trabalho 50 - pavimentação

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ESTUDO DA VARIAÇÃO DAS PROPRIEDADES DA ESCÓRIA DE ACIARIA AO 
PROCESSO DE LIXIVIAÇÃO CONTROLADA VISANDO EMPREGO EM 
PAVIMENTOS 
 
Kíssyla Ávila Costa 
Instituto Militar de Engenharia 
Seção de Fortificação e Construção 
Antônio Carlos Rodrigues Guimarães 
Instituto Militar de Engenharia 
Seção de Fortificação e Construção 
 
 
 
RESUMO 
O presente trabalho buscou-se avaliar as composições físicas, químicas e microestruturais da escória de aciaria 
visando à possibilidade de seu uso em camadas de pavimentação. A questão ambiental é motivos de grandes 
preocupações, a exploração dos recursos naturais e a geração de resíduos em grandes proporções, principalmente 
na construção civil, tem estimulado a comunidade científica, o estudo no reaproveitamento destes resíduos. A 
escória de aciaria já tem seu emprego em obras da construção civil, como em obras de pavimentação, sendo um 
substituto viável de agregados naturais seja em misturas asfálticas ou misturas para bases e sub-bases de 
pavimentação. Entretanto, a presença de metais como óxidos de cálcio, silício, ferro, magnésio pode causar 
contaminação do meio ambiente, ou defeitos de pavimentação, como a expansão. Dessa maneira, o objetivo 
deste estudo é avaliar as características da escória de aciaria por meio de procedimentos de laboratório, incluindo 
entre outros a lixiviação com o uso do equipamento Soxhlet, visando determinar sua composição química 
residual de elementos contaminantes e expansivos após lixiviação por 58 horas. No presente trabalho são 
apresentados os resultados dos ensaios de caracterização da escória de aciaria virgem e após lixiviação 
controlada, como sua estrutura superficial pelo Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV), sua composição 
química por meio da Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS). Analisou-se a variação dos contaminantes 
presentes na escória de aciaria em estudo após lixiviação controlada e pode-se concluir que os elementos 
responsáveis pela expansão foram reduzidos. 
Palavras-chave: escória de aciaria; caracterização; contaminantes. 
 
ABSTRACT 
The present study sought to assess the physical, chemical compositions and microstructure of steelmaking slag 
to the possibility of its use in layers of flooring. The environmental issue is cause for great concern, the 
exploitation of natural resources and the generation of waste in large proportions, mainly in construction, have 
stimulated the scientific community, the study on the reuse of this waste. Steelmaking slag already has his job in 
construction works, as in the works of paving, being a viable replacement of natural aggregates in asphalt 
mixtures or mixtures for paving bases and sub-bases. However, the presence of metals such as oxides of calcium, 
Silicon, iron, magnesium can cause contamination of the environment, or defects of paving, as expansion. In this 
way, the aim of this study is to assess the characteristics of steelmaking slag by means of laboratory procedures, 
including among others the leaching by using Soxhlet equipment, in order to determine their chemical 
composition of residual contaminants and expansive elements after leaching for 58 hours. In the present work 
are presented the results of tests of characterization of steelmaking slag virgin and after leaching controlled, as 
its surface structure by scanning electron microscope (SEM), their chemical composition through energy 
Dispersive Spectroscopy (EDS). We analyzed the variation of the contaminants in steelmaking slag in study after 
leaching controlled and we can conclude that the elements responsible for expansion were reduced. 
keywords: steelmaking slag; characterization; contaminants. 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
A utilização excessiva de recursos naturais em obras da construção civil, como a 
pavimentação asfáltica, traz para o setor de pavimentação a necessidade de combinar soluções 
de engenharia e preservação do meio ambiente, uma vez que em obras de pavimentação tem-
se o consumo de grandes volumes de materiais (WESSELING, 2005). 
 
 
O aproveitamento de materiais alternativos em pavimentação pode dar um destino adequado a 
resíduos como as escórias siderúrgicas. O aproveitamento destes resíduos torna-se vantajoso 
para as empresas geradoras, uma vez que podem agregar valor ao rejeito e diminuir os gastos 
com disposição e tratamento do resíduo (WESSELING, 2005). 
 
 
Durante o processo de produção do aço são gerados de 100 a 150 kg de escórias por tonelada 
de aço líquido. Dentre as escórias siderúrgicas têm-se as escórias de aciaria, um resíduo que 
pode ser gerado por meio da fusão e refino de sucatas metálicas em forno de arco elétrico 
(aciarias elétricas) ou através da redução do ferro-gusa líquido nos conversores a oxigênio 
(aciarias LD) (SALVIANO 2010). 
 
A utilização da escória de aciaria pode ser verificada em vários estudos como agregados na 
mistura asfáltica, material de base e sub-base, tais como em Rohde (2002), Cavalcante et al 
(2003), Nóbrega et al (2004) e Castelo Branco (2004). Entretanto, não se tem estudo do 
potencial de contaminação das escórias de aciaria, nem do tempo de cura para sua 
descontaminação a fim de ser empregada em obras de pavimentação. 
 
As escórias de aciaria possuem comportamento expansivo, devido à presença dos óxidos 
livres de cálcio e magnésio. A hidratação de tais elementos é a principal causa de tal 
comportamento, mas a instabilidade desses compostos e os tamanhos dos cristais também 
podem influenciar em tal comportamento (SOUSA, 2007). Devido ao seu potencial expansivo 
entender o comportamento da escória de aciaria como agregado para a pavimentação é de 
extrema importância. 
 
As empresas geradoras ou beneficiadoras da escória de aciaria mantém este resíduo em pátios 
para que ocorra a cura “natural”, ou seja, por meio do intemperismo ao longo do tempo faz 
com que a escória estabilize os componentes contaminantes e expansivos. No entanto tal 
procedimento demanda de grandes áreas para estocagem e cura deste material 
 
Para tal foi proposto estudar o comportamento da escória de aciaria após lixiviação controlada 
em extratores Soxhlet. Segundo Balbinot (2008) a extração Soxhlet foi criada por Franz von 
Soxhlet em 1879. Sendo seu principal objetivo o estudo de rochas geradoras de petróleo para 
a separação do betume da rocha total. Atualmente tal equipamento é utilizado em diversos 
laboratórios com a finalidade de recuperar o ligante asfáltico de misturas betuminosas. 
 
O equipamento é constituído por manda aquecedora, balão, tubo extrator e tubo condensador. 
Dentro do balão, coloca-se a solução de lixiviação, que pode ser monitorada e se necessário, 
trocada durante o ensaio. A manta aquece a solução e produz vapor, que é conduzido ao topo 
do extrator por meio do tubo condutor de vapor. O vapor é condensado no tubo condensador, 
localizado no topo do tubo extrator (Figura 1). 
 
 
 
Figura 1: Escória de aciaria recebida pelo Laboratório de Ligantes e Misturas Betuminosas. 
 
De acordo com a Figura 1 a amostra é submetida à lixiviação em ciclos de umedecimento e 
secagem em temperaturas que vão até a ebulição da água. Tal equipamento viabiliza o 
controle da variação de temperatura, precipitação e altura da coluna de solução, podendo se 
monitorar a solução de lixiviação (SALVIANO, 2010). 
 
A, a amostra dentro do extrator é submetida a três condições. A primeira corresponde à 
condição atmosférica, onde a amostra é submetida a variações de temperatura, enquanto é 
lavado periodicamente pela precipitação do líquido de lixiviação. A segunda condição 
corresponde à existência de variações do nível da solução, a terceira condição corresponde a 
uma submersão permanente (SALVIANO, 2010). 
 
Dessa forma este estudo tem como objetivo analisar a composição física e química da escória 
de aciaria antes e após ensaios de lixiviação controlada, por meio de extratores Soxhlet, onde a 
escória de aciariacontaminada é ensaiada simulando a precipitação da chuva por meio de 
lixiviação continua. 
 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
A escória de aciaria foi recebida pelo Laboratório de Ligantes e Misturas Betuminosas do 
Instituto Militar de Engenharia - IME, conforme Figura 2. 
 
 
Figura 2: Escória de aciaria recebida pelo Laboratório de Ligantes e Misturas Betuminosas 
 
A escória de aciaria foi então caracterizada ainda virgem por meio de ensaios físicos como 
granulometria (DNER-ME083/98), densidade real e aparente (DNER-ME084/95), absorção 
(DNER-ME 195/97), impacto Tréton (DNER-ME 399/99) e durabilidade (DNER-ME 
089/94). Também foi realizada a caraterização microestrutural por meio de Microscopia 
Eletrônica de Varredura (MEV) e caracterização química da escória por meio da 
Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS). 
 
Após caracterização a escória de aciaria foi colocada em extrator Soxhlet (Figura 3), no qual 
foi submetida à lixiviação controlada por 58 horas, utilizando água destilada. 
 
 
Figura 3: Extrator Soxhlet do Laboratório de Ligantes e Misturas Betuminosas do Instituto 
Militar de Engenharia. 
 
Na Figura 3 foram consideradas as três condições citadas por Salviano (2010): parte superior 
da amostra no Soxhlet (C1), o local em que a amostra se encontra na parte intermediária do 
extrator Soxhlet (C2), a amostra localizada no fundo do extrator (C3). Nessas três condições o 
equipamento simula em laboratório, de maneira mais severa, as condições intempéricas na 
qual a pilha de escória está exposta no pátio de resíduos, ou seja, precipitação e aumento e 
redução de temperatura. Ao final das 58 horas a escória de aciaria foi novamente 
caracterizada microestrutural, física e quimicamente, a fim de se determinar se houve redução 
dos contaminantes presentes na amostra ensaiada. 
 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
A composição granulométrica da escória de aciaria virgem está apresentada na Figura 4. 
 
 
 
Figura 4: Distribuição granulométrica. 
 
É possível observar na Figura 4 que a escória de aciaria analisada apresenta graduação aberta, 
ou seja, possui uma distribuição contínua, mas com insuficiência de finos para preencher os 
vazios entre as partículas maiores, e isso resulta em um maior volume de vazios. A partir da 
distribuição granulométrica foi possível verificar que a escória não se enquadrou nos limites 
granulométricos estabelecidos pela NBR 7211/2009 como brita 0 e brita 01. 
 
Os resultados da caracterização física da escória de aciaria virgem como densidade real e 
aparente, absorção, impacto Tréton e durabilidade estão apresentados na Tabela 1. 
 
Tabela 1: Resultados dos ensaios da caracterização física da escória de aciaria virgem. 
 
Parâmetros Analisados Média 
Média Agregados 
Convencionais 
DNER/DNIT 
Média Escória de 
Aciaria 
(DNER – ES 262/94) 
Densidade Real 3,38 - - 
Massa específica Aparente 3,00 - 3,0-3,5- 
Massa unitária [kg/dm³] 1,68 - 1,5-1,7 
Absorção [%] 3,45 ≤2 1-2 
Ensaio Tréton [%] 19,91 ≤60 - 
Perda durabilidade [%] 4,42 ≤12 0-5 
 
Os resultados apresentados na Tabela 1 foram confrontados com os resultados de Rodhe 
(2004) e ficaram dentro dos limites especificados para DNER – ES 262/94 e para os valores 
estabelecidos para agregados convencionais. A densidade real de 3,38 ficou dentro do 
esperado por se tratar de escória de aciaria e como observado em diversas literaturas. A perda 
após ensaio de durabilidade ficou dentro dos limites estabelecidos tanto no que se refere a 
agregados convencionais quanto para o esperado pela escória de aciaria. 
 
O ensaio de durabilidade da escória de aciaria virgem ficou dentro do esperado por perda em 
ciclos de imersão em sulfato de sódio anidro com valor de 4,42%. A Figura 5 apresenta as 
fissuras na superfície da escória de aciaria observadas em Microscópio Eletrônico de 
Varredura (MEV). 
 
 
 
Figura 5: Fissuras após ensaio de durabilidade: aumento de 200 vezes (à esq.) 1000 vezes (à 
dir.). 
O fenômeno de durabilidade visa por meio do ataque da solução aos elementos do agregado, 
no caso da escória de aciaria a expansão do sulfato em contato com a umidade causa a 
fissuração da superfície do material, como foi possível observar na Figura 5. 
 
A caracterização microestrutural da escória de aciaria virgem, realizada por meio do MEV, 
utilizada no presente estudo é apresentada na Figura 6. 
 
 
Figura 6: Imagem de alta resolução da escória de aciaria com aumento de 200 vezes. 
 
Para a Figura 6 foram realizados ensaios com o material fino da escória de aciaria a fim de 
obter uma amostra representativa do material. Essa mesma amostra serviu para a realização da 
caracterização química por meio do EDS e seus resultados estão apresentados na Tabela 2. 
 
Tabela 2: Composição química da escória de aciaria virgem por meio de EDS. 
Composição Amostra 1 (%) Amostra 2 (%) 
MgO 0,01 0 
Al2O3 0 0 
SiO2 6,93 7,39 
P2O5 0 0 
SO3 0,96 0,65 
CaO 79,63 79,5 
MnO 1,89 1,98 
FeO 10,59 10,49 
 
De acordo com a Tabela 2, os principais componentes encontrados na escória de aciaria 
analisada foram o SiO2 com média de, SO3 médio de 0,81%, CaO médio de 79,57%, MnO 
médio de 1,94% e FeO médio de 10,54%. Tais elementos são esperados em escória de aciaria 
típica conforme literaturas já citadas. 
Após ensaio de lixiviação controlada em 58 horas a escória foi retirada do extrator Soxhlet e 
dividida nas três condições especificadas (C1, C2 e C3), conforme Figura 7. 
 
 
Figura 7: Amostra retirada após lixiviação contínua de cada parte do Soxhlet, C1: superior; C2 
intermediário e C3 fundo. 
 
Foi possível constatar com a amostra retirada do extrator Soxhlet que nas condições C1 e C3 
houve partículas que expandiram e apresentaram fissuras a olho nu. As amostras em cada 
condição foram novamente caracterizadas. A caracterização física da condição C1 encontra-se 
na Tabela 3. 
 
Tabela 3: Resultados da caracterização física da escória de aciaria lixiviada na condição C1. 
Parâmetros Analisados Média 
Média Agregados 
Convencionais 
DNER/DNIT 
Média Escória de 
Aciaria 
(DNER – ES 262/94) 
Densidade Real 3,18 - - 
Densidade Aparente 2,91 - 3,0-3,5- 
Massa unitária (kg/dm³) - - 1,5-1,7 
Absorção (%) 2,90 ≤2% 1-2% 
Ensaio Tréton (%) 25,54 ≤60% - 
Perda durabilidade (%) - ≤12% 0-5 
 
Os resultados apresentados na Tabela 3 atenderam as normas especificadas. Não foi possível a 
determinação da massa unitária, pois o material não foi suficiente para completar o volume do 
recipiente necessário para o ensaio. 
 
A caracterização química, por meio do EDS, da condição C1 está apresentada na Tabela 4. 
 
 
Tabela 4: Resultados da caracterização física da escória de aciaria lixiviada na condição C1. 
Composição Amostra 1 (%) 
MgO 2,63 
Al2O3 0,38 
SiO2 8,83 
P2O5 0,00 
SO3 0,46 
CaO 69,41 
MnO 3,22 
FeO 15,07 
 
É possível observar na Tabela 4 a presença dos mesmos componentes observados na amostra 
virgem. A amostra C1 quando comparada a amostra virgem foi possível perceber uma 
redução dos óxidos de cálcio de 79,57% na amostra virgem para 69,41 % na amostra lixiviada 
C1. Para outros elementos houve aumento nos valores quando comparados a amostra virgem. 
 
A caracterização física da condição C2 encontra-se na Tabela 5. 
 
Tabela 5: Resultados da caracterização física da escória de aciaria lixiviada na condição C2. 
Parâmetros Analisados Média 
Média Agregados 
Convencionais 
DNER/DNIT 
Média Escória de 
Aciaria 
(DNER – ES 262/94) 
Densidade Real 3,27 - - 
Densidade Aparente 2,99 - 3,0-3,5- 
Massa unitária (kg/dm³) - - 1,5-1,7 
Absorção (%) 3,00 ≤2% 1-2% 
Ensaio Tréton (%) 11,18 ≤60% - 
Perda durabilidade (%) - ≤12% 0-5 
 
Da mesma maneira que a amostra C1 houve atendimento às especificações das normas 
analisadas para a amostra C2. A densidade real encontrada foi de 3,27, o que é verificado em 
outras literaturas para escória de aciaria. A caracterização química,por meio do EDS, da 
condição C2 é apresentada na Tabela 6. 
 
Tabela 6: Resultados da caracterização física da escória de aciaria lixiviada na condição C2. 
Composição Amostra 1 (%) 
MgO 0,86 
Al2O3 0,00 
SiO2 9,74 
P2O5 0,00 
SO3 0,57 
CaO 73,36 
MnO 2,32 
FeO 13,14 
 
De acordo com a Tabela 4 foi observado a presença dos mesmos componentes observados na 
amostra virgem. A amostra C2 quando comparada a amostra virgem foi possível perceber 
uma redução dos óxidos de cálcio de 79,57% na amostra virgem para 73,36% na amostra 
lixiviada C2. 
Entretanto o valor de CaO foi mais elevado que na condição C1 (69, 41%), isso pode ser 
causado devido ao acumulo de elementos provenientes do processo de lixiviação. Outros 
elementos como MgO, SiO, MnO e FeO e o houveram aumento nos valores quando comparados a 
 
amostra virgem, mas redução quando comparados aos valores na condição C1. A 
caracterização física da condição C2 encontra-se na Tabela 7. 
 
Tabela 7: Resultados da caracterização física da escória de aciaria lixiviada na condição C3. 
Parâmetros Analisados Média 
Média Agregados 
Convencionais 
DNER/DNIT 
Média Escória de 
Aciaria 
(DNER – ES 262/94) 
Densidade Real 3,24 - - 
Densidade Aparente 2,95 - 3,0-3,5- 
Massa unitária (kg/dm³) - - 1,5-1,7 
Absorção (%) 3,00 ≤2% 1-2% 
Ensaio Tréton (%) 11,7 ≤60% - 
Perda durabilidade (%) - ≤12% 0-5 
 
Os resultados da caracterização física da amostra na condição C3 e apresentado na Tabela 7 
também ficaram dentro dos limites estabelecidos belas normas de referencia, como esperado 
para escória de aciaria típica. A caracterização química, por meio do EDS, da condição C3 é 
apresentada na Tabela 8. 
 
Tabela 8: Resultados da caracterização física da escória de aciaria lixiviada na condição C3. 
Composição Amostra 1 (%) 
MgO 0,64 
Al2O3 0,00 
SiO2 9,63 
P2O5 0,00 
SO3 0,54 
CaO 74,21 
MnO 2,12 
FeO 12,86 
 
De acordo com a Tabela 8 foi observado a presença dos mesmos componentes observados na 
amostra virgem. A amostra C2 quando comparada a amostra virgem foi possível perceber 
uma redução dos óxidos de cálcio de 79,57% na amostra virgem para 74,21% na amostra 
lixiviada C3. 
Entretanto o valor de CaO foi mais elevado que na condição C1 e C2 (C1 (69, 41% e 73, 36% 
respectivamente), isso pode ser causado devido ao acumulo de elementos provenientes do 
processo de lixiviação. 
 
Outros elementos como MgO, SiO, MnO e FeO e o houveram aumento nos valores quando 
comparados a amostra virgem, mas redução quando comparados aos valores na condição C1 e 
C2. 
 
4. CONCLUSÕES 
 
No presente trabalho mostrou-se a escória de aciaria virgem em estudo possui características 
que favorecem seu uso em obras de pavimentação, ou seja, os resultados obtidos a partir desta 
pesquisa ficaram dentro dos limites estabelecidos pelas normas brasileiras vigentes. O 
atendimento de tais requisitos é de extrema importância ao se trabalhar com material 
alternativo, uma vez que estes devem atender os mesmos requisitos de agregados 
convencionais. 
 
 
No entanto, a escória de aciaria apresenta características expansivas, pela presença de óxidos 
de cálcio e magnésio, que podem inviabilizar sua utilização em pavimentação. Fora 
encontrados na amostra virgem teores médios de CaO de 79,57%, e FeO de 10,54%, 
elementos responsáveis por tais características. 
 
Após lixiviação controlada em extrator Soxhlet foi possível perceber a redução de CaO para 
69,41% (C1), 73,36 % (C2) e 74,21 % (C3), principal responsável pelo caráter expansivo da 
escória de aciaria. Pode parecer que houve um acréscimo na porcentagem do elemento dentro 
do extrator, mas isso é esperado devido ao próprio processo de lixiviação, uma vez que este 
processo é mais intenso na parte superior do equipamento (C1) e ocorre com menos 
intensidade no fundo do extrator (C3). 
 
Logo, tal experimento é de suma importância no conhecimento das características da escória 
de aciaria, pois ficou comprovado que o processo de lixiviação estudado não influencia de 
forma significativa nas características físicas da escória. Entretanto, diminui os teores dos 
componentes contaminantes e expansivos. 
 
Tal estudo fornece um entendimento, em laboratório, do que acontece com a pilha de escória 
de aciaria em pátios de “cura”. Além de reduzir o passivo ambiental proveniente do 
tratamento e disposição de um resíduo gerado em larga escala por indústrias siderúrgicas. 
 
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Kíssyla Ávila Costa. End.: Rua Voluntários da Pátria, Número 01, Apartamento 711, Botafogo, Rio de Janeiro, 
Brasil. Contatos: (21)8877-4413; kissyla_avila@hotmail.com 
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