CONFECÇÃO DE CONCRETO COM CINZAS DO BAGAÇO DE CANA

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1 - INTRODUÇÃO
A versatilidade de formas e rapidez na construção faz com que o concreto seja uma dos materiais mais usados pela engenharia civil para construção de pontes, edificações, aeroportos, túneis e demais obras de infra-estrutura. Estimativas atuais prevêem uma produção de cerca de 1,7 bilhões de toneladas de cimento Portland anualmente no mundo, quantidade suficiente para a produção de mais de 06 km3 de concreto por ano ou pelo menos 01 m3 de concreto por habitante (GARTNER, 2004).
Com o uso incessante do concreto na construção civil, estudos vêm se desenvolvendo para garantir uma melhor resistência desse material e a conscientização à preservação das jazidas dos elementos que compõem essa mistura. 
A história do concreto se inicia por meados de 5600 a.C. quando o homem utilizava uma mistura de cal, areia e pedregulho para preencher o piso de suas casas. Mas foi em 1824 quando o empresário britânico Joseph Aspdin conseguiu patentear um método de produção de pedra artificial que ele batizou como Cimento Portland. 
Já o concreto, como é conhecido hoje no Brasil, é derivado do vocábulo inglês concrete que é sinônimo de betão ou algo sólido. Material bastante usado nas construções civis por resistir a grandes pressões de compressão, porém não trabalham bem e flexão e tração, fazendo-se necessário o conjunto com o aço ou outros elementos metálicos formando o concreto armado.
Seguindo um fluxograma podemos entender como é feita a mistura até se chegarmos ao que chamamos de concreto:
 Cimento + Água = Pasta de Cimento
 Cimento + Água + Areia = Argamassa
 Cimento + Água + Areia + Brita = Concreto
 Concreto + Aço = Concreto Armado
 Concreto + Aditivos ou Adições = Concreto Especial
Com esse conceito, podemos dizer que concreto é a mistura de um ou mais aglomerantes (cimento ou cal), agregado graúdo (brita), agregado miúdo (areia) e água. 
Ultimamente é freqüente o uso de alguns aditivos e fibras para modificar as características do concreto. Várias experiências já consagram alguns desses materiais e os objetivos alcançados foram vários, como: aumento de resistência, coloração do concreto, retração do calor na hidratação, redução de fissuras e etc.
Como a maioria dos elementos constituintes do concreto e argamassas é de origem natural, ao longo do tempo a tendência desses materiais é a estagnação na natureza, com isso se faz necessário a substituição parcial ou total desses elementos com a função de aprimorar as características do concreto, como leveza, flexibilidade, custos e qualidade. Um desses elementos que vêm ganhando destaque nas indústrias cimentícias é a cinza do bagaço de cana-de-açúcar. 
Assim, utilizando-se de meios que propiciam uma política de sustentabilidade e preservação ambiental, o reaproveitamento das cinzas oriundas da queima do bagaço de cana-de-açúcar vem sendo uma alternativa para os ambientalistas e produtores de cimenteiras. Portanto proponho nesse trabalho algumas alternativas para adição das cinzas ao concreto, em substituição parcial do cimento Portland, buscando um produto de baixo custo, qualidade e, contudo a preservação ambiental.
O objetivo deste trabalho é analisar e discutir a viabilidade, ou não, de um produto no mercado que seja renovador, propicie sustentabilidade e diversidade na produção de concreto para construção civil. De maneira mais específica, pretende-se determinar o potencial econômico da adição da cinza do bagaço de cana-de-açúcar no concreto convencional e estudar a influência da adição do bagaço de cana no concreto e sua relação com a diminuição das fissuras no concreto e a resistência a compressão.
Devido à importância de se preservar o meio ambiente e os recursos naturais usados na confecção do concreto tradicional, a reutilização de materiais de descarte, como as cinzas do bagaço de cana se faz necessária para a criação de uma nova tecnologia e melhoria das propriedades de concretos tradicionais.
2 - REVISÕES BIBLIOGRÁFICAS
Após sua descoberta, o nome cimento Portland foi sugerido por conta da semelhança com a pedra calcária extraída no norte da península de Portland no Condado de Dorset. Com a patente, associou-se com William Beverly e montaram em 1828 uma fábrica em Wakefield, próxima de Leeds, Aspdin & Beverly Patent Portland Cement Manufectures (JOÃO, 2008). A partir daí surgiu a necessidade de se aprimorar o uso desse aglomerante.
Segundo a ABNT NBR-5732/91, o cimento Portland é um produto constituído em sua maior parte de silicatos de cálcio com propriedades hidráulicas. Dessa forma endurece sob a ação da água e, depois de endurecido, mesmo que seja submetido à água, não se decompõe mais (PUGLIESI, 2000).
Para que ocorra esse processo de endurecimento, inicia-se uma reação química entre o cimento e a água e essa reação requerem certo tempo chamado de tempo de pega inicial e final.
Segundo PAULA:
Com relação ao tempo de pega inicial e final, as adições de 10%, 20% e 30% de CBC geraram um aumento de 10 min. no intervalo entre os tempos de pega. As argamassas com maiores teores de cinza tendem a ser mais porosas, o que justifica os maiores valores de absorção encontrados. Com relação à massa específica, a substituição parcial do cimento Portland por até 30% de cinzas na mistura não provocou qualquer modificação significativa. Os ensaios de compressão das argamassas com teores de CBC entre 0 e 30%, aos 7 e 28 dias, indicaram a possibilidade de substituição de até 20% do cimento pela CBC, sem prejuízo da resistência (PAULA, 2006, p. 15).
Com o passar dos anos, a tendência de novas tecnologias empregadas as misturas do concreto tradicional vem aumentando, e um desses destaques é a adição das cinzas do bagaço da cana-de-açúcar com a intenção de melhorar as características de resistência a compressão do concreto. Após diversas análises, CINCOTTO (1983), concluiu que o CBC comporta-se como um cimento pozolâncico, mesmo que a sua exequibilidade ainda dependa de algumas variáveis para atingir um grau químico satisfatório.
Segundo RESENDE (2014), a cinza do bagaço de cana-de-açúcar (CBC) é um importante material para a confecção de argamassas e concretos devido à alta quantidade de silício (Si) e de óxido de alumínio (A12O3).
Observadas essas variáveis, o processo desse concreto com a adição das cinzas se inicia nas usinas produtoras de açúcar e álcool. Depois de colhida a cana, esta segue para os pátios das usinas. Em seguida, aplica-se a moagem da cana, resultando no bagaço úmido, este é queimado nas fornalhas para a co-geração de energia, gerando como produto final a cinza do bagaço de cana-de-açúcar (FREITAS, 2005). As cinzas de bagaço de cana podem ter efeito pozolânico, ou elas podem atuar pelo efeito filer, conduzindo a melhores valores de resistência em concretos e argamassas, assim como contribuir para a produção de concretos e argamassas menos permeáveis, conforme atesta o trabalho de (MACEDO, 2009). Mesmo assim há controvérsias se essas cinzas são consideradas um material pozolânico ou não. Hoje, considera-se pozolânico todo material inorgânico, natural ou artificial, silicoso ou alumino-silicoso que por si só não apresenta atividade hidráulica. Entretanto, quando passado por um processo de moagem fina e em presença de água, reage com o hidróxido de cálcio. (CORDEIRO, 2006).
Todo concreto é produzido com uma mistura de vários componentes e chamamos essa mistura de traço. Um traço de concreto contém variações em seus componentes em função de sua resistência, (quantidade dos agregados, relação água/cimento, aditivos e adições).
Segundo PAULA:
O aumento no teor de cinzas, nas diferentes combinações de cimento-cinzas testadas, provocou decréscimos significativos na resistência à compressão simples dos corpos-de-prova confeccionados com cimento Portland/cinzas de bagaço de cana-de-açúcar a partir da incorporação de 30% de cinzas na mistura, em ambas as idades (PAULA, 2006, p. 15).Nesse trabalho buscou-se uma porção correta da adição de cinzas do bagaço de cana-de-açúcar adicionado à um traço de concreto tradicional.
 
3 - MATERIAIS E MÉTODOS
O trabalho foi desenvolvido usando cimento Portland CP-IV 32 RS ABNT NBR-5736/91, como agregado graúdo brita 01, como agregado miúdo areia sedimentar de granulometria média e água potável. 
Esse artigo trata-se de uma pesquisa experimental, os meios utilizados foram textos publicados em sites de internet e artigos relacionados ao tema proposto.
Os ensaios realizados durante a pesquisa foram desenvolvidos no laboratório da Universidade Presidente Antônio Carlos, campos Teófilo Otoni-MG. Neste se encontra os equipamentos necessários para a execução dos ensaios prescritos pelas normas técnicas brasileiras vigentes. 
3.1 - Matérias prima
Como agregado fino foi utilizado cinzas do bagaço de cana, conforme processo de aproveitamento para produção de energia, procedente da usina sucro-alcooleira DASA - Destilaria de Álcool e Açúcar Serra dos Aimorés, Nanuque-Mg.
Foram recolhidos 05 Kg de cinzas do bagaço de cana-de-açúcar, 10 Kg de cimento Portland CP-IV 32 RS, 15 Kg de agregado miúdo (areia média), 10 Kg de agregado graúdo (brita 01) e 05 litros de água potável para moldagem de 08 corpos-de-prova. 
 
3.2 - Moldagens dos corpos de prova
Os materiais utilizados para confecção do concreto adicionado com cinzas de bagaço de cana foram pesados com balança de precisão e em seguida misturados conforme norma prevista. Utilizou-se a tabela Caldas Branco para a escolha de um traço de resistência a compressão de 32 Mpa aos 28 dias. Nesse traço foram usados no total: 4,890Kg de cimento Portland CP-IV 32 RS; 12,200Kg de agregado miúdo (areia média); 8,580Kg de agregado graúdo (brita 01); 3,6L de água potável e 1,740Kg de cinzas de bagaço de cana-de-açúcar.
Conforme figura 01-a, CP (corpos-de-prova) 01 e 02 utilizou-se um traço de concreto contendo: 1,440Kg de cimento Portland CP-IV 32 RS; 3,05Kg de agregado miúdo (areia média); 2,145Kg de agregado graúdo (brita 01) e 0,900L de água potável. Conforme figura 01-b, CP 03 e 04 utilizou-se um traço contendo: 1,300Kg de cimento Portland CP-IV 32 RS; 3,05Kg de agregado miúdo (areia média); 2,145Kg de agregado graúdo (brita 01); 0,900L de água potável e 10% de cinzas = 300g.
Conforme figura 02-a, CP (corpos-de-prova) 05 e 06 utilizou-se um traço contendo: 1,150Kg de cimento Portland CP-IV 32 RS; 3,05Kg de agregado miúdo (areia média); 2,145Kg de agregado graúdo (brita 01); 0,900L de água potável e 20% de cinzas = 580g. Já na figura 02-b, CP 07 e 08 utilizou-se um traço de concreto contendo: 1,00Kg de cimento Portland CP-IV 32 RS; 3,05Kg de agregado miúdo (areia média); 2,145Kg de agregado graúdo (brita 01); 0,900L de água potável e 30% de cinzas = 860g. 
O concreto foi adensado nos corpos-de-prova nas medidas: 10 cm x 20 cm, em duas camadas de 25 golpes cada. Depois de 24h e identificadas às amostras, os cilindros foram mergulhados em um tanque com água para a respectiva cura.
Os resultados foram obtidos em duas etapas. Aos 07 dias ocorreu a preparação com a retífica os ensaios à compressão dos CP (corpos-de-prova): 01, 03, 05 e 07. Aos 28 dias ocorreu a segunda etapa novamente com a retífica e os ensaios à compressão dos CP: 02, 04, 06 e 08. Conforme ilustração da figura 03-a (retífica do CP 04) e b (ensaio à compressão do CP 02). 
 
Figura 01 - a) concreto tradicional sem aditivos e b) concreto com adição de 10% de cinzas de bagaço de cana.
Fonte: Acervo do Autor.
 
Figura 02 - a) concreto com adição de 20% de cinzas de bagaço de cana e b) concreto com adição de 30% de cinzas de bagaço de cana.
Fonte: Acervo do Autor.
Figura 03-a) retífica do CP 04 e b) ensaio à compressão do CP 02.
Fonte: Acervo do Autor.
4 - ANÁLISES DE RESULTADOS E DISCUSÕES
Como essas cinzas podem variar suas características devido ao processo e os equipamentos utilizados nas usinas, há de se fazer uma série de análise para se chegar a um percentual satisfatório para adição no concreto tradicional. 
Nesse trabalho, adotou-se fazer 08 tipos de corpos-de-prova e neles contendo: 02 corpos-de-prova com traço de concreto tradicional, sem adição de CBC (cinzas do bagaço de cana-de-açúcar), 02 corpos-de-prova com uma adição de 10% de cinzas do bagaço de cana, 02 corpos-de-prova com uma adição de 20% de cinzas de bagaço de cana e 02 corpos-de-prova com adição de 30% de cinzas do bagaço de cana, todas ao concreto de 32 Mpa.
As tabelas a seguir contêm os resultados provenientes dos ensaios mecânicos a compressão simples, realizados no laboratório da Universidade UNIPAC. Conforme tabela 01 puderam-se verificar os resultados de um ensaio a compressão simples de uma mistura de concreto tradicional aos 07 e 28 dias de cura:
Tabela 01 - Dados dos ensaios a compressão realizados nos corpo-de-prova 01 e 02.
	Resultados dos ensaios mecânicos aos 07 e aos 28 dias
	Corpo-de-prova
	Idade de cura (dias)
	Concreto tradicional sem adição de (CBC)
	
	
	Resistência a compressão simples (Mpa)
	01
	07
	19
	02
	28
	31
Conforme tabela 02 puderam-se verificar os resultados a compressão com a adição de 10% d cinzas do bagaço de cana:
Tabela 02 - Dados dos ensaios a compressão realizados nos corpo-de-prova 03 e 04.
	Resultados dos ensaios mecânicos aos 07 e aos 28 dias
	Corpo-de-prova
	Idade de cura (dias)
	10% cinzas de bagaço de cana-de-açúcar
	
	
	Resistência a compressão simples (Mpa)
	03
	07
	18
	04
	28
	29
Na tabela 03, os resultados obtidos foram sobre uma mistura de 20% de cinzas de bagaço de cana:
Tabela 03 - Dados dos ensaios a compressão realizados nos corpo-de-prova 05 e 06.
	Resultados dos ensaios mecânicos aos 07 e aos 28 dias
	Corpo-de-prova
	Idade de cura (dias)
	20% cinzas de bagaço de cana-de-açúcar
	
	
	Resistência a compressão simples (Mpa)
	05
	07
	21
	06
	28
	33
Já a tabela 04 mostra os resultados da resistência à compressão sobre uma mistura de 30% de cinzas de bagaço de cana:
Tabela 04 - Dados dos ensaios a compressão realizados nos corpo-de-prova 07 e 08.
	Resultados dos ensaios mecânicos aos 07 e aos 28 dias
	Corpo-de-prova
	Idade de cura (dias)
	30% cinzas de bagaço de cana-de-açúcar 
	
	
	Resistência a compressão simples (Mpa)
	07
	07
	19
	08
	28
	30
A sílica presente nas cinzas do bagaço de cana-de-açúcar, após os processos de moagem e queima se comportam de maneira pozolânica semelhante ao do cimento Portland, promovendo a união das partículas dos agregados do concreto e quando dosadas nas medidas certas ajudam a aumentar significamente à resistência do mesmo.
Dentre vários fatores que podem provocar fissuras no concreto como: sobrecargas, recalques diferenciais e agentes agressivos, as fissuras no concreto também podem ser provocadas quando há perda de umidade no processo de cura, causando uma retração por secagem ou diminuição de seu volume. 
Isso quer dizer que no momento da cura, as partículas dos agregados ficam mais próximas e não ocorre à união com o cimento Portland. Como o cimento, depois de curado, reage melhor à compressão, esse processo se comporta de forma contrária, causando tração ao cimento, ocasionando as fissuras. O que se pode fazer para amenizar os efeitos dessa patologia a promover uma umidade ótima do concreto durante seu tempo de cura ou adicionar aditivos que retardam esse processo.
Quando comparado o resultado dos ensaios, pode-se verificar que a mistura existentes nos corpos-de-prova 05 e 06, conforme apresentados na tabela 03, com 20% de cinzas de bagaço de cana, atingiram índices satisfatórios em relação à mistura existente nos corpos-de-prova 01 e 02, apresentados na tabela 01, sem adição de CBC.
Em relação à diminuição das fissuras, a adição as cinzas do bagaço de cana-de-açúcar não tiveram influência alguma, pois, o que realmente promove a diminuição dessa patologia é o correto processo de cura do concreto respeitando asnormas ABNT vigente.
5 - CONSIDERAÇÕES FINAIS
Diante dos resultados obtidos, verificou-se a viabilidade o uso das cinzas do bagaço de cana como uma alternativa a substituição parcial do cimento Portland no concreto tradicional. Há de se imaginar que se tratando de uma conscientização e a administração de recursos naturais na elaboração de concretos, o uso das cinzas do bagaço de cana-de-açúcar ajudam a promover a preservação do meio ambiente e o desenvolvimento socioeconômico de uma região, não podendo deixar de levar em conta as características desses materiais e a forma como eles são obtidos.
Por outro lado, é apenas uma boa alternativa para a cidade de Nanuque e região, por ter uma proximidade com a usina sucroalcooleira diminuindo os impactos de logística provenientes desse tipo de atividade, já para o vale do Jequitinhonha, essa ainda é uma realidade distante. Para que isso aconteça, é preciso uma logística de transporte e fácil acesso aos materiais pertinentes a mistura desse tipo de concreto e investimentos da iniciativa privada.
6 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5732: Cimento Portland comum. Rio de Janeiro, 1991.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5736: Cimento Portland pozolânico. Rio de Janeiro, 1991.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICIAS. NBR 5739: Concreto - Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2007.
CORDEIRO, G. C. Utilização de cinzas ultrafinas do bagaço de cana-de-açúcar e da casca de arroz como aditivos minerais em concreto. Tese de Doutorado. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, 2006.
FREITAS, E. de S. Caracterização da cinza do bagaço de cana-de-açúcar do Município de Campos dos Goytacazes para o uso na construção civil. Dissertação. Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro. Rio de Janeiro, 2005.
GARTNER, E.M., 2004, “Industrially interesting approaches to ‘low-CO2’ cements”, Cement and Concrete Research, v. 34, n. 9, pp. 1489-1498.
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MACEDO P. C.. Avaliação do desempenho de argamassas com adição de cinzas de bagaço de cana. (Dissertação). Ilha solteira, FEIS/UNESP. 2009.118p.
PAULA, M. O. Potencial da cinza do bagaço de cana-de-açúcar como material de substituição parcial de cimento Portland. 2006. 60f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2006.
PUGLIESI, NATALY. Cimento: diferentes tipos e aplicações. AEC web, disponível no link: http://www.aecweb.com.br/cont/m/ver/cimento-diferentes-tipos-e-aplicações_11959_0_1 acessado em 05/10/2017.
REZENDE, F. M, et al. Uso da cinza do bagaço da cana- de- açúcar em comento Portland como mecanismo de desenvolvimento limpo. 6ª Jornada Científica e Tecnológica e 3º Simpósio de Pós-Graduação do IFSULDEMINAS. Pouso Alegre, 2014.
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