Arthur Adelino de Freitas Cruz

•

ESTÁCIO

Camila Guimarães

06/09/2022

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UNIVERSIDADE DO ETADO DE SANTA CATARINA – UDESC
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E
ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM

Formação: Mestrado em Engenharia de Materiais e Processos Avançados

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO OBTIDA POR

Arthur Adelino de Freitas Cruz

ESTUDO SOBRE A UTILIZAÇÃO DO RESÍDUO DA QUEIMA DA BIOMASSA
EM ARGAMASSAS

Apresentada em 10 / 12 / 2002 Perante a Banca Examinadora:

Dr. Enori Gemelli – UDESC (Presidente)
Dra. Marilena V. Folgueras – UDESC (Membro)
Dr. Nelson H. A. Camargo – UDESC (Membro)
Dra. Therezinha M. Novais de Oliveira – UNIVILLE (Membro)

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC

CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEM

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA
E ENGENHARIA DE MATERIAIS – PGCEM

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Mestrando: ARTHUR ADELINO DE FREITAS CRUZ – Engenheiro Mecânico

Orientador: Prof. Dr. ENORI GEMELLI

CCT/UDESC – JOINVILLE

ESTUDO SOBRE A UTILIZAÇÃO DO RESÍDUO DA QUEIMA DA BIOMASSA
EM ARGAMASSAS

DISSERTAÇÃO APRESENTADA PARA
OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM
ENGENHARIA DE MATERIAIS E PROCESSOS
AVANÇADOS DA UNIVERSIDADE DO ESTADO
DE SANTA CATARINA, CENTRO DE CIÊNCIAS
TECNOLÓGICAS – CCT, ORIENTADA PELO
PROF. DR. ENORI GEMELLI

Joinville
2002

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT
COORDENAÇÃO DE PÓS-GRADUAÇÃO - CPG

" Estudo Sobre a Utilização do Resíduo da Queima da Biomassa em Argamassas "

por

Arthur Adelino de Freitas Cruz

Essa dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de

MESTRE EM ENGENHARIA DE MATERIAIS E PROCESSOS AVANÇADOS

na área de concentração "Reciclagem de Resíduos Sólidos", e aprovada em sua forma final

pelo CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS E PROCESSOS

AVANÇADOS DO CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA

Dr. Enori Gemelli – UDESC
(Presidente)

Banca Examinadora:
Dra. Marilena V. Folgueras – UDESC

Dr. Nelson H. A. Camargo – UDESC

Dra. Therezinha M. Novais de Oliveira – UNIVILLE

FICHA CATALOGRÁFICA

NOME: CRUZ, Arthur Adelino de Freitas
DATA DEFESA: 10/12/2002
LOCAL: Joinville, CCT/UDESC
NÍVEL: Mestrado Número de ordem: – CCT/UDESC
FORMAÇÃO: Engenharia de Materiais e Processos Avançados
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: Reciclagem de Resíduos Sólidos
TÍTULO: Estudo Sobre a Utilização do Resíduo da Queima da Biomassa em Argamassas
PALAVRAS - CHAVE: Resíduo, Argamassa, Cinza Preta, Biomassa.
NÚMERO DE PÁGINAS: 99 p.
CENTRO/UNIVERSIDADE: Centro de Ciências Tecnológicas da UDESC
PROGRAMA: Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM
CADASTRO CAPES: 4100201001P-9
ORIENTADOR: Dr. Enori Gemelli
PRESIDENTE DA BANCA: Dr. Enori Gemelli
MEMBROS DA BANCA: Dra. Marilena V. Folgueras, Dr. Nelson H. A. Camargo,
Dra. Therezinha M. Novais de Oliveira.

À minha esposa Daniela e aos meus
pais Mario e Jonaina, que em todos os
momentos sempre me apoiaram, ajudaram,
investiram e me incentivaram

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Dr. Enori Gemelli, que como orientador e amigo soube cobrar e não mediu
esforços em oferecer todas as condições necessárias à realização deste trabalho.

Ao Prof. Dr. Nelson Heriberto Almeida Camargo pela colaboração e auxílio no início
deste trabalho.

À Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC e ao Programa de Pós-
graduação em Ciência e Engenharia de Materiais – PGCEM pela realização do presente
trabalho.

Ao Centro de Ciências Tecnológicas – CCT e ao Departamento de Engenharia
Mecânica – DEM pela infra-estrutura oferecida.

À empresa KLABIN S.A. pelo fornecimento do resíduo industrial utilizado nesse
trabalho.

À Brasil Beton S.A., Concrebrás S.A. e ao Sr. João Batista dos Santos pelo
fornecimento de cimento para a preparação dos corpos de prova.

À CAPES pela bolsa de estudo concedida durante 6 meses.

À Enga. Civil Janaina Brescansin pela colaboração na metodologia experimental
referente à preparação das argamassas.

À Franciele Karvat pelo apoio nos estudos de caracterização microestrutural em
microscopia eletrônica de varredura.

vii
A todos os professores e colegas mestrandos do Curso de Mestrado em Ciência e
Engenharia de Materiais, que de uma forma direta ou indireta contribuíram para a
realização desse trabalho.

A Deus pela vida, família, trabalho, estudo, conhecimento e amigos verdadeiros que Ele
colocou ao meu redor.

A minha esposa Daniela pela compreensão, companheirismo e apoio durante esses anos
de estudo.

Aos meus pais Mario e Jonaina pelo apoio, investimento e incentivo transmitido
durante todo o Curso de Mestrado.

Ao meu avô Adelino e minha avó Almerinda pelo incentivo e torcida pelo neto.

Aos demais familiares e amigos, pelo apoio técnico e moral recebido durante o
desenvolvimento desse trabalho.

viii
SUMÁRIO

RESUMO..............................................................................................................................XI
ABSTRACT........................................................................................................................XII
INTRODUÇÃO GERAL......................................................................................................13

Capítulo 1: Particularidades da Matéria-prima e das Argamassas........................................15
1.1. Cimento Portland...........................................................................................................15
1.1.1. Endurecimento do Cimento Portland........................................................................16
1.1.2. Composição Química do Cimento Portland..............................................................17
1.1.3. Mecanismo de Pega...................................................................................................20
1.1.4. Resistência Mecânica do Gel do Cimento................................................................21
1.2. Agregado........................................................................................................................24
1.3. Água...............................................................................................................................27
1.4. Argamassas....................................................................................................................28
1.4.1. Fabricação da Argamassa..........................................................................................28
1.4.2. Resistência Mecânica das Argamassas e dos Concretos...........................................32
1.4.3. Reações que Podem Ocorrer Durante a Cura ou o Envelhecimento da
Argamassa/Concreto.................................................................................................36
1.4.3.1. Reação Álcali-Agregado..........................................................................................36
1.4.3.2. Reação Álcali-Sílica.................................................................................................36
1.4.3.3. Reação Álcali-Silicato..............................................................................................37
1.4.3.4. Reação Álcali-Carbonato.........................................................................................38
1.4.3.5. Carbonatação............................................................................................................38Capítulo 2: Resíduos Sólidos Industriais Utilizados em Argamassas/Concretos.................42
Introdução.............................................................................................................................42
2.1. Resíduos Provenientes da Indústria de Papel e Celulose...............................................44
2.2. Resíduos Provenientes das Termelétricas......................................................................53
2.3. Resíduos Provenientes da Indústria Alimentícia............................................................57
2.4. Resíduos Provenientes da Indústria Metalúrgica...........................................................59
ix
2.5. Resíduos Provenientes da Indústria Têxtil.....................................................................63

Capítulo 3: Materiais e Métodos Experimentais...................................................................65
3.1. Materiais Utilizados.......................................................................................................65
3.1.1. Cinza Preta..................................................................................................................65
3.1.1.1. Composição Química e Classificação de Acordo com a NBR 10004.....................65
3.1.1.2. Preparação do Resíduo Cinza Preta.........................................................................68
3.1.2. Cimento Portland CPV ARI........................................................................................69
3.1.3. Areia............................................................................................................................70
3.1.4. Água............................................................................................................................70
3.2. Ensaio de Granulometria da Cinza Preta.......................................................................71
3.3. Preparação da Argamassa..............................................................................................71
3.4. Ensaio de Compressão...................................................................................................72
3.5. Microscopia Eletrônica de Varredura e Análise Qualitativa Por Espectroscopia por
Dispersão de Energia (EDS)..........................................................................................72
3.6. Ensaio de Lixiviação......................................................................................................73

Capítulo 4: Resultados Experimentais..................................................................................76
4.1. Ensaio Granulométrico da Cinza Preta..........................................................................76
4.2.Resistência à Compressão...............................................................................................77
4.2.1. Ensaio de Compressão Sobre Corpos de Prova com 10% de Resíduo e Diferentes
Granulometrias.............................................................................................................77
4.2.2. Ensaio de Compressão Sobre Corpos de Prova com Granulometria Inferior a
0.15 mm e Diferentes Concentrações..........................................................................78
4.3. Morfologia dos Constituintes da Argamassa e Análise Qualitativa Por
Espectroscopia por Dispersão de Energia (EDS)...........................................................80
4.3.1. Cinza Preta..................................................................................................................80
4.3.2. Areia............................................................................................................................81
4.3.3 Cimento CPV ARI.......................................................................................................81
4.4. Análise Microestrutural dos Corpos de Prova...............................................................82
4.4.1. Argamassa Sem Resíduo.............................................................................................82
x
4.4.2. Argamassa Com 10% de Resíduo e Diferentes Granulometrias.................................83
4.4.3. Argamassas Com Diferentes Concentrações de Resíduo de Granulometria Inferior
a 0,15 mm....................................................................................................................87
4.5. Ensaio de Lixiviação......................................................................................................89

DISCUSSÃO DOS RESULTADOS.....................................................................................91
CONCLUSÃO GERAL........................................................................................................94
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................................96

xi
RESUMO

Este trabalho teve por objetivo estudar a utilização do resíduo sólido proveniente da
queima da biomassa da indústria de papel e celulose como fonte de matéria prima para a
fabricação de argamassas utilizadas na construção civil. O resíduo usado neste trabalho é
conhecido como cinza preta e foi fornecido pela Klabin S.A. de Correia Pinto – SC. As
matérias-primas usadas na elaboração das argamassas foram caracterizadas através de
ensaios granulométricos, ensaios de lixiviação, no caso do resíduo, e análise morfológica
no microscópio eletrônico de varredura (MEV). O resíduo foi incorporado na argamassa em
substituição parcial ao cimento, mas de duas maneiras diferentes. Na primeira delas foi
adicionado uma concentração constante de 10% em volume de resíduo com relação ao
cimento, em corpos de prova com diferentes granulometrias de resíduo a fim de estudar o
efeito do tamanho dos grânulos do resíduo sobre as propriedades das argamassas. Foram
usadas cinco granulometrias diferentes de resíduo: entre 2 e 1 mm, entre 1 e 0.57 mm, entre
0.57 e 0.30 mm, entre 0.30 e 0.15 mm e inferior a 0.15 mm. Na segunda etapa foi estudado
o efeito da concentração do resíduo de granulometria inferior a 0.15 mm. Para isso, foram
elaborados corpos de prova com 5, 10, 15 e 20% em volume de resíduo com relação ao
cimento. Para facilitar a confecção dos corpos de prova, os materiais foram secados em
estufa e misturados na proporção de 3 partes de areia para 1 parte de aglomerante (cimento
+ resíduo) em massa. Os corpos de prova obtidos foram caracterizados através de ensaios
mecânicos, ensaios de lixiviação e por microscopia eletrônica de varredura. A investigação
através dessas técnicas de caracterização permitiu observar que as propriedades da
argamassa dependem da concentração, da granulometria e da dispersão do resíduo na
estrutura da argamassa. Além disso, certos elementos químicos do resíduo podem ficar
estabilizados e/ou encapsulados dentro da matriz cimentítica. Estes resultados serão
apresentados, analisados e discutidos no presente trabalho.

xii
ABSTRACT

The goal of this work was to study the utilization of a biomass burning waste
coming from a cellulose and paper industry as a raw material for mortars in building
industry. The waste used in this work is known as bottom ash and was supplied by Klabin
Celucat S.A. situated in Correia Pinto – SC. The raw materials used to fabricate the mortars
were characterized by granulation test, leaching test, in the case of the waste, and by
scanning electron microscopy. The waste was incorporated in the mortars in substitution to
a Portland cement so that the hydraulic binder in the samples fabricated with the bottom ash
is constituted by cement + bottom ash. The samples were fabricated in two steps. In the
first one the samples were elaborated containing 90% of cement + 10%in volume of
bottom ash as hydraulic binder. This mixture was used with different granulations of
bottom ash in order to study the effect of the waste granulation in the mortar properties. It
was used five different granulations: between 2 and 1 mm, between 1 and 0.57 mm,
between 0.57 and 0.30 mm, between 0.30 and 0.15 mm and under 0.15 mm. In the second
step, it was studied the effect of the waste concentration with granulation under 0.15 mm.
Samples were prepared with cement + 5, 10, 15 and 20% in volume of waste. The raw
materials used to fabricate the mortars were dried in a furnace and then mixed in a mass
proportion of three amounts of sand for one of hydraulic binder (cement + bottom ash).
The samples obtained were studied by uniaxial compression test, leaching test and scanning
electron microscopy. The investigation by these techniques of characterization allowed us
to observe that the properties of the mortars depend on the concentration, granulation and
dispersion of the waste in the mortar structure. Furthermore, some chemical elements may
be stabilized and/or encapsulated in the cement matrix. These results will be presented,
analyzed and discussed in this work.
13
Introdução Geral

O crescente desenvolvimento industrial tem acarretado um aumento considerável na
produção de resíduos sólidos, principalmente de origem industrial. Por outro lado, a busca
pela melhoria da qualidade ambiental está intimamente relacionada à redução de resíduos
gerados pela atividade industrial. Muitas empresas já estão se conscientizando do problema
ambiental e estão se reestruturando a fim de reduzir ou eliminar os resíduos através da
reciclagem ou de seu reaproveitamento. Estas empresas encontraram soluções para a
redução do impacto de suas atividades no meio ambiente e o uso adequado dos recursos
naturais. Assim descobriram que não agredir o meio ambiente pode ser economicamente
viável. Com isso, elas começaram a apresentar soluções para alcançar o desenvolvimento
sustentável e ao mesmo tempo aumentar a lucratividade de seus negócios. A preocupação
com o descarte dos resíduos industriais no ar, água e solo tem preocupado os meios
técnicos, pois o meio ambiente tem se tornado cada vez mais escasso, no sentido de ser
incapaz de absorver quantidades crescentes de resíduos. Sendo assim, é necessário ressaltar
a importância de se estudar o reaproveitamento de certos resíduos para dar um destino
nobre à eles. Isto tem sido o objeto de pesquisa de diversas entidades em todo o mundo.
O trato inadequado dos resíduos sólidos industriais contribui de forma marcante
para o agravamento dos problemas ambientais, notadamente nos grandes centros urbanos,
constituindo tarefa potencialmente poluidora do ar, solo e principalmente águas superficiais
e do subsolo. A disposição de resíduos industriais, em aterros sanitários, a céu aberto ou
jogado em lagos, rios e mares fazem com que ocorram não apenas prejuízos ao equilíbrio
da natureza como também perdas econômicas pelo não aproveitamento de materiais
perfeitamente passíveis de novas utilizações, pois o custo com a disposição é alto. O
reaproveitamento de resíduos sólidos industriais pode ser uma estratégia benéfica, tanto
para as indústrias geradoras de resíduos como para a construção civil. Diante desta visão e
de uma busca pela redução do impacto ambiental, o grupo de resíduos sólidos do Programa
de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais está trabalhando já a alguns anos
em projetos de pesquisa em parceria com empresas de Santa Catarina com o objetivo de
14
encontrar destinações cada vez mais apropriadas para os resíduos sólidos industriais
gerados pelas empresas. O assunto desta dissertação faz parte de um desses projetos de
pesquisa que está sendo realizado em colaboração entre a Universidade do Estado de Santa
Catarina e a indústria de papel e celulose Klabin de Correia Pinto – SC.
Os primeiros trabalhos na UDESC envolvendo os resíduos da Klabin começaram
em 1999 e foram realizados por alunos de iniciação científica. Foram selecionados vários
resíduos com potencial para fabricação de argamassas. Foram testados vários processos de
beneficiamento dos resíduos e alguns tipos de cimento para elaboração das argamassas. O
resultado desses estudos preliminares mostrou que o resíduo proveniente da queima da
biomassa apresentou melhores resultados de resistência mecânica em compressão axial.
Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi de estudar mais em detalhes a influência da
adição desse resíduo nas propriedades de uma argamassa.
O resíduo estudado é, de modo geral, conhecido por cinza preta, cinza pesada ou
cinza não-volante (bottom ash). Neste trabalho o resíduo será chamado de cinza preta. O
resíduo “in natura” apresenta-se sob a forma de grandes aglomerados. A empresa Klabin
gera cerca de 131 toneladas/mês do resíduo e colaborou com a pesquisa com o
fornecimento de toda a matéria-prima, com a doação de um agitador mecânico para
peneiramento de pós e com o pagamento das análises químicas.
Este trabalho está dividido em quatro capítulos sendo que os capítulos 1 e 2
abordam uma revisão da literatura sobre as Particularidades da Matéria-prima e das
Argamassas, e Resíduos Sólidos Industriais Utilizados em Argamassas/Concretos,
respectivamente, o capítulo 3 especifica os Materiais e Métodos Experimentais e o capítulo
4 apresenta os Resultados Experimentais. Por fim é feito uma discussão dos resultados e
conclusão geral do trabalho.

15
Capítulo 1
Particularidades da Matéria-prima e das Argamassas

1.1. Cimento Portland

A procura por segurança e durabilidade para as edificações conduziu o homem à
experimentação de diversos materiais aglomerantes. Os romanos chamavam esses materiais
de “caementum”, termo que originou a palavra cimento [AOKI, 1996].
O engenheiro John Smeaton, por volta de 1756, procurava um aglomerante que
endurecesse mesmo em presença de água, de modo a facilitar o trabalho de reconstrução do
farol de Edystone, na Inglaterra. Em suas tentativas, verificou que uma mistura calcinada de
calcário e argila tornava-se, depois de seca, tão resistente quanto as pedras utilizadas nas
construções. Coube, entretanto, a um pedreiro, Joseph Aspdin, em 1824, patentear a
descoberta, batizando-a de cimento Portland, numa referência à Portlandstone, tipo de
pedra arenosa muito usada em construções na região de Portland, Inglaterra [AOKI, 1996].
Atualmente, o cimento Portland fabricado é constituído por um material
pulverulento composto de silicatos e aluminatos complexos que, ao serem misturados com
água, hidratam-se, resultando no endurecimento da massa, que pode então oferecer elevada
resistência mecânica.
As matérias-primas utilizadas na fabricação do cimento Portland são: calcário,
argila e gipso (gesso). Sua produção pode ser dividida nas seguintes fases: extração das
matérias-primas, preparo e dosagem da mistura crua, mistura e homogeneização,
aquecimento ao forno, esfriamento, adição final e moagem, e ensacamento ou estocagem
em silos [TARTUCE e GIOVANNETTI, 1990; BAUER, 1985].
Os materiais crus (argila e calcário), moídos finamente e intimamente misturados,
são aquecidos até cerca de 14000C em grandes fornos rotativos que podem ter até 90 m de
comprimento por 3,5 m de diâmetro. O material que sai destes fornos é chamado de
“clínquer”. O “clínquer” é resfriado e misturado com uma pequena quantidade (2% a 3%)
de gesso bruto ou moído. Essa mistura é, então, reduzida a um pó muito fino em grandes
16
moinhos de bolas, que é o cimento Portland de comércio [TARTUCE e GIOVANNETTI,
1990].
As principais características do cimento Portland e que são objeto de métodos de
ensaio são: módulo de finura, pega, expansibilidade e resistência à compressão
[CHIAVERINI, 1986].

1.1.1. Endurecimento do Cimento PortlandQuando o cimento Portland é misturado com água suficiente para formar uma pasta,
os seus elementos reagem, formando produtos cristalinos e outros de aparência gelatinosa,
provocando o endurecimento do cimento. Quando a pasta é conservada úmida, as reações
podem persistir por anos; assim, o produto continua cada vez mais resistente, durante um
longo período de tempo. O cimento endurece mesmo quando debaixo de água. Tal processo
é o resultado de um fenômeno físico-químico com características bastante complexas. De
forma esquemática pode-se afirmar que o contato direto entre a água e o cimento provoca a
formação de uma massa gelatinosa, finamente cristalina, denominada “gel”. O processo é
relativamente demorado e a reação se dá de fora para dentro do cimento. Evidentemente,
quanto menor forem as partículas do cimento, mais rápida será a hidratação. É de
fundamental importância, neste processo, a quantidade de água empregada em relação ao
peso do cimento (fator água/cimento – fator a/c). O cimento que no caso é o ligante, ficará
mais ou menos diluído, segundo a quantidade de água utilizada. Entretanto, quanto mais
diluído pior será a qualidade (porosidade) da pasta e menor sua resistência. Por outro lado,
é interessante que todas as partículas de cimento sofram os efeitos da hidratação. Para obter
este resultado tem-se que utilizar uma quantidade mínima de água – fator a/c aproximado
de 0,24 (24 litros de água para 100 kg de cimento), dependendo da composição química do
cimento. De fato, a água em excesso cria na pasta de cimento uma porosidade capilar, tanto
maior quanto for o fator a/c, aumentando assim sua permeabilidade e prejudicando a
durabilidade da argamassa ou do concreto [TARTUCE e GIOVANNETTI, 1990].

17
1.1.2. Composição Química do Cimento Portland

O cimento Portland contém basicamente: 61% a 67% Cal (CaO); 20% a 23% Sílica
(SiO2); 4,5% a 7% Alumina (Al2O3); 2% a 3,5% Óxido de Ferro (Fe2O3); 0,8% a 6%
Magnésia (MgO); 0,3% a 1,5% Álcalis (Na2O e K2O) e 1% a 2,3% Sulfatos (SO3)
[TARTUCE e GIOVANNETTI, 1990]. A matéria prima para fabricação do cimento, moída
e misturada em proporções adequadas, quando aquecida até a temperatura de fusão
incipiente, resulta na formação do clínquer já mencionado anteriormente. Nesse processo
ocorrem combinações químicas, principalmente no estado sólido, que conduzem à
formação dos seguintes compostos [BAUER, 1985]:

• silicato tricálcico 3CaO.SiO2;

• silicato bicálcico 2CaO.SiO2;

• aluminato tricálcico 3CaO.Al2O3;

• ferro aluminato tetracálcico 4CaO.Al2O3.Fe2O3.

Para simplificar a nomenclatura, a literatura usa notações para a denominação dos
compostos do cimento. Essas notações são as seguintes:

• C = CaO Óxido de Cálcio; (1.1)

• S = SiO2 Sílica; (1.2)

• A = Al2O3 Alumina; (1.3)

• F = Fe2O3 Óxido de Ferro; (1.4)

• S = SO3 Sulfatos; (1.5)
18

• H = H2O Água; (1.6)

• C3S = 3CaO.SiO2 Silicato Tricálcico; (1.7)

• C2S = 2CaO.SiO2 Silicato Bicálcico; (1.8)

• C3A = 3CaO.Al2O3 Aluminato Tricálcico; (1.9)

• C4AF = 4CaO.Al2O3.Fe2O3 Ferro Aluminato Tetracálcico. (1.10)

A composição dos cimentos brasileiros tem os seguintes teores médios: 42% a 60%
C3S, 14% a 35% C2S, 6% a 13% C3A e 5% a 10% C4AF.
O comportamento mecânico de cada composto do cimento Portland pode ser melhor
visualizado através do gráfico da Figura 1.1. O C3S é o responsável pela resistência nas
primeiras horas devido a hidratação rápida e apresenta um desprendimento de calor médio.
O C2S é o responsável pelo aumento da resistência nas primeiras semanas devido à
hidratação lenta e apresenta desprendimento de calor baixo. Ele apresenta comportamento
mecânico interessante durante o envelhecimento, como pode ser observado na Figura 1.1.
O C3A apresenta uma hidratação rápida que se dá em poucos minutos, é o responsável pelas
primeiras reações e apresenta um desprendimento de calor alto. O C4AF também apresenta
uma hidratação rápida e conseqüentemente também é o responsável pelas primeiras
reações, mas apresenta um desprendimento de calor médio. No entanto, esses dois últimos
compostos apresentam baixa resistência mecânica comparado com os dois primeiros.

Figura 1.1. Comportamento mecânico dos compostos do cimento [TARTUCE e
GIOVANNETTI, 1990; SILVA, 1991].

A Tabela 1.1 apresenta algumas das propriedades de cada um dos compostos de
cimento Portland apresentados [TARTUCE & GIOVANNETTI, 1990].

Tabela 1.1. Propriedades dos compostos de cimento Portland.

Propriedades C3S C2S C3A C4AF
Resistência à compressão nas
primeiras idades
Boa Fraca Boa Fraca
Idades posteriores Boa Boa Fraca Fraca
Velocidade de reação com água
(hidratação)
Média Lenta Rápida Rápida
Quantidade de calor gerado na
hidratação
Média Pequena Grande Média
Resistências a águas agressivas Média Boa Fraca Fraca

20
1.1.3. Mecanismo de Pega

O fenômeno da pega do cimento está associado à evolução das propriedades
mecânicas da pasta no início do processo de endurecimento, propriedades essencialmente
dependentes do processo químico de hidratação. É um fenômeno, por convenção, definido
como o momento em que a pasta adquire certa consistência que a torna imprópria ao
trabalho. Tal conceituação se estende tanto à argamassa como ao concreto, nos quais a
pasta de cimento está presente como aglutinadora dos agregados [SILVA, 1991; BAUER,
1985].
No processo de hidratação, os grãos de cimento, inicialmente em suspensão vão,
paulatinamente, aglutinando-se uns aos outros, por efeito de floculação, conduzindo à
construção de um esqueleto sólido, responsável pela estabilidade da estrutura geral. A
continuidade da hidratação em subseqüentes idades conduz ao endurecimento, responsável
pela aquisição permanente de qualidades mecânicas características do produto acabado
[SILVA, 1991; BAUER 1985].
A pega e o endurecimento são dois aspectos do mesmo processo de hidratação do
cimento, vistos em períodos diferentes: a pega na primeira fase do processo e o
endurecimento na segunda e última fase [SILVA, 1991; BAUER 1985].
A pega é a mudança da pasta de cimento do estado fluido para o estado rígido. É
causada por uma reação seletiva de compostos do cimento. Os dois principais compostos
que reagem são o C3A e o C3S [NEVILLE, 1982; PRIM, 1998].
O tempo de início da pega transcreve desde a adição de água, até o início das
reações de hidratação. Observa-se o aumento na viscosidade e temperatura, e diminuição da
trabalhabilidade da pasta. O fim da pega acontece quando a massa do cimento para de se
organizar, tornando-se um bloco rígido, porém, de baixa resistência. Com o fim da pega
tem início o endurecimento [PRIM, 1998].
Vários são os fatores que influenciam a duração da pega e endurecimento. Um deles
são os compostos solúveis, como por exemplo: cloreto de cálcio (em porcentagens
superiores a 0,5%), cloreto de sódio e alcalinos que aceleram a pega enquanto gesso,
carbonato de cálcio, óxido de zinco, açúcar, bórax, tanino e ácido fosfórico retardam a
pega. Estes compostos devem ser considerados quando se mistura resíduos com cimento,
21
pois dependendo da sua composição pode-se obter uma influência negativa ou positiva
sobre a pega e endurecimento da mistura [PRIM, 1998].

1.1.4. Resistência Mecânica do Gel de Cimento

Há duas teorias clássicas a cerca do endurecimento ou aumento de resistência do
cimento. A de Le Chatelier (1882) afirma que produtos de hidratação do cimento tem uma
solubilidade menor que os compostos originais, de forma que os hidratos precipitam de
uma solução supersaturada. O precipitado tem forma de cristais alongados e entrelaçados,
com propriedades coesivas e adesivas elevadas [NEVILLE, 1982].
A teoria coloidal proposta por W. Michaelis, em 1893, afirma queo aluminato
cristalino, sulfo-aluminato e hidróxido de cálcio produzem a resistência inicial. A água
saturada de hidróxido de cálcio (CaOH)2 ataca os silicatos e forma um silicato de cálcio
hidratado que, sendo quase insolúvel, forma uma massa gelatinosa. Esta massa endurece
gradualmente devido à perda de água provocada pela secagem ou pela hidratação do núcleo
interior não-hidratado das partículas de cimento; desta forma é obtida a coesão [NEVILLE,
1982].
À luz do conhecimento atual parece que ambas as teorias contém elementos
verdadeiros e não são, de modo algum, inconciliáveis. Em particular, químicos que estudam
colóides descobriram que uma certa parte deles consistem de partículas cristalinas
extremamente pequenas e, portanto, com uma grande área superficial, conferindo-lhes
propriedades diferentes daquelas dos sólidos usuais. Dessa forma, o comportamento
coloidal é, essencialmente, uma função de extensão da área superficial e não da falta de
regularidade da estrutura interna das partículas envolvidas [NEVILLE, 1982].
No caso do cimento Portland descobriu-se que, quando misturado a uma grande
quantidade de água, produz em poucas horas uma solução supersaturada de Ca(OH)2 e de
silicato de cálcio hidratado em uma condição meta-estável. Estes hidróxidos precipitam
rapidamente de conformidade com a teoria de Le Chatelier; o endurecimento subseqüente
pode ser devido à retirada de água do material hidratado, conforme o postulado de
Michaelis [NEVILLE, 1982].
.
22
Outras experiências mostraram que os silicatos de cálcio hidratados estão, na
realidade, sob a forma de cristais extremamente pequenos, submicroscopicamente
encadeados, os quais, devido ao seu tamanho, poderiam muito bem ser denominados de gel.
Quando o cimento é misturado com uma pequena quantidade de água, o grau de
cristalização é, provavelmente inferior. Assim a controvérsia Le Chatelier Michaelis se
reduz, em grande parte, a uma questão de terminologia ao lidarmos com um gel constituído
de cristais [NEVILLE, 1982].
O termo gel de cimento inclui, por razões de conveniência, o hidróxido de cálcio
cristalino. O gel significa, assim, a massa coesiva de cimento hidratado na sua pasta mais
densa, isto é, incluindo os poros do gel, sendo a porosidade característica de,
aproximadamente, 28% [NEVILLE, 1982].
A verdadeira origem da resistência do gel não está completamente esclarecida, mas
provavelmente, deriva de dois tipos de coesão. O primeiro tipo é a atração física entre
superfícies sólidas, separadas somente pelos diminutos poros de gel (1,5 a 2,0 nm), esta
atração é conhecida usualmente como “forças de Van der Waals” [NEVILLE, 1982].
A origem do segundo tipo de coesão são as ligações químicas. Uma vez que o gel de
cimento é do tipo expansão limitado, onde as partículas não podem ser dispersadas pela
adição de água, parece que as partículas de gel são interligadas por forças químicas. Estas
são muito mais fortes do que as forças de Van der Waals, mas as ligações químicas
somente abrangem uma pequena fração da porção das regiões-limites das partículas de gel.
Por outro lado, uma área superficial tão grande como a do gel de cimento não é uma
condição necessária para desenvolvimento de resistência elevada, pois a pasta de cimento
curada em vapor de água a alta pressão, embora possuindo área superficial pequena,
apresenta propriedades hidráulicas extremamente boas. Portanto, não se pode estimar a
importância relativa das forças de coesão físicas e químicas, mas não há dúvidas de que
ambas são as principais responsáveis pela resistência mecânica da pasta endurecida
[NEVILLE, 1982].
Pode-se relacionar o grau de deterioração do gel devido à reação álcali-agregado
com a natureza das reações químicas que provocam a formação do gel sílico-potássico,
contendo o elemento cálcio em determinadas condições. Este gel é produto de uma reação
instável e intermediária e suas características tais como viscosidade, grau de inchamento a
23
absorção d’água dependem sobretudo de sua composição química e da presença de água.
As características do gel e seus efeitos estão diretamente relacionados com as condições
que se encontram a argamassa e/ou concreto, bem como as características de suas estruturas
(peso e geometria) e condições ambientais. Os principais fatores que exercem influência na
formação do gel são [NEVILLE, 1982]:

• o conteúdo de álcalis do cimento;

• o conteúdo de cimento no concreto e/ou argamassa;

• as variações mineralógicas, de porosidade e de resistência inerentes aos
agregados reativos;

• variações de dimensões e distribuição dos agregados reativos;

• as condições de umidade e de temperatura;

• a migração dos álcalis da solução dos poros do concreto;

• variações de compacidade e resistência da microestrutura da pasta de cimento;

• exposição à água salina.

Na presença de umidade, o gel formado expande devido à absorção, por osmose, de uma
grande quantidade de água, provocando uma pressão hidráulica na estrutura. Como
conseqüência dessa pressão, ocorrem expansões e fissurações dos grãos de agregado, da
pasta de cimento e conseqüentemente do concreto. Uma vez que a disponibilidade da água
é contínua, essas fissuras tendem a aumentar e progredir até atingirem a superfície externa
da estrutura [NEVILLE, 1982].
A composição química do gel pode variar dependendo do local de sua formação (entre
os grãos do agregado, poros, pasta ou regiões microfissuradas), que por sua vez varia
24
devido a mobilidade do gel dentro da estrutura da argamassa. O teor de silício (Si) diminui
e o de cálcio (Ca) aumenta a medida que o gel se afasta do agregado, pois há uma absorção
dos íons cálcio presentes na pasta de cimento. O gel rico em cálcio possui maior
viscosidade e menor capacidade de inchamento. Cabe ressaltar que quando o gel atinge o
estado sólido, há uma precipitação e retração provocando algumas fissuras na sua estrutura
[VAN AARDT e VISSER, 1977].

1.2. Agregado

Agregado é um conjunto de grãos naturais, processados ou manufaturados, que se
apresentam em uma seqüência de diferentes tamanhos, os quais, interligados por um
material aglomerante, formam argamassas ou concretos [SILVA, 1991].
Os agregados utilizados em argamassas são, normalmente, areias retiradas de leitos
fluviais e de outras jazidas naturais, ou artificiais, resultantes de processos especiais de
fabricação, como britamento de rochas estáveis, pelotização de argilas expandidas, etc
[HANAI, 1992].

Pode-se classificar os agregados quanto [BAUER, 1985]:

• a origem:

a) naturais – são aqueles que já são encontrados na natureza sob a forma de
agregado: areia de mina, areia de rios, seixos rolados e pedregulhos.

b) artificiais – são aquelas que necessitam de um trabalho para poder chegar
a condição necessária e apropriada para seu uso: areia artificial e brita.

25
• as dimensões:

a) agregado miúdo – é a areia natural quartzoza ou artificial, resultante do
britamento de rochas estáveis, de diâmetro máximo igual ou inferior a
4,8 mm – NBR 7211;

b) agregado graúdo – é o pedregulho natural, ou a pedra britada proveniente
do britamento de rochas estáveis, de diâmetro superior a 4,8 mm – NBR
7211. A argamassa fabricada com este tipo de agregado é chamada de
concreto. O concreto também pode conter uma mistura de agregado
miúdo e graúdo.

• ao peso unitário:

a) leves – menor que 1 ton/m3;

b) normais – entre 1 a 2 ton/m3;

c) pesados – acima de 2 ton/m3.

É indispensável conhecer a composição mineralógica dos agregados que servem
para a confecção das argamassas ou concretos. Eles são freqüentemente considerados como
inertes; entretanto, possuem características físicas (modificações de volume por variação de
umidade) e químicas (reação com os álcalis do cimento), que intervem no comportamentoda argamassa ou do concreto. A porosidade, permeabilidade e absorção influem nas reações
químicas, na resistência mecânica, na elasticidade, na massa específica e na aderência entre
o aglomerante e os grãos do agregado [SILVA, 1991].
Na fase inicial de prospecção dos agregados, um grande cuidado deve ser tomado
quanto as características mineralógicas de suas rochas matrizes. A identificação
petrográfica dos agregados torna-se de grande importância na previsão do comportamento
26
dos mesmos. Pequenas quantidades de rochas ou minerais que possam ocorrer como
elementos de contaminação no agregado poderão ter influência decisiva em sua qualidade.
A areia utilizada como agregado deve satisfazer aos requisitos estabelecidos pelas
normas técnicas, como a resistência aos esforços mecânicos, o conteúdo máximo de
substâncias nocivas, tais como torrões de argila, matérias carbonosas, material pulverulento
e impurezas orgânicas. Outras características de qualidade devem ser investigadas em caso
de areias de jazidas pouco conhecidas, tais como a resistência aos sulfatos de sódio e
magnésio e a reatividade potencial, que se refere as reações de interação entre os álcalis do
cimento e o agregado. Aspectos importantes a serem considerados são o módulo de finura,
a área específica, a forma dos grãos e a composição granulométrica [HANAI, 1992].
A areia, conforme sua distribuição granulométrica e seu módulo de finura (MF), de
acordo com a NBR 7211, pode ser classificada como [BAUER, 1985]:

• muito finas – 1,35 < MF < 2,25;

• finas – 1,71 < MF < 2,78;

• médias – 2,11 < MF < 3,28;

• grossas – 2,71 < MF < 4,02.

Quanto à forma dos grãos, os arredondados e com superfície lisa proporcionam
argamassas mais plásticas e permitem redução da relação água/cimento. Contudo, os grãos
de forma irregular e superfície áspera levam, devido à melhor aderência com a pasta de
cimento, a argamassas mais resistentes ao desgaste e à tração [HANAI, 1992].
A granulometria da areia ou agregado tem grande influência nas propriedades das
argamassas. A Tabela 1.2 apresenta um comparativo entre as características da areia e as
principais propriedades das argamassas [GUIMARÃES, 1997].

27
Tabela 1.2. Influência da granulometria da areia nas propriedades da argamassa.

Características da Areia
Propriedades
da Argamassa
Quanto Menor o
Módulo de Finura
Quanto Mais
Descontínua For a
Granulometria
Quanto Maior o
Teor de Grãos
Angulosos
Trabalhabilidade Melhor Pior Pior
Retenção de Água Melhor Variável Melhor
Elasticidade Pior Pior Pior
Retração na Secagem Aumenta Aumenta Variável
Porosidade Variável Aumenta Variável
Aderência Pior Pior Melhor
Resistência Mecânica Variável Pior Variável
Impermeabilidade Pior Pior Variável

1.3. Água

A água utilizada na argamassa não pode conter matéria orgânica e colóides em
suspensão, nem tampouco salinidade acima dos tolerados pelos índices de potabilidade
[GUIMARÃES, 1997]. A quantidade e a qualidade dos elementos dissolvidos na água
dependem das características químicas e físicas do solo e do sub-solo, do tempo de
permanência nos condutos naturais e da distância que o líquido percorre em seus drenos.
Permanecendo na superfície, a água pode ser concentrada por evaporação e interceptar
outras águas, com mudanças complexas de composição e volume. Provém das chuvas, em
geral, a maioria das variedades de águas que ocupam os reservatórios naturais. Elas
carregam o dióxido de carbono do ar, elemento que em combinação com a água desses
reservatórios produz o ácido carbônico. No solo, adquirem ácidos húmicos e os sais
solúveis. Nas camadas mais profundas, aumentam a variedade dos elementos dissolvidos –
pelo percurso e tempo de permanência – ainda que possam ter diminuída a quantidade total
de solutos. Assim, geralmente se apresentam com sódio, potássio, cálcio, magnésio, ferro,
cloretos, sulfatos e bicarbonatos, em várias combinações. Sílica e silicatos também são
28
comuns. Fluoretos, nitratos, nitritos e boro, quando presentes, ocorrem em concentrações
baixas, mas assim mesmo podem ser importantes. O dióxido de carbono nem sempre forma
bicarbonatos, podendo permanecer como gás dissolvido. Metais, como o cobre, o zinco, o
estrôncio, o bromo e o iodo podem ocorrer particularmente nas águas salinas originárias de
lagos e mares [TARTUCE & GIOVANNETTI, 1990].

1.4. Argamassas

1.4.1. Fabricação da Argamassa

As primeiras misturas de sucesso na junção de blocos de alvenaria foram batizadas
com o nome de argamassa: misturas de cal, água e areia para construções [GUIMARÃES,
1997].
Dá-se o nome de pasta à mistura de um aglomerante mais água. Quando se coloca
água em excesso na pasta, tem-se um produto denominado nata. Misturando-se agregado
miúdo à pasta obtém-se uma argamassa, podendo eventualmente conter adições que
melhorem suas propriedades.
A argamassa é um material artificial, obtido após o endurecimento de uma mistura
em proporções adequadas de agregado miúdo, aglomerante e água. A adição de areia se faz
por vários motivos, e dentre eles destacam-se a diminuição da retração e o barateamento do
produto [SILVA, 1991].
As argamassas podem ser utilizadas como revestimento de pisos, tetos e paredes
(emboço e reboco), ou no assentamento de tijolos, blocos, azulejos e ladrilhos, reparos de
obras de concreto e injeções [SILVA, 1991].
Chama-se traço da argamassa a proporção dos componentes relativamente ao
aglomerante. Normalmente se calcula o traço em massa, o qual dá origem ao traço em
volume, que é o mais usado em obras correntes. O traço de argamassa, 1 : a, significa uma
parte em massa do aglomerante (cimento) para “a” partes de agregado miúdo (areia).
As propriedades da argamassa estão diretamente ligadas a diversos fatores, tais
como: qualidade e quantidade do aglomerante; qualidade e quantidade de água. Variando
estas condições, tem-se a qualificação do produto final, de acordo com as condições de
29
envolvimento dos grãos pela pasta, quantidade de vazios e aderência dos grãos com a pasta
[SILVA, 1991].
A Tabela 1.3 fornece alguns exemplos de argamassas utilizadas e suas respectivas
aplicações.
As argamassas podem ser classificadas de diversos modos [SILVA, 1991]:

a) Quanto ao emprego:
• comuns (para rejuntamentos, revestimentos, pisos, injeções);
• refratárias (para fornos, revestimentos térmicos).

b) Quanto ao tipo de aglomerante:
• aéreas (cal aérea, gesso);
• hidráulicas (cal hidráulica, cimento);
• mistas (cimento e cal aérea).

c) Quanto ao número de elementos ativos:
• simples (um aglomerante);
• composta (mais de um aglomerante).

d) Quanto a dosagem:
• pobres ou magras (volume de pasta insuficiente para preencher vazios);
• ricas ou gordas (excesso de pasta);
• cheias (quantidade suficiente de pasta)

e) Quanto a consistência
• secas;
• plásticas;
• fluidas.

30
Tabela 1.3. Aplicações de argamassas, traços e relações A/C – água/cimento [SILVA, 1991].

Finalidade Traço
(massa)
Materiais Relação A/C Consistência
Assentamento de
Tijolos
1:0,5:2,5 Cimento, Saibro e Areia
Fina
0,60 Muito
Plástica
Revestimento 1:1:5,5 Cimento, Saibro e Areia
Fina
0,90 Plástica
Chapisco 1:5,0 Cimento e Areia Grossa 1,00 Fluida
Contrapiso 1:4,0 Cimento e Areia Média 0,50 Seca
Produção de Blocos
de Concreto (**)
Entre 1:6
e 1:11
Cimento e Areia Muito
Grossa
0,60 Muito Seca

Argamassa não é apenas um material que se molda, que dá forma a um corpo
estrutural, que participa da determinação de sua resistência, ou que caracteriza uma cor,
uma textura nas superfícies aparentes. Um elemento estrutural de uma argamassa pode
sofrer tanto as ações mecânicas decorrentes das leis de equilíbrio quanto as que resultam de
uma chuva ácida em uma atmosfera poluída, por exemplo. A qualidade da argamassaé tão
importante para a durabilidade das construções como é a epiderme para a proteção do corpo
humano, tanto que as vezes é possível assemelhar algumas funções de ambas,
principalmente do ponto de vista de proteção da armadura [HANAI, 1992].
Como se sabe, os agentes agressivos do meio ambiente não são apenas os
mecânicos – que deformam, rompem e desgastam – mas também os físico-químicos – que
provocam sobretudo a corrosão das armaduras, contra os quais a argamassa desempenha
um papel importante. A argamassa é sempre, por menos que o seja, um material permeável
a líquidos e gases, sujeito a diferenças de potencial elétrico e outros fatores, em permanente
equilíbrio com o meio ambiente, e além disso sujeito a limitações de execução.
As adições das argamassas são componentes ativos ou não, como as pozolanas e os
aditivos para concreto em geral, que são empregadas com finalidades diversas na
modificação das propriedades da argamassa fresca ou endurecida. Há propriedades físicas,
químicas e mecânicas, de deformação ou de durabilidade da argamassa endurecida a serem
consideradas, mas existem também importantes propriedades da mistura seca e da
31
argamassa fresca que devem ser observadas com todo o cuidado, uma vez que elas refletem
o potencial de qualidade final do material [HANAI, 1992].
A qualidade dos materiais constituintes é fundamental, mas as relações quantitativas
entre eles fornecem indicadores globais de tendências, os quais são imprescindíveis na
execução de argamassas adequadas às exigências de cada caso. Se a argamassa resulta
essencialmente de uma mistura de cimento (aglomerante), água e agregados, há de se
considerar duas importantes relações:

• água/cimento;

• pasta/agregado;

A relação água/cimento é um parâmetro de mais alta importância, que influi de
maneira decisiva nas diversas propriedades da argamassa. Esta relação não apenas
determina a plasticidade ou a fluidez da pasta de cimento no estado fresco, e portanto as
características de consistência e trabalhabilidade da argamassa, mas afeta também,
incisivamente, as propriedades da argamassa endurecida. As propriedades de resistência
mecânica e de deformação da argamassa dependem de forma direta dessa relação (Figura
1.2); entretanto, são as propriedades físicas e químicas da argamassa – intervenientes na
durabilidade das construções – que merecem destaque especial na tecnologia da argamassa
[HANAI, 1992].
Quanto a relação entre quantidades de cimento e de agregados, os parâmetros de
diluição ou de concentração da pasta e da distribuição granulométrica do agregado diluente
alteram as propriedades físicas, mecânicas e químicas das argamassas [BUCHER, 1983].
A análise das relações entre quantidades de água e cimento, e pasta e agregado
permite estabelecer algumas considerações sobre as propriedades das argamassas.
O agregado graúdo deve ser sempre de uma rocha muito mais resistente do que a
pasta de água e cimento. O concreto deve sempre romper na pasta caso haja uma solicitação
maior do que a projetada [TARTUCE e GIOVANNETTI, 1990].
A Tabela 1.4 apresenta a evolução da trabalhabilidade e da resistência mecânica em
função de certos fatores de composição do concreto.
32

Tabela 1.4. Evolução da trabalhabilidade e da resistência mecânica em função dos
fatores de composição do concreto [TARTUCE e GIOVANNETTI, 1990].

Fatores de Composição do
Concreto
Para Uma Boa
Trabalhabilidade
Para Uma Boa
Resistência
Finura da areia de preferência fina de preferência grossa
Relação graúdo/areia a diminuir a aumentar
Dosagem de água a aumentar até um certo ponto a diminuir
Granulometria preferível contínua preferível levemente descontínua
Dimensão máxima dos grãos de preferência pequena de preferência grande

1.4.2. Resistência Mecânica das Argamassas e dos Concretos

Pode-se dizer que a resistência mecânica da argamassa, acaba sendo satisfatória na
maioria dos casos, em conseqüência de cuidados que são tomados na garantia de outras
qualidades importantes, como baixa permeabilidade e trabalhabilidade adequada. A
resistência mecânica das argamassas usuais, isto é, aquelas com consumo de cimento entre
520 e 800 kg/m3 e relação água/cimento entre 0.38 e 0.48, medida por meio de ensaio de
compressão axial sobre corpos de prova cilíndricos de 50 mm de diâmetro e 100 mm de
altura, varia entre 25 MPa e 50 MPa, considerada suficiente em grande parte dos casos
práticos. Sabe-se que a resistência mecânica da argamassa depende fundamentalmente da
relação água/cimento, das proporções entre cimento e agregados, das impurezas contidas no
cimento e agregados, e das propriedades dos agregados: granulometria, forma, textura,
resistência e dimensão máxima característica [HANAI, 1992].
A grande influência da relação água/cimento deve-se ao fato de que ela determina a
porosidade da pasta de cimento endurecida; quanto menor a porosidade, maior a resistência
da pasta e conseqüentemente da argamassa.

33
Quando o concreto é bem adensado, admite-se que a sua resistência é inversamente
proporcional à relação água/cimento, de acordo com a “lei” estabelecida por Duff Abrams,
em 1919,

fc = K1__ (1.11)
K2
a/c

onde fc representa a resistência do concreto, a/c, a relação água/cimento (originalmente em
volume) e K1 e K2, constantes empíricas. O gráfico de Abrams está representado na Figura
1.2 [NEVILLE, 1982].
A influência da relação água/cimento na resistência não se constitui,
verdadeiramente, em uma “lei”, pois a regra da relação água/cimento não contém várias
qualificações necessárias para a validade. Em particular, a resistência com qualquer relação
água/cimento depende do grau de hidratação do cimento e das suas propriedades químicas e
físicas, da temperatura à qual se processa a hidratação, do teor de ar do concreto e também
da variação da relação água/cimento efetiva e da formação de fissuras devidas a exsudação.
Portanto, é mais correto relacionar a resistência com a concentração de produtos sólidos da
hidratação do cimento no espaço disponível para os mesmos.

Figura 1.2. Gráfico de Abrams – resistência mecânica à compressão do concreto em
função da relação água/cimento [ NEVILLE, 1982].

34
Outra observação interessante é que os concretos e/ou argamassas com relação
água/cimento mais baixa apresentam maior velocidade de endurecimento do que aqueles
com relação água/cimento mais alta, já que as partículas de cimento ficam mais próximas e
se estabelece mais rapidamente um sistema contínuo de formação do gel. Com relação ao
grau de diluição da pasta de cimento, pode ocorrer que uma argamassa de relação
água/cimento muito baixa e alto teor de cimento apresente um retrocesso de resistência.
Possivelmente isso seria conseqüência de tensões induzidas pela retração, uma vez que a
restrição oferecida pelos grãos do agregado causaria fissuração da pasta de cimento ou
perda de aderência entre pasta e agregado [HANAI, 1992].
A relação de agregado/cimento tem influência sobre a resistência de todos os
concretos/argamassa de resistência média e alta. Não há dúvida de que a relação
agregado/cimento é apenas um fator secundário da resistência do concreto/argamassa, mas
foi constatado que para uma mesma relação água/cimento os concretos/argamassas mais
pobres tem resistência maior. No entanto, é provável que outros fatores também participem;
por exemplo, o teor total de água por metro cúbico de concreto é menor em uma mistura
pobre do que em uma rica. Como resultado, em uma mistura pobre os vazios ocupam uma
fração menor de volume do concreto e são esses vazios que tem um efeito prejudicial sobre
a resistência [NEVILLE, 1982].
A permeabilidade das argamassas e dos concretos é uma propriedade extremamente
importante, uma vez que reflete a capacidade do material facilitar a penetração de líquidose gases nocivos no seu interior. A permeabilidade desses materiais depende da porosidade
dos agregados e da pasta de cimento endurecida. De modo geral, a porosidade dos grãos
dos agregados naturais sãos e compactados é extremamente baixa, dependendo a
permeabilidade, portanto, das características da pasta endurecida de cimento [BUCHER,
1983].
A existência de uma maior quantidade de pasta nas argamassas empregadas em
argamassa armada poderia induzir à conclusão de que elas seriam mais permeáveis.
Contudo, deve-se salientar que, com emprego de baixo fator água/cimento, a porosidade
capilar da pasta de cimento endurecida é bastante reduzida, conferindo assim à argamassa a
qualidade de material “impermeável”, uma virtude sempre citada em relatos diversos
[HANAI, 1992].
35
A Figura 1.3 apresenta a relação entre a permeabilidade e relação água/cimento de
pastas endurecidas (93% de cimento hidratado). Com relação água/cimento da ordem de
0.40, a permeabilidade na pasta de cimento é praticamente nula. A partir de 0.45, já começa
a crescer até atingir valores muito altos, com relação água/cimento de cerca de 0.70
[NEVILLE, 1982].
A permeabilidade da pasta de cimento diminui à medida que se processa a
hidratação, pois a redução do coeficiente de permeabilidade é tanto maior quanto menor for
a relação água/cimento da pasta [NEVILLE, 1982].
A baixa permeabilidade a líquidos e gases é uma das mais importantes propriedades
da argamassa, a se conseguir geralmente com baixa relação água/cimento, consumo mais
elevado de cimento, granulometria adequada de agregado, bom adensamento e cura
adequada.

Figura 1.3. Relação entre permeabilidade e relação água/cimento de pastas
endurecidas [NEVILLE, 1982].

36
1.4.3. Reações que Podem Ocorrer Durante a Cura ou o Envelhecimento da
Argamassa/Concreto

1.4.3.1. Reação Álcali-Agregado

A reação álcali-agregado (RAA) afeta a durabilidade de uma argamassa/concreto. A
deterioração causada pela RAA consiste na expansão provocada por um gel formado
através da reação química entre os álcalis de sódio (Na) e de potássio (K), existentes no
cimento Portland, e os minerais reativos presentes no agregado. Este gel, ao absorver água
exerce pressões hidráulicas produzindo expansões elevadas, causando fissurações que com
o tempo interferem negativamente na durabilidade das argamassas e das estruturas de
concreto, com conseqüente redução da resistência à tração e compressão [VIVIAN, 1951].

1.4.3.2. Reação Álcali-Sílica

É definida como a reação que envolve a presença de sílica amorfa, assim como
certos tipos de vidros naturais (vulcânicos) e artificiais. Foi inicialmente observada na
Califórnia em 1940 por Stanton, sendo depois reconhecida em diversos países.
A deterioração do concreto ou argamassa pela reação álcali-sílica é devida a alta
concentração de álcalis na solução dos poros da argamassa/concreto, que resulta em uma
elevação do pH a níveis que tornam a solução altamente agressiva, susceptíveis a reagir
com a sílica amorfa das rochas usadas como agregado. É importante ressaltar que não são
os álcalis que reagem, e sim os íons hidroxilas provenientes da dissociação dos hidróxidos
alcalinos [VIVIAN, 1951].
O mecanismo da reação álcali-sílica pode ser dividido em dois passos:

sílica + álcalis → gel (1.12a)

gel + H2O → expansão (1.12b)

37
Trata-se de uma reação onde o grupo silanol (Si – OH) é neutralizado pela solução
alcalina de Na formando um gel de silicato alcalino conforme as seguinte equações:

Si – OH + OH- → Si – O- + H2O (1.13a)

Si – O- + Na+ → Si – Ona (1.13b)

1.4.3.3. Reação Álcali-Silicato

O princípio da reação álcali-silicato é similar ao da álcali-sílica, porém o processo
ocorre mais lentamente devido a quantidade de minerais reativos disseminados na matriz
(silicatos eventualmente presentes nos feldspatos, folhelhos argilosos e rochas sedimentares
como as grauvacas metamórficas, quartzitos, magmáticas e os granitos) e principalmente a
presença de quartzo deformado e minerais expansivos da classe dos filossilicatos como as
esmectitas [VAN AARDT e VISSER, 1977].
VAN AARDT e VISSER [VAN AARDT e VISSER, 1977] observaram que
feldspatos, folhelhos argilosos e determinadas rochas ígneas a temperatura de 95oC, reagem
com hidróxido de cálcio produzindo silicatos hidratados de cálcio e álcalis. A temperatura
de 39oC, os feldspatos alcalinos produzem aluminatos tetracálcicos hidratados e álcalis. A
quantidade de álcalis liberada depende da composição dos feldspatos em relação ao cálcio,
sódio e potássio.
A teoria que explica como os feldspatos podem ser um material reativo, tem como
sustentação o fato de que nas primeiras idades do concreto ou argamassa desenvolve-se
uma camada de aderência em torno do agregado formada de silicatos de cálcio hidratados e
hidróxido de cálcio. Com o tempo, em condições de umidade o hidróxido de cálcio reage
com o feldspato liberando álcalis sob a forma de KOH e NaOH e/ou silicatos de sódio e
potássio, sendo este último sob a forma de gel e parcialmente solúvel em água. Quando os
álcalis atingirem uma certa concentração, os silicatos de cálcio (camada de aderência)
tenderão a se dissolver em silicatos de sódio e potássio formando um gel contendo cálcio,
potássio, sódio e sílica em sua vizinhança. Este gel constitui um mau elemento de ligação,
38
especialmente se considerarmos que está sujeito a contrações e dilatações conforme perda
ou ganho de água [VAN AARDT e VISSER, 1977].

1.4.3.4. Reação Álcali-Carbonato

A reação álcali-carbonato ocorre entre alguns calcários dolomíticos e soluções
alcalinas presentes nos poros do concreto ou argamassa, causando expansões e intensas
fissurações. Não há formação de gel alcalino como produto desta reação. Um mecanismo
bastante aceito é que este tipo de reação está fundamentado na reação de deslomitização
com formação de hidróxido de magnésio (brucita) e regeneração do hidróxido alcalino,
conforme as seguintes equações [VAN AARDT e VISSER, 1977]:

Formação da brucita: CaMg(CO3)2 + 2NaOH → Mg(OH)2 + CaCO3 + Na2CO3 (1.14)

Regeneração dos álcalis: Na2CO3 + Ca(OH)2 → 2NaOH + CaCO3 (1.15)

Como conseqüência tem-se o enfraquecimento da ligação entre a pasta de cimento e
o agregado e a presença de microfissurações.

1.4.3.5. Carbonatação

A palavra carbonatação em seu sentido mais amplo significa converter em
carbonato, ou seja, transformar qualquer sal proveniente da reação de neutralização em que
participe o ácido carbônico (H2CO3).
O ácido carbônico nada mais é do que a dissolução em água do dióxido de carbono
(CO2) presente na atmosfera e, de modo geral, proveniente da queima de combustíveis
fósseis, de queimadas, da respiração animal ou de algumas reações químicas envolvidas no
processo de putrefação de matéria orgânica.
Em engenharia civil a carbonatação significa a neutralização do hidróxido de cálcio
[Ca(OH)2] liberado como subproduto ao longo do processo de hidratação do C3S (silicato
tricálcico) e do C2S (silicato bicálcico) do cimento Portland [REVISTA TÉCHNE, 1994]:
39

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (1.16)

A equação (1.17) caracteriza a formação do ácido carbônico. Como essa reação só
ocorre em presença de água, em um ambiente de baixa umidade relativa, a carbonatação
apenas se verificará em níveis muito baixos. Paralelamente, considerando um concreto
saturado, a dificuldade de difusão do CO2 reduz a reação a níveis desprezíveis.
A equação (1.18) tem como produto uma fase instável representada pelo
bicarbonato de cálcio. A equação (1.19) apresenta a forma estável do carbonato de cálcio
com liberação de água [REVISTA TÉCHNE, 1994]:

CO2 + H2O → H2CO3 (1.17)

2H2CO3 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2 + 2H2O (1.18)Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O (1.19)

Esta reação apresentada na equação (1.18) depende, entre outros fatores, tanto da
argamassa/concreto como do meio ambiente. Quanto ao ambiente, são condições básicas
para a reação a presença de dióxido de carbono no ar e de umidade, a fim de que possa
formar-se ácido carbônico dissolvente da cal. O processo ocorre em duas etapas. Uma
eminentemente química caracterizada pelo ataque do ácido carbônico aos cristais instáveis
de hidróxido de cálcio, considerada a etapa “molhada”, já que é fundamental a penetração
da umidade no concreto ou argamassa. A outra, a etapa seca, envolve o transporte da água
saturada com o hidróxido de cálcio dissolvido até zonas de menor pressão, podendo ser
estas poros ou capilares de maiores dimensões ou até a superfície da peça, onde a
evaporação da água permite a precipitação do carbonato de cálcio.
Quanto à argamassa, é fundamental vincular a porosidade e conseqüente
permeabilidade com a intensidade da carbonatação. Assim, tem-se que a variável mais
importante do processo é o fator água/cimento (a/c), desde que se comparem traços
semelhantes. A alteração do traço, para um mesmo fator a/c, pode alterar as condições de
40
retenção de água da mistura, estabelecendo processos diferenciados com a possibilidade de
formação de uma rede capilar mais efetiva no estabelecimento da permeabilidade do
material. Outros fatores podem ser citados como intervenientes indiretos no processo, tais
como grau de adensamento, nível de hidratação do cimento e eficiência da cura, já que sua
ação direta se verifica na permeabilidade da argamassa/concreto [REVISTA TÉCHNE,
1994].
A exsudação, sendo um tipo especial de segregação, é a separação da água de
amassamento que aflora à superfície da argamassa/concreto. É um fenômeno que pode
diminuir a durabilidade e a aderência entre camadas da argamassa/concreto. A exsudação
não é prejudicial quando não causa mudança na estrutura do concreto ou argamassa, sendo
nesse caso, benéfica [SILVA, 1991].
A carbonatação provoca uma redução do pH da argamassa/concreto pela
neutralização de uma base forte de pH entre 12 e 13, o hidróxido de cálcio. O efeito
químico direto da carbonatação é a redução do pH da mistura, com conseqüências que
podem determinar a diminuição da vida útil do concreto/argamassa.
Os cristais formados na hidratação do cimento Portland apresentam estabilidade
química em ambiente alcalino; a alteração do ambiente em níveis intensos pode determinar
a destruição destas ligações. O fenômeno é identificável quando um concreto é submetido à
ação de ácidos em geral.
O ácido carbônico é um ácido fraco, atuando sobre o hidróxido de cálcio de forma
sensível mas sendo quase inofensivo ao carbonato de cálcio, o que explica quimicamente a
tendência decrescente da intensidade da carbonatação ao longo do tempo.
Fisicamente, o efeito do fenômeno consiste na obturação de poros e canais pelo
revestimento da sua superfície interna, ou pela sua obturação completa a partir da deposição
do carbonato de cálcio neoformado. Dessa maneira, a própria carbonatação consiste em
uma barreira eficaz contra si mesma, a menos que esta barreira venha a ser rompida por um
ácido de ação mais intensa, já que tende a colmatar os poros do concreto/argamassa, desde
que não tenha sido produzido com fator a/c demasiadamente alto [REVISTA TÉCHNE,
1994].
Admite-se que o concreto/argamassa protege adequadamente as armaduras de
reforço, através de uma ação física representada pelo cobrimento propriamente dito, e de
41
um efeito químico obtido da reação do hidróxido de cálcio com a camada superficial de
óxido sempre presente nas barras de aço, sendo este o efeito mais importante da
carbonatação.
A reação típica do fenômeno pode ser apresentada como:

2Fe(OH)3 + Ca + (OH)2 → CaO.Fe2O3 + 4H2O (1.20)

O produto dessa reação pode ser entendido como um óxido de ferro e cálcio. A
camada desse óxido de ferro e cálcio em uma armadura revestida também é chamada de
capa passivadora ou passivada, subentendendo-se como imune à corrosão. A estabilidade
química dessa capa passivadora depende de um ambiente alcalino caracterizado por um pH
entre 10,5 e 13. A neutralização apresentada pela carbonatação pode reduzir o pH do meio
a valores inferiores a 9, instabilizando a capa passivadora e vulnerabilizando a armadura à
instalação de um processo degenerativo de corrosão. Tendo em mente o violento e
relativamente rápido processo de corrosão das armaduras, é possível relacionar diretamente
esse fenômeno com a carbonatação, e esta com a durabilidade das estruturas de concreto
armado [REVISTA TÉCHNE, 1994].
Já que a carbonatação é um processo inerente aos concretos e argamassas, sua
ocorrência pode sugerir o envelhecimento do material, sendo necessário saber conviver
com esse fato inevitável. O ataque por ácidos fortes determina não só a lixiviação do
hidróxido de cálcio como também do carbonato de cálcio, reduzindo drasticamente o pH da
argamassa/concreto, despassivando a armadura e instabilizando os produtos da hidratação
do cimento Portland.
A argamassa/concreto não resiste à ação de ácidos fortes; ácidos fracos tendem a
deteriorar o concreto/argamassa a longo prazo; o ácido carbônico é uma exceção em função
do produto salino formado. É de responsabilidade também da carbonatação o aumento da
dureza superficial do concreto/argamassa, fato benéfico a concretos/argamassas sujeitos à
abrasão, além de sua maior proteção contra a ação de sulfatos [REVISTA TÉCHNE, 1994].

42
Capítulo 2
Resíduos Sólidos Industriais Utilizados em
Argamassas/Concretos

Introdução

A legislação ambiental brasileira apresenta vários métodos de destinação final para
resíduos, cabendo ao gerador escolher o mais adequado ambientalmente e economicamente
ao seu processo. Os principais métodos de destinação final são: aterro industrial,
landfarming, compostagem, incineração (grade fixa, grade móvel ou vibratória, tambor
rotativo, injeção líquida e leito fluidizado), pirólise, coprocessamento, desidratação e
técnicas de estabilização de resíduos (encapsulamento) [Núcleo de Meio Ambiente ACIJ,
2002]. A destinação mais adequada depende do tipo de resíduo. A norma brasileira
NBR10004 da ABNT classifica os resíduos em:

• resíduos classe I - perigosos: são aqueles que apresentam periculosidade
(risco à saúde pública e/ou riscos ao meio ambiente), ou uma das seguintes
características: inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxidade ou
patogenicidade.

• resíduos classe II – não inertes: são aqueles que não se enquadram nas
classificações de resíduos classe I – perigosos ou de resíduos classe III –
inertes. Os resíduos classe II – não-inertes podem ter propriedades, tais
como: combustibilidade, biodegradabilidade ou solubilidade em água.

• resíduos classe III – inertes: quaisquer resíduos que, quando amostrados de
forma representativa, segundo a NBR 10007, e submetidos a um contato
estático ou dinâmico com água destilada ou deionizada, à temperatura
ambiente, conforme teste de solubilização, segundo a NBR 10006, não
43
tiverem nenhum de seus constituintes solubilizados a concentrações
superiores aos padrões de potabilidade de água, conforme listagem no 8 da
NBR10004, excetuando-se os padrões de aspecto, cor, turbidez e sabor.

Na prática a legislação ambiental fez com que muitas empresas investissem em
tecnologias mais limpas, ou seja, em processos produtivos que geram menos resíduos.
Contudo, grandes volumes de resíduos sólidos são gerados e atualmente preocupam os
empresários devido principalmente a dois fatores:

• custo relativamente elevado para a gestão e a destinação atual dos resíduos;

• responsabilidade ambiental.

Com isso, várias indústrias, principalmente as mais importantes e as mais bem
administradas,de diversos setores industriais, passaram procurar soluções alternativas.
Hoje, várias empresas estão percebendo que certos resíduos sólidos industriais
podem ser utilizados como matéria-prima para a fabricação de materiais usados na
construção civil. Alguns desses materiais já estão sendo usados na prática, outros estão
sendo estudados através de projetos de pesquisa, principalmente com indústrias de grandes
setores industriais. A Tabela 2.1 mostra alguns desses setores e seus principais resíduos que
estão sendo usados para a fabricação de argamassa ou concreto e que serão apresentados a
seguir de acordo com o estudo bibliográfico realizado.

44
Tabela 2.1. Tipos de resíduos resultantes de processos industriais.

Indústria Tipos de Resíduos
Papel e Celulose Cinza Preta, Grits, Dregs e Fibras
Termelétricas Cinzas Volantes e Cinzas Pesadas
Alimentícia Casca de Arroz
Metalúrgica Areia de Fundição, Escória de Cobre, Escória
de Aciaria Elétrica e Escória de Alto-forno
Têxtil Lodo Têxtil

2.1. Resíduos Provenientes da Indústria de Papel e Celulose

Uma indústria de papel e celulose de grande porte pode gerar cerca de 5000 m3 de
resíduos sólidos por mês. Estes resíduos são, de um modo geral, de classe II e III conforme
classificação da NBR 10004. Eles podem ser considerados como resíduos valorizáveis, ou
seja, resíduos que podem ser utilizados como fonte de energia ou como matéria prima para
a elaboração de outros materiais [BRESCANSIN, 2000].
No que concerne a utilização dos resíduos da indústria de papel e celulose como
fonte de matéria prima, trabalhos recentes [MASUERO e col., 1998; MOURA e col., 1998;
TELES e CAMARGO, 1999; WATANABE e col., 1998; BRESCANSIN, 2000;
GEMELLI e col., 2001; CRUZ e col., 2001] mostraram que eles podem ser utilizados para
a produção de argamassa para aplicação na construção civil.
No que se refere aos resíduos sólidos gerados pela indústria de papel e celulose
Klabin S.A. de Santa Catarina, pesquisadores da UDESC [TELES e CAMARGO, 1999]
selecionaram quatro resíduos sólidos para estudo, denominados fibras, dregs, cinza preta e
grits. Estes resíduos foram utilizados na elaboração de argamassas em substituição ao
cimento (caso da cinza preta e dregs) ou em substituição ao agregado fino (caso das fibras e
grits) [TELES e CAMARGO, 1999; BRESCANSIN, 2000; GEMELLI e col., 2001]. A
Tabela 2.2 apresenta um resumo das misturas usadas na preparação das argamassas.

45
Tabela 2.2. Quantidade de materiais utilizados na produção das argamassas [TELES
e CAMARGO, 1999].

Argamassa Cimento
CPI-S-32 (g)
Agregado
Fino (g)
Cinza Preta
(g)
Grits
(g)
Dregs
(g)
Fibras
(g)
Água
(ml)
Fator
A/C
Ref. (Rs) 624 1872 0 0 300 0,48
(A) 592,8 1872 27 0 300 0,49
(B) 561,6 1872 54 0 300 0,48
(C) 624 1779 0 49 300 0,49
(D) 624 1686 0 98 300 0,49
(E) 624 1593 0 147 300 0,49
(F) 624 1500 0 196 300 0,49
(G) 592,8 1872 0 16,34 0 300 0,49
(H) 624 1779 0 0 28,25 300 0,48
(I) 592,8 1779 0 16,34 28,25 300 0,49
(J) 592,8 1872 27 0 0 300 0,49
Cimento
CPII-Z-32 (g)

Ref. (Rz) 624 1872 0 0 300 0,48
(K) 561,6 1872 54 0 300 0,48
(L) 624 1686 0 98 300 0,49

Os corpos de prova obtidos com os traços da Tabela 2.2 foram submetidos ao ensaio
mecânico de compressão logo após a cura em tanque com água alcalina. Os resultados
obtidos dos ensaios mecânicos estão representados nas Tabelas 2.3 a 2.5, para cada traço
utilizado. O tempo de cura dos corpos de prova produzidos com cimento CPI-S 32 foi de 7
e 28 dias e dos corpos de prova produzidos com cimento CPII-Z 32 foi de 28 dias. A
Tabela 2.4 mostra os ensaios comparativos de resistência mecânica dos diferentes resíduos.
O melhor resultado foi obtido com o resíduo cinza preta. Os outros resíduos tiveram um
desempenho inferior mas conservaram um valor de resistência mecânica que permite a sua
utilização na construção civil. Pode-se observar que o tempo de cura influencia na
resistência dos materiais elaborados. Os resultados obtidos com tempo de cura de 7 dias
(Tabela. 2.3) correspondem a cerca de 50 a 60 % dos valores obtidos com tempo de cura de
28 dias (Tabela 2.4).
Outro fato importante observado é a diferença de resistência entre um cimento e
outro. A argamassa sem resíduo obtida com cimento CPII-Z-32 apresenta baixa resistência
(~ 5 MPa) quando comparada com a argamassa obtida com cimento CPI-S-32 (~ 21 MPa).
Em resumo, o resíduo cinza preta e o grits se destacam dentre os demais, no que
concerne a resistência mecânica axial da argamassa, como materiais de substituição parcial
do cimento e do agregado fino, respectivamente. A incorporação destes resíduos na
argamassa com cimento CPII-Z-32 praticamente não altera a resistência à compressão
(Tabela 2.5).
46

Tabela 2.3. Resistência média dos corpos de prova produzidos com Cimento Portland
Comum (CPI-S-32) após cura de 7 dias [BRESCANSIN, 2000].

Corpos de prova Tensão média de ruptura à
compressão axial (MPa)
Desvio Padrão (MPa)
Matriz (Rs) 12,38 2,55
Cimento + 5% cinza (A) 8,68 4,23
Cimento + 10% cinza (B) 6,50 3,22
Cimento + 5% grits (C) 7,50 5,12
Cimento + 10% grits (D) 10,00 3,78
Cimento + 15% grits (E) 9,53 2,89
Cimento + 20% grits (F) 8,94 3,21

Atualmente, os resíduos fibras e dregs, compostos majoritariamente de matéria
orgânica, são queimados juntamente com a biomassa primária. Eles são então parcialmente
eliminados sendo que o resíduo não volante da queima é o que está sendo chamado de cinza
preta. Portanto, as amostras obtidas com os resíduos cinza preta e grits foram analisadas
mais em detalhes pelos autores [BRESCANSIN, 2000; GEMELLI e col., 2001].

Tabela 2.4. Resistência média dos corpos de prova produzidos com Cimento
Portland comum (CPI-S-32) após cura de 28 dias [BRESCANSIN, 2000].

Corpos de Prova Tensão Média de Ruptura
à Compressão Axial (MPa)
Desvio Padrão
(MPa)
Cimento 21,28 2,36
Cimento + 5% Fibras 14,45 1,76
Cimento + 5% Dregs 16,94 2,05
Cimento + 5% Fibras + 5% Dregs 15,90 1,72
Cimento + 5% Cinza Preta 20,36 2,39

47
Tabela 2.5. Resistência média dos corpos de prova produzidos com Cimento Portland
Comum (CPII-Z-32) após cura de 28 dias [BRESCANSIN, 2000].

Corpos de Prova Tensão Média de Ruptura
à Compressão Axial (MPa)
Desvio Padrão
(MPa)
Matriz (Rz) 4,86 1,38
Cimento + 10% cinza (K) 5,23 1,87
Cimento + 10% grits (L) 5,32 1,67

As observações metalográficas realizadas põem em evidência a diferença entre os
dois cimentos. Através das Figuras 2.1 e 2.2 fica evidente que o cimento CPII-Z-32
apresenta na sua composição uma grande quantidade de impurezas, quando comparado com
o cimento CPI-S-32. Estas impurezas são constituídas principalmente de cinzas inertes no
cimento, representadas pelas partículas mais finas da Figura 2.1. Esta grande quantidade de
cinza é a principal responsável pela baixa resistência mecânica da argamassa.
Constatou-se na morfologia do pó cerâmico cinza preta a presença de uma dispersão
do tamanho e forma das partículas, conforme mostrado na Fig. 2.3. Observando a
morfologia do cimento Portland e do pó cerâmico cinza preta, notou-se que as partículas do
pó cerâmico cinza preta são inferiores, em tamanho, às partículas do cimento. Isto indica
que o tempo de moagem da cinza preta foi muito longo, ou seja, que não existe a
necessidade da moagem da cinza preta por 24 horas. Pode-se então reduzir o tempo de
moagem para obter uma morfologia mais próxima do cimento.
O resíduo grits, utilizado como agregado fino em substituição à areia convencional,
apresentou uma morfologia bem distinta. Em forma de grânulos (d < 500 µm), eles são
constituídos de grânulos aglomerados de carbonato de cálcio e sílica conforme mostra a
Figura 2.4.
O estudo de caracterização da morfologia da areia permitiu identificar que esta é
formada