar uma pedra artificial capaz de substituir a utilização dos blocos de rochas por um material moldável capaz de resistir de forma mais eficaz aos esforços de tração (GIAMUSSO, 1992).

A palavra “cimento”, nome dado ao principal constituinte do concreto, é originária do latim “CAEMENTU”, que designava na Roma antiga uma espécie de pedra natural de rochedos (ABCP, 2008). Embora o nome tenha tido origem no império Romano, a sua descoberta remonta a cerca de 4.500 anos, sendo constatado o emprego de materiais com propriedades cimentantes (misturas de gesso e calcário) nos imponentes monumentos do Egito antigo (Figura 2).

Figura 2 - Primeiras obras de engenharia a empregar aglomerantes

Fonte: (www.google.com.brhttp://intrometendo.com/piramides-do-egito/ acesso em 01 de março de 2010).

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Em 1824, o construtor inglês Joseph Aspdin submete o compósito desenvolvido por Smeaton a elevadas temperaturas em fornos de alvenaria (Figura 3 - b), resultando em um pó fino que após hidratado e seco apresentava características semelhantes as rochas naturais. Em 15 de dezembro de 1824, J. Aspadin, obteve a patente para produção do primeiro “cimento Portland” conhecido no mundo (HELENE e TERZIAN, 1993 ). A partir daí, o desenvolvimento do concreto tem sido incessante.

Figura 3 – Farol de Eddystone (a); fornos de cimento (b)

Fonte: DARTFORD MUSEUM apud CORDEIRO, 2006

Segundo Coutinho (1973), até o início do século XIX pouco se sabia acerca das qualidades ou características a serem exigidas dos materiais constituintes dos concretos e argamassas. A postura com relação a proporcionalidade dos materiais e a sua influência no comportamento dos conglomerados foi alterando-se a partir desta época em função de sua fabricação em escala industrial, motivando o avanço nas descobertas das propriedades do cimento Portland .

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O concreto, material composto basicamente de cimento Portland, agregados naturais e água em diferentes composições e formas, representa, em conjunto com o aço, a base da engenharia estrutural moderna, sendo atualmente, o cimento Portland, o principal material de construção empregado pelo homem.

Segundo dados do CEMBUREAU / SNIC (2010), a produção mundial de cimento Portland em 2009 foi de 3,1 bilhões de toneladas. Os principais produtores, em ordem crescente foram; Ásia, Europa e Américas, tendo estes continentes representados 94% de todo o cimento produzido no planeta. Cabe ressaltar a expressiva produção asiática, a qual contribuiu com 68% de toda a produção de cimento do planeta.

Segundo o Sindicato nacional da Indústria do cimento, a produção de cimento Portland no Brasil em 2009 foi de 50.711 milhões de toneladas, onde 50,7% da produção ficou concentrada na região sudeste.

2.1.1 PRODUÇÃO E COMPOSIÇÃO

Os materiais empregados na produção do cimento Portland são classificados como carbonáticos, originários de calcário e gesso, sendo ainda utilizado alumina e sílica, presentes em argilas e xistos. Basicamente, o processo de produção consiste na moagem da matéria-prima, conforme proporções adequadas e na queima em forno rotativo até a temperatura ideal, em torno de 1450°C. Nesta temperatura, o material sofre uma fusão incipiente e forma pelotas, denominadas de clínquer.

A Figura 4 apresenta o fluxograma básico de produção de cimento Portland por via seca, com emprego de carvão como combustível, permitindo uma melhor visualização de todo o processo produtivo.

As reações de estado sólido entre as fases constituintes do clínquer e transformações mineralógicas que determinam a composição final do cimento ocorrem nas etapas de queima e resfriamento. Os principais componentes do cimento Portland são: silicato tricálcico (C3S), silicato dicálcico (C2S), aluminato tricálcico (C3A) e ferroaluminato tetracálcico (C4AF).

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Figura 4 – Fluxograma básico de produção de cimento Portland por via seca

Fonte: NEVILLE,1997

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2.1.2 Reação de hidratação

A hidratação do cimento consiste nas reações químicas entre os silicatos e aluminatos com a água, as quais ocorrem quase instantaneamente, à medida que o cimento Portland entra em contato com o meio aquoso.

As reações de hidratação se processam, com relação ao tempo, sob mecanismos distintos. Inicialmente, a hidratação ocorre por dissolução-precipitação, mecanismo que compreende a dissolução de compostos anidros, formação de hidratos na solução e, devido às suas baixas solubilidades, precipitação dos produtos hidratados. Em estágios posteriores, devido à baixa mobilidade iônica, a hidratação pode ocorrer por reações no estado sólido, denominadas topoquímicas (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

Uma vez que o cimento Portland é formado por uma mistura heterogênea, o processo de hidratação consiste na ocorrência de reações simultâneas dos compostos anidros com a água.

De acordo com Mehta e Monteiro (2008), o silicato tricálcico (C3S) apresenta rápida hidratação e desprende uma quantidade média de calor quando comparado com as outras fases. A hidratação do C3S gera um gel de silicato de cálcio hidratado (C-S-H) e cristais de hidróxido de cálcio, Ca(OH)2 . CH O C3S é responsável pela resistência inicial da pasta endurecida e também pelo aumento de sua resistência final.

Já o silicato dicálcico (C2S), que desprende uma quantidade pequena de calor durante sua lenta hidratação, é responsável pelo aumento de resistência nas idades avançadas e produz C-S-H e hidróxido de cálcio em menor volume, em comparação com o C3S.

Como nos silicatos, o primeiro passo da hidratação do aluminato tricálcico (C3A) ocorre com reações entre a superfície dos compostos anidros e a água. Porém, ao contrário dos silicatos, não há precipitação dos compostos hidratados sobre a superfície das partículas. Com isso, o C3A reage rapidamente com a água, liberando grande quantidade de calor, e chega a uma estrutura cristalina estável após formar composições intermediárias.

A fim de retardar, ou pelo menos inibir parcialmente as reações extremamente rápidas do C3A, normalmente adiciona-se compostos a base de sulfato de cálcio (em geral, gipsita), que formam sulfoaluminato de cálcio (etringita, C6AŠ3H32) ao reagirem com o C3A.

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O ferroaluminato tetracálcico (C4AF) também se hidrata rapidamente (semelhante ao C3A), mas exerce pouca influência sobre as propriedades da pasta. O termo C4AF não indica um composto químico, mas uma solução ternária de composição variável e freqüentemente não definida. Os compostos que se formam pela hidratação da fase férrica não são facilmente distinguíveis dos normalmente obtidos pela hidratação do C3A (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

Todas as reações de hidratação são exotérmicas, de forma que é possível monitorar as taxas de reação através da quantidade de calor liberado em função do tempo de reação. Sendo assim, o processo de hidratação pode ser dividido nos cinco estágios mostrados na Figura 7, que compreendem; período de pré-indução (estágio I), período de indução (estágio II), período de aceleração (estágio III) sendo concluído com os estágios IV e V de pós-aceleração (YOUNG apud CORDEIRO, 2006).

Figura 5 – Taxa de evolução de calor durante a hidratação do cimento Portland

Fonte: YOUNG apud CORDEIRO, 2006

A Figura 6 possibilita uma visão global do processo de hidratação, através da descrição esquemática dos produtos gerados pela hidratação do cimento Portland e a microestrutura formada. Observa-se que a redução da porosidade é acompanhada pela formação de uma

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matriz contínua de C-S-H, na qual estão incorporados grãos de cimento Portland não hidratados, micro-cristais de monossulfaluminatos de cálcio e cristais de hidróxido de cálcio (YOUNG apud CORDEIRO, 2006)

Figura 6 – Reações e microestrutura durante a hidratação do cimento Portland

Fonte: CORDEIRO, 2006.

2.2. RESÍDUOS E SUBPRODUTOS

2.2.1. Aspectos Gerais

O intenso crescimento dos centros urbanos, seja pela industrialização ou pelo número de pessoas e diversificação do consumo de bens e serviços, traz como consequências graves problemas ambientais, principalmente pelo grande volume de resíduos gerados (ÂNGULO;

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ZORDAN; JOHN, 2001). Esses problemas aumentam quando as únicas alternativas dadas aos resíduos são as incinerações, aterros ou lagoas de sedimentação.

Rocha e Cheriaf (2003), no capítulo 3 da Coletânea Habitare chamam a atenção para uma nova tendência no setor da construção civil;

A abordagem do tema “Reaproveitamento de Resíduos na Área do Ambiente Construído” revela uma importante reversão no nível de prioridade que o assunto normalmente preenchia, não apenas na concepção e produção da edificação, mas dentro das cadeias produtivas do setor da Construção Civil.

A legislação própria relacionada aos resíduos gerados pelo setor estabelece a responsabilidade pela geração ao que antes era conhecido apenas por entulho ou “bota-fora de obra”.

Por outro lado, com o desenvolvimento da consciência do setor em relação aos problemas ambientais que o cercam, tem-se hoje uma consciência da necessidade de desenvolvimento de materiais e processos construtivos que não causem danos ao homem e ao meio ambiente.

Rocha e Cheriaf (2003) atribuem à importância dos trabalhos de pesquisas voltadas ao aproveitamento de resíduos em projetos de habitações sociais a dois fatores:

1) a possibilidade de desenvolvimento de materiais de baixo custo a partir de subprodutos industriais, disponíveis localmente, através da investigação de suas potencialidades;

2) a interface direta do setor da Construção com a cadeia produtiva fornecedora de insumos, bem minerais, e, indiretamente, através do potencial uso de materiais e processos que causem mínimo impacto na cadeia produtiva.

Do ponto de vista do desenvolvimento sustentável, a reciclagem de resíduos e subprodutos industriais junto à construção civil apresenta-se como uma opção de grande potencial, afirma

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Lima (2003). Isso se deve ao fato do setor consumir grandes quantidades de materiais e por estar presente em todas as regiões de qualquer país (CINCOTTO (1988); JOHN (1996); JOHN (2000)).

Porém a indústria da construção civil tem como vantagem a sua capacidade de absorver os resíduos tanto como reciclagem primária quanto como reciclagem secundária (JOHN, 1996; JOHN, 2000).

Levando-se em conta fatores que incidem diretamente na composição dos custos dos materiais de construção (transporte, combustível e produção), os quais elevam consideravelmente o valor unitário da construção, a utilização de materiais alternativos, produzidos por meio de resíduos disponíveis em grande quantidade e diversidade, mostra-se como um campo vasto para pesquisas de aproveitamento e reciclagem (CINCOTTO, 1988).

Nesse aspecto, nada mais justificável do que a utilização de subprodutos e resíduos junto ao desenvolvimento de materiais alternativos regionais com um consumo baixo de energia na produção e no transporte (CINCOTTO, 1988; AGOPYAN, 1988). Além disso, a reciclagem em alguns casos pode reduzir também os passíveis ambientais, já que, um resíduo poderia gerar renda ao invés de conter despesas quando depositado (JOHN, 2000).

Lima (2003) aponta que a reciclagem na construção civil tem um interesse, intimamente ligado aos fatores ambientais, permitindo os seguintes benefícios:

a) preservação dos recursos naturais, principalmente, pela substituição de um certo volume de matéria prima pelos materiais alternativos oriundos de resíduos, reduzindo assim, a exploração de reservas não renováveis (JOHN, 2000);

b) diminuição da poluição através da menor emissão de poluentes (CO2) para a atmosfera, além de uma redução no acúmulo e deposição do volume crescente de resíduos sólidos (JOHN, 2000);

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c) menor consumo energético por intermédio da utilização de resíduos que já incorporam algum conteúdo energético, possivelmente aproveitados como fonte de energia ou adicionados na fabricação de materiais (JOHN, 2000). Nesse caso, essa redução ocorreria através da mudança no processo de fabricação, minimização da quantidade de matéria prima e, utilização de materiais regionais (CINCOTTO, 1988).

Para John (2000), a preocupação com esses três temas revela a importância e o interesse da sociedade na tentativa de diminuição da poluição ambiental. Além desses, o aspecto da durabilidade, muito requerida nos dias atuais, também é de extrema importância para os materiais de construção. Sendo assim, é importante salientar que a durabilidade de certos materiais pode ser aumentada com a incorporação de uma matéria prima secundária.

A história da civilização revela que o domínio da tecnologia de reutilização de resíduos esteve presente ao longo dos séculos. Como exemplo, os tijolos, telhas e até argamassas foram utilizados como aterros e adições na execução de paredes maciças no império Greco-romano (GLASSER, 1996).

Nesse enfoque, podemos citar como exemplo, a utilização de resíduos e subprodutos na indústria do cimento nacional, a qual produziu somente em 2009 aproximadamente 50 milhões de toneladas de cimento Portland (SNIC, 20008).

Para a indústria de cimento, que utiliza como matéria-prima o calcário e argilas na produção do clínquer, a introdução de resíduos industriais no seu processo de fabricação torna-se bastante interessante, uma vez que o consumo de subprodutos e resíduos é elevado. Freqüentemente, utiliza-se como substituição, as escórias granuladas de alto-forno (no máximo até 70%), além das cinzas volantes (até 50%) e argilas calcinadas como pozolanas.

Geralmente, quando os subprodutos são incorporados ao clínquer, existe um interesse de contribuir não apenas em relação às propriedades do cimento como resistência mecânica e durabilidade, mas também, na diminuição dos impactos ambientais, uma vez que a indústria cimenteira é responsável por 7% de toda a emissão de CO2 no mundo, conforme relata Mehta (2008) em sua pesquisa de misturas ternárias.

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Porém, os resultados obtidos com a economia de energia merecem maior destaque. Nesse último caso, isso se deve pela não necessidade de calcinação prévia de alguns resíduos quando adicionados na fabricação de cimentos (JOHN, 1995).

Somente no ano de 1996, a redução de 28% no combustível utilizado na indústria de cimento nacional, foi proveniente da substituição de uma parte do clínquer por uma parte de escória granulada de alto-forno e cinza volante (JOHN 1997 apud LIMA, 2003).

Aitcin (2000) salienta que a pesquisa de cimentos e adições minerais poderia ser uma oportunidade tecnológica que poucas indústrias de cimento não estão lançando mão no presente, uma vez que vários são os tipos de resíduos e subprodutos com possíveis utilizações na construção civil como adições minerais.

Logo, a união desses produtos e a química de materiais amorfos e coloidais seriam o segredo do sucesso em pesquisas na área de tecnologia de concretos neste século.

2.3. CANA – DE – AÇÚCAR

Desde as primeiras décadas do século XX, o álcool etílico tem sido empregado de forma sistemática como combustível no Brasil. Contudo, a expansão do uso do álcool anidro adicionado à gasolina somente aconteceu com a criação do Programa Nacional do Álcool pelo Governo Federal (PROÁLCOOL), em 1975. Esta iniciativa foi implementada com o intuito de diminuir a dependência nacional das importações de petróleo.

Após a crise mundial de 1979, iniciou-se a segunda etapa do PROÁLCOOL, que objetivou a produção de álcool hidratado para ser utilizado como substituto da gasolina. O sucesso do novo combustível foi extraordinário: em 1985, cerca de 96 % dos automóveis apresentavam motores a álcool hidratado.

As escalas de produção e moagem da cana cresceram e ganhos significativos em produtividade foram alcançados (WAACK e NEVES apud ZARDO, 2004). A partir de 1990 uma série de medidas fez com que a produção de automóveis a álcool reduzisse de tal modo que adquiriu números irrelevantes em 1996. MOREIRA e GOLDEMBERG apud FREITAS, 2006, apontam as principais razões para a queda da produção:

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a) Aumento da relação entre os preços do álcool e da gasolina;

b) Eliminação das vantagens tributárias para os automóveis com motor a álcool em comparação com os veículos movidos a gasolina;

c) Necessidade de importação de etanol/metanol para regular as incertezas do estoque de álcool.

Produzida em mais de 130 países, no Brasil a cana-de-açúcar é cultivada em mais de oito milhões de hectares (CONAB, 2008). O Brasil é atualmente o responsável por cerca de 60% da produção de álcool etílico do planeta e é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar e de açúcar, além de ser o maior exportador de açúcar do mundo.

Segundo o relatório anual da companhia nacional de abastecimento – CONAB, no ano de 2008 foram produzidas aproximadamente 560 milhões de toneladas de cana-de-açúcar, que resultaram em 27,09 bilhões de litros de álcool e 32,78 milhões de toneladas de açúcar. Isto representou cerca de 6% do produto interno bruto do Brasil, de acordo com o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2008).

Os principais subprodutos da indústria sucroalcooleira, Figura 7, são: folhas e pontas, água de lavagem, bagaço, torta de filtro, leveduras e vinhaça. A água usada na lavagem da cana antes da moagem pode ser reaproveitada na produção de biogás e na fertirrigação.

O bagaço é empregado na produção de energia (vapor/eletricidade), combustível (natural, briquetado, peletizado, enfardado), hidrólise (rações, furfural, lignina), polpa de papel, celulose e aglomerados. As folhas e pontas, além das mesmas aplicações do bagaço, podem ser utilizadas como forragem. A vinhaça ou vinhoto é utilizado como fertilizante na adubação dos canaviais.

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Por fim, a torta de filtro, subproduto do processo de clarificação do caldo na fabricação do açúcar, e a levedura, obtida após a fermentação do caldo, são também empregadas na adubação.

Figura 7 – Fluxograma do processamento da cana

Fonte: CORDEIRO (2006).

O bagaço, gerado durante a extração do caldo na moagem da cana-de-açúcar, constitui-se o maior resíduo da agricultura brasileira (MOREIRA e GOLDEMBERG, 1999). Para cada tonelada de cana-de-açúcar, são gerados cerca de 260 kg de bagaço com 50% de umidade (CORTEZ et al., 1992).

Sua composição em base anidra é de aproximadamente 50% de celulose (C5H10O5), 25% de hemicelulose (C5H8O4) e 25% de lignina (C7H10O3) – PANDEY et al. 2000 apud CORDEIRO, 2006. A Figura 8 mostra o bagaço de cana-de-açúcar e detalhes da sua estrutura fibrosa.

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Figura 8 – Bagaço de cana-de-açúcar em fotografia (a) e estrutura fibrosa (b).

Fonte: CORDEIRO (2006).

A constituição química do bagaço é função do tipo de cana-de-açúcar cultivada, tipos de fertilizantes e herbicidas, além de fatores naturais (clima, solo, água). A densidade do bagaço seco é de aproximadamente 490 ± 15 kg/m3 (RASUL et al., 1999 apud CORDEIRO, 2006).

Tabela 1 - Composição química das amostras de bagaço de cana-de-açúcar seco.

Elemento Quantidade (%, em massa) Nassar et al, (1996) Jorapur e Rajvanshi

(1997) Jenkins et al. (1998)

Carbono (C) 49,44 44,10 48,64 Hidrogênio (H2) 6,09 5,26 5,87 Oxigênio (O2) 40,57 44,40 42,82 Nitrogênio (N2) - - 0,16 Cinza 3,40 4,2 2,44

Fonte: CORDEIRO (2006)

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Em 2004, a produção total de bagaço no Brasil ficou próxima a 110 milhões de toneladas, das quais aproximadamente 93% foram destinadas à queima em caldeiras para geração de vapor, enquanto o restante foi empregado como matéria-prima industrial na produção de papel e celulose, de álcool e aglomerados (CORDEIRO, 2006).

De acordo com a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL, 2008), o bagaço de cana é, atualmente, o recurso de maior potencial de energia elétrica no país, sendo previsto o desenvolvimento de diversos projetos que contemplam a geração de energia elétrica através da pirólise do bagaço de cana- de- açúcar.

Desde o início do século XX, o bagaço tem sido historicamente empregado como combustível nas usinas e destilarias do Brasil, quando passou a substituir a lenha nas caldeiras (COELHO, 1999).

Atualmente, o subproduto responde pelas necessidades energéticas do setor sucroalcooleiro e ainda gera um excedente passível de ser comercializado para concessionárias de energia ou outros setores.

Além dos benefícios ambientais e da grande quantidade disponível de cana-de-açúcar, com uma produção de 633,72 milhões de toneladas na safra 2009/2010 a CONAB prevê, para a safra 2010/2011, um aumento de 10% relativo aos números de 2009/2010. Uma importante característica do seu principal resíduo, o bagaço, é fazer parte de um processo agroindustrial organizado onde os custos, incluindo transporte, são debitados dos produtos nobres (açúcar e álcool).

Com os avanços tecnológicos do setor sucroalcooleiro e atual necessidade de ampliar o parque de geração de energia elétrica, o bagaço passou a ser ainda mais valorizado como fonte primária de energia.

Como resultado da queima do bagaço de cana-de-açúcar para a geração de energia, tem-se a produção da cinza, em volume menor, porém, não menos expressivo, conforme estudos desenvolvidos com base no método apresentado por Cordeiro (2006).

Segundo Cordeiro (2006), para cada tonelada de cana-de-açúcar colhida e processada na indústria sucro-alcooleira, são gerados aproximadamente 26 % de bagaço (umidade de 50%) e

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0,62% de cinza residual, logo para os 633 milhões de toneladas de cana poderá gerar 3,94 milhões de toneladas de CBC.

O estado do Paraná é o segundo maior produtor brasileiro de cana-de-açúcar, sendo prevista uma safra de 45 milhões de toneladas para 2009. Segundo a Associação dos Produtores de Bioenergia do Estado do Paraná (ALCOPAR), atualmente estão em funcionamentos 31 usinas de produção de álcool e açúcar.

Segundo Wrege (apud NUNES, 2009) o clima tropical e a baixa altitude são responsáveis pelo baixo índice de ocorrências de geadas (em média uma a cada dez anos), nas regiões norte, noroeste e oeste do Paraná. Desta forma, observa-se um clima favorável para o cultivo da cana-de-açúcar, culminando na elevada concentração de usinas sucroalcooleira nestas regiões (Figura 8).

Figura 8 – USINAS E DESTILARIAS DO PARANÁ

Fonte: (http://www.alcopar.org.br)

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A cinza residual é geralmente utilizada como adubo nas próprias lavouras de cana-de-açúcar, apesar de ser um material de difícil degradação e que apresenta poucos nutrientes minerais (MANHÃES, 1999). Este fato tem motivado a busca por aplicações que possam agregar maior valor ao subproduto, dentre as quais se destaca o emprego como aditivo mineral em sistemas cimentícios.

A cinza do bagaço de cana-de-açúcar apresenta, em termos de óxidos, uma grande quantidade de dióxido de silício (silicatos), normalmente com índices superiores a 60% (em massa). O silício é absorvido do solo pelas raízes na forma de ácido monossílico (H4SiO4) e, após a saída da água das plantas por transpiração, deposita-se na parede externa das células da epiderme como sílica gel.

Outra possível fonte de sílica para a cinza é a areia (quartzo), oriunda da lavoura, que não é totalmente removida durante a etapa de lavagem no processamento da cana-de-açúcar. Esta areia permanece no bagaço e pode ser observada nas operações de limpeza dos salões das caldeiras, onde ocorre a combustão. A Figura 10 apresenta a morfologia das partículas da cinza do bagaço.

Figura 10 – Morfologia das partículas da cinza do bagaço de cana-de-açúcar.

Fonte: FREITAS (1998)

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Estudos desenvolvidos indicam que a cinza residual do bagaço de cana-de-açúcar apresenta composição química adequada ao emprego como adição mineral, principalmente no que se refere aos teores de dióxido de silício e perda ao fogo.

Entretanto, a distribuição granulométrica variável da cinza, própria de um sistema de obtenção sem qualquer classificação, aponta para a necessidade de moagem para elevar a reatividade, pelo aumento da superfície específica das partículas, e conferir maior homogeneidade ao material.

Desta forma, com o objetivo de desenvolvimento de materiais alternativos e atendo as necessidades das indústrias à adaptação de questões ambientais, diversos trabalhos relatam sobre a utilização de resíduos e subprodutos como adições minerais aos cimentos e concretos, em especial a CBC, os quais serão apresentados na sequência.

2.4. ADIÇÕES MINERAIS

A NBR 11172 (1990) recomenda a utilização do termo “adição” para designar “produto de origem mineral adicionado aos cimentos, argamassas e concretos, com a finalidade de alterar suas características” e do termo “aditivo” para “produto químico adicionado em pequenos teores às caldas, argamassas e concretos com a finalidade de alterar suas características no estado fresco e/ou no endurecido”.

Desta forma, optou-se neste trabalho pelo emprego do termo “adição mineral” para denominar os produtos de origem mineral. Esta abordagem diferencia-se da proposta apresentada por Mehta (1996), que emprega o termo “aditivo mineral” (mineral admixture) para classificar o material pozolânico ou cimentício utilizado como um constituinte do concreto. Quando o material pozolânico ou cimentício é incorporado ao clínquer para a produção de cimentos Portland compostos, emprega-se a designação “adição mineral” (mineral addition).

Para Nita e John (2007), as adições minerais são definidas como aquelas que possuem em sua composição silicatos ou silico – aluminatos amorfos com nenhuma ou pouca atividade aglomerante, mas que quando em contato com a água e em temperatura ambiente reagem com o hidróxido de cálcio formando componentes com propriedades cimentantes.

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POWERS citado por Grigoli et al. (2000), observou que durante o processo de hidratação, após ao estado plástico, quando começam as reações finais de endurecimento, os canais capilares da pasta no estado fresco começam a ser preenchidos pelos produtos de hidratação. Esse processo reduz rapidamente o volume e tamanho dos capilares, não implicando necessariamente na interrupção da sua continuidade. No entanto, adições minerais introduzidas ao concreto, segundo Winslow et al. (1994), diminuem tanto a porosidade, quanto a conectividade entre os poros.

Alguns pesquisadores como Mehta e Monteiro (1994), Allan (1996), são enfáticos ao afirmar que o emprego de adições de silica ativa, cinza volante e escória de alto forno, contribuem para o refinamento dos poros.

Como resultado tem-se a diminuição do volume de vazios do concreto, a redução das fissurações térmicas devido ao baixo calor de hidratação, aumento da resistência final e redução da permeabilidade devido à baixa porosidade.

De forma geral, pode-se atribuir estes efeitos físicos e químicos às mudanças nas propriedades de produtos cimentícios confeccionados com aditivos minerais. Os efeitos físicos podem ser divididos em três: diluição do cimento Portland, efeito fíller e nucleação.

A diluição é um efeito adverso proporcionado pela substituição de uma parcela do cimento pelo aditivo mineral. Este efeito é equivalente ao aumento da relação água-cimento e é inversamente proporcional ao teor de substituição. Naturalmente, menos cimento implica menos produtos formados pelas reações de hidratação (LAWRENCE et al., 2003).

O esquema apresentado na Figura 11 representa o efeito fíller, através da ação conjunta de um aditivo mineral de elevada finura, um aditivo químico superplastificante, cimento Portland e água. O efeito fíller é conseqüência da maior compacidade conferida à mistura pela inclusão de partículas finas e ultrafinas do aditivo mineral. Inicialmente, tem-se uma pasta contendo somente água e cimento (Figura 11 - a) cujas partículas encontram-se aglomeradas em função de forças atrativas de origem eletrostática (OLIVEIRA et al., 2000).

Devido à ação de defloculação e dispersão das partículas de cimento promovida pelo emprego do aditivo super plastificante, a probabilidade de formação de grandes vazios capilares como também o baixo índice de hidratação do cimento é reduzido (Figura 11 -b). A incorporação do aditivo mineral à pasta (Figura 11 - c), por sua vez, possibilita o preenchimento dos vazios

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entre as partículas de cimento disperso, o que promove aumento na compacidade da mistura e, conseqüentemente, refinamento da rede porosa.

Teoricamente, partículas muito finas de cimento Portland poderiam proporcionar o mesmo efeito físico apresentado pelas partículas de aditivo mineral, porém ela às dissolvem rapidamente quando em contato com a água, o que torna ineficiente o efeito de densificação da mistura (MALHOTRA e MEHTA, 1996).

Figura 11 – Pasta de cimento sem aditivos (a), com aditivo super plastificante (b) e com super plastificante e aditivo mineral de elevada finura (c)

Fonte: MEHTA E MONTEIRO, 2008

O terceiro efeito físico diz respeito aos mecanismos de nucleação heterogênea promovidos pelos aditivos minerais. Como a atividade cimentícia dos constituintes do clínquer é determinada por reações de superfície (topoquímicas), a área específica efetiva de contato com o meio aquoso desempenha um papel muito importante na cinética das reações químicas.

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Quando partículas extremamente pequenas são adicionadas ao cimento Portland, alojam-se facilmente nos interstícios dos cristais de clínquer, promovendo aumento da superfície efetiva de contato e, conseqüentemente, aceleração das reações de hidratação dos compostos.

No tocante às reações químicas, os compostos potencialmente ativos do aditivo mineral reagem com o hidróxido de cálcio (CH), produzido pela hidratação dos silicatos do cimento Portland (Item 2.1.3) para formar novos produtos hidratados, dentre eles; os silicatos de cálcio hidratados. Na hidratação do cimento Portland comum, são formados entre 15 e 25% de CH, sendo necessário até 25%, em massa de cimento, de sílica ativa para consumir a maior parte do CH liberado aos 28 dias (TAYLOR apud NITA e JOHN, 2007).

Como, o hidróxido de cálcio tem pouca representatividade na determinação da resistência da pasta de cimento e é, dentre os produtos da hidratação, o primeiro a ser solubilizado e lixiviado pela água (NEVILLE, 1997), o seu consumo proporciona uma estrutura química e mecanicamente mais resistente em meios agressivos.

A inclusão de aditivos minerais em argamassas e concretos interfere na movimentação das partículas de água, em relação aos sólidos da mistura, e, conseqüentemente, reduz ou elimina o acúmulo de água livre que normalmente fica retida sob o agregado.

Além disso, as partículas do aditivo preenchem os vazios deixados pelo cimento próximos à superfície do agregado e interferem no crescimento e no grau de orientação dos cristais de hidróxido de cálcio junto ao agregado.

A ação desses fatores, em conjunto com a redução da concentração de CH, proporciona melhora significativa na zona de transição pasta-agregado. Isto se reflete em aumento de desempenho, tanto sob o ponto de vista de resistência mecânica como de durabilidade (DAL MOLIN, 1995).

Para GRIGOLI et al (2000), NECK (1997), BARRINGER (1997), JONES (1997), WEE (1995), SWAMY (1993), SOUTSOS (1996) e SILVA (1993), são unânimes em afirmar que entre as vantagens do uso de adições minerais no concreto, a redução da porosidade é a maior proteção às armaduras contra a ação da corrosão. E que também o uso de adições tem sido incrementado não só por aspectos técnicos-econômicos, mas também por aspectos ecológicos.

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As adições minerais, por apresentarem, em alguns casos, tanto propriedades pozolânicas quanto físicas, são utilizadas como adições na fabricação de cimentos compostos e pozolânicos, bem como, suplementos cimentícios na produção de concretos especiais (MEHTA e MONTEIRO, 2008; AÏTCIN, 2000).

No último caso, podem substituir uma parte de cimento resultando em uma economia de energia e custo. Quando adicionados em relação à massa de cimento geralmente necessitam de quantidades de aditivos químicos (plastificantes ou superplastificantes) para garantir a trabalhabilidade de argamassas e concretos (MEHTA e MONTEIRO, 2001).

As adições mais utilizadas na indústria de cimentos são as escórias granuladas de alto forno, o calcário pulverizado (“fíller” calcário), a cinza volante e as argilas calcinadas. Quanto à produção de concretos especiais, geralmente, empregam-se a sílica ativa, a cinza de casca de arroz e a metacaulinita (MEHTA e MONTEIRO, 2001).

2.4.1 Pozolanas

Como já fora citado anteriormente, tanto os gregos quanto os romanos utilizaram junto às argamassas de cal e areia a adição de materiais de origem vulcânica para se obter melhores desempenhos mecânicos ( PETRUCCI, 1978).

Além destes materiais, nas regiões onde havia falta de rochas e lamas de origem vulcânica, os romanos empregaram como adições em argamassas de cal e areia, os tijolos, as telhas e louças cerâmicas depois de moídas. Do mesmo modo, no Egito e na Índia foram utilizados tijolos e telhas cerâmicas moídas na fabricação de pozolanas (SOUZA SANTOS, 1992; PETRUCCI, 1978).

2.4.1.1 Definição e classificação

Nesse sentido, a designação de pozolana se originou da utilização de materiais provenientes de regiões onde se encontravam cinzas vulcânicas, tais como a Ilha de Santorim e próximas à

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cidade de Nápoles. Em conseqüência das cinzas mais conhecidas e consideradas de melhor qualidade estarem próximas do Monte Puzzouli, este foi o motivo para a denominação do material (ZAMPIERI, 1993).

O termo pozolana, pode ser aplicado à todos os materiais de composição silicosa ou alumino-silicosa que, por si só, quase não têm propriedades hidráulicas, entretanto, quando finamente divididos e na presença de umidade em temperatura ambiente reagem com o Ca(OH)2 formando compostos com propriedades cimentícias ( ANDRIOLO, 1986; ASTM C 618, 1991; NBR 12653, 1992; KLOSS, 1993; MEHTA e MONTEIRO, 1994; NEVILLE, 1997).

Quaisquer material que apresente as mesmas características descritas acima pode ser considerado pozolânico, sejam naturais ou artificiais, geralmente denominados de adições minerais.

Um exemplo clássico de pozolana, muito utilizada nos dias atuais, é a argila calcinada, adquirindo propriedades pozolânicas em razão do desordenamento da estrutura cristalina. A argila é um material natural finamente dividido constituído basicamente de argilominerais (silicatos hidratados de alumínio).

Quanto maior o teor de argilominerais nas matérias primas, maior será a atividade pozolânica das argilas calcinadas. As argilas constituídas essencialmente do argilomineral caulinita (Al2O3 . 2 SiO2 . 2 H2O) são denominadas de caulim (SANTOS, 1992).

Nesse sentido, a partir do conhecimento das propriedades pozolânicas de alguns materiais, os mesmos, são definidos conforme a ABNT NBR 12653 (1992) da seguinte forma:

a) NATURAIS: materiais de origem vulcânica, geralmente de caráter petrográfico ácido ou de origem sedimentar; e

b) ARTIFICIAIS: materiais provenientes de tratamento térmico ou subprodutos industriais com atividade pozolânica.

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Segundo Nita (2007) as pozolanas naturais são pouco utilizadas no Brasil. As classificadas como artificiais, mais comuns na engenharia brasileira, são as que sofreram algum tratamento térmico como argilas e determinadas rochas que contém sílica, ou as provenientes dos subprodutos de atividades industriais e agroindustriais, sendo exemplificada pela cinza volante, cinza de casca de arroz, cinza de bagaço de cana-de-açúcar e bauxita.

A ABNT NBR 12653 (1992), ainda ressalta que as pozolanas consideradas artificiais são subdivididas em argilas calcinadas, cinzas volantes e outros materiais, conforme descrito abaixo:

a) ARGILAS CALCINADAS: materiais provenientes da calcinação de determinadas argilas que, quando tratadas a temperaturas entre 500 e 900ºC, adquirem a propriedade de reagir com o Ca(OH)2;

b) CINZAS VOLANTES: resíduos finamente divididos provenientes da combustão de carvão pulverizado ou granulado com atividade pozolânica;

c) OUTROS MATERIAIS: são considerados ainda como pozolanas artificiais, outros materiais não tradicionais, tais como as escórias siderúrgicas ácidas, cinzas de resíduos vegetais e rejeito de carvão mineral.

Por fim, os materiais pozolânicos são classificados da seguinte forma: Classe N, pozolanas naturais e artificiais como as argilas calcinadas; Classe C, cinza volante; e Classe E, qualquer pozolana cujos requisitos diferem das classes anteriores.

Mehta e Monteiro (2001) apresentam uma divisão simplificada e, como tal, pode ser aceita:

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a) MATERIAIS NATURAIS: materiais que tenham sido processados com o único propósito de produzir uma pozolana. O processamento consiste usualmente de britagem, moagem, classificação por tamanho e, em alguns casos, pode também incluir ativação; e

b) SUBPRODUTOS: materiais que não são produtos primários de suas respectivas indústrias produtoras. Subprodutos industriais podem ou não requerer um processamento qualquer antes do emprego como adições minerais.

2.4.1.2. Reações pozolânicas

Para uma melhor compreensão dos mecanismos envolvidos nas reações das fases ativas, considera-se uma pasta com pozolana, hidróxido de cálcio e água. O hidróxido quando em contato com pozolana e água (a 20°C) sofre hidrólise, conforme Equação (3.1), o que eleva o valor do pH da solução para aproximadamente 12,5.

Sob tais condições, vários íons provenientes da pozolana, tais como Ca+2, K+ e Na+, dissolvem-se rapidamente. Redes de silicatos e alumino-silicatos (se disponível na pozolana) são depolimerizados e também dissolvidos na solução.

Com base em Taylor (1997), citado por Cordeiro (2006), quando íons Ca+2 entram em contato com os monossilicatos e aluminatos dissolvidos, silicatos de cálcio hidratado (C-S-H) e aluminato de cálcio hidratado (C4AH13) são formados.

O C-S-H se forma mais facilmente quando comparado com o C4AH13. Isto é função da maior velocidade de dissolução dos silicatos. Além disso, a concentração de Ca+2 necessária é muito maior na formação do C-S-H que na do C4AH13.

Ao contrário do C4AH13 que precipita na solução dos poros, o C-S-H, após a hidratação, se deposita sobre as partículas da pozolana que, após certo tempo, encontram-se totalmente cobertas com os produtos hidratados. A continuidade das reações pozolânicas é então governada pela difusão de íons Ca+2 e OH– através da camada de C-S-H formada. Neste

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ponto, as reações que inicialmente eram do tipo dissolução-precipitação passam a ser topoquímicas.

A relação C : S do C-S-H é variável e depende principalmente do tipo de pozolana, do tempo e temperatura de cura, da relação CH-pozolana, da relação água/cimento e do tipo de método analítico utilizado para a sua determinação (MASSAZZA, 1998). Como exemplo, o C-S-H produzido a partir das reações pozolânicas da sílica ativa geralmente apresenta relação C : S entre 1,1 e 1,2 (WALLER, 1999).

Por outro lado, pastas compostas por cinza volante normalmente apresentam valores menores para a relação C : S, aproximadamente iguais a 1,0 (MASSAZZA, 1998).

A variabilidade da relação C : S pode ser atribuída à não estequiometria do C-S-H, composto altamente dependente da composição química da solução dos poros (MASSAZZA, 1998).

De acordo com COUTINHO (1997), os silicatos e aluminatos hidratados formados pelas reações pozolânicas possuem um pH de equilíbrio em torno de 11 e são, portanto, menos básicos do que os produzidos nas reações de hidratação do cimento Portland.

2.4.1.3. Determinação da atividade pozolanica

No que se refere à atividade pozolânica dos materiais, necessariamente para serem qualificados como tal, os mesmos devem apresentar duas características básicas (ZAMPIERI, 1993; CINCOTTO; KAUPATEZ, 1988; BATTAGIN, 1987):

a) Reagir com o Ca(OH)2 em temperatura ambiente por um tempo não muito longo;

b) Formar compostos aglomerantes e insolúveis em água similares aos obtidos na hidratação do cimento Portland.

Tanto a intensidade quanto a velocidade de reações, assim como, a neo-formação de compostos cimentícios, dependem de cada pozolana (ZAMPIERI, 1993). Essas necessitam de alguns fatores para dar origem a atividade pozolânica, tais como, a superfície específica

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elevada, a presença de silicatos SiO2 e óxido de alumínio (Al2O3) amorfos e capacidade de combinar com o Ca(OH)2 (BATTAGIN, 1987).

Em outras palavras, é essencial o conhecimento prévio da composição química, das características físicas e da mineralogia da pozolana.

MASSAZZA e COSTA (1979 apud LIMA, 2006) relatam que a atividade pozolânica para as idades iniciais se dá mediante a superfície específica. Nas idades mais avançadas, a dependência das reações está ligada à quantidade de SiO2 e Al2O3 potencialmente reativas.

Desta forma, as principais fases ativas das pozolanas são a sílica (SiO2) e alumina (Al2O3), na forma amorfa, ou seja, estruturas formadas por átomos com orientação somente à curta distância. A Figura 10 apresenta as estruturas da sílica amorfa e cristalina, que apresenta orientação atômica à longa distância (VAN VLACK, 1984 apud CORDEIRO, 2006).

A sílica contém grupos tetraédricos formados por cátions Si+4 ligados a íons de O-2 através de seus vértices. Ressalta-se que as diferenças entre as estruturas cristalina e amorfa, representadas na Figura 12, não está nas unidades poliédricas, mas na sua orientação relativa.

Figura 12 – Estruturas da sílica cristalina (a) e sílica amorfa (b),

Fonte: CORDEIRO, 1984

Desse modo, percebe-se que são vários os materiais com possibilidade de apresentar atividade pozolânica e, portanto, os mesmos necessitam, além das classificações adotadas, de

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parâmetros para um maior controle de qualidade e desempenho. De acordo com prescrições da NBR 12653 (1992) as exigências físicas e químicas para as pozolanas são apresentadas na Tabela 1 e Tabela 2.

Tabela 2 – Exigências físicas para os materiais pozolânicos

PROPRIEDADES

CLASSES N C E

Material retido na peneira 0,45 mm, % máx 34 34 34 Índice de atividade pozolânica com cimento aos 28 dias, % min. 75 75 75 Índice de atividade pozolânica com o Ca(OH) aos 7 dias MPa 6,0 6,0 6,0 Água requerida % máx.. 110 110 110

Fonte: NBR 12.653 (1992).

Tabela 3 – Exigências químicas para os materiais pozolânicos

PROPRIEDADES

CLASSES N C E

SiO2+Al2O3+FeO3, % min. 70 70 50 SO3, % máx. 4,0 5,0 5,0 Teor de umidade, % máx. 3,0 3,0 3,0 Álcalis disponíveis em Na2O3, % máx. 1,5 1,5 1,5 Perda ao fogo, % máx. 10,0 6,0 6,0

Fonte: NBR 12.653 (1992).

Conseqüentemente, nesse sentido, a determinação da atividade pozolânica de qualquer material pode ser realizada por ensaios mecânicos com cimento Portland (ABNT NBR 5752, 1992) e, também, com o Ca(OH)2 (ABNT NBR 5751, 1992).

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A ABNT NBR 5752 (1992) constitui um método seguro e real, pois revela a verdadeira ação pozolânica do material estudado na matriz cimentícia (ZAMPIERI, 1993), embora esses resultados possam variar em razão das características físicas e mineralógicas de cada cimento.

Nesse ensaio, preparam-se argamassas em dois traços distintos, sendo um de referência e, o outro, com substituição de 35% do volume de cimento por pozolana.

O índice de pozolanicidade é definido pela relação da resistência aos 28 dias entre as duas argamassas. Um material para ser considerado como pozolânico, deve apresentar um índice igual ou superior a 75%.

Apesar da pureza e da uniformidade do Ca(OH)2 facilitar o controle dos resultados obtidos, o ensaio não retrata a situação mais comum proporcionada pela hidratação dos cimentos (ZAMPIERI, 1993).

2.4.2. Determinação do I.A.P. na cinza de bagaço de cana

A cinza de casca de arroz – CCA tem a sua utilização consagrada no meio científico através de inúmeras pesquisas desenvolvidas ao longo das décadas. Atualmente, este produto já vem sendo empregado em alguns setores da construção civil, podendo ser citados as centrais dosadoras de concreto e a indústria do cimento.

Em função do vasto conhecimento sobre as propriedades da CCA e a sua contribuição à estrutura do concreto, quando adicionada a mistura, Martinera Hernandez et al. (1998) desenvolveram estudos comparativos, quanto as composições químicas, entre a cinza do bagaço, coletada em usina de açúcar em Villa Clara (Cuba), e de uma cinza da casca de arroz com índice de atividade pozolânica reconhecido.

Martinera Hernandez et al. (1998) investigaram, através de técnicas de difração de raios X, termogravimetria e microscopia eletrônica de varredura, as reações em pasta composta de cinza do bagaço e hidróxido de cálcio (30% de cinza e 70% de Ca[OH]2), com relação água-aglomerante de 0,47. Os resultados indicaram consumo de Ca(OH)2 no tempo e presença de silicato de cálcio hidratado (C-S-H) como principal produto formado nas reações pozolânicas.

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Os autores ressaltaram que a alta temperatura e a combustão incompleta nas caldeiras reduziram a reatividade da cinza em função do elevado teor de carbono e da presença da sílica em estado estrutural cristalino. Nesse estudo, a mistura CBC e C-S-H foi mantida até que as partículas apresentassem tamanho inferior à malha de 63 �m.

A Tabela 4 apresenta as composições químicas das cinzas investigadas por MARTIRENA HERNÁNDEZ et al. (1998), em comparação as amostras caracterizadas por MASSAZZA (1998) e SINGH et al. (2000).

Tabela 4 - Composição química da CBC

Fonte: MASSAZZA (1998) e SINGH et al.(2000).

Embora não haja referência quanto às condições de queima do bagaço empregadas, os valores reduzidos da perda ao fogo (0,8% e 0,9%) indicam cinzas produzidas em processos de

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combustão eficaz, exceto a cinza estudada por Singh et al. (2000), a qual apresentou deficiência na pirólise do bagaço..

Há variação na composição química das amostras apresentadas, principalmente para os teores de SiO2 (63,2% – 75%), o que pode ser atribuído à presença de carbono residual e óxidos contaminantes.

Freitas (1996), em suas pesquisas empregou a cinza do bagaço de cana-de-açúcar na produção de tijolos de solo cimento, tendo os resultados indicados a redução do índice de absorção e a elevação da resistência a compressão em todos os traços estudados. A CBC empregada foi produzida no Município de Campos dos Goytacazes/RJ.

Em estudos realizados para verificação da influência da cinza do bagaço em argamassas (1:3), no que tange a resistência à compressão, FREITAS et al. (1998), utilizou uma cinza residual classificada na peneira de 75 �m. Foi fixado o teor de água – aglomerante em 0,48; sendo definidos traços com substituições, em massa de cimento Portland, de 5%, 10%, 15% e 20%, além do traço padrão desenvolvido sem adição de CBC.

A mistura com 15% de cinza do bagaço apresentou os melhores resultados de resistência à compressão até os 63 dias de cura, como pode ser observado na Figura 13. Os valores de resistências obtidos para as misturas com os demais teores de substituição não apresentaram diferenças significativas entre si e com relação à argamassa de controle.

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Figura 13 – Resistência à compressão de argamassas com CBC.

Fonte: FREITAS et al.(1998).

Zardo et al. (2004) avaliou o potencial das cinzas provenientes da pirólise do bagaço de cana-de-açúcar como adição mineral em compósitos de matriz cimentícea, tendo submetido a diferentes tempos de moagem (1,5 e 3 h), sendo posteriormente classificadas conforme a distribuição granulométrica das partículas, sendo observado a distribuição na Tabela 5.

Tabela 5 - Análise granulométrica da CBC após moagem (1,5 e 3 h).

Fonte: ZARDO et al. (2004)

A Tabela 5 apresenta os resultados da análise granulométrica da cinza de bagaço de cana após dois períodos diferentes de moagem. O aumento do tempo de moagem provocou a redução do tamanho médio das partículas do material, uma vez que as concentrações em massa retidas em peneiras com menor abertura aumentaram após 3 h de moagem.

A cinza moída foi incorporada em matriz de cimento juntamente com fibras vegetais e sintéticas, para produção de placas prensadas de fibrocimento em escala laboratorial. Os compósitos foram submetidos a ensaios físicos e mecânicos aos 28 dias de idade e após 50 ciclos de envelhecimento acelerado por imersão em água e secagem. A composição química da cinza e o ensaio de difração de raios-X indicaram teor de SiO2 igual a 77% na forma cristalina; Figura 14.

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Figura 14 – Espectro de difração de raios-X da cinza de bagaço de cana-de-açúcar

Fonte: CORDEIRO (2006).

De acordo com a Figura 14, pode-se observar, através dos estudos desenvolvidos por Zardo et al. (2004), que a queima do bagaço de cana-de-açúcar na temperatura de 1000°C durante 4 h promoveu a formação de SiO2 cristalino (quartzo).

Desta forma, materiais com estrutura desordenada (amorfa) apresentam maior reatividade em comparação com materiais cristalinos. A Tabela 6 apresenta os resultados da atividade pozolânica da cinza moída por 1,5 e 3h através do método de Chapelle. Apesar do teor elevado de SiO2, encontrou-se baixa reatividade pozolânica, o que é compatível com a cristalinidade apontada no ensaio de difração de raios-X (DRX).

Tabela 6 – Determinação da Atividade Pozolânica - Método de Chapelle

Fonte: CORDEIRO (2006)

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Os compósitos com cinza moída apresentaram resultados de resistência à tração na flexão superiores aos dos compósitos com cinza “in natura”. A resistência mecânica dos corpos-de-prova manteve-se praticamente inalterada depois dos 50 ciclos de imersão-secagem.

Após o ensaio de envelhecimento, observou-se queda dos valores de tenacidade e de absorção de água do compósito, e aumento dos valores do módulo elástico, o que pode ser explicado principalmente pela hidratação continuada da matriz.

MESA VALENCIANO (1999) citada por CORDEIRO (2006) desenvolveu pesquisas com o objetivo de verificar a empregabilidade da cinza do bagaço na confecção de pastas com cimento Portland para a produção de tijolos de solo-cimento. A cinza, coletada junto à Usina Furlan, localizada em Santa Bárbara D’Oeste/SP, foi submetida à moagem em moinho de bolas por 3 horas, não sendo feito referência quanto às condições de moagem empregadas, sendo informado que apenas 6,3% das partículas apresentaram diâmetros menores que 75 �m.

Foram empregados 3 teores de substituições (10%, 30% e 50%), sendo ensaiadas pastas de consistência normal (ABNT NBR 7215, 1996). Os resultados indicaram que a incorporação da cinza aumentou o conteúdo de água e reduziu significativamente a resistência à compressão aos 28 dias das pastas. Com relação à mistura de referência, a redução da resistência das pastas com 10%, 30% e 50% de CBC em substituição ao cimento Portland foi de 1,9%, 11,5% e 64,0% respectivamente.

A atividade pozolânica de uma cinza do bagaço da região de Valle del Cauca (Colômbia) foi investigada através do monitoramento, por termogravimetria, do hidróxido de cálcio fixado em pastas (PAYÁ et al., 2002 apud CORDEIRO, 2006). A cinza analisada apresentou elevada atividade pozolânica tanto com cimento Portland quanto com cal, apesar do alto teor de carbono em sua constituição química (maior que 10%) e arranjo estrutural cristalino.

Ressalta-se, no entanto, que este comportamento não deve ser atribuído exclusivamente à cinza do bagaço, uma vez que o material em questão foi gerado pela queima de uma mistura de bagaço de cana-de-açúcar e carvão (proporção de 9 : 1, em massa).

Singh et al. (2000), avaliaram a atividade pozolânica da cinza do bagaço em pastas com cimento Portland comum e relação água/cimento+CBC de 0,50. A resistência à compressão da pasta composta por 10% de cinza, com relação à massa de cimento, foi 30% maior que a resistência alcançada pela pasta de referência (100% de cimento).

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Os autores também verificaram que a deterioração química causada por ácido sulfúrico (H2SO4, N/60), medida por meio de expansões de prismas, foi significativamente menor nas pastas com a cinza do bagaço.

Segundo Cordeiro (2006) a cinza ultrafina do bagaço, material selecionado no estudo de diferentes configurações de moagem, possibilitou a manutenção das propriedades mecânicas dos concretos com menor consumo de cimento Portland e com reduzido desprendimento de calor.

Além disso, a cinza ultrafina do bagaço melhorou as propriedades do concreto no estado fresco, com aumento dos valores de abatimento do tronco de cone e redução da tensão cisalhante de escoamento, em relação às misturas de referência.

Quanto à utilização das diferentes cinzas no concreto, o emprego da cinza residual do bagaço sem moagem não se mostrou apropriado afirma CORDEIRO (2006), pois a substituição de cimento Portland pelo aditivo mineral comprometeu significativamente as propriedades dos concretos de resistência convencional, principalmente para os teores de substituição de cimento Portland de 15% e 20%.

Com base em suas pesquisas, Cordeiro (2006) conclui que o aditivo ultrafino proporcionou redução na absorção de água por capilaridade e na penetração acelerada de íons cloreto no concreto, até o teor avaliado de 20% de substituição de cimento. O efeito benéfico promovido pela cinza ultrafina do bagaço pode ser atribuído à atividade pozolânica da cinza e ao refinamento da estrutura de poros dos concretos.

Paula (2006) em seus estudos verificou a presença de 84% de SiO2 na composição da CBC, com partículas variando entre 1 e 14 �m e área específica de 24 m2/g. Com relação ao tempo de pega inicial, foi observado que as adições de cinza interferem de forma pouco significativa nas pastas de cimento, sendo anotado o valor máximo de 10 minutos.

Segundo Paula (2006), o qual considerou os resultados referentes aos ensaios de resistência a compressão aos 7 e 28 dias, é possível realizar substituições de até 20% de cimento Portland pela CBC, em massa, sem que ocorram perdas significativas nas propriedades do compósito.

Para Zardo (2004), o mecanismo de interação química entre o cimento e o açúcar ainda foi pouco explorado e aceita-se que o aumento do tempo de hidratação ocorre por meio dos

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seguintes mecanismos: (1) adsorção de açúcar na superfície das partículas de cimento que estão hidratando e/ou (2) formação de uma barreira temporária que dificulta a hidratação das partículas de cimento (JUENGER & JENNINGS, 2002). A adsorção pode ocorrer por meio de um processo denominado quelação, em que as moléculas orgânicas formam um complexo com os íons metálicos em fases do cimento.

TAPLIN apud ZARDO (2004) mostrou que a ligação entre as moléculas de açúcar e as partículas de cimento ocorre em razão da presença do grupo HO-C=O. Uma característica deste grupo é que as moléculas de água podem ser aproximadas umas das outras, um requisito necessário para ocorrer a quelação.

Nunes (2009) afirma que a CBC apresenta um elevado teor de Sílica (SiO2) cristalina na forma de quartzo, as quais ele atribui o baixo índice de atividade pozolânica do material. Nesta pesquisa Nunes (2009), atribui o aumento de resistência em teores de adição de até 17% em massa de cimento, como sendo a ação filler do material, o qual estaria reduzindo a porozidade do compósito e elevando a resistência característica à compressão do concreto.

Os estudos desenvolvidos por diferentes pesquisadores, indicam que a cinza residual do bagaço de cana-de-açúcar apresenta composição química adequada ao emprego como adição mineral, principalmente no que se refere aos teores de dióxido de silício e perda ao fogo.

Entretanto, a distribuição granulométrica variável da cinza e a sua estrutura cristalina, própria de um sistema de obtenção sem qualquer classificação, aponta para a necessidade de moagem e de processos de produção assistidos para elevar a reatividade, pelo aumento da superfície específica das partículas, e conferir maior homogeneidade ao material.

3 MATERIAIS E MÉTODOSNeste capítulo são apresentados os materiais e a metodologia utilizada para obtenção do objetivo principal. Os ensaios utilizados para caracterização dos materiais, desenvolvimento dos projetos de dosagens e para elaboração dos lotes estão descritos de forma sucinta neste capítulo. Sempre que possível, recorreu-se ao uso de ensaios normalizados, que são descritos nesta pesquisa de forma resumida. Algumas metodologias e práticas, por não serem de uso corrente no âmbito da pesquisa sobre materiais na engenharia civil, são discutidas mais detalhadamente. Inicialmente, são expostos os detalhes da coleta e caracterização das cinzas residuais do bagaço de cana-de-açúcar. Por fim, são apresentadas as características físicas e químicas dos materiais complementares utilizados na confecção dos concretos, como cimento Portland, agregados, aditivo plastificante e água. A presente investigação foi conduzida no departamento de engenharia da Universidade Estadual de Maringá e contou com a colaboração da infra-estrutura dos laboratórios abaixo mencionados:

Laboratório de Desenvolvimento Tecnológico - Departamento de construção civil - SENAI /Maringá /PR Laboratório de Bio - processos – Núcleo de educação tecnológica - SENAI Maringá/PR Laboratório de Agroquímica – Departamento de Química – Universidade Estadual de Maringá.

O programa experimental foi desenvolvido para alcançar os objetivos específicos desta dissertação, estando estruturada conforme o fluxograma abaixo:

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MASSA ESPECÍFICA (3.2.1.1)

MASSA UNITÁRIA (3.2.1.2)

SELEÇÃO E COLETA DOS MATERIAIS

(3.1)

CBC (3.2.1) CIMENTO

MASSA ESPECÍFICA (3.2.2.2)

ANALISE GRANULOMETRICA

(3.2.1.4)

COMPOSIÇÃO QUÍMICA (3.2.1.3)

MASSA UNITÁRIA (3.2.2.3)

TEOR DE MATERIAL PULVERULENTO

(3.2.2.4)

DETERMINAÇÃO DAS PROPORÇÕES DOS

AGREGADOS (3.3.4)

FIXAÇÃO DO ABATIMENTO – SLUMP

(3.3.2)

DEFINIÇÃO DO fck (3.3.1)

DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DO

CONCRETO (3.3)

DETERMINAÇÃO DOS INDICES DE ADIÇÃO DA

CBC (3.3.5)

ELABORAÇÃO DO PROJETO DE DOSAGEM

DO CONCRETO ATRAVÉS DO M.H.D

(3.4)

DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ARGAMASSA

(3.3.3)

ADITIVO

ANALISE GRANULOMÉTRICA

(3.2.2.1)

AGREGADOS (3.2.2)

ENSAIOS PARA CARACTERIZAÇÃO (3.2)

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DETERMINAÇÃO DO Fcj

(3.4.1)

CALCULO DO TRAÇO PROPORÇÃO EM MASSA

CALCULO DO TEOR ÁGUA / MATERIAIS

SECOS (3.4.3)

CALCULO DE “M” (3.4.4)

CALCULO DO FATOR ÁGUA/CIMENTO

(3.4.2)

CALCULO DO TRAÇO PROPORÇÃO EM MASSA

(3.4.5)

DEFINIÇÃO DOS TRAÇOS EM

PROPORÇÃO DE MASSA (3.4.7)

CALCULO DO CONSUMO DE CIMENTO

(3.4.6)

PREPARO DO CONCRETO EM

BETONEIRA (3.5)

MOLDAGEM DE 21 CORPOS - DE – PROVA

(3 CP’S / LOTE)

MOLDAGEM DE 126 CORPOS-DE-PROVA

(18 CP’S / LOTE)

LOTES DE 15 A 21 LOTES DE 08 A 14 LOTES DE 01 A 07

ENSAIO DE MÓDULO DE DEFORMAÇÃO AOS

28 DIAS (3.7)

CAPÍTULO IV ANALISE DOS RESULTADOS

ENSAIO DE RESISTENCIA A

TRAÇÃO POR COMPRESSÃO

DIAMETRAL AOS 28 DIAS

(3.8)

ENSAIOS DE RESISTENCIA A

COMPRESSÃO AXIAL AOS 3; 7 E 28 DIAS

(3.6)

MOLDAGEM DE 21 CORPOS - DE – PROVA

(3 CP’S / LOTE)

TRAÇOS LP – PADRÃO CB05 – 05% DE CBC CB10 – 10% DE CBC CB15 – 15% DE CBC CB20 – 20% DE CBC CB25 – 25% DE CBC CB30– 30% DE CBC

PREPARO CP’S (3.5.1)

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3.1 SELEÇÃO E COLETA DOS MATERIAIS

3.1.1 Agregados

Segundo a MINEROPAR, 2009, agregados são partículas de rocha que, classificadas granulometricamente ou não, formam parte ou o todo de uma estrutura de engenharia ou construção. São materiais pétreos, obtidos por fragmentação artificial ou já fragmentados naturalmente, com propriedades adequadas, possuindo dimensões nominais máximas inferiores a 152 mm e mínima superior ou igual a 0,075 mm. Representam a maior proporção dos materiais usados na indústria da construção. Têm como função atuar como elemento inerte ou que não sofre transformação química nas argamassas e concretos.

A grande maioria dos agregados é produzida diretamente por britagem de maciços rochosos ou de ocorrências naturais de depósitos particulados do tipo areia, pedregulho e conglomerado.

A base de dados utilizada, existente na Minerais do Paraná S/A (MINEROPAR), é constituída pelos dados declarados pelas indústrias extrativas minerais no Informativo Anual sobre a produção de substâncias minerais – IAPSM, sendo praticamente, a única fonte de informação do governo estadual.

A produção anual total de bens minerais para uso como agregados no Estado do Paraná, segundo dados apresentados nos site da MINEROPAR (2009), atingiram, em 2008, cerca de 1.500.000 m3 de areia e 2.300.000 m3 de pedra britada, representando a capacidade produtiva instalada.

Nesta pesquisa, optou-se em utilizar materiais de uso comum na região, sendo obtidos através de parcerias junto a empresas da cidade de Maringá. Para o desenvolvimento dos trabalhos, foram selecionados agregados isentos de impurezas a fim de reduzir a interferência na leitura dos resultados. A forma dos grãos, o teor de materiais pulverulentos e as curvas granulométricas também foram objetos de observação durante a fase de seleção dos agregados.

As coletas dos agregados foram realizadas através da extração das amostras diretamente dos estoques da empresa CONCREMARSUL serviços de concretagem. Os agregados ficam

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estocados em montes, com volumes aproximados de 300 m3, não sendo observada a existência de baias de estocagem ou identificação inequívoca dos materiais.

As amostras foram colhidas em três pontos distintos de cada monte, sendo acondicionados individualmente em embalagens plásticas, identificadas quanto à região de coleta e a classificação inequívoca dos materiais, sendo realizados os procedimentos conforme a Norma NBR NM 26 (2001). Para esta pesquisa, foram empregados três tipos de agregados, sendo uma areia e dois tipos de brita.

A areia utilizada possui composição rica em quartzo, extraída do leito do rio Paranapanema, na região de Porto São José / PR, sendo coletado o material na empresa CONCREMARSUL, Figura 15. Para a realização deste trabalho foram realizados ensaios para a caracterização física do agregado, estando descritos ainda neste capítulo. Para a confecção dos corpos-de-prova e demais ensaios consumiram 01 metro cúbico de areia.

Figura 15 – Estoque de areia na empresa CONCREMARSUL concretos e argamassas. Maringá – PR

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Figura 16 – Areia média empregada no desenvolvimento da pesquisa

A Figura 17 apresenta o estoque de brita 01 da empresa CONCREMAR concreto e argamassa. As britas, (brita zero e brita 01), são derivadas da rocha basalto, possuem formato angular (Figura 18) sendo extraídas e beneficiadas no município de Maringá. Ensaios para a caracterização física dos agregados graúdos serão apresentados na neste capítulo.

Figura 17 – Agregado graúdo (Brita 01), estoque CONCREMARSUL – Maringá - PR

50

Figura 18 – Amostra de brita 01, utilizada no preparo do concreto

3.1.2. Cimento

Dentre os inúmeros tipos de cimento Portland fabricados no Brasil, optou-se pela utilização de um cimento com baixo teor de adições minerais, buscando desta forma a adulteração dos resultados da pesquisa.

O cimento utilizado neste estudo foi o cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CPV ARI), produzido pela cimentos CAUE – Grupo Camargo Correa. Segundo a NBR 5733 (1991) este cimento possui em sua constituição, teores entre 95 e 100% de clínquer e sulfato de cálcio, com a adição de até 5% de material carbonático na produção do aglomerante.

A coleta do aglomerante resumiu-se ao transporte entre o ponto cedente e o local de estocagem, não havendo a necessidade da realização de procedimentos complementares, sendo analisado posteriormente o relatório de ensaio fornecido pela indústria cimenteira para compreensão das características do cimento Portland empregado neste trabalho.

O lote de cimento empregado nesta dissertação apresentou massa específica de 3,12 kg/dm³ e resistência à compressão axial de 28 MPa nas primeiras 24 horas e 51 MPa aos 28 dias. O blaine medido neste lote foi de 5.100 cm², com início de pega aos 160 minutos e fim de pega aos 270 minutos.

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O cimento foi adquirido em embalagens de 40 kg, onde não apresentavam violações ou qualquer dano que viessem a interferir no desenvolvimento desta dissertação, estando o material dentro do prazo de utilização mencionado na embalagem. Para esta pesquisa, foram consumidos 380 kg de cimento Portland.

3.1.3. Cinza de bagaço de cana-de-açúcar (CBC)

Para a fase experimental, optou-se em utilizar a cinza passante pela peneira com abertura de 600 µm , Figura 19, uma vez que o tratamento (preparo) da mesma, como moagem e calcinação, já empregados por outros autores, tais como Guilherme C. Cordeiro (2006) e Romildo Toledo Filho (2006), podem inviabilizar o emprego da CBC em escala industrial, devido aos custos do tratamento.

Figura 19 – Amostra de CBC “in natura”.

A CBC empregada nesta pesquisa é originária da Usina Santa Terezinha – USAÇUCAR – Unidade Iguatemi devido à proximidade do município, reduzindo desta forma o custo com a logística, uma vez que o estudo da viabilidade técnica para o emprego da CBC na produção de concretos está diretamente relacionado à viabilidade econômica do projeto.

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Nesta pesquisa optou-se em trabalhar com o material passante pela peneira 600µm, sendo descartadas as partículas retidas na peneira de corte. Após a seleção da amostra, as mesmas foram secas em estufa para realização dos ensaios descritos neste capítulo.

3.1.4. Água

A água empregada na produção dos concretos foi fornecida pela companhia de saneamento do Paraná – SANEPAR, através do sistema público de abastecimento de água no município de Maringá.

3.1.5. Aditivo

O aditivo adotado para esta pesquisa foi selecionado com base na sua composição química, sendo definido o emprego de aditivos compostos por sais sulfonados em meio aquosos. Dentre os inúmeros produtos ofertados pelo mercado e que atendem as características requeridas nesta pesquisa, optou-se pelo Sikament 322 N, produzido pela SIKA S.A. do Brasil.

O aditivo foi adquirido em balde de 18L, estando este lacrado e dentro do prazo de utilização mencionado na embalagem.

3.2 ENSAIOS PARA CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS 3.2.1 Cinza de bagaço de cana-de-açúcar 3.2.1.1 Determinação da massa específica

Os valores de massa específica da CBC foram determinados através da Norma DNER – ME 085/94 (Material finamente pulverizado – Determinação da massa específica real), no laboratório de bioprocessos do SENAI – Maringá.

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Este método consiste na determinação da densidade através do deslocamento volumétrico de uma massa conhecida de amostra imersa em um líquido não reagente com o material analisado, neste caso houve o emprego de querosene.

A fim de padronizar as medidas, todas as amostras foram previamente secas em estufa à temperatura de 100°C ± 5°C, até constância de massa. Foram separadas três amostras (X; Y; Z) de mesma massa, sendo realizados dois ensaios de forma consecutiva, sendo reservada a terceira amostra para contraprova.

O ensaio inicia-se com a pesagem das amostras, para tanto, foi utilizada balança digital, com capacidade de 5.000g e divisão de 0,01g. Cada amostra foi composta por 60±0,02g, sendo separadas e identificadas para a realização dos ensaios.

Na seqüência, foi colocado o querosene no interior do frasco de “Le Chatellier”, posicionando o mesmo entre as marcas de zero e um ml, evitando o contato do líquido com as paredes do frasco. Com o auxílio de um pano absorvente, foi retirado o querosene aderido na face do frasco, sendo então lançado o lote X da CBC no interior do frasco, evitando o contato da cinza com a lateral do recipiente.

Após a imersão da cinza de bagaço de cana-de-açúcar no querosene, fecha-se o frasco de “Le Chatellier” com o auxílio de uma rolha. Agita-se o frasco, através de movimentos circulares para a retirada das bolhas de ar e acomodação dos sólidos imersos no querosene.

Após acomodação das partículas, fez-se a imersão do frasco em banho térmico, sendo então iniciada a seqüência de leituras até a constância, sendo então registrada a leitura final, lançando o valor mensurado durante o ensaio na equação (3.1).

Massa específica real = VdMc (3.1)

Onde:

Mc: Massa de CBC empregada no ensaio

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Vd: Volume de líquido deslocado pela CBC

Segundo a Norma DNER – ME 085/94, dois resultados obtidos de forma consecutiva, nas mesmas condições e realizados pelo mesmo operador não pode diferir em mais de 0,009 g/cm3. Caso este valor seja ultrapassado, um novo ensaio deverá ser realizado para obtenção do resultado.

Observa-se, porém, que os dois ensaios realizados apresentaram o mesmo resultado, 2,608 kg/cm3, fazendo com que não houvesse a necessidade da utilização do Lote Z, preparado no inicio do ensaio e reservado para contraprova.

3.2.1.2 Massa unitária

Segundo Tartuce (1990), a massa unitária corresponde ao volume aparente do material, isto é, incluindo no volume os vazios entre os grãos. A importância de se conhecer a massa unitária esta em definir o consumo de materiais, em volume, para um determinado traço de concreto.

O material foi seco em estufa, à temperatura de 100°C ± 5°C, até constância de massa, sendo então separadas três amostras (X; Y; Z) para realização do ensaio.

Para determinação da massa unitária, foi utilizada a Norma ABNT NBR NM 45 (2006), a qual determina os procedimentos para realização da determinação da massa unitária. Para a realização do experimento, utilizou-se um recipiente prismático de base quadrada, com capacidade volumétrica de 15 dm3. Para realização do ensaio, o prisma foi posicionado sobre superfície plana isenta de vibrações.

Com o auxílio de uma concha para a coleta da amostra, previamente seca, iniciou-se o lançamento da CBC no interior do recipiente, de forma distribuída ao longo da superfície. Para o lançamento, a concha foi posicionada a uma distancia de 10 cm da borda superior do prisma, mantendo a mesma levemente inclinada para que ocorresse o deslocamento do material da concha para o interior do recipiente, apenas pela ação da força da gravidade.

O material foi lançado no interior do prisma até que o mesmo excedesse a borda superior do recipiente, sendo então regularizado o topo, através de razamento com o auxílio de uma régua metálica.

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Na seqüência, realizou-se a leitura da massa de CBC alojada no interior do recipiente prismático, através de balança digital com capacidade de 30 kg e divisão de 5g, sendo repetido este procedimento três vezes para cada lote preparado, estando às leituras registradas na Tabela 07, já estando subtraída a massa do recipiente;

Tabela 07 – Leituras das massas de brita para determinação da massa unitária

Leitura 01

(g)

Leitura 02

(g)

Leitura 03

(g)

Média

(g) Lote X 18.945 19.115 18.905 18.988 Lote Y 18.870 19.050 19.000 18.973 Lote Z 19.150 19.000 19.200 19.116

Para o calculo, considerou-se a média das leituras obtidas pelos lotes ensaiados. Segundo a Norma ABNT NBR NM 45 (2006), as densidades não devem diferenciar em mais de 40 g/cm3 entre dois resultados consecutivos e obtidos pelo mesmo operador. Este ensaio permite a mensuração da massa unitária, através da equação (3.2). Neste ensaio, o valor da massa unitária foi obtido a partir da média aritmética de três determinações dividida pelo volume do recipiente, sendo anotada a massa unitária de 1,26 kg/dm3.

Massa unitária = VrMc (3.2)

Onde:

Mc: média da massa de CBC depositada no interior do recipiente prismático

Vr: volume do recipiente

Os ensaios para determinação da massa unitária foram realizados nas instalações do Laboratório de Desenvolvimento Tecnológico, no SENAI – Maringá.

3.2.1.3 Composição química

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A CBC foi analisada no Laboratório de Agro-química e Meio Ambiente da Universidade Estadual de Maringá – UEM, onde foram obtidos os laudos químicos - analíticos do resíduo passante pela peneira #100, através da Espectrometria de absorção atômica e determinação do pH em água destilada.

Para a determinação da composição química da cinza do bagaço da cana-de-açúcar foi empregada análise semi-quantitativa por espectrometria de fluorescência de raios X com tubo de 3 kW e alvo de ródio (Rh).

As amostras (em pó), já passadas na peneira de abertura 0,150 mm (#100) e secas em estufa a 110ºC por um período de 24 horas são prensadas com ácido bórico para formação de um disco e submetidas ao ensaio. Os resultados das analises realizadas no departamento de agro-química da UEM, são apresentados na forma percentual dos seguintes óxidos: CaO, K2O, MgO e P2O5. Constam ainda, a quantidade de carbono, matéria orgânica e nitratos.

Para completar a caracterização química da cinza residual, foi realizada no Laboratório de Agro-química da UEM a determinação do pH em analisador Analion PM606F, por meio de eletrodo combinado (Analion V620) segundo procedimento estabelecido pela EMBRAPA (SILVA, 1999). O valor de pH foi determinado a partir da média de três medições, em amostras em solução aquosa (razão sólido-líquido de 1 : 2,5, em volume), à temperatura de 23°C ± 0,5°C. Os resultados destes ensaios são apresentados nas Tabelas 08 e 09.

Tabela 08 – Análise química da CBC: macro nutriente.

MACRONUTRIENTES Valores Obtidos (%) de massa

*Umidade Elementos pH 65oC 110oC C MO Ntotal CaO MgO K2O P2O5 Rel.

C/N H2O

- - 486 8,85 0,13 1,02 0,15 0,37 0,01 37,1 8,96 Outros elementos (mg Kg-1)

Fe Cu Mn Zn 1.373,65 29,73 70,96 16,82

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Tabela 09 – Análise química da CBC: resultados analíticos.

RESULTADOS ANALÍTICOS Amostra Valores Obtidos

mg Kg-1 Pb Cd As Hg Sn Co Ni Cr

CBC nd nd nd Nd nd nd nd nd

3.2.1.4 Determinação da composição granulométrica

No desenvolvimento deste trabalho, a determinação da distribuição do tamanho das partículas é de grande importância para o controle e otimização das etapas de cominuição das adições minerais, além da caracterização dos agregados.

A classificação por peneiramento a seco deve ser executada segundo a ABNT NBR NM 248 (2003) com emprego de conjunto de peneiras (com aberturas entre 75 �m e 25 mm) acopladas a agitador mecânico.

As amostras são previamente secas em estufa à temperatura de 100°C ± 5°C, por 24 horas, sendo verificada a constância de massa. Segundo CORDEIRO (2006), no caso específico das cinzas agroindustriais, deve ser efetuada, após secagem, homogeneização através do quarteamento (ABNT NM NBR 27: 2006).

Para a realização da analise granulométrica, foram separadas três frações (X; Y; Z) de CBC, cada uma contendo 1000g para a realização do peneiramento. Para este ensaio foram empregadas as peneiras de série normal, situadas no intervalo entre 0,150mm e 4,8mm, sendo ainda utilizado o fundo para retenção do material passante pela peneira #100, Figura 20.

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Figura 20 – Peneirador mecânico com timer incorporado – Marca Solotest

As peneiras foram posicionadas sobre peneirador eletro-mecânico, marca Solotest, disponível no Laboratório de Desenvolvimento Tecnológico do SENAI – Maringá, na seqüência: fundo; 0,150mm; 0,300mm; 0,600mm; 1,2mm; 2,4mm e 4,8mm iniciando no sentido de baixo para cima.

A amostra X da cinza residual foi depositada no interior da peneira 4,8mm, sendo então colocada a tampa, a fim de evitar a perda de material durante o peneiramento. Considerou-se um intervalo de tempo de 10 minutos para a agitação mecânica do conjunto de peneiras, através do cronometro incorporado no equipamento.

Após a agitação mecânica, iniciou-se o peneiramento manual, com ciclos de 1 minuto para cada peneira, a qual foi ensaiada individualmente, sendo realizada a 1º leitura de massa retida. A peneira foi agitada por mais um minuto sendo então realizada a 2º leitura de massa. Este procedimento repetiu-se até o momento onde duas leituras consecutivas diferiram em menos de 0,5% relativo à massa retida, sendo então registrada a leitura para aquela dada peneira.

Este procedimento repetiu-se ao longo de todo o conjunto de peneiras empregado na realização da analise granulométrica. Concluído o ensaio do Lote X, iniciou-se o ensaio do Lote Y, sendo reproduzidas as etapas realizadas no ensaio da amostra X. Na Tabela 10, esta apresentada a analise granulométrica da CBC, tendo sido considerado os resultados do Lote X para a composição da curva granulométrica, a qual possui Módulo de finura igual a 0,93mm.

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Tabela 10 - Ensaio de análise granulométrica da CBC

Peneira Massa (g) % Retida % Retida e Acumulada 4,8 2,02 0,20 0,20 2,4 2,16 0,21 0,41 1,2 2,24 0,22 0,63 0,60 3,48 0,34 0,97 0,30 76,02 7,60 8,57 0,15 737,5 73,75 82,32

Fundo 176,48 17,64 99,96 Total (g) 999,9

Diâmetro máximo característico: 0,60mm - Módulo de Finura: 0,93

3.2.2 Agregados 3.2.2.1 Determinação da composição granulométrica

As amostras foram previamente secas em estufa à temperatura de 100°C ± 5°C, por 24 horas, sendo verificada a constância de massa. Para a realização da analise granulométrica, foram separadas três frações (X; Y; Z) de cada material ensaiado (areia, brita zero e brita 01), sendo separas frações de areia contendo 1.000g e frações de 5.000g para a brita, para a realização do peneiramento.

Para este ensaio foram empregadas as peneiras de série normal, situadas no intervalo entre 0,150mm e 25mm, conforme a característica de cada material, sendo ainda utilizado o fundo para retenção do material passante pela peneira final, conforme Norma ABNT NBR NM 248 (2003).

Para a análise granulométrica da areia, as peneiras foram posicionadas sobre peneirador eletro-mecânico, marca EMIC, disponível no Laboratório de Desenvolvimento Tecnológico do SENAI – Maringá, na seqüência: fundo; 0,150mm; 0,300mm; 0,600mm; 1,2mm; 2,4mm e 4,8mm iniciando no sentido de baixo para cima respectivamente.

A amostra X da areia foi depositada no interior da peneira 4,8mm, sendo então colocada a tampa, a fim de evitar a perda de material durante o peneiramento. Considerou-se um

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intervalo de tempo de 10 minutos para a agitação mecânica do conjunto de peneiras, através do cronometro incorporado no equipamento.

Após a agitação mecânica, iniciou-se o peneiramento manual, com ciclos de 1 minuto para cada peneira, a qual foi ensaiada individualmente, sendo realizada a 1º leitura de massa retida. A peneira foi agitada por mais um minuto sendo então realizada a 2º leitura de massa. Este procedimento repetiu-se até o momento onde duas leituras consecutivas diferiram em menos de 0,5% relativo à massa retida, sendo então registrada a leitura para aquela dada peneira.

Este procedimento repetiu-se ao longo de todo o conjunto de peneiras empregado na realização da analise granulométrica. Concluído o ensaio do Lote X, iniciou-se o ensaio do Lote Y, sendo reproduzidas as etapas realizadas no ensaio da amostra X.

Os ensaios referentes aos agregados graúdos seguiram os mesmos procedimentos aqui apresentados, sendo apenas substituído o conjunto de peneiras, iniciando em 4,8mm e terminando em 25mm, conforme ABNT NBR NM 248 (2003).

Nas Tabelas 11, 12 e 13, estão apresentadas as análises granulométricas dos agregados empregados no desenvolvimento do projeto de traço.

Tabela 11 – Analise granulométrica do agregado miúdo

Peneira Massa (g) % Retida % Retida e Acumulada 4,8 1,23 0,12 0,12 2,4 3,55 0,35 0,47 1,2 23,06 2,30 2,77 0,6 109,27 10,92 13,69 0,3 508,40 50,84 64,53

0,15 338,30 33,83 98,36 Fundos 15,82 1,58 99,94

Total (g) 999,63 Diâmetro máximo característico: 1,2 mm / Módulo de finura: MF = 1,8

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Tabela 12 - Análise granulométrica do agregado graúdo – brita 01

Peneira Massa (g) % Retida % Retida e Acumulada25,0 0 0 0 19,0 65,95 1,32 1,32 12,7 3.895,83 77,96 79,28 9,5 906,00 18,13 97,41 6,3 95,95 1,92 99,33 4,8 21,45 0,32 99,65

Fundos 22,68 0,35 100,00 Total (g) 4.996,41

Tabela 13 - Análise granulométrica do agregado graúdo – brita zero

Peneira Massa (g) % Retida % Retida e Acumulada12,7 0 0 0 9,5 732,07 14,64 14,64 6,3 4.133,89 82,72 97,36 4,8 121,96 2,44 99,80

Fundos 9,16 0,18 99,98 Total (g) 4.997,08

3.2.2.2 Determinação da massa específica e massa unitária

3.2.2.2.1 Agregado miúdo

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Os ensaios para a determinação da massa específica e da massa unitária foram realizados no Laboratório de Desenvolvimento Tecnológico do SENAI – Maringá, sendo empregada para a realização das análises uma balança digital com capacidade de 15 kg, divisão de 0,01g com sistema de pesagem hidrostática, erlenmeyer (vidro) com capacidade volumétrica de 500cm3, molde metálico em formato tronco cônico, de (40 ± 3) mm de diâmetro superior, (90 ± 3) mm de diâmetro inferior e (75 ± 3) mm de altura, com espessura mínima de 01 mm. e haste com (340 ± 15) g de massa, tendo superfície de compactação circular plana de (25 ± 3) mm de diâmetro, sendo utilizada para determinação da condição saturada superfície seca. No ensaio de massa unitária empregou-se recipiente metálico, com volume de 15cm3, em formato quadrado. Os procedimentos descritos para os ensaios de determinação da massa específica e determinação da massa unitária da areia seguem rigorosamente as Norma ABNT NBR NM 52 (2009) e ABNT NBR NM 45 (2006), respectivamente.

A amostra necessária para o ensaio de determinação da massa específica, constituída por 01 kg de agregado miúdo, é obtida por quarteamento, conforme a Norma ABNT NBR NM 27 (2001). Coloca-se a amostra em um recipiente, adiciona-se água no interior do frasco até que a areia fique imersa, deixando-a em repouso por 24 h. Retirando a amostra da água, inicia-se a secagem do agregado sob a ação de uma suave corrente de ar. Esta etapa prossegue até que os grãos do agregado miúdo não mais estejam fortemente aderidos entre si.

Na seqüência, coloca-se o agregado miúdo no molde tronco cônico, sem comprimi-lo; compactando sua superfície suavemente com 25 golpes de haste de socamento, sendo então retirado o molde (verticalmente), observando se o material conserva a forma do troco de cone, ou se o mesmo desmorona parcialmente, sendo esta a característica desejada. Esta condição demonstra que o material apresenta os grãos na condição de saturados superfície seca.

Observada a condição saturada superfície seca, realiza-se a coleta de 500,0 g de amostra (ms), sendo então depositado o material no recipiente volumétrico. Ao frasco é adicionada água até próximo da marca de 500 ml, sendo efetuados posteriormente, movimentos circulares de forma a eliminar as bolhas de ar no interior do frasco. Coloca-se o frasco em banho térmico, sendo mantida a temperatura constante de (21 ± 2) °C.

Após 1 h, aproximadamente, realiza-se a reposição da água até a marca de 500 cm3, sendo determinada a massa total com precisão de 0,1 g (m2). Após a leitura, retira-se o agregado

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miúdo do frasco sendo então seco, em estufa com temperatura oscilando entre 105 ± 5 °C até massa constante, sendo efetuada a leitura m3.

Após a realização das 03 leituras, fez-se a aplicação na equação (3.3), sendo obtida a massa específica de 2,67 g/cm3.

Para a realização do ensaio de determinação da massa unitária, empregou-se um volume de agregado miúdo duas vezes maiores que a capacidade volumétrica do recipiente, sendo neste ensaio, utilizado um prisma retangular com capacidade de 15 cm3.

O ensaio consiste no lançamento dos grãos de modo uniforme, buscando distribuir em toda a área da base do prisma uma camada regular, sem concentrações de materiais. A concha para o lançamento do agregado deve ser posicionada sobre o recipiente, distante aproximadamente 10 cm da borda superior, com uma inclinação suficiente para promover o deslizamento do material, sem que o mesmo adquira velocidade suficiente para promover a compactação entre os grãos.

Após o preenchimento do prisma, realiza-se a pesagem do conjunto (material / recipiente) sendo desconsiderada a massa do prisma. Após a pesagem do agregado, o material é re-misturado, sendo adicionado o excedente derramado ao novo lote de ensaio.

Este procedimento foi realizado três vezes para cada lote, sendo então aplicados os valores coletados durante os ensaios na equação 3.4, sendo registrado o resultado de 1,36 g/cm3.

Massa unitária = VtMa (3.4)

Onde:

Ma: Massa total de agregado (g)

Vt: Volume total da amostra, incluindo os vazios (dm3)

3.2.2.2.2. Agregado graúdo

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A massa especifica do agregado graúdo é determinado através da analise da relação entre a massa do material e o seu volume absoluto. Os procedimentos aplicados assemelham-se, em grande parte, aos praticados nos ensaios de agregados miúdos, sendo conduzido com base na Norma ABNT NBR NM 53 (2009).

A brita deve ser lavada para retirada do material pulverulento aderido a face do agregado, sendo então seca em estufa com temperatura oscilando entre 100 e 110 oC. Após a secagem dos grãos, realiza-se formação dos lotes para ensaio, sendo estes compostos por 02 kg de massa em cada amostra.

A amostra é acondicionada no interior do cesto para pesagem hidrostática, sendo o mesmo imerso em água durante 24 horas. Após a passagem deste período, realiza-se a pesagem do conjunto (cesto – agregado) imerso em água, sendo então denominada de pesagem hidrostática (L1).

Na seqüência, a amostra é retirada da água sendo então seca com auxílio de um pano absorvente. Este procedimento deve ser realizado de tal forma que a água presente no interior do agregado não evapore, mantendo o mesmo na condição de saturado superfície seca. Realizada a secagem das faces, o material é pesado (L2) e levado a estufa.

Após a secagem do material, verificada através da constância de massa indicada por pesagens consecutivas da amostra em estudo, o mesmo tem a sua massa registrada (L3), sendo então efetuado o calculo para determinação da massa específica por intermédio da aplicação das leituras registradas na equação (3.5) e a determinação da absorção pela equação (3.6).

Massa específica = 113

LLL + (3.5)

Onde:

L1: Leitura através de pesagem hidrostática (g)

L3: Leitura material seco (g)

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Absorção de água = 100323 xL

LL − (3.6)

Onde:

L2: Leitura com material na condição saturado superfície seca (g)

L3: Leitura material seco (g)

O ensaio para determinação da massa unitária segue os mesmos procedimentos utilizados para os agregados miúdos, estando os mesmos descritos neste capítulo. O ensaio foi realizado em três lotes distintos, sendo empregada apenas a brita zero no ensaio, uma vez que ambas derivam da mesma jazida, por conseqüência, a mesma massa específica; estando os resultados obtidos registrados na Tabela 14.

Tabela 14 - Absorção e massa específica do agregado graúdo – brita 0 e 01

Amostra no Massa(g) das amostras nas condições:

Massa Específica do Agregado na Condição Seca (�s) (kg.(dm)-3)

Absorção do Agregado

(ABS) (%)

Seca (M1)

Saturada Superfície Seca (M2)

Imersa em água

(M3) 1 650,32 667,13 392,93 2,66 2,52 2 650,89 662,33 389,02 2,67 1,73 3 649,41 665,11 393,46 2,65 2,36

Valores médios obtidos: 2,66 2,20

Para os agregados graúdos foram obtidas as massas unitárias de 1,37 e 1,43 g/cm³, para a brita 0 e para a brita 01 respectivamente.

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3.2.2.3 Determinação do teor de material pulverulento

A Norma ABNT NBR NM 46 (2003) fixa os procedimentos para a realização do teor total de materiais pulverulentos, de partículas menores que 0,075mm, presentes nos agregados.

Usa-se um conjunto de duas peneiras superpostas, sendo a superior de 1,2mm de abertura de malha, visando apenas sustentar o material mais grosso, e a inferior de 0,075mm de abertura, e água corrente para que o material possa ser lavado.

A amostra seca em estufa, com temperatura variando entre 100 e 110 oC, é pesada conforme a Tabela 15, depositada em um recipiente e coberta de água. A seguir, agita-se o material de forma a provocar a separação e a suspensão das partículas finas. A água então é cuidadosamente vertida através da peneira #200 para outro recipiente, sendo repetida esta etapa do ensaio até que a água se torne límpida, Figura 21.

Figura 21 – Processo de retirada do material pulverulento através da peneira #200.

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Tabela 15 – Quantidade mínima de amostra conforme a dimensão máxima do agregado.

DIMENSÃO MÁXIMA DO AGREGADO MASSA MÍNIMA DE AMOSTRAMenor que 4,8 mm 1,0 Kg Entre 4,8 e 19,0 mm 3,0 Kg Maior que 19,0 mm 5,0 Kg

Fonte: ABNT NBR NM 46 : 2003

O material lavado é seco em estufa (Figura 22) até constância de peso e novamente tem a sua massa determinada. O peso dos materiais pulverulentos removidos durante o processo de lavagem é obtido através da equação 3.7.

Massa unitária = 100xMiMfMi − (3.7)

Onde:

Mi: Massa inicial de agregado, conforme Tabela 14 (g)

Mf: Massa final, obtida após os processos de lavagem e secagem da amostra (g)

Figura 22 – Estufa para secagem dos materiais durante a realização dos ensaios.

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Segundo a ABNT NBR 7211 (2009), no agregado miúdo o teor de material pulverulento não deve ser maior que 3,0% para concretos submetidos a desgaste superficial e 5,0% para outros concretos. Nos agregados graúdos, o teor de material pulverulento não deve ultrapassar 1,0%.

Através destes ensaios pode-se verificar a conformidade dos agregados, sendo registrados os valores de 2,1 % de material pulverulento para o agregado miúdo. Nos agregados graúdos foram anotados os teores de 0,6 e 0,9% de material pulverulento na brita 01 e na brita 00, respectivamente.

3.3 DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DO CONCRETO

3.3.1. Definição do FcK

A escolha do Fck foi determinada de forma empírica, sendo definida com base em observações realizadas junto aos arquivos disponíveis no laboratório de Desenvolvimento Tecnológico (LADTEC) do SENAI – Maringá.

Através da leitura dos dados apurados no período entre janeiro de 2008 e julho de 2009, referente aos trabalhos de controle tecnológico do concreto em obras localizadas em Maringá e região, foi verificado que 72% de todos os concretos aplicados, sob a supervisão do SENAI, possuem resistência de 30 MPa.

Desta forma, o Fck escolhido teve por objetivo contemplar o cenário atual da construção civil Maringaense, sendo observada esta característica em outras regiões do País, conforme levantamento realizado junto à empresa prestadora de serviços de concretagens, Polimix concreto ltda. a qual afirma que nos últimos 05 anos houve um crescimento significativo no Fck médio comercializado em todas as suas 147 filiais, sendo o 30 MPa o concreto de maior representatividade no volume total comercializado pela empresa, segundo DOMINGOS (2009).

69

3.3.2. Fixação do abatimento no tronco de cone – slump test.

O abatimento foi definido com o objetivo de facilitar a moldagem dos corpos-de-prova, buscando evitar falhas de execução, como segregação ou nichos de concretagem. Optou-se em empregar nesta pesquisa o abatimento de 100 mm com tolerância de 20 mm para mais o para menos. O ensaio para determinação do abatimento do concreto foi realizado através do cone de ABRAMS, conforme Figura 23, sendo atendido os requisitos da Norma ABNT NBR NM 67 (2008).

Figura 23 – Ensaio para determinação do abatimento do concreto (slump).

3.3.3. Determinação do teor ideal de argamassa

Esta analise consiste na determinação do teor ideal de argamassa para um determinado volume de aditivo na composição de um concreto qualquer. Este ensaio tem por objetivo a redução da exsudação da água de amassamento e o aumento da coesão do concreto, estando fixado o abatimento, o fator água/cimento e o teor de aditivo no concreto.

Este ensaio consiste na adaptação do método proposto por Helene e Terzian (1992) e esta procedimentado no laboratório de desenvolvimento tecnológico do SENAI – Maringá, tendo sido validado através de pesquisas desenvolvidas pela instituição. Segundo procedimento

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LADTEC 007 (2009), para a determinação do teor de argamassa durante a elaboração de um projeto de dosagem deve-se considerar a interferência das características de cada material para o resultado final do projeto, devendo-se fixar as características desejáveis para o concreto fresco.

Desta forma, adotou-se para a realização deste ensaio um traço com proporção em massa de 1 : 8 com fator água / cimento de 0,55 e teor de aditivo de 0,7% em massa de cimento. O abatimento do concreto foi fixado em 100±20 mm. O teor de argamassa inicialmente foi defino em 47%, variando de dois em dois pontos percentuais até obtenção do teor ideal.

A determinação da exsudação, bem como da coesão do concreto são realizadas de forma subjetiva, limitando-se a comparações entre os concretos produzidos ao longo dos ensaios. A exsudação do concreto foi observada após 30 minutos da realização da mistura, estando o corpo-de-prova apoiado sobre superfície regular sem vibrações.

A coesão do concreto foi verificada através da aplicação de golpes paralelos a base, na região mediana do tronco de cone, junto ao concreto após a realização do ensaio de abatimento. Neste ensaio fora observado a reação do concreto fresco aos golpes, sendo verificado se o tronco de cone desmoronou após a aplicação dos golpes.

Na tabela 15, estão registradas as leituras para a determinação do teor de argamassa ideal, os abatimentos obtidos e as observações referentes às características do concreto fresco, tendo sido adotado o valor de 53% para o desenvolvimento do concreto padrão, objeto desta pesquisa.

Tabela 16 – Análise da influência do teor de argamassa nas características do concreto fresco.

Teor de argamassa (%) Abatimento (mm) Coesão Exsudação 47 130 Baixa Elevada 49 110 Baixa Regular 51 100 Regular Baixa 53 85 Bom Inexistente 55 65 Ótima Inexistente

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3.3.4. Determinação da proporção dos agregados graúdos

A proporção entre os agregados graúdos fora determinada através da determinação do menor índice de vazios. Esta analise se deu pela mistura de varias proporções de agregados, sendo então determinada a massa unitária da mistura ensaiada.

A pesquisa iniciou-se pela analise dos índices de vazios obtidos durante o ensaio para determinação da massa unitária dos agregados graúdos. Com base nas observações defini-se a proporção inicial, sendo considerada nesta pesquisa a relação 30% de brita 01 e 70% de brita zero.

Realiza-se então o preparo das amostras compostas por diferentes índices de agregados, previamente secos, sendo adotados valores com variações de 5%, para cada lote a ser ensaiado. Nesta pesquisa foram realizadas 07 misturas, as quais tiveram a massa unitária determinada conforme a Norma ABNT NBR NM 45 (2006), estando os procedimentos para a realização da analise já descritos neste capítulo, sendo definida para determinação do traço a proporção de 40% de brita zero e 60% de brita 01, estando todos os resultados discriminados na Tabela 17.

Tabela 17 – Análise para determinação do menor índice de vazios através da massa unitária.

Lote Brita zero (%) Brita 01(%) Massa unitária (g/dm3) Mistura 01 20 80 1,28 Mistura 02 25 75 1,30 Mistura 03 30 70 1,31 Mistura 04 35 65 1,34

Mistura 05 40 60 1,39 Mistura 06 45 55 1,36 Mistura 07 50 50 1,33

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3.3.5. Determinação dos teores de adição de CBC.

Para esta pesquisa foram determinadas as proporções de 05; 10; 15; 20; 25 e 30% de adição de CBC em substituição ao agregado miúdo. Estes valores foram definidos, com base nas pesquisas desenvolvidas por Cordeiro (2006); Carlos Humberto (2007) e Zardo (2006).

3.4 ELABORAÇÃO DO PROJETO DE DOSAGEM

O projeto de dosagem foi desenvolvido através do método híbrido de dosagem (M.H.D), o qual fora desenvolvido pelo autor deste trabalho em 2002, através da observação entre as correlações existentes em métodos já consagrados, como o método IPT/EPUSP; ITERS; INT e ABCP/ACI.

Fora observado que os métodos possuem elementos comuns, possibilitando desta forma a correlação entre as equações. Além das fórmulas apresentadas pelos métodos bases, para a validação do M.H.D., foram empregadas equações desenvolvidas através de analises em laboratório, sendo de fundamental importância para a estruturação do método.

Este processo aqui descrito, já fora aplicado na produção de aproximadamente 450 mil metros cúbicos de concreto, em quatro estados da Federação. Os resultados obtidos pelo M.H.D., ao longo de 07 anos demonstram a capacidade técnica do método em adequar-se às diversas obras em que esteve presente.

Desta forma, serão descritas as etapas presentes no desenvolvimento do projeto de dosagem aplicado nesta dissertação, sendo apresentadas as equações empregadas nas elaborações dos traços.

3.4.1. Resistência característica de dosagem (Fcj)

Para o desenvolvimento do projeto de traço, considerou-se um desvio padrão igual a 2,0 MPa, conforme a Norma ABNT NBR 6.118 (2008), uma vez que todas as varáveis ; como quantidade e umidade dos materiais foram rigorosamente controladas. Com base na resistência característica do concreto (Fck), definido na etapa de seleção das características do

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compósito, bem como no atendimento às exigências normativas, determinou-se a resistência característica de dosagem em 34 MPa, conforme equação (3.8).

Fcj = Fck + 1,65 x Sd (3.8)

Onde:

Fcj: resistência característica de dosagem aos 28 dias (MPa)

Fck: resistência característica do concreto aos 28 dias (MPa)

Sd: desvio padrão do concreto (MPa)

3.4.2. Calculo do fator água/cimento

Helene e Terzian (1992) afirmam que uma fase bastante importante no processo de dosagem do concreto é a de determinar a correlação existente entre a resistência à compressão axial e a relação água/cimento. A definição do traço inicial do concreto fica bastante prejudicada, sendo necessário esperar a ruptura dos corpos-de-prova à idade requerida para obter esta relação.

Para a solução deste problema, sugere-se a correlação apresentada no M.H.D, elaborada através de pesquisas em laboratório, com cimentos de diversas regiões do País, a qual esta representada na equação (3.9).

a/c = ( )

05,15,05833,1

5833,1 xFccFcj

Fcc

�����

�

�

�����

�

�

��

�

�

��

�

����

����

���

���

�+

(3.9)

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Onde:

a/c: fator água / cimento

Fcc: resistência característica do cimento (MPa)

Fcj: resistência característica de dosagem (MPa)

Para a determinação do fator a/c desta pesquisa considerou-se uma resistência característica do cimento de 47 MPa, conforme os relatórios de ensaio fornecidos pela indústria de cimento Camargo Correa à empresa Concremarsul concretos e argamassas da cidade de Maringá, não tendo sido autorizada a reprodução integral ou parcial do relatório de ensaio no corpo desta pesquisa.

Com base nos valores de Fcj (34 MPa) anteriormente calculado e na resistência característica do cimento - Fcc (47 MPa) obtido junto a empresa fabricante, calculou-se o fator a/c, sendo obtido o valor de 0,61, o que significa, que para cada 1.000g de cimento, será adicionada 610g de água à mistura.

3.4.3. Calculo da relação água/materiais secos (A%)

A proporção água/materiais secos é definida com base nas características dos agregados graúdos, sendo observada principalmente a composição granulométrica do material. Nesta pesquisa foram adotados dois tipos de agregados graúdos, brita zero e brita 01, nas proporções de 40% e 60% respectivamente, nesta condição, considerou-se o de menor diâmetro máximo, por apresentar proporção significativa na composição do agregado graúdo e consequentemente; grande interferência no abatimento.

Da mesma forma, o agregado miúdo interfere, significativamente, na trabalhabilidade do concreto, porém, o mesmo não é considerado no calculo para determinação da proporção água/materiais secos pelo método M.H.D.

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A interferência da composição granulométrica, segundo Giammusso (1992), esta diretamente relacionada à área especifica do material e a sua capacidade de absorção e adsorção de água. De modo geral, quanto maior a área específica do material, maior será a quantidade de água necessária para obtenção de um dado abatimento.

Desta forma, o M.H.D possui três equações, relacionadas ao dmáx. do agregado graúdo empregado na produção do concreto para o calculo do A%; sendo empregada nesta dissertação a equação indicada para agregados com dmax de 9,5 mm, conforme equação3.10.

A% = {[9,5202 x e (sl x 0,01229)] x 1,1} (3.10)

Onde:

A% = proporção água /materiais secos (%)

sl = abatimento do concreto (cm)

Através da equação apresentada, calculou-se o A%, sendo obtido o resultado de 11,8 % de água em relação à massa total de materiais secos, para um abatimento de 100 mm.

3.4.4. Determinação de “M”

Determinada a relação a/c e a proporção de água /materiais secos, a etapa consiste em fixar a composição ou o traço do concreto. Para reduzir o número de tentativas necessárias a fixação da relação a/c prefixada e consistência conveniente, o calculo pode ser baseado na lei de Lyse, conforme equação (3.11).

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M = 4,188,0%100

��

�

�−��

���

� ×

Aγ (3.11)

Onde:

M: teor de agregados na mistura

�: fator água/cimento

A%: teor água / materiais secos (%)

O teor de “M” obtido através da equação proposta foi de 6,00; ou seja, para cada 01 kg de cimento presente na mistura, serão adicionados 6 Kg de agregados ao concreto.

3.4.5. Determinação do consumo de agregado miúdo e graúdo

Tomando como referencia o resultado obtido no ensaio para determinação do teor ideal de argamassa, descrito anteriormente nesta pesquisa, é possível definir o a fração de agregado miúdo que compõem “M”.

Cabe ressaltar que o teor de argamassa pode ser definido sem a aplicação dos cálculos propostos por Helene e Terzian (1992), sendo possível o arbitramento de um valor, com base, exclusivamente, na experiência do tecnologista.

Faz-se a utilização da equação (3.12) para determinação da fração de agregado miúdo que compõem “M” sendo obtido 2,76 como resultado, o que representa 46 % do total da massa de agregado presente no concreto.

a = [� x (0,88 + M)] – 0,88 (3.12)

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Onde:

a: quantidade de agregado miúdo presente em “M”

�: teor de argamassa (%)

M: teor de materiais (agregados graúdos e miúdos) do concreto

Por definição, M consiste na soma das frações de agregados graúdo e miúdo, desta forma, obtendo-se a quantidade de agregado miúdo presente no concreto torna-se possível a determinação da quantidade de agregado graúdo na mistura. Este cálculo consiste na subtração da quantidade de agregado miúdo do total de M, conforme equação (3.13), sendo obtido o resultado de 3,24 ou 54% do total da massa de agregado seco presente no concreto.

b = M - a (3.13)

Onde:

b: fração de brita presente na composição do concreto

a: quantidade de agregado miúdo presente em “M”

M: teor de materiais (agregados graúdos e miúdos) do concreto em massa

Como fora definido anteriormente a combinação de dois tipos de brita (00 e 01) para comporem o agregado graúdo, o resultado obtido deve ser fracionado em duas partes que atendam ao requisito proposto, dessa forma; tem-se as equações (3.14) e (3.15):

Brita 0 = 3,24 x 0,4 (40%) 1,30 (3.14)

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Brita 1 = 3,24 x 0,6 (60%) 1,94 (3.15)

3.4.6. Determinação do consumo de cimento / M3

Através do M.H.D, o consumo de cimento Portland é determinado em função do volume absoluto que cada material representa na composição do concreto. Entenda-se como volume absoluto, o espaço ocupado pelo material constituinte, sendo desconsiderados os vazios. Desta forma, o cimento aplicado a mistura terá por finalidade o preenchimento dos espaços livres existentes na soma do volume de “M” com o volume de água, em função de um volume qualquer.

Desta forma, o consumo de cimento Portland para a produção de um volume qualquer (L) de concreto é dada pela equação (3.16);

�����

�

�

�

���

����

�++++

=

cabb

bb

aa

c

LC/88,0

2

2

1

1ββββ

(3.16)

Onde:

C: consumo de cimento Portland para a produção de uma mistura

L: volume de concreto produzido para cada mistura (dm3)

�c: massa específica do cimento (kg/dm3)

�a: massa específica da areia (kg/dm3)

�b1: massa específica da brita1(kg/dm3)

�b2: massa específica da brita2(kg/dm3)

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Na Tabela 18, estão expressos os resultados obtidos através do método híbrido de dosagem para calculo de traços de concreto, sendo apresentados os valores em unidade de massa. Para perfeita compreensão do processo de desenvolvimento do traço, fez-se um resumo com base nas etapas realizadas, sendo indicado o resultado em dois formatos distintos: o traço em proporção de massa, onde a dosagem esta em função da relação do consumo de cada material para cada 01 kg de cimento Portland. Outro formato apresentado, esta relacionado ao consumo de material para cada metro cúbico de concreto produzido.

Tabela 18 – Projeto de dosagem do traço de referência – 30 MPa

Material Traço em proporção de massa

(kg)

Traço em massa para 01 m3

(kg)Cimento CP V 1 311 Areia 2,76 858 Brita 0 1,30 404 Brita 01 1,94 603 Água 0,61 189 Aditivo 0,007 2,18

3.5. PREPARO DAS AMOSTRAS

3.5.1. FABRICAÇÃO DO CONCRETO

Em função do teor de absorção dos agregados graúdos estudados serem muito baixo, não se adotou o procedimento de imergir esses agregados em água por pelo menos 24 horas antes da mistura do concreto.

Antes da pesagem dos materiais para a fabricação de cada traço, o teor de umidade da areia foi avaliado e com este valor corrigiu-se a quantidade de água da mistura. Em seguida foi feita a pesagem de todos os materiais (cimento, areia, agregado graúdo, água e aditivo) em uma

80

balança eletrônica com precisão de 0,01 g, Figura 24. Para cada traço analisado, foram fabricados aproximadamente 90 litros de concreto.

Figura 24 – Pesagem dos materiais, em balança eletrônica, para produção dos concretos

Para a realização da pesquisa, foram desenvolvidos sete traços, sendo um padrão e mais seis projetos de traços com diferentes índices de substituição. Na Tabela 19, estão expressos os traços em proporção de massa, os quais serviram de base para a produção das amostras analisadas nesta dissertação.

81

Tabela 19 – Projetos de dosagem dos traços para analise – nesta tabela estão expostos os diferentes índices de substituições.

Identificação das amostras

Traços

(c: a: cbc: b1: b2 : água)

Teor de aditivo

Teor de adição de CBC

LP 1: 2,76: 0,00: 1,30:1,94: 0,61 0,7 % - CB 05 1: 2,62: 0,14: 1,30: 1,94: 0,61 0,7% 5% CB 10 1: 2,48: 0,28: 1,30: 1,94: 0,61 0,7% 10% CB 15 1: 2,34: 0,42: 1,30: 1,94: 0,61 0,7% 15% CB 20 1: 2,20: 0,56: 1,30: 1,94: 0,61 0,7% 20% CB 25 1: 2,06: 0,70: 1,30: 1,94: 0,61 0,7% 25% CB 30 1: 1,92: 0,84: 1,30: 1,94: 0,61 0,7% 30%

A mistura dos materiais foi feita em betoneira Mennegotti com capacidade de 260 litros, adotando-se a seguinte seqüência:

1- Adição do agregado graúdo e com a betoneira em funcionamento, colocação de metade da água de amassamento;

2- Adição do agregado miúdo e mistura dos materiais por aproximadamente 1 minuto, adicionando-se em seguida 40% da água de amassamento;

3- Colocação do cimento e mistura dos materiais por aproximadamente 1 minuto;

4- Com a betoneira ainda em funcionamento, colocava-se o aditivo dissolvido no restante da água de amassamento e continuava-se a mistura por mais 5 minutos.

3.5.2. MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA

Para a execução dos ensaios foram utilizados corpos-de-prova cilíndricos com dimensões 10 x 20 cm. Para cada traço foram moldados 24 corpos-de-prova. O adensamento do concreto foi feito de forma manual, em duas camadas e 12 golpes por camada, conforme a NBR

82

5738:2004. O acabamento da face superior dos corpos-de-prova foi feito por alisamento da superfície. Em seguida o concreto foi coberto com placas de vidro, permanecendo no local por 24 horas.

3.5.2. CURA DO CONCRETO

Os corpos de prova foram retirados dos moldes após 24 horas, sendo então identificados e levados à câmara úmida (Figura 25) onde permaneceram até a data dos respectivos ensaios. De lá, saíram para serem capeados (Figura 26) com pasta de enxofre para uniformização da sua superfície.

Figura 25 – Cura de corpos-de-prova em câmara úmida, em ambiente com umidade relativa de 99% e temperatura variando entre 21 e 23°C, conforme NBR 5738:2004.

83

Figura 26 – Corpos – de - prova com a camada de pasta de enxofre para a regularização dos topos, conforme NBR 5739:2007.

3.6 ENSAIO DE RESISTÊNICIA A COMPRESSÃO

Os ensaios de resistência à compressão em corpos cilíndricos de 10 x 20 cm foram realizados de acordo com a NBR 5739:2007. Para cada idade foram utilizados 06 corpos-de-prova.

Foi adotada, como resistência à compressão do concreto a média aritmética dos valores obtidos para os seis corpos-de-prova ensaiados em cada idade. Quando estes seis valores apresentaram um coeficiente de variação maior que 10%, exclui-se o valor inferior, por ser este o que mais se afastou da média. Após esta exclusão, os cálculos foram refeitos para verificar se o coeficiente de variação estava abaixo de 10%. Dos 126 corpos-de-prova analisados não foi necessário a retirada de nenhum dos valores obtidos.

Para este ensaio, foi aplicada uma carga de forma contínua e sem choques, com velocidade de carregamento de 0,5 MPa/s, sendo que não foram realizados ajustes nos controles das máquinas durante a realização da análise.

Os resultados que serão apresentados no capítulo 4, foram obtidos através de ensaios realizados no LADTEC – SENAI, com a utilização da prensa servo-controlada modelo PC-200 da marca EMIC. A analise foi gerenciada pelo programa TESC 2.0, sendo assegurada a

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inalterabilidade das condições de ensaio, tais como; velocidade de carregamento e registro da leitura final, Figura 27.

Figura 27 – Corpo – de - prova sob ação de esforços de compressão.

3.7 ENSAIO PARA DETERMINAÇÃO DO MODULO DE DEFORMAÇÃO

Para o ensaio do módulo de deformação, de acordo com a NBR 8522:2003, são necessários 5 corpos de prova cilíndricos, com 100 mm de diâmetro (d) e 200 mm de altura (L) ou que atenda à condição L/d = 2, sendo que o diâmetro deva ser no mínimo 4 vezes o tamanho máximo do agregado graúdo.

Dentre esses corpos-de-prova, em no mínimo dois, deve ser avaliada a resistência à compressão (de acordo com o que define a NBR 5739:2007), a fim de se determinar a carga a ser aplicada no ensaio do módulo de deformação. Neste estudo foram empregados três corpos-de-prova para a determinação do nível de tensão a ser aplicado.

Os corpos-de-prova foram centralizados na prensa e os medidores de deformação foram fixados de forma que os pontos de medição ficassem eqüidistantes dos extremos do corpo de prova. A base de medida das deformações deve ser no mínimo igual a 2/3 do diâmetro do corpo de prova e no máximo igual a esse diâmetro.

85

Foram utilizados para a realização deste ensaio a prensa modelo PC-200 EMIC (Figura 28 – a), com extensômetros eletrônicos do mesmo fabricante (Figura 28 – b). As analises do módulo de deformação foram gerenciados pelo programa TESC 2.0, fornecido pela fabricante do equipamento, o qual controla eletronicamente os ciclos de carregamento e descarregamento dos corpos-de-prova, sendo realizados os ensaios no Laboratório de Desenvolvimento Tecnológico do SENAI – Maringá.

(a) (b)

Figura 28 – (a) ensaio para determinação do módulo de deformação; (b) extensometro marca EMIC.

3.8 RESISTENCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL – ENSAIO

Os corpos-de-prova devem ser moldados e curados conforma a Norma ABNT NBR 5738 (2004), sendo admitida a utilização de cp’s de relação comprimento/diâmetro entre 1 e 2; para esta pesquisa optou-se pelo emprego de moldes cilíndricos de 100mm de diâmetro por 200mm de comprimento. Para este ensaio, foram preparados três corpos-de-prova para cada lote de amostra, sendo realizada às análises somente aos 28 dias, Figura 29.

O posicionamento da amostra na prensa se dá, somente ao longo de duas geratrizes diametralmente opostas do corpo-de-prova, admitindo-se a adaptação de dispositivos complementares às máquinas cujos pratos apresentem dimensões inferiores as requeridas, ABNT NBR 7222 (1994).

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Figura 29 – Ensaio para determinação da resistência a tração por compressão diametral através da prensa PC 200 – EMIC.

Após o posicionamento da amostra, aplicou-se ao corpo-de-prova uma carga contínua, sem choque, com crescimento da tensão de tração a uma velocidade de 0,05 MPa/s, até a ruptura da amostra. Este ensaio foi realizado nas instalações do LADTEC – SENAI, com a utilização da prensa PC-200 marca EMIC, gerenciado pelo programa TESC 2.0.

Os resultados que serão apresentados no próximo capítulo, foram obtidos através da aplicação das tensões registradas durante o ensaio na equação (3.17), a qual determina a resistência à tração por compressão diametral.

ftD = LdF××

×

π

2 (3.17)

Onde:

ftD: resistência a tração por compressão diametral (MPa)

F: carga máxima obtida no ensaio (kN)

d: diâmetro do corpo-de-prova (mm)

L: altura do corpo-de-prova (mm)

4 APRESENTAÇÃO E ANALISE DOS RESULTADOS

O propósito do presente capítulo é apresentar e analisar os resultados dos ensaios de propriedades mecânicas dos diversos concretos fabricados. Primeiramente foram analisados os resultados de resistência à compressão, módulo de deformação secante e resistência a tração por compressão diametral dos concretos produzidos com diferentes níveis de adições de CBC. Em seguida é feito um estudo comparativo dos valores medidos das propriedades dos concretos frescos e as variações observadas durante a fabricação.

4.1 ANÁLISE DAS PROPRIEDADES DO CONCRETO FRESCO

Foi observado durante o preparo das amostras de concreto uma acentuada interferência da cinza residual de bagaço de cana, em volumes mais elevados, no abatimento do concreto, tendo como conseqüências o aumento da quantidade de água e a elevação do fator água/cimento, o qual fora fixado durante processo de dosagem em 0,61.

Neste ensaio verificou-se uma interferência mais acentuada nas adições acima de 15% de CBC no concreto, sendo registrados acréscimos acima dos 10%, no fator a/c fixado no projeto, o que, segundo Helene e Terzian (1992), poderia resultar em valores de resistência à compressão abaixo do lote padrão. Esta redução de valores justifica-se pelo aumento do índice de porosidade do concreto, promovido pela presença acentuada de água no interior da mistura, Mehta e Monteiro (2008).

Entretanto, em função principalmente da adição de materiais com dmáx bastante reduzido, observou-se, a elevação da coesão no concreto. Como não fora observado exsudação no concreto padrão – LP, não se pode analisar, de forma comparativa, o efeito da CBC na retenção da água de amassamento no interior da mistura, sendo constatado o mesmo comportamento para todos os lotes.

Para Cordeiro (2006), a redução ou até a inexistência de exsudação em concretos com adição e cinzas residuais esta relacionada diretamente a superfície específica do material empregado. Giammusso (1992), considera que materiais com composições granulométricas reduzidas, maior superfície específica, apresentam tendência para uma maior retenção de água devido a

89

adsorção do líquido na superfície dos grãos, fenômeno este que explica a inexistência de exsudação em concretos com presença de adições minerais.

As observações agora apresentadas estão compiladas na Tabela 20, sendo possível visualizar através da Figura 30 a curva do consumo de água em função do índice de adição de CBC na composição do concreto.

Tabela 20 – Influencia da adição de CBC no consumo de água

Amostra Consumo previsto de água

Consumo real de água

Variação Fator a/c corrigido

Abatimento final (slump)

LP 17 g 17,00 g 0,0% 0,61 105 mm CB05 17 g 17,34 g 2,2% 0,62 100 mm CB10 17 g 18,17 g 6,9% 0,65 105 mm CB15 17 g 18,45 g 8,5 % 0,66 110 mm CB20 17 g 19,19 g 12,9 % 0,69 100 mm CB25 17 g 19,33 g 13,7 % 0,69 110 mm CB30 17 g 19,56 g 15,1 % 0,70 105 mm

0,61 0,62

0,65 0,66

0,69 0,69 0,7

0,560,58

0,60,620,640,660,68

0,70,72

LP CB05 CB10 CB15 CB20 CB25 CB30

Fator a/c

Figura 30 – Correlação entre teor de CBC e fator a/c

90

4.2 ENSAIOS MECÃNICOS

4.2.1 Resistência à compressão do concreto

A Tabela 21 apresenta os resultados dos ensaios de resistência à compressão e o desvio padrão obtido entre as amostras aos 03; 07 e 28 dias bem como a taxa de crescimento das resistências (Tx. cresc.) observadas no período entre as idades de 07 e 28 dias.

Os resultados demonstraram que adições entre 05 e 20% promoveram acréscimo nos valores obtidos nos ensaios de resistência a compressão axial, chegando a 11,81% no teor de 15% de CBC em substituição a areia média empregada no preparo do concreto.

Verificou-se que o aumento no fator a/c não influenciou negativamente nos resultados obtidos nas amostras com até 20% de CBC, podendo ser justificado pela característica da cinza empregada nesta pesquisa. Para Petrucci (1998), os materiais com características de filler, no qual se enquadra a cinza residual estudada, promovem o preenchimento dos poros existentes na zona de transição do concreto, elevando a sua compacidade e conseqüentemente a resistência à compressão axial do mesmo.

Nas amostras com adições de 25 e 30% de cinza de bagaço de cana-de-açúcar, observou-se o decréscimo da resistência a compressão. Embora não se tenha realizado ensaios complementares, uma possível causa pode ser atribuída; o aumento significativo da quantidade de água em relação à massa de cimento empregada, ocasionando o aumento tanto no volume de incidência como nas dimensões dos poros, Mehta e Monteiro (2008).

Na Figura 31 está representada graficamente o desempenho das amostras quanto à resistência à compressão axial.

91

Tabela 21 – Resistência à compressão axial do concreto

Traço Resistência à compressão axial Tx. cresc.(%) 03 dias 07 dias 28 dias

LP

Fcm 23,92 27,77 35,74

28,7% sd 1,78 0,96 1,23

CB05

Fcm 26,01 29,92 37,59

25,6% sd 0,81 1,83 1,01

CB10

Fcm 25,71 31,02 39,67

27,9% sd 1,00 0,86 0,93

CB15

Fcm 25,86 33,68 39,96

22,9% sd 1,23 1,10 2,18

CB20

Fcm 24,28 33,58 39,15

16,6% sd 1,57 1,32 1,98

CB25

Fcm 21,17 26,14 32,75

25,2% sd 1,12 2,15 0,72

CB30

Fcm 23,36 25,93 31,14

20,0% sd 2,14 0,56 1,19

92

Figura 31 – Análise comparativa entre as resistências à compressão obtidas nas 03 idades

Um fato importante consiste na constatação da interferência da cinza de bagaço da cana já nas primeiras idades, sendo verificadas leituras aos 03 dias com resistências superiores as medidas na amostra padrão, no lote CB05 foram anotadas resistências à compressão 9 % maiores que as registradas em LP.

A analise das taxas de crescimento das resistências à compressão axial entre o 7º e o 28º dia apresentaram grandes oscilações nos valores, comprometendo a elaboração de uma curva de tendências capaz de prever o comportamento do concreto endurecido ao longo do período. Na Figura 32 são apresentadas as porcentagens referentes aos indicadores, sendo visualizada a variação dos resultados.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

03 dias 07 dias 28 dias

LP CB05 CB10 CB15 CB20 CB25 CB30

93

05

1015

2025

30

LP CB05 CB10 CB15 CB20 CB25 CB30

Figura 32 – Taxa de crescimento da resistência entre as idades de 07 e 28 dias.

4.2.2 Módulo de deformação

A Tabela 22 apresenta a média dos valores (Lm), obtidos nos ensaios para determinação do módulo de deformação aos 28 dias, estando os resultados representados graficamente na Figura 33.

94

Tabela 22 – Módulo de deformação

Lote Ruptura prevista (MPa)

Deformação em 30% da

ruptura prevista

(%)

Deformação em 0,5 MPa

(%)

Módulo de deformação

(GPa)

LP

Lm 34,0 -0,156 -0,185 30,9 sd - - - 1,87

CB05

Lm 36,0 -0,771 -0,803 31,3 sd - - - 1,98

CB10

Lm 39,0 -0,807 -0,835 33,1 sd - - - 1,43

CB15

Lm 39,0 -0,759 -0,813 34,2 sd - - - 1,80

CB20

Lm 37,0 -0,782 -0,813 32,1 sd - - - 1,10

CB25

Lm 34,0 -0,775 -0,807 30,7 sd - - - 1,25

CB30

Lm 33,0 -0,884 -0,832 30,9 sd - - - 1,17

95

2829

3031

3233

3435

LP CB05 CB10 CB15 CB20 CB25 CB30

Figura 33 – Analise comparativa entre os resultados de módulo de deformação em GPa.

4.2.3. Resistência à tração por compressão diametral (Td)

A amostra LP apresentou resistência média à tração de 2,61 MPa aos 28 dias. Fazendo-se uma correlação entre a resistência à compressão axial e a resistência a tração, tem-se um índice de variação de 13,74. Segundo Mehta e Monteiro (2008), a grande variação entre a resistência a compressão e a resistência a tração nos concretos se deve a grande quantidade de cristais de hidróxido de cálcio, podendo estes, serem reduzidos através da adição de materiais pozolanicos. Desta forma, este índice servirá para a análise do comportamento da CBC na zona de transição do concreto, estando os resultados obtidos nos ensaios expressos na Tabela 23 e na Figura 34.

96

Tabela 23 – Resistência a tração por compressão diametral

Lote Resistência a tração - diametral (MPa)

Relação compressão / tração

LP Td(m) 2,61 13,64 CB05 Td(m) 2,02 18,61 CB10 Td(m) 2,34 16,95 CB15 Td(m) 3,01 13,27 CB20 Td(m) 3,22 12,16 CB25 Td(m) 2,13 15,38 CB30 Td(m) 1,92 16,22

05

1015

20

LP CB05 CB10 CB15 CB20 CB25 CB30

Figura 34 – Analise das diferenças entre resistência a compressão e a resistência a tração.

97

Com base nas considerações de Mehta e Monteiro (2008), pode-se identificar a existência, ainda que discreta, de atividade pozolânica. Com exceção aos lotes CB15 e CB20, verificou-se o aumento da relação entre resistência à compressão e a tração. No lotes com adições de 15 e 20% de CBC, verificou-se a redução no indicador proposto, podendo representar a ação pozolânica da cinza residual, uma vez que Mehta e Monteiro (2008) afirmam que as diferenças entre os valores de resistência à compressão e a tração são menos acentuadas quando na presença de materiais com atividade pozolânicas.

Para Nunes (2009), a cinza de bagaço de cana-de-açúcar não possui índice de atividade pozolanica significativo, porém o mesmo não elimina a possibilidade da existência de reações entre a CBC e o cimento Portland, quanto ao consumo de hidróxido de cálcio.

Desta forma, associando a resistência à compressão axial do concreto, o fator a/c empregado e a resistência tração por compressão diametral, pode-se sugerir que a CBC estudada nesta dissertação demonstrou reagir, em pequena intensidade, com o hidróxido de cálcio proveniente da hidratação do cimento Portland o que lhe dá características comuns aos materiais pozolânicas com baixo IAP.

5 CONSIDERAÇÕES GERAIS

Atualmente observa-se uma grande necessidade em se otimizar o consumo dos recursos naturais, uma vez que o volume de resíduos industriais vem se tornando uma ameaça ao equilíbrio ambiental. Atualmente a indústria da construção civil detêm o título de maior poluidora do planeta; haja visto o elevado índice de CO2 lançado na atmosfera diariamente durante a produção do cimento Portland e do elevado volume de resíduos processados diariamente em todas as partes do mundo. Segundo TOLEDO, 2007, o emprego de apenas 20% de CBC na produção do cimento evitaria o lançamento de aproximadamente 600.000 toneladas de CO2 na atmosfera.

Outro problema gerado pelo setor da construção civil esta relacionado principalmente a extração de materiais não renováveis do meio ambiente. O consumo e principalmente a extração desordenada de areia e brita tem criado grandes áreas de degradação junto às cidades. Se for considerada apenas a produção de concreto realizado pelas empresas de serviços de concretagens na cidade de Maringá – PR, temos um volume estimado de 300.000m3 de concreto ao ano, segundo Domingos (2010).

Para Giammusso (1992), a produção de um metro cúbico de concreto consome em média, 600 L de agregado miúdo e 750 L de agregado graúdo, não sendo considerado os desperdícios comuns ao setor. Ao considerar apenas o agregado miúdo como objeto de estudo desta dissertação, trabalhou-se em um cenário de 180.000 metros cúbicos de areia consumidos anualmente apenas em Maringá – PR.

Observou-se ao longo desta pesquisa, que o potencial pozolânico esperado em função do elevado teor de silicato na sua constituição fora abaixo dos índices mínimos exigidos em Norma, conforme apresentou Nunes (2009), não podendo ser considerado material pozolânico. Porém a adição da CBC em concretos gera, em determinados teores, acréscimos significativos na resistência à compressão axial do concreto.

Com a adição da cinza residual com dmáx de 0,150 mm, foram obtidos resultados 12 % acima do concreto de referencia, para adições de 15% de CBC, porém outras teores de adições também apresentaram resultados relevantes, os quais foram apresentados no capítulo 04.

99

O crescimento é atribuído à característica do material, o qual se assemelha aos “fillers” disponíveis no mercado, conforme defende Martins (2007). As partículas de diâmetro reduzido, somado ao baixo potencial pozolanico, faz com que os poros existentes na matriz cimenticia sejam preenchidos pelo grão de CBC, podendo o mesmo reagir com as moléculas de hidróxido de cálcio livre na mistura, elevando a compacidade do concreto e por conseqüência melhorando as propriedades do compósito nos estados fresco e endurecido.

Como fruto deste trabalho, dois empregos podem ser propostos para a CBC; por promover o aumento da resistência à compressão do concreto com fator a/c acima do empregado na amostra de referência, a cinza de bagaço de cana-de-açúcar pode ser empregada com o intuito de reduzir o consumo de cimento para uma mesma resistência.

Outra alternativa refere-se a adição de cinza residual em substituição ao agregado miúdo, sendo possível a aplicação de teores de até 20 % de cinza em massa de cimento. Retomando os valores estimados para o consumo de areia na região de Maringá, a substituição de 20% da areia empregada na produção do concreto pela CBC, tem-se uma redução de 36.000 m3 /ano do agregado miúdo consumido na região.

Economicamente, esta redução representa aproximadamente 1,3 milhões de reais ao ano, para o consumidor final. No contexto ambiental, a aplicação da cinza de bagaço de cana significa a manutenção de 1,3 mil carretas de areia no meio ambiente, a redução do consumo de diesel e a diminuição do índice de emissões de CO2 na atmosfera.

Desta forma, este trabalho se faz necessário tendo em vista os fatores econômicos, ambientais e sociais que o mesmo atuará, seja a nível regional ou mundial.

6 REFERÊNCIAS

AÏTCIN, P.-C., 2000, High performance concrete, London: E&F Spon, 591 p.

ANDRIOLO, F. R., 1999, “Relatório final – Panorama Brasileiro”. In: Simpósio sobre Reatividade Álcali-Agregado em Estruturas de Concreto, Goiânia: Comitê Brasileiro de Barragens e Furnas centrais Elétricas S.A., pp. 12-59.

ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica, 2005, Atlas de energia elétrica do Brasil, 2 ed. Brasília: ANEEL, 243 p.

ÂNGULO, S. C., ZORDAN, S. E., JOHN, V. M. (2001) Desenvolvimento sustentável e a reciclagem de resíduos na construção civil. Disponível na internet: <www.pcc.usp.br>.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1989, Cimento Portland – Determinação da perda ao fogo: NBR 5743. Rio de Janeiro.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1992, Materiais pozolânicos: NBR 12653. Rio de Janeiro.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1992, Materiais pozolânicos – Determinação da atividade pozolânica com cimento Portland – Índice de atividade pozolânica com cimento: NBR 5752. Rio de Janeiro.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1992, Materiais pozolânicos – Determinação da atividade pozolânica – Índice de atividade pozolânica com cal: NBR 5751. Rio de Janeiro.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1994, Concreto – Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos: NBR 5739. Rio de Janeiro.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1996, Cimento Portland –Determinação da resistência à compressão – Método de ensaio: NBR 7215. Rio de Janeiro.

100

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1998, Cimento Portland – Determinação da finura pelo método de permeabilidade ao ar (Método Blaine): NBR NM 76. Rio de Janeiro.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1998, Concreto – Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone: NBR NM 67. Rio de Janeiro.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2001, Agregados – Amostragem: NBR NM 26. Rio de Janeiro.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2003, Agregado graúdo – Determinação de massa específica, massa específica aparente e absorção de água: NBRNM 53. Rio de Janeiro.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2005, Agregado para concreto – Especificação: NBR 7211. Rio de Janeiro.

BARRINGER, W. L. Before using flay ash. Concrete International, Michigan, v.19, n.4, apr. 1997.

Bilba K.; M-A. Arsene, A. Ouensanga. Sugar cane bagasse fibre reinforced cement composites. Part I. Influence of the botanical components of bagasse on the setting of bagasse/cement composite. Cement & Concrete Composites 25 (2003) 91-96.

CINCOTTO, M. A., AGOPYAN, V., JOHN, V. M., 1988, “Optimization of rice husk ash production”. In: International Symposium on Vegetable Plants and Their Fibers as Building Materials, Salvador, Brazil, v. 2, pp. 334-342.

COELHO, S. T., 1999, Mecanismos para implementação da co-geração de eletricidade a partir de biomassa. Um modelo para o Estado de São Paulo. Tese de D.Sc., Universidade de São Paulo, São Paulo, SP, Brasil, 200 p.

CONABE Companhia nacional de abastecimento. Acompanhamento da safra brasileira: cana-de-açúcar. Safra 2008/2009. Brasília, CONABE, 2009.

101

CORDEIRO, G. C. Utilização de cinzas ultrafinas do bagaço de cana-de-açúcar e da casca de arroz como aditivos minerais em concreto. (tese de doutorado). Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) 2006.

CORTEZ, L., MAGALHÃES, P., HAPP, J., 1992, “Principais subprodutos da agroindústria canavieira e sua valorização”, Revista Brasileira de Energia, v. 2, n.2, pp. 12-18.

COUTINHO, A. S. Fabrico e propriedades do betão. Lisboa: LNEC, 2v. 1974.

COUTINHO, A. S., 1997, Fabrico e propriedades do betão – Volume I, 3 ed. Lisboa: Laboratório Nacional de Engenharia Civil, 401 p.

DAL MOLIN, D. C. C., 1995, Contribuição ao estudo das propriedades mecânicas dos concretos de alta resistência com adição de microssílica. Tese de D.Sc., Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, SP, Brasil, 286 p.

FELDMAN, R. F., BEAUDOIN, J. J., 1991, “Pretreatment of hardened hydrated cement pastes for mercury intrusion measurements”, Cement and Concrete Research, v. 21, n. 2-3, pp. 297-308.

FREITAS, E. G. A., RODRIGUES, E. H. V., ARAÚJO, R. C. L., FAY, L., 1998, “Efeito da adição de cinzas de bagaço de cana na resistência à compressão de argamassa normal”, In: XXVII Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola, v. 4, Poços de Caldas, Brasil, pp. 219

GIAMMUSSO, S. E. Manual do concreto. São Paulo: Ed. Pini, 1992

HELENE, P. R. L; TERZIAN, P. Manual de dosagem e controle do concreto. São Paulo: Ed. Pini, 1993

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Levantamento sistemático da produção agrícola. On-line. Disponível na Internet via WWW. URL: http://www.ibge.net/home/estatistica. Consultado em 13 de janeiro de 2009.

102

JONES, M. R.; DHIR, R. K.; MAGEE, B. J. Concrete containing ternary blended binders: resistence to chloride ingress and carbonation, Cement and Concrete Research, New York, v.27, n.6, pp825-831, jun. 1997.

KLEMM, W. A., 1989, “Cementitious materials: historical notes”. In: Skalny, J., Mindess, S. (eds), Materials science of concrete I, Westerville: The American Ceramic Society, pp. 1-26.

LAWRENCE, P., CYR, M., RINGOT, E., 2003, “Mineral admixtures in mortars – Effect of inert materials on short-term hydration”, Cement and Concrete Research, v. 33, n. 12, pp. 1939-1947.-221.

MANHÃES, M. S., 1999, “Adubação, correção do solo e uso de resíduos da agroindústria”. In: Tecnologia canavieira nas Regiões Norte Fluminense e Sul do Espírito Santo – Boletim Técnico n. 12, Campos dos Goytacazes: UFRRJ, pp. 24-31.

MARTIRENA HERNÁNDEZ, J. F. M., MIDDEENDORF, B., GEHRKE, M., BUDELMANN, H., 1998, “Use of wastes of the sugar industry as pozzolana in lime-pozzolana binders: study of the reaction”, Cement and Concrete Research, v. 28, n. 11, pp. 1525-1536.

MASSAZZA, F., 1998, “Pozzolana and pozzolanic cements”. In: Hewlett, P. C. (ed), Lea’s chemistry of cement and concrete, 4 ed. New York: J. Wiley, pp. 471-631.

MEHTA, P. K., MONTEIRO, P. J. M., 1994, Concreto: estrutura, propriedades e materiais, 1 ed. São Paulo: Editora Pini, 616 p.

MEHTA, P. K., MONTEIRO, P. J. M., 2008, Concreto: microestrutura, propriedades e materiais, 1 ed. São Paulo: Editora Pini, 616 p.

MEHTA, P. K., PITT, N., 1976, “Energy and industrial materials from crop residues”, Resource Recovery and Conservation, v. 2, pp. 23-28.

MOREIRA, J. R., GOLDEMBERG, J., 1999, “The alcohol program”, Energy Policy, v. 27, n. 4, pp. 229-245.

103

NEVILLE, A. M., 1997, Propriedades do concreto, 2 ed. São Paulo: Editora Pini, 828 p.

NITA, C.; JOHN, V. M. Materiais pozolânicos: o metacaulim e a sílica ativa. Boletim técnico da Escola Politécnica da USP, 2007

NUNES, I. H. S; Estudo das características físicas e químicas da cinza do bagaço de cana-de-açúcar. Dissertação de Mestrado. PEU / Universidade Estadual de Maringá, 2009.

OLIVEIRA, I. R., STUDART, A. R., PILEGGI, R. G., PADOLFELLI, V. C., 2000, Dispersão e empacotamento de partículas, 2 ed. São Paulo: Fazendo Arte Editorial, 224P.

PAULA, M. O. Potencial da cinza do bagaço de cana-de-açúcar como material de substituição parcial de cimento Portland. (dissertação de mestrado). Universidade Federal de Viçosa (UFV) 2006.

SANTOS, S., 1997, Estudo da viabilidade de utilização de cinza de casca de arroz residual em argamassas e concretos. Dissertação de M.Sc., Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, SC, Brasil, 133 p.

SCREMIN, L. A. L., ISAIA, C. G., GASTALDINI, G.L.A., CERVO, C. T., DIESEL,B. F, Influência da cinza de casca de arroz residual e natural, sem beneficiamento, na permeabilidade ao oxigênio e na absorção capilar do concreto. 50º Congresso Brasileiro de Concreto, anais, Salvador: 2008.

SINGH, N. B., SINGH, V. D., RAI, S., 2000, “Hydration of bagasse ash-blended Portland cement”, Cement and Concrete Research, v. 30, n. 9, pp. 1485-1488.

SNIC Sindicato Nacional da Indústria do Cimento. On-line. Disponível na Internet via WWW. URL: http://www.sindicatodocimento.org.br. Consultado em 20 de janeiro de 2009.

SOUTSOUS, M. N.; PANTELI, F.; KYRIACOU, K. K. Examples of Silica Fume sage in Cyprus. Concrete international, Michigan, v.18, n.4, pp37-42, Abri 1996.

104

SANTOS, S., 1992, Estudo da viabilidade de utilização de cinza de casca de arroz residual em argamassas e concretos. Dissertação de M.Sc., Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, SC, Brasil, 133 p.

TAYLOR, H. F. W., 1997, Cement chemistry, 2 ed. London: Thomas Telford, 459 p.

WALLER, V., 1999, Relations entre compositions des betons exothermie em cours de prise et resistance em compression. Thèse de Doctorat, École Nationale dês Ponts et Chaussées, Paris, France, 297 p.

WEE, T. H. et al. Production and properties of high strength concretes containing various mineral admixtures. Cement and Concrete Research, v.25, n.4, pp709- 714, May 1995.

WINSLOW, D. N.; COHEN, M. D. Percolation and pore structura in mortars and concrete, Cement and Concrete Research, v.24, pp25-37. 1994.

Yoshimoto T, Hinami K. Mokuzai Gakkaishi 1976; 22(1):63-4

ZAMPIERI, V. A., 1993, Mineralogia e mecanismos de ativação e reação das pozolanas de argilas calcinadas. Dissertação M.Sc., Universidade de São Paulo, São Paulo, SP, Brasil, 191 p.

ZARDO, A. M. Utilização da cinza de bagaço de cana-de-açúcar como “filler” em compostos de fibrocimento. I ENCONTRO LATINO-AMERICANO DE CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL. Anais. São Paulo:2004

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