Roteiro para Apresentação de Dissertação no PPGEM · Squeeze-flow fosse realizado. Seu auxílio...

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

PR

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

CAMPUS DE CURITIBA

DEPARTAMENTO DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

E DE MATERIAIS - PPGEM

DANIELA FACHINI

AGLOMERANTE ALTERNATIVO PARA

CONSTRUÇÃO CIVIL

CURITIBA

MARÇO - 2010

DANIELA FACHINI


CONSTRUÇÃO CIVIL

Dissertação apresentada como requisito parcial

à obtenção do título de Mestre em Engenharia,

do Programa de Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica e de Materiais, Área de

Concentração em Engenharia de Materiais, do

Departamento de Pesquisa e Pós-Graduação,

do Campus de Curitiba, da UTFPR.

Orientador: Profa. Márcia Silva de Araújo, PhD.

CURITIBA

MARÇO - 2010

TERMO DE APROVAÇÃO

DANIELA FACHINI


CONSTRUÇÃO CIVIL

Esta Dissertação foi julgada para a obtenção do título de mestre em engenharia,

área de concentração em engenharia de materiais aprovada em sua forma final pelo

Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais.

_________________________________

Prof. Giuseppe Pintaude, Dr.

Coordenador de Curso

Banca Examinadora

______________________________ ______________________________

Profa. Márcia Silva de Araújo, PhD Prof. José Alberto Cerri, Dr.

(UTFPR) (UTFPR)

______________________________

Profa. Marienne do Rocio de Mello Maron da Costa, Dra. (UFPR)

Curitiba, 31 de março de 2010.

iv

Ao Senhor, que está comigo sempre,

principalmente naqueles momentos em

que mais preciso de seu auxílio.

A família que é incansável na dedicação e

paciência para a conquista deste título.

v

AGRADECIMENTOS

À minha família pelo incentivo e afeto demonstrados ao longo desta pesquisa.

A orientadora professora Márcia Silva de Araújo e ao professor José Alberto

Cerri, pelo empenho, dedicação e paciência durante a realização do trabalho.

Aos colegas, pelo grande apoio recebido durante o período de realização da

dissertação.

Aos professores José Marques Filho, Carlos Marcus Gomes da Silva Cruz,

Giuseppe Pintaúde, pela atenção dispendida.

Profa. Marienne do Rocio de Mello Maron da Costa e ao seu aluno de

iniciação científica Alécio Júnior Mattana que colaboraram para que o ensaio

Squeeze-flow fosse realizado. Seu auxílio foi imprescindível.

Prof. Hypolito José Kalinowski e ao seu aluno de doutorado Valmir de

Oliveira que prestou auxílio nas medidas do ensaio FBG.

Ao colega Henrique Machado Kroetz pelo auxílio na realização dos ensaios.

À Universidade Tecnológica Federal do Paraná, instituição que viabilizou a

obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica e de Materiais.

Agradeço à Cia de Cimentos Itambé pela gentileza da doação do cimento

utilizado neste trabalho.

Agradeço à Empresa Cal Hidra Ltda pela gentileza da doação da cal utilizada

neste trabalho.

Agradeço à Empresa Ponta Grossa Ambiental pela doação das amostras de

fração vermelha utilizadas para a realização dos experimentos.

Agradeço a CAPES pela concessão da bolsa de mestrado.

A todos que colaboraram para a realização desta pesquisa.

vi

Não tenhas medo, que eu estou contigo.

Não te assustes, que sou o teu Deus.

Eu te dou coragem, sim, eu te ajudo.

Sim, eu te seguro com minha mão vitoriosa.

(Is 41, 10)

Feliz o homem que põe no Senhor sua esperança.

(Sl 40[30], 5a)

vii

FACHINI, Daniela, Aglomerante alternativo para construção civil, 2010, Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 110p.

RESUMO

A construção civil é um dos setores que provoca maior impacto ambiental,

devido ao elevado consumo de matérias-primas e geração de resíduos. Durante as

diversas etapas da construção, devem ser aprimoradas formas de minimização da

geração e, quando possível, a introdução dos resíduos no processo de fabricação de

produtos ou no próprio local onde foi gerado. Os resíduos de construção e

demolição (RCD) são materiais compostos de fragmentos de tijolos, argamassa,

concreto, aço, madeiras, gesso, etc.. Estes resíduos quando reciclados podem ser

utilizados como agregados na produção de argamassas e concretos alternativos

com propriedades compatíveis aos produtos que utilizam agregados não reciclados.

Este trabalho tem por objetivo avaliar o desempenho e a influência da substituição

70% em massa do cimento Portland CP V ARI por Ca(OH)2, sílica ativa e fração

vermelha do RCD por meio de tempos de início e fim de pega e, análise térmica e

reológica. O estudo concluiu que os tempos de início e fim de pega das composições

com frações menores que 12% de sílica e entre 12 e 47 % tanto de Ca(OH)2 quanto

de fração vermelha, são as que têm os valores mais próximos aos da composição

referência (100% de cimento). Essas composições apresentam potencial como

aglomerantes, embora ainda necessitem de análises quanto ao comportamento

mecânico em argamassa. Dentre as composições estudadas é possível afirmar que

a fração vermelha participa das reações elevando a temperatura do meio, assim

como o Ca(OH)2, e ao contrário da sílica ativa, cujo efeito é o de retardar os tempos

de pega. Quanto a avaliação reológica da pasta, por meio do ensaio de squeeze-

flow, foi observado que o Ca(OH)2 diminuiu a resistência ao escoamento

aumentando a trabalhabilidade dos aglomerantes, diferente da sílica ativa e da

fração vermelha.

Palavras-chave: aglomerante hidráulico, RCD, cal, sílica ativa

viii

FACHINI, Daniela, Alternative binder for the building construction, 2010,

Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Programa de Pós-graduação em

Engenharia Mecânica e de Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná,

Curitiba, 110p.

ABSTRACT

The construction industry is one sector that causes the greatest environmental

impact due to the high consumption of raw materials and wastes generation. During

the various stages of construction, should be improved ways of minimizing the

generation, and where possible the introduction of waste in the material

manufacturing or in the same place where it was generated. Construction and

demolition wastes (CDW) are composed of fragments of bricks, mortar, concrete,

steel, wood, plaster, etc.. These wastes when recycled can be used as aggregates

by alternative mortar or concrete production with properties compatible to those

made with no recyclable aggregates. This study aims to evaluate the performance

and the influence of replacing 70% wt. Portland cement CP V ARI by Ca(OH)2, silica

fume and the red fraction of (CDW) through setting time, rheological and thermal

analysis. The study concluded regarding the setting time, that the compositions with

fractions less than 12% of silica and between 12 and 47% of both Ca(OH)2 and red

fraction, are the ones which have values closer to the reference composition (100%

wt. cement). These compositions have potential as binders, but still require analysis

on the mechanical behavior of mortars. Among the compositions studied, it is

possible to say that the red fraction took part in the reactions involved, raising the

temperature of the medium as well as Ca(OH)2, unlike silica which role was to delay

the setting time. In the rheological analysis of the paste by the squeeze-flow test, was

observed that Ca(OH)2 was the one responsible for the decreasing of the yield

resistance by increasing the workability of binders, instead of the silica fume and the

red fraction.

Keywords: hydraulic binders, CDR, lime, silica fume

ix

SUMÁRIO

RESUMO.................................................................................................................... vi

ABSTRACT ............................................................................................................... vii

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... x

LISTA DE TABELAS ................................................................................................. xii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ................................................................... xiii

LISTA DE SÍMBOLOS .............................................................................................. xiv

1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 1

1.1 Objetivo ....................................................................................................................................3 1.2 Justificativa ...............................................................................................................................3

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................. 5

2.1 Aglomerantes Hidráulicos ........................................................................................................5 2.2 Matéria-Prima ...........................................................................................................................5

2.2.1 Cimento Portland ..................................................................................................................5

2.2.2 Cal ..................................................................................................................................... 10

2.2.3 Sílica ativa ......................................................................................................................... 12

2.2.4 Fração vermelha ................................................................................................................ 13

2.3 Caracterização da Matéria-Prima .......................................................................................... 17

2.3.1 Tempo de pega ................................................................................................................. 17

2.3.2 Densidade e área específica ............................................................................................. 18

2.3.3 Análise reológica ............................................................................................................... 20

2.3.4 Squeeze-Flow .................................................................................................................... 22

2.3.5 Análises térmicas .............................................................................................................. 25

2.3.6 Análise química por difração de raios-X ............................................................................ 30

2.3.7 Análise química por fluorescência de raios-X (FRX) ........................................................ 31

3 Metodologia ........................................................................................................ 32

3.1 Caracterização da Matéria-Prima .......................................................................................... 32

3.1.1 Cimento Portland ............................................................................................................... 32

3.1.2 Cal ..................................................................................................................................... 34

3.1.3 Sílica ativa ......................................................................................................................... 35

3.1.4 Fração vermelha ................................................................................................................ 36

3.1.5 Água .................................................................................................................................. 37

3.1.6 Análise granulométrica da fração vermelha por peneiramento ........................................ 37

3.1.7 Densidade e área específica ............................................................................................. 38

3.2 Planejamento Experimental .................................................................................................. 38

3.2.1 Composição das misturas em pasta ................................................................................. 40

3.3 Preparação das Pastas ......................................................................................................... 42 3.4 Ensaios Realizados ............................................................................................................... 42

x

3.4.1 Tempo de início e fim de pega .......................................................................................... 43

3.4.2 Análise térmica da pasta ................................................................................................... 44

3.4.3 Análise reológica da pasta ................................................................................................ 45

3.4.4 Análise química por difração de raios-X (DRX) ................................................................ 46

3.4.5 Análise química por fluorescência de raios-X (FRX) ........................................................ 46

3.4.6 Volume aparente ............................................................................................................... 46

4 análise e discussão dos Resultados ................................................................... 47

4.1 Análise Granulométrica da Fração Vermelha ....................................................................... 47 4.2 Densidade e Área Específica ................................................................................................ 48 4.3 Volume aparente ................................................................................................................... 50 4.4 Tempo de Início e Fim de Pega ............................................................................................ 51 4.5 Análise Térmica da Pasta ..................................................................................................... 54 4.6 Análise Reológica da Pasta .................................................................................................. 58

4.6.1 Squeeze-flow ..................................................................................................................... 58

4.7 Difração de Raios - X ............................................................................................................ 64 4.8 Fluorescência de raios - X ..................................................................................................... 68

5 conclusão ............................................................................................................ 70

6 Sugestões para trabalhos futuros ....................................................................... 72

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 73

ANEXO A – Difratogramas de raios x ....................................................................... 81

xi

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1- Compostos do clínquer formados durante o processo de clinquerização

(GOBBO, 2003) .................................................................................................... 7

Figura 2.2- Produção da cal e reações de hidratação com e sem pozolana (MEHTA e

MONTEIRO, 1994). ............................................................................................ 11

Figura 2.3 - Comportamento reológico dos fluídos: (1) Newtoniano; (2) de Bingham;

(3) Pseudoplástico; (4) Pseudoplástico com tensão de escoamento; (5) Dilatante

e (6) Dilatante com tensão de escoamento (HOPPER FILHO, 2007). ............... 21

Figura 2.4 – Ilustração esquemática do método do Squeeze-Flow. .......................... 23

Figura 2.5 - Perfil típico de carga x deslocamento de um ensaio de squeeze-flow

realizado com deslocamento controlado. ........................................................... 23

Figura 2.6 - Apresentação do equipamento para realizar o ensaio de squeeze-flow:

CARDOSO (2009) – amostra confinada. ........................................................... 25

Figura 2.7 – Calorímetro semi-adiabático para uso em campo. ................................ 28

Figura 2.8 – Curva típica obtida em um calorímetro semi-adiabático

(SANDBERG,2008). ........................................................................................... 28

Figura 2.9 - Curva típica de calor de hidratação pelo tempo (SANDBERG, 2008). ... 30

Figura 3.1 - Espaço Simplex para três componentes. ............................................... 38

Figura 3.2 – Distribuição preliminar dos pontos ensaiados. ...................................... 39

Figura 3.3 - Distribuição dos novos pontos ensaiados. ............................................. 40

Figura 3.4 – Sistema utilizado para a medida do calor de hidratação. ...................... 44

Figura 3.5 – Amostra sofrendo compressão durante o ensaio Squeeze-flow (Foto da

Autora). .............................................................................................................. 45

Figura 4.1 - Curva granulométrica da fração vermelha. ............................................ 47

Figura 4.2 – Área específica das amostras. .............................................................. 49

Figura 4.3 – Volume aparente. .................................................................................. 50

xii

Figura 4.4 – Superfície de resposta da relação água : aglomerante. ........................ 52

Figura 4.5 – Curvas de nível dos tempos de início de pega. ..................................... 54

Figura 4.6 – Curvas de nível dos tempos de fim de pega. ........................................ 54

Figura 4.7 - Curvas obtidas pelo ensaio de FBG para as pastas. ............................. 55

Figura 4.8 – Taxa de aquecimento inicial das amostras no ensaio FBG. .................. 56

Figura 4.9 – Taxa de desaquecimento das amostras durante ensaio FBG. .............. 57

Figura 4.10 – Temperatura máxima alcançada pelas amostras no ensaio FBG. ...... 58

Figura 4.11 – Perfil da curva força x deformação das amostras para os 5 mm de

deslocamento no ensaio Squeeze-flow. ............................................................. 59

Figura 4.12 - Força de escoamento das misturas de aglomerantes. ......................... 60

Figura 4.13 – Deformação das pastas no ponto de escoamento. ............................. 61

Figura 4.14 – Inclinações obtidas a partir das curvas de squeeze-flow para as

amostras . .......................................................................................................... 61

Figura 4.15 - Pastas durante a realização do ensaio. (a) Sem fissuras; (b)

Apresentando fissuras (Foto do autor, 2009). .................................................... 63

Figura 4.16 - Força máxima alcançada pelas amostras. ........................................... 64

Figura 4.17 - Difratograma das matérias-primas. ...................................................... 66

Figura 4.18 - Difratograma das amostras que continham sílica ativa em sua

composição. ....................................................................................................... 67

Figura 4.19 - Difratograma das amostras que não apresentavam sílica ativa em sua

composição. ....................................................................................................... 68

xiii

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1- Principais reações do processo de sinterização do clínquer (GOBBO,

2003) .................................................................................................................... 6

Tabela 3.1 - Características mecânicas do cimento Portland.................................... 33

Tabela 3.2 - Características Físicas do cimento Portland. ........................................ 33

Tabela 3.3 - Características químicas do cimento Portland. ..................................... 33

Tabela 3.4 - Análise química por fluorescência de raios-X do cimento Portland. ...... 34

Tabela 3.5 - Análise química por fluorescência de raios-X da cal hidratada. ............ 35

Tabela 3.6 - Características físicas e químicas da sílica ativa. ................................. 35

Tabela 3.7 - Análise química por fluorescência de raios-X da fração vermelha. ....... 36

Tabela 3.8 – Dosagem (%) das composições estudadas. ........................................ 41

Tabela 3.9 – Dosagem (%) das novas composições estudadas. .............................. 42

Tabela 3.10 - Súmula dos ensaios realizados. .......................................................... 43

Tabela 4.1 - Densidade e área específica das matérias-primas. ............................... 48

Tabela 4.2 – Densidade e área específica calculadas a partir da fração volumétrica

das matérias-primas de cada composição. ........................................................ 49

Tabela 4.3 – Volume aparente das matérias-primas. ................................................ 50

Tabela 4.4 - Tempos de início e fim de pega das amostras. ..................................... 52

Tabela 4.5 – Quantidade de água utilizada em casa amostra. ................................. 62

Tabela 4.6 – Componentes encontrados no ensaio de difração de raios –X. ........... 65

Tabela 4.7 - Componentes presentes nas amostras pelo ensaio de Fluorescência de

raios-X. ............................................................................................................... 69

xiv

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas Al2O3 Trióxido de alumínio APL Arranjo Produtivo Local ARI Alta Resistência Inicial C2S Alita C3A Aluminato Tricálcico C3S Belita C4AF Ferroaluminato Tetracálcico CaO Óxido de cálcio CO2 Gás carbônico CP V Cimento Portland V CSH Silicato de Cálcio Hidratado DMA Análise Dínamo-Mecânica DRX Difração de Raio-X DSC Calorimetria Diferencial de Varredura DTA Análise Térmica Diferencial Eq Equação FBG Fiber Bragg Grating Fe2O3 Trióxido de Ferro FRX Fluorescência de Raio-X FV Fração Vermelha LAMIR Laboratório de Análise de Minerais e Rochas MgO Óxido de Magnésio NBR Norma Brasileira PR Paraná PVC Cloreto de Polivinila RCD Resíduo de Construção e Demolição SANEPAR Companhia de Saneamento do Paraná SiO2 Dióxido de Silício TA Análise Térmica TG Termogravimetria TMA Análise Termo-Mecânica UEPG Universidade Estadual de Ponta Grossa UFPR Universidade Federal do Paraná UTFPR Universidade Tecnológica Federal do Paraná UV Ultra Violeta

xv

LISTA DE SÍMBOLOS

oC Graus Célsius

α Alfa

β Beta

μm Mícron

m2/g Metro quadrado por grama

< Menor

mm Milímetro

τ0 Tensão de escoamento

Viscosidade

Taxa

τ Tensão de cisalhamento

D/d Diâmetro/espessura

> Maior

Ho Espessura inicial

H Espessura final

mm/s Milímetros por segundo

Bragg Comprimento de onda de Bragg

n Índice de refração efetivo do núcleo

Λ Período de modulação da rede

K Coeficiente de sensibilidade térmica

K Coeficiente de deformação da rede de Bragg

MPa Mega Pascal

≤ Menor ou igual

≥ Maior ou igual

g/cm3 Grama por centímetro cúbico

cm2/g Centímetro quadrado por grama

h Hora

kg/m3 Quilograma por metro cúbico

m2/kg Metro quadrado por quilograma

m1 Massa 1

xvi

m2 Massa 2

kg Quilograma

a/c Relação água/cimento

a/aglo Relação água/aglomerante

g grama

kgf quilograma força

kN quilo Newton

s Segundo

comprimento de onda

d distância interplanar

ângulo de difração

kV quilo Volt

mA Mili Ampere

Capítulo 1 Introdução 1

1 INTRODUÇÃO

A era do Desenvolvimento Sustentável originado em Paris no ano de 1968,

prevê um desenvolvimento que considere fatores econômicos, sociais e ambientais,

assim como as disponibilidades dos recursos vivos e inanimados, e as vantagens e

inconvenientes, a curto e a longo prazos, de outros tipos de ações (ACADEMIA,

1997). Com base nesse conceito, nada mais correto que buscar a aplicação de

resíduos como matérias-primas para a elaboração de novos produtos.

As atuais atividades econômicas são responsáveis pela produção de resíduos,

tais como os industriais, agroindustriais, de exploração agropecuária, de mineração,

entre outros, considerados como uma grande fonte de matéria-prima para a

produção de novos materiais destinados a construção civil (JOHN, 2003).

A indústria da construção civil exerce impacto significativo sobre a economia de

uma nação e, portanto, pequenas alterações nas diversas fases do processo

construtivo podem promover, além de mudanças importantes na eficiência ambiental

e redução dos gastos operacionais de uma obra, maior incentivo em investimentos

no setor (SOARES, 2008).

Quando não se dispõe de uma tecnologia para reaproveitamento de resíduos,

este material poderá ser disposto de forma inadequada e ocasionar inúmeros

problemas ambientais e de saúde pública. A extração de matérias-primas para

diversas utilizações, geralmente causa impacto ambiental além do consumo de

recursos não renováveis, e da geração de desajustes ecológicos (GONÇALVES,

2001).

Os resíduos de construção e demolição (RCD), importante resíduo urbano de

difícil e oneroso gerenciamento, começaram a receber o desenvolvimento de

tecnologias de reciclagem verificados em 1940-1950, quando concentraram-se as

pesquisas sobre o uso de concretos de demolição, para uso como agregados em

novos concretos estruturais (PERA, 1996 appud JOHN, 2003).

No contexto da indústria da construção civil, a quantidade de resíduos

produzidos e dispostos sem controle na natureza está cada vez mais atingindo

valores preocupantes principalmente quando nestes resíduos existe uma variedade


enorme de materiais, o que em muitos casos limita sua reutilização. O tipo de

resíduo produzido por uma obra está condicionado a algumas características do

processo construtivo, como parâmetros de qualidade e cultura da empresa, além de

quais materiais estão sendo usados (GONÇALVES, 2001).

Os resíduos de construção e demolição representam de 13% a 67%, em

massa, dos resíduos sólidos urbanos, tanto no Brasil como no exterior, e cerca de

duas a três vezes a massa de resíduos domiciliares (JOHN, 2000).

O aglomerante é um material ligante, pulverulento, utilizado na obtenção das

pastas, argamassas, e concretos, que promove a união entre os grãos do material

inerte (TARTUCE, 1990). Segundo MEHTA e MONTEIRO (1994) são definidos

aglomerantes hidráulicos pela característica de não só endurecer por meio de

reações com a água, como também formarem um produto resistente à ela. A

característica das pastas formadas por estes pós permitem a humanidade dar

formas a componentes e edifícios (JOHN, 2003).

A reciclagem, segundo JOHN (2003) reduz o volume de resíduos destinados a

aterros sanitários e o risco de contaminação do meio ambiente pela disposição sem

qualquer controle.

A utilização de subprodutos e resíduos na construção civil é uma das muitas

diretrizes que se pode seguir, objetivando a redução de custos das construções.

Segundo CINCOTTO (1988), o consumo de combustível, por exemplo, quer na

produção ou no transporte, é um parâmetro que tem peso considerável no preço do

material de construção. Deve-se buscar a alteração do processo de fabricação de

modo a reduzir o consumo de combustível, reduzir o consumo de matérias-primas

naturais e utilizar materiais regionais, dispensando o transporte a longa distância. É

essa filosofia que respalda e fundamenta o uso de materiais de reduzido impacto

ambiental.

Com a utilização de matérias-primas alternativas, e principalmente recicladas, é

possível desenvolver novas tecnologias e novos materiais.

Até o presente momento, muitos estudos foram publicados avaliando a

utilização de resíduos para a produção de concretos, argamassas, compósitos à

base de cimento e até mesmo aglomerantes alternativos (LEVY, 2007; SAVASTANO


Jr., 2008; AMORIM, 1999; ROCHA, 2008; RAO, 2007; NETO, 2006; GONÇALVES,

2001).

Embora existam no Brasil usinas de reciclagem de entulho, a escala de

produção ainda é pequena, menos que 100 toneladas de RCD processado/dia,

quantidade insignificante diante da quantidade gerada (JOHN, 2008). De acordo

com este autor, os setores público e privado são os grandes responsáveis pelo uso

destes resíduos, principalmente para pavimentação, uso em concretos e

argamassas, quando substituem-se os agregados naturais. Porém, esta substituição

ainda é irrisória frente à geração deste resíduo.

1.1 Objetivo

O objetivo da pesquisa é analisar a reatividade entre misturas de cal, sílica

ativa e a fração vermelha de resíduo cerâmico proveniente da reciclagem de

resíduos de construção e demolição em substituição parcial ao cimento Portland.

1.2 Justificativa

A construção civil é um dos setores econômicos que mais provoca impacto

ambiental devido ao elevado consumo de matéria-prima. Um dos principais impactos

é a produção de cimento que libera em seu processo gás carbônico (CO2) para a

atmosfera. Outro impacto associado a construção civil é a geração de resíduos

devido à construcão, demolição e reforma de obras que exige procedimentos para

uma adequada disposição destes resíduos.

A busca de soluções tecnológicas para a produção de novos produtos que

substituam o concreto, em que o cimento é o principal constituinte, tem levado à

produção de concretos à base de produtos alternativos.

Desta forma, diversos impactos podem ser previstos pelo presente trabalho

no âmbito científico, sócio-econômico e ambiental. Os ensaios e os procedimentos

empregados para a avaliação dos materiais contribuem ao entendimento da relação

entre estes materiais que serão aplicados na pesquisa. Esta mistura de materiais

pode trazer benefícios se sua utilização for economicamente viável.


Se o ciclo de vida dos produtos da construção civil for considerado, a

reciclagem vai significar a redução de custos, novas oportunidades de negócios,

além de contribuir para a redução do volume de extração de matérias-primas,

preservando recursos naturais limitados (JOHN, 2000). A adição de outros materiais

ao cimento pode auxiliar na redução da extração de matérias-primas e na redução

da disposição de resíduos ao ambiente. A substituição parcial do cimento por outros

materiais pode possibilitar o desenvolvimento de materiais de baixo custo e baixo

impacto ambiental a partir da utilização de subprodutos que podem estar disponíveis

localmente. Outro fator de destaque é a introdução de novos materiais

economicamente viáveis no mercado, valorizando o material e trazendo benefícios a

associação de produtores locais, como por exemplo, a da cal.

Capítulo 2 Revisão Bibliográfica 5

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Este capítulo traz informações sobre os materiais e técnicas de caracterização

que foram utilizados na pesquisa.

2.1 Aglomerantes Hidráulicos

Os aglomerantes são denominados hidráulicos quando a pasta apresenta a

propriedade de endurecer pela reação com a água e após seu endurecimento, seus

produtos de hidratação apresentam resistência a ela (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

Um exemplo são os materiais e componentes da família do cimento Portland e a Cal.

O gesso deteriora sob exposição prolongada à água, sendo assim denominado

aglomerante aéreo (JOHN, 2003).

A hidratação dos aglomerantes é sempre acompanhada por liberação de

energia, observada pela elevação da temperatura da massa. Uma das

características comuns a todos os aglomerantes é a dispersão no meio aquoso,

conferida pela sua composição química, microestrutura e superfície específica, como

o cimento Portland, a cal e o gesso (JOHN, 2003).

2.2 Matéria-Prima

2.2.1 Cimento Portland

Cimento Portland é a denominação formal convencionada para o material

conhecido na construção civil como cimento. Ele é um pó fino com propriedades

aglomerantes, que endurece sob ação da água. Depois de endurecido, desde que

se encontre em condições equilibradas, o cimento Portland apresenta resistência à

decomposição mesmo que seja novamente submetido à ação da água.

O cimento Portland é um aglomerante hidráulico obtido por meio de um

processo industrial, que inicia na etapa de mineração e britagem de matérias-primas,

quais sejam: calcário, argila e minério de ferro. Em seguida é feita a

homogeneização adequada da mistura crua, denominada “farinha”, em moinho e

por meio de uma série de ciclones é feita a adequação da distribuição de tamanho


de partículas. Este material sofre queima por volta de 1.450ºC, formando o clínquer,

que é moído, sendo à ele adicionado sulfato de cálcio, com a finalidade de controlar

as reações de pega e endurecimento do cimento, e eventuais adições (MEHTA e

MONTEIRO, 1994). O calcário e a argila utilizados para a fabricação devem conter

em sua composição química os principais óxidos componentes do clínquer, CaO,

SiO2, Al2O3 e Fe2O3. O calcário e a argila são as matérias-primas mais comuns

como fontes dos três primeiros componentes, sendo o minério de ferro a principal

fonte de Fe2O3 (GOBBO, 2003). Destes componentes, derivam os compostos

fundamentais do cimento: C3S, C2S, C3A e C4AF.

A Tabela 2.1, apresenta as principais reações que ocorrem a cada intervalo

de temperatura no interior do forno de clinquerização, destacando os compostos do

clínquer formados durante o processo de sinterização (CENTURIONE, 1993, appud

GOBBO, 2003).

Tabela 2.1- Principais reações do processo de sinterização do clínquer (GOBBO, 2003)

Temperatura (ºC) Reação

100-200 Liberação de água livre

500-700 Desidroxilação dos argilominerais; transformação do quartzo-α em quartzo-β

700-900 Decomposição dos carbonatos, com liberação de CO2; primeiras reações de estado sólido, levando à formação de aluminatos e ferro-aluminatos cálcicos [C12A7 e C2(AF)] e início de formação da belita (2CaO+SiO2→Ca2SiO4); conversão de quartzo-β em cristobalita.

900-1200 Conversão de ferroaluminatos e aluminatos em C4AF e C3A; formação da belita a partir da sílica remanescente e dos cristais de cal livre.

1.200-1.350 Cristalização das primeiras alitas (1.200ºC), a partir de cristais pré-existentes de belita e cal livre (Ca2SiO4+CaO→Ca3SiO5); a partir de 1.280ºC inicia-se a formação de fase líquida a partir dos aluminatos e ferroaluminatos cálcicos, com conseqüente nodulização do clínquer.

Acima de 1.350 Desenvolvimento dos cristais de alita.

A Figura 2.1 apresenta um esquema do desenvolvimento dos compostos do

clínquer nas cinco zonas principais do forno. No eixo à esquerda são representadas

as proporções em massa ideais das matérias-primas que compõem a farinha e no

eixo à direita as proporções dos compostos formados durante o processo de

clinquerização, bem como a temperatura de formação destes.


Figura 2.1-

Figura 2.1 - Compostos do clínquer formados durante o processo de

clinquerização (GOBBO, 2003).

Figura 2.1- Compostos do clínquer formados durante o processo de clinquerização (GOBBO, 2003)

As reações químicas que ocorrem pela mistura das matérias-primas no forno

de clinquerização a temperaturas de 1.450 oC podem ser aproximadamente

representadas (MEHTA e MONTEIRO, 1994):

Calcário CaO + CO2

3CaO . SiO2 (C3S)

2CaO . SiO2 (C2S)

Argila SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + H2O

3CaO . Al2O3 (C3A)

4CaO . Al2O3 . Fe2O3 (C4AF)

As reações de hidratação destes compostos dão origem ao processo de

endurecimento do cimento. Em geral, a hidratação descreve as reações entre o

cimento e a água gerando a produção de um material sólido, a partir de

transformações dos compostos químicos anidros solúveis presentes no cimento em

compostos hidratados, principalmente C-S-H gel e portlandita (STEPKOWSKA,

2002).


A hidratação é uma reação química exotérmica na qual o calor envolvido

depende das propriedades do cimento, da temperatura ambiente e das

características térmicas do sistema. A temperatura gerada durante a hidratação

dependerá do calor total envolvido, da taxa de evolução da reação e da eficiência

térmica do sistema (LIVESEY et al. 1991).

Adições minerais ao cimento podem alterar esta condição de hidratação.

Devido as suas características físicas e químicas as adições têm grande influência

na geração de calor (LIDUÁRIO, 2007).

A cinética de hidratação das fases do cimento é alterada quando partículas

inertes, de dimensão similar ou inferior às partículas do ligante, são inseridas no

sistema cimentício. As finas partículas do material inerte propiciam pontos extras de

nucleação, com precipitação de hidratos sobre a superfície dos grãos do filler, além

do próprio cimento (HOPPER FILHO, 2002).

Para MEHTA e MONTEIRO (1994), uma vez que o cimento Portland é

composto de uma mistura heterogênea de vários compostos, o processo de

hidratação consiste na ocorrência de reações simultâneas de compostos anidros

com água. Contudo, cada composto apresenta a sua velocidade de hidratação.

Logo, se os principais componentes do cimento são aluminatos e silicatos, cada qual

apresenta suas peculiaridades durante a hidratação. Os aluminatos hidratam muito

mais rapidamente que os silicatos, caracterizando assim o enrijecimento e a pega do

cimento Portland. Os silicatos compõem 75% do cimento Portland e caracterizam o

seu endurecimento (resistência). Os produtos desta hidratação podem ser

visualizados abaixo:

Aluminatos » C6AS3H32 + 2C3A C4ASH18

Silicatos » 2C3S + 6H C3S2H3 + 3CH e 2C2S + 4H C3S2H3 + CH

Os constituintes do clínquer Portland podem ser subdivididos em três grupos

distintos. O primeiro deste grupo é o grupo dos silicatos cálcicos, compostos mais

abundantes, que são normalmente cristais bem formados, gerados nas últimas

etapas do processo de clinquerização e que não sofrem fusão durante sua


formação. A fase seguinte é a fase intersticial, que representa a fase fundida na

temperatura de clinquerização correspondente a temperatura de cristalização dos

silicatos, sendo constituída por aluminatos e ferro-aluminatos cálcicos. O terceiro

grupo se refere a alguns compostos menos frequentes como o periclásio (MgO), cal

livre (CaO), langbeinita [(K2Ca2(SO4)3)], aphititalita [K3Na(SO4)2], arcanita (K2SO4),

entre outros (GOBBO, 2003)

Adições minerais no cimento Portland alteram a cinética de hidratação e a

evolução da microestrutura, repercutindo nas propriedades intrínsecas de

durabilidade do material (no estado endurecido) frente aos mais variados agentes

agressivos a que estará exposto o concreto (FILHO, 2008).

Segundo AÏTCIN (2000), a pasta de cimento hidratada pode ser considerada

como um material cristalino de uma única fase, no qual os princípios fundamentais

que governam o comportamento dos materiais frágeis podem ser aplicados de forma

conveniente para controlar a microestrutura e suas propriedades no concreto.

Quando o cimento é disperso em água, as reações químicas dão origem aos

primeiros cristais aciculares de sulfoaluminato de cálcio hidratado, denominados de

etringita. Em seguida ocorre a formação de cristais prismáticos de cálcio e pequenos

cristais fibrilares de silicatos de cálcio hidratado preenchem os vazios antes

ocupados por água e partículas de cimento em dissolução. Posteriormente, a

proporção de alumina-sulfato pode determinar a formação do monossulfato

hidratado através da decomposição da etringita (NEVILLE, 1997).

A resistência da pasta de cimento hidratado é influenciada pelo teor de C3S e

C2S, quando ocorre a formação do C-S-H, que representa na opinião de MEHTA e

MONTEIRO (1994), 50 a 60% do volume de sólidos de uma pasta de cimento

Portland completamente hidratada. Tal resistência é determinada pelas forças de

atração de Van der Waals, cujo grau de ação aderente depende da extensão e

natureza das superfícies envolvidas.

Os cristais de hidróxido de cálcio representam 20 a 25% do volume de sólidos

na pasta de cimento hidratada e poucos contribuem para a resistência mecânica da

mesma, pois possuem área específica consideravelmente menor que o C-S-H. Além

disso, o aumento da quantidade de cristais de hidróxido de cálcio na pasta diminui a

durabilidade do concreto aos ataques químicos de soluções ácidas, por


apresentarem maior solubilidade em relação ao C-S-H (MEHTA e MONTEIRO,

1994). De acordo com PETRUCCI (1980), os cristais de hidróxido de cálcio são

extremamente instáveis quimicamente e podem se dissolver na água absorvida da

umidade presente no ar.

Já os sulfoaluminatos de cálcio ocupam de 15 a 20% do volume de sólidos da

pasta endurecida, e pouco contribuem para as resistências finais. Além disso, a

presença do monossulfato hidratado torna o concreto vulnerável ao ataque por

sulfatos, e a expansão devido à formação de sulfoaluminato de cálcio a partir do C3A

pode ocasionar a desagregação da pasta endurecida (NEVILLE, 1997).

A resistência da pasta de cimento hidratada não é influenciada somente pela

sua composição química. A resistência de vazios, poros e falhas, tamanho de grãos

e a heterogeneidade do sistema têm uma considerável influência em suas

propriedades. A resistência vai depender também da estrutura física dos produtos de

hidratação e de suas proporções volumétricas.

2.2.2 Cal

Apesar de várias evidências apontarem para o uso da cal ao longo da maior

parte da existência humana, a partir da civilização egípcia é que o produto começou

a aparecer nas construções. Pela tradição e suas múltiplas utilidades, benefícios

sociais e econômicos, a cal é o principal produto derivado dos calcários, dolomitas e

conchas calcárias (GUIMARÃES, 1997).

A cal, segundo MEHTA e MONTEIRO (1994), foi muito usada por gregos e

romanos na composição de argamassas para a construção de antigas estruturas. A

cal teve suas propriedades aglomerantes potencializadas quando a combinaram

com materiais pozolânicos, os quais reagiam entre si e na presença da água,

produzindo um material cimentante e resistente à água. A obtenção de cal está

ilustrada na Figura 2.2.

A qualidade química do produto depende das características e impurezas

contidas na rocha que a origina. Desta forma, recebe o nome de cal cálcica ou

calcítica quando o teor de CaO for maior ou igual a 90% em relação aos óxidos


totais, cal dolomítica quando o teor de CaO for menor ou igual a 65% e, cal

magnesiana quando for 65% < CaO < 90% (GUIMARÃES, 1997; SILVA, 2006).

A cal hidratada apresenta elevada alcalinidade, possibilitando o seu emprego

em concretos com altos teores de substituição de cimento por adições minerais. Sua

finalidade é prover hidróxido de cálcio para as reações pozolânicas e ainda

restabelecer a reserva alcalina do concreto, a qual sofre decréscimo variável

dependendo da reatividade e teor de cada adição. Ao reter água, a cal hidratada

diminui a disponibilidade desta para a hidratação do cimento, resultando em uma

microestrutura mais compacta, com partículas anidras de cimento. Com a liberação

progressiva da água, retida pela cal, ao longo do tempo, propiciará uma cura interna

do concreto, hidratando as partículas anidras e consequentemente densificando o

gel, sem que haja retração excessiva do concreto (FILHO, 2002).

Figura 2.2- Produção da cal e reações de hidratação com e sem pozolana (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

Do ponto de vista do concreto endurecido, até 5% em massa de Cal adicionado

no cimento parece ter pouco efeito sobre o desempenho macroscópico. Entretanto,

as propriedades mecânicas, como a resistência mecânica à compressão, podem

aumentar ligeiramente devido à distribuição das partículas finas, que aumentam a

compacidade do concreto pelo efeito de enchimento ou empacotamento

(LOTHENBACH, 2008).

A adição de cal hidratada ao concreto aumenta o teor de portlandita e tem

repercussão sobre a formação da estrutura hidratada (FILHO, 2008).


Segundo MEHTA e MONTEIRO (1994) a cal hidratada não é estável em água,

porém, pode carbonatar-se lentamente ao ar para formar um produto estável

(CaCO3). Quando alguma pozolana, por exemplo, sílica reativa, estiver presente no

sistema, os silicatos de cálcio hidratados (C-S-H) formados como resultado da

reação entre elas serão estáveis.

2.2.3 Sílica ativa

A sílica ativa é um subproduto oriundo da fabricação de silício metálico e ligas

de ferro-silício, a partir da qual é gerado o gás SiO, que ao sair do forno oxida-se,

formando o SiO2 (ANJOS, 2004; SILMIX, 2009).

É constituída de partículas muito finas com morfologia de esferas e com

diâmetros que podem variar de 0,02 a 0,5 μm (com diâmetro médio de 0,1 μm) e

área específica em torno de 20 m2/g, da qual 85 a 95% desta sílica apresentam-se

sob a forma amorfa, com algumas impurezas, como silício metálico e carbono.

Concretos produzidos com utilização de sílica ativa apresentam maior resistência à

compressão, menor porosidade, maior resistência à abrasão e menor corrosão

química, maior adesão a outras superfícies de concreto e melhor aderência com o

aço, dentre outras vantagens (BARDELLA, 2005).

Em composições cimentícias, além de aumentar a resistência mecânica, a

sílica ativa tem sido utilizada para aumentar também a compacidade decorrente de

reações pozolânicas e do efeito filler.

Na hidratação do cimento Portland são gerados compostos de silicato de cálcio

hidratado e hidróxido de cálcio (Ca(OH)2 ou CH) que na presença da sílica ativa

reage formando silicato de cálcio hidratado (C-S-H) semelhante ao formado na

reação primária. A ação conjunta dos efeitos físicos e químicos resulta em

mudanças na microestrutura e nas propriedades macroscópicas das argamassas,

tanto no estado fresco como no endurecido (VASKE, 2008). A sílica ativa atua no

concreto então como um material pozolânico de alta reatividade, visto que é capaz

de formar silicato de cálcio hidratado (C-S-H) adicional, que é o principal produto

responsável pela resistência de pastas de cimento Portland (BARDELLA, 2005).

Essa reação pozolânica produz um material resistente e estável, que favorece a


durabilidade dos compósitos e argamassas, aumentando a resistência e diminuindo

a permeabilidade do sistema devido ao processo de refinamento dos poros

(ROMANO, 2008).

As partículas de sílica apresentam também o efeito filler que diminui a

porosidade total formando uma estrutura mais descontínua de poros, devido às

micro-esferas que se alojam nos interstícios da pasta e na zona de transição,

preenchendo os macroporos, os poros capilares e os poros de gel (VELASCO,

2002).

Os efeitos da sílica ativa quando adicionada em concretos e argamassas, são

observados em função de suas propriedades físicas e químicas. O efeito físico é

devido à forma esférica das partículas e sua extrema finura, visto ter um diâmetro

médio 100 vezes menor que o do cimento, atua como um micro-filler, com

preenchimento dos espaços vazios deixados durante a hidratação do cimento e

diminuição da capilaridade, o que proporciona maior densificação da pasta de

cimento e, por sua vez, do concreto ou argamassa (VASKE, 2008). O efeito químico

deve-se ao alto teor de sílica na forma amorfa, com um índice de atividade

pozolânica com o cimento Portland de cerca de 210% (WOLSIEFER, 1991, appud

VASKE, 2008).

A sílica ativa é uma adição mineral, que tem uma atuação efetiva na redução

da porosidade e do teor de hidróxido de cálcio (CH) da matriz de cimento. Assim, ela

promove melhorias significativas de desempenho das propriedades relacionadas à

durabilidade dos concretos, tais como a redução da permeabilidade a líquidos e

gases, o aumento da proteção a agentes agressivos, além do aumento da

resistência à carbonatação (ROSSIGNOLO, 2005).

2.2.4 Fração vermelha

Embora os estudos sobre resíduos de construção e demolição tenham iniciado

em 1928 e seu uso generalizado tenha começado após a II Guerra Mundial na

reconstrução das cidades, tais resíduos têm sido utilizados como matérias-primas

desde a época Romana (MYMRIN, 2007).


Segundo GONÇALVES (2006), a incorporação de resíduos na produção de

materiais cimentícios pode reduzir a emissão de CO2, o consumo de energia, e

também contribuir para a redução do impacto ambiental relacionado com a sua

destinação.

Atualmente, agregados reciclados vem recebendo atenção devido ao seu

potencial para ser utilizado em estruturas de concreto (OLIVEIRA, 2006; LEVY,

2001). Além disso, a restrição ao acesso de minerais para a produção de agregados

naturais está levando muitos países a recorrer a agregados reciclados utilizando-o

como filler (ANN, 2008). As pesquisas mostram que determinados tipos de resíduos,

quando selecionados, apresentam propriedades melhores para determinadas

finalidades. Por exemplo, resíduos de tijolos cerâmicos têm ótimos resultados para

argamassas, enquanto resíduos de concreto apresentam melhores resultados como

agregados reciclados para a produção de concreto.

ANN (2008) comenta que o uso de agregados reciclados pode auxiliar na

utilização de alguns resíduos, mas pode diminuir a resistência do concreto devido às

impurezas residuais que se encontram na superfície dos agregados. Materiais

pozolânicos podem ser utilizados para compensar a perda de durabilidade e

resistência que o agregado reciclado possa trazer aos concretos.

Algumas propriedades e características dos agregados, responsáveis por uma

significativa influência nas propriedades do concreto são: a porosidade, a forma e a

textura das partículas, a resistência mecânica à compressão, o módulo de

elasticidade, a absorção de água e o teor de impurezas. Estas propriedades afetam

a dosagem e o comportamento do concreto nos estados fresco e endurecido (LEITE,

2001).

Quando se menciona a composição do resíduo de construção, deve ser dada

atenção às impurezas ou contaminantes (LEITE, 2001). Todos os materiais minerais

não inertes, orgânicos ou quaisquer outros que prejudicam a qualidade de concretos

e argamassas produzidos com agregados que os contenham, podem ser

considerados como impurezas ou contaminantes (LIMA, 1999). Materiais como solos

argilosos, plásticos, resíduos de pavimentos betuminosos, madeira, gesso,

refratários, vidros, metais, ou substâncias como: cloretos, álcalis e areias industriais

quimicamente contaminadas, são consideradas impurezas e podem levar a


consequências desastrosas quando incorporadas aos agregados reciclados para

produção de novos materiais (HANSEN,1992 appud LEITE, 2001).

Os agregados estão ligados ao material que os originou. Como existe uma

dificuldade em definir um padrão de qualidade para os agregados reciclados, avaliar

o desempenho do concreto para verificar a sua qualidade apresenta-se como uma

alternativa interessante. O desempenho mecânico pode também ser afetado pela

presença de materiais pulverulentos presentes nos agregados. Para eliminar a

interferência desta variável, CARRIJO (2005) optou pela retirada da fração miúda (<

4,8 mm) contida nos materiais cinza e vermelho, utilizados em sua pesquisa.

Para GONÇALVES (2006) a utilização de materiais suplementares no concreto

pode proporcionar ganhos no seu desempenho, tanto no estado fresco como no

estado endurecido, incrementando suas propriedades mecânicas e durabilidade.

Segundo CARRIJO (2005) os agregados podem ser estudados

independentemente, mas é difícil definir um padrão de qualidade. O agregado

mantém as características do concreto que o originou. Assim sua porosidade vai

depender da quantidade de argamassa aderida, da idade e da relação água/cimento

deste concreto.

GONÇALVES (2006) em sua pesquisa utilizou agregados oriundos da fração

vermelha da produção de tijolos furados inferiores a 6,3 mm moído em moinho

vibratório até que ficasse com uma granulometria que atendesse aos requisitos da

NBR 12653/92 para uso como material pozolânico, com no máximo 34% de material

retido na peneira com abertura de 45 µm.

Segundo LIMA (1999), concretos com agregado reciclado apresentam

características diferentes dos concretos convencionais, e o grau de diferença

depende do tipo e da qualidade do reciclado. As características modificadas pelo

uso de reciclado são a resistência mecânica; absorção de água, porosidade e

permeabilidade; retração por secagem; módulo de elasticidade; fluência; massa

específica. Tais características variam mais em concretos com agregados

recicláveis, pois, além das variações ligadas à relação a/c e ao consumo de

aglomerantes, há ainda as mudanças determinadas por variações na composição e

outras características físico-químicas dos resíduos reciclados.


Concretos contendo resíduo reciclado apresentam resistência igual ou menor

às de concretos convencionais. Em apenas alguns casos específicos a resistência

pode ser maior. A perda de resistência de concretos com agregado reciclado de

concreto pode chegar a 30 %, enquanto que para concretos com agregado reciclado

de alvenaria pode chegar a 50 %, dependendo da composição e do consumo de

cimento (LIMA, 1999).

AMORIM (1999) utilizou amostras de entulho que foram submetidas ao

processo de trituração, em britador de mandíbulas, e classificação em peneira ABNT

n° 4 (4,76 mm). Após esta etapa, as amostras foram secas em estufa a 110 oC e

moídas em moinho de bolas durante 90 min. Esta preparação considerou o material

como aglomerante para o preparo de argamassas. Tais argamassas, consideradas

alternativas, apresentaram desempenho mecânico satisfatório, sendo a reciclagem

de resíduos promissora, capaz de produzir elementos construtivos de baixo custo,

além de preservar o meio ambiente, melhorando a qualidade de vida da população

em geral.

GONÇALVES (2007) utilizou resíduo cerâmico em substituição parcial ao

cimento Portland, 20%, pois foi o teor máximo de substituição em argamassas sem

perda na resistência à compressão. Os resíduos foram caracterizados pela NBR

12653/1992 e classificados como pozolanas. Sua presença no concreto alterou a

deformabilidade dos concretos. A redução do módulo de elasticidade é atribuída à

menor rigidez dos produtos hidratados decorrentes da reação pozolânica do

hidróxido de cálcio e o resíduo cerâmico, gerando misturas com maior capacidade

de deformação sob tensão. Também, pode-se associar a esse comportamento, a

presença de partículas de resíduo cerâmico não reagidas, que, devido à forma

lamelar, apresentam maior capacidade de deformação. Não houve incremento da

resistência do concreto contendo resíduo cerâmico. Não provocou variação da

resistência à tração por compressão diametral.

A fluidez inicial de suspensões como o concreto, depende da distribuição

granulométrica, do índice de forma e da textura superficial das partículas. Sendo

assim, a adequada distribuição de tamanho de partículas é de fundamental

importância, pois promove o empacotamento e, juntamente com o fluido, define as


propriedades reológicas do material durante o processo de mistura e quando no

estado fresco (CASTRO, 2009).

Segundo CASTRO (2009), para se obter um empacotamento com densidade

máxima, considerando uma determinada distribuição granulométrica, é necessário

que se utilizem partículas não porosas. Para efeito de distribuição granulométrica, as

partículas que apresentam porosidade fechada são semelhantes às densas, porém

resultam em misturas com densidade superior. Já as partículas que apresentam

porosidade aberta perturbam o empacotamento devido ao seu formato irregular e

também resultam em misturas com menores densidades de empacotamento.

Aproximadamente metade das partículas de adições minerais e dos cimentos tem

formato próximo ao de uma esfera. Porém a porção relativa dessas partículas

diminui durante o curso da hidratação de suspensões à base de cimento em

decorrência da formação de partículas com forma irregular, o que é mais evidente

em misturas contendo sílica ativa.

2.3 Caracterização da Matéria-Prima

2.3.1 Tempo de pega

PAULA (2009) observou em suas adições de 10, 20 e 30% de cinza de bagaço

de cana em substituição parcial ao cimento que não houve adiantamento nem

retardo do início da pega, o que era de se esperar, uma vez que a reação pozolânica

ocorre em estágio mais adiantado da hidratação do cimento. Assim, o tempo de

início de pega não detectaria influência da atividade pozolânica. Tais adições

acarretaram retardo de 10 min. no intervalo de tempo entre os tempos de pega, este

retardo se deve à redução do teor de cimento nas combinações.

Além da relação água/cimento, do tipo e das características (composição) do

cimento, da temperatura inicial e de cura, dos teores de álcalis solúveis e de aditivos

químicos, a dosagem, a natureza e o tipo de adição mineral podem influenciar as

características de pega do concreto (CASTRO, 2009).


2.3.2 Densidade e área específica

As adições minerais, tais como a sílica ativa, a cinza volante, a escória de alto

forno, a cinza e/ou a sílica da casca de arroz, etc, são diferentes do cimento Portland

em três aspectos principais: elas possuem uma menor densidade específica, suas

partículas são menores e apresentam uma atividade pozolânica (CASTRO, 2009).

Quando a sílica ativa reage com o hidróxido de cálcio, existe um aumento do

calor de hidratação particularmente nos primeiros instantes. Nas primeiras idades, a

adição mineral pode ser considerada um material inerte e fino, mas não um

aglomerante, uma vez que suas reações químicas não ocorrem na mesma

velocidade que as reações de hidratação do cimento. Porém, a situação é complexa

devido ao efeito físico provocado pela adição mineral sobre o empacotamento de

partículas e, dessa maneira, sobre as forças que controlam a distância entre as

partículas de cimento no início do processo de hidratação.

As adições minerais modificam a cinética da hidratação do cimento,

especialmente nas primeiras idades. Na maioria dos casos, os resultados são

apresentados como variações do grau de hidratação, da quantidade de água ligada

e da evolução do calor de hidratação total entre as misturas com e sem a

incorporação de adição mineral. Normalmente três efeitos físicos principais são

observados sobre a hidratação do cimento quando adições minerais estão presentes

na composição de materiais à base de cimento: a) o efeito de diluição do cimento,

equivalente ao aumento da relação água/cimento, é inversamente proporcional à

taxa de substituição; b) o efeito da distribuição granulométrica, que depende da

granulometria e da quantidade de adição mineral usada, está relacionado com a

modificação da porosidade inicial da mistura, e; c) a nucleação heterogênea,

processo físico conduzido pela ativação química da hidratação do cimento que

catalisa o processo de nucleação dos hidratos por meio da redução da barreira de

energia. A diluição do cimento e a modificação da distribuição granulométrica são

conseqüências diretas da substituição do cimento por uma adição mineral, enquanto

a nucleação heterogênea se torna significativa para adições minerais mais finas.

Dessa maneira, a propriedade física principal das adições minerais é a sua

área superficial específica, que junto com uma função eficiência, pode ser usada

para descrever o aumento do grau de hidratação ou da resistência à compressão de


materiais à base de cimento, decorrente dos efeitos físicos e químicos das adições

minerais presentes. A demanda de água das partículas de forma esférica e lamelar

apresenta uma forte correlação com a área superficial específica; porém, o mesmo

não é verdade para as partículas de forma irregular.

Na matriz de cimento, a água pode ser dividida em duas partes: água de

preenchimento dos vazios entre as partículas; e água da camada de superfície, que

forma um filme d’água sobre a superfície das partículas, influenciando diretamente a

fluidez da mistura. A quantidade de água de preenchimento está relacionada com a

densidade de empacotamento do sistema de partículas, enquanto a quantidade de

água na camada de superfície está relacionada com a área específica desse

sistema.

Se a área específica do material pozolânico não for muito elevada, sua adição

diminui a quantidade de água de preenchimento, mas aumenta a quantidade de

água na camada de superfície; em geral, neste caso, a quantidade total de água não

é alterada. Por outro lado, se a área específica do material pozolânico for muito

elevada, a quantidade total de água é aumentada devido ao aumento significativo da

demanda de água na camada de superfície, mesmo a quantidade de água de

preenchimento sendo reduzida (CASTRO, 2009).

Segundo LIDUÁRIO (2007) o aumento da área específica gera maior eficiência

na resistência à compressão e mais calor durante a hidratação do material. A

matéria-prima utilizada age nas misturas como filler e/ou pozolana durante o

processo, apresentando assim estas características.

A área específica, relacionada com a distribuição granulométrica, pode ser

alterada por moagem, segundo HOPPER FILHO (2008) de acordo com a

necessidade de se alcançar um material pozolânico. A maior finura favorece a

interação das partículas com a cal e, em conseqüência, melhora a eficiência como

material pozolânico, principalmente nas primeiras idades.

E estudos realizados por GOLÇALVES (2007) a substituição de 20% de

cimento por resíduo cerâmico moído não promoveu variação no empacotamento da

mistura granular seca, de forma que a interação entre a quantidade de hidratos


formados e o efeito físico do resíduo cerâmico não reagido não promoveu

incremento na resistência à compressão.

2.3.3 Análise reológica

A reologia é a ciência que estuda o fluxo e a deformação dos materiais

quando submetidos a uma determinada tensão ou solicitação mecânica externa,

sendo usualmente empregada na análise do comportamento de fluídos homogêneos

como líquidos, emulsões e suspensões de partículas (PILEGGI, 2006).

A viscosidade ( ) e a tensão de escoamento (τ0) são duas grandezas básicas

que definem o comportamento dos fluídos (Eq. 2.1). A primeira é a constante de

proporcionalidade que relaciona a taxa ( ) com a tensão de cisalhamento (τ)

aplicada, enquanto a segunda indica a tensão mínima para início do escoamento.

= / Eq. 2.1.

Os fluídos newtonianos apresentam viscosidade constante e tensão de

escoamento nula, como por exemplo, a água, o álcool e algumas suspensões de

partículas. Entretanto, os fluídos de interesse tecnológico apresentam, em sua

maioria, características reológicas que se desviam da linearidade.

Além de Newtoniano, os fluídos de comportamentos independentes do tempo

podem ser: Pseudoplástico e Dilatante. Variações destes comportamentos básicos

podem gerar três outros tipos de comportamento, onde o fluído requer uma tensão

mínima de cisalhamento para iniciar o escoamento: Bingham; Pseudoplástico com

tensão de escoamento e Dilatante com tensão de escoamento. Os comportamentos

reológicos dependentes do tempo são denominados Tixotropia e Reopexia.

O concreto fresco segundo HOPPER FILHO (2007) pode ser considerado

uma suspensão aquosa concentrada composta de partículas sólidas imersas em um

fluído viscoso. A pasta é um fluído heterogêneo composto de grãos dos materiais

cimentícios imersos em água. Essas partículas interagem quando em meio aquoso e

essas interações exercem influência nas propriedades da mistura, tanto em repouso

quanto sob fluxo. Os diferentes comportamentos possíveis na qual estão


relacionadas à tensão de escoamento e a viscosidade com a taxa de cisalhamento

podem ser observados na Figura 2.3.

Figura 2.3 - Comportamento reológico dos fluídos: (1) Newtoniano; (2) de Bingham; (3) Pseudoplástico; (4) Pseudoplástico com tensão de escoamento; (5) Dilatante e

(6) Dilatante com tensão de escoamento (HOPPER FILHO, 2007).

Desta forma, a reologia pode ser empregada como ferramenta de investigação

do comportamento do concreto no estado fresco e permite amplo conhecimento da

alteração decorrente da hidratação em evolução para o estado endurecido. Com a

reologia pode-se caracterizar as variações de comportamento dos concretos com o

tempo e com diferentes taxas de cisalhamento. Cabe ressaltar que em sistemas

cimentícios a complexidade reológica é maior, pois, além das forças de superfície

que atuam sobre as partículas, há de se considerar a evolução da hidratação com o

tempo. Com a evolução do enrijecimento da pasta, a tensão de escoamento e a

viscosidade vão aumentando gradativamente e toda essa alteração afeta a reologia

dos concretos (HOPPER FILHO, 2007).

A reologia de pastas de cimento tem sido estudada a fim de encontrar

correlações entre o comportamento reológico e os componentes químicos, micro-

estruturais e mecânicos da pasta antes da pega. Os diferentes tipos de

comportamento macroscópico de fluxo dependem da resposta das estruturas à

tensão de cisalhamento ou taxa de deformação. Geralmente a deformação da pasta

de cimento é avaliada utilizando testes de fluxo de tensão de cisalhamento versus


taxa de cisalhamento. Os modelos reológicos de Bingham, Herschel-Bulkley, Ellis,

Casson ou Eyring descrevem o fluxo das pastas de cimento fresco (LIMA, 2006).

A pasta de cimento é designada como uma mistura fluída de cimento, água e

cargas adicionais, e é um sistema reativo no qual as reações químicas entre as

fases sólidas e a água de mistura formam novas espécies com propriedades

relacionadas. Estas novas propriedades estão relacionadas com a hidratação do

cimento que altera as propriedades mecânicas da pasta (LIMA, 2006).

2.3.4 Squeeze-Flow

Essa técnica baseia-se na medida do esforço necessário para a compressão

axial de uma amostra cilíndrica no estado fresco entre duas placas paralelas, por

força ou deformação controlada. Este ensaio é amplamente utilizado na

caracterização de diversos tipos de pasta, incluindo alimentos, cosméticos, materiais

cerâmicos e compósitos poliméricos e recentemente está sendo utilizado para a

avaliação reológica de argamassas.

O princípio fundamental deste método, segundo BETIOLI (2009), baseia-se

no fato de que a deformação efetiva do material ocorre por cisalhamento radial

quando a razão entre o diâmetro (D) e a espessura da amostra (h) for elevada

(D/h>5). Razões inferiores a este valor levam ao surgimento de tensões de

compressão (MEETEN, 2004; COSTA, 2006; PILEGGI, 2006).

Neste ensaio, a deformação da amostra decorre do deslocamento relativo

entre as placas, sendo possível variar tanto a taxa de deslocamento (por exemplo,

mm/s), como a extensão da compressão (por exemplo, mm). Como consequência,

resultados de carga x deslocamento em função do tempo constituem a resposta

experimental (PILEGGI, 2006).

Na Figura 2.4 está apresentada a caracterização visual do método utilizado

neste trabalho.


Figura 2.4 – Ilustração esquemática do método do Squeeze-Flow.

Um perfil típico, obtido sob compressão simples representando uma curva de

carga versus deslocamento obtida no ensaio de squeeze-flow, pode ser subdividido

em três regiões, como ilustrado na Figura 2.5: (I) pequeno deslocamento –

deformação linear elástica; (II) deslocamento intermediário – deformação plástica ou

por fluxo viscoso (III) grande deslocamento - enrijecimento por deformação.

Figura 2.5 - Perfil típico de carga x deslocamento de um ensaio de squeeze-flow realizado com deslocamento controlado.

PILEGGI (2006) caracterizou estas regiões. A primeira é caracterizada por

uma relação linear entre a carga e o deslocamento, indicando que o material se

comporta como um sólido elástico. Pode-se resumir que nesta etapa o balanço entre

as forças resistivas de atração, atrito e coesão no sistema supera a força motriz para

movimentação do mesmo. Na segunda região a energia fornecida para o

deslocamento consegue gerar uma força motriz superior à somatória das forças


resistivas. O sistema passa a escoar por deformação plástica ou viscosa

dependendo de sua natureza microestrutural. O material apresenta uma grande

extensão de deformação sem apresentar significativo aumento de carga. Por sua

vez, grandes deslocamentos aplicados ao material podem resultar no surgimento de

novos fenômenos resistivos ao fluxo, como por exemplo, o intertravamento de fibras

e/ou partículas sólidas imersas na matriz fluída. Como resultado, a dificuldade de

deformação aumenta exponencialmente com a compressão, gerando o

enrijecimento por deformação. A deformação que ocorre no segundo e no terceiro

estágios depende de algumas características do sistema, tais como a distância e a

fricção entre as partículas (BETIOLI, 2009).

É importante destacar que a taxa de cisalhamento radial no material em análise

se eleva com a diminuição do espaçamento entre as placas, com o aumento no

diâmetro da amostra efetivamente submetida à aplicação de carga e com o

incremento na taxa de deslocamento no movimento de compressão.

Sendo um ensaio que submete os materiais a uma condição de cisalhamento

imposta por uma deformação plástica, o squeeze-flow é uma técnica reológica

indicada para avaliar o comportamento das argamassas durante as etapas de

aplicação e sarrafeamento sobre as superfícies. Sua utilização tem possibilitado

avaliar de maneira direta tanto a adequação de um material aos requisitos da

aplicação, como os diversos fatores das composições que influenciam nesse

processo (PILEGGI, 2006).

Segundo COSTA (2006), o princípio do método reside no fato de que a

deformação efetiva do material ocorre por cisalhamento radial quando a razão entre

o diâmetro e a espessura da amostra for elevada. Segundo CARDOSO (2006) o

método permite a variação da taxa de cisalhamento e também da magnitude das

deformações. Pode ser realizado com controle de força ou deslocamento e permite a

aplicação de patamares de relaxação e a determinação de parâmetros reológicos

como viscosidade e tensão de escoamento. As condições de contorno nas interfaces

do material com as placas alteram o perfil de deformação no interior da amostra e a

área de contato entre placas e amostra.

CARDOSO (2009) utilizou a técnica de squeeze-flow, para determinar o fluxo

de pastas de gesso. Esta técnica serve para avaliar as propriedades de uma


variedade de pastas de materiais muito líquidos a suspensões altamente viscosas,

cujo material não possui tensão de escoamento suficiente e os testes são realizados

com as amostras confinadas, Figura 2.6. BETIOLI (2009) utilizou uma relação de

diâmetro (Damostra/Dpunção) maior que 1,7, então as forças de repulsão causadas pelo

efeito parede durante o esmagamento puderam ser negligenciadas.

Figura 2.6 - Apresentação do equipamento para realizar o ensaio de squeeze-flow: CARDOSO (2009) – amostra confinada.

*(1) placa superior (2); molde circular; (3) amostra de gesso; e (4) chapa inferior

Novas formulações que contenham componentes adicionais podem ser

avaliadas por squeeze-flow, já que tais componentes podem não só mudar o ajuste

cinético da composição, mas também afetar o comportamento reológico da pasta

(CARDOSO, 2009).

2.3.5 Análises térmicas

O termo análise térmica (TA) é usado frequentemente para descrever as

técnicas experimentais analíticas que investigam o comportamento de uma amostra

em função da temperatura. A análise térmica refere-se a técnicas convencionais tais

como: a calorimetria de exploração diferencial (DSC), análise térmica diferencial

(DTA), termogravimetria (TG), análise termomecânica (TMA) e análise mecânica

dinâmica (DMA) (HATAKEYAMA, 1994).

Para MEHTA & MONTEIRO (1994), uma vez que o cimento Portland é

composto de uma mistura heterogênea de vários compostos, o processo de


hidratação consiste na ocorrência de reações simultâneas de compostos anidros

com água. Contudo, cada composto apresenta a sua velocidade de hidratação.

O calor de hidratação quantifica a taxa de liberação de calor devido às

reações de hidratação do material cimentício ensaiado, ou seja, acompanha a

cinética das reações de hidratação (HOPPER FILHO, 2008).

A quantidade e a taxa de calor fornecida ao concreto pela hidratação dos

aglomerantes dependem de adições, da composição, da finura do cimento e da

temperatura do concreto durante a hidratação (NEVILLE, 1997). A temperatura

durante a hidratação, no entanto, é afetada pela quantidade de calor perdido ou

armazenado, que é governada pela geometria da estrutura (forma e dimensões) e

pelas condições ambientais de exposição.

A geração de calor dentro de uma estrutura de concreto pode ser facilmente

entendida da seguinte forma: a hidratação dos compostos gera energia térmica após

o início das reações, a qual é conduzida através da massa de concreto, que emite e

reflete essa energia através de suas faces. Ao fim de certo tempo, dependendo de

vários fatores, inclusive dos agentes externos de energia e principalmente da

temperatura ambiente, o material atinge a temperatura de equilíbrio (VERONEZ,

2006).

O processo de hidratação do cimento pode ser avaliado diretamente,

utilizando-se as técnicas de microscopia ótica ou análise de difração de raios-X, e

indiretamente, pela determinação do calor desenvolvido na hidratação, pelas

técnicas de análise térmica diferencial e termogravimétrica, e pela resistência à

compressão (GONÇALVES, 2006).

Sensores de Bragg em fibra óptica, Fiber Bragg Grating (FBG), podem ser

utilizados para monitorar as variações térmicas que ocorrem em pastas de cimento

durante a sua fase plástica. O método permite determinar as curvas de temperatura

das pastas com diferentes composições, fornecendo dados importantes para

compreender de que modo os diversos componentes influenciam a cura.

De acordo com LIMA (sa), um sensor de Bragg em fibra óptica consiste numa

modulação periódica do índice de refração do núcleo de uma fibra, quando exposto


a um padrão periódico de laser UV. O resultado é um filtro óptico que reflete uma

banda espectral em torno do comprimento de onda de Bragg, definido por:

Bragg = 2n Λ Eq. 2.2

Sendo n o índice de refração efetivo do núcleo e Λ o período de modulação

da rede.

Quando sujeito a perturbações externas, tais como deformação ou variações

de temperatura, o comprimento de onda de Bragg altera-se de acordo com:

B = K + K Eq. 2.3

Sendo K e K , respectivamente, os coeficientes de sensibilidade térmica e à

deformação da rede de Bragg.

SANDBERG (2008) apresenta um calorímetro semi-adiabático para ser

utilizado em campo para o monitoramento da hidratação do cimento nas primeiras

horas após sua aplicação. O uso deste calorímetro é indicado pela dificuldade de se

obter todas as condições ideais de um calorímetro adiabático. A curva típica obtida,

tempo vs temperatura, caracteriza o material com precisão adequada para fins

práticos de aplicação. A Figura 2.7 mostra o equipamento semi-adiabático para uso

em campo.


Figura 2.7 – Calorímetro semi-adiabático para uso em campo.

SANDBERG (2008), discutindo o uso da calorimetria no controle da qualidade

do concreto em campo, acredita que o monitoramento da hidratação do cimento em

campo pode fornecer informações precisas do seu comportamento.

Na Figura 4.7 é possível observar a curva típica em um calorímetro semi-

adiabático para uso em campo.

Segundo este autor, em um calorímetro adiabático o calor de hidratação é

medido pelo monitoramento do fluxo de calor da amostra sobre uma condição de

isolamento térmico ideal. Na dificuldade em se encontrar um sistema perfeito, testes

com calorímetros semi-adiabáticos têm encontrado aproximações de sucesso.

Figura 2.8 – Curva típica obtida em um calorímetro semi-adiabático (SANDBERG,2008).


A interpretação da curva na Figura 4.7 segue da seguinte forma:

a) Início do ensaio.

b) Ajustes iniciais de equalização da temperatura do concreto comparado com

temperatura do equipamento.

c) Temperatura do concreto coletado.

d) Período de dormência, estado fresco.

e) Aproximação correspondente ao tempo de início de pega.

f) Aproximação correspondente ao tempo de fim de pega.

g) Hidratação dos silicatos responsáveis pelo desenvolvimento da resistência.

SANDBERG (2008) apresenta uma curva típica do calor de hidratação dos

cimentos (Figura 4.9). Tal curva é dividida em cinco etapas que caracterizam a

cinética de hidratação do cimento.

As cinco etapas são caracterizadas respectivamente como: I. Pré-indução, II.

Período de indução/dormência, III. Período de aceleração, VI. e V. Período de pós-

aceleração. Durante a hidratação a evolução ocorre inicialmente pela rápida

dissolução de íons (Na+, K+, Ca2+, OH-, SO42-). Segue a etapa na qual as

propriedades reológicas e de pega são determinadas. A concentração de C3S

aumenta, iniciando a próxima etapa. Na etapa III (3-12h), o crescimento dos

produtos de hidratação é acelerado formando CH e C-S-H. Em quatro horas os

grãos estão totalmente cobertos. Ocorre nesta etapa o máximo de liberação de calor

correspondente ao término da pega. Nas etapas quatro e cinco (após 12h) a

hidratação diminui e passa a ser controlada pela difusão. O C-S-H continua a ser

formado através da hidratação contínua do C3S e C2S. Este último continua

contribuindo com o passar do tempo até o momento em que sua reação é mais

rápida que o C3S.


Figura 2.9 - Curva típica de calor de hidratação pelo tempo (SANDBERG, 2008).

2.3.6 Análise química por difração de raios-X

A difração de raios-X representa o fenômeno de interação entre o feixe de

raios-X incidente e os elétrons dos átomos componentes de um material, relacionado

ao espalhamento coerente. A técnica consiste na incidência da radiação em uma

amostra e na detecção dos fótons difratados, que constituem o feixe difratado. Em

um material no qual os átomos estejam arranjados periodicamente no espaço,

característica das estruturas cristalinas, o fenômeno da difração de raios-X ocorre

nas direções de espalhamento que satisfazem a Lei de Bragg, representada por

=2d ( ). Assim, tem-se:

= comprimento de onda do feixe monocromático incidente;

d = distância entre dois planos de átomos quaisquer de um cristal;

= ângulo de difração do feixe monocromático.

As informações obtidas de cada pico são a intensidade, a posição angular (2 )

ou distância inter-planar (d) e o perfil. Cada composto cristalino apresenta um

padrão difratométrico característico, permitindo sua identificação através das

posições angulares e intensidades relativas dos picos difratados.


2.3.7 Análise química por fluorescência de raios-X (FRX)

Quando essa radiação incide em um material, vários fenômenos acontecem e o

feixe é atenuado, tanto por absorção como por espalhamento. A absorção é mais

significativa e cresce com o número atômico da substância. A energia de absorção

provocará a remoção total de elétrons no material irradiado, que por sua vez se

rearranjará e emitirá a radiação secundária denominada Fluorescente. Desta forma é

possível quantificar os elementos com padrões adequados.

Capítulo 4 Análise e Discussão dos Resultados 32

3 METODOLOGIA

Foram realizados nesse trabalho os seguintes ensaios: análise granulométrica

da fração vermelha, tempo de pega, densidade e área específica, análise térmica

por FBG, squeeze-flow, difração de raios-X e fluorescência de raios-X, anteriormente

descritos no Capítulo 2. O objetivo para o emprego destas análises é verificar o

efeito dos diferentes teores de adição das matérias-primas, relação

água/aglomerante e tempo nas propriedades da pasta, e se tais diferenças

encontradas são significativas para cada propriedade analisada.

3.1 Caracterização da Matéria-Prima

Foram utilizados na pesquisa quatro materiais visando à elaboração de um

aglomerante alternativo. São eles: cimento Portland, cal hidratada, sílica ativa e

fração vermelha de resíduos de construção e demolição. O cimento Portland foi

substituído parcialmente em 70% pelos demais componentes. Esta fração de 70%

foi então composta com os demais materiais, quais sejam: a cal, a fração vermelha e

a sílica. O teor de cada um variou para que as características das misturas fossem

avaliadas.

A menor quantidade de cimento presente nas misturas deve-se a utilização da

cal presente nas composições. Como a cal também é classificada como um

aglomerante e na região existe um Arranjo Produtivo Local (APL) de Cal e Calcário

do Paraná, esta seria uma boa opção para a elaboração de um aglomerante

alternativo.

3.1.1 Cimento Portland

Para a realização dos ensaios foi utilizado o cimento Portland CPV ARI – Alta

Resistência Inicial, que se caracteriza pelas altas resistências nas primeiras idades,

proveniente da Cia de Cimento Itambé, de Balsa Nova – PR. Este tipo de cimento foi

escolhido por não apresentar adições. As propriedades mecânicas, físicas e

químicas do CPV ARI são apresentadas nas Tabelas 3.1, 3.2, 3.3 e 3.4,

respectivamente.


Tabela 3.1 - Características mecânicas do cimento Portland.

Característica Valores (MPa)

Resistência Mecânica à Compressão (1 dia) ≥ 14,0

Resistência Mecânica à Compressão (3 dias) ≥ 24,0

Resistência Mecânica à Compressão (7 dias) ≥ 34,0

Fonte: Dados fornecidos pelo fabricante

Tabela 3.2 - Características Físicas do cimento Portland.

Características Valores Obtidos

Área específica BET (m2/g)* 6,8060

Densidade (g/cm3)* 3,0968

Finura # 200 (75um) ≤ 8,0

Finura Blaine (cm2/g) 3000

Tempo de Pega Início (h) ≥ 1

Tempo de Pega Fim (h) ≤ 10

Expansibilidade A Frio (mm) ≤ 5,0

Expansibilidade A Quente (mm) ≤ 5,0

*Fonte: Ensaios realizados no laboratório da UEPG.

Tabela 3.3 - Características químicas do cimento Portland.

Características Valores Obtidos (%)

Resíduo insolúvel ≤ 1,0

Perda ao Fogo ≤ 4,5

MgO ≤ 6,5

CO3 ≤ 3,0

SO3 ≤ 3,5% para C3A do Clínquer ≤ 8,0% e ≤ 4,5% para C3A do clínquer > 8,0%

Fonte: Dados fornecidos pelo fabricante.


Tabela 3.4 - Análise química por fluorescência de raios-X do cimento Portland.

Cimento Porltand (CP V) Concentração (%)

CaO 58,2

SiO2 20,6

SO3 4,9

CO2 4,3

Al2O3 3,8

Fe2O3 3,4

MgO 2,7

K2O 1,0

TiO2 0,3

SrO 0,2

Na2O 0,2

P2O5 0,2

MnO 0,1

BaO 0,1

Cr2O3 0,0

V2O5 0,0

3.1.2 Cal

A cal utilizada foi a Cal Hidratada CH-III proveniente da empresa Cal Hidra

Ltda, de Almirante Tamandaré - PR, composta por Hidróxido de Cálcio - Ca(OH) e

Hidróxido de Magnésio – Mg(OH)2. Os resultados da análise química por

fluorescência de raios-X, expressos em óxidos percentuais são apresentados na

Tabela 3.5.

O ensaio foi realizado no Laboratório de Análises de Minerais e Rochas -

LAMIR do Departamento de Geologia da Universidade Federal do Paraná (UFPR).

As amostras foram previamente secas, moídas até apresentarem finura suficiente a

passar em peneira malha 200. As amostras foram fixadas em porta amostra e

encaminhadas ao espectrômetro de raios-X Philips, modelo PW 2400.


Tabela 3.5 - Análise química por fluorescência de raios-X da cal hidratada.

Cal Concentração (%)

CaO 43,6

CO2 26,9

MgO 25,2

SiO2 3,7

Fe2O3 0,3

Al2O3 0,1

BaO 0,0

K2O 0,0

MnO 0,0

SO3 0,0

SrO 0,0

3.1.3 Sílica ativa

Sílica Ativa SILMIX (Sílica Ativa/ Microssílica), proveniente de Breu Branco -

Pará - fabricada por Globe Metais Indústria e Comércio S.A. (Camargo Corrêa

Metais). A Tabela 3.6 apresenta as características físicas e químicas do produto.

Tabela 3.6 - Características físicas e químicas da sílica ativa.

Características Físicas e Químicas

Massa específica 2.220 kg/m3

Superfície específica 20.000 m2/kg

Formato de partícula esférica

Diâmetro médio 0,2 µm

Teor de SiO2 Mín. 85%

Umidade Máx. 3%

Equivalente alcalino Máx. 0,5%

Fonte: Dados fornecidos pelo fabricante.


3.1.4 Fração vermelha

A fração vermelha (FV) utilizada é proveniente da usina de reciclagem de

resíduos de construção e demolição da Empresa Ponta Grossa Ambiental, Ponta

Grossa - PR. A fração vermelha, composta por resíduos de telhas, tijolos, cerâmica e

eventualmente solo, foram fornecidos em fragmentos com diâmetros menores que

4,8 mm. Os resultados da análise química por fluorescência de raios-X, realizadas

no Laboratório de Análises de Minerais e Rochas - LAMIR do Departamento de

Geologia da Universidade Federal do Paraná (UFPR) estão expressos em óxidos

percentuais são apresentados na Tabela 3.7.

Tabela 3.7 - Análise química por fluorescência de raios-X da fração vermelha.

Fração vermelha Concentração (%)

SiO2 70,1

CO2 10,8

CaO 8,1

Al2O3 5,3

Fe2O3 2,6

MgO 1,9

TiO2 0,4

K2O 0,3

SO3 0,3

Na2O 0,1

P2O5 0,1

ZrO2 0,0


3.1.5 Água

Água Potável: Fornecida pela SANEPAR – Companhia de Saneamento do

Estado do Paraná.

3.1.6 Análise granulométrica da fração vermelha por peneiramento

A distribuição granulométrica foi detalhada de forma completa nas peneiras de

série normal e separadas as frações retidas em cada peneira. Foram utilizadas as

peneiras desde a abertura 4,8 mm até 0,15 mm.

A fração vermelha apresentava heterogeneidade quando recebida da empresa

produtora. Para a caracterização da distribuição granulométrica de partículas foi

empregado o método prescrito na NBR NM 248/03, utilizado para a determinação da

composição granulométrica de agregados miúdos e graúdos para concreto,

realizado no Laboratório do Departamento de Construção Civil da Universidade

Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR. Conforme as medidas apresentadas na

referida norma, amostras do material foram previamente secas em estufa, mantidas

à temperatura ambiente e determinadas as massas m1 e m2. As peneiras foram

encaixadas, a amostra foi colocada sobre a peneira com abertura 4,8 mm e foi

promovida a agitação mecânica. Após agitação as peneiras foram destacadas e

agitadas manualmente e o material retido foi removido. A massa de cada peneira foi

determinada.

A idéia inicial era utilizar a fração vermelha passante em peneira 200 para testa

a capacidade pozolânica do material. Devido à dificuldade em encontrar moinhos

que reproduzissem a quantidade de material necessário para os ensaios uma nova

fração foi definida para a utilização do material.

A amostra de fração vermelha, após passar por análise granulométrica foi

peneirada em peneira ABNT n° 30 (0,6 mm), o material passante foi o utilizado na

pesquisa. O passante nesta peneira representava 57,31% do material. Após esta

etapa, a areia passante foi acondicionada em sacos plásticos de 5 kg, e etiquetada

de forma a permitir sua identificação.


3.1.7 Densidade e área específica

As amostras puras de sílica ativa, cal, cimento (CPV-ARI) e a fração vermelha

(FR) passante na peneira de abertura 0,6 mm, foram encaminhadas ao Laboratório

de análise de materiais da UEPG que utilizou um analisador de área superficial

específica – QUANTACHROME e um Picnômetro de Hélio para a medida de

densidade real de sólidos – ULTRACHROME.

3.2 Planejamento Experimental

A metodologia proposta para o planejamento experimental neste trabalho é a

de curvas de nível, baseada no planejamento experimental de modelagem de

mistura simplex centróide.

O objetivo foi encontrar um modelo que descrevesse o comportamento das

misturas com a menor margem de erro possível, quando comparadas com os

resultados reais dos experimentos, levando-se em conta o número mínimo

necessário de experimentos. Foram usadas três variáveis independentes: cal, sílica

ativa e fração vermelha. Essas três variáveis foram nomeadas de X1, X2 e X3 e

suas distribuições são mostradas na Figura 3.1 (espaço simplex) que corresponde a

um triângulo equilátero. A soma das porcentagens dessas variáveis deve atender a

restrição da equação X1 + X2 + X3 = 1.

Figura 3.1 - Espaço Simplex para três componentes.

A distribuição dos pontos que correspondem às misturas consideradas para a

execução dos ensaios está apresentada na Figura 3.2. É possível observar nesta

Figura 13 pontos, sendo que o ponto central foi duplicado para a certificação do

método, compondo assim um total de 14 amostras. O primeiro ensaio realizado após

a definição dos pontos amostrais foi o ensaio de início e fim de pega. Observando os

X1

X3

X2


resultados encontrados por este ensaio optou-se por reduzir o número de amostras

que seriam ensaiadas.

Figura 3.2 – Distribuição preliminar dos pontos ensaiados.

Visualizando o número de amostras geradas, a quantidade de material

presente em cada mistura, a influência de cada componente da mistura e a partir do

ensaio de tempo de pega, optou-se por reduzir o número de amostras descartando

aquelas que continham grandes quantidades sílica ativa e fração vermelha. Desta

forma, na Figura 3.3 é possível observar as misturas que foram utilizadas na

sequência deste experimento.


Figura 3.3 - Distribuição dos novos pontos ensaiados.

3.2.1 Composição das misturas em pasta

A partir da Figura 3.2, foram elaboradas 16 amostras. Estas amostras

continham misturas com cimento, fração vermelha, cal e sílica ativa, que foram

comparadas a uma pasta de cimento (Referência). O teor de substituição de cimento

por fração vermelha, cal e sílica ativa foi de 70%. As concentrações utilizadas estão

apresentadas na Tabela 3.8.

A partir da quantidade de água utilizada para a mistura dos materiais, conforme

a quantidade de água para a consistência normal (NBR NM 43/03), foi estabelecida

as relações água/cimento (a/c) e água/(cal+sílica+fração vermelha+cimento).


Tabela 3.8 – Dosagem (%) das composições estudadas.

Amostra

Composição das Misturas (%) Relação

Cal Sílica

Fração

Vermelha

Cimento -

CPV

água /

cimento

água /

(cal+sílica+fração

vermelha+cimento)

1 C0S47FV23CPV30 0,0 46,6 23,4 30 2,20 0,66

2 C47S23FV0CPV30 46,6 23,4 0,0 30 1,76 0,53

3 C70S0FV0CPV30 70,0 0,0 0,0 30 1,47 0,44

4 C23S23FV23CPV30 23,4 23,4 23,4 30 1,49 0,45

5 C23S47FV0CPV30 23,4 46,6 0,0 30 2,44 0,73

6 C12S12FV47CPV30 11,6 11,6 46,6 30 1,05 0,32

7 C0S23FV47CPV30 0,0 23,4 46,6 30 1,37 0,41

8 C12S47FV12CPV30 11,6 46,6 11,6 30 2,19 0,66

9 C23S23FV23CPV30 23,4 23,4 23,4 30 1,54 0,46

10 C0S0FV70CPV30 0,0 0,0 70,0 30 0,83 0,25

11 C23S0FV47CPV30 23,4 0,0 46,6 30 0,91 0,27

12 C47S12FV12CPV30 46,6 11,6 11,6 30 1,41 0,42

13 C47S0FV23CPV30 46,6 0,0 23,4 30 1,08 0,32

14 C0S70FV0CPV30 0,0 70,0 0,0 30 2,93 0,88

15 C23S23FV23CPV30 23,4 23,4 23,4 30 1,05 0,31

16 C39S16FV16CPV30 39 16 16 30 1,43 0,47

Referência C0S0FV0CPV100 0,0 0,0 0,0 100 0,45 0,14

As composições das amostras escolhidas conforme as proporções relativas

indicadas pelo software Statistica 7.0 (StatSoft) sendo consideradas as três variáveis

independentes: cal, sílica ativa e fração vermelha. As proporções dos diversos

componentes da mistura não são independentes e a soma de todas elas deve ser

sempre 100%.


A Tabela 3.9 ilustra as composições utilizadas na nova distribuição de pontos,

apresentada na Figura 3.3. Estas novas amostras foram utilizadas para realizar os

demais ensaios planejados.

Tabela 3.9 – Dosagem (%) das novas composições estudadas.

Amostra

Composição (%) a/

(cal+sílica+fração vermelha+cimento)

a/c Cal Sílica ativa Fração Vermelha Cimento - CP V

2 47 23 0.0 30 0,53 1,76

3 70 0 0 30 0,44 1,47

5 23 47 0.0 30 0,73 2,44

9 23 23 23 30 0,46 1,54

11 23 0.0 47 30 0,27 0,91

13 47 0.0 23 30 0,32 1,08

17 39 16 16 30 0,47 1,43

Referência 0 0 0 100 0,45 0,45

3.3 Preparação das Pastas

Após a determinação da massa e a separação das matérias-primas segundo a

Tabela 3.9, todo o material foi encaminhado ao laboratório de materiais do

departamento de construção civil para a preparação das pastas. As pastas foram

utilizadas para o ensaio de consistência normal, início e fim de pega, Fibber Bragg

Grating - FBG, squeeze-flow, difração de raios-X e fluorescência de raios-X. O

material anidro foi colocado sobre a água de consistência no misturador mecânico

de argamassas AG 5, promovendo a mistura das pastas.

3.4 Ensaios Realizados

A Tabela 3.10 apresenta a súmula dos ensaios realizados para os materiais

estudados, os quais são descritos nos itens subseqüentes.


Tabela 3.10 - Súmula dos ensaios realizados.

Material

Ensaios Realizados

Tempo de

Pega

Análise

Térmica

Squeeze-flow DRX FRX Densidade

e área

específica

Volume

aparente

Cal x x x x

Cimento CP V x x x x x

Fração

Vermelha

x x x x

Sílica Ativa x x x

Pastas x x x x x* x**

*Apenas das amostras 09 e 15. ** Não hidratadas.

3.4.1 Tempo de início e fim de pega

Para realizar o ensaio de início e fim de pega foi necessário realizar a

determinação da quantidade de água de referência necessária à obtenção da pasta

de consistência normal do cimento Portland e das composições estudadas por meio

da NBR NM 43/03.

Com a quantidade de água determinada, por tentativas até que a sonda de

Tetmajer se situe a uma distância de 5 a 7 mm da placa base, foi preparada a pasta

de consistência normal com a água de referência. Os moldes foram preenchidos e

então encaminhados para o ensaio de determinação dos tempos de início e fim de

pega da pasta de cimento Portland utilizando o aparelho de Vicat, segundo NBR NM

65/03.

Trinta minutos após o preenchimento do molde com a pasta normal iniciaram-

se as medições do tempo de pega. De trinta em trinta minutos a agulha do aparelho

de Vicat era desprendida e uma medida era gerada. Sucessivas medições foram

realizadas a cada trinta minutos até que o tempo foi reduzindo para quinze e

posteriormente para cinco minutos entre as medições para que fosse mais preciso o

resultado encontrado.


3.4.2 Análise térmica da pasta

A análise térmica empregada no trabalho consiste no uso de sensores de

Bragg em fibra óptica para determinar as curvas de temperatura em função do

tempo. O calor de hidratação foi medido pelo monitoramento do fluxo de calor da

amostra, enquanto esta foi mantida sobre uma condição de isolamento térmico com

mínima perda de calor para o ambiente. Os dados de temperatura para os diferentes

tipos de pastas e para a temperatura ambiente foram adquiridos em intervalos de 60

segundos e a aquisição iniciou-se logo após a colocação do sensor de temperatura

nos corpos de prova, que foram preparados e imediatamente encaminhados para a

realização do ensaio. O intervalo para a preparação das pastas e o início de ensaio

variou entre 5 e 7 minutos. O sensor que media a temperatura ambiente era mantido

fora do sistema. Por este método foi possível observar o aumento da temperatura

durante o período de cura das pastas durante 24 horas. Na Figura 3.4 é possível

observar o sistema utilizado para o ensaio.

Figura 3.4 – Sistema utilizado para a medida do calor de hidratação.

Fibra ótica

Isopor para isolamento Garrafa

térmica

Invólucro de isopor


3.4.3 Análise reológica da pasta

Para realização dos ensaios de Squeeze-Flow foi utilizada uma máquina

universal de ensaios, capacidade máxima 1000 kgf (10 kN) e célula de carga de 200

kgf. As ferramentas empregadas foram um punção de 100 mm de diâmetro e base

metálica, anéis de PVC de 10 mm de altura e 100 mm de diâmetro. Tanto o punção

quanto o prato de apoio da amostra são de aço inoxidável. O anel de PVC servia

apenas para acomodar a amostra na base metálica, simetricamente centrada nesta

base para receber a compressão do punção. Logo que a amostra fosse preparada o

anel de PVC era retirado. A Figura 3.5 apresenta uma amostra preparada para o

ensaio, onde o anel de PVC foi utilizado. O programa de ensaio utilizado submete o

material a uma compressão com deformação total de 5 mm, velocidade de 0,1 mm/s

e com ensaios realizados à temperatura ambiente (22°C). Após 5 minutos, desde a

preparação da amostra e seu posicionamento no equipamento, tinha início o ensaio.

Figura 3.5 – Amostra sofrendo compressão durante o ensaio Squeeze-flow (Foto da Autora).

Foi obtida por meio do ensaio a força aplicada para a compressão do material

(N), a deformação decorrida (mm) e o tempo de duração do ensaio (s).

Punção

Amostra

Porta

Amostra


3.4.4 Análise química por difração de raios-X (DRX)

Os materiais anidros (cimento, cal, sílica ativa e fração vermelha) e as pastas

hidratadas foram preparados manualmente para a DRX. No estudo de agregados

policristalinos através do método do pó, a amostra é pulverizada (finamente moída

durante 1 minuto em agitador mecânico), fixada a um porta-amostra por prensagem

e submetida a um feixe de raios-X monocromático. Os ensaios foram executados no

Laboratório de Minerais e Rochas da UFPR - LAMIR, em difratômetro de raios-X da

marca Philips, modelo PW1830, provido do detector Cu 40 kV, 30 mA.

3.4.5 Análise química por fluorescência de raios-X (FRX)

Somente as amostras puras de cimento Portland, cal, sílica ativa, fração

vermelha, amostras 09 (C23S23FV23CPV30) e 15 (C0S0FV0CPV100) foram

analisadas por este método. Os ensaios foram executados no Laboratório de

Minerais e Rochas da UFPR - LAMIR, em espectrômetro de raios-X da marca

Philips, modelo PW 2400.

3.4.6 Volume aparente

Para cada mistura, as massas dos componentes foram medidas em balança de

precisão e colocados em sacos plásticos transparentes identificados com o número

da respectiva amostra, em seguida procedeu-se a mistura manual dos compostos

até a sua homogeneização. O procedimento foi repetido para todas as dosagens

estabelecidas. Posteriormente, 40g das misturas foram transferidas

quantitativamente para uma proveta com capacidade para 100 mL e graduação de 1

mL. Em seguida a proveta foi instalada em um suporte com liberdade de movimento

vertical com uma altura de queda de 2,5 cm, da qual as composições foram

submetidas a quedas livres com 50 impactos de encontro à base do suporte em

intervalos de 2 segundos. Concluída a operação, registrou-se a leitura final do

volume obtido para cada mistura.


4 ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

4.1 Análise Granulométrica da Fração Vermelha

A Figura 4.1 apresenta a curva granulométrica da amostra de fração vermelha

obtida pelo peneiramento. A partir da granulometria encontrada definiu-se que o

material passante em peneira com abertura de 0,6 mm seria utilizado no

experimento. Visualmente o material apresentava-se como uma porção de areia

muito mais grossa que os demais materiais utilizados para as misturas.

Figura 4.1 - Curva granulométrica da fração vermelha.

A amostra de fração vermelha pode ser classificada como sílico-aluminosa,

quanto à composição química. A soma dos percentuais de Si2O, Fe2O3 e Al2O3

alcançou 78%, cujo valor supera o valor mínimo de 50% (ABNT, 1992). O percentual

de SO3 também satisfaz o valor máximo de 5% exigido; os álcalis disponíveis em

Na2O também satisfazem a porcentagem máxima de 1,5%, assim, esta amostra

apresenta compatibilidade às especificações químicas exigidas pela norma para que

uma amostra seja considerada material pozolânico. A fração vermelha também foi

apontada como portadora de gesso em sua caracterização química.


4.2 Densidade e Área Específica

Todos os materiais estudados foram analisados quanto a sua densidade e área

específica. A Tabela 4.1 apresenta os resultados encontrados.

Tabela 4.1 - Densidade e área específica das matérias-primas.

Amostra Densidade (g/cm3) Área específica (m

2/g)

Sílica ativa 2,2706 16,9226

Fração vermelha 2,6451 11,3100

Cal 2,4486 9,8845

CPV-ARI 3,0968 6,8060

A partir do ensaio realizado, é possível afirmar que a sílica ativa seguida pela

fração vermelha e pela cal, em ordem decrescente, apresentam áreas específicas

superiores ao do cimento Portland. Verificando a densidade, o cimento apresenta o

maior resultado, seguido da fração vermelha, cal e sílica ativa. O fato do valor da

densidade da fração vermelha ser menor que a do cimento é explicado pela maior

porosidade das partículas cerâmicas que apresenta área específica alta.

A distribuição granulométrica também pode influenciar na demanda de água

necessária para produzir uma mistura com trabalhabilidade adequada aos processos

de aplicação e adensamento. A demanda de água da mistura está relacionada com

a área superficial e com a densidade de empacotamento das partículas: quanto

maior a área superficial e menor a densidade de empacotamento, maior a demanda

de água para se obter uma mistura com trabalhabilidade adequada (CASTRO,

2009).

Quando os valores da Tabela 4.2 são comparados às misturas realizadas por

estes materiais, independente da quantidade utilizada verifica-se que as amostras

que contém sílica ativa (amostras 02 (C47S23FV0CPV30), 05 (C23S47FV0CPV30),

09 (C23S23FV23CPV30), 17 (C39S16FV16CPV30)) são as que apresentam as

maiores áreas especificas e menores densidades. Estas amostras são seguidas

pelas amostras 11 (C23S0FV47CPV30), 13 (C47S0FV23CPV30), 03

(C70S0FV0CPV30) e a Referência (C0S0FV0CPV100), conforme a Tabela 4.2.


Tabela 4.2 – Densidade e área específica calculadas a partir da fração volumétrica das matérias-primas de cada composição.

Amostra Composição

Fração volumétrica (%)

Densidade (g/cm

3)

Área específica

(m2/g) Cal

Sílica ativa FV

Cimento CP V

2 C47S23FV0CPV30 0,49 0,26 0,00 0,25 2,56 10,98

3 C70S0FV0CPV30 0,75 0,00 0,00 0,25 2,61 9,11

5 C23S47FV0CPV30 0,24 0,52 0,00 0,24 2,51 12,77

9 C23S23FV23CPV30 0,25 0,27 0,23 0,25 2,61 11,33

11 C23S0FV 47CPV30 0,26 0,00 0,48 0,26 2,71 9,76

13 C47S0FV23CPV30 0,51 0,00 0,24 0,26 2,66 9,43

17 C39S16FV16CPV30 0,41 0,18 0,15 0,25 2,61 10,59

Referência C0S0FV0CPV100 0,00 0,00 0,00 1,00 3,10 6,81

A Figura 4.2 apresenta a superfície de resposta da área específica calculada,

evidenciando que a presença de sílica nas amostras aumenta sua área. As amostras

que contêm cal e fração vermelha em maior quantidade apresentaram as menores

áreas específicas.

ÁREA ESPECÍFICA (m2/g)

Modelo Linaer R2=0,9996

12,5 12 11,5 11 10,5 10 9,5

0

11,7

23,4

35,2

47FRAÇÃO VERMELHA (%)

23,4

35

46,6

58,3

70

CAL (%)0 11,7 23,4 35,2 47

SÍLICA (%)

Figura 4.2 – Área específica das amostras.


4.3 Volume aparente

Foram determinados os volumes aparentes das matérias-primas, Tabela 4.3,

assim como das composições estudadas de aglomerante por meio da superfície de

resposta, Figura 4.3. Observou-se que quanto mais sílica ativa presente no sistema

maior o volume aparente encontrado e menor o empacotamento, entretanto, quanto

maior a quantidade fração vermelha maior o empacotamento.

Tabela 4.3 – Volume aparente das matérias-primas.

Matérias-primas Volume aparente (mL)

Sílica ativa 83

Fração vermelha 33

Cal 43,5

CPV-ARI 37

VOLUME APARENTE (mL)

Modelo linear R2=0,9922

52 48 44 40 36 32

0

11,7

23,4

35,2


23,4

35

46,6

58,3

70

CAL (%)0 11,7 23,4 35,2 47

SÍLICA (%)

Figura 4.3 – Volume aparente.

O estudo do empacotamento de partículas pode ser definido como o

problema da correta seleção da proporção e do tamanho adequado dos materiais

particulados, de forma que os vazios maiores sejam preenchidos por partículas

menores, cujos vazios serão novamente preenchidos com partículas ainda menores

e assim sucessivamente. Considerando que a fração vermelha é a fração mais


grossa é possível que as partículas de cimento, cal e sílica estejam preenchendo os

vazios deixados pela fração vermelha.

Cabe ressaltar que uma série de fatores pode alterar o empacotamento de um

determinado conjunto de partículas. A existência de partículas com distribuições

granulométricas diversas alteram a condição de dispersão inicial da mistura. Outro

fator que pode alterar a condição de empacotamento é a morfologia das partículas.

Quanto menos esférica for a partícula, menor será a densidade de empacotamento

de uma distribuição que a contenha, pois se verifica o atrito entre as partículas a

partir do contato de suas superfícies irregulares. Quanto menor o tamanho das

partículas irregulares, maior será esse efeito, devido à maior área específica

(CASTRO, 2009).

4.4 Tempo de Início e Fim de Pega

Segundo PORTLAND CEMENT ASSOCIATION (2008), os tempos de pega

indicam se uma pasta está ou não submetida a reações de hidratação normal.

Sulfato de cálcio ou outras adições no cimento regulam o ajuste do tempo, mas o

tempo de pega também pode ser afetado pela finura do cimento, relação água-

cimento, e quaisquer aditivos que podem ser utilizados. A Figura 4.4 apresenta a

relação água/aglomerante, foram considerados aglomerantes: cimento, cal, sílica

ativa e fração vermelha. As composições que continham maior concentração de

sílica ativa apresentaram maiores demandas de água. Dentre as matérias-primas

utilizadas, a sílica ativa apresentou maior área específica.


ÁGUA/AGLOMERANTE

Modelo Linear R2 = 0,9756

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0

17,5

35

52,5

70

FRAÇÃO VERMELHA (%)

0

17,5

35

52,5

70

CAL (%)

0 17,5 35 52,5 70

SÍLICA (%)

Figura 4.4 – Superfície de resposta da relação água : aglomerante.

A Tabela 4.4 relaciona as composições e seus respectivos tempos de início e

fim de pega.

Tabela 4.4 - Tempos de início e fim de pega das amostras.

Amostra

Composição

Tempo de pega

Amostra

Composição

Tempo de pega

Início Fim Início Fim

1 C0S47FV23CPV30 05:00 06:30 9* C23S23FV23CPV30 02:00 05:30

2* C47S23FV0CPV30 02:00 05:30 10 C0S0FV70CPV30 02:00 05:00

3* C70S0FV0CPV30 03:12 05:45 11* C23S0FV47CPV30 02:30 05:00

4 C23S23FV23CPV30 03:00 04:30 12 C47S12FV12CPV30 02:00 04:30

5* C23S47FV0CPV30 04:30 07:30 13* C47S0FV23CPV30 01:40 04:15

6 C12S12FV47CPV30 01:30 04:00 14 C0S70FV0CPV30 04:30 07:30

7 C0S47FV0CPV30 03:30 05:30 16 C23S23FV23CPV30 03:00 04:14

8 C12S47FV12CPV30 04:00 06:30 17* C39S16FV16CPV30 03:00 06:00

Referência* C0S0FV0CPV100 02:00 04:30

*Amostras que continuaram sendo analisadas após delimitação de novos pontos.

O fenômeno de pega evidencia a interação da fase anidra com a fase

parcialmente hidratada das partículas de cimento. Durante estas interações, duas

etapas são identificadas: a aglomeração dos grãos de cimento durante os primeiros

minutos após a mistura com a água, e a densificação das estruturas coaguladas,

simultaneamente à aceleração da formação do C-S-H.


As amostras que apresentam uma maior quantidade de sílica ativa, neste

caso, prolongaram os tempos de início e fim de pega. Em algumas amostras foi

observado um pequeno intervalo entre o início e fim de pega, mas, por exemplo, nas

amostras 5 (C23S47FV0CPV30) e 14 (C0S70FV0CPV30) além do deslocamento

das medidas os intervalos também foram superiores às demais amostras. Também

foi observado para estas amostras tempos de pega prolongados e necessidade de

uma quantidade de água maior, para que fosse alcançada a condição de uma pasta

de consistência normal.

Segundo QUARCIONI (2008) a cal aprisiona maior volume de água devido a

sua área especifica dez vezes maior que a do cimento. Desta forma, por conta de

um fenômeno de cargas de superfície ocorre a aglomeração das partículas, aumento

da viscosidade e diminuição dos tempos de pega. Dependendo da proporção

cimento:cal, a cal age de forma diferente influenciando o tempo de pega. Se na

proporção 1:1 ela diminui pouco o tempo de início da pega, em 1:2 os mesmos

tempos de início e fim de pega do cimento são mantidos. O elevado teor de cal

presente age favorecendo a hidratação do cimento.

Nas pastas nas quais a quantidade de cal era superior, os intervalos não

foram tão longos quanto aqueles em presença de sílica em maior quantidade.

As Figuras 4.5 e 4.6 apresentam as curvas de nível dos modelos matemáticos

de mistura simplex cúbico que melhor representaram os resultados experimentais

dos tempos de início e fim de pega das amostras analisadas, que continham fração

vermelha, cal e sílica em frações de 0 a 70% e 30% de cimento.

Na Figura 4.5 o tempo de pega aumenta à medida que a sílica ativa está

presente nas amostras. A influência da sílica ativa também é verificada na Figura

4.6, visto que o tempo de final de pega também sofre um acréscimo na presença de

sílica. Nestas amostras parece que o tempo de fim de pega é prorrogado, ele sofre

um deslocamento, da mesma forma que o início de pega.


TEMPO DE INÍCIO DE PEGA (min)

Modelo Mistura Simplex Cúbico R2 = 0,8989

300 260 220 180 140 100

0

17,5

35

52,5


0

17,5

35

52,5

70

CAL (%)0 17,5 35 52,5 70

SÍLICA (%)

Figura 4.5 – Curvas de nível dos tempos de início de pega.

TEMPO DE FIM DE PEGA (min)

Modelo Mistura Simplex Cúbico R2 = 0,9231

460 420 380 340 300 260

0

17,5

35

52,5


0

17,5

35

52,5

70

CAL (%)0 17,5 35 52,5 70

SÍLICA (%)

Figura 4.6 – Curvas de nível dos tempos de fim de pega.

4.5 Análise Térmica da Pasta

O gráfico da Figura 4.7 mostra os resultados obtidos na análise térmica das

pastas utilizadas no ensaio, sendo que foi feita uma repetição para cada

composição.


0 5 10 15 20 25

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Te

mp

era

tura

(oC

)

Tempo (h)

Cal 47/ Sil 23 / FV 0 / CPV 30

Cal 70 / CPV 30

Cal 23/ Sil 47 / FV 0 / CPV 30

Cal 23 / Sil 23 / FV 23 / CPV 30

Cal 23 / Sil 0 / FV 47 / CPV 30

Cal 47 / Sil 0 / FV 23 / CPV 30

CAl 0 / Sil 0 / FV 0 / CPV 100

Cal 39/ Sil 16 / FV 16 / CPV 30

Figura 4.7 - Curvas obtidas pelo ensaio de FBG para as pastas.

Pode-se observar no gráfico que todas as misturas realizadas não liberaram

tanto calor quanto a pasta de cimento puro. A amostra que liberou menos calor foi a

amostra 05 (C23S47FV0CPV30), composta em sua maior quantidade por sílica

ativa. As amostras que menos liberaram calor foram as que continham sílica ativa

em maior concentração. Aquelas que continham maiores quantidade de cal e fração

vermelha foram as que alcançaram temperaturas superiores as que continham sílica

ativa.

Na Figura 4.8 é possível observar a taxa de aquecimento inicial das amostras.

Verifica-se que o aquecimento é maior naquelas amostras cujas quantidades de cal

e de fração vermelha são maiores. Pode-se julgar que naquelas amostras nas quais

todos os componentes estão presentes a taxa de aquecimento não é tão elevada

quanto naquelas amostras nas quais a cal e a fração vermelha são os componentes

principais.


TAXA DE AQUECIMENTO INICIAL (oC/h)

Modelo Linear R2 =0,8782

3,2 2,8 2,4 2 1,6 1,2

0

11,7

23,4

35,2


23,4

35

46,6

58,3

70

CAL (%)0 11,7 23,4 35,2 47

SÍLICA (%)

Figura 4.8 – Taxa de aquecimento inicial das amostras no ensaio FBG.

As variações térmicas encontradas estão relacionadas ao calor gerado pelas

pastas durante a hidratação do cimento, que libera calor devido aos compostos

presentes que são hidratados. Partindo das informações apresentadas por

SANDBERG (2008), observa-se que as curvas de temperatura obtidas pelos

sensores de Bragg encontram-se muito próximas da curva típica do cimento. A partir

de dez horas de ensaio as temperaturas decaem. Este decréscimo está relacionado

com a desaceleração da hidratação.

A Figura 4.9 apresenta a taxa de desaquecimento ou diminuição da geração do

calor das amostras, durante o ensaio FBG. A taxa de desaquecimento em módulo é

menor naquelas amostras que contêm maior quantidade de sílica em relação

aquelas com cal e fração vermelha. O desaquecimento é mais intenso na presença

de maior quantidade da fração vermelha.


TAXA DE DESAQUECIMENTO (oC/h)

Modelo Linear R2=0,9338

-0,6 -0,8 -1 -1,2

0

11,7

23,4

35,2


23,4

35

46,6

58,3

70

CAL (%)0 11,7 23,4 35,2 47

SÍLICA (%)

Figura 4.9 – Taxa de desaquecimento das amostras durante ensaio FBG.

QUARCIONI (2008) encontrou alterações nos períodos de hidratação nas

amostras que continham cal. Ocorreu um aumento no período de indução; redução

no período de aceleração; e aumento no período de desaceleração.

Na Figura 4.10 pode-se observar a temperatura máxima que as amostram

alcançaram durante o ensaio. Nota-se que aquelas amostras onde a cal e a fração

vermelha estão em maiores quantidades, foram as que alcançaram as maiores

temperaturas. A temperatura sofreu variação de 50% entre a composição com as

quantidades de sílica ativa é máxima e fração vermelha mínima e a composição na

qual a quantidade de sílica ativa é mínima e fração vermelha máxima. Isto indica

que a fração vermelha também participa das reações.


TEMPERATURA MÁXIMA (oC)

Modelo Linear R2=0,897

28 26 24 22 20 18 16 14

0

11,7

23,4

35,2


23,4

35

46,6

58,3

70

CAL (%)0 11,7 23,4 35,2 47

SÍLICA (%)

Figura 4.10 – Temperatura máxima alcançada pelas amostras no ensaio FBG.

4.6 Análise Reológica da Pasta

4.6.1 Squeeze-flow

Os perfis obtidos das curvas no ensaio Squeeze-flow para as pastas estudadas

estão apresentados na Figura 4.11. As curvas apresentadas demonstram que

cada pasta apresenta características reológicas semelhantes, mas, diferentes, pois

cada pasta apresentou diferente capacidade de absorção da compressão imposta

pelo punção móvel do equipamento. A Referência, composta apenas de Cimento CP

V, apresentou a maior carga de compressão que as demais amostras.

O comportamento encontrado assemelha-se ao comportamento observado

para argamassas colantes apresentado por COSTA (2006), embora as forças

alcançadas naquele trabalho superem ao encontrado nesta dissertação. Em

argamassas colantes, as amostras que apresentam maior carga máxima de

compressão apresentam maior dificuldade ao espalhamento e deformações de

cordões. E quando a argamassa é fluida demais possivelmente pode ocorrer o

deslizamento do material da placa no momento do espalhamento e formação dos

cordões.


O ensaio realizado por COSTA (2006) estabeleceu um deslocamento de 3 mm

e velocidade de deslocamento mantida em 0,1 mm/s para todas as argamassas.

Estas condições simulam os esforços que a argamassa colante está sujeita na

prática e mostram-se representativas para as argamassas em seu estudo. Neste

trabalho, para as pastas contendo cimento manteve-se a velocidade de 0,1 mm/s e o

deslocamento foi realizado até 5 mm. A interferência da morfologia dos materiais

presentes nas amostras de pastas pode ser verificado, pois neste caso o sistema

encontrava pouca pasta devido ao amplo deslocamento aplicado, e as partículas

apresentavam mais contato entre si. Estas informações foram apresentadas por

COSTA (2006) que utilizou um deslocamento de 7 mm para verificar estes

parâmetros nas argamassas de seu estudo. Na Figura 4.11 observa-se o

comportamento das composições durante o ensaio.

Figura 4.11 – Perfil da curva força x deformação das amostras para os 5 mm de deslocamento no ensaio Squeeze-flow.

As curvas apresentam características reológicas diferentes, devido às

características individuais de cada pasta para absorver a força de compressão.

Segundo COSTA (2006), a distribuição granulométrica dos materiais presentes nas

amostras é o principal fator interferente do ensaio, pois o aumento da carga

acontece pela aproximação das partículas da pasta. Dentre as composições

estudadas, as de resistência inicial maior do que a Referência apresentaram uma


pequena quantidade de fração vermelha de até 23%, apesar dessa levar a uma

redução do volume aparente quanto maior a quantidade usada. Nenhuma das

composições estudadas apresentou uma elevação da resistência no final da

deformação, tal como a Referência, as amostras apresentaram apenas duas

inclinações, sendo o ponto de inflexão entre as duas retas o ponto de escoamento.

A força e a deformação no ponto de escoamento do material também podem

ser encontradas neste ensaio. Tal força é a carga absorvida pelo material no estado

elástico antes de entrar no estado plástico. Na Figura 4.12 é possível observar a

força encontrada em cada amostra analisada. As composições em que a quantidade

de cal e fração vermelha eram superiores foram aquelas que apresentaram a menor

força de escoamento.

FORÇA DE ESCOAMENTO (N)

Modelo Quadrático R2=0,9696

200

160

120

80

40

0

11,7

23,4

35,2

47


23,4

35

46,6

58,3

70

CAL (%)

0 11,7 23,4 35,2 47

SÍLICA (%)

Figura 4.12 - Força de escoamento das misturas de aglomerantes.

Além da força de escoamento, a deformação ocorrida no ponto de escoamento

também foi encontrada. Na Figura 4.13 é possível observar estes dados. Este

resultado reflete a medida de deformação (mm) no momento do escoamento.

Observando os dados de COSTA (2006) e BETIOLI (2009) nos quais as argamassas

de seus ensaios apresentavam a deformação antes de 0,5 mm. Neste trabalho a

deformação das pastas no ponto de escamento variou de 1,33 a 3,99 mm. Quanto

maior a quantidade de cal maior a deformação no ponto de escoamento.


DEFORMAÇÃO NO ESCOAMENTO (mm)


10

8

6

4

2

0

11,7

23,4

35,2

47


23,4

35

46,6

58,3

70

CAL (%)

0 11,7 23,4 35,2 47

SÍLICA (%)

Figura 4.13 – Deformação das pastas no ponto de escoamento.

As inclinações encontradas para as pastas estão representadas na Figura 4.14.

São apresentadas nesta Figura as primeiras e as segundas inclinações, relativas às

regiões de deformações elásticas e plásticas respectivamente, obtidas a partir dos

dados representados na Figura 4.11.

PRIMEIRA INCLINAÇÃO (N/mm)


80

70

60

50

40

30

20

10

0

11,7

23,4

35,2

47


23,4

35

46,6

58,3

70

CAL (%)

0 11,7 23,4 35,2 47

SÍLICA (%)

SEGUNDA INCLINAÇÃO (N/mm)

Modelo Quarático R2=0,9836

70

60

50

40

30

20

0

11,7

23,4

35,2

47


23,4

35

46,6

58,3

70

CAL (%)

0 11,7 23,4 35,2 47

SÍLICA (%)

Figura 4.14 – Inclinações obtidas a partir das curvas de squeeze-flow para as amostras .


O comportamento encontrado pelas amostras na Figura 4.14 pode sofrer a

influência de vários fatores, tais como: a densidade dos materiais, sua área

específica, a quantidade de água presente nas pastas. Durante o ensaio não foi

mantida uma quantidade de água específica para todas as amostras. Cada amostra

foi ensaiada com a quantidade de água necessária para existir consistência entre os

materiais. Desta forma, o cimento recebeu água suficiente para a sua hidratação e

uma quantidade extra de água para que todos os componentes encontrassem

saciedade. Como neste ensaio é avaliada a resistência oferecida pela pasta durante

o início do ensaio, a quantidade de água é muito importante.

Não considerando a Referência (C0S0FV0CPV100), a quantidade de água

presente nas amostras foi coerente com a quantidade dos materiais presentes nas

misturas. Quanto maior a quantidade de sílica ativa presente, maior a quantidade de

água acrescida à mistura para oferecer consistência. A cal também exigiu maior

quantidade de água que a fração vermelha quando a sílica não estava presente.

Assim, a maior quantidade de fração vermelha na amostra, fazia com que a

quantidade de água fosse diminuída. Esta mesma coerência não existiu para todas

as amostras na força encontrada durante a compressão do ensaio squeeze-flow. A

Tabela 4.5 apresenta as quantidades de água utilizadas em cada amostra.

Tabela 4.5 – Quantidade de água utilizada em casa amostra.

Amostras 02 03 05 09 11 13 17 Referência

Água (g) 264 220 366 231 136 162 215 227

Força máxima

durante a

compressão

Squeeze-flow

262,53 53,006 132,18 305,68 295,61 222,68 218,57 559,24

Embora a amostra 03 (C70S0FV0CPV30), composta por cal e cimento, não

apresentasse grande quantidade de água, sua resistência foi inferior frente às

demais amostras. Deve-se este comportamento a esta quantidade de cal superior a

quantidade de cimento presente. Visto que a cal quando presente em misturas com


cimento dá trabalhabilidade à mistura, não há uma contribuição deste para a

resistência do sistema, muito pelo contrário.

As amostras 05 (C23S47FV0CPV30), 02 (C47S23FV0CPV30) e 09

(C23S23FV23CPV30), que apresentaram as maiores quantidade de água presente,

respectivamente, alcançaram resistência superior à amostra 03 (C70S0FV0CPV30).

Estas três amostras apresentavam cal, sílica ativa na composição. A fração

vermelha estava presente apenas na amostra 09 (C23S23FV23CPV30). As

amostras 11 (C23S0FV47CPV30), 13 (C47S0FV23CPV30) e 17

(C39S16FV16CPV30) continham a menor quantidade de água presente. Entretanto,

as amostras 13 (C47S0FV23CPV30) e 17 (C39S16FV16CPV30) apresentavam

maior quantidade de cal, sendo esta provavelmente a causa da diminuição de sua

resistência ao ensaio. A amostra 11 (C23S0FV47CPV30) apresentou o melhor

desempenho.

Após esta breve caracterização, pode-se avaliar também o comportamento das

massas durante o ensaio. Excluindo a amostra 03 (C70S0FV0CPV30), todas as

demais apresentaram fissuras durante a compressão, conforme Figura 4.15.

Acredita-se que a ausência de fissura está relacionada com a capacidade do

material em resistir à pressão exercida pelo sistema sem perda de coesão. Este

comportamento foi observado próximo ao pico de força como observado na Figura

4.15b até a conclusão da compressão em 5 mm.

Figura 4.15 - Pastas durante a realização do ensaio. (a) Sem fissuras; (b) Apresentando fissuras (Foto do autor, 2009).

a b


Na Figura 4.16, com curvas de nível com ajuste quadrático, os valores de força

máxima alcançados pelas amostras são apresentados, evidenciando que a presença

da cal em maiores quantidades admite força de compressão menor aquelas

exercidas nas composições que contenham fração vermelha em maior quantidade.

Segundo BETIOLI (2009) a variação da deformação é causada pela redução

da altura da amostra. A cada nova altura, uma nova solicitação ocorre na amostra.

Desta forma, a distribuição das partículas e do fluido modifica-se constantemente

para promover o fluxo do material como um todo. Essa diferença em particular faz

com que o método tenha capacidade de identificar a influência de características

relacionadas com o atrito no comportamento reológico de suspensões concentradas.

FORÇA MÁXIMA (N)


300 260 220 180 140 100 60

0

11,7

23,4

35,2


23,4

35

46,6

58,3

70

CAL (%)0 11,7 23,4 35,2 47

SÍLICA (%)

Figura 4.16 - Força máxima alcançada pelas amostras.

4.7 Difração de Raios - X

Na Tabela 4.6 é possível observar todos os componentes que foram

encontrados nas amostras estudadas durante o ensaio de difração de raios-X.

Hidróxidos de cálcio e magnésio, carbonato de cálcio, óxido de magnésio e o

quartzo foram os componentes que prevaleceram presentes em 75% das amostras

trabalhadas. Todas as misturas realizadas apresentaram estes componentes em sua


composição. Outros componentes foram encontrados, mas não firmaram presença

em todas as amostras.

Baseados nestes resultados, algumas comparações podem ser realizadas. Os

difratogramas das matérias-primas utilizadas (Figura 4.17) apresentam alguma

familiaridade quando se comparam a fração vermelha (59109 L) com o cimento

Portland (59109 K). Esta semelhança deve-se provavelmente a pequenas frações de

concretos e argamassas presentes na composição da fração vermelha. Embora os

resíduos sejam separados na origem em resíduos de concreto e de fração vermelha,

a separação não é perfeita e algumas peças contendo cimento podem contaminar

esta fração vermelha.

Tabela 4.6 – Componentes encontrados no ensaio de difração de raios –X.

Componente Fórmula

Química

Composições

2

3

5 9 11 13 15 17 Cimento Fração

Vermelha

Cal

Portlandite Ca(OH)2 x x x x x x x x x

Brucite Mg(OH)2 x x x x x x x x

Quartz SiO2 x x x x x x x x x x x

Periclase MgO x x x x x x x x x

Calcite CaCO3 x x x x x x x x

Gypsum CaSO4.2H2O

x x x x x x

Cristobalite SiO2

x

Calcium Silicate

CaSiO3

x x

Calcium Silicate

Ca2SiO4 x

Calcium Silicate

Ca3SiO5 x

x

x

Brownmillerite Ca2(Al, Fe+3

)2O5

x

x

Na Figura 4.18 são observadas as amostras que continham sílica ativa em sua

composição. As amostras 59109 A, D, H, I, apresentam leve semelhança. Nestas

amostras a quantidade de sílica ativa apresentava-se em menor proporção. A

amostra 59109 C era a amostras que apresentava a maior quantidade de sílica ativa.

O comportamento desta amostra lembra o comportamento da sílica ativa como

matéria-prima (59109 M).


As amostras 03 (C70S0FV0CPV30), 11 (C23S0FV47CPV30), 13

(C47S0FV23CPV30) e a Referência (C0S0FV0CPV100), que não apresentavam

sílica ativa em sua composição também mantiveram comportamento semelhante. A

amostra 59109 B (03 - C70S0FV0CPV30), que era composta apenas por cimento

Portland e cal, apresentou picos cristalinos em maior quantidade. A amostra 59109

G (15 - C0S0FV0CPV100) composta apenas por cimento Portland, apesar de

lembrar as demais amostras, apresentou maior grau de amorfismo. As amostras 11

(C23S0FV47CPV30) e 13 (C47S0FV23CPV30), respectivamente, 59109 E e F, além

de cal e cimento Portland continham fração vermelha. Estas amostras mesmo

variando as suas composições mantiveram comportamentos idênticos (Figura 4.22).

Figura 4.17 - Difratograma das matérias-primas.

Cal

Fração Vermelha

Cimento CP V

Sílica Ativa


Figura 4.18 - Difratograma das amostras que continham sílica ativa em sua

composição.

Composição 2

Composição 5

Composição 9

Composição 17

Composição 17 Duplicata

Sílica Ativa


Figura 4.19 - Difratograma das amostras que não apresentavam sílica ativa em sua

composição.

4.8 Fluorescência de raios - X

Este ensaio foi realizado para confirmar a composição química das amostras

amostras puras de cimento Portland, cal, sílica ativa, fração vermelha, e ainda das

misturas as amostras 09 (C23S23FV23CPV30) e 15 (C0S0FV0CPV100) para

confirmar os compostos encontrados no ensaio de difração de raios-X.

Na Tabela 4.7 é possível observar os componentes presentes nestas amostras.

Observa-se que SiO2 e CaO são os componentes principais encontrados nas

Referência

Composição 15

Composição 13

Composição 11

Composição 3


amostras analisadas. Apesar de apenas a composição 09 ser caracterizada pela

mistura de todos os componentes da matéria-prima, em quantidades iguais,

observa-se que a quantidade de SiO2 encontra-se elevada. Este fato deve estar

relacionado com a quantidade de sílica presente na fração vermelha e também na

sílica ativa. Provavelmente a sílica presente sobressai aos demais constituintes das

amostras.

Tabela 4.7 - Componentes presentes nas amostras pelo ensaio de Fluorescência de raios-X.

Componente

Concentração (%)

Cimento Portland

CP V

Cal Fração vermelha

Sílica ativa

Composição 09

C23S23FV23CPV30

Composição 15

C0S0FV0CPV100

SiO2 20,6 3,7 70,1 - 44,7 17,9

CaO 58,2 43,6 8,1 - 27,0 52,7

CO2 4,3 26,9 10,8 - 16,6 16,1

MgO 2,7 25,2 1,9 - 6,0 2,0

Al2O3 3,8 0,1 5,3 - 2,1 3,0

Fe2O3 3,4 0,3 2,6 - 1,5 3,3

SO3 4,9 0,0 0,3 - 1,1 3,3

K2O 1,0 0,0 0,3 - 0,5 0,8

TiO2 0,3 - 0,4 - 0,2 0,2

Na2O 0,2 - 0,1 - 0,1 0,1

P2O5 0,2 - 0,1 - 0,1 0,1

SrO 0,2 0,0 0,0 - 0,1 0,2

MnO 0,1 0,0 0,0 - 0,0 0,1

BaO 0,1 0,0 - - 0,0 0,1

Cl 0,0 - - - - 0,0

Rb2O 0,0 - 0,0 - - 0,0

ZrO2 - - 0,0 - - -

Cr2O3 0,0 - - - - -

V2O5 0,0 - - - - -

Capítulo 5 Conclusão 70

5 CONCLUSÃO

Avaliando os resultados encontrados pode-se compreender que:

A partir do ensaio realizado, é possível afirmar que a sílica ativa seguida pela

fração vermelha e pela cal, em ordem decrescente, apresentaram áreas específicas

superiores ao do cimento Portland. Verificando a densidade, o cimento apresenta o

maior resultado, seguido da fração vermelha, cal e sílica ativa. O fato do valor da

densidade da fração vermelha ser menor que a do cimento é explicado pela maior

porosidade das partículas cerâmicas que apresenta área específica alta.

No ensaio de inicio e fim de pega, apenas a amostra número 12

(C47S12FV12CPV30) apresentou exatamente o mesmo tempo da amostra

Referência (C0S0FV0CPV100). As que apresentaram tempos menores do que os

da Referência foram as de número 6 (C12S12FV47CPV30) e 13

(C47S0FV23CPV30). Observou-se que uma destas amostras não contava com a

presença da sílica ativa e a outra a menor quantidade usada na composição. As

amostras que apresentam uma maior quantidade de sílica ativa retardaram os

tempos de início e fim de pega. As amostras 5 (C23S47F0CPV30) e 14

(C0S70FV0CPV30) são exemplos deste fato, pois para estas amostras foram

observados incrementos de duas horas e meia para o início e quatro horas para que

o tempo de pega fosse concluído em relação à Referência. Para estas amostras foi

também necessária uma quantidade maior de água. O menor consumo de água foi

observado para as amostras com maiores quantidades de fração vermelha.

Avaliando somente os resultados encontrados de início e final de pega e

comparando com a amostra Referência, as amostras 6 (C12S12FV47CPV30), 12

(C47S12FV12CPV30) e 13 (C47S0F23CPV30) podem ser consideradas como

aglomerante alternativo para serem utilizadas em substituição ao cimento puro.

As curvas encontradas durante o ensaio FBG assemelharam-se a curva típica

de calor de hidratação pelo tempo nas fases I e II de pré-indução e período de

indução/dormência, respectivamente. Aquelas amostras nas quais a cal e a fração

vermelha estão em maiores quantidades, foram as que alcançaram as maiores

temperaturas. A temperatura sofreu variação de 50% entre a composição na qual a

quantidade de sílica ativa é máxima e fração vermelha mínima e a composição na

Capítulo 5 Conclusão 71

qual a quantidade de sílica ativa é mínima e fração vermelha máxima. Isto indica

que a fração vermelha também participa das reações. As amostras que menos

liberaram calor foram as que continham sílica ativa em maior concentração

O comportamento encontrado pelas pastas no ensaio Squeeze-flow

assemelha-se ao comportamento observado para argamassas colantes.

Visualizando a deformação no escoamento, as amostras que continham quantidades

de fração vermelha foram as que apresentaram maior deformação. Na força de

escoamento, a interação entre sílica ativa e fração vermelha apresentou maior

resistência. As composições em que a quantidade de Cal era superior foram

aquelas que apresentaram a menor força de escoamento e maior deformação no

ponto de escoamento, isto se deve ao fato da cal quando presente em misturas com

cimento dar maior trabalhabilidade à mistura.

Capítulo 6 Sugestões para trabalhos futuros 72

6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

No decorrer das atividades foi possível observar a necessidade de realização

de outros ensaios para certificar o uso do material utilizado.

Avaliar o calor de reação e os compostos formados utilizando fração vermelha

com granulometria compatível com a cal ou com o cimento.

Devido os materiais pozolânicos apresentarem reatividade latente,

ocasionando máximas resistências em idades avançadas, deve-se analisar a

pozolanicidade com a cal e com o cimento Portland.

Avaliar a evolução dos compostos mineralógicos com o tempo por meio da

técnica da difração de raios X, concomitante com a análise da evolução da

resistência mecânica à compressão em amostras de argamassa com areia padrão.

Refinar as análises reológicas das amostras na forma de argamassas com

areia padrão, utilizando a técnica de Squeeze Flow.

Referências 73

REFERÊNCIAS

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Anexo A – Difratogramas de raios-X

ANEXO A – DIFRATOGRAMAS DE RAIOS X

Composição 02


Composição 03


Composição 05


Composição 09


Composição 11


Composição 13


Composição 15


Composição 17


Cimento Portland


Cal Hidratada


Sílica Ativa


Fração Vermelha

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