ARGAMASSA COM AGREGADOS DE ISOLADORES ELÉTRICOS DE PORCELANA: INFLUÊNCIA DA CAMADA DE ESMALTE NAS PROPRIEDADES
MECÂNICAS E DE DURABILIDADE
A. M. de Argollo Ferrão, M. A. Campos, V. A. Paulon
Departamento de Recursos Hídricos, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e
Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas (DRH-FEC-UNICAMP). Cidade Universitária “Zeferino Vaz” - Distrito Barão Geraldo, Campinas-SP, Brasil -
Caixa Postal 6021. Contato: [email protected]
RESUMO Este estudo comparou um traço de argamassa com agregados miúdos de isoladores de porcelana que continham uma de suas faces esmaltadas a outro contendo
apenas porcelana sem esmalte. As comparações foram nas propriedades mecânicas e de durabilidade além da verificação desta camada de esmalte na
formação dos produtos de hidratação do cimento na zona de transição agregado-matriz pasta de cimento ao longo de diferentes idades por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). A superfície esmaltada pouco influenciou, negativamente, na
resistência à tração por compressão diametral das argamassas, sendo que nos ensaios de resistência à compressão simples e à carbonatação, além das imagens obtidas por MEV, esta camada de esmalte não influenciou nos resultados dos
ensaios, com isso chega-se a conclusão que agregados cerâmicos esmaltados podem ser utilizados em argamassas, com seu uso estendendo aos concretos,
devendo apenas haver um controle de sua dimensão máxima. Palavras-chave: resíduo de porcelana, isolador elétrico, materiais alternativos, camada de esmalte, argamassa.
INTRODUÇÃO
As soluções para o emprego de materiais alternativos na construção civil
tiveram início no ano de 1951 na Alemanha com a publicação da norma DIN 4163 –
Concreto com resíduos de tijolos - especificação para produção e utilização
(tradução livre), publicação formada principalmente para a reutilização dos
escombros decorrentes da Segunda Guerra Mundial (SENTHAMARAI; DEVADAS
MANOHARAN; GOBINATH(1)). No Brasil apenas no ano de 2004 é que foi publicada
norma técnica referente a utilização de resíduos da construção: NBR 15116 (2) –
Agregados reciclados de resíduos sólidos da construção civil – Utilização em
pavimentação e preparo de concreto sem função estrutural – Requisitos, porém,
com utilização em concretos sem fins estruturais.
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A utilização de isoladores elétricos de porcelana como agregados em concretos
e argamassas é prática recente, mesmo com a produção brasileira atual estimada
em 30.000 ton/ano e com um passivo anual de 25.000 ton, decorrente sobretudo, da
substituição das peças cerâmicas que possuem no interior um material metálico que
ao longo do tempo, aproximadamente 10 anos, perde sua função isolante
necessitando de trocas. Assim, o corpo cerâmico, que possui vida útil superior ao
material metálico, após sua substituição é muitas vezes descartado na natureza em
meio a entulhos.
Um fator contra a reutilização destes isoladores de porcelana nos subprodutos
da construção civil, até o momento, refere-se a sua camada superficial de esmalte
que é atribuída, por inúmeros autores, como a principal responsável pela diminuição
dos resultados dos ensaios de propriedades mecânicas e de durabilidade nos
concretos e argamassas contendo agregados com este esmalte.
A diminuição na resistência à compressão simples nos concretos contendo
cerâmica é atribuída a superfície esmaltada, pois esta não permite a formação dos
produtos de hidratação do cimento na zona de transição agregado-pasta, além de
ser o ponto preferencial para a ocorrência das rupturas e também conferir reações
de expansibilidade dimensional comprometendo a estrutura (FRANCK et al.(3);
PORTELLA et al.(4); SANTOLAIA et al.(5); LINTZ et al.(6); CAMPOS,(7)).
Portanto, o principal objetivo deste trabalho foi de verificar o efeito, ao longo do
tempo, da camada superficial de esmalte dos isoladores elétricos de porcelana na
resistência à compressão simples, na resistência à tração por compressão diametral
e na resistência à carbonatação em corpos-de-prova de argamassa e a interferência
deste esmalte na formação dos produtos de hidratação do cimento na zona de
transição agregado-pasta em argamassas através da análise de imagens por
Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV).
MATERIAIS E MÉTODOS
Foram utilizados o Cimento Portland CP V ARI – Alta Resistência Inicial e
Agregado miúdo alternativo, isoladores elétricos de porcelana moídos, proveniente
da moagem de isoladores elétricos de porcelana em granulometria similar ao
agregado miúdo comumente utilizado em concretos e argamassas no Brasil. Na
figura 1 (a) tem-se a imagem MEV da porcelana sem esmalte e na figura 1 (b) o
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agregado de porcelana com esmalte. Observa-se que a superfície do agregado com
esmalte é polida, podendo este ser um fator influente para a formação dos produtos
de hidratação do cimento na zona de transição agregado-pasta.
(a) (b)
Figura 1 – Imagens MEV: Porcelana sem esmalte (a) e porcelana com esmalte (b).
Tabela I – Análise petrográfica agregados miúdos.
Caracterização Porcelana Sem Esmalte Porcelana Com Esmalte
Composição Mineralógica Isoladores elétricos de porcelana:
argila, feldspato e quartzo. Isoladores elétricos de porcelana:
argila, feldspato e quartzo.
Grau de Esfericidade Alta Alta
Grau de Arredondamento Subanguloso Subanguloso
Superfície do Grão Fosco Polido
Módulo de Finura 3,28 3,28
Dimensão Máxima (mm) - NBR 7211(10)
9,5 9,5
Índice de Atividade Pozolânica
(%) – NBR 5752(8) 0,75 0,75
Massa Específica (g/cm³) - NBR NM 52(11)
2,43 2,43
Massa Unitária (g/cm³) - NBR NM 45(12)
1,41 1,41
Absorção de Água (%) - NBR NM
30(13) 0,05 0,05
Torrões de Argila e Materiais Friáveis (%) - NBR 7218(14)
0 0
Teor de Material Passante na
Peneira 75µm(%) - NBR NM 46 (15) 5,25 5,25
Potencialidade de Utilização do Agregado de Porcelana
Embora esteja fora da zona utilizável este material pode ser
usado, sem restrições, substituindo
o agregado comum em argamassas.
Embora esteja fora da zona utilizável este material pode ser usado, sem restrições, substituindo o agregado
comum em argamassas.
O índice de atividade pozolânica da porcelana, com e sem esmalte, ensaiadas
de acordo com a NBR 5752(8), foi de 0,75, atribuída a ativação térmica da argila que
a compõem. Ambos os agregados, com e sem esmalte, por serem alternativos foram
MEV – Aumento 5.000x MEV aumento 5.000x
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caracterizados conforme a NBR 15116(2) e em relação análise petrográfica em
acordo com a NBR 7389-1(9), com os resultados apresentados na Tabela I.
Com o ensaio de Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) foi possível
determinar por quais elementos são constituídos os isoladores de porcelana. Os
principais elementos são: Si (silício), Al (alumínio) e O (oxigênio) que formam os
compostos SiO2 (sílica) e Al2O3. Compostos estes que possuem hidraulicidade
potencial e que tiveram suas atividades pozolânicas ativadas termicamente. Há
também na sua constituição o elemento K (potássio) que junto com a sílica, são
solúveis, podem acarretar problemas de eflorescência ou reação álcali -agregado em
certas condições de exposição.
Metodologia dos Ensaios
O proporcionamento dos materiais da argamassa foi de 1:2:0,55 (cimento:
agregado miúdo: água), moldando dois traços: um contendo apenas o agregado
miúdo de porcelana com a camada de esmalte em uma de suas faces e outro com
porcelana sem a camada de esmalte. As quantidades de materiais para o preparo
de 1,0 m³ de cada argamassa são apresentadas na tabela II.
Tabela II – Quantidade de materiais argamassa traço 1: 2: 0,55 (kg/m³).
Traço Cimento Agregado de Porcelana
Água Com Esmalte Sem Esmalte
Com Esmalte 675,0 1.350,0 - 371,25
Sem Esmalte 675,0 - 1.350,0 371,25
Todo o processo de moldagem e cura dos corpos-de-prova foi realizado em
atendimento a NBR 7215(15). Foram ensaiados 4 corpos-de-prova para cada
propriedade e idade. Os ensaios de imagens (MEV) e de carbonatação foram
realizados em corpos-de-prova de argamassa moldados para estes ensaios, não
foram reutilizados corpos-de-prova provenientes dos outros ensaios. As amostras
para o MEV foram identificadas e posteriormente enviadas ao Laboratório de
Microscopia Eletrônica da Central Analítica do Instituto de Química da Unicamp onde
foram ensaiadas no equipamento JSM 6360-LV, aceleração de 30KeV, resolução -
3nm, EDS - Noran System Six. Já para o ensaio de carbonatação os corpos-de-
prova, com umidade zero, foram rompidos diametralmente e em seguida aplicada
solução de fenolftaleína, com concentração de 0,5%.
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
A fim de comprovar a influência da camada de esmalte que reveste os
isoladores elétricos de porcelana nas propriedades mecânicas foram moldados
traços de argamassa contendo o agregado miúdo de porcelana com esmalte em
uma de suas faces, comparando-o a argamassa com porcelana sem esmalte. Os
ensaios mecânicos foram realizados quanto a resistências à compressão simples,
NBR 7215 (15), e à tração por compressão diametral, NBR 7222(17).
Resistência à compressão simples
Analisando os resultados dos ensaios de resistência à compressão simples,
NBR 7215 (15), Tabela III, o traço de argamassa com agregado miúdo com a camada
de esmalte apresentou resultados superiores ao traço sem esmalte, independente
da idade de ensaio. Na idade inicial, 3 dias, o aumento da resistência obtida pelo
traço com esmalte em comparação a argamassa sem esmalte foi de 17%, aos 7 dias
a elevação na resistência ficou em 2%.
Para os ensaios aos 28 dias de idade o aumento foi de 15%, já para as
idades mais elevadas, 56 e 112 dias, 8% foi o aumento da resistência do traço com
esmalte em relação a argamassa com agregado sem esmalte. Outro destaque é a
elevada resistência à compressão simples obtidas pelos traços de argamassa,
independente do tipo de agregado miúdo.
Tabela III – Resistência à Compressão Simples.
Resistência à Compressão Simples (MPa)
Traço 3 dias 7 dias 28 dias 56 dias 112 dias
Com Esmalte 30,0 34,1 44,7 47,4 49,3
Sem esmalte 25,7 33,3 38,9 44,0 46,1
Em relação a camada de esmalte dos isoladores de porcelana esta não
interferiu nos resultados dos ensaios de resistência à compressão simples conforme
era destacada a influência pelos autores Zordan (18); Franck et al.(3); Portella et al.(4);
Santolaia et al.(5); Lintz et al.(6) e Campos(7). Esta camada de esmalte pode interferir
na resistência quando for de dimensões superiores a 19,0 mm, dimensões das
pesquisas dos três últimos pesquisadores citados, devido a grande área superficial
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esmaltada, porém, nesta pesquisa a dimensão máxima do agregado graúdo ficou
em 9,5 mm o que não afetou negativamente a resistência da argamassa.
Resistência à Tração por Compressão Diametral
Ao analisar os valores obtidos no ensaio de resistência à compressão
diametral, NBR 7222(17), Tabela IV, observa-se haver uma relação entre o tipo de
agregado, com ou sem esmalte, com sua resistência. Aos 3 dias de idade o traço
moldado com agregado contendo a camada de esmalte em sua composição
apresentou uma resistência 3% superior ao traço com a porcelana sem esmalte.
Com o aumento da idade de ensaio os valores obtidos no traço de porcelana
com esmalte foram inferiores quando comparados a argamassa sem esmalte tanto
para a idade de 28 dias como aos 112 dias a resistência obtida pelos traços com
esmalte foi 6% inferior a argamassa sem esmalte.
Tabela IV – Resistência à Compressão Diametral.
Resistencia à Compressão Diametral (MPa)
Traço 7 dias 28 dias 112 dias
Com Esmalte 3,15 3,30 3,94
Sem esmalte 3,05 3,56 4,18
Devido a metodologia de ensaio onde a ruptura do corpo-de-prova tende a
ocorrer na face do agregado com a pasta a porcelana com esmalte por ter uma
superfície mais polida foi o local onde ocorreram as rupturas devido a maior
presença de microfissuras na zona de transição agregado-pasta para este tipo de
porcelana com esmalte, acarretando diminuição nos valores de resistência medidos.
Ensaios de Imagem MEV
Para a verificação da influência da camada de esmalte foram moldados corpos-
de-prova específicos para os ensaios de Microscopia Eletrônica de Varredura
(MEV). Assim foram fabricados isoladores de porcelana especiais, com e sem
esmalte, figura 2(a), que foram centralizados nos moldes de argamassa e
preenchido o vazio com argamassa de traço 1:2:0,55 (cimento: agregado miúdo
comum: água). Após o período de endurecimento os corpos-de-prova tiveram seu
topo cortado e em seguida extraída uma fatia de espessura variável de 5 a 10 mm,
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figura 2 (b), para verificar a influência da camada de esmalte na zona de transição
agregado-pasta das argamassas, conforme detalhe.
(a) (b)
Figura 2 – Isoladores elétricos de porcelana especiais, a direita sem esmalte e a esquerda com esmalte (a) e corpos-de-prova extraídos para ensaio de MEV/EDS (b).
Analisando a zona de transição agregado-pasta através dos ensaios de
imagens por MEV aos 7 dias de idade observa-se que o vazio capilar (VC) distância
média entre o agregado (Ag) e a pasta (Pa) é de 3 µm para o traço moldado com
porcelana sem esmalte, figura 3 (a), já para a argamassa com esmalte, figura 3 (b) a
distância média ficou em 7µm. Esta maior distância é atribuída ao traço com esmalte
devido a superfície mais polida da camada de esmalte, a superfície da porcelana
sem esmalte é rugosa e portanto, a pasta se “adere” mais ao agregado diminuindo a
distância desta zona de transição agregado-pasta.
(a) (b)
Figura 3 – Zona de transição, 7 dias, traço sem esmalte (a) e argamassa com esmalte (b).
Zona de
transição
analisada
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Para a idade de 112 dias observa-se que os produtos de hidratação do cimento
localizados próximos a zona de transição agregado-pasta se desenvolveram
diminuindo a “distância” do vazio capilar na zona de transição, tanto no traço de
argamassa sem esmalte, figura 4 (a), como na argamassa com esmalte, figura 4 (b).
(a) (b)
Figura 4 – Evolução produtos hidratação do cimento, sem esmalte (a) e com esmalte (b).
Figura 5 – Compostos hidratação do cimento, 112 dias, sobre o agregado sem esmalte.
Figura 6 – Compostos hidratação do cimento, 112 dias, sobre o agregado com esmalte.
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Outra observação a destacar nestas imagens refere-se a formação dos
produtos da hidratação do cimento sobre o agregado, possivelmente CSH, para
ambos os traços de argamassa conforme a figura 5, para o traço sem esmalte, e
figura 6, argamassa com esmalte. Isso fez também que diminuísse a distância média
entre o agregado e a pasta, principalmente para a argamassa com esmalte, que
passou a tem uma distância média de 2 µm.
Ensaios de Carbonatação
Realizado aos 112 dias de idade, com o intuito de verificar a possível
carbonatação proveniente do processo de endurecimento das argamassas os
corpos-de-prova foram rompidos diametralmente e em seguida aplicados solução de
fenolftaleína, com concentração de 0,5% de álcool. Não foi observada para nenhum
dos traços moldados a ocorrência da carbonatação conforme a figura 7 (a) traço de
argamassa sem esmalte e na figura 7 (b) argamassa com esmalte.
A porosidade dos agregados miúdos constituintes da amostra é decisiva na
carbonatação das amostras e devido a baixa capacidade de absorção de água da
porcelana, independente da existência da camada de esmalte da porcelana, a
carbonatação não foi constatada nas argamassas moldadas. Este fato confere a
porcelana mais um beneficio de sua utilização substituindo o agregado comum, pois
no caso de utilização destes traços em argamassa armada a não ocorrência
carbonatação contribuirá para preservação da sua armadura.
(a) (b)
Figura 7 – Ensaio de carbonatação traço sem esmalte (a) e com esmalte (b).
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CONCLUSÕES
Em relação a influência da camada de esmalte que reveste os isoladores,
citada por inúmeros autores como a responsável pela diminuição dos resultados das
propriedades mecânicas. Esta tendência não foi observada nesta pesquisa quanto a
resistência à compressão simples, houve sim um incremento de resistência de 8%
do traço com esmalte em relação ao valor obtido pela argamassa com porcelana
sem esmalte.
Entretanto, o esmalte influenciou nos ensaios de resistência à tração por
compressão diametral, pois pela metodologia de ensaio a ruptura tende a ocorrer na
superfície do agregado e este com esmalte, de textura mais polida, apresentou
resistência inferior de 6% quando comparada a argamassa sem esmalte.
Outro destaque foi nas idades iniciais de ensaio o vazio capilar da argamassa
com esmalte é de maior dimensão quando comparado ao traço sem esmalte
conforme observado nas análises das imagens por MEV. Com o decorrer do
aumento da idade das argamassas estes vazios passam a ser preenchidos pelos
compostos da zona de transição. A resistência à carbonatação da porcelana com
esmalte também é mais um benefício à sua utilização.
Assim, pode-se concluir que independentemente da procedência dos
isoladores de porcelana, com ou sem esmalte, já que no quarteamento da amostra
constatou-se que 20% do agregado de porcelana gerado possuía uma das faces
esmaltadas, estes podem ser utilizados em argamassas. As vantagens também se
estendem ao concreto, pois uma moagem em menor granulometria similar ao
agregado miúdo atenuará os efeitos da camada de esmalte em relação as
solicitações à tração, permitindo seu uso.
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MORTAR WITH AGGREGATE INSULATORS PORCELAIN ELECTRIC: GLAZE
LAYER OF INFLUENCE IN MECHANICAL PROPERTIES AND DURABILITY
ABSTRACT
This study compared a trace of mortar with aggregate kids porcelain insulators containing one of its enamelled faces the other containing only porcelain without
enamel. Comparisons were on the mechanical properties and durability in addition to verification of this enamel layer in the formation of cement hydration products in the aggregate-cement paste matrix transition zone over different ages by Scanning
Electron Microscopy (SEM). The enameled surface had little influence negatively the tensile strength by diametrical compression of the mortars, and the strength tests to
simple compression and carbonation, in addition to images obtained by SEM, this enamel layer did not influence the results of the tests, it reaches the conclusion that enamelled ceramic aggregates can be used in mortars with its use extending to the
concrete and should only be a control of its maximum size.
Key-words: porcelain waste, electrical insulator, alternative materials, glaze layer,
mortar.
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