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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO
Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto Departamento de Engenharia de Minas
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral – PPGEM
ADIÇÃO DE RESÍDUOS DO SETOR MÍNERO-METALÚRGICO
NA FABRICAÇÃO DE TIJOLOS SOLO-CAL
Autor: Welington Luiz Ferreira
Orientadoras: Profª. Drª. Érica Linhares Reis
Profª. Drª. Rosa Malena Fernandes Lima
Ouro Preto – dezembro de 2013
i
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO
Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto Departamento de Engenharia de Minas
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral – PPGEM
ADIÇÃO DE RESÍDUOS DO SETOR MÍNERO-METALÚRGICO
NA FABRICAÇÃO DE TIJOLOS SOLO-CAL
Autor: WELINGTON LUIZ FERREIRA
Orientadoras: Prof.ª Dr.ª ÉRICA LINHARES REIS
Prof.ª Dr.ª ROSA MALENA FERNDANDES LIMA
Área de concentração:
Tratamento de Minérios
Ouro Preto/MG
Dezembro de 2013.
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação do Departamento de Engenharia de
Minas da Escola de Minas da Universidade
Federal de Ouro Preto, como parte integrante dos
requisitos para obtenção do título de Mestre em
Engenharia Mineral.
ii
Catalogação: [email protected]
F383a Ferreira, Welington Luiz.
Adição de resíduos do setor mínero-metalúrgico na fabricação de tijolos
solo-cal [manuscrito] / Welington Luiz Ferreira – 2013.
67f.: il. color; grafs.; tabs.; mapas.
Orientadora: Profª Drª Érica Linhares Reis e Rosa Malena Fernandes Lima.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de
Minas. Departamento de Engenharia de Minas. Programa de Pós-Graduação
em Engenharia Mineral.
Área de concentração: Tratamento de Minérios.
1. Escória - Teses. 2. Reaproveitamento (Sobras, refugos, etc.) - Teses. 3.
Tijolos - Teses. I. Reis, Érica Linhares. II. Lima, Rosa Malena Fernandes. III.
Universidade Federal de Ouro Preto. IV. Título.
CDU: 622:62-665.9
CDU: 669.162.16
iii
iv
AGRADECIMENTOS
A Deus, pela força e coragem para superar os obstáculos da vida.
As orientadoras, Profª. Drª. Érica Linhares Reis e Profª. Drª. Rosa Malena Fernandes
Lima, pela confiança, dedicação, ensinamento, amizade, orientação e compreensão em
todos os momentos solicitados.
Aos professores Dr. José Aurélio Medeiros da Luz e Dr. Carlos Alberto Pereira pela
amizade, incentivo e ensinamentos transmitidos.
Ao professor Dr. Ricardo André Fiorotti Peixoto pela colaboração na execução dos
trabalhos práticos.
A todos do Laboratório de Tratamento de Minérios DEMIN/UFOP, Laboratório de
Propriedades Interfaciais DEMIN/UFOP, Laboratório de Difratometria de Raios X
DEGEO/UFOP, Laboratório de Geoquímica Ambiental DEGEO/UFOP, Laboratório de
Mecânica EM/UFOP e Laboratório de Geotecnia DEMIM/DEGEO por terem me
acolhido e auxiliado sempre que necessário.
A CAPES, pelo apoio financeiro viabilizando a realização desta pesquisa.
Aos meus pais José Antônio Carmo Ferreira e Maria das Graças Ferreira, pela
educação, incentivo e confiança me passada.
Aos meus irmãos João Paulo Ferreira e Cintia Aparecida Ferreira pela compreensão e
apoio.
A Marina de Oliveira Paro pelo incentivo, colaboração, companheirismo, por estar ao
meu lado nos momentos difíceis, me alegrar nas tristezas e por fazer parte diretamente
desta conquista.
A todos que direta ou indiretamente contribuíram para que mais essa etapa fosse
concluída.
v
SUMÁRIO
1 – INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 1
2 – RELEVÂNCIA E JUSTIFICATIVA ......................................................................... 2
3 – OBJETIVO ................................................................................................................. 3
3.1 - Objetivo Geral ...................................................................................................... 3
3.2 - Objetivos Específicos ........................................................................................... 3
4 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................... 4
4.1 – Mistura Solo-Cal .................................................................................................. 4
4.2 – Atividade Pozolânica ......................................................................................... 10
4.3 – Finos da Fabricação de Artesanatos de Pedra-Sabão ......................................... 12
4.4 – Escória da Fabricação de Ferro-Ligas de Manganês ......................................... 15
5 – MATERIAIS E MÉTODOS ..................................................................................... 22
5.1 – Amostragem ....................................................................................................... 22
5.1.1 – Solo.............................................................................................................. 22
5.1.2 – Escória de ferro-ligas de manganês ............................................................. 23
5.1.3 – Finos de pedra sabão ................................................................................... 24
5.1.4 – Cal ............................................................................................................... 24
5.2 – Caracterização das Amostras ............................................................................. 25
5.2.1 – Análise química ........................................................................................... 25
5.2.2 – Determinação de densidade ......................................................................... 26
5.2.3 – Determinação de área superficial ................................................................ 27
5.2.4 – Análise granulométrica ............................................................................... 27
5.2.6 – Perda por calcinação (PPC) ......................................................................... 28
5.2.6 – Limites de Atterberg.................................................................................... 28
5.2.7 – Difração de raios-X (DRX) ......................................................................... 29
5.3 – Confecção dos Corpos-de-Prova ....................................................................... 29
5.4 – Cura dos Corpos-de-Prova ................................................................................. 33
5.5 – Ensaios para Avaliação dos Corpos-de-Prova Solo-Cal e Solo-Cal-Resíduo ... 34
5.5.1 – Ensaio de resistência à compressão ............................................................. 34
5.5.2 – Ensaio de absorção de água ......................................................................... 35
5.5.3 – Ensaio de classificação de resíduos ............................................................. 36
6 – RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................. 38
vi
6.1 – Caracterização das Amostras de Solo, Cal, Escória de Ferro-Ligas de Manganês
e Finos de Pedra-Sabão ............................................................................................... 38
6.1.1 – Determinação da densidade, da superfície específica, da porosidade e da
umidade ................................................................................................................... 38
6.1.2 – Distribuição granulométrica ........................................................................ 39
6.1.3 – Perda por calcinação.................................................................................... 40
6.1.4 – Limites de Atterberg.................................................................................... 43
6.1.5 – Atividade Pozolânica .................................................................................. 44
6.2. – Resistência à compressão simples .................................................................... 51
6.2.3 – Ensaio de absorção de água ......................................................................... 54
6.2.4 – Ensaio de classificação de resíduos dos corpos de-prova solo-cal-resíduo 55
7 – CONCLUSÕES ........................................................................................................ 59
8 – REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA .......................................................................... 61
vii
LISTA DE TABELAS
Tabela 4.1: Composição média dos tipos de cal comercializados no Brasil .................... 6
Tabela 4.2: Classificação dos materiais pozolânicos quanto à sua origem .................... 11
Tabela 4.3: Classificação de materiais pozolâmicos quanto à com posição química ..... 12
Tabela 4.4: Classificação de materiais pozolâmicos quanto às propriedades físicas ..... 12
Tabela 5.1: Composição química da amostra de finos de pedra-sabão ........................ 244
Tabela 5.2: Traço dos corpos-de-prova de solo-cal ...................................................... 311
Tabela 5.3: Traço dos corpos-de-prova de solo-cal-escória de ferro-ligas de manganês e
de solo-cal-finos de pedra-sabão .................................................................................. 322
Tabela 6.1: Superfície, densidades, porosidade e umidade das amostras de solo, cal e
escória de ferro-liga de manganês ................................................................................ 388
Tabela 6.2: Perda por calcinação das amostras de solo, cal, escória de ferro-liga de
manganês e finos de pedra sabão .................................................................................. 433
Tabela 6.3: Índices de Atterberg do solo ...................................................................... 433
Tabela 6.4 : Exigências químicas para classificação de materiais pozolânicos ........... 444
Tabela 6.5: Composição química das amostras de solo, cal (CALFIX) e escória de ferro-
ligas de manganês ......................................................................................................... 466
Tabela 6.6: Resistência à compressão simples dos corpos-de-prova solo-cal e solo-cal-
resíduo no período de 28 e 60 dias de cura................................................................... 522
Tabela 6.7 Absorção de água pelos corpos-de-prova solo-cal e solo-cal-resíduos nos
períodos de 28 e 60 dias ............................................................................................... 544
Tabela 6.8: Teor dos elementos analisados na lixívia (conforme ABNT NBR 10005/94)
e concentração – limite máximo no extrato obtido no ensaio de lixiviação de acordo
com ABNT NBR 10004:2004 para classificação de resíduos sólidos ......................... 566
Tabela 6.9: Teor dos elementos no solubilizado (conforme ABNT NBR 10006/94) e
concentração – limite máximo no extrato obtido no ensaio de solubilização de acordo
com ABNT NBR 10004:2004 para classificação de resíduos sólidos ......................... 577
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura 4.1: Estrutura cristalográfica do talco ................................................................. 13
Figura 5.1: Fluxograma da metodologia do trabalho ..................................................... 22
Figura 5.2: Localização geográfica do local de coleta das amostras em Cachoeira do
Campo ............................................................................................................................. 23
Figura 5.3 Fotos da escória de ferro-ligas de manganês após britagem ......................... 23
Figura 5.4: Fotos dos resíduos finos de pedra-sabão ...................................................... 24
Figura 5.5: Fotos da cal .................................................................................................. 25
Figura 5.6: Confecção dos corpos-de-prova ................................................................... 30
Figura 5.7: Curva de compactação dos traços solo-cal e solo-cal-resíduo ..................... 31
Figura 5.8: Fluxograma da confecção dos corpos-de-prova solo-cal e solo-cal-resíduo 33
Figura 5.9: Rompimento de corpo-de-prova na máquina de ensaio de compressão TIME
GROUP ........................................................................................................................... 34
Figura 5.10: Capeamento do corpo-de-prova ................................................................. 35
Figura 5.11: Recipiente com água utilizada para o ensaio de absorção ......................... 36
Figura 6.1 – Distribuição granulométrica da amostra de solo ........................................ 39
Figura 6.2 – Distribuição granulométrica da amostra escória de ferro-ligas de Mn ...... 39
Figura 6.3 – Distribuição granulométrica da amostra de pedra-sabão ........................... 40
Figura 6.4 – Distribuição granulométrica da fração abaixo de 38 μm da amostra de solo
........................................................................................................................................ 41
Figura 6.5 – Distribuição granulométrica da fração abaixo de 38 μm da amostra de
escória de ferro-ligas de Mn ........................................................................................... 41
Figura 6.6 – Distribuição granulométrica da fração abaixo de 38 μm da amostra de finos
de pedra sabão ................................................................................................................ 42
Figura 6.7 – Difratograma de raios X do solo ................................................................ 48
Figura 6.8 – Difratograma de raios X da cal .................................................................. 49
Figura 6.9 – Difratograma de raios X da escória de ferro-ligas de manganês ............... 50
Figura 6.10 – Difratograma de raios X da pedra sabão .................................................. 51
ix
Figura 6.11: Resistências à compressão simples dos corpos-de-prova solo-cal e solo-cal-
resíduos após os períodos de cura de 28 e 60 dias.......................................................... 53
x
RESUMO
No Brasil existem vários problemas ambientais em relação a grande geração de resíduos
pela indústria minero-metalúrgica. Como exemplo podem ser citados os processos de
extração e beneficiamento de rochas ornamentais, escória geradas na siderurgia. Logo, o
desenvolvimento de novas técnicas de reciclagem e reutilização de resíduos do setor,
seria de grande utilidade para minimização dos impactos gerados por essas atividades.
O presente trabalho pesquisou a incorporação de escória da fabricação de ferro-ligas de
manganês e de finos da produção de artesanatos de pedra-sabão (esteatito) em tijolos
solo-cal, substituindo parte do aglomerante, uma vez que os resíduos utilizados possuem
características pozolânicas. Em uma primeira fase, os resíduos utilizados foram
submetidos a uma caracterização física-mineralógica por meio dos seguintes ensaios:
granulometria por peneiramento a úmido, difração de raios X, análise química, perda
por calcinação, limite de Atterberg, densidade e determinação da área superficial.
Posteriormente, foram confeccionados corpos de prova, utilizando traço 1:10 em
proporção de 25, 50 e 75% em substituição a cal, para os períodos de cura de 28 e 60
dias. Finalmente, foi efetuada avaliação dos corpos de prova de solo-cal-resíduo
corresponde aos ensaios de resistência à compressão simples com 28 e 60 dias de cura,
ensaio de absorção d’água com 28 e 60 dias de cura e ensaio para classificação de
resíduos sólidos para os corpos-de-prova solo-cal-resíduos que apresentaram melhores
resultados nos ensaios anteriores. Os resultados obtidos mostraram que os corpos de
prova solo-cal com 25% de incorporação de finos de pedra sabão com tempo de cura de
28 e 60 dias e o corpo de prova com 25% de incorporação de escória de ferro-ligas de
manganês com tempo de cura de 60 dias apresentaram valores (2,10 MPa, 2,20 MPa e
2,10 MPa, respectivamente) acima da norma (≥ 2,0 MPa), tornando-os viáveis para a
sua utilização como tijolos solo-cal. Tais corpos-de-prova que apresentaram resultados
favoráveis foram classificados, de acordo com a norma de classificação de resíduos,
como: Resíduos Classe II A – Não inertes.
Palavras chaves: tijolo solo-cal, escória de ferro-ligas de manganês, finos de pedra-
sabão.
xi
ABSTRACT
There are, in Brazil, many environmental problems related to the big amount of waste
generated by mining and metallurgical industry. As an example may be cited the
processes of extraction and processing of ornamental stone, slag generated in the steel
industry. Therefore, the development of new techniques of recycling and reusing of this
sector´s waste, would be of great use in order to minimize the impacts generated by
these activities. This study investigated the incorporation of slag from the manufacture
of iron-manganese alloy and the powder from the production of Crafts soapstone
(steatite), in clay-lime brick, replacing part of the binder since the waste materials have
pozzolanic characteristics. In a first phase, the wastes were subjected to a physical-
mineralogical characterization by the following tests: particle size by wet sieving, X-ray
diffraction, chemical analysis, loss on ignition, Atterberg limits, density and superficial
area determination .Subsequently, specimens were fabricated using trace ratio of 1:10 in
a proportion of 25, 50 and 75%, in substitution of lime, to the curing periods of 28 and
60 days. Finally, was made an assessment of the clay-lime-residue specimens
correspondent to tests of simple compressive strength at 28 and 60 days of curing, water
absorption test with 28 and 60 days of curing and testing for waste classification of solid
wastes for the specimens of clay-lime-waste that showed better results in previous trials.
The results showed that the clay-lime samples with 25% incorporation of fine soapstone
with curing time of 28 and 60 days and the specimen with 25% incorporation of slag
iron-manganese alloys with time curing 60 days showed values (2.10 MPa, 2.20 MPa
and 2.10 MPa, respectively) above the norm (≥ 2.0 MPa), making it viable for use as
clay-lime bricks. Those samples that showed favorable results were classified,
according to the classification of waste norm, as Waste Class II A- non inerts.
Key words: clay-lime brick, slag iron-manganese alloys, fine soapstone.
1
1 – INTRODUÇÃO
O aproveitamento dos resíduos através de estudos capazes de detectar suas
potencialidades e viabilizar sua seleção preliminar é encarado hoje como atividade
complementar, que pode contribuir para diversificação dos produtos, além de resultar
em novas matérias-primas para uma série de setores industriais (Menezes et al. 2002). A
construção civil apresenta-se como um setor bastante apto a utilização de técnicas de
aproveitamento de resíduos. Além de benefícios ambientais, o reaproveitamento de
resíduos na construção civil pode gerar recursos financeiros, melhorar características de
alguns materiais e pode diminuir o custo da construção, fator importante, quando se
avalia o déficit habitacional existente no Brasil (Nascimento, 2007).
Processos de beneficiamento de rochas ornamentais geram grandes quantidades de
resíduos finos como é o caso do quartzito de São Tomé das Letras e de Ouro Preto –
MG. Na região de Ouro Preto encontram-se grandes depósitos de esteatito (pedra
sabão), cujo talco é o principal constituinte mineralógico (proporção maior que 35%)
(Pinheiro, 1973). Nessa região existem várias oficinas de artesanatos de pedra sabão,
que utilizam as rochas de pior qualidade.
A escória é o subproduto de maior volume gerado nas usinas siderúrgicas. Parte desse
subproduto retorna ao processo siderúrgico, mas grande fração ainda é armazenada. A
escória vem apresentando potencial de aplicação como matéria prima na construção
civil.
O tijolo solo-cal é um material de construção composto de solo, cal e água. Possui
diversas vantagens como a simplicidade de produção, que pode ser feita utilizando-se
equipamentos de baixo custo, não necessita mão-de-obra especializada e por apresentar
resistência à compressão, semelhante a do tijolo convencional. Além disso, esse tipo de
tijolo não passa pelo processo de cozimento dos tijolos convencionais, o que também
evitam impactos ambientais causados por esse processo de fabricação (Figueiredo,
2011).
Este trabalho teve como objetivo incorporar escória de ferro-ligas de manganês e finos
de pedra sabão em tijolos solo-cal e analisar suas características pozolânicas, ou seja,
propriedades cimentante.
2
2 – RELEVÂNCIA E JUSTIFICATIVA
Os resíduos do setor mínero-metalúrgico representam porcentagens não desprezíveis
das rejeições de processos produtivos industriais.
A redução no volume de resíduos produzidos nas indústrias do Brasil e no mundo vem
se tornando uma exigência constante em todos os processos de produção. Fatores como
a falta de espaço físico para a disposição destes resíduos, a contaminação ambiental
causada por eles, além da necessidade de preservação dos recursos naturais não
renováveis, tornam a reciclagem e a reutilização de resíduos uma alternativa bastante
atraente.
Na região de Bandeiras localizada em Santa Rita de Ouro Preto, distrito do município
de Ouro Preto-MG, são geradas cerca de 28.000 t/ano de resíduos da pedra-sabão,
enquanto que, na Usina Rancharia/VALE, no ano de 2010 foram geradas cerca de
99.200 t/ano de escórias de ferro-ligas de manganês.
Desta forma fazem-se necessários estudos de utilização de resíduos como a escória da
fabricação de ferro-ligas de manganês e finos da fabricação de artesanatos de pedra-
sabão. Este trabalho propõe a utilização desses resíduos na fabricação de tijolos solo-
cal. A alternativa proposta parece ser uma forma prática e de baixo custo para utilização
desses tipos de resíduos que apresentam baixo valor agregado.
3
3 – OBJETIVO
3.1 - Objetivo Geral
Utilizar a escória gerada no processo de produção de ferro-ligas de manganês e resíduos
(finos) de pedra sabão, oriundos da fabricação de artesanatos em pedra sabão como
material pozolânico para confecção de tijolos solo-cal.
3.2 - Objetivos Específicos
Caracterizar a escória gerada no processo de fabricação de ferro-ligas de
manganês da Usina Rancharia/VALE.
Caracterizar o solo proveniente do Morro do Caxambu localizada em Cachoeira
do Campo – MG.
Avaliar a eficiência da escória de ferro-ligas de manganês e de finos da pedra
sabão na fabricação de tijolos solo-cal.
4
4 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4.1 – Mistura Solo-Cal
Segundo Nogami e Villibor (1995), solo é um material natural e não consolidado, ou
seja, constituído de grãos separáveis por processos mecânicos e hidráulicos
relativamente suaves e que pode ser escavado com equipamentos comuns de
terraplenagem.
Guimarães (2002) conceitua solo como um corpo natural, tridimensional, formado de
horizontes (camadas paralelas à superfície) e constituído de elementos minerais e/ou
orgânico, em geral, com água e/ou ar preenchendo seus poros. Situa-se normalmente
entre a camada superficial da crosta, onde floresce a vegetação, e a camada de alteração
que recobre as rochas.
Guimarães (2002) afirma que à maioria dos terrenos originados de rochas calcárias,
falta a camada de alteração, e o “solo” encontam-se diretamente sobre a rocha fresca.
Assim, todo o “solo” argiloso utilizado em mistura solo/cal deve proceder dessa camada
de alteração. Solos pobres em minerais, finos, argilosos em condições normais não
reagem com a cal.
A cal é um aglomerante que resulta da calcinação de rochas carbonatadas constituídas
por carbonato de cálcio e/ou carbonato de cálcio-magnésio. Esse aglomerante tem sido
utilizada pela humanidade desde as mais antigas civilizações, tendo participado nas
grandes obras que marcaram os períodos históricos, principalmente como ligante dos
materiais de construção de suntuosos monumentos. Os romanos, os egípcios e os
chineses a usaram nas mais variadas aplicações (Andrade, 1991).
Guimarães (2002) afirma que o resultado da calcinação dos calcários e de cálcio-
magnésio são os óxidos de cálcio (CaO) e cálcio-magnésio (CaO – MgO), denominados
genericamente de cal virgem ou cal viva.
A cal hidratada, originada devido à hidratação da cal viva, é encontrada na forma de pó
seco (Lovato, 2004). As reações da cal virgem e da cal hidratada são apresentadas nas
equações 4.1 e 4.2.
5
CaCO3(s) + calor ↔ CaO(s) + CO2(g) 1.207,0 kJ/mol (4.1)
CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + calor 986 kJ/mol (4.2)
Lovato (2004) afirma que a cal cálcica é o produto obtido pela reação de hidratação,
mostrada acima, na equação 4.2. A partir da calcinação do calcário dolomítico, obtém-
se a cal dolomítica, que é uma mistura de óxido de cálcio e óxido de magnésio (CaO +
MgO). Obtendo os seguintes tipos de cal:
CaO → cal cálcica virgem
CaO . MgO → cal dolomítica virgem
Ca(OH)2 → cal cálcica hidratada
Ca(OH)2 . MgO → cal dolomítica mono-hidratada
Ca(OH)2 . MgO(OH)2 → cal dolomítica bi-hidratada
Na tabela 4.1 são apresentadas as composições químicas dos tipos de cal
comercializadas no mercado brasileiro (Guimarães, 2002).
De acordo com Guimarães (2002), tentativas para confecção de elementos construtivos
a partir de misturas compostas de areias, solo e cal não são recentes. Vários
pesquisadores do mundo tem se dedicado aos estudos e experimentações sobre a
tecnologia de cerâmicas de solo-cal aplicada nas argamassas e nas bases e sub-bases de
pavimentos rodoviários.
6
Tabela 4.1: Composição média dos tipos de cal comercializados no Brasil
TIPO DE CAL
CaO (%)
MgO (%)
Insolúvel no HCl
(%)
Fe2O3 + Al2O3
(%)
Perda ao fogo
(%)
CO2 (%)
SO3 (%)
CaO +
MgO
Base de
Não-Volátil
MgO
Não
Hidratado
CAL VIRGEM CÁLCICA
90 -98
0,1 - 0,8
0,5 -3,5
0,2-1,0
0,5 - 5,0
0,2- 3,8
0,1 - 0,6
96,0 -98,5
-
CAL HIDRATADA
CÁLCICA
70 -74
0,1 - 0,4
0,5 -2,5
0,2- 0,8
23- 27
1,5 -3,5
0,1 -0,0
96,0- 98,5
0,5 -1,8
CAL HIDRATADA
DOLOMÍTICA
OU MAGNESIANA
39- 61
15- 30
0,5 -18,2
0,2 -1,5
19- 27
3,0 -6,0
0,02-0,2
76 - 99
5- 25
CAL VIRGEM
DOLOMÍTICA
OU MAGNESIANA
51- 61
30 -37
0,5- 4,5
0,2 -1,0
0,5- 4,8
0,5- 4,5
0,05- 0, 1
76 - 99
-
Fonte: Guimarães (2002)
Conforme Milani (2005), a estabilização do solo consiste em modificar as
características do sistema solo-água-ar com a finalidade de se obter propriedades
necessárias a uma aplicação particular. Pode-se citar a cal como agente estabilizador,
como, também, o cimento, os aditivos químicos e as fibras vegetais. Na cal, as
partículas finas que ocupam vazios entre as partículas grossas funcionam como agentes
estabilizadores.
Para Ferreira e Freire (2005), o tipo de aditivo químico, a distribuição do solo e as
condições de cura são fatores que influenciam na estabilização. A avaliação do grau de
estabilização em presença ou não de aditivos, é feita por meio de testes físico-mecânicos
relacionados à resistência a compressão simples e durabilidade de tijolos de terra cua.
Quanto mais fina a granulometria do solo, maior é a área específica, significando que a
área a ser envolvida pelo aglomerante (cal) é maior. Solos de granulometria não
uniformes são bem aceitos, devido ao fato de requererem menor teor de estabilizantes,
pois os espaços existentes entre os grãos maiores são preenchidos por partículas
menores do próprio solo. Logo, os produtos formados das reações de solo-aditivo, ao
invés de preencher os vazios, agem de forma integral na ligação entre os grãos.
7
A estabilização do solo com a cal ocorre em devido a hidratação da mesma, alterando o
pH do solo e provocando a floculação das argilas em virtude de troca iônica. Em
imediato, o material sofre redução da expansão e da retração e melhora sua plasticidade.
Com o tempo, o ataque da argila, pela cal, produz reações pozolânicas (reação do silício
e alumínio com a cal) e fenômenos de carbonatação. Obtendo, dessa forma, melhores
características geo-mecânicas ao agregado (Guimarães, 1995).
Ferreira et al. (2005) adicionaram cal e silicato de sódio em um solo argiloso com
objetivo de melhorar suas características mecânicas e o seu comportamento sob ação da
água. Os teores de cal foram de 0%, 6% e 10%. A dosagem de silicato de sódio foi de
4%. Foram moldados corpos-de-prova cilíndricos, sendo os mesmos, curados em
câmera úmida por 7, 28 e 56 dias e após cada período de cura os corpos-de-prova foram
submetidos a ensaio de compressão simples. O ensaio de absorção de água foi realizado
após sete dias de cura. Foram obtidos resultados de resistência mecânica, atingindo o
mínimo de resistência de compressão simples (2,35 MPa) exigido pela norma de solo-
cimento (NBR 8491) somente com 56 dias de cura, tratados com de 10 % de cal
associada à dosagem de 4% de silicato de sódio. Em termos de capacidade de absorção
total de água, nenhuma amostra atingiu os valores recomendado pela norma solo-
cimento (NBR 8491) que estabelece, como máximo, o valor médio de 20% e nenhum
valor superior a 22 %.
Guimarães (1985) menciona que em pesquisas realizadas, na Dinamarca, efetuadas na
década de setenta com misturas da cal hidratada com solos lateríticos africanos,
moldados em prensas hidráulicas, sob pressões da ordem de 30 MPa, e curadas em
ambiente úmido, foram obtidos resultados em valores de resistências à compressão de
15 a 40 MPa, densidade de 1,9 a 2,1 g/cm3, absorção de água de 2,5 a 7,5 g/(dm
2 .
minuto) e resistência a tração de 0,02 a 0,06%, considerados favoráveis valores
superiores àquelas do tijolo comum ou de olaria e custos inferiores em relação ao tijolo
de argila.
Figueiredo (2011) estudou a incorporação de resíduo de demolição da construção civil
em tijolos solo-cal na substituição de parte do aglomerante. No estudo, os corpos-de-
prova foram confeccionados com traço de 1:10 em proporção cal:solo e incorporado
com resíduo em substituição parcial da cal, nas proporções 25 %, 50 % e 75 %, para
períodos de cura de 28, 60 e 90 dias. O pesquisador observou que a incorporação do
8
resíduo aos tijolos solo-cal em teores superiores a 50% reduz sua durabilidade. Somente
os corpos-de-prova solo-cal incorporados com 25% de resíduos de demolição
apresentaram valores inéditos de resistência à compressão simples (RCS) da ordem de
5,5 MPa, valores superiores aos da referência solo-cal que apresentou resultado médio
de 4,5 MPa.
Milani (2005) efetuou estudo comparativo de misturas solo-cal e solo-cimento, com um
solo argiloso e outro arenoso com adição de casca de arroz. Os tijolos solo-aglomerante-
casca de arroz foram submetidos aos ensaios de resistência à compressão simples (RCS)
aos 7, 28 e 60 dias, de absorção d’água e de ultrassom, visando detectar possíveis
defeitos na estrutura física dos corpos-de-prova. Os resultados usando o solo arenoso 12
% de combinações de cimento-casca de arroz apresentaram-se promissores como
material para construções, pois o valor mínimo de RCS de 1,5 MPa foi obtido e
absorção d’água de 13,81%. Segundo a pesquisadora, os resultados de velocidade da
onda ultrassônica foram mascarados devido à modificações ocorridas nas condições
físicas do material, favorecidas pela presença da casca de arroz e pela a ocorrência de
variações de umidade, sendo assim, não foi encontrada nenhuma correlação positiva
entre a velocidade de propagação da onda ultrassônica e a resistência à compressão
simples.
Silva e Akasaki (2004) utilizaram combinações da mistura de solo-cal com casca de
arroz, pó de serragem e bagaço de cana, com objetivo de se conhecer os teores
máximos, desses resíduos a serem adicionados sem comprometer a qualidade mecânica
dos tijolos. A utilização desses recursos se deve a técnicas construtivas com pouco
investimento financeiro, juntamente com o aproveitamento de materiais residuais
sólidos resultantes das agroindústrias e madeireiras. A casca de arroz, o pó de serragem
e o bagaço de cana-de-açúcar passaram por um tratamento de lavagem em água quente
durante 30 minutos para minimizar o efeito de decomposição das fibras em meio à cal.
Nesse estudo, utilizou-se teor de 10% de cal nas composições das misturas de solo-cal-
bagaço de cana de açúcar, solo-cal-pó de serragem e solo-cal-casca de arroz. Foram,
posteriormente, realizados ensaios de compactação, resistência à compressão simples
(RCS) e absorção d’água. Os resultados encontrados mostraram que as adições dos
resíduos nos tijolos solo-cal afetaram negativamente suas propriedades mecânicas,
apresentando baixos valores de resistência e altos valores de absorção d’água. O teor de
5 % de casca de arroz na composição solo-cal, apesar de não apresentar nenhum
9
benefício, destacou-se como o tijolo solo-cal-resíduo que apresentou a menor perda de
resistência, (atingindo o valor de 1,5 MPa para RCS) e provável estabilização ao longo
de 90 dias.
Os tijolos solo-cal dentre outras vantagens, possibilitam a redução do uso de argamassa
de assentamento e revestimentos devido à qualidade e ao aspecto final das peças, que
são notadamente superiores. Este tipo de tijolo apresenta maior regularidade
dimensional e planicidade de suas faces quando comparado aos tijolos convencionais e,
por essa razão, podem ser utilizados em alvenaria aparente, necessitando apenas de uma
cobertura impermeabilizante como acabamento. Outra vantagem apresentada, e o fato
de que os tijolos de argila queimada, quando quebram não podem ser reaproveitados,
pois, isso ocorre, segundo Marino e Boschi (1998) isso ocorre devido ao rearranjo das
fases presentes na microestrutura, às reações ocorridas nos produtos cerâmicos durante a
queima modificam as estruturas cristalinas naturais formando novas estruturas
cristalinas, sendo elas responsáveis pelo desempenho mecânico. Ao passo que os tijolos
solo-cal (ecológicos) podem ser moídos e prensados novamente, evitando desperdício
(Ferraz, 2004).
Muntohar (2011) em estudos comparativos entre tijolos crus à base de argila, utilizando
argila/cal/cinza de casca de arroz (tipo 1) e argila/areia (tipo 2) observou que as
resistências à tração na flexão com 28 dias de cura à temperatura ambiente foi de 15,5 e
16,1 MPa, respectivamente para os tijolos de tipo 1 e 2. Para os ensaios de resistência à
tração na flexão após a submersão em água os resultados encontrados para tijolo tipo 1
foi de 20,7 MPa e para tijolo 2 foi de 18,6 MPa. Esses resultados mostraram-se
promissores para a utilização de cal e cinza de casca de arroz para a confecção de tijolo
cru à base de argila com submersão em água e cura a temperatura ambiente.
Pimraksa e Chindaprasirt (2009) utilizaram terra diatomácea, cal hidratada e gesso para
a fabricação de tijolos leves. Os resultados obtidos mostraram que a terra diatomácea,
possui propriedades pozolânicas. O melhor resultado foi obtido, utilizando a proporção
80:15:5 de terra diatomácea:cal: gesso, respectivamente. Após calcinação dos tijolos a
temperatura de 500°C por um período de 4 horas, os mesmos apresentaram resistência
de 17,5 MPa, densidade de 0,73cm3, absorção d’água de 46% e condutividade térmica
de 0,130W/mK. Para os tijolos que não passaram por calcinação foram obtidos valores
10
de 14,5 Mpa, densidade de 0,88cm3, 66% de absorção d’água e condutividade térmica
de 0,165W/mK.
Figueiredo (2011) relata que no Brasil as pesquisas começam a ser desenvolvidas dando
ênfase à utilização da cal como alternativa no tijolo solo-cal. Essas pesquisas são de
fundamental importância devido ao desenvolvimento de produtos ecológicos. Podendo
proporcionar um avanço na construção de habitações de interesse social. Que aliado ao
déficit habitacional existente, a facilidade em se encontrar solos propícios para a
confecção de tijolos solo-cal no Brasil, torna o emprego desse material de construção
bastante promissor.
4.2 – Atividade Pozolânica
Segundo Castro (2008) o termo pozolana é derivado do nome da vila italiana Pozzuoli,
que se encontra nas proximidades do Monte Vesúvio. Durante o Império Romano,
cinzas vulcânicas dessa área eram misturadas com água e cal para confeccionar
argamassa cimentante.
De acordo com a Associação Brasileira de Norma Técnica (ABNT), a Norma Brasileira
Regulamentadora (NBR) 12653/92 conceitua pozolana como sendo um material silicoso
ou sílico-aluminoso que, por si só, não possui poder aglomerante hidráulico, mas que,
em forma finamente dividida e na presença de umidade, reage quimicamente com
hidróxidos, em temperatura ambiente, para formar compostos que possuem poder
aglomerante.
Figueiredo (2011) define pozolanas como um material a base de silício e de alumínio
que reagem com a cal e forma sólidos não porosos, quando misturados com água em
proporções corretas. Essas reações são chamadas de reações pozolânicas, as quais
ocorrem quando a cal e materiais pozolânicos se combinam para formar a ligação
permanente, covalente, que define uma estrutura sólida.
Castro (2008) ressalta que as pozolanas, frequentemente, são mais baratas do que o
cimento Portland e possuem características de hidratação lenta, baixa taxa de
desenvolvimento de calor, características importantes na construção em massa. Desta
11
forma, o cimento Portland-pozolana ou uma substituição parcial do cimento Portland
pela pozolana é bastante utilizado.
Os materiais pozolânicos podem ser classificados em dois grupos: naturais e artificiais.
Na tabela 4.2 é apresentada a classificação dos materiais pozolânicos.
A norma NBR 12653/92 classifica os materiais pozolânicos, quanto a suas
características, em classes N, C e E. A classe N é composta por pozolanas naturais e
artificiais como certos materiais vulcânicos de caráter petrógrafico ácido, “cherts”,
terras diatomáceas e argilas calcinadas. A classe C constitui-se de cinza volante
produzida pela queima de carvão mineral em usinas termoelétricas. E a classe E é
composta por qualquer pozolana cujos requisitos diferem das classes anteriores.
Tabela 4.2: Classificação dos materiais pozolânicos quanto à sua origem.
Pozolana Natural Pozolona Artificial
Rochas vulcânicas ácidas: rochas contendo
minerais de opala, que em geral, são
encontradas em forma de xistos, contendo
outras formas de sílica que não a amorfa,
necessitando de uma calcinação para sua
ativação completa.
Escórias ácidas de alto forno.
Tufos vulcânicos: são talvez as primeiras
pozolanas de que se tem notícia, usadas na
antiguidade pelos romanos e que são ainda
hoje explotadas.
Cinzas volantes: são resíduos finamente
divididos provenientes da combustão de
carvão pulverizado e granulado.
Terras diatomáceas: são as pozolanas mais
ativas na reação com a cal. O diatomito é
formado por sedimentação de carapaças de
microorganismos. São rochas de origem
biogênica com alto teor de sílica amorfa.
Resíduos argilosos de folhelhos
betuminosos após extração.
Arenitos e folhelhos opalinos. Microssílica: Resíduo do processo de
produção de ferro-silício (sílicio
metálico).
Argilitos de argilas mal cristalizadas. Argilas calcinadas (metacaulinita):
Afinidade e intensidade de reação em
presença da água, do hidróxido de cálcio
com o tipo de componente ativo presente
no compósito mineralógico,
independentemente da origem da rocha.
Fonte: Montanheiro et al. (2002)
12
Conforme a norma NBR 12653/92 as classes de materiais pozolânicos devem estar em
conformidade com as exigências químicas e físicas de acordo com as tabelas 4.3 e 4.4.
Tabela 4.3: Classificação de materiais pozolâmicos quanto à composição química
Propriedades Classes de material pozolânico
N C E
SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, % mín. 70 70 50
SO3, % máx. 4,0 5,0 5,0
Teor de umidade, % máx. 3,0 3,0 3,0
Perda ao fogo, % máx 10,0 6,0 6,0
Álcalis disponível em Na2O, % máx. 1,5 1,5 1,5
Fonte: NBR 12653/92.
Tabela 4.4: Classificação de materiais pozolâmicos quanto às propriedades físicas
Propriedades Classes de material pozolânico
N C E
Material retido na peneira 45 µm, %
máx. 34 34 34
Índice de atividade pozolânica:
- com cimento aos 28 dias, em
relação ao controle, % mín.
75 75 75
- com cal aos 7 dias, em MPa. 6,0 6,0 6,0
- água requerida, % máx. 115 110 110
Fonte: NBR 12653/92.
4.3 – Finos da Fabricação de Artesanatos de Pedra-Sabão
No Brasil denomina-se pedra-sabão duas rochas metamórficas distintas entre si,
quimicamente e mineralogicamente: o agalmatolito e o esteatito. O agalmatolito é uma
rocha constituída por cerca de 90% de silicato de alumínio hidratado – a pirofilita,
enquanto o esteatito é constituído essencialmente por talco (Mg3Si4O10(OH)2) (Bezerra,
2002).
13
O esteatito é uma rocha metamórfica compacta, plástica, de baixa dureza (dureza 1 na
Escala de Mohs) e fina granulação e facilmente riscada pela unha, encontrada nas
tonalidades de cinza, cinza-azulado, cinza-esverdeado e, quando iniciado seu processo
de intemperização, nas tonalidades creme ou creme-avermelhado. O mineral talco,
principal constituinte do esteatito, é um filossilicato de magnésio hidratado, de fórmula
3(MgO).4(SiO2).H2O. (Pinheiro, 1973). Quando puro, tem formação placoide ou
lamelar, podendo também ser fibroso ou granular (Torres, 2007).
As rochas que contém talco possuem também minerais acessórios, como dolomita,
magnesita, calcita tremolita, clorita, serpentinita, anfibólios, piroxênios,
hematitalimonita e pirita. Para melhor definição, deve ser considerado esteatito o tipo de
pedra sabão que contenha, no máximo, 1,5% de CaO, 1,5% de FeO + Fe2O3 e 4% de
Al2O3. Seu ponto de fusão é em torno de 1320 °C, oscilando com o teor de impureza
(Pinheiro, 1973).
O talco é um mineral silicatado que consiste de estruturas octaédricas de hidróxido de
magnésio situadas entre camadas tetraédricas de silício-oxigênio. Estas camadas são
mantidas unidas por forças de atração do tipo van der Walls. Como resultado, o talco é
um mineral anisotrópico e suas partículas exibem diferentes extremidades e planos
basais (Rodrigues, 2010). Na figura 4.1 é mostrada a estrutura do talco.
Figura 4.1: Estrutura cristalográfica do talco (www.imerystalc.com)
14
Para Pinheiro (1973), a palavra talco provém do termo “talk” da língua árabe. Além de
designar um mineral do grupo dos silicatos, ela denomina um conjunto de materiais e
rochas, que têm propriedades semelhantes e destinações industriais comuns.
O talco possui vários usos industriais, sendo empregado principalmente na indústria
cerâmica, têxtil, farmacêutica e de inseticidas, cosméticos, sabões, tintas, borrachas,
papéis e refratários (Bezerra, 2002).
A utilização de pedra sabão (esteatito) em Ouro Preto ocorre desde o séc. XVIII quando
passou a ser empregada na ornamentação das igrejas barrocas, na canalização de água e
esgotos, pias e chafariz e também na produção artesanal de utensílios domésticos
(Bezerra, 2002). O processo de extração da rocha nas regiões de Ouro Preto e Mariana,
em sua grande maioria, se dão em pequenas pedreiras de maneira rudimentar,
utilizando-se pás e picaretas. Existem ocorrências de minerações que utilizam fios
diamantados para corte e teares de cabo de aço para a extração de blocos de esteatito,
destinados ao mercado externo (Proti, 2010).
A produção dos objetos em pedra sabão é efetuada em oficinas e em pequenos galpões
montados pelos próprios artesãos nos “quintais” de suas residências. Também é
considerável o número de oficinas fora de áreas das casas dos artesãos (Almeida, 2006).
Etapas como o torneamento e acabamento de peças artesanais em pedra sabão são
grandes geradoras de resíduos finos nestas oficinas.
Rodrigues (2010) efetuou estudos de purificação do talco presente em amostra de finos
da pedra sabão da região de Bandeiras em Santa Rita de Ouro Preto, utilizando técnicas
como a separação magnética de alta intensidade, mesa vibratória, flotação e alvejamento
químico. Dentre os métodos de purificação citados, o processo de flotação, utilizando
querosene (coletor), metassilicato de sódio (depressor) e MIBC (espumante) e posterior
alvejamento com HCL apresentaram os melhores resultados de alvura: 71,81 %
(flotação) e 86,05 % (flotação/lixiviação com HCl). Os produtos obtidos obtiveram
teores de impurezas adequados para tintas, papel (carga), plástico (carga e reforço) e
plástico antiaderente.
Pinto (2011) estudou o uso do esteatito como componente de espumas de poliuterano
flexível. A amostra de esteatito da Mina da Mostarda, Nova Lima, MG de composição
mineralógica: 65 % de talco, 29 % de clinocloro, 5 % de tremolita e actinolita e 1% de
15
óxidos de ferro e piroxênio. O esteatito foi aplicado em variadas formulações de
espumas flexíveis de poliuretano, substituindo parcialmente o reagente poliol, com
objetivo de baratear os custos e melhorar as propriedades mecânicas do polímero.
Verificou-se que compósitos esteatito/poliuretano flexível apresentaram um aumento no
fator de conforto e na resistência à compressão das espumas em relação às espumas
convencionais de poliuretano flexível, indicando um aumento do suporte de carga e
aumento do conforto dos compósitos. A composição química e o comportamento
térmico das espumas não foram significamente afetados pela adição de esteatito às
formulações convencionais de poliuretano flexível.
Mielcarek et al. (2004) estudaram o polimorfismo do esteatito em relação às
propriedades mecânicas e microestruturas de uma cerâmica esteatita com finalidade de
uso em materiais de tratamento dentário. A formação de cristais de acordo com a
temperatura de sinterização (1380°C) e sua transformação após resfriamento causa
deterioração das cerâmicas de esteatito e a perda das propriedades mecânicas tornando o
material não resistente, inviabilizando seu uso em materiais de tratamento dentário.
Torres (2007) realizou a caracterização física, química e mineralógica do esteatito
(pedra sabão) refugado nas indústrias e oficinas das regiões dos municípios de
Congonhas, Conselheiro Lafaiete, Mariana e Ouro Preto com o objetivo de reutilizá-lo.
A análise granulométrica mostrou que o material é heterogêneo sendo classificado como
grosseiro (acima de 230#) inviabilizando o seu uso sem prévia cominuição na indústria.
Foram encontrados os elementos Fe, Ca, Cr e Al, originários de contaminações comuns
neste tipo de rocha.
4.4 – Escória da Fabricação de Ferro-Ligas de Manganês
O ferro-liga manganês é produzido através de processos de redução em fornos elétricos.
O líquido gerado no forno separa-se por diferença de densidade. O fluido mais denso é a
liga, formada majoritariamente por manganês, ferro e carbono, o fluido menos denso é
denominada escória, formada por diversos óxidos (Tangstad, 2006).
A escória siderúrgica é um resíduo sólido industrial oriundo da fusão de metais ou da
redução de minérios de ferro. Esse subproduto resulta da combinação dos minerais da
ganga do minério de ferro, das cinzas do coque e do calcário dolomítico, utilizados
16
como fundentes. Existem dois tipos de escórias siderúrgicas: A escória de alto-forno e a
escória de aciaria. A escória de alto-forno resulta da fusão redutora de minérios para
produção do ferro gusa, já a escória de aciaria resulta da conversão do ferro gusa líquido
e da sucata ferrosa, realizada em convertedores a oxigênios ou fornos elétricos (Souza,
2007).
Os princípios constituintes da escória de ferro da indústria siderúrgica são: silício
(SiO2), óxido de alumínio (Al2O3), óxido de cálcio (CaO) e óxido de magnésio (MgO),
que apresentam 95 % da composição desse material. Elementos secundários como
óxidos de manganês e ferro também fazem parte da composição (Leonardo, 2006).
Ferro-liga é a denominação genérica das ligas de ferro com outro metal ou metais,
sendo que o teor do metal é maior do que o teor de ferro, alcançado pela fusão e redução
de minérios que contém esses metais. A utilização dos ferro-ligas é direcionada para a
indústria siderúrgica e tem como finalidade a incorporação de elementos de liga ao aço
(Silveira et al., 1980).
O manganês é um dos grandes destaques da indústria de ferro-ligas mundial.
Aproximadamente 90% de todo manganês produzido no mundo está na forma de ferro-
ligas de manganês das quais pelo menos 98% são consumidas pela indústria do aço
(Olsen, 2007).
O manganês, adicionado na forma de ferro-liga, é um importante elemento de liga do
aço, contribuindo no refinamento da estrutura de grãos, aumentando a resistência
mecânica e melhorando a temperabilidade e a ductilidade do aço. Em teores mais altos,
o manganês, associado a teores mais elevados de enxofre, facilita a usinagem,
melhorando o acabamento superficial dos aços (Chiaverini, 1990; Chaudhary et. al,
2001).
Segundo Liu (1993), as principais ligas de ferro-manganês são classificadas em três
categorias, de acordo com o seu teor de carbono: Ferro Manganês Alto Carbono,
representado por FeMnAC (7-8% de carbono), Ferro Manganês Médio Carbono,
representado por FeMnMC (1-2% de carbono) e Ferro Manganês Baixo Carbono,
representado por FeMnBC (0,1-0,5% de carbono). Outra liga, de importância, é o Ferro
Sílico Manganês representado por FeSiMn, que apresenta teor de 15-20% de silício e 2-
17
1,5% de carbono. Mas, Olsen (2006) cita a liga FeSiMn baixo carbono (0,05-0,5% de
carbono) que, também, deve ser incorporada a esta lista.
O FeSiMn é empregado como um componente de liga, por exemplo na produção de
aços para molas, ou com ação elástica. A liga de manganês FeMnAC é aplicada na
desoxidação do aço. Os empregos das ligas FeMnMC e FeMnBC são, entre outros, na
fabricação de chapas para estampagem profunda, que requerem baixos teores de
carbono e fósforo, tubulações soldáveis para trabalho em baixas temperaturas,
estabilizador da austenita nos aços inoxidáveis austeníticos, fabricação de eletrodos de
soldas entre outros (Olsen et. al, 2007).
Lima e Zampieron (2009) utilizaram a escória de ferro-níquel como matéria prima para
aplicação em pigmento cerâmico. Análises químicas mostraram que a amostra era
composta majoritariamente pelos elementos de Si, Fe e O. Em uma primeira fase foram
confeccionados corpos de prova que foram submetidos a temperaturas próximas à
temperatura de sinterização (600 °C a 1000 °C). Posteriormente, foram efetuados
estudos de caracterização dos mesmos, utilizando difração de raios X e microscopia
eletrônica de varredura (MEV). A geometria não linear visualizado através MEV é
responsável pela resistência mecânica dos corpos-de-prova devido à geometria não
esférica, favorecendo a compactação das amostras. As fases de olivina (MgFeOSiO4)
submetidas a temperatura de até 600 °C é possível utilizá-la como pigmento cerâmico, a
interação da hematita e magnetita com forsterita (Mg0,9Fe0,1)2 e pigeonita
(Mg1,08Fe0,92Si2O6), fases evidenciadas pela difração de raios-X, justifica a utilização
da escória de ferro níquel como pigmento cerâmico.
Della et al. (2005) trabalharam com o processo de recuperação metálica em escória de
aciaria para a recuperação de metais (cromo, ferro e manganês), visando a aplicação dos
óxidos dos mesmos na síntese do pigmento cerâmico “verde vitória” (pigmento a base
de cálcio, cromo silício: Ca3Cr2Si3O12). O cromo e o silício a elevadas temperaturas
(700 °C a 1400°C) desenvolve a estrutura cristalina uvarovita que é responsável pela
estabilização da cor verde característica. Os resultados encontrados mostraram que o
resíduo apresenta elementos químico tais como cromo, cálcio e silício em quantidades
significativas que pode ser usado como pigmento cerâmico, mediante do ajuste da
composição química através da adição de óxidos puros.
18
Salviano (2010) avaliou o uso da escória de aciaria para controle e diminuição da
drenagem ácida de mina. O pesquisador avaliou o uso da escória de aciaria em pilha de
estéril como meio de prevenção/abatimento da drenagem ácida. Foram feitas as
caracterizações física, mineralógica e química nas amostras de escória e de estéril e os
ensaios de lixiviação foram feitos em colunas de acrílico, PVC e uma micro-coluna de
vidro. Os parâmetros avaliados no lixiviado foram: pH, Eh, condutividade elétrica,
temperatura, sulfato, acidez e metais diversos. Encontrou-se pH de até 11,0 no lixiviado,
o que demonstra uma aplicação eficaz da escória para sistemas de cobertura para
neutralização da drenagem ácida
Intorne et al. (2006), estudaram o efeito da granulometria da escória de aciaria nas
propriedades física e mecânica de uma cerâmica argilosa. Foram incorporadas escórias
de aciaria nas granulometrias 0,841; 0,420; 0,177 e 0,074 mm. Os corpos-de-prova
foram moldados com argila caulinítica adicionado com escória de aciaria proveniente
do processo LD de refino de aço em 10% em massa. A confecção dos corpos-de-prova
ocorreu por prensagem uniaxial a 20 MPa, para queima a 900 °C em forno de
laboratório. Os resultados obtidos demonstraram que a variação granulométrica da
escória não alterou as propriedades física e mecânica, devido ao caráter inerte do
resíduo e a predominância dos defeitos microestruturais que uma cerâmica possui.
Reis et al. (2006) trabalharam com a incorporação de resíduos industriais (escória de
alto-forno, resíduo sólido da indústria cerâmica de revestimento e vidro) em cerâmica
vermelha. A adição dos resíduos tinha como objetivo a redução de temperatura de
sinterização, obtendo uma melhor qualidade do produto final. Os resultados obtidos
mostraram que dos resíduos estudados o vidro apresentou potencial para ser utilizado
devido ao fato de apresentar quantidades significativas de óxidos fundente (Na2O e
K2O), possibilitando a redução da temperatura de sinterização.
Fernandes (2010) efetuou estudos de estabilização química, geomecânica e ambiental da
escoria de aciaria LD para fins de aplicação como material de lastro ferroviário. Os
estudos de estabilização foram realizados com cal. A hidratação e carbonatação em
pilhas de 2 metros de altura umedecidas com aspersores. Foi monitorado o teor de cal
livre e a expansibilidade da pilha de escória durante período de 180 dias. O pesquisador
concluiu com os resultados encontrados, que a metodologia de estabilização com base
na hidratação e carbonatação da escoria de aciaria LD foi eficiente porque diminuiu o
19
teor de cal livre, ocasionando uma menor reação com a escória, diminuindo a perda de
resistência e a redução da expansibilidade (dilatação) da escória possuindo assim, um
grande potencial para utilização como lastro ferroviário.
Oliveira et al. (2011) estudaram o reaproveitamento da escória de ferro silício-
manganês para fins de lastro ferroviário. Em uma primeira fase o material foi
caracterizado e classificado como resíduo industrial (lixiviação e solubilização). Os
resultados baseados nas normas NBR 10004/04, 10005/04 e 10006/04 (ABNT)
mostraram que o resíduo originário da amostra de escória de ferro-ligas de manganês se
classificou como Classe IIA (Não Perigoso – Não Inerte) devido ao fato de apresentar
teor de alumínio (0,33 mg/L) na amostra solubilizada, que encontra-se acima do limite
máximo permitido (0,2 mg/L). O resíduo não foi considerado corrosivo e reativo e
recebeu o parecer positivo, sendo aprovada a viabilização da escória de ferro silício-
manganês com lastro ferroviário nos quesitos ambientais.
Pedrosa (2010) verificou a viabilidade técnica e econômica da utilização da escória de
aciaria em misturas asfálticas comparando com o mesmo tipo de mistura confeccionado
com agregado gnáissico. Os estudos apontaram que as misturas asfálticas produzidas
com agregado de escória de aciaria demonstraram maior estabilidade, menor resistência
à deformação permanente e maior módulo de resiliência quando comparadas às misturas
com agregado gnáissico. O uso do agregado de escória de aciaria com o cimento
asfáltico de petróleo mais viscoso do tipo CAP 30/45, potencializa a estabilidade,
minimiza o surgimento de deformação plástica por fluência (ondulação) ou por
consolidação (afundamentos nas trilhas de roda).
Santos (2009) avaliou a utilização de escória silicatada (composta majoritariamente por
CaO, MgO e SiO2) na correção da acidez do solo. Observou a mobilidade do solo com
adição de escória silicatada em comparação ao calcário dolomítico e verificou que a
escória silicatada mostrou-se mais eficiente que o calcário dolomítico na elevação do
pH e teor de Ca+2
e redução do teor de Al+3
no perfil do solo.
Leonardo (2006) avaliou as propriedades de uma argamassa produzida a partir do
agregado escória/granito em substituição a cal hidratada. O produto originado da
mistura escória/granito apresentou resultados melhores em relação à impermeabilidade
e acabamento quando comparada a argamassa convencional. Contudo, a resistência à
compressão axial com escória/granito apresentou resultado médio de 1,40 MPa, valor
20
inferior ao da argamassa convencional que foi de 1,80 MPa, justificado pelo baixo
poder aglomerante da escória.
Nascimento (2007) estudou o aproveitamento da escória de aciaria elétrica, gerados a
partir da reciclagem do aço, para ser empregada como agregado para concreto de
cimento Portland, em substituição total ou parcial dos materiais convencionais. Os
resultados obtidos apontaram para a viabilidade da utilização deste resíduo como
agregado devido ao fato de que os ensaios de compressão, de tração na flexão e do
módulo de elasticidade não apresentaram diferença entre os ensaios mecânicos
realizados com o concreto confeccionado com agregado convencional e o concreto
confeccionado com escória. Os resultados dos ensaios mecânicos estão apresentados na
tabela 4.5.
Bigélli (2005) avaliou a utilização da escória de chumbo em massa cerâmica vermelha,
aplicaram-se composições para produção da cerâmica com 0 %, 5 %, 7,5 % e 10 % de
escória. Os resultados mostraram que a densidade das amostras após compactação e
após secagem aumentou 0,10 g/cm3. Após sinterização nas temperaturas variando entre
900°C a 1200 °C, a resistência à flexão em três pontos ficou entre 2,6 e 10,8 MPa, a
porosidade aparente atingiu 24,2% e a absorção d’água 11,1 %. Mas, após análise de
lixiviação (2800mg/L) e solubilização (178 mg/L) dos metais pesados, mostrou
resultados acima da legislação vigente, caracterizando o resíduo como classe I -
perigoso.
Tabela 4.5: Resultados dos ensaios mecânicos.
Traços
Resistência à
Compressão
(MPa)
Resistência à tração na
Flexão
(MPa)
Módulo de
Elasticidade
(GPa)
28 dias 90 dias 28 dias 90 dias 28 dias 90 dias
TR REF 52,45 60,85 4,43 4,55 39,83 42,89
TR RSC 48,76 56,26 5,31 4,96 40,49 43,29
TN REF 43,42 46,05 3,83 4,57 34,88 35,54
TN ESC 39,85 44,50 5,07 4,45 31,90 36,06
TP REF 23,74 25,42 2,79 3,20 30,40 31,20
TP RSC 29,47 33,22 3,41 3,08 27,26 31,46
Fonte: Nascimento (2007).
21
TR REF: Traço rico (1:3,5) do concreto de referência;
TR ESC: Traço rico (1:3,5) do concreto com escória;
TN REF: Traço normal (1:5,0) do concreto de referência;
TN ESC: Traço normal (1:5,0) do concreto com escória;
TP REF: Traço pobre (1:6,5) do concreto de referência;
TP ESC: Traço pobre (1:6,5) do concreto com escória.
22
5 – MATERIAIS E MÉTODOS
A metodologia aplicada neste trabalho visou à utilização da escória proveniente da
fabricação de ferro-ligas de manganês (FeSiMn - escória de ferro-sílica-manganês 1620,
ou seja, com teor de sílica variando entre 16 a 20%) e dos resíduos finos de pedra-sabão
(esteatito) oriundos da fabricação de artesanatos para confecção de tijolos solo-cal após
a caracterização física, química e mineralógica das amostras. Posteriormente, os corpos-
de-prova foram submetidos a ensaios de absorção de água, classificação de resíduos e
resistência à compressão simples. A figura 5.1 resume a metodologia deste trabalho.
Figura 5.1: Fluxograma da metodologia do trabalho
5.1 – Amostragem
5.1.1 – Solo
As amostras de solo foram coletadas no Morro do Caxambu que se situa a 5 km de
Cachoeira do Campo-MG (figura 5.2). Foram coletados manualmente 110 kg de solo,
utilizando picaretas.
Amostragem
Caracterização química, física
e mineralógica das amostras
Confecção dos corpos-de-prova
Cura (28 e 60 dias) dos corpos-
de-prova
Absorção de água
Ensaios
Resistência à
compressão
Classificação de
resíduos
23
Figura 5.2: Localização geográfica do local de coleta das amostras em Cachoeira do
Campo (©2013 Google – Dados cartográficos) Lat.: -20° 24.517'; Long.: -43° 40.387'
5.1.2 – Escória de ferro-ligas de manganês
Utilizou-se amostra de escória de ferro-ligas de manganês (figura 5.3) proveniente da
Usina Rancharia/VALE localizada em Ouro Preto-MG. A empresa disponibilizou 150
kg de escória para a execução deste trabalho.
Figura 5.3 Fotos da escória de ferro-ligas de manganês após britagem
24
5.1.3 – Finos de pedra sabão
Resíduos de finos de pedra sabão (figura 5.4) utilizados neste trabalho, cerca de 40 kg,
foram provenientes de uma oficina de artesanato em pedra sabão da região de Bandeiras
localizada em Santa Rita de Ouro Preto, distrito do município de Ouro Preto-MG,
previamente caracterizado por Rodrigues (2010). Na tabela 5.1 está apresentada a
composição química da referida amostra.
Figura 5.4: Fotos dos resíduos finos de pedra-sabão
Tabela 5.1: Composição química da amostra de finos de pedra-sabão
Teor
% ppm
Al2O3 MgO CaO Fe2O3 SiO2 As Cu Mn Pb
2,30 27,80 0,07 4,99 58,91 2,32 16,30 298 25,82
Fonte: Rodrigures (2010).
5.1.4 – Cal
Adquiriu-se a cal (de uso corrente em pinturas), da marca CALFIX (figura 5.5),
encontrada em casas comerciais do ramo de construção civil. A cal CALFIX é
comercializada em sacos de papel de 07kg, e ao chegar ao laboratório, ela foi fracionada
em sacos plásticos, lacrada e etiquetada para evitar sua hidratação.
25
Figura 5.5: Fotos da cal
5.2 – Caracterização das Amostras
A caracterização das amostras de solo, escória de ferro-ligas de manganês, finos de
pedra sabão e a cal utilizadas no presente trabalho, constaram de: análise química,
determinação de densidade, determinação de área superficial, análise granulométrica
por peneiramento a úmido, perda por calcinação (PPC) e difração de raios X. A
amostra de solo também foi submetida à determinação de limite de Atterberg.
5.2.1 – Análise química
As análises químicas das amostras globais de solo, escória de ferro-ligas de manganês e
a cal foram realizadas no Laboratório de Geoquímica Ambiental DEGEO/UFOP por
plasma de acoplamento indutivo (Spectro modelo Ciros/CCD). Determinaram-se os
teores de: MnO, Al2O3, CaO, MgO, FeO para todas as amostras. A sílica (SiO2)
presente nas amostras foi calculada por diferença (100 - PPC e teores de elementos
maiores).
O procedimento de ataque das amostras para análise química foi realizado conforme
descrito abaixo:
i – Pesar 0,25g de cada amostra em frasco Savillex e adicionar separadamente, 1mL de
HNO3 e 3mL de HCL, ambas na concentração de 10M, efetuando-se agitação manual
das amostras.
ii - Colocar o frasco aberto sobre placa aquecedora a 110 ºC para que ocorra a secagem.
26
iii - Acrescentar, em seguida, 2mL de HF concentrado, deixando novamente os frascos
abertos sobre a placa aquecedora para ocorrer nova secura.
iv - Adicionar 2mL de HF concentrado, deixando-os fechados por um período de 30
horas sobre a placa aquecedora a 110ºC.
v – Retirar os frascos da placa aquecedora para serem resfriados até a temperatura
ambiente.
vi – Abrir os frascos e colocá-los novamente sobre a placa aquecedora até secarem.
vii - Após a secagem da amostra, faz-se a adição, em cada frasco, 2 mL de HNO3 a 10M
e levá-los a secura sobre a placa aquecedora a 110ºC, repetindo esta etapa de adição de
HNO3 mais uma vez.
viii - Acrescentar 2 mL de HCL e deixar os frascos abertos novamente sobre a placa
aquecedora para secarem.
ix - Retirar os frascos da placa e em seguida, adicionar 25 mL de HCL a 2M.
x - Fechar os frasco, recolocá-los sobre a placa aquecedora a 110ºC e mantê-los sob
agitação por 2h.
xi - Deixar os frascos esfriarem fechados para em seguida serem pesados.
xii – Anotar a massa total (frasco + tampa + solução).
Cabe ressaltar aqui que o procedimento de ataque para a abertura foi igual para todas as
amostras e após a finalização do procedimento o extrato solubilizado foi encaminhado
para leitura no aparelho por plasma de acoplamento indutivo (Spectro modelo
Ciros/CCD).
5.2.2 – Determinação de densidade
Densidade real corresponde ao real volume que determinado sólido ocupa, não levando
em conta sua porosidade. As densidades das amostras de solo, escória de ferro-ligas de
manganês, finos de pedra-sabão e a cal foram determinadas pelo picnômetro a gás
27
(hélio) da Quantachrome Corporation (modelo Ultrapycnometro 1200e version 4.00) do
Laboratório de Propriedades Interfaciais do DEMIN/UFOP.
Os parâmetros utilizados nos ensaios de determinação de densidade foram: tamanho da
célula (médio), temperatura de análise (±2 25°C), pressão (0,131 MPa), tempo de purga
(4 min.), número de corridas (4). O valor obtido da densidade é a média de 3 corridas
para desvio padrão entre valores medidos igual a 0,0050%.
5.2.3 – Determinação de área superficial
Para a determinação da área superficial específica das amostras de solo, escória de
ferro-ligas de manganês, finos de pedra sabão e a cal (todas na fração granulométrica
abaixo de 74 µm) usou-se o medidor de área superficial BET (Brunauer, Emmett e
Teller) da Quantachrome Corporation (modelo Ultrapycnometro 1200e) do Laboratorio
de Propriedades Interfaciais do DEMIN/UFOP.
Inicialmente, as amostras foram homogeneizadas e quarteadas e posteriormente foram
submetidas à temperatura de 200 °C sob vácuo por 16 h em atmosfera de nitrogênio
com fluxo de 30 mL.min-1 a 77,3 K.
5.2.4 – Análise granulométrica
A caracterização granulométrica do solo, escória de ferro-ligas de manganês e finos de
pedra sabão foi realizada no Laboratório de Tratamento de Minérios (DEMIN/UFOP).
Os materiais coletados foram passados em peneira de 4,8 mm de abertura nominal, o
retido na peneira foi britado no britador de mandíbulas a fim de reduzir o seu tamanho
para atingir o diâmetro menor que 4,8 mm. Em seguida, o solo e a escória de ferro-ligas
de manganês foram homogeneizados e quarteados por quarteador tipo carrossel e
finalmente em quarteador Jones. Os finos de pedra sabão foram homogeneizados
através da técnica de pilha cônica e quarteada em quarteador Jones.
Efetuou-se peneiramento a úmido para o solo e a escória de ferro-ligas manganês com
peneiras segundo a série Tyler, a partir da peneira de 3360 µm, (6 #), para os finos de
28
pedra sabão foi realizado peneiramento a úmido, usando a série Tyler a partir de 150
µm (100 #).
A distribuição granulométrica da fração passante em 38μm das amostras de solo,
escória de ferro-ligas de manganês e finos de pedra-sabão foi determinada em um
granulômetro a laser Cilas 1064 do Laboratório de Propriedades Interfaciais do
DEMIN/UFOP. A fração passante em 38μm foi filtrada, secada e analisada no
equipamento. Quando necessário foi utilizado uma solução de 0,1%(p/v) de
hexametafosfato de sódio como dispersante.
5.2.6 – Perda por calcinação (PPC)
A perda por calcinação expressa em porcentagem é a medida da diferença entre o peso
de uma amostra antes e depois de queimada a temperatura de 1000 °C. Está relacionada
com a liberação de voláteis tais como CO2, H2O provenientes da decomposição de
carbonatatos e desidratação de hidróxidos.
As determinações de PPC das amostras foram realizadas no Laboratório de Geoquímica
Ambiental DEGEO/UFOP, utilizando-se 1g de cada material (solo, escória de ferro-
ligas de manganês e a cal) pesados separadamente em cadinho de porcelana para serem
levados à mufla a 1000 ºC por 1h.
5.2.6 – Limites de Atterberg
Os limites de liquidez, de plasticidade e do índice de plasticidade são chamados de
limites de Atterberg. Estes limites fornecem informações sobre o material, quanto à sua
trabalhabilidade, variação de volume e absorção de água. Neste trabalho os limites de
Atterberg do solo, foram determinados de acordo com as metodologias propostas pelas
normas ABNT NBR 6459/88 e NBR 7180/84. Os ensaios foram realizados no
Laboratório de Geotecnia no DEMIM/DEGEO da UFOP.
29
5.2.7 – Difração de raios X (DRX)
Para identificar as fases cristalinas presentes nas amostras de solo, escória de ferro-ligas
de manganês, finos de pedra sabão e a cal, foi utilizada difração de raios X (DRX).
Foram analisadas as amostras na faixa granulométrica compreendida entre 325 µm e
400µm.
O difratômetro de raios X utilizado foi da marca PanAnalytical modelo Empyrean do
Laboratório de Difratometria de Raios X do DEGEO/UFOP. Para obtenção dos
difratogramas das diversas faixas granulométricas foi utilizado o método do pó total,
empregando a radiação λKα do cobre (1,5405 Å) e ângulo de varredura variando de 2° a
72°.
5.3 – Confecção dos Corpos-de-Prova
Os corpos-de-prova foram confeccionados no Laboratório de Mecânica EM/UFOP,
utilizando moldes cilíndricos, com dimensões de 5 cm de diâmetro e 10 cm de altura. O
traço utilizado para a confecção dos corpos-de-prova foi de 1:10 em massa de cal/solo e
cal+resíduo/solo. Foram confeccionados corpos-de-prova de referência solo/cal (sem
adição de resíduo) e corpos-de-prova com incorporações de 25%, 50% e 75% de escória
da fabricação de ferro ligas de manganês ou finos de pedra-sabão em substituição a
parte do aglomerante (cal). Na figura 5.6, estão apresentadas as etapas de confecção dos
corpos-de-prova.
30
Legenda: (a) Adição da mistura ao molde (b) compactação do corpo-de-prova utilizando prensa hidráulica (c) corpo-
de-prova após prensagem (d) retirada do excesso de material do molde (e) corpo-de-prova após a retirada do excesso
(f) corpo-de-prova confeccionado na dimensão 5 por 10cm.
Figura 5.6: Confecção dos corpos-de-prova
O fator água/aglomerante foi estabelecido através ensaio de compactação Proctor
normal, regido pela norma brasileira ABNT NBR 7182/86. Através deste ensaio foi
obtida a correlação entre o teor de umidade e o peso específico seco do solo quando
compactado à energia normal (03 camadas e 26 golpes). A compactação confere ao solo
um aumento de massa específica e resistência ao cisalhamento e uma diminuição do
índice de permeabilidade, vazios e compressibilidade. Se a quantidade de água utilizada
na compactação do solo for maior ou menor que a umidade ótima, o solo não atingirá
seu grau de compactação máxima. O ensaio de compactação Proctor normal foi
realizado no Laboratório de Mecânica EM/UFOP.
Conforme a curva de compactação (figura 5.7) dos traços solo-cal e solo-cal-resíduo a
umidade ótima dos corpos-de-prova são aproximadamente: solo-cal 22%, solo-cal-PS25
21%, solo-cal-PS50 20,5%, solo-cal-PS75 20%, solo-cal-ESC25 21%, solo-cal-ESC50
20,5%, solo-cal-ESC75 20%.
a b c
d e f
31
Legenda: solo-cal: Corpo-de-prova referência; solo-cal-PS25:corpo-de-prova com substituição de 25% da cal por
pedra-sabão; solo-cal-PS50:corpo-de-prova com substituição de 50% da cal por pedra-sabão;solo-cal-PS75:corpo-de-
prova com substituição de 75% da cal por de pedra-sabão; solo-cal-ESC25:corpo-de-prova com substituição de 25%
da cal por escória de ferro-ligas de Mn; solo-cal-ESC50:corpo-de-prova com substituição de 25% da cal por escória
de ferro-ligas de Mn ; solo-cal-ESC75:corpo-de-prova com substituição de 25% da cal por escória de ferro-ligas de
Mn.
Figura 5.7: Curva de compactação dos traços solo-cal e solo-cal-resíduo
Nas tabelas 5.2 e 5.3 seguem os traços utilizados para a confecção dos corpos-de-prova
solo-cal e solo-cal-resíduo bem como a umidade ótima de cada um.
Tabela 5.2: Traço dos corpos-de-prova de solo-cal
Solo (g) Cal (g) Água (mL) Umidade (%)
260 26 62,92 22
32
Tabela 5.3: Traço dos corpos-de-prova de solo-cal-escória de ferro-ligas de manganês e
de solo-cal-finos de pedra-sabão
(%)
Escória
de ferro-
ligas de
Mn (g)
Finos
de
pedra-
sabão
(g)
Solo (g) Cal (g) Água
(mL) Umidade
(%)
Tijolo
solo-cal-
Escória de
ferro-ligas
de Mn
25 6,50 -
- -
260
19,50 60,06 21,0
50 13,00 13,00 58,63 20,5
75 19,50 6,50 57,34 20,0
Tijolo
solo-cal-
Finos de
pedra-
sabão
25 -
- -
6,50
260
19,50 60,06 21,0
50 13,00 13,00 58,63 20,5
75 19,50 6,50 57,34 20,0
Para os corpos-de prova solo-cal-resíduos são: 21, 20,5 e 20% de umidade para as
composições contendo 25, 50 e 75% de resíduos, respectivamente, ou seja, com o
aumento da quantidade de resíduos diminuiu-se a umidade ótima e consequentemente a
quantidade de água utilizada.
Para a confecção dos corpos-de-prova foi utilizada prensa hidráulica Nowak, modelo
PM 15 TON, com poder de compactação de até 15 t.
Segundo Guimarães (1985) a moldagem dos tijolos solo-cal em prensa manual, deve ser
com efeito de compactação maior possível, desejável da ordem de 1,5 MPa no mínimo,
entretanto, de acordo com a norma NBR 8491/84 (Tijolo maciço de solo-cimento) esse
efeito de compactação deve ser da ordem de 2,0 MPa. Para a confecção dos corpos-de-
prova foi utilizada 2,5 MPa.
Na figura 5.8 está apresentado o fluxograma que descreve a confecção dos corpos-de-
prova solo-cal e solo-cal-resíduo.
33
Figura 5.8: Fluxograma da confecção dos corpos-de-prova solo-cal e solo-cal-resíduo
5.4 – Cura dos Corpos-de-Prova
A fim de promover a hidratação e consequentemente o ganho de resistência, os corpos-
de-prova, após a confecção, foram submetidos à cura em câmara úmida saturada, da
marca EQUILAM, modelo SS600UMe, com temperatura (23 ± 2 °C) e umidade relativa
do ar (não inferior a 95%) controlada de acordo com a NBR 12024/92 (Moldagem e
cura de corpos-de-prova cilíndricos). Os períodos de cura dos corpos-de-prova foram de
28 e 60 dias. A cura dos corpos-de-prova foi realizada no laboratório de Construção
Civil EM/UFOP.
Solo passante em 4,8 mm
NBR 6457
Confecção dos corpos - de - prova solo - cal e solo - cal - resíduo
Adição de cal+escória+H 2 O
Adição de cal+H 2 O Adição de cal+finos de pedra -
sabão+H 2 O
Prensagem
Corpos - de - prova solo -
cal
Corpos - de - prova solo - cal - escória
Corpos - de - prova solo - cal - finos de pedra - sabão
34
5.5 – Ensaios para Avaliação dos Corpos-de-Prova Solo-Cal e Solo-Cal-Resíduo
5.5.1 – Ensaio de resistência à compressão
Com objetivo de avaliar a resistência dos corpos-de-prova após o período de cura, foi
realizado o ensaio de compressão simples no Laboratório de Construção Civil
EM/UFOP. Utilizou uma máquina de ensaio de compressão da marca TIME GROUP,
modelo YAW – 2000D (figura 5.9). A velocidade de aplicação de carga nos corpos-de-
prova é de 500N/s (5 MPa) estabelecida pela a NBR 8492/92 (Tijolo maciço de solo-
cimento – Determinação da resistência à compressão e da absorção de água).
Figura 5.9: Rompimento de corpo-de-prova na máquina de ensaio de compressão TIME
GROUP
Para o ensaio de resistência à compressão, todos os corpos-de-prova foram capeados
com enxofre, para obtenção de ângulo reto de 90°. O capeador serve como gabarito
estrutural do corpo-de-prova. A figura 5.10 mostra o capeamento dos corpos-de-prova.
35
Figura 5.10: Capeamento do corpo-de-prova
5.5.2 – Ensaio de absorção de água
De acordo com a NBR 8492/92 (Tijolo maciço de solo-cimento – Determinação da
resistência à compressão e da absorção de água), o ensaio de absorção de água consiste
em secar 3 unidades de corpos-de-prova de cada mistura em estufa, em temperatura
entre 105 e 110°C por 24h (M1) e em seguida, imergir os corpos-de-prova em um
tanque com água a temperatura ambiente por 24h (figura 5.11). Após retirá-los da água,
os corpos-de-prova foram enxugados superficialmente, pesados novamente, anotando-se
suas massas saturadas (M2). Os valores individuais de absorção de água, expresso em
porcentagem, é apresentada na equação 5.1.
A = M2 – M1 x 100 (5.1)
M1
Onde:
M1 = Massa do corpo-de-prova seco em estufa
M2 = Massa do corpo-de-prova saturado
A = Absorção de água, em porcentagem
Os ensaios de absorção de água foram realizados no Laboratório de Construção Civil
EM/UFOP.
36
Figura 5.11: Recipiente com água utilizado para o ensaio de absorção
5.5.3 – Ensaio de classificação de resíduos
A NBR 10.004/04 (Resíduos sólidos – Classificação) dispõe sobre a classificação dos
resíduos sólidos quanto aos seus riscos potenciais ao meio ambiente e à saúde pública
para que possam ser gerenciados adequadamente.
Como procedimento de obtenção de extratos para a classificação de resíduos seguiu-se o
método ABNT NBR 10005/04 (Procedimento para obtenção de extrato lixiviado de
resíduos sólidos) e NBR 10006/04 (Procedimento para obtenção de extrato solubilizado
de resíduos sólidos).
5.5.3.1 – Procedimento para obtenção de extrato lixiviado de resíduos sólidos (NBR
10005/04)
Primeiramente, foram retiradas 5,0 g (≤ 9,5 mm) de cada amostra e colocadas em um
béquer contendo 96,5 mL de água deionizada, agitando-se por 5,0 minutos em agitador
magnético, mantendo- se o béquer coberto com um vidro de relógio. Após a agitação foi
realizada a leitura de pH de cada amostra.
As amostras apresentaram pH > 5,0 e dessa forma estavam aptas a receber 3,5 mL de
HCl 1N e aquecimento de 50°C durante 10 minutos. Foi realizada uma nova leitura de
pH. Após nova avaliação de pH foi constatado que todas as amostras poderiam ser
lixiviadas com a solução de extração n°2 devido pH > 5,0 (5,7 mL de ácido acético
glacial). Como procedimento de extração seguiu-se o método descrito para lixiviação de
37
não voláteis. Após a lixiviação as soluções foram caracterizadas quanto aos valores de
pH.
Foram pesados 100g (base seca) de cada amostra com granulometria menor que 9,5mm
e colocadas em um béquer de 2,5L. Adicionou-se água deionizada em uma proporção
de 20:1, totalizando 2000mL em cada amostra. Os béqueres foram tampados e mantidos
a uma agitação por 18 ± 2 h a temperatura de 25 °C. Após este período, foram filtrados
no aparelho guarnecido com membrana de filtração lenta (0,6 a 0,8 µm de porosidade).
O filtrado obtido foi denominado de extrato lixiviado.
As soluções solubilizadas foram transferidas para frascos de plástico e armazenadas em
refrigerador a 4 ± 2 °C, até o momento da leitura realizada por plasma de acoplamento
indutivo realizadas no laboratório de Geoquímica Ambiental DEGEO/UFOP.
5.5.3.2 – Procedimento para obtenção de extrato solubilizado de resíduos sólidos
(NBR 10006/04)
Para realizar o ensaio, as amostras foram submetidas ao processo de classificação para
garantir a granulometria abaixo de 9,5 mm, exigidas pela norma. As amostras foram
levadas para secagem em estufa a 42 ºC por 24 h. Em seguida, retiraram-se 250 g de
cada amostra e adicionaram-se 1000 mL de água deionizada, em frascos de PVC com
capacidade de 1500 mL. Estes frascos foram agitados durante 5 min em baixa
velocidade e após esta agitação, esses, foram cobertos com filme de PVC e deixados em
repouso por sete dias, em temperatura ambiente.
Após os sete dias de repouso, as amostras foram filtradas no aparelho guarnecido com
membrana de filtração lenta (0,45 µm de porosidade). O filtrado obtido foi denominado
de extrato solubilizado. O pH foi determinado e foram retiradas alíquotas de 100 mL
para a quantificação dos teores de metais em solução.
As soluções solubilizadas foram transferidas para frascos de plástico e armazenadas em
refrigerador a 4 ± 2 °C, até o momento da leitura realizada por plasma de acoplamento
indutivo realizadas no laboratório de Geoquímica Ambiental DEGEO/UFOP.
38
6 – RESULTADOS E DISCUSSÃO
6.1 – Caracterização das Amostras de Solo, Cal, Escória de Ferro-Ligas de
Manganês e Finos de Pedra-Sabão
6.1.1 – Determinação da densidade, da superfície específica, da porosidade e da
umidade
Na tabela 6.1 são apresentados os valores referentes à área superficial, a densidade real,
a porosidade e a umidade das amostras de solo, da cal, da escória de ferro-ligas de
manganês e dos finos de pedra sabão.
Tabela 6.1: Superfície específica, densidades, porosidade e umidade das amostras de
solo, cal e escória de ferro-liga de manganês
Amostras
Área
superficial
(m2/g)
Densidade
(g/cm3)
Porosidade
(%)
Umidade
(%)
Solo 32,414 2,593 1,6 12,530
Cal 11,540 2,450 0,6 0,610
Esc. de
ferro-ligas
de Mn
1,560 3,220 0,3 0,170
Finos de
pedra-sabão 3,430 2,960 0,2 0,340
Das amostras estudadas, o solo destaca-se com maior teor de umidade, área superficial
específica e porosidade (12,530 %; 32,412 m2/g e 1,6 %, respectivamente). Por outro
lado, a escória de ferro-ligas de manganês possui maior densidade real, 3,220 g/cm3. A
cal apresenta densidade real (2,450 g/cm3) ligeiramente menor que o solo (2,593 g/cm
3)
e os seus demais parâmetros estudados apresentam valores intermediários quando
comparados aos parâmetros das demais amostras. Os finos de pedra sabão, da mesma
39
forma, apresentam os parâmetros estudados com valores intermediários, com exceção
da sua porosidade (0,2%) que é a menor das amostras analisadas.
6.1.2 – Distribuição granulométrica
As curvas de distribuição granulométrica das amostras de solo, escória de ferro-ligas de
manganês e finos de pedra sabão estão apresentadas nas Figuras 6.1, 6.2 e 6.3,
respectivamente.
Figura 6.1 – Distribuição granulométrica da amostra de solo
Figura 6.2 – Distribuição granulométrica da amostra escória de ferro-ligas de Mn
40
Figura 6.3 – Distribuição granulométrica da amostra de pedra-sabão
Observa-se, graficamente, valores de d80 em torno de 700, 1680 e 48µm para as
amostras de solo, escória de ferro-ligas de manganês e finos de pedra sabão,
respectivamente. Pela comparação das curvas de distribuição granulométrica, observa-
se claramente que a amostra de escória de ferro-liga de manganês possuem
granulometria mais grosseira em relação às demais amostras. Os finos de pedra sabão
possui menor granulometria em relação às amostras analisadas. Para a amostra de cal
não se realizou análise granulométrica, pois a mesma foi obtida comercialmente com
granulometria inferior a 38µm.
Pelos gráficos de distribuição das amostras analisadas, era de se esperar que as áreas
superficiais da amostra de cal e de finos de pedra sabão, apresentadas na Tabela 6.1,
fossem maiores do que as áreas superficiais das amostras de solo e escória de ferro- liga
de manganês. Logo, a única explicação plausível para maior área superficial específica
do solo em relação às demais amostras está relacionada com a maior porosidade da
mesma, pois neste caso, provavelmente, houve adição das áreas superficiais dos poros
desta amostra.
As distribuições granulométricas das frações abaixo de 38μm das amostras de solo,
escória de ferro ligas de manganês e finos de pedra sabão estão apresentadas nas Figuras
6.4, 6.5 e 6.6, respectivamente.
41
Figura 6.4 – Distribuição granulométrica da fração abaixo de 38 μm da amostra de solo
Figura 6.5 – Distribuição granulométrica da fração abaixo de 38 μm da amostra de
escória de ferro-ligas de Mn
42
Figura 6.6 – Distribuição granulométrica da fração abaixo de 38 μm da amostra de finos
de pedra sabão
Pelas análises do granulômetro foi obtido tamanho médio de 8,2µm, para a amostra de
solo na fração menor que 38 μm. Os argilominerais presentes no solo em menores
tamanhos de partícula (<4-8μm) podem contribuir devidas sua forma de lâminas
hexagonais ou fibras na formação das tramas junto com partículas que tendem ao
formato esférico.
O tamanho médio das partículas presentes nos resíduos estudados são muito próximos,
21,5 e 23,86 µm, para as amostras de finos de pedra-sabão e escória de ferro-ligas de
manganês, respectivamente.
6.1.3 – Perda por calcinação
A tabela 6.2 mostra os valores de perda por calcinação das amostras estudadas.
43
Tabela 6.2: Perda por calcinação das amostras de solo, cal, escória de ferro-liga de
manganês e finos de pedra sabão
Amostra Perda por Calcinação (%)
Solo 12,05
Cal 27,15
Escória de ferro-ligas de Mn -2,33
Finos de pedra-sabão 5,05
Percebe-se pela Tabela 6.2 que a cal, dentre as amostras analisadas, foi a que apresentou
maior PPC (27,15%). Por outro lado, observou-se que a amostra de escória de ferro-liga
de manganês apresentou uma perda por calcinação negativa (-2,33%), isso significa que
houve um aumento da massa devido à oxidação desta amostra ao submetê-la a
temperatura de 1000°C por 1 hora.
6.1.4 – Limites de Atterberg
Os limites de Atterberg foram obtidos pelos ensaios de liquidez e plasticidade. Os
resultados obtidos estão apresentados na tabela 6.3.
Tabela 6.3: Índices de Atterberg do solo
Material Solo
Limite de Liquidez (%) 43,5
Limite de Plasticidade (%) 28,8
Índice de Plasticidade (%) 14,7
Os resultados apresentados na tabela 6.3 mostram os valores obtidos do limite de
liquidez (LL) 43,5%, limite de plasticidade (LP) 28,8% e índice de plasticidade (IP)
14,7%. Estes valores se enquadram na confecção de tijolos solo-cimento, de acordo com
a NBR 10832/89 que recomenda um solo que possua limite de liquidez máximo de 45%
e índice de plasticidade máximo de 18%. De acordo com a Classificação Unificada dos
Solos (The Unified Soil Classification System – USCS) o solo teve a sua classificação
44
como ML, que é descrito como siltes inorgânicos e areias muito finas, alteração de
rocha, areias finas, siltosas ou argilosas.
6.1.5 – Atividade Pozolânica
De acordo com a norma NBR 12653/92, os resíduos de pedra-sabão e escória de ferro-
ligas de manganês podem ser classificados como pozolana de classe E. As
especificações desta classe quanto as suas propriedades químicas estão apresentadas na
tabela 6.4.
Tabela 6.4 : Exigências químicas para classificação de materiais pozolânicos
Propriedades Classe E
(NBR 12653/92)
Pedra-
sabão
Escória de
ferro-ligas
SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, % mínimo 50 66,2 55,17
SO3, % máximo 5,0 0,96 1,15
Teor de umidade, % máximo 3,0 0,34 0,17
Perda ao fogo, % máximo 6,0 5,05 -2,33
Álcalis disponíveis Na2O, % máximo 1,5 0,03 0,74
Fonte: NBR 12653/92
Para o teor de SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 obteve-se 66,2% na amostra de pedra-sabão e
55,17% na amostra de escória de ferro-ligas, de forma que, o teor mínimo exigido pela
norma é de 50%. O teor de SO3 é de 0,96% na amostra de pedra-sabão e 1,15% na
amostra de escória de ferro-ligas, a norma exige no máximo 5%. O teor umidade
encontrado na amostra de pedra-sabão é 0,34% e na amostra de ferro-ligas é 0,17%,
para a norma, o teor máximo é de 3%. Perda ao fogo na amostra de pedra-sabão é
5,05% e -2,33% na amostra de escória de ferro ligas, para a norma, esse valor não pode
ultrapassar 6%. Álcalis disponível em Na2O encontrado na amostra de pedra-sabão é
0,03% e na amostra de escória de ferro-ligas é 0,74%, valores não ultrapassado pelo
limite estabelecido pela norma que é de 1,5%. Os resultados obtidos mostraram que os
resíduos de pedra-sabão e escória de ferro-ligas de manganês, apresentaram resultados
45
favoráveis as exigências químicas estabelecidas para pozolanas de classe E pela norma
vigente. Desta forma, considerando as exigências químicas os resíduos estudados
podem ser utilizados como material pozolânico, na confecção de tijolos solo-cal.
46
Tabela 6.5: Composição química das amostras de solo, cal (CALFIX) e escória de ferro-ligas de manganês
Amostra Teores (%) ppm
Al2O3 Fe2O3 MnO MgO SO3 CaO TiO2 K2O SiO2 As Zn
Solo 28,91 5,96 - 0,143 - - 1,48 0,64 62,62 5,38 36,70
Cal (CALFIX) 0,29 0,11 - 0,915 - 67,21 - - 29,99 5,56 7,61
Escória de ferro–liga de manganês 15,04 3,56 21,72 7,66 1,15 11,33 - 1,44 36,57 9,75 10,96
47
Na tabela 6.5, pode ser observada a presença de alumínio e ferro em todas as amostras
analisadas. Na amostra do solo, os componentes majoritários foram o óxido de alumínio
(28,91%), óxido de ferro (5,96%), titânia (1,48%) e sílica (62,62%), Através do
resultado da análise química podemos classificar a cal como cal hidratada cálcica. Os
componentes majoritários encontrados na amostra de cal foram óxido de cálcio
(67,21%), óxido de magnésio (0,915%) e sílica (29,99%) e na amostra de escória de
ferro-ligas de Mn foram os componentes de óxido de manganês (21,72%), óxido de
cálcio (11,33%), óxido de alumínio (15,04%) e sílica (36,57%). Na amostra de pedra-
sabão os componentes majoritários segundo Rodrigues (2010) são o óxido de magnésio
(27,80%), óxido de ferro (4,99%), óxido de alumínio (2,30%) e sílica (58,91%).
6.1.3 – Caracterização mineralógica
Pelo difratograma de raios X da amostra de solo (Figura 6.7) foram identificados os
seguintes minerais: quartzo (SiO2), caulinita (SiO2Al2O5(OH)4) e muscovita
(KAl2(Si3Al)O10(OH)2). Logo, os resultados da difratometria de raios X estão coerentes
com os teores de Al2O3 (28,91%), K2O (0,64%) e SiO2 (62,62%) apresentados na tabela
6.5 e com o valor de PPC (12,05%), apresentado na tabela 6.2, que está relacionado com
a decomposição térmica dos minerais hidratados identificados (caulinita e muscovita) na
amostra.
Os argilominerais na presença de água desenvolvem uma série de propriedades
importantes na confecção dos corpos de prova tais como: plasticidade, resistência
mecânica e retração linear de secagem. O quartzo também é um importante mineral na
composição de tijolos crus uma vez que contribui para o aumento da permeabilidade da
peça e controle da retração. O quartzo pode fazer parte do “esqueleto”, ou seja, a
estrutura do corpo de prova.
48
Figura 6.7 – Difratograma de raios X do solo
Pelo difratograma da cal (Figura 6.8) foi identifica a portlandita (Ca(OH)2), a calcita
(CaCO3) e a nacrita (Al2Si2O5(OH)4) , que são coerentes com os altos teores de CaO
(67,21%) e SiO2 (29,99%), apresentados na tabela 6.5 e alta PPC (27,15%), devido à
decomposição térmica dos hidróxidos presentes na amostra (portlandita e nacrita) e de
CO2, proveniente da calcita.
49
Figura 6.8 – Difratograma de raios X da cal
O único mineral identificado no difratograma da amostra de escória de ferro-liga de
manganês (Figura 6.9) foi a enstatita (Mg2Si2O6). Logo, os teores de SiO2 (36,57%) e
MgO (7,66%), apresentados na tabela 6.5 são provenientes deste mineral. O fato de não
ter identificado outros minerais na amostra analisada provavelmente está relacionado
com a formação de vidro, pois o material analisado é escória de ferro-liga.
50
Figura 6.9 – Difratograma de raios X da escória de ferro-ligas de manganês
Na amostra de finos de pedra-sabão identificou-se talco (Mg3Si4O10(OH)2) e clorita (H16
Al2.78 Fe0.94 Mg11.06 O36 Si5.22) (Figura 6.10). Observa-se que houve substituição
isomórfica do Mg2+
por Al3+
, Fe2+
, Fe3+
e Si (Dana, 1978). Estes resultados estão
coerentes com os teores determinados por Rodrigues (2010) e com o valor de PPC
(5,05%), apresentado na tabela 6.2, que está relacionado com a perda de OH de ambos
minerais hidratados, devido à sua decomposição térmica.
51
Figura 6.10 – Difratograma de raios X da pedra sabão
6.2. – Resistência à compressão simples
Na tabela 6.6 estão apresentados os valores de durabilidade avaliados pelo ensaio de
resistência à compressão simples, para a composição de referência (solo-cal) e para as
composições de 25, 50 e 75% de resíduos, para o período de cura de 28 e 60 dias.
Analisando a tabela 6.6, observa-se que os corpos-de-prova de composição solo-cal
(referência) apresentaram resistência à compressão após o período de 28 dias de cura
dentro do limite especificado pela norma ABNT NBR 8492/84, com valores
ascendentes iguais a 2,10 e 2,50 MPa, após 28 e 60 dias de cura, respectivamente. Para
os corpos-de-prova com incorporação de resíduo, apenas os de composição solo-cal-PS
25% apresentaram resistência à compressão após o período de 28 dias de cura dentro do
limite especificado (2,0 MPa) pela norma, com valor igual a 2,10 MPa e com 60 dias de
cura esse valor manteve-se muito próximo, sendo igual a 2,20 MPa. Ou seja, tanto para
o corpo-de-prova solo-cal quanto o solo-cal-PS 25% não houve aumento significativo
da resistência à compressão com o aumento do número de dias de cura de 28 para 60
52
dias. Ou seja, este aumento do período de cura, provavelmente, não foi suficiente para
aumento das reações pozolânicas.
Tabela 6.6: Resistência à compressão simples dos corpos-de-prova solo-cal e solo-cal-
resíduo no período de 28 e 60 dias de cura
Composição Resistência à Compressão (MPa)
28 (dias) 60 (dias)
NBR 8492/84 ≥ 2,0 ≥ 2,0
Solo-Cal 2,10 2,50
Solo-Cal-PS 25% 2,10 2.20
Solo-Cal-PS 50% 1,94 1,65
Solo-Cal-PS 75% 0,64 1,10
Solo-Cal-ESC 25% 1,73 2,10
Solo-Cal-ESC 50% 1,53 1,30
Solo-Cal-ESC 75% 0,63 0,74
Legenda: PS: Pedra sabão. Esc: Escória de ferro-ligas de manganês.
De acordo com Farias (2007), a aptidão dos materiais pozolânicos de reagirem com a
cal em condições normais de temperatura e pressão e formarem compostos de
propriedades aglomerantes ocorre devido ao fato de que o silício e alumínio presentes
na composição se encontram em estruturas amorfas ou desordenadas atomicamente. A
cimentação pozolânica é um processo progressivo e lento que pode levar meses (ou até
anos) para se concluir.
Para a composição solo-cal-ESC 25% foi obtido valor de resistência dentro dos limites
especificados para o período de cura de 60 dias, com valor de 2,10 MPa.
Maiores superfície de contato podem permitir um aumento na atividade pozolânica e,
consequentemente, no comportamento mecânico das amostras. Os finos de pedra sabão
apresentaram maior valor de superfície específica quando comparado com a escória de
ferro ligas de manganês o que pode ter contribuído para os maiores valores de
resistência à compressão das provas preparadas com este resíduo.
Para as demais composições foram obtidos valores de resistência à compressão inferior
ao limite da norma. O que parece demostrar que os resíduos não apresentam grande
53
quantidade de íons capazes de realizar trocas com o solo e consequente a floculação
assim como a cal.
A figura 6.11 ilustra as variações de resistência à compressão dos corpos-de-prova entre
28 e 60 dias de cura.
Figura 6.11: Resistências à compressão simples dos corpos-de-prova solo-cal e solo-cal-
resíduos após os períodos de cura de 28 e 60 dias
Pela análise da Figura 6.11 percebe-se um decréscimo da resistência a compressão dos
corpos-de-prova com incorporação de resíduos para os dois períodos de cura com o
aumento da porcentagem de resíduo acrescentado. De modo geral, apesar de não atingir
o valor especificado pela norma ABNT NBR 8492/84, ocorre um aumento da
resistência à compressão com o aumento de dias de cura de 28 para 60 dias. Exceto
para os corpos-de-prova de composição Solo-Cal-PS 50% e Solo-Cal-ESC 50% que
tiveram a resistência à compressão diminuída entre 28 e 60 dias.
Os resíduos finos de pedra-sabão apresentam maior valor de superfície específica
(3,43 m2/g) quando comparados à escória de ferro-ligas de manganês (1,56 m
2/g), o que
pode ter contribuído para maior resistência a compressão dos corpos-de-prova com
incorporação dos finos de pedra-sabão. Pode se prejulgar que por possuir uma maior
área superficial, os finos de pedra-sabão, no período de cura, obtiveram um ganho de
54
resistência superior ao corpo-de-prova solo-cal-escória devido maior área de contato,
ocorrendo uma reação mais rápida entre os agregados.
6.2.3 – Ensaio de absorção de água
O ensaio de absorção de água é uma forma de investigação indireta da extensão da
densificação de tijolos, assim como, pode ser utilizado para expressar a quantidade de
poros abertos do material. Desta forma, quanto menos água infiltra no corpo-de-prova,
maior será a durabilidade e resistência do material a danos causados pela exposição ao
ambiente (Mahllawy, 2008).
Na tabela 6.7 estão apresentados os resultados de porcentagem de absorção de água
ocorrida nos corpos-de-prova solo-cal e solo-cal-resíduos nos períodos de 28 e de 60
dias de cura.
Tabela 6.7 Absorção de água pelos corpos-de-prova solo-cal e solo-cal-resíduos nos
períodos de 28 e 60 dias
Composição Absorção d’ água (%)
28 (dias) 60 (dias)
NBR 8492/84 ≤ 20 ≤ 20
Solo-Cal 19,11 19,25
Solo-Cal-PS 25% 19,01 19,32
Solo-Cal-PS 50% 19,68 19,37
Solo-Cal-PS 75% 19,77 19,23
Solo-Cal-ESC 25% 19,38 19,17
Solo-Cal-ESC 50% 19,68 19,45
Solo-Cal-ESC 75% 19,92 19,52
Conforme os resultados apresentados na tabela 6.7 observa-se que houve absorção de
água compatível com os limites estabelecidos pela NBR 8492/84 por todos os corpos-
de-prova solo-cal e solo-cal-resíduo nos períodos de 28 e 60 dias de cura. Os valores
encontrados são da mesma ordem de grandeza entre os corpos-de-prova solo-cal e solo-
cal-resíduo. Isso mostra que os corpos-de-prova com incorporação dos resíduos não são,
significativamente, mais porosos do que os do tipo solo-cal. Não ocorreram
55
significativas variações de valores para as diferentes composições e períodos de cura,
com índice de absorção de água em torno de 19%.
Não foi observada diminuição da capacidade de absorção de água com o aumento do
número de dias de cura dos corpos-de-prova o que reafirma que não ocorreu incremento
de resistência as provas devido um tempo maior de cura (60 dias), ou seja, um avanço
representativo das reações pozolânicas.
6.2.4 – Ensaio de classificação de resíduos dos corpos de-prova solo-cal-resíduo
Os ensaios de classificação de resíduo foram realizados apenas para os corpos-de-prova
solo-cal-resíduo que obtiveram resultado igual ou superior aos das normas nos ensaios
de resistência à compressão e absorção de água. Os corpos-de-prova que apresentaram
resultados favoráveis são: solo-cal-PS25 com 28 dias de cura, solo-cal-PS25 com 60
dias de cura e solo-cal-ESC25 com 60 dias de cura.
A tabela 6.8 apresenta os teores dos elementos na lixívia, de acordo com as normas
ABNT para classificação de resíduos.
Considerando os elementos analisados As, Ba, Cd, Cr, Pb e Mn, os corpos-de-prova
testados, em um possível descarte, são enquadrados como resíduos não perigosos
(Resíduos Classe II), de acordo com ABNT NBR 10004:2004.
Os elementos Hg, Se, Ag e o composto fluoreto, não foram analisados, mas, não são
característicos em nenhuma das matrizes dos traços confeccionados.
56
Tabela 6.8: Teor dos elementos analisados na lixívia (conforme ABNT NBR 10005/94)
e concentração – limite máximo no extrato obtido no ensaio de lixiviação de acordo
com ABNT NBR 10004:2004 para classificação de resíduos sólidos
Elementos
Parâmetros Analisados
As
(mg/L) Ba
(mg/L)
Cd
(mg/L)
Cr
(mg/L)
Pb
(mg/L)
Mn
(mg/L)
Limite
máximo na
lixívia
NBR 10004
(mg/L)
1,0 70,0 0,5 5,0 1,0
Não consta
no anexo
normativo
LIXPS28 < 0,004 0,085 < 0,009 0,061 < 0,026 < 0,001
LIXPS60 < 0,004 0,093 < 0,009 0,058 < 0,026 < 0,001
LIXESC60 < 0,004 0,199 < 0,009 0,047 < 0,026 5,870
Legenda:
LIXPS28: Solo-cal-PS25 lixiviado após 28 dias de cura;
LIXPS60: Solo-cal-PS25 lixiviado após 60 dias de cura;
LIXESC60: Solo-cal-ESC25 lixiviado após 60 dias de cura.
A tabela 6.9 mostra os teores dos elementos no solubilizado, de acordo com as normas
ABNT para classificação de resíduos.
57
Tabela 6.9: Teor dos elementos no solubilizado (conforme ABNT NBR 10006/94) e concentração – limite máximo no extrato obtido no ensaio
de solubilização de acordo com ABNT NBR 10004:2004 para classificação de resíduos sólidos
Legenda:
SOLPS28: Solo-cal-PS25 solubilizado após 28 dias de cura;
SOLPS60: Solo-cal-PS25 solubilizado após dias de cura;
SOLESC60: Solo-cal-ESC25 solubilizado após dias de cura.
Elementos
Parâmetros Analisados
Al
(mg/L)
As
(mg/L)
Ba
(mg/L)
Cd
(mg/L)
Cr
(mg/L)
Cu
(mg/L)
Fe
(mg/L) Na
(mg/L)
Pb
(mg/L)
Zn
(mg/L)
Mn
(mg/L)
Limite
máximo no
solubilizado
NBR 10004
(mg/L)
0,2 0,01 0,07 0,005 0,05 2,0 0,3 200,0 0,01 5,0 0,01
SOLPS28 0,14 < 0,040 < 0,001 < 0,009 0,020 < 0,007 0,981 0,343 < 0,026 < 0,003 < 0,001
SOLPS60 0,09 < 0,040 < 0,001 < 0,009 0,024 < 0,007 1,075 0,352 < 0,026 < 0,003 < 0,001
SOLESC60 0,18 < 0,040 < 0,001 < 0,009 0,022 < 0,007 1,399 0,372 < 0,026 < 0,003 < 0,001
58
Na tabela 6.9 os resultados apresentados mostram que os teores dos elementos Al, As,
Ba, Cd, Cr, Cu, Fe, Na, Pb, Zn e Mn ficaram dentro dos limites estabelecidos pela
norma ABNT NBR 10004:2004. O teor de ferro presente nos corpos-de-prova é
superior ao limite máximo permitido no solubilizado (0,3 mg/L). Para as amostras
SOLPS28, SOLPS60 e SOLESC60 os valores de ferro foram, respectivamente, foi de
0,918mg/L, 1,075mg/L e 1,399mg/L. A legislação relativa à deposição de resíduos
sólidos em aterros classifica as composições como resíduos classe II A – Não inertes, ou
seja, resíduos não perigosos e não inertes.
A análise de custo dos tijolos produzidos neste trabalho foi feita em relação a tijolos
crus tradicionais produzidos na região. Os tijolos deste estudo podem ser
produzidos nas mesmas fabricas de tijolos crus convencionais. Foram comparados os
custos para preparação de uma mesma quantidade de mistura para confecção de tijolos
solo-cal, solo-cimento e solo-cal-resíduo (10:0.75:.025). O custo da mistura solo-
cimento é cerca de 17% maior que a mesma quantidade da mistura solo-cal. A
substituição de 25% da cal por finos de pedra-sabão ou escória da fabricação de ferro-
ligas de manganês reduz em 32% o valor da mistura solo-cal. Os finos de pedra-sabão,
que são estocados como rejeito, não precisam ser processados o único custo é com
transporte até a planta de fabricação dos tijolos. A escória da fabricação de ferro-ligas
de manganês precisa ser britada, moída e transportada até a planta de fabricação dos
tijolos. O custo para preparação das misturas solo-cal-pedra-sabão e solo-cal-escória é o
mesmo já que o primeiro tem um maior custo de transporte e o segundo precisa ser
cominuído.
59
7 – CONCLUSÕES
A partir dos resultados obtidos no estudo da adição de resíduos do setor mínero-
metalúrgico na fabricação de tijolos solo-cal, permitiram concluir que:
A análise granulométrica da amostra de escória de ferro-ligas de manganês após
britagem apresentou d80 = 1,680mm (1680μm). Os finos de pedra-sabão e o solo
apresentaram d80 igual a 0,048mm (48μm) e 0,700mm (700μm),
respectivamente.
Resíduos de pedra-sabão e escória de ferro-ligas de manganês, apresentaram
resultados favoráveis as exigências químicas estabelecidas para pozolanas de
classe E pela norma vigente. Desta forma, considerando as exigências químicas
os resíduos estudados podem ser utilizados como material pozolânico, na
confecção de tijolos solo-cal.
Os principais constituintes do solo foram quartzo, caulinita e muscovita. Na cal
foram identificados portlandita, calcita e nacrita. Os finos de pedra-sabão são
compostos dos minerais talco e clorita. Na escória de ferro-ligas de manganês
foi identificada apenas a fase cristalina enstatita.
O solo apresentou resultado favorável de limite de liquidez (43,5%) e índice de
plasticidade (14,7%) conforme a norma NBR 10833/89.
O solo utilizado foi classificado de acordo com a Classificação Unificada dos
Solos (The Unified Soil Classification System – USCS), como ML (siltes
inorgânicos e areias muito finas, alteração de rocha, areias finas, siltosas ou
argilosas).
A cal utilizada foi classificada, através da sua composição química, como cal
hidratada cálcica.
Os corpos-de-prova solo-cal-PS25 com 28 dias de cura apresentaram valores de
resistência à compressão simples (2,10 MPa) superior ao da norma NBR
8491/84.
A resistência a compressão simples, para os corpos-de-prova solo-cal-PS25 e
solo-cal-ESC25 com 60 dias de cura alcançaram valores da ordem de 2,20 MPa
e de 2,10 MPa, respectivamente, valores superiores ao da norma NBR 8491/84
(valor). Quanto maior o tempo de cura, maior os valores de resistência à
compressão simples para os corpos-de-prova solo-cal-PS25 e solo-cal-ESC25.
60
Para os teores de resíduo incorporados superiores a 25% (50 e 75%) ao tijolo
solo-cal, foram obtidos menores valores de resistência à compressão simples.
Todos os corpos-de-prova solo-cal-resíduo com 28 e 60 dias de cura
apresentaram valores de absorção de água dentro do limite estabelecido pela
norma NBR 8491/84 (≤ 20%).
Os corpos-de-prova SOLPS28, SOLPS60 e SOLESC60 foram classificados de
acordo com a norma NBR 10004/04 como Resíduos Classe II A – Não inertes.
Os resultados obtidos mostraram que os corpos de prova solo-cal com 25% de
incorporação de finos de pedra sabão com tempo de cura de 28 e 60 dias e o
corpo de prova com 25% de incorporação de escória de ferro-ligas de manganês
com tempo de cura de 60 dias apresentaram valores (2,10 MPa, 2,20 MPa e 2,10
MPa, respectivamente) acima da norma (≥ 2,0 MPa), tornando-os viáveis para a
sua utilização como tijolos solo-cal.
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