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Trabalho Inscrito na Categoria de Artigo Completo

ISBN 978-85-68242-51-3

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EIXO TEMÁTICO: ( ) Arquitetura Bioclimática, Conforto Térmico e Eficiência Energética ( ) Bacias Hidrográficas, Planejamento e Gestão dos Recursos Hídricos ( ) Biodiversidade e Unidades de Conservação ( ) Campo, Agronegócio e as Práticas Sustentáveis ( ) Clima, Ambiente e Saúde ( ) Desastres, Riscos Ambientais e a Resiliência Urbana ( ) Educação Ambiental e Práticas Ambientais ( ) Ética e o Direito Ambiental ( ) Geotecnologias Aplicadas à Análise Ambiental (x ) Novas Tecnologias e as Construções Sustentáveis ( ) Patrimônio Histórico, Turismo e o Desenvolvimento Local ( ) Saúde Pública e o Controle de Vetores ( ) Saúde, Saneamento e Ambiente ( ) Segurança e Saúde do Trabalhador ( ) Urbanismo Ecológico e Infraestrutura Verde

REAPROVEITAMENTO DE RESÍDUOS POZOLÂNICOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL: revisão bibliográfica da cinza volante e resíduo cerâmico

REUTILIZATION OF POZOLANIC WASTES IN CIVIL CONSTRUCTION: bibliographic review

of fly ash and ceramic waste

REAPROVEITAMIENTO DE RESIDUOS POZOLÁNICOS EN LA CONSTRUCCIÓN CIVIL: revisión bibliográfica de la cenizas volantes y residuo cerámico

Amanda Lima Hadas Graduanda, AEMS, Brasil

[email protected]

Gislaine Bianchi

Professora Especialista, UNIP Araçatuba, Brasil [email protected]

Mariane Regina Lorencetti

Engenheira Civil, UNIP Araçatuba, Brasil [email protected]


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RESUMO Este trabalho foca na demonstração dos benefícios da utilização de resíduos industriais e da construção civil, cinzas volantes e resíduos cerâmicos, em pastas, argamassas e concretos, de diferentes pesquisas. A metodologia se baseia em revisão bibliográfica de material publicado, tais como artigos, livros, dissertações e teses. Como resultado, é notório que a adição desses resíduos confere aos compostos boas propriedades mecânicas, e maior durabilidade, pois a microestrutura dos poros se torna mais homogênea e uniforme. Além disso, consegue-se também uma destinação a esses materiais e, substituindo o cimento, há diminuição na produção dele, reduzindo a emissão de gases tóxicos à atmosfera. PALAVRAS-CHAVE: Cinzas volantes. Resíduos cerâmicos. Construção civil. ABSTRACT

This work focuses on the demonstration of the benefits of the use of industrial waste and civil construction, fly ash and ceramic waste, in pastes, mortars and concretes, from different researches. The methodology is based on bibliographic review of published material, such as articles, books, dissertations and theses. As a result, it can be seen that the addition of these residues gives the compounds good mechanical properties, and greater durability, because the microstructure of the pores becomes more homogeneous and uniform. In addition, a destination is also obtained for these materials and, replacing the cement, there is decrease in the production of it, reducing the emission of toxic gases to the atmosphere. KEY WORDS: Fly ashes. Ceramic wastes. Civil construction.

RESUMEN

Este trabajo se centra en la demostración de los beneficios de la utilización de residuos industriales y de la construcción civil, cenizas volantes y residuos cerámicos, en carpetas, morteros y hormigón, de diferentes investigaciones. La metodología se basa en la revisión bibliográfica de material publicado, tales como artículos, libros, tesis y tesis. Como resultado,és notorio que la adición de estos residuos confiere a los compuestos buenas propiedades mecánicas, y mayor durabilidad, pues la microestructura de los poros se vuelve más homogénea y uniforme. Además, se logra también una destinación a esos materiales y, sustituyendo el cemento, hay disminución en la producción de él, reduciendo la emisión de gases tóxicos a la atmósfera. PALABRAS CLAVE: Cenizas volantes. Residuos cerámicos. Construcción civil.


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1 INTRODUÇÃO

Devido à importância das habitações, as construções evoluíram, exigindo que técnicas

construtivas e materiais de construção tivessem maior qualidade e resistência para atender o

aumento da demanda de inovações na construção civil, obras e projetos a cada dia mais

ousadas fizeram com que as técnicas construtivas e materiais de construção se reinventassem

para atender de forma satisfatória as novas necessidades afim de alcançar boa resistência sem

perder desempenho sustentável da construção.

Segundo Lamberts, Dutra e Pereira (2012), na antiguidade a tríade da arquitetura e da

engenharia baseavam-se em: solidez, utilidade e beleza. Já no conceito atual acrescenta-se a

estes a eficiência a qual estabelece padrões sustentáveis a edificação, conforme mostrado na

figura 1.

Fonte: LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 2012, adaptado.

Os processos de industrialização também sofreram grandes modificações geradas pela alta

exigência e demanda de consumo da população mundial. Indústrias aumentaram sua

produção para oferecer produtos com baixo custo, em grande escala, e com fator de qualidade

aceitável pela maioria dos usuários.

Para a produção industrial ocorrer de maneira satisfatória, grande quantidade de energia

elétrica e de combustíveis fósseis são utilizados para alimentar o sistema de produção. Além

de gastar fontes naturais primárias, estes combustíveis são responsáveis pela geração de

resíduos químicos poluidores, o que prejudica o meio ambiente através da geração

desequilibrada de e poluição das terras, ar e águas, assim como na construção civil.

Com o crescimento populacional acelerado no mundo, mostrado na figura 2, a geração de

resíduos aumenta o que consecutivamente alarga a pegada ecológica.

Figura 1 - Modificação na base da arquitetura e engenharia ao decorrer dos anos


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Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE EMPRESAS DE LIMPEZA PÚBLICA E RESÍDUOS ESPECIAIS - ABRELPE, 2012.

Quanto mais desenvolvidos são os países, maior é seu consumo e geração de resíduos. Um

brasileiro é responsável por 378 quilos de lixo por ano, segundo Padovani (2016). E na figura 3,

pode-se verificar a diferença de produção, coleta, reciclagem e ganho com a reciclagem em

países desenvolvidos e em desenvolvimento.

Fonte: PADOVANI, 2016.

Como nota-se, países como Estados Unidos, o conglomerado da União Européia e China

produzem mais lixo do que o Brasil, porém a grande diferença acontece no tratamento a que

esse lixo é exposto. Os estados Unidos e União Européia, por exemplo, coletam grande parte

do lixo, reciclam e faturam bilhões com a reciclagem destes. Já no Brasil, a coleta, a reciclagem

e consequentemente o ganho ainda não conseguem atingir números expressivos, embora seja

muito rentável.

Figura 2 - Crescimento populacional no mundo

Figura 3 - Índices de produção, coleta, reciclagem e ganhos por país


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Os resíduos de construção civil e industriais são grandes degradadores do meio ambiente, o

que os torna alvo de atenção para a reciclagem; e o setor da construção civil tem se

demonstrado muito interessante para tal, pois além de ser um dos maiores setores da

economia brasileira, ainda possui grande versatilidade quanto a reciclagem, incorporação e

reaproveitamento de materiais (KREUZ, 2002).

Os resíduos provenientes de desperdício de materiais em obras, removido como entulho, são

gerado numa ordem de 150 quilos por metro quadrado construído (PINTO, 1999), sendo 11,1%

componentes cerâmicos (PINTO 1986).

Já os resíduos industriais,como as cinzas volantes provenientes de usinas termoelétricas, são

de uma ordem de 1,4 milhões de toneladas geradas pelas indústrias brasileiras (GONÇALVES;

TOLEDO FILHO; FAIRBAIRN, 2006), como exemplo, as do complexo de usinas Jorge Lacerda, no

Sul do país, o qual gera aproximadamente um milhão de toneladas de cinzas onde: 40% são

cinzas pesadas e 60% são cinzas leves, sendo que são aproveitadas somente 30% desta cinza

(POZZOBON, 1999; KREUZ, 2002).

Ambos resíduos eram simplesmente estocados e ficavam por anos poluindo o meio ambiente,

descobriu-se durantes inúmeras pesquisas que tanto os resíduos cerâmicos como as cinzas

volantes, são materiais pozolânicos, ou seja com características parecidas com cimento e

quando acrescidas a massas cimentantes produziam maior resistência ao mesmo, dentre

outras propriedades.

Materiais pozolânicos são materiais finos que contém sílicio, ou sílicio-alumínio, que na

presença da água reagem com o hidróxido de cálcio á temperatura ambiente formando

compostos com propriedades cimentantes. As pozolanas naturais são de origem vulcânica ou

de origem sedimentar, e as artificiais são provenientes de tratamento térmico ou subprodutos

industriais (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT, 2012)

A adição de materiais pozolânicos gera inúmeros benefícios, por reutilizar os resíduos gerados

na construção civil e na indústria, quando agregados diretamente ao cimento, reduzem o

consumo de energia e poluição do ar gerados pela produção do mesmo, ao substituir grande

parte desse produto na indústria.

A cinza volante é o principal resíduo industrial do mundo, gerando por ano cerca de 500

milhões de toneladas, produzidas por países como China, Índia, Estados Unidos, Rússia,

Alemanha, África do Sul e Reino Unido. O crescimento da produção de cinzas é abundante,

pois o carvão possui fácil extração, tecnologia de queima difundida e a inexistência de outras

fontes de energia que possam substituir o baixo custo do carvão (COSTA, 2015). No Brasil, os

maiores pólos de utilização de carvão para termoelétricas estão localizados no Maranhão,

Ceará, Rio de Janeiro e Rio Grande do Sul (MALLMAN; ZWONOK, 2006).

O carvão é uma rocha sedimentar combustível, formada por vegetais que foram enterrados e

compactados em bacias originalmente pouco profundas. A complexidade dos processos de

transformação desta rocha sedimentar, tais como perda de água, perda de oxigênio e

enriquecimento de carbono, derivam de fatores como a atuação da compressão, do

tectonismo e da temperatura. Os carvões possuem quantidade consideráveis de matéria


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mineral a eles associada que, tanto no processo de combustão quanto na gaseificação, se

constituem em resíduos genericamente denominados de cinzas (HOPPEFILHO, 2008).

Segundo Silva (1999), p. 2, as cinzas volantes são definidas como:

Cinzas volantes são as cinzas de textura mais fina arrastadas pelos gases de combustão das fornalhas da caldeira e abatidas por precipitadores eletrostáticos com rendimento teórico entre 95 a 99%. As cinzas volantes não comercializadas são transferidas, através de caminhões, para as minas de carvão desativadas, onde são estocadas ( SILVA, 1999, pag.2).

E os resíduos cerâmicos, em todas as etapas do processo de fabricação, desde a preparação da

pasta, formação das peças, colagem ou fundição, prensagem, extrusão, torneamento,

secagem, queima, acabamento e esmaltação, são gerados resíduos (ABCERAM, {2017}).

São essencialmente constituídos de material cerâmico, provenientes do processo de

fabricação, antes ou após dos processos térmicos, ou seja, material verde, seco ou cozido. Os

cacos cruz e cozidos são a maior fração de resíduos gerados (RIBEIRO,2009).

Sua definição é dada por Dominguini et al. (2014), p.218:

Resíduos de materiais cerâmicos são gerados durante o processo produtivo industrial de revestimento cerâmicos (azulejos e pisos, por exemplo) ou de alvenaria estrutural (bloco de cerâmica vermelha). Estes resíduos são oriundos das quebras de produção, podendo em parte ser reaproveitados no mesmo processo. Porém existe grande descarte desses materiais como resíduos sólidos, sendo utilizados também como aterros (DOMINGUINI et al., 2014, p.218).

2 OBJETIVO

O objetivo deste trabalho é demonstrar o potencial de uso da cinza volante e dos resíduos

cerâmicos na melhoria das propriedades de compostos cimentícios, demonstrando de forma

sistêmica seus benefícios e melhores utilizações.

3 METODOLOGIA

A metodologia de pesquisa baseia-se na revisão bibliográfica de material publicado, tais como:

artigos, livros, dissertações e teses. De acordo com Cervo, Bervian e Silva (2007) esta pesquisa

se classifica como descritiva, pois a mesma analisa e descreve as características da cinza

volante e do resíduo cerâmico adicionada ao composto cimentante.

Busca-se nas referências bibliográficas, dados que comprovem a melhoria nas propriedades

dos compostos cimentantes quando adicionadas a cinza volante e o resíduo cerâmico.


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4 RESULTADOS

4. 1 UTILIZAÇÃO DA CINZA VOLANTE EM COMPOSTOS CIMENTÍCIOS

A adição de cinzas volantes afeta o desempenho dos concretos, tanto no estado fresco como

no estado endurecido, com evidentes reflexos nas características mecânicas e durabilidade

(NETTO, 2006).

4.1.1 PASTAS

As pastas de cimento são geralmente utilizadas para análise laboratoriais de diferentes

composições de produtos cimentantes. Geralmente constituída de água e cimento, pode ter a

composição variada de acordo com os testes que serão realizados com a mesma.

Mehta e Monteiro (1994) explicam que a água presente na pasta de cimento também é

responsável pela queda de permeabilidade da pasta endurecida, pois deixa poros vazios depois

de sua evaporação. Quando adicionado materiais pozolânicos ou mineiras esses materiais

diminuem a exsudação e provocam o tamponamento dos poros maiores ao sedimentar os

canais de percolação de água, além disso, o efeitos das pozolanas resultam em um

microestrutura mais homogênea e uniforme (ISAIA, 1995).

Quanto ao ganho de resistência e ações de hidratação interagidas, a cinza volante apresentou:

aceleração da hidratação do cimento, maior densificação quando utilizada com aditivos,

produzem silicatos e aluminatos em idades avançadas, partículas não hidratadas comportam-

se como efeito filler densificando a pasta (MORAES, 2001; ISAIA, 1995).

4.1.2 ARGAMASSAS

Lenzi (2001) fez substituição do cimento por cinzas volantes nos teores de 0, 20, 30, 40,50 % e,

para a areia, os teores de substituição foram de 0,50 e 100% por cinza pesada.

As resistências das argamassas com 100% de cinza pesada (em substituição à areia), entre as idades de 7 e 90 dias, tiveram um aumento de 140, 127, 184, 223 e 232%, respectivamente, nas argamassas com teores de 0, 20, 30, 40 e 50% de cinza leve (em substituição ao cimento), em comparação à argamassa de referência. O período de maior desenvolvimento da resistência das argamassas dosadas com as cinzas foi aquele compreendido entre 28 e 60 dias (LENZI, 2001, p. 188).

Costa(2015) realizou testes com amostras com 25% de cinzas volantes em substituição parcial

do cimento aos 28 e 63 dias. A partir dos resultados se observou que a argamassa substituída

por cinzas no período de 28 dias não atingiu 75% da resistência da argamassa referência, já aos

63 dias de idade seu índice de atividade pozolânica foi aumentado a 83,5%, o que mostra o

ganho da resistência com idade superior, o que é uma característica do material pozolânico.

4.1.3 CONCRETOS


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Moraes (2001) pondera que as cinzas volantes melhoram significativamente a microestrutura

do concreto, pois diminuem significativamente tanto a orientação quanto o teor dos cristais de

hidróxido de cálcio na interface, diminuem a formação de estringita, sendo observada apenas

na distancia de 10 µm a partir da face do agregado.

Possan, Venquiaruto e Molin (2012) utilizaram a cinza volante em concretos,em substituição

ao cimento Portland nos teores de 0, 25, e 50%, com relação água/ aglomerante 0,35, 0,50 e

0,60. Os autores observaram que o aumento do teor de cinza volante reduz a permeabilidade

ao oxigênio e a penetração dos cloretos. A profundidade de carbonatação aumentou com a

elevação da adição de cinza, o que não é desejado. Já a resistência à compressão axial do

concreto, verificou-se que não houve diferença significativa entre os concretos sem adição e

com 25% de cinza volante. Contudo, em concretos com 50% de substituição, houve redução

substancial.

4.2 UTILIZAÇÃO DO RESÍDUO CERÂMICO EM COMPOSTOS CIMENTÍCIOS

No geral, as principais características dos materiais cerâmicos são a alta resistência mecânica

quando submetidos a altas temperaturas, comportamento frágil quando submetidos a tensões

e baixa condutividade térmica e elétrica (CALLISTER JUNIOR, 2007).

4.2.1 PASTAS

Pokorny et al. (2014) substituíram o cimento Portland pelo resíduo cerâmico vermelho em

pastas com proporções de 0, 8, 16, 24, 32% com relação água/aglomerante fixa. Apesar das

substituições causarem redução da eficácia das propriedades mecânicas do concreto, as

substituições de 8 e 16% ainda continuaram satisfatórias, e o desempenho térmico melhorou

em todas as pastas.

4.2.2 ARGAMASSAS

Paixão et al. (2011) substituíram a areia pelo resíduo cerâmico branco e vermelho, em

proporções de 0 e 100 % com relação água/cimento fixa. A partir dos resultados se observou

que os resíduos de porcelanatos e pisos ofereceram melhor desempenho mecânico, tanto à

tração e compressão, e melhor comportamento a entrada de agentes agressivos.

4.2.3 CONCRETOS

Gonçalves (2007) fez substituição do cimento Portland pelo resíduo cerâmico vermelho em 0 e

20%, com diferentes relações água/cimento. Houve uma redução do módulo de elasticidade e

a presença do resíduo não reduziu significativamente à resistência a compressão, à tração por

compressão diametral e à tração na flexão dos concretos aos 28 dias e houve aumento na

capacidade de deformação, independentemente da relação água/aglomerante.

Vejmelková et al. (2014) fizeram substituições do cimento Portland pelo resíduo cerâmico

vermelho no concreto em taxas de 0, 10, 20, 40 e 60 % com relação água/aglomerante fixa. Os

resultados mostraram pouca perda de resistência a compressão, até para a substituição de


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60%, somente 10% de perda. A utilização do resíduo cerâmico melhorou a capacidade de

isolante térmico do concreto.

Kannan et al. (2017) fizeram substituições de 0, 10, 20, 30 e 40% de resíduo cerâmico branco

em concretos com relação água/aglomerante fixa. Foi observado melhores resultados nas

substituições de 20 a 40%. O resíduo causa o efeito filler, favorecendo o concreto de alto

desempenho e também causa um efeito pozolânico, que se pronuncia em idades posteriores,

mas para tal é primordial que tenha uma quantidade necessária de cimento hidratado.

5 CONCLUSÃO

Neste trabalho foram avaliados dois tipos de materiais com características pozolânicas,

provenientes de resíduos industriais e de construção civil: as cinzas volantes e os resíduos

cerâmicos. Demonstrando a plena viabilidade de reutilização do mesmo na própria construção

civil.

Como visto, alguns dos benefícios das adições minerais são: melhoria na trabalhabilidade e a

coesão, diminuição da exsudação, microestrutura mais uniforme, melhor comportamento a

entrada de agentes agressivos, redução da permeabilidade, aumento da durabilidade, melhor

desempenho térmico. Além de ganhos nas propriedades mecânicas do material.

Além do beneficiamento dos materiais com a adição das pozolanas, a incorporação dos

mesmos implica numa redução de custo, como Possan, Venquiaruto e Molin (2011) afirmam.

E, no campo ecológico, o aproveitamento de resíduos que seriam descartados e poderiam ser

poluentes, e a menor produção do cimento, diminuindo a emissão de gases tóxicos à

atmosfera.

É de suma importância realizar os testes nos materiais, conhecendo suas estruturas e

características assim podendo utilizá-los na melhor forma afim de tirar o máximo proveito de

suas propriedades.

6 AGRADECIMENTOS

Á Dr. Mauro Mitsuuchi Tashima, professor da disciplina Materiais Pozolânicos e Hidráulicos,

mestrado do programa de Engenharia Civil, área de conhecimento em estruturas, UNESP

campus de Ilha Solteira, pelos conhecimentos passados aos alunos regulares e especiais.

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