View
222
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
PROPRIEDADES FÍSICO-MECÂNICAS DE CONCRETOS PRODUZIDOS COM SUBSTITUIÇÃO DO CIMENTO PELO PÓ DE VIDRO
D.R. Freitas (1); A.E. M Paiva (2)
(1) (2) Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Maranhão -
Departamento de Mecânica e Materiais – IFMA. Avenida Getúlio Vargas, Nº 04, Monte Castelo, São Luís – MA. CEP: 65030-005.
freitas.ifma@gmail.com
RESUMO
Uma alternativa para a diminuição do impacto gerado na fabricação de cimento é a adição de novos materiais ao concreto, neste aspecto o vidro tem grande potencial,
apresentando características pozolânicas. Este trabalho estudou a influência da substituição percentual do cimento pelo pó de vidro, em teores de 10%, 20% e 30% em comparação ao concreto convencional. O traço de 1;1,5;3;0,42, foi definido
através do Slump Test, os corpos de prova produzidos com dimensões de 5 cm x 10 cm foram curados em 7, 14 e 28 dias. O ensaio de resistência mecânica evidenciou que as amostras com 10% de resíduo vítreo aos 14 e 28 dias de cura
tiveram resistência mecânica média similar a do concreto convencional. A absorção caiu conforme aumento da resistência mecânica, desta forma foi possível avaliar que o concreto com resíduos vítreos em teores de 10% apresentam viabilidade técnica
para aplicação em concretos simples.
Palavra-Chave: Rejeito vítreo, resistência, concreto.
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
903
1 INTRODUÇÃO
O crescimento da construção civil tem propiciado uma maior demanda de
concreto, fator primordial em obras de edificações residenciais, grandes obras de
infraestrutura e rodovias. O concreto pode ser definido como sendo um material
compósito, composto essencialmente por um aglomerante, no qual estão
aglutinados os agregados miúdo e graúdo. A estrutura interna do concreto é formada
por três regiões, pela pasta ou matriz do cimento, os agregados e a zona de
transição, que consiste na camada intersticial existente na interface entre os
agregados [1].
O cimento é um insumo importante na produção de concreto, o valor médio do
saco do cimento Portland 32 em dez/2015 era de R$ 25,00 , segundo dados da
Câmara Brasileira da Indústria de Construção [2], sendo a matéria prima principal e
de maior valor econômico, em 2013 o Brasil consumiu mais de 70 milhões de
toneladas de cimento, desta forma a indústria cimenteira, apresenta grande
importância no PIB do país, em contra partida é uma das indústrias mais poluidoras,
contribuindo fortemente para o efeito estufa, devido aos gases liberados
provenientes da produção do cimento. Dados revelam que na fabricação de uma
tonelada de cimento, aproximadamente uma tonelada de dióxido de carbono (CO 2) é
emitida para a atmosfera. O cimento contribui com cerca de 8% para as emissões de
CO2 antropogênicas globais [3]. A indústria do cimento está tornando-se assim, a
segunda maior indústria colaboradora das emissões de CO2, depois das usinas de
energia [4].
Desta forma é preciso pensar em inovações que possam tornar este processo
produtivo menos impactante ao planeta e se possível diminuir o custo do concreto a
fim de continuar mantendo a viabilidade econômica do processo. Neste aspecto,
podem ser citados os trabalhos de Sales [5] que utilizou vidro com tamanhos de
partículas apropriados em compostos cimentícios, para serem utilizados em
argamassa e concreto e o trabalho de Roz-Ud-Din e Parviz [6] que estudaram a
adição de resíduos de construção e demolição juntamente com o resíduo de vidro
moído, em substituição parcial ao cimento. Estes trabalhos apresentaram resultados
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
904
satisfatórios e mostram que estas substituições são viáveis e atendem aos requisitos
das aplicações buscadas em cada estudo.
As propostas apresentadas trazem em comum a utilização do vidro no
concreto, as indústrias que fabricam e/ou utilizam vidro, tem chamado atenção,
devido à quantidade de resíduos gerados anualmente. O vidro é responsável por
2,4% de todo os resíduos sólidos gerados no Brasil, o que corresponde a
aproximadamente 1,36 milhões de toneladas de lixo por ano [7].
O reuso de resíduos de vidro em concretos tem sido reportado nos últimos
anos, o vidro possui quantidade elevada de óxido de sílica e cálcio, podendo
apresentar características pozolânicas, semelhantes a do cimento, entretanto a
aplicação de vidro em substituição ao cimento para aplicação na construção civil é
um tema que ainda tem muito a ser explorado. Esses resíduos de vidro triturados
têm um bom potencial no setor de infraestrutura [8]. Diante da potencialidade do
vidro de apresentar propriedades pozolânicas e da quantidade de rejeitos
produzidos anualmente, este trabalho estudou a viabilidade técnica e econômica do
uso de vidro no concreto, em substituição parcial ao cimento, em percentuais de
10%, 20% e 30% e verificou a influência destas substituições nas propriedades
físico-mecânicas do concreto obtido, o concreto produzido é destinado em
aplicações para concretos simples, sem armaduras, e em argamassas., para isto
foram empregados resíduos de vidro provenientes de uma indústria de vidros
temperados, as propriedades do produto final foram mensuradas através de técnicas
especificas em conformidades com as normas desta área, dentre elas as NM 248
(2003) ,NBR 9778 (2009), NBR NM 67, ASTM C 215, NBR 8522:2003, NBR 5739
(1994) e NBR 12142/2010.[9] [10] [11] [12] [13] [14] [15].
Além das possíveis vantagens técnicas, tais como redução do custo econômico
do concreto, diante do menor consumo de cimento, este trabalho buscou contribuir
significativamente para o meio ambiente, através da utilização de um rejeito que vem
proporcionado um grande problema de armazenamento na indústria, por vezes
poluindo o meio ambiente e a diminuição da quantidade de CO2 liberado,
considerando uma demanda menor de cimento.
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
905
2 MATERIAIS E MÉTODOS
O Fluxograma a seguir apresenta os materiais e principais etapas do trabalho.
Fluxograma 1: Metodologia do Trabalho
Matérias-Primas
Cimento Areia Água Brita Vidro
Técnicas de Caracterização
Massa Específica
Absorção de
Água
Homogeneização na
Misturadora
Produção dos Corpos-de-Prova
Cura 7, 14 e 28
dias
Caracterização dos corpos de
prova
Britagem
Difração de
raios-x
Slump Test
Granulometria
Moagem
Granulometria Granulometria Granulometria
Massa Específica
Massa Específica
Absorção de
Água Absorção de
Água
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
906
Os materiais utilizados para a realização do trabalho foram: Areia média, brita
basáltica tipo 0, resíduos vítreos provenientes da Marvite, indústria de vidros
temperados, cimento CP II - E 32 RS, marca Bravo e agua do sistema de
abastecimento de São Luís, CAEMA.
O trabalho foi dividido em etapas, conforme observado no fluxograma 1,
inicialmente foi necessário realizar a caracterização das matérias – primas, a fim de
obter suas propriedades, para isto foram utilizadas técnicas de caracterização
adequadas, dentre elas: Difração de raios-X, granulometria, massa específica,
absorção de água e massa específica.
O material vítreo a ser utilizado no trabalho em substituição ao cimento foi
britado, em britador de mandíbulas, marca Marconi, abertura mínima entre
mandíbulas de 1 mm e posteriormente moído em moinho de bolas de alumina por
12 hs , a fim de obter uma granulometria similar a do cimento e posteriormente
determinado sua granulometria.
Os percentuais de substituições utilizados foram de 10%, 20% e 30% estes
percentuais foram escolhidos a partir da leitura dos trabalhos de Roz-Ud-Din e
Parviz.
O Slump Test foi realizado de acordo com a norma NBR NM 67 e definido o
traço de 1; 1,5; 3; 0,42, foi utilizado o aditivo superplastificante Maximent PXT 74, a
fim de melhorar a trabalhabilidade do concreto, foi utilizado 0,7% de aditivo em
relação ao cimento. Na próxima etapa houve a homogeneização da mistura, para
isto as matérias primas de cada composição foram homogeneizadas em um
misturador planetário. Os corpos de prova foram fabricados em moldes cilíndricos
com 5cm de diâmetro e 10 cm de altura em conformidade com a NBR 5738(2015), a
qual diz que a dimensão básica do corpo de prova deve ser no mínimo três vezes
maior que a dimensão nominal máxima do agregado graúdo do concreto e moldados
por adensamento vibratório.
Após obtermos os corpos de prova em conformidade com as substituições e
granulometria pré-estabelecidas, os mesmos foram curados imersos em água pelo
período de 7, 14 e 28 dias, seguindo a NBR 5738 (2008), após este procedimento os
corpos foram submetidos a ensaios de caracterização a fim de obter propriedades
específicas.
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
907
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
As matérias primas tiveram suas propriedades físicas- químicas analisadas.
A distribuição granulométrica do cimento está representada nas figuras 1.
Figura 1 – Distribuição Granulométrica do cimento CP II- E 32 RS
A partir dos dados da distribuição granulométrica do cimento, foram obtidos
os valores de 10% - d(0.1), 50% - d(0.5) e 90% - d(0.9) das partículas que apresentam diâmetros menores que 3,320 µm, 17,750 µm e 49,078 µm respectivamente. A área superficial do cimento Portland é de 0,852 m²/g , conforme
mostrado na tabela a seguir:
Tabela 1. Propriedades Físicas obtidas da distribuição granulométrica do CPII-E32
RS
Área da superfície específica d(0.1) d(0.5) d(0.9)
0,852 m²/g 3,320 µm 17,750 µm 49,078 µm
A distribuição granulométrica do resíduo vítreo está representada na figura 2.
Figura 2 - Curva da Distribuição Granulométrica do resíduo vítreo.
CP
FT
(%)
CP
FT
(%)
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
908
A partir dos dados da distribuição granulométrica do pó de vidro, foram
obtidos os valores de 10% - d(0.1), 50% - d(0.5) e 90% - d(0.9) das partículas que
apresentam diâmetros menores que 1,801 µm, 8,884 µm e 70,051 µm
respectivamente. A área superficial Vidro é de 1,33 m²/g, conforme mostrado na
tabela a seguir:
Tabela 2. Propriedades obtidas da distribuição granulométrica do pó de vidro.
Área da superfície específica d(0.1) d(0.5) d(0.9)
1,33 m²/g 1,801 µm 8,884 µm 70,051 µm
A distribuição granulométrica do agregado miúdo está representada na figura 3.
Figura 3 – Curva da Distribuição Granulométrica do agregado miúdo
Observa-se a partir da distribuição a predominância do tamanho de partícula
abaixo de um milímetro. O módulo de finura obtido foi de 2,30.
A curva de distribuição granulométrica do agregado graúdo está representada
na figura 4.
Figura 4 – Curva da Distribuição Granulométrica do agregado graúdo
0,1 1 10
0
20
40
60
80
100
Passa
nte
%
Abertura das Peneiras(mm)
1 10
0
20
40
60
80
100
Passa
nte
%
Abertura das Peneiras(mm)
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
909
Pode-se observar a partir da figura 4 que o agregado graúdo apresenta a
predominância do tamanho de partícula abaixo de 10 milímetros. O módulo de finura
obtido foi de 3,30 e o diâmetro máximo de 9,5 , estão dentro do intervalo geralmente
encontrado para a brita 0.
A partir do difratograma de raios X do cimento ilustrado na figura 5 verificou-
se a presença dos principais grupos minerais encontrados no cimento CP II- E 32
RS.
10 20 30 40 50 60 70
100
200
300
400
Q
FC
FC
B
C
FCFC
FC
FC
FC
FC
FC
Q
G
Q
FC
G
G
G Inte
nsid
ad
e (
u.a
)
2
B
A - Alita
B - Belita
G - Gipsita
C - Calcita
Q - Quartzo
FC - Ferrita de Calcio
Q
C
A
B
Q
C
G
A
B
FC
G
A
B
G
A
B
G
A
B
G
A
B
Q
CG
A B
B
A
B
G
B
A
B C
G
B
C
G B
Q
A
B A B
C
A
B
A A
FC
G
A
B
Figura 5 - Difratograma do cimento CP II- E 32 RS
O Slump teste obtido foi de 5 cm, ilustrado na figura 6 , para o traço utilizado
no trabalho 1;1,5;3, foi utilizado o aditivo plastificante Maximent PXT 74, no teor de
0,7% em relação ao cimento com a finalidade de melhorar a fluidez do concreto.
Figura 6 - Determinação do abatimento de cone pelo Slump Test
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
910
Os corpos de prova foram preparados e curados em água, conforme figuras 7 e 8.
Figura 7 – Corpos de Prova Figura 8 – Corpos de Prova curados em
Desmoldados água
Após os tempos de cura, foram realizados os ensaios de resistência à
compressão conforme figuras 9.
A partir da figura 9 pode-se observar a tendência das médias da resistência à
compressão em função da porcentagem de vidro para 7,14 e 28 dias de cura.
Figura 9 – Resistência à compressão
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
911
Para a referência e as amostras com 10% -p de pó e vidro a resistência teve
um comportamento similar com o tempo de cura.
No gráfico a seguir observa-se a média da absorção e porosidade em função
da porcentagem de vidro para 14 e 28 dias de cura.
Figura 10 – Absorção Figura 11 - Porosidade
4 CONCLUSÕES
A adição de pó de vidro ao concreto em substituição parcial ao cimento foi
eficaz no percentual de 10 %, para 7, 14 e 28 dias de cura, o ensaio de compressão
mecânica mostrou que para este teor aos 7, 14 e 28 dias cujos valores médios foram
respectivamente 12,35 Mpa, 19,32 Mpa e 17,20 Mpa, ficaram similares a do
concreto convencional, cujos valores foram de 12,36 Mpa, 19,34 Mpa e 19,61 Mpa.
A absorção e porosidade medida aos 14 e 28 dias de cura tiveram limites aceitáveis
pela ABNT e conforme aumento da resistência, os valores da absorção e porosidade
diminuíram, mostrando que a quantidade de poros influência diretamente na
resistência do concreto. O concreto obtido com substituição de 10%-p pode ser
utilizado em aplicações para concretos simples, sem armaduras, e em argamassas.
As amostras com 20% e 30% de substituição de cimento pelo pó de vidro
apresentaram valores satisfatórios para 7 e 28 dias de cura, no entanto para 14 dias
de cura apresentaram um comportamento diferente.
0 10 20 30
0
2
4
6
8
10
Abso
rca
o(%
)
Teor de Vidro (%)
14 dias
28 dias
0 10 20 30
0
5
10
15
20
Po
rosid
ad
e (
%)
Teor de Vidro (%)
14 dias
28 dias
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
912
5 AGRADECIMENTOS
Ao Instituto Federal do Maranhão, ao programa de pós-graduação em
engenharia de materiais, ao departamento de mecânica e materiais do IFMA e a
Universidade Estadual do Maranhão.
6 REFERÊNCIAS
[1] MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: microestrutura, propriedades e
materiais. 3. ed. São Paulo: IBRACON, 2008.
[2] EVOLUÇÃO do valor médio/mediano do cimento portland 32 - em r$/saco 50 kg,
Câmara Brasileira da Indústria de Construção.
[3] WEIGUO, S. et al. Quantifying CO2 emissions from China’s cement industry.
Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 50, p. 1004-1012, 2015.
[4] SITI, A. I.; HASLENDA, H. Low carbon measures for cement plantea review.
Journal of Cleaner Production, v.103, p. 260-274, 2015.
[5] SALES, F. A. Estudo da atividade pozolânica de micropartículas de
vidro soda-cal, incolor e âmbar, e sua influência no
desempenho de compostos de cimento Portland. 2014. 161f. Tese (Doutorado
em Engenharia de Estruturas) - Programa de Pós-graduação em Engenharia de
Estruturas, Universidade Federal De Minas Gerais, Belo Horizonte, 2014.
[6] Roz-Ud-Din, N .; Parviz, S . Strength and durability of recycled aggregate
concrete containing milled glass as partial replacement for cement. Construction
and Building Materials, United States, 29 nov. 2011. p. 368–377.
[7] ABRELPE. Panorama dos Resíduos Sólidos no Brasil 2012, 2012.
Disponpivel em: < http://www.abrelpe.org.br/Panorama/panorama2012.pdf >>.
Acesso em: 01 jul. 2015.
[8] PARGHI, A.; ALAM, M. S. Physical and mechanical properties of cementitious
composites containing recycled glass powder (RGP) and styrene butadiene rubber
(SBR). Construction and Building Materials, v. 104. p. 34-43, 2016.
[9] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NM 248 Agregados -
Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, 2003.
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
913
[10] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9778: Argamassa
e concreto endurecidos - Determinação da absorção de água, índice de vazios e
massa específica. Rio de Janeiro: 2009. 4 p.
[11] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 67: Concreto -
Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. Rio de Janeiro:
1998. 8 p.
[12] AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM C 215:
Standard Test Method for fundamental Transverse, Longitudinal, and Torsional
Resonant Frequencies of Concrete Specimens. USA, 2005.
[13] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8522: Concreto -
Determinação dos módulos estáticos de elasticidade e de deformação e da curva
tensão deformação. Rio de Janeiro, 2003.
[14] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739: Concreto -
Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro: 1994. 4 p.
[15] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12142: Concreto -
Determinação da resistência à tração na flexão em corpos de prova prismáticos. Rio
de Janeiro: 1991. 3 p.
7 ABSTRACT
An alternative to reducing the impact generated in the cement manufacturing is the
addition of new materials to concrete, this point glass has great potential, presenting
pozzolanic characteristics. This study investigated the influence of the percentage of
cement replacement by glass powder in amounts of 10%, 20% and 30% compared to
conventional concrete. The trace of 1, 1.5, 3, 0.42, was defined by Slump Test, the
specimens produced with dimensions of 5 cm x 10 cm were cured in 7, 14 and 28
days. The mechanical strength tests showed that the samples with 10% glassy
residue at 14 and 28 days of curing had similar mean mechanical strength of
conventional concrete. Absorption fell as increased mechanical strength, this way it
was possible to assess the concrete with waste glassy at 10% levels present
technical feasibility for use in simple concrete.
Key-words: Reject vitreous, resistance, concrete.
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
914
Recommended