B823e Brasil, Matheus Dutra. Orientador: Dr. Orley Magalhães de … · Elaborada pela Biblioteca do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia - Campus Vitória

Elaborada pela Biblioteca do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia - Campus Vitória da Conquista - BA. Bibliotecária - Rita Fonseca CRB - 5 / 1747.

B823e Brasil, Matheus Dutra. Estudo do comportamento do cimento portland com a incorporação de resíduos do beneficiamento de argilas bentonitas. / Matheus Dutra Brasil. - Vitória da Conquista / BA, 2019. 65 f. :il.:color. Orientador: Dr. Orley Magalhães de Oliveira. Coorientador: Dr. Francisco Rolando Valenzuela Diaz.

Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) Engenharia Civil - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia - Campus de Vitória da Conquista - BA, 2019.

1. Sudoeste - Baiano. 2. Bentonita. 3. Cimento. I. Brasil, Matheus Dutra. II. Título. CDD: 624

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA

BAHIA, CAMPUS VITÓRIA DA CONQUISTA

COORDENAÇÃO DO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

ESTUDO DO COMPORTAMENTO DO CIMENTO PORTLAND COM A

INCORPORAÇÃO DE RESÍDUO DO BENEFICIAMENTO DE

ARGILAS BENTONITAS

MATHEUS DUTRA BRASIL

VITÓRIA DA CONQUISTA - BA

FEVEREIRO DE 2019

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA

BAHIA, CAMPUS VITÓRIA DA CONQUISTA

COORDENAÇÃO DO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

ESTUDO DO COMPORTAMENTO DO CIMENTO PORTLAND COM A

INCORPORAÇÃO DE RESÍDUOS DO BENEFICIAMENTO DE

ARGILAS BENTONITAS

MATHEUS DUTRA BRASIL

Proposta de Trabalho de Conclusão de Curso

encaminhado para apreciação do Colegiado do Curso

de Graduação em Engenharia Civil do Instituto

Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia,

campus Vitória da Conquista como requisito parcial

para a obtenção do título de Engenheiro Civil.

Orientador: Dr. Orley Magalhães de Oliveira

Coorientador: Dr. Francisco Rolando Valenzuela Diaz

VITÓRIA DA CONQUISTA - BA

FEVEREIRO DE 2019

Estudo do comportamento do Cimento Portland com a

incorporação de resíduos do beneficiamento de argilas Bentonitas

A presente Monografia, apresentada em sessão pública realizada em 28 de fevereiro de

2019, foi avaliada como adequada para obtenção do Grau de Engenheiro Civil, habilitação

em , julgada e aprovada em sua forma final

pela Coordenação do Curso de Engenharia Civil do Instituto Federal de Educação,

Ciência e Tecnologia da Bahia, campus Vitória da Conquista.

Data da Aprovação: 28 de fevereiro de 2019

BANCA EXAMINADORA

Dr. Orley Magalhães de Oliveira

Orientador – IFBA campus Vitória da Conquista

Dra. Silvana Garcia Viana

IFBA campus Vitória da Conquista

Me. Ricardo Gonçalves Gama da Silva

Universidade Estadual de Feira de Santana

4

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus pela sabedoria e paciência concedida para saber lidar

com os desafios e pela motivação renovada a cada manhã para honrar este compromisso.

Agradeço também a minha família, em especial meus pais, Valdirene e Antônio, pelas

palavras de incentivo e pelo apoio emocional em toda esta jornada. Não poderia deixar

de citar também minha gratidão a Isadora, pela paciência e pelo auxilio na revisão deste

trabalho. Por fim, também expresso minha gratidão aos meus professores e mestres que

fizeram parte da minha vida acadêmica, porém, um agradecimento especial ao meu

orientador Orley Magalhães, por todo suporte oferecido, pelas ideias inovadores,

contribuindo para que este trabalho fosse desenvolvido da maneira mais plena e prazerosa

possível.

5

RESUMO: O sudoeste baiano é um importante produtor de bentonita no Brasil. Para que

haja o beneficiamento desta betonita, resíduos são gerados, sendo estes considerados

passivos ambientais na sua região de produção. Estes resíduos não têm finalidade e são

descartados na natureza. A partir destas constatações, este trabalho foi produzido com o

intuito de apresentar uma solução que minimize os efeitos da poluição provocada por

esses resíduos no meio ambiente. Com base nisso, analisou-se a viabilidade da

incorporação destes resíduos no Cimento Portland. Para desenvolver este estudo, foram

realizados ensaios de finura, ensaios de tempo de pega, ensaios de expansibilidade e

ensaios de resistência característica à compressão. Estes foram confeccionados nas

proporções de 0%, 1%, 2%, 4% e 5% de substituição de Cimento Portland pelo resíduo

da bentonita. Após a análise dos resultados, percebeu-se que somente as incorporações

de 1%, 2% e 4% são aceitáveis para todos os parâmetros analisados neste trabalho. Está

incorporação é conveniente por conta da diminuição do passivo ambiental causado pelos

resíduos e pela economia da matéria prima para a fabricação do cimento.

Palavras-chave: Sudoeste baiano, bentonita, cimento.

ABASTRACT: Southwest of Bahia is a major producer of bentonite in Brazil. For the

beneficiation of this bentonite, wastes are generated, which are considered environmental

liabilities in their production region. These residues have no purpose and are discarded in

nature. From these findings, this work was produced with the intention of presenting a

solution that minimizes the effects of the pollution caused by these residues in the

environment. Based on this, the feasibility of the incorporation of these residues in the

Portland Cement was analyzed. To develop this study, fineness tests, handle time tests,

expansibility tests and compression strength tests were performed. Those were made in

the proportions of 0%, 1%, 2%, 4% and 5% of Portland cement substitution by the

bentonite residue. After the analysis of the results, it was noticed that only the

incorporations of 1%, 2% and 4% are acceptable for all parameters analyzed in this work.

This incorporation is convenient due to the reduction of environmental liabilities caused

by waste and the saving of the raw material for cement manufacturing.

Key word: Southwest Bahia, bentonite, cement.

6

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Esquema de fabricação do cimento...................................................................19

Figura 2. Fluxograma do beneficiamento da bentonita.....................................................23

Figura 3. Cimento Campeão CP II 32 E............................................................................26

Figura 4. Areia antes de ser peneirada..............................................................................27

Figura 5. Areia após a composição granulométrica de areia normal.................................27

Figura 6. Resíduo da bentonita.........................................................................................28

Figura 7. Balança de precisão de 0,01 g de marca Marte e modelo AS2000C. .................29

Figura 8. Estufa de secagem da marca Nova Ética............................................................29

Figura 9. Agitador mecânico de marca Contenco e modelo I-1016-A e peneiras. ............30

Figura 10. Frasco de Chapman........................................................................................31

Figura 11. Proveta com capacidade de 250 ml. ................................................................33

Figura 12. Balança de precisão de 0,001 g da marca Bel e modelo S203. ........................33

Figura 13. Misturar de marca Contento e modelo I-3010. ................................................36

Figura 14. Molde tronco-cônico.......................................................................................37

Figura 15. Aparelho de Vicat da marca Matest e modelo Vicatronic E044N. ..................37

Figura 16. Agulha de “Le Chatelier”. ..............................................................................40

Figura 17. Prensa Hidráulica da marca Matest. ................................................................41

Figura 18. Molde de argamassa de 5 cm de diâmetro e 10 cm de altura. ..........................42

Figura 19. Ensaio de massa específica da areia normal. ...................................................46

Figura 20. Ensaio de Inchamento de Foster. ....................................................................47

Figura 21. Amostras para o ensaio de finura.....................................................................48

Figura 22. Peneira com cimento para ensaio....................................................................48

Figura 23. Ensaio da determinação da água na pasta normal............................................50

Figura 24. Ensaio de tempo de início de pega...................................................................51

Figura 25. Ensaio de tempo de fim de pega......................................................................51

Figura 26. Ensaio de expansibilidade...............................................................................54

Figura 27. Corpos de prova moldados. ............................................................................55

Figura 28. Corpos de prova curando em água. .................................................................55

Figura 29. Rompimento dos corpos de prova na prensa hidráulica. .................................56

7

Figura 30. Ensaio de resistência à compressão- Incorporação de 0 %...............................59





8

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Cimentos produzidos no Brasil.........................................................................15

Tabela 2. Principais óxidos presentes no cimento Portland e sua abreviação...................18

Tabela 3. Principais fases presentes no cimento Portland.................................................18

Tabela 4. Reserva e produção mundial de bentonita.........................................................21

Tabela 5. Exigências física e mecânica mínimas obrigatórias..........................................25

Tabela 6. Exigências mínimas facultativas.......................................................................25

Tabela 7. Massa mínima por amostra de ensaio................................................................30

Tabela 8. Classificação com base no inchamento de Foster..............................................34

Tabela 9. Ensaio granulométrico da areia em seu estado natural......................................44

Tabela 10. Ensaio granulométrico da areia normal...........................................................45

Tabela 11. Resultado dos ensaios de massa específica.....................................................46

Tabela 12. Resultados do ensaio de finura........................................................................49

Tabela 13. Ensaio da pasta de consistência normal...........................................................50

Tabela 14. Penetrações do Aparelho de Vicat para o início de tempo de pega..................52

Tabela 15. Tempo de início de pega.................................................................................52

Tabela 16. Penetrações do Aparelho de Vicat para o fim de tempo de pega......................53

Tabela 17. Tempo de fim de pega.....................................................................................53

Tabela 18. Ensaio de expansibilidade a frio......................................................................54

Tabela 19. Ensaio de expansibilidade a quente.................................................................54

Tabela 20. Quantidade de materiais para moldagem de corpos de prova..........................56

Tabela 21. Ensaio de resistência à compressão- 3 dias.....................................................57

Tabela 22. Ensaio de resistência à compressão- 7 dias.....................................................57

Tabela 23. Ensaio de resistência à compressão- 28 dias...................................................58

9

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO.......................................................................................................10

2. OBEJETIVOS..........................................................................................................11

2.1. Objetivo geral.....................................................................................................11

2.2. Objetivo específica.............................................................................................11

3. REFERENCIAL TEÓRICO..................................................................................14

3.1. Cimento Portland................................................................................................14

3.1.1. Tipos de Cimento Portland.......................................................................14

3.1.2. Materiais utilizados na composição do Cimento Portland.......................14

3.1.3. Processo de fabricação do Cimento Portland..........................................17

3.1.4. Propriedades do Cimento Portland..........................................................19

3.1.4.1. Propriedades físicas......................................................................20

3.1.4.2. Propriedades químicas..................................................................20

3.2. Bentonita............................................................................................................21

3.2.1. Composição química................................................................................21

3.2.2. Propriedades químicas e físicas..............................................................22

3.2.3. Resíduos do beneficiamento da bentonita...............................................22

4. MATERIAIS E MÉTODOS...................................................................................24

4.1. Materiais utilizados............................................................................................24

4.1.1. Cimento Portland.....................................................................................24

4.1.2. Agregado miúdo (areia normal) ..............................................................26

4.1.3. Resíduo da Bentonita...............................................................................28

4.2. Ensaios utilizados na caracterização dos materiais............................................28

4.2.1. Ensaio de granulometria ..........................................................................28

4.2.2. Ensaio de massa específica......................................................................31

4.2.3. Ensaio de inchamento de Foster...............................................................32

4.3. Ensaios utilizados na caracterização da incorporação........................................34

4.3.1. Ensaio de finura ......................................................................................34

4.3.2. Ensaio da consistência da pasta de Cimento Portland.............................36

4.3.3. Ensaio de tempo de pega..........................................................................38

4.3.4. Ensaio de expansibilidade........................................................................40

10

4.3.5. Ensaio de Resistência à compressão........................................................41

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO.............................................................................43

5.1. Ensaios utilizados na caracterização dos materiais............................................44

5.1.1. Ensaio de granulometria...........................................................................44

5.1.2. Ensaio de massa específica......................................................................46

5.1.3. Ensaio de inchamento de Foster...............................................................47

5.2. Ensaios utilizados na caracterização da incorporação........................................48

5.2.1. Ensaio de finura.......................................................................................48

5.2.2. Ensaio da consistência da Pasta de Cimento Portland.............................49

5.2.3. Ensaio de tempo de pega..........................................................................51

5.2.4. Ensaio de expansibilidade........................................................................53

5.2.5. Ensaio de resistência à compressão.........................................................55

6. CONCLUSÃO..........................................................................................................61

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................63

11

1. INTRODUÇÃO

Segundo Silva e Ferreira apud Darley (2008), o termo bentonita deriva do primeiro

depósito comercial desta argila nos Estados Unidos. Esta argila apresentava a propriedade

de aumentar várias vezes o seu volume quando em contato com água. Em 1897, Knight

denominou-a de bentonita.

De acordo com Luz et al (2001), as bentonitas são utilizadas principalmente para:

Agente tixotrópicos de fluídos de perfuração de poços de petróleo e água

subterrânea, e também na pelotização de minérios de ferro;

Aglomerante de areias de moldagem usadas em fundição;

Descoramento de óleos vegetais, minerais e animais;

Carga de borracha, papéis, sabões, tintas;

Clarificante de caldo de cana de açúcar e bebidas em geral;

Carga detergente e na clarificação de águas,

Impermeabilizante de barragens, canais e solos;

Produtos cerâmicos e refratários;

Suspensor de inseticidas e fertilizantes.

Conforme Silva et al (2008), para que a bentonita seja utilizada para fins comerciais,

é necessário que haja o beneficiamento para que sejam retiradas suas impurezas. Para que

ocorra o beneficiamento desta bentonita, são gerados resíduos (impurezas). Este resíduo

gerado é considerado um passivo ambiental, pois não têm ainda uma utilidade satisfatória

e é descartado na natureza, causando alterações na paisagem, além de influenciar

negativamente na fauna e flora da região onde ocorre o beneficiamento. Esses prejuízos

que ocorrem na fauna e flora são ocasionados majoritariamente por conta da alteração do

habitat dos animais e plantas da região. A partir do conhecimento do passivo ambiental

causado pelos resíduos do beneficiamento da bentonita, surge a necessidade do

reaproveitamento deste material. Foi incorporado, então, os resíduos da bentonita em

Cimento Portland, que é um material bastante utilizado na construção civil.

Segundo Pedroso (2009), o cimento Portland é o segundo material mais utilizado

no mundo pelo homem, perdendo apenas para a água que é o principal material. A sua

importância vem das suas propriedades aglomerantes, que, quando endurecido, tem

12

resistência similar à uma rocha artificial e uma durabilidade satisfatória para as

construções.

A partir do conhecimento da importância do cimento e da grande escala de

utilização deste produto, entende-se que a incorporação de algum passivo ambiental nele

pode ser bastante importante para a natureza, tanto na questão da economia de matéria-

prima para a fabricação do cimento, quanto na finalidade que passa a ser dada aos resíduos

que seriam descartados na natureza.

O município de Vitória da Conquista é um importante produtor de bentonita no

Brasil. Segundo Coelho (2009), esta produção ainda recente, que foi inaugurada somente

em 2007, é parte do empreendimento mineral da Companhia Brasileira de Bentonita

(CBB), em propriedade da Geosol, empresa especializada em sondagens e perfuração de

poços artesianos. Neste local, a capacidade instalada pela CBB era de 60 mil t/ ano de

bentonita ativa no ano de 2007. Atualmente, segundo funcionários da CBB instalada em

Vitória da Conquista, são beneficiados cerca de 200 mil t/ano de bentonita. Já em nível

de Brasil, de acordo com Cutrim, Martín-Cortés e Valenzuela-Diáz (2015), no ano de

2011, a produção de bentonita ativada no Brasil foi de 270 mil toneladas.

13

2. OBJETIVOS

2.1. Objetivo Geral

-Incorporar o resíduo gerado no beneficiamento da bentonita no cimento Portland,

na região Vitória da Conquista, no Sudoeste baiano, buscando a minimização dos

problemas ambientais causados por este resíduo.

2.2. Objetivos Específicos:

-Caracterizar o resíduo do beneficiamento da bentonita quanto ao inchamento.

-Caracterizar o cimento com a incorporação do resíduo da bentonita por meio de

diversos ensaios previstos na NBR 16697 (2018).

-Analisar a viabilidade técnica da incorporação dos resíduos da bentonita ao

Cimento Portland.

14

3. REFERENCIAL TEÓRICO

3.1. Cimento Portland

Segundo a Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP), a palavra cimento

advém do latim CAEMENTU, designando uma pedra natural de rochedos e não

esquadrejada. Mesmo sendo utilizado há cerca de 4500 anos, foi somente em 1756 que o

desenvolvimento do Cimento Portland foi alcançado. Isso deveu-se ao inglês John

Smeaton que obteve um cimento com alta resistência a partir da calcinação de calcários

moles e argilosos. Pouco tempo depois, em 1818, o francês Vicat chegou a resultados

semelhantes com a mistura de compostos argilosos e calcários. Em 1824, outro inglês,

Joseph Aspdin, queimou em conjunto pedras calcárias e argila, transformando esta

mistura em pó fino. No mesmo ano, percebeu-se que este pó, após entrar contato com

água e secar, alcançava resistências iguais as pedras utilizadas na construção. A mistura

foi patenteada com o nome de Cimento Portland, pois apresentava propriedades

semelhantes às rochas da ilha britânica de Portland.

Segundo Pedroso (2009), mesmo tendo o mesmo nome do produto patenteado por

Aspdin, o Cimento Portland atual não possui a mesma composição do patenteado por ele.

Nos dias de hoje, o cimento é fabricado pela queima de uma mistura constituída por rocha

calcária e argila, finamente moídas, até sua fusão incipiente, resultando numa substância

denominada clínquer. Os fornos que Aspdin disponha para conseguir clínquer na época

eram limitados, além da proporção da mistura não ser definida na patente. Esses fornos

eram construídos na forma de garrafa e em alvenaria, com aproximadamente 12 m de

altura e 5,6 m de diâmetro. Eles queimavam a mistura imperfeitamente por conta de suas

grandes dimensões, o que requeria um custoso trabalho de inspeção e classificação

manual, sendo processo bastante anti-econômico (o consumo de coque podia atingir mais

da metade do peso de cimento produzido).

3.1.1. Tipos de Cimento Portland

Segundo Pereira (2019), há uma grande diversidade de cimentos produzidos no

Brasil. Cada um apresenta uma composição diferente do outro, de forma a fornecer ao

15

concreto ou argamassa uma característica particular, como: maior trabalhabilidade,

durabilidade, resistência, aparência, etc. A tabela 1 mostra a diversidade de cimento

produzido no Brasil, com sua classe de resistência.

Tabela 1. Cimentos produzidos no Brasil

Fonte: Própria, 2019.

A partir de 2018, as normas do Cimento Portland foram reunidas em uma só norma,

a NBR 16697 (2018). Desta maneira, os requisitos mínimos para os diversos tipos de

cimento podem ser encontrados nessa norma. Com base em Pugliesi (2017), a seguir estão

algumas das características dos tipos de cimentos mais comuns.

a) Cimento Portland Comum (CP I)

Este tipo de cimento não possui adições, com exceção do gesso, o qual é utilizado

para controlar o tempo de pega (tempo necessário para o endurecimento parcial do

composto), possibilitando maior tempo de aplicação. É recomendado para obras em que

não são exigidas propriedades especiais do cimento. A classe de resistência desse cimento

é de 25 MPa.

b) Cimento Portland Composto (CP II)

Pode possuir adições de escória, pozolana ou fíler em pequenas quantidades. Ele

possui desempenho equivalente ao CP I, atendendo plenamente às necessidades da

maioria das aplicações usuais, apresentando, em casos de condições ambientais adversas,

vantagens adicionais como menor calor de hidratação. As classes de resistência para este

cimento são: 25 MPa, 32 MPa e 40 MPa.

RESISTÊNCIA (Mpa)

CP I CIMENTO PORTLAND COMUM 25

CP II CIMENTO PORTLAND COMPOSTO 25, 32 OU 40

CP III CIMENTO PORTLAND DE ALTO-FORNO 25, 32 OU 40

CP IV CIMENTO PORTLAND POZOLÂNICO 25 OU 32

CP V- ARI CIMENTO PORTLANDO DE LATA RESISTÊNCIA INICIAL VARIADA

CP- RS CIMENTO PORTLAND RESISTENTE A SULFATOS 25, 32 OU 40

CP- BC CIMENTO PORTLAND DE BAIXO CALOR DE HIDRATAÇÃO 25, 32 OU 40

CP- B CIMENTO PORTLAND BRANCO 25, 32 OU 40

TIPO DE CIMENTO

16

c) Cimento Portland de escória de Alto-Forno (CP III)

Este cimento possui escória de alto-forno em quantidade que varia de 35 a 70%

de sua massa. São características principais dele: impermeabilidade, durabilidade, baixo

calor de hidratação e alta resistência à expansão e a sulfatos (reações álcali-agregado).

Por tanto ele é vantajoso em obras de concreto massa, tais como a construção de

barragens. As classes de resistência para este cimento são: 25 MPa, 32 MPa e 40 MPa.

d) Cimento Portland Pozolânico (CP IV)

É constituído por uma quantidade de pozolana que varia de 15 a 50% de sua

massa. As principais propriedades desse cimento são baixa permeabilidade, baixo calor

de hidratação, alta durabilidade, alta resistência à compressão a idades avançadas, e

estabilidade no uso com agregados reativos e em ambientes de ataque ácido, em especial

de ataque por sulfatos. Por conta dessas propriedades ele é recomendado para obras

expostas à ação de água corrente e para ambientes agressivos. As classes de resistência

para este cimento são: 25 MPa e 32 MPa.

e) Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V – ARI)

Este cimento atinge altas resistências já nos primeiros dias de aplicação. Essa

propriedade ocorre pela utilização de uma dosagem específica de calcário e argila na

produção de clínquer e pela moagem mais fina do cimento fazendo com que reaja mais

rápido com a água. Este cimento é usado por fábricas de peças de concreto pré-fabricado

de blocos para alvenaria, blocos para pavimentação, de tubos, lajes, meio-fio, mourões,

postos e de elementos arquitetônicos pré-moldados, que necessitam de um cimento de

elevada resistência inicial para a rápida desforma.

f) Cimento Portland Resistente a Sulfatos (RS)

Este cimento é recomendado para obras em ambientes agressivos, tais como: redes

de esgotos e obras em regiões litorâneas, subterrâneas e marítimas. Os cinco tipos de

17

cimento expostos anteriormente podem ser resistentes a sulfatos, caso observem os

parâmetros para essa propriedade.

g) Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC)

São cimentos de baixo calor de hidratação os cimentos que demonstrem uma

dissipação mais prolongada do calor gerado durante a hidratação do cimento. São

recomendados para grandes concretagens, sendo indispensável o controle de fissuras de

origem térmica, como em obras hidráulicas.

h) Cimento Portland Branco (CPB)

Este cimento deve ter índice de brancura maior que 78%. Portanto, é o cimento

que possui coloração diferenciada da coloração natural cinza. Para sua obtenção, as

matérias-primas devem ter baixos teores de óxido de ferro e manganês e estar em

condições mais severas de resfriamento. Ele é bastante utilizado em projetos

arquitetônicos em que o concreto ficará aparente ou em rejuntes para azulejos, podendo

receber pigmentos para que sua coloração seja alterada.

3.1.2. Materiais utilizados na composição do Cimento Portland

Segundo Bauer (2011), o Cimento Portland é composto basicamente por: cal (CaO),

sílica (SiO2), alumina (Al2O3), óxido de ferro (Fe2O3), magnésia (MgO), anidrido

sulfúrico (SO3), além de constituintes menores, impurezas, óxido de sódio (Na2O), óxido

de potássio (K2O), óxido de titânio (TiO2).

18

Tabela 2. Principais óxidos presentes no cimento Portland e sua abreviação

Óxidos Abreviação

CaO C

SiO2 S

Al2O3 A

Fe2O3 F

MgO M

SO3 S

H2O H Fonte: Batiston, 2012.

Além desses elementos, o cimento também contém o gesso (gipsita- CaSO4),

podendo também conter escória de alto forno, pozolana ou fíler. A divisão dos

componentes do Cimento Portland é de aproximadamente 95 a 96 % de cal, sílica,

alumina e óxido de ferro, 2 a 3 % de magnésia e 1 % os outros óxidos.

Ainda de acordo com Bauer (2011), após a mistura dos constituintes, ela é

pulverizada e homogeneizada, submetendo-se ao calor no forno de cimento, até a

temperatura de fusão, gerando desta maneira o clinker. Com esse processo, a partir de

combinações são gerados os seguintes compostos: silicato tricálcico (C3S), maior

responsável pela resistência no primeiro mês, silicato bicálcico (C2S), maior responsável

pelo ganho de resistência em idades mais avançadas, aluminato tricálcico (C3A),

responsável pelo ganho de resistência no primeiro dia, contribuindo também para o calor

de hidratação, especialmente no início do período de cura e ferro aluminato tetracálcico

(C4AFe), que não contribui para a resistência. Outro importante componente constituinte

do Cimento Portland é o gesso, que contribui para o controle do tempo de pega do

cimento.

Tabela 3. Principais fases presentes no cimento Portland

Fase Proporção (%) Fórmula Abreviação

Silicato Tricálcico 35 – 65 Ca3Si2O5 C3S

Silicato Dicálcico 10 – 40 Ca2SiO4 C2S

Aluminato de cálcio 0 – 15 Ca3Al2O6 C3A

Ferro Aluminato tetracálcico 5 – 15 Ca4Al2Fe2O10 C4AFe

Sulfato de cálcio (gipsita) 3 CaSO5H4 CSH2 Fonte: Batiston, 2012.

19

3.1.3. Processo de fabricação do Cimento Portland

Conforme Bauer (2011), os locais de produção de cimento geralmente são próximos

às jazidas, garantindo uma condição favorável ao transporte, por ser um produto barato

que não comporta frete a grandes distâncias. As operações principais de fabricação do

Cimento Portland são: extração da matéria-prima, britagem, moedura e mistura, queima,

moedura do clinker e expedição. Após a extração da matéria-prima por meio de

exploração de pedreiras, esta, quando rochosa, é britada para a redução no tamanho dos

grãos.

Após o processamento da matéria prima por via seca ou úmida, os produtos destes

dois processos se encontram e alimentam o forno, com a mistura pulverulenta proveniente

da via seca e a lama proveniente da via úmida. Neste processo ocorre a formação do

clinker, que sai do forno com altas temperaturas e é resfriado mediante corrente de ar ou

por ação da água.

Após o clinker ser resfriado, ele é misturado com a gipsita para controle do tempo

de pega e é conduzido ao moinho de bola conjugado com um separador de ar, onde é

moído. O clinker pulverizado é conduzido pneumaticamente aos separadores de ar, um

ciclo que reconduz os grãos de grande tamanho ao moinho e os de menor tamanho, o

cimento Portland propriamente dito, para os silos de estocagem. Por fim, o cimento é

ensacado e transportado para o local de uso.

Figura 1. Esquema de fabricação do cimento.

Fonte: Cimento Mauá, 2017.

20

3.1.4. Propriedades do Cimento Portland

Segundo Bauer (2011), as propriedades do cimento Portland são divididas em

propriedades físicas e químicas. As propriedades físicas são divididas em três aspectos:

propriedades em condição natural, em pó; propriedades da mistura de cimento e água; e,

por fim, propriedades das misturas de cimento, água e agregados. Já as propriedades

químicas são intimamente ligadas ao processo de endurecimento por hidratação.

3.1.4.1. Propriedades físicas

Ainda segundo Bauer (2011), a densidade do cimento é considerada como 3,15

g/cm3, podendo variar para valores um pouco menores. Já a densidade aparente no

armazenamento e manuseio do produto pode chegar a 1,5 g/cm3. A finura pode ser medida

tanto pelo tamanho máximo do grão do cimento, quanto pela superfície específica. Com

o aumento da finura, têm-se a melhoria na resistência, diminuição da exsudação, aumento

da permeabilidade, aumento da trabalhabilidade e coesão dos concretos além de diminuir

a expansão por autoclave. O tempo de pega é o tempo em que a pasta adquire consistência

imprópria para o trabalho. Outro fenômeno importante que acontece com o cimento em

pasta é a exsudação. Nele, os grãos de cimento que são mais pesados que a água que o

envolvem, sedimentam, gerando um excesso de água na parte superior.

3.1.4.2. Propriedades químicas

Ainda segundo Bauer (2011), o cimento possui propriedades químicas que são

intimamente ligadas ao endurecimento por hidratação. Uma das propriedades químicas

do cimento é a estabilidade, que é a característica ligada à ocorrência eventual de

expansões volumétricas indesejáveis após o endurecimento do concreto, sendo resultado

da hidratação da cal e magnésia livre nele presentes. Outra propriedade é o calor de

hidratação, gerado no momento do endurecimento do concreto. Esse calor é de suma

importância, devido aos problemas gerados ao fim do resfriamento com o aparecimento

de trincas. A reação álcali-agregado consiste na formação de produtos gelatinosos

acompanhada de expansão do volume pela combinação dos álcalis do cimento com a

sílica ativa finamente dividida.

21

3.2. Bentonita

Segundo Silva e Ferreira apud Ross e Shannon (2008), a bentonita é uma argila

constituída principalmente por um argilomineral montmorilonítico (esmectítico). O

processo que dá origem a esta argila é a desvitrificação e posterior alteração química de

material vítreo, de origem ígnea, geralmente um tufo ou cinza vulcânica em ambientes

alcalinos de circulação restrita de água. Por conta da estrutura cristalina da bentonita,

ocorre a adsorção de cátions, atribuindo-lhes propriedades físico-química específicas. A

partir destas características, às argilas bentoníticas possuem uma série de propriedades

características, como tixotropia, plasticidade e elevada capacidade de troca catiônica,

sendo elas responsáveis por uma grande quantidade de utilizações industriais. Algumas

delas são: aglomerante de minérios (pelotização de minério de ferro) e de areias de

moldagem em fundição, agentes tixotrópicos em lamas de perfuração para sondagens

(indústria do petróleo), descoramento de óleos, construção civil (paredes contínuas/

impermeabilizante), e como carga mineral em tintas, esmaltes e vernizes. No entanto, a

bentonita apresenta cerca de 140 usos/funções na indústria.

A produção mundial de bentonita no ano de 2014, segundo DNPM/DIPLAM e

USGS-Mineral Commodity Summaries (2014), foi de 10.139.000 toneladas. A tabela 4

mostra a reserva e produção mundial.

Tabela 4. Reserva e produção mundial de bentonita

Fonte: DNPM/DIPLAM e USGS-Mineral Commodity Summaries 2014.

3.2.1. Composição química

Conforme Leite et al. apud Santos e Morgado (2008), o argilomineral predominante

na bentonita, a montmorilonita, pertence ao grupo das esmectitas diactaédricas e possuem

a estrutura em camadas 2:1. Nos espaçamentos das camadas existem cátions trocáveis,

Na+ e/ou Ca2+, que balanceiam a deficiência de carga resultante da substituição isomórfica

22

nos sítios tetraédricos provenientes da troca do Si4+ pelo Al3+ e nos sítios octaédricos do

Al3+ pelo Mg2+ ou do Mg2+ pelo Li+. As diferenças em carga nas camadas, sua origem e

os cátions interlamelares provocam diferenças nas propriedades físicas, químicas e

tecnológicas.

3.2.2. Propriedades físicas e químicas

A bentonita é a argila que mais possui usos industriais, isso por ser bastante versátil

e com estrutura adequada para a obtenção de produtos com alto valor agregado. Uma de

suas principais propriedades, que colabora para isso é a elevada capacidade de troca de

cátions em função das substituições isomórficas, além disso, tem-se a facilidade de

intercalação com inúmeros compostos orgânicos e inorgânicos possibilitando a obtenção

de produtos que podem ser utilizados em vários produtos industriais.

Essa argila montmorilonita, segundo Luz e Oliveira (2008), possui uma

característica física bastante peculiar, quando em contato com a água, ela expande várias

vezes o seu volume, formando géis tixotrópicos, ou seja, apresentam um incremento de

viscosidade quando em condições estáticas pela formação do estado gel, ou a recuperação

da fluidez (estado sol), quando submetido a condições dinâmicas.

3.2.3. Resíduos do beneficiamento da Bentonita

Conforme Silva et al (2008), as bentonitas são constituídas por 80 % pelo

argilomineral montmorilonita e 20 % por impurezas que podem ser minerais (quartzo,

caulinita, moscovita, feldspato, etc) ou orgânicas (ácidos húmicos). De acordo com

funcionários da CBB em Vitória da Conquista, os resíduos gerados pelo beneficiamento

da bentonita nessa região gera aproximadamente 5 % de resíduos (10 mil t/ ano de

resíduos). Segundo LUZ et al (2001), os processos do sistema de beneficiamento (limpeza

das impurezas, ou uma parte delas pelo menos) se iniciam com inserção de barrilha

(Na2CO3) em 3% na bentonita em um pátio de homogeneização. Feito isso, o material

homogeneizado é levado a uma moega de alimentação na usina. Um alimentador então

retira o material da moega, a uma taxa de 4 t/h, e descarrega em um desintegrador de rolo.

Deste equipamento a bentonita segue por transportador de correia para outro misturador.

Em seguida a bentonita homogeneizada vai para um misturador de parafuso para adição

23

de água. A mistura, com umidade com cerca de 34 %, tem a finalidade de promover maior

contato de barrilha com a montmorilonita.

A partir do misturador de parafuso, a bentonita continua por transportador de

correia para um laminador de rolos, sendo então enviada por transportador de correia para

o pátio de cura e secagem ao sol por um período de 48 a 180 horas. Quando a bentonita

ativada atinge o nível de umidade em torno de 12%, segue para a etapa seguinte de

moagem.

A bentonita ativa e seca é alimentada em um moinho pendular. Injeta-se então

uma corrente de ar na parte inferior do moinho, a fim de levar o produto da moagem para

um classificador pneumático. O underflow deste processo constitui o produto da moagem,

e é acondicionado em sacos de 50 kg. No overflow, parte do fluxo volta ao moinho e os

finos são coletados em um filtro de mangas. Estas etapas estão demonstradas no

fluxograma da figura 2.

Figura 2. Fluxograma do beneficiamento da bentonita

Fonte: Luz et al., 2001

24

4. MATERIAIS E MÉTODOS

Neste capítulo serão apresentados os materiais e metodologia empregada na

execução deste trabalho. Serão detalhadas as duas etapas metodológicas utilizadas, que

foram a caracterização dos materiais utilizados e a caracterização do cimento natural e o

obtido a partir da incorporação do resíduo da bentonita. Os ensaios realizados com o

cimento natural serão tratados no subtópico sobre a incorporação, sendo a amostra com

0% de resíduo de bentonita, isso porque os ensaios feitos com o cimento natural devem

ser feitos também com o cimento incorporado.

4.1. Materiais utilizados

Os materiais utilizados para a realização dos ensaios foram Cimento Portland,

agregado miúdo (areia normal para o ensaio de resistência à compressão do cimento) e

resíduo do beneficiamento da bentonita.

4.1.1. Cimento Portland

O Cimento Portland utilizado foi da marca Campeão e do tipo CP II 32 E. A sigla

CP representa o Cimento Portland; já o II, significa que ele é um cimento composto; o 32

é a sua categoria de resistência e a letra E mostra e o tipo de composto, que neste caso é

a escória de alto-forno. Este cimento é normalizado pela NBR 16697 (2018). As tabelas

5 e 6 mostram as exigências físicas e mecânicas mínimas obrigatórias e as exigências

mínimas facultativas, respectivamente.

25

Tabela 5. Exigências físicas e mecânicas mínimas obrigatórias

Fonte: NBR 16697, 2018.

Tabela 6. Exigências mínimas facultativas.

Fonte: NBR 16697, 2018.

26

Segundo o site cimento.org, o cimento campeão é fabricado pela empresa CRH

Brazil, que iniciou suas operações no Brasil em agosto de 2015. Conforme o site da

empresa CRH Brasil, as principais aplicações deste cimento são concretos estruturais e

convencionais (lajes, vigas e pilares), argamassas colantes, argamassas para reboco e

concreto para enchimento de passeios. O cimento utilizado foi comprado em uma loja de

material de construção na região de Vitória da Conquista.

A figura 3 retrata o cimento utilizado para ensaio.

Figura 3. Cimento Campeão CP II 32 E


4.1.2. Agregado miúdo (areia normal)

Para se conseguir o agregado miúdo na condição de areia normal, segundo a NBR

7214 (1982), foi utilizada uma areia em seu estado natural da região de Vitória da

Conquista. Quando foi feito o ensaio granulométrico desta areia, percebeu-se que ela não

tinha a composição granulométrica necessária para ser uma areia normal, segundo a NBR

7214 (1982). Com isso, para se conseguir uma areia com granulometria de areia normal,

o procedimento feito foi peneirar esta areia com as peneiras de abertura de 2,4 mm, 2,0

mm, 1,18 mm, 0,60 mm, 0,30 mm e 0,15 mm, com o intuito de separar o material retido

27

nestas peneiras, a fim de misturá-los posteriormente, buscando o percentual exigido nesta

NBR para cada granulometria. As peneiras de 2,4 mm e 2,0 mm serviram apenas para

separar os grãos de tamanhos maiores que 2,0 mm, pois o material retido nelas foi

descartado, não sendo utilizado na composição final da areia normal. A quantidade de

areia normal necessária para o ensaio de compressão do cimento era de 21,760 kg. Para

ter uma quantidade a mais para o caso de algum imprevisto, foi preparada uma quantidade

de 24 kg de areia normal. Foi peneirado uma quantidade de 6 kg (25%) retido para cada

uma das seguintes peneiras: 0,15 mm, 0,30 mm, 0,60 mm e 1,20 mm. Após o

peneiramento, o material foi misturado e feito um ensaio granulométrico para

comprovação da granulometria conforme a NBR 7214 (1982). A seguir, tem-se duas

figuras da areia, uma antes de ser peneirada, em seu estado natural, como indica a Figura

4, e outra após a composição granulométrica de uma areia normal, indicada pela Figura

5.

Figura 4. Areia natural


Figura 5. Areia após a composição granulométrica de areia normal


28

4.1.3. Resíduo da Bentonita

Para a incorporação no cimento foi utilizado o resíduo da bentonita, que foi

fornecido pela empresa Companhia Brasileira de Bentonita LTDA, localizado na cidade

de Vitória da Conquista, na região do Pradoso. Este material foi utilizado conforme

encontrado em campo, sem nenhum tipo de beneficiamento, como peneiramento ou

retirada de impurezas. É ilustrada na figura 6 p resíduo da bentonita utilizada.

Figura 6. Resíduo da bentonita


4.2. Ensaios utilizados na caracterização dos materiais

Os ensaios de caracterização preliminares foram feitos somente no resíduo da

bentonita e na areia utilizada para o ensaio de resistência à compressão do cimento. Os

ensaios do cimento estão descritos no tópico 4.3 para uma melhor divisão e entendimento,

uma vez que o cimento foi ensaiado tanto puro, quanto com a incorporação do resíduo da

bentonita.

Para a caracterização do resíduo foi feito o ensaio de inchamento de Foster e para a

caracterização da areia utilizada no ensaio de resistência à compressão, foram realizados

os ensaios de granulometria e massa específica.

4.2.1. Ensaio de granulometria

O ensaio granulométrico da areia e do resíduo da bentonita foi feito de acordo com

a NBR 7217 (1987). Já a areia normal, que é um material de referência utilizado por todos

29

os laboratórios nacionais que realizam ensaios físico-mecânicos de cimento Portland, foi

obtida a partir da areia natural e teve o seu ensaio granulométrico com base na NBR 7214

(1982). Primeiramente foi feito o ensaio da areia com características naturais, sendo

selecionadas as peneiras da série normal com diâmetros: 76,00 mm, 38,00 mm, 19,0 mm,

9,50 mm, 4,80 mm, 2,40 mm, 1,20 mm, 0,60 mm, 0,30 mm e 0,15 mm. Para a execução

do ensaio, foram utilizados os seguintes equipamentos: balança de precisão de 0,01 g da

marca Marte e modelo AS2000C, estufa para secagem de marca Nova Ética, peneiras das

séries normal, tampa e fundo e agitador mecânico de peneiras da marca Contenco e

modelo I-1016-A. As figuras 7, 8 e 9 demonstram os materiais utilizados.

Figura 7. Balança de precisão de 0,01 g de marca Marte e modelo AS2000C.


Figura 8. Estufa de secagem da marca Nova Ética.


30

Figura 9. Agitador mecânico de marca Contenco e modelo I-1016-A e peneiras.


Para a realização do ensaio, foram utilizadas duas amostras iguais denominadas de

M1 e M2 que foram secas na estufa a 105° C por 24 horas e esfriadas a temperatura

ambiente.

Tabela 7. Massa mínima por amostra de ensaio

Fonte: NBR 7217, 1987.

Segundo a tabela 7 da NBR 7217 (1987), como a dimensão máxima característica

do agregado foi menor que 4,8 mm, as duas amostras tiveram massa de 0,5 kg. Após as

peneiras serem encaixadas em ordem crescente da base para o topo, a amostra foi

colocada sobre a peneira superior e o conjunto foi agitado com o agitador mecânico por

tempo de 10 minutos, para que houvesse uma separação prévia dos diferentes tamanhos

31

de grãos do material. Feito isso, as peneiras foram sendo retiradas de cima para baixo, e

agitadas manualmente por pelo menos 2 minutos com uma tampa e fundo com

movimentos verticais e circulares. O material que ficou sob a peneira foi retirado e pesado

e o material que ficou no fundo foi colocado na próxima peneira, de abertura menor,

sendo o processo repetido. A partir da massa retida em cada peneira, foi feito o percentual

de cada peneira e o acumulado. Com esses dados foi possível encontrar o modulo de

finura (soma das porcentagens acumuladas em massa em cada peneira dividida por 100)

e a dimensão máxima do agregado (malha da peneira que apresenta um percentual

acumulado igual ou imediatamente inferior a 5 %).

O ensaio granulométrico para a areia normal foi baseado na NBR 7214 (1982) e é

bastante semelhante ao da NBR 7217 (1987). A diferença está nas peneiras utilizadas e

na quantidade de material ensaiado, sendo 1 kg por amostra neste caso. Para este ensaio

ensaio, as peneiras utilizadas foram: 0,15 mm, 0,30 mm, 0,60 mm, 1,18 mm, 2,00 mm e

2,40 mm.

4.2.2. Ensaio de massa específica

O ensaio da massa específica foi realizado em concordância com a NBR 9776

(1987). Os equipamentos utilizados foram: balança com precisão de 0,01 g da marca

Marte e modelo AS2000C (figura 7), frasco de 450 cm³ (frasco de Chapman). A figura

10 mostra o franco de Chapman.

Figura 10. Frasco de Chapman


32

Para iniciar o ensaio, foi colocada água no frasco até marca de 200 cm3, deixando-

o em repouso, para que a água aderida às faces internas escorram totalmente. O próximo

passo foi colocar 500 g de agregado miúdo seco no frasco de Chapman sendo agitado

para eliminação das bolhas de ar. A leitura do nível atingido pela água no gargalo do

frasco indica o volume, em cm3, ocupado pelo conjunto água-agregado miúdo.

Após ler o nível final do volume do conjunto água-agregado miúdo, foi utilizada a

equação 1 para encontrar a massa específica:

𝛾 =500

𝐿−200 Eq. 1

Onde;

𝛾 = Massa específica do agregado miúdo;

L= leitura do frasco (volume ocupado pelo conjunto água-agregado miúdo) em

cm³.

A NBR 9776 (1987) preconiza que devem ser feitos dois ensaios com a mesma

amostra. Os valores determinados com as amostras não devem diferir entre si de mais de

0,05 g/cm3.

4.2.3. Ensaio de Inchamento de Foster

O ensaio de Inchamento de Foster foi realizado segundo indicações de

VALENZUELA-DIAZ (1994). Os equipamentos utilizados foram proveta com

capacidade de 250 ml e balança de precisão de 0,001 g da marca Bel e modelo S203. As

figuras 11 e 12 indicam estes equipamentos.

33

Figura 11. Proveta com capacidade de 250 ml.


Figura 12. Balança de precisão de 0,001 g da marca Bel e modelo S203.


Para a realização deste ensaio, primeiramente se pesou 1 g de argila

apropriadamente em vidro de relógio sobre balança analítica, e aferiu-se proveta de 100

ml com solvente (para este caso foi a água). Adicionou-se lentamente a argila na proveta,

de modo que decantasse no solvente por gravidade. Ao terminar a adição, realizou-se

leitura imediata do nível de argila na proveta (ml), após 1 hora, e depois, 24 horas.

Segundo Valenzuela-Diaz apud SILVA (2011), a partir de estudos na Escola

Politécnica da Universidade de São Paulo (LMPSol/ EPUSP), foram adotadas as

34

considerações da tabela 8 para a classificação do resíduo da bentonita com base no ensaio

de inchamento de Foster.

Tabela 8. Classificação com base no inchamento de Foster.

Concentração Classificação

Igual ou inferior a 2mL/g; Não-Inchamento

3 a 5 mL/g; Baixo

6 a 8 mL/g; Médio

Acima de 8 mL/g; Alto Fonte: Silva, 2011.

4.3. Ensaios utilizados na caracterização da incorporação

Os ensaios realizados para a caracterização da incorporação foram retirados da

NBR 16697 (2018), sendo feitos somente os ensaios físico e mecânicos. Estes ensaios

foram: ensaio de finura, ensaio da água de consistência da pasta, ensaio do tempo de pega,

ensaio de expansibilidade e ensaio de resistência à compressão.

4.3.1. Ensaio de Finura

O ensaio de finura foi feito com base na MB 3432 (1991). Para execução do ensaio,

foram utilizados os seguintes equipamentos: balança de marca Marte com precisão de

0,01 g e modelo AS2000C (figura 7), peneira de 75 μm, espátulas, tampa, fundo, pincéis,

bastão, flanela, cronômetro (foi utilizado um cronômetro de celular) e um vidro relógio.

Para o início do processo, foi utilizada uma peneira limpa e totalmente seca, para

que não influenciasse na coleta dos resultados. Feito isso, colocou-se 50 g da amostra de

cimento, puro ou com o acréscimo do resíduo da bentonita sobre a peneira e peneirou-se

com movimentos de vai e vem na horizontal por 5 minutos. Então a peneira foi tampada

e o fundo retirado, dando golpes suaves no rebordo exterior com o bastão para desprender

as partículas aderidas à tela e ao caixilho da peneira.

Toda a superfície inferior da tela da peneira foi limpada com o auxílio do pincel

médio, encaixando-a no fundo após a limpeza deste com a flanela. A tampa foi retirada e

continuado o peneiramento com suaves movimentos de vai e vem horizontais, durante 15

minutos, girando o conjunto e limpando a tela com o pincel médio a intervalos regulares.

35

Nesta operação, o material movimentou-se de maneira que ficou uniformemente

espalhado sobre toda a superfície da tela. Por fim, a tampa foi colocada e a tela e o fundo

limpados como indicado anteriormente e o material passante na peneira foi desprezado,

para que no próximo passo fosse pesado o material passante até que correspondesse a

0,1% da massa inicial.

A tampa e o fundo foram colocados na peneira, sendo segurado o conjunto com as

duas mãos e, mantendo-o ligeiramente inclinado, foram feitos movimentos rápidos de vai

e vem durante 60 segundos, girando o conjunto com cerca de 60º a cada 10 segundos.

Completado esse período, a tela da peneira foi limpada com o auxílio do pincel médio,

recolhendo todo o material e transferindo-o para o fundo. Todo o material do fundo

(passante) foi juntado e recolhido todos os grãos nele contidos com auxílio do pincel

pequeno e passando-o para um recipiente (vidro-relógio) para ser pesado com precisão

de 0,01 g. Se a massa do material passante fosse superior a 0,05 g, esta seria desprezada.

Esta etapa foi repetida até que a massa de cimento que passa durante um minuto de

peneiramento contínuo fosse inferior a 0,05 g (0,1% da massa inicial).

O cimento retido na peneira foi transferido para um recipiente (vidro-relógio) a fim

de ser pesado, tomando-se o cuidado de limpar com o pincel médio ambos os lados da

tela para garantir a remoção e tomada de todo o material retido pela peneira. A pesagem

desse resíduo foi feita com uma balança de precisão de 0,01 g.

𝐹 =𝑅𝐶

𝑀x100 Eq. 2

Onde:

F = índice de finura do cimento, em porcentagem

R = resíduo do cimento na peneira 75 μm, em g

M = massa inicial do cimento, em g

C = fator de correção da peneira utilizada no ensaio, determinado de acordo com o

disposto na EB-22, sendo utilizado o valor 1,00.

36

4.3.2. Água de consistência da pasta de Cimento Portland

A execução do ensaio para se descobrir a quantidade de água necessária para se

obter uma pasta de consistência normal foi baseada na NBR NM 43 (2003). O resultado

deste ensaio serve de base para a execução de ensaios como a expansibilidade e tempo de

pega, que utilizam a pasta de consistência normal para a execução destes.

Para a realização do ensaio foram utilizados os seguintes equipamentos: Balança de

precisa de 0,01 g da marca Marte e modelo AS2000C (figura 7), misturador da marca

Contenco e modelo I-3010, espátulas, régua metálica, molde, aparelho de vicat da marca

Matest e modelo Vicatronic E044N com sonda de Tetmajer e cronômetro. As figuras 13,

14 e 15 mostram o misturador, molde tronco-cônico e aparelho de Vicat respetivamente.

Figura 13. Misturar de marca Contento e modelo I-3010.


37

Figura 14. Molde tronco-cônico.


Figura 15. Aparelho de Vicat da marca Matest e modelo Vicatronic E044N.


A massa de cimento utilizada na preparação da pasta deve ser de (500,0 ± 0,5) g. A

massa de água foi determinada por tentativas e medida com exatidão de 0,5 g. O primeiro

passo foi colocar a água na cuba do misturador e adicionar o cimento deixando 30

segundos em repouso. Primeiramente foi misturado durante 30 segundos em velocidade

lenta. Depois disso, o misturador foi desligado e foi raspado as paredes da cuba com a

espátula de borracha, fazendo com que toda a pasta a elas aderida ficasse no fundo sendo

38

essa operação realizada em 15 segundos. Por último, a massa foi misturada em velocidade

rápida durante durante 1 minuto.

Com a pasta do cimento pronta, o molde com sua base maior apoiada sobre a placa

base foi enchido rapidamente com a pasta. Para retirar o excesso de pasta, foi rasado o

molde com a régua metálica, colocando-a sobre a borda da base menor e fazendo

movimentos de vai e vem sem comprimir a pasta. O conjunto foi então colocado sob o

aparelho de Vicat, sendo o molde centrado sob a sonda de Tetmajer. A sonda desceu até

que o extremo ficasse em contato com a superfície da pasta, sendo fixada nessa posição

por meio do parafuso. Após 45 segundos do término da mistura, a sonda foi solta.

A pasta é considerada com consistência normal quando a sonda se situa a uma

distância de (6 ± 1) mm da placa base após 30 segundos do instante em que foi solta. Até

que este resultado seja obtido, diversas pastas de ensaio foram preparadas variando a

quantidade de água e utilizando uma nova porção de cimento a cada tentativa.

Após descobrir a quantidade de água para que a sonda de Tetmajer ficasse a uma

distância de (6 ± 1) mm da placa base após 30 segundos, foi calculada a porcentagem de

água necessária à obtenção da consistência normal da pasta de cimento, utilizando a

equação 3.

𝐴 =𝑚𝑎

𝑚𝑐𝑥100 Eq 3.

onde:

ma =massa de água utilizada para a obtenção da consistência normal da pasta de

cimento, em gramas;

mc =massa de cimento utilizada no ensaio, em gramas;

4.3.3. Ensaio de tempo de pega

O ensaio de tempo de pega foi realizado conforme a NM 65/ 2003. Os aparelhos

foram utilizados conforme a NM 43/ 2003 (subitem 4.3.2). Sendo eles: balança com

precisão de 0,01 g da marca Marte e modelo AS2000C (figura 7), misturador de marca

Contenco e modelo I-3010 (figura 13), espátulas de borracha e espátula metálica, régua

metálica, molde tronco-cônico (figura 14), aparelho de Vicat da marca Matest e modelo

Vicatronic E044N (figura 15) com a agulha de Vicat e cronômetro.

39

A pasta de consistência normal foi preparada de acordo com a NM 43 e o

enchimento dos moldes para a determinação dos tempos de pega também seguiram essa

Norma e estão descritos no subitem 4.3.2. Imediatamente após o enchimento dos moldes

com a pasta de cimento, estes foram armazenados em uma câmara úmida.

Antes de iniciar a penetração da agulha, o indicador do aparelho de Vicat foi

calibrado na marca zero da escala. Depois de um tempo mínimo de 30 minutos após o

enchimento do molde, ele foi colocado com a placa base no aparelho de Vicat, situando-

o sob a agulha. Então, a agulha desceu suavemente até que houvesse contato desta com a

pasta. Aguardado de 1 a 2 segundos nessa posição, evitando qualquer ação sobre as partes

móveis, para que a agulha parta do repouso. As partes móveis foram soltas rapidamente,

permitindo que a agulha penetre verticalmente na pasta. A indicação na escala foi lida

quando houve a penetração total ou 30 segundos após o instante em que a agulha foi solta,

o que ocorreu primeiro. A leitura na escala e o tempo contado a partir do instante em que

a água e o cimento entram em contato foram anotadas. O ensaio de penetração foi repetido

no mesmo corpo-de-prova em posições convenientemente separadas, distanciando no

mínimo 10 mm da borda do molde e entre elas, a intervalos de tempo convenientemente

espaçados. Entre os ensaios de penetração, o molde contendo a pasta ficou mantido na

câmara úmida. Após os resultados de todas as penetrações foi feita a interpolação,

determinando o tempo em que a distância entre a agulha e a placa base foi de (4 ± 1) mm.

A agulha de Vicat para a determinação do tempo de início de pega foi substituída

pela agulha de Vicat para a determinação do tempo de fim de pega, cujo acessório anular

facilita a observação exata de penetrações pequenas. Neste momento os moldes cheios,

utilizados na determinação do início do tempo de pega foram invertidos, sobre sua placa

base, de forma que os ensaios para a determinação do fim de pega foram realizados na

face oposta do corpo-de-prova, que estavam originalmente em contato com a placa base.

Para a realização das medidas, foi utilizado o mesmo procedimento para a determinação

do tempo de início de pega. Os intervalos de tempo entre ensaios de penetração foram

ampliados para 30 minutos. O tempo para cada ensaio foi registrado com aproximação de

15 minutos. O tempo transcorrido a partir do instante zero, até que a agulha penetre pela

primeira vez apenas 0,5 mm na pasta, como tempo de fim de pega do cimento.

40

4.3.4. Ensaio de expansibilidade

O ensaio de expansibilidade foi realizado com base na NBR 11582 (1991). Para a

execução deste ensaio foram utilizados os seguintes equipamentos: agulha de “Le

Chatelier”, espátula fina, balança com precisão de 0,01 g da marca Marte e modelo

AS2000C (figura 7), placas de vidro e régua milimetrada. A figura 16 mostra a agulha de

“Le chatelier”.

Figura 16. Agulha de “Le Chatelier”.


Primeiramente foi preparada 500 g de uma pasta de cimento e água para uma

consistência normal, de acordo com a NBR NM 43. Depois disso as agulhas foram

apoiadas pela base do cilindro na placa de vidro lubrificada, e preenchidas com a pasta

de cimento. Após a moldagem, o conjunto ficou submerso em água com cerca de 23 °C

para a cura inicial. Após a cura inicial, as amostras foram divididas para a cura a quente

ou a frio. Na cura a frio, as agulhas de “Le Chatelier” ficaram por seis dias submersas em

água com cerca de 23°C em posição que as extremidades das hastes ficassem fora da

água. Já na cura a quente, as agulhas ficaram em recipientes com água com 23 °C que

foram aquecidos progressivamente até a ebulição, que começou com cerca de 30 minutos.

Para os resultados da expansibilidade a frio, foram medidos os afastamentos das

agulhas logo após a moldagem e após 7 dias consecutivos das amostras em água com 23

°C. A diferença entre esses valores é dada como a expansibilidade a frio. Para a

41

expansibilidade a quente, foram medidos os afastamentos das agulhas imediatamente

antes do aquecimento da água, após 3 horas de ebulição, sem que ocorresse o resfriamento

dos corpos-de-prova e de duas em duas horas, até que não fosse verificado variações em

duas medidas consecutivas. A diferença entre o valor do afastamento imediatamente antes

do aquecimento de água e após o resfriamento é dada com a expansibilidade a quente.

4.3.5. Ensaio de resistência à compressão

O ensaio de resistência a compressão foi feito com base na NBR 7215 (1996). Os

materiais utilizados foram: areia normal, conforme NBR 7214 (1982), água, cimento e

resíduo da bentonita. Os aparelhos utilizados foram: balança com resolução de 0,01 g da

marca Marte e modelo AS2000C (figura 7), misturador mecânico da marca Contenco e

modelo I-3010 (figura 13), molde com diâmetro interno de 50 mm e altura de 100 mm,

soquete e máquina de ensaio à compressão da marca Matest. As figuras 17 e 18 mostram

a prensa hidráulica e os moldes de argamassa, respectivamente.

Figura 17. Prensa Hidráulica da marca Matest.


42

Figura 18. Molde de argamassa de 50 mm de diâmetro e 100 mm de altura.


Para a preparação da massa, foi colocada toda a quantidade de água, e aos poucos

foi se adicionando a quantidade de cimento. A mistura desses materiais foi feita por 30

segundos à velocidade baixa. Feito isso, iniciou-se o processo de colocar a areia durante

30 segundos e colocar o misturador em velocidade alta, deixando-o misturar por 30

segundos. Após esse tempo, conforme exigências da norma, o misturador ficou parado

por 1 minuto e 30 segundos, sendo religado por mais 1 minuto. Com a argamassa pronta,

foi feita a moldagem. O enchimento dos moldes de dimensões de 50 mm x 100 mm foi

feito logo após o preparo da argamassa. Esse enchimento foi realizado em quatro camadas

de aproximadamente 25 mm cada, recebendo 30 golpes uniformes com soquete normal.

Após a moldagem, os corpos de prova foram levados a uma câmara úmida onde

permaneceram por 24 horas. Depois deste período, os corpos de prova foram

desmoldados e submersos em um tanque de água até a data do rompimento.

Antes de serem rompidos, os corpos de prova foram capeados (ato de preparação

dos corpos-de-prova cilíndricos de argamassa e/ou concreto de cimento portland para

ensaios mecânicos, do tipo, resistência à compressão e módulo de deformação, que terão

seus topos revestidos de uma argamassa de acabamento liso e elevada resistência) para

que satisfizessem as condições exigidas na norma NBR 7215 (1996). Na máquina de

rompimento a velocidade de carregamento foi cerca de 0,25 MPa/s. Os corpos de prova

foram rompidos com 3 dias, 7 dias e 28 dias.

Após o rompimento, era lido no marcador digital da prensa hidráulica a força em tf

na qual foi rompido o corpo de prova. Para encontrar a resistência à compressão deste

corpo de prova foi utilizado a equação 3:

https://pt.wikipedia.org/wiki/Cimento_portland

43

𝑅 =𝐹.9,81.10−3

𝜋.𝑅2 Eq. 3

Onde:

R=Resistência à compressão (MPa)

F=Força lida no marcador digital da prensa hidráulica (tf)

R= Raio do corpo de prova (m)

44

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Neste capítulo serão apresentados e discutidos os resultados dos ensaios de

caracterização dos materiais em estado natural e da incorporação o resíduo da bentonita

no cimento.

5.1. Ensaios utilizados na caracterização dos materiais

5.1.1. Ensaio de granulometria

Este ensaio foi realizado para determinar a distribuição granulométrica da areia

em seu estado natural e da areia normal, ou seja, a porcentagem em peso que cada faixa

de tamanho dos grãos representa na massa total. Primeiramente foi feito o ensaio

granulométrico com a areia em seu estado natural com base na NBR 7217 (1987). A

tabela 9 indica os resultados do material retido em cada peneira.

Tabela 9. Ensaio granulométrico da areia em seu estado natural.


A partir deste ensaio pode-se encontrar o módulo de finura e os percentuais retidos

em cada peneira. O módulo de finura encontrado para esta areia foi de 1,24 para a amostra

1 (M1) e 1,29 para a amostra 2 (M2), tendo como média 1,26. A dimensão máxima

AMOSTRA 1

(G) % % ACUMULADO

AMOSTRA 2

(G) % % ACUMULADO % % ACUMULADO

75 mm 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

38,1 mm 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

19,1 mm 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

9,52 mm 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

4,8 mm 1,10 0,22 0,22 0,35 0,07 0,07 0,15 0,15

2,4 mm 2,36 0,47 0,69 5,63 1,13 1,20 0,80 0,94

1,2 mm 6,62 1,32 2,02 7,23 1,45 2,64 1,39 2,33

0,6 mm 16,84 3,37 5,38 16,30 3,26 5,90 3,31 5,64

0,3 mm 111,83 22,37 27,75 121,20 24,24 30,14 23,30 28,95

0,15 mm 300,74 60,15 87,90 293,16 58,63 88,77 59,39 88,34

Fundo 60,48 12,10 99,99 55,98 11,20 99,97 11,65 99,98

TOTAL 499,97 99,99 223,96 499,8567 99,97 228,70 99,98 226,33

Material

perdido 0,01% - - 0,03% - -

AMOSTRA 1 AMOSTRA 2

PENEIRAS

MÉDIA

45

característica desta areia é 1,2 mm. A partir da análise dos percentuais retidos em cada

peneira percebe-se que esta areia não pode ser utilizada com a granulometria natural dela

no ensaio de resistência à compressão do cimento. Isso pois a NBR 7214 (1982) prevê

que as peneiras de 0,15 mm, 0,30 mm, 0,60 mm devem reter 25 % ± 5%, a peneira de

1,20 mm deve reter 20 % ± 5% e a peneira de 2,00 mm deve reter 5% ± 5%. Já para a

areia ensaiada esses percentuais estão bastante distantes destes valores.

Após o procedimento explicado no tópico 4.1.2 para a obtenção da areia normal,

o ensaio granulométrico foi realizado para que fosse comprovada se sua granulometria

era condizente com a NBR 7214 (1982). A tabela 10 mostra os valores encontrados no

ensaio granulométrico.

Tabela 10. Ensaio granulométrico da areia normal.


Com base nestes resultados, percebe-se que os percentuais retidos nas peneiras

com abertura de 0,15 mm, 0,30 mm, 0,60 mm e 1,18 mm não foram exatamente 25 %.

No entanto, segundo a NBR 7214 (1982), estes valores ficaram aceitáveis, pois existe

uma tolerância de ± 5 %, e todos os valores se encontram neste limite. Portanto, a areia

utilizada estava condizente com a norma e poderia ser utilizada no ensaio de compressão

do cimento. O módulo de finura encontrado para esta areia foi de 2,40 para a amostra 1

(M1) e 2,39 para a amostra 2 (M2), tendo como média 2,39. A dimensão máxima

característica desta areia é 1,2 mm.

Ao se comparar a areia no estado natural e a areia normal, percebe-se que o

módulo de finura da areia normal foi maior que a areia de estado natural, isso pois o

AMOSTRA

1 (G) % % ACUMULADO

AMOSTRA

2 (G) % % ACUMULADO % % ACUMULADO

2,0 mm 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1,2 mm 115,14 23,03 23,03 113,51 22,70 22,70 22,87 22,87

0,6 mm 121,64 24,33 47,36 120,52 24,10 46,81 24,22 47,08

0,3 mm 118,79 23,76 71,11 121,50 24,30 71,11 24,03 71,11

0,15 mm 137,49 27,50 98,61 135,35 27,07 98,18 27,28 98,39

Fundo 0,00 0,00 98,61 0,00 0,00 98,18 0,00 98,39

TOTAL 493,05 98,61 197,22 490,88 98,18 336,97 98,39 267,09

Material

perdido 1,39% - - 1,82% - -

PENEIRAS

AMOSTRA 1 AMOSTRA 2 MÉDIA

46

material retido na peneira de 1,18 mm para areia normal foi maior que a areia natural,

influenciando no módulo de finura.

5.1.2. Ensaio de massa específica

Este ensaio de massa específica foi feito com a areia normal utilizada no ensaio de

resistência à compressão do cimento. A figura 19, mostra o momento do ensaio.

Figura 19. Ensaio de massa específica da areia normal.


Foram feitos dois ensaios por conta da recomendação da NBR 9976 (1987). A partir

do resultado de cada ensaio, foi encontrada a massa específica média da areia normal. A

tabela 11 mostra estes valores.

Tabela 11. Resultado dos ensaios de massa específica.

Leitura no Frasco de Chapman (mL)

Massa Específica (g/cm3)

AMOSTRA 1 388 2,66

AMOSTRA 2 390 2,63

MÉDIA 389 2,65 Fonte: Própria, 2019.

47

Com base na tabela, tem-se que o valor encontrado para a massa específica da areia

normal é de 2,65 g/cm3.

5.1.3. Inchamento de Foster

O ensaio de Inchamento de Foster foi feito para verificar se os resíduos da bentonita

possuíam características de inchamento. A figura 20 indica o momento em que o ensaio

foi realizado.

Figura 20. Ensaio de Inchamento de Foster.


A partir da tabela 8 (subitem 4.2.2), percebe-se que o resíduo da bentonita possui

não-inchamento, pois a variação de volume tanto com 1 horas do início do ensaio quanto

com 24 horas foi imperceptível. A partir deste ensaio, pode-se inferir que este resíduo não

possui características das bentonitas que expandem em contato com a água.

48

5.2. Ensaios utilizados na caracterização da incorporação

5.2.1. Ensaio de finura

O ensaio de finura foi realizado com o cimento contendo as seguintes porcentagens

de incorporação do resíduo da bentonita: 0 %, 1 %, 2 %, 4 % e 5 %. As figuras 21 e 22

mostram o momento em que o ensaio foi executado.

Figura 21. Amostras para o ensaio de finura


Figura 22. Peneira com cimento para ensaio


Após os resultados serem colhidos, foi feita uma tabela com os resultados do ensaio

para uma comparação entre os valores encontrados para os diferentes percentuais e a

amostra com 0% de resíduo, ou seja, a amostra sem o resíduo. Os valores encontrados

49

foram também comparados com os da NBR 11578 (1991). A tabela 12 mostra estes

resultados.

Tabela 12. Resultados do ensaio de finura

PERCENTUAL DE INCORPORAÇÃO

MASSA CIMENTO (G)

MASSA RESÍDUO BENTONITA (G)

MASSA RETIDA NA PENEIRA 0,075 MM

PERCENTUAL DA MASSA RETIDA NA PENEIRA 0,075 MM (FINURA)

0% 50,0 0,0 1,519 3,04%

1% 49,5 0,5 1,593 3,19%

2% 49,0 1,0 1,718 3,44%

4% 48,0 2,0 2,210 4,42%

5% 47,5 2,5 2,704 5,41% Fonte: Própria, 2018.

A partir da análise dos resultados, é possível perceber que à medida que o percentual

de incorporação aumentou, a finura também aumentou, mostrando que o resíduo da

bentonita interfere na granulometria do cimento. O valor máximo admitido pela NBR

16697 (2018) mostrado na tabela 5 é de 12 % para um cimento CP II- 32 MPa. Com base

neste valor, infere-se que nenhuma incorporação ultrapassou o valor máximo da norma.

No entanto, para um cimento que tenha a sua finura próxima ao máximo da norma, deve-

se tomar cuidado ao fazer esta incorporação, pois com o acréscimo de 5 % de resíduo de

bentonita, o valor da finura tem um acréscimo de 2,37 % em relação ao cimento natural.

5.2.2. Ensaio da água na pasta normal

Este ensaio foi realizado para que a água necessária para se obter a pasta com

consistência normal para o cimento fosse encontrada. A figura 24 retrata o momento em

que o ensaio foi realizado.

Figura 23. Ensaio da determinação da água na pasta normal

50


Os resultados encontrados da água necessária para que o cimento tenha consistência

normal se encontram na tabela 13.

Tabela 13. Ensaio da pasta de consistência normal.

Água na pasta normal

Percentual de resíduo (%) Cimento (g) Resíduo (g)

Água na pasta

normal (mL) % de água

0% 500,0 0,0 154,0 30,80%

1% 495,0 5,0 162,0 33,74%

2% 490,0 10,0 164,0 35,51%

4% 480,0 20,0 166,0 38,75%

5% 475,0 25,0 167,0 40,42% Fonte: Própria, 2019.

Ao se analisar a tabela 13, percebe-se que à medida que o resíduo é incorporado ao

cimento, a quantidade de água necessária para que o cimento tenha uma consistência

normal aumenta.

5.2.3. Ensaio de tempo de pega

51

O ensaio de tempo de pega foi realizado no intuito de analisar a influência que a

incorporação do resíduo da bentonita no cimento tem neste tempo. Para isso foi

encontrado o tempo de início de pega e o tempo de fim de pega, e comparado estes valores

das diferentes incorporações com o cimento natural (0 % de incorporação).

As figuras 24 e 25 mostram o momento em que os ensaios de tempo de início de

pega e tempo de fim de pega, respectivamente, foram realizados.

Figura 24. Ensaio de tempo de início de pega


Figura 25. Ensaio de tempo de fim de pega


52

Os resultados das penetrações do aparelho de vicat e o tempos de início de pega

estão nas tabelas 14 e 15 respectivamente.

Tabela 14. Penetrações do Aparelho de Vicat no tempo de início de pega.

Penetrações no Aparelho de Vicat

Tempo (h) Dist. entre agulha e placa base (mm)

0% 1% 2% 4% 5%

00:30 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

00:40 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

00:50 0,2 0,1 0,2 0,1 0,1

01:00 0,4 0,1 0,2 0,1 0,2

01:10 0,6 0,2 0,2 0,4 0,2

01:20 0,5 0,3 0,5 0,4 0,2

01:30 0,6 0,5 0,5 0,5 0,4

01:40 0,6 0,5 0,7 0,5 0,4

01:50 0,7 0,6 0,9 0,6 0,7

02:00 1,0 0,9 1,3 1,3 1,5

02:10 1,0 1,3 1,5 2,7 2,3

02:20 1,6 1,7 2,0 3,5 4,5

02:30 2,0 2,9 3,1 4,9 -

02:40 6,3 6,9 7,4 - - Fonte: Própria, 2019.

Tabela 15. Tempo de início de pega

Tempo de início de pega

Percentual de incoporação (%) 0% 1% 2% 4% 5%

Tempo (h) 02:34 02:33 02:32 02:23 02:17 Fonte: Própria, 2019.

Ao se analisar os resultados da tabela 15, percebe-se que ao passo que se acrescenta

o resíduo da bentonita, o tempo de início de pega do cimento diminui, ficando em um

valor mínimo de 02:17 horas. Essa diminuição ficou aceitável em relação ao valor mínimo

de 1 hora da NBR 16697 (2018), mostrado na tabela 5.

O resultado das penetrações do aparelho de vicat e o tempos de início de pega estão

nas tabelas 16 e 17 respectivamente.

Tabela 16. Penetrações no Aparelho de Vicat no tempo de fim de pega

53

Penetrações no Aparelho de Vicat

Tempo (h) Penetração da agulha (mm)

0% 1% 2% 4% 5%

03:00 0,8 1,0 1,0 1,1 1,2

03:30 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2

04:00 0,0 0,1 0,1 0,1 0,1

04:30 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

05:00 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Fonte: Própria, 2019.

Tabela 17. Tempo de fim de pega

Tempo de fim de pega- Corpo de prova

Percentual de incoporação (%) 0% 1% 2% 4% 5%

Tempo (h) 03:18 03:21 03:21 03:23 03:24


Já para o tempo de fim de pega, com base na tabela 17, o que se percebe é o

contrário. À medida que se aumenta o acréscimo de resíduo de bentonita, o tempo de fim

de pega aumenta. Esse aumento se mantém aceitável, visto que, com base na tabela 6

retirada da NBR 16697 (2018), o valor máximo é de 10 horas e o valor máximo para o

cimento incorporado foi de 03:24.

5.2.4. Ensaio de expansibilidade

O ensaio de expansibilidade foi feito em duas partes, a expansibilidade a frio e a

expansibilidade a quente. As amostras utilizadas foram do o cimento contendo as

seguintes porcentagens de incorporação do resíduo da bentonita: 0 %, 1 %, 2 %, 4 % e 5

%. A figura 26 retrata o momento em que foi executado o ensaio.

Figura 26. Ensaio de expansibilidade

54


O ensaio de expansibilidade a frio e a quente obtiveram os seguintes resultados,

mostrados nas tabelas 18 e 19.

Tabela 18. Ensaio de expansibilidade a frio

Expansibilidade a frio

PERCENTUAL

MEDIDA DA AGULHA APÓS MOLDAGEM

(MM)

MEDIDA DA AGULHA APÓS 7 DIAS EM

ÁGUA (MM) EXPANSIBILIDADE A

FRIO (MM)

0% 0,00 0,50 0,50

1% 0,00 0,50 0,50

2% 0,00 1,00 1,00

4% 0,00 1,50 1,50

5% 0,00 2,00 2,00 Fonte: Própria, 2018.

Tabela 19. Ensaio de expansibilidade a quente

Expansibilidade a quente

PERCENTUAL

MEDIDA DA AGULHA APÓS MOLDAGEM

(MM)

MEDIDA DA AGULHA APÓS 3 H DE

EBULIÇÃO (MM) EXPANSIBILIDADE A

QUENTE (MM)

0% 0,00 1,00 1,00

1% 0,00 1,50 1,50

2% 0,00 1,50 1,50

4% 0,00 2,00 2,00

5% 0,00 2,00 2,00 Fonte: Própria, 2018.

Com base nesta tabela e na análise do valor limite de 5,0 mm da NBR 16697 (2018)

para a expansibilidade a quente (tabela 5) e a expansibilidade a frio (tabela 6), percebe-

55

se que todas as amostras tiveram sua expansibilidade menor que a limite. O valor da

expansibilidade aumentou à medida que se aumentou os percentuais de incorporação.

5.2.5. Ensaio de resistência à compressão

O ensaio da resistência à compressão foi realizado no intuito de analisar e

comparar a resistência à compressão do cimento sem e com a incorporação do resíduo da

bentonita. As figuras 27 e 28 mostram o momento em que os corpos de prova foram

moldados e o momento em que estavam curando em água.

Figura 27. Corpos de prova moldados.


Figura 28. Corpos de prova curando em água.


A quantidade de materiais para a moldagem dos corpos de prova está na tabela

20.

56

Tabela 20. Quantidade de materiais para moldagem de corpos de prova

PERCENTUAL QTD CP CIMENTO (G) AREIA

NORMAL (G) ÁGUA (L) RESÍDUO (G)

0% 12 1450,64 4351,93 697,42 0,00

1% 12 1436,13 4351,93 697,42 14,36

2% 12 1421,63 4351,93 697,42 28,43

4% 12 1392,61 4351,93 697,42 55,70

5% 12 1378,11 4351,93 697,42 68,91

TOTAL (G) 7079,12 21759,66 3487,12 167,40 Fonte: Própria, 2019.

A figura 29 indica o momento em que os corpos de prova estavam sendo

rompidos.

Figura 29. Rompimento dos corpos de prova na prensa hidráulica.


As tabelas 21, 22 e 23 mostram os resultados do ensaio a compressão de 3, 7 e 28

dias.

57

Tabela 21. Ensaio de resistência à compressão- 3 dias

Fonte: Prórpia, 2019.



Peso (g)Força lida na

prensa (tf)

Resistência

(Mpa)

Resistência

média(Mpa)

CP I 419,56 2,40 11,99

CP II 422,14 2,49 12,44

CP III 407,25 2,50 12,49

CP IV 426,97 2,46 12,29

CP I 416,25 2,28 11,40

CP II 416,30 2,35 11,74

CP III 423,46 2,29 11,44

CP IV 433,76 2,40 11,99

CP I 424,79 2,12 10,59

CP II 432,14 2,20 10,99

CP III 424,36 2,09 10,44

CP IV 425,82 2,15 10,74

CP I 431,46 2,02 10,09

CP II 436,72 2,07 10,34

CP III 421,03 2,11 10,54

CP IV 420,18 2,03 10,14

CP I 420,19 1,85 9,24

CP II 421,37 1,90 9,49

CP III 426,17 1,89 9,44

CP IV 413,60 1,87 9,34

Corpo de

prova

3 dias (Experado pela norma- 10 Mpa)Percentual

(%)

12,30

11,64

0%

1%

10,69

10,28

9,38

2%

5%

4%


prensa (kgf)

Resistência

(Mpa)

Resistência

média(Mpa)

CP V 416,24 4,20 20,98

CP VI 413,56 4,26 21,28

CP VII 397,16 4,29 21,43

CP VIII 434,19 4,31 21,53

CP V 424,28 4,17 20,83

CP VI 431,29 4,18 20,87

CP VII 431,43 4,14 20,68

CP VIII 437,13 4,10 20,48

CP V 426,57 4,06 20,28

CP VI 428,53 4,07 20,33

CP VII 431,21 4,09 20,43

CP VIII 434,79 4,11 20,53

CP V 419,85 4,01 20,03

CP VI 414,69 4,02 20,08

CP VII 424,79 4,06 20,28

CP VIII 419,89 4,03 20,13

CP V 421,79 3,82 19,09

CP VI 411,64 3,86 19,29

CP VII 421,97 3,90 19,49

CP VIII 418,93 3,80 18,99

Corpo de

prova

Percentual

(%)

7 dias (Experado pela norma- 20 Mpa)

21,31

20,72

20,40

20,13

19,21

0%

1%

2%

4%

5%

58



A partir da tabela 5 retirada da NBR 16697 (2018), os valores mínimos para a

resistência à compressão para um cimento CP 32 com 3, 7 e 28 dias são respectivamente,

10 MPa, 20 MPa e 32 MPa. Ao se analisar os resultados dos corpos de prova rompidos

com 3 dias, percebe-se que, em média, os corpos de prova correspondentes ao percentual

de 0 %, 1 %, 2 % e 4 % ficaram com a resistência acima do mínimo de 10 MPa, restando

somente o corpo de prova com incorporação de 5 % de resíduo abaixo deste valor. O

corpo de prova que obteve a maior resistência foi de 0 % de incorporação com 12,30

MPa. Os corpos de prova rompidos com 7 e 28 dias seguiram o mesmo padrão e somente

os corpos de prova com 5 % ficaram abaixo do mínimo da NBR 16697 (16697), sendo

20 MPa para 7 dias e 32 MPa para 28 dias. As maiores resistências para estes percentuais

também foram os corpos de prova com 0 %, sendo 21,31 MPa para 7 dias e 33,36 MPa

para 28 dias.

As figuras 30, 31, 32, 33, e 34 indicam o gráfico da evolução da resistência dos

corpos de prova com 0 %, 1 %, 2 %, 4 % e 5 %.


prensa (kgf)

Resistência

(Mpa)

Resistência

média(Mpa)

CP IX 427,59 6,70 33,47

CP X 428,64 6,67 33,32

CP XI 415,64 6,62 33,07

CP XII 426,51 6,72 33,57

CP IX 421,51 6,60 32,97

CP X 421,79 6,56 32,78

CP XI 434,49 6,59 32,92

CP XII 414,97 6,59 32,92

CP IX 419,79 6,51 32,53

CP X 419,13 6,49 32,43

CP XI 434,97 6,53 32,63

CP XII 431,98 6,53 32,63

CP IX 414,82 6,42 32,08

CP X 422,97 6,45 32,23

CP XI 421,53 6,41 32,03

CP XII 428,79 6,43 32,13

CP IX 415,97 6,10 30,48

CP X 414,67 6,19 30,93

CP XI 416,94 6,20 30,98

CP XII 418,69 6,15 30,73

32,90

32,55

32,11

30,78

Corpo de

prova

Percentual

(%)

0%

1%

2%

4%

5%

28 dias (Experado pela norma- 32 Mpa)

33,36

59

Figura 30. Ensaio de resistência à compressão- Incorporação de 0 %.






0

10

20

30

40

0 5 10 15 20 25 30R

esis

tên

cia

(MP

a)Tempo (dias)

Incorporação de 0 %

0

5

10

15

20

25

30

35

0 5 10 15 20 25 30

Res

istê

nci

a (M

Pa)

Tempo (dias)


0

5

10

15

20

25

30

35

0 5 10 15 20 25 30

Res

istê

nci

a (M

Pa)

Tempo (dias)


60





A partir destes resultados percebe-se que a incorporação do resíduo da bentonita

diminui a resistência à compressão do cimento. Entretanto, até o percentual de 4 % essa

diminuição ainda é aceitável e está dentro do limite mínimo da NBR 16697 (2018).

0

10

20

30

40

0 5 10 15 20 25 30

Res

istê

nci

a (M

Pa)

Tempo (dias)


0

10

20

30

40

0 5 10 15 20 25 30

Res

istê

nci

a (M

Pa)

Tempo (dias)


61

6. CONCLUSÕES

O período atual em que vivemos exige que nos preocupemos com o meio ambiente

para que as gerações futuras, e até nós mesmos não soframos as consequências de uma

utilização irresponsável do meio em que estamos inseridos. Desta maneira, a busca por

soluções que minimizem os problemas ambientais causados pelo homem é fundamental.

Este trabalho estudou a viabilidade técnica da incorporação dos resíduos gerados no

beneficiamento da bentonita no município de Vitória da Conquista – BA em Cimento

Portland.

A partir do ensaio de inchamento de Foster, percebeu-se que o resíduo da bentonita

possui um comportamento de não-inchamento quando em contato com a água. No

entanto, ao se fazer o ensaio de expansibilidade, percebeu-se que os corpos de prova de

Cimento Portland que tinham o resíduo da bentonita em até 5 % de incorporação

expandiram mais que os com Cimento Portland puro, mas se mantiveram abaixo do

mínimo exigido por norma.

Já em relação a finura, a partir da análise dos resultados, é possível perceber que à

medida que o percentual de incorporação aumentou, a finura diminuiu, mostrando que o

resíduo da bentonita interfere na granulometria do cimento. Mesmo com esse aumento, a

finura se manteve abaixo do máximo da norma. Outro parâmetro ensaiado foi a água da

pasta de consistência normal, que aumentou à medida que o resíduo foi incorporado ao

cimento. Ao se analisar o tempo de pega, percebeu-se que ao passo que se acrescenta o

resíduo da bentonita, o tempo de início de pega do cimento diminui, podendo este resíduo

da bentonita ser utilizado como um acelerador de início de pega. Já em relação ao tempo

de fim de pega aconteceu o contrário, à medida que se aumenta o acréscimo de resíduo

de bentonita, o tempo de fim de pega aumenta, podendo o resíduo da bentonita ser

utilizado como retardador de fim de pega. Entretanto esses valores se mantiveram

aceitáveis frente a norma.

Para os percentuais de 1 %, 2 %, 4 % e 5 % de incorporação do resíduo de bentonita

ao cimento, o único parâmetro que limitou esta incorporação foi a resistência à

compressão do cimento. A partir dos resultados deste ensaio, percebe-se que a

incorporação do resíduo da bentonita diminui a resistência à compressão do cimento.

Entretanto, até o percentual de 4 % essa diminuição ainda é aceitável e está dentro do

62

limite mínimo da norma. Desta maneira, conclui-se que a incorporação de resíduo de

bentonita no cimento é aceitável até o percentual de 4 %, sendo conveniente por conta da

economia de cimento que iria ocorrer e pela diminuição do passivo ambiental causado

por estes resíduos.

63

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABNT NBR NM 43:2003- Cimento portland - Determinação da pasta de consistência

normal.

ABNT MB 3432:1991- Cimento Portland- Determinação da finura por meio da peneira

75 μm (nº 200).

ABNT NBR NM 65: 2003- Cimento Portland- Determinação do tempo de pega.

ABNT NBR 7214:1982- Areia normal para ensaio de cimento.

ABNT NBR 7215:1996- Cimento Portland- Determinação da resistência à compressão.

ABNT NBR 7217: 1987- Agregados- Determinação da composição granulométrica.

ABNT NBR 9776: 1987- Agregados - Determinação da massa específica de agregados

miúdos por meio do frasco Chapman.

ABNT NBR 11582:1991- Cimento Portland- Determinação da expansibilidade de Le

Chatelier.

ABNT NBR 16697:2018 - Cimento Portland – Requisitos.

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breve história do Cimento Portland.

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propriedades, usos industriais, reservas, produção e produtores/fornecedores nacionais e

internacionais. Revista Eletrônica de Materiais e Processos. ISSN 1809-8797.

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pdf/07518fc5-54d4-43ae-954a-ac878af07e31. Acesso em: 02 de outubro de 2019.

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da Concentração e Purificação da Argila na Estrutura e Permeação ao Vapor de Água de

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LEITE I. F., C. RAPOSO M. O., SILVA S. M. L. Caracterização estrutural de argilas

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utilização como nanocargas. 6f. Pós-Graduação em Ciências e Engenharia de Materiais

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2 – Rochas e Minerais Industriais: Usos e Especificações. 1 ed. Rio de Janeiro. Editora:

Centro de Tecnologia Mineral, 2008.

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Engenharia Química da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 1994.

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