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Campus de Ilha Solteira
PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
Cinza de Casca de Arroz altamente reativa: método de
produção, caracterização físico-química e comportamento
em matrizes de cimento Portland
MAURO MITSUUCHI TASHIMA
Orientador: Prof. Dr. Jorge Luís Akasaki
Dissertação apresentada à
Faculdade de Engenharia, UNESP –
Campus de Ilha Solteira, para
obtenção do título de Mestre em
Engenharia Civil – Área de
Conhecimento: Estruturas.
Ilha Solteira – SP
Outubro/2006
.
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DEDICATÓRIA
“Aos meus pais, a minha irmã e aos meus falecidos avós,
que sempre iluminaram o meu caminho.”
AGRADECIMENTOS
Desejo expressar meus agradecimentos a todas as pessoas que, direta ou
indiretamente me ajudaram durante a realização deste trabalho.
Ao meu orientador Prof. Dr. Jorge Luís Akasaki pela sua atenção e dedicação na
missão de orientar essa dissertação. Também pela sua incondicional amizade e
companheirismo.
Ao Prof. Dr. Jordi Payá Bernabeu por transmitir parte de seu grandioso
conhecimento com muita dedicação e paciência. Também pela sua amizade e incentivo
para a realização desta dissertação.
Ao Prof. Dr. José Maria Monzó Balbuena pela sua inestimável dedicação na
realização e desenvolvimento dessa dissertação e também, pela sua amizade.
A Profª. Dra. María Victoria Borrachero Rosado, a Profª. Dra. Ana María Mellado
Romero e a Profª Dra. Mercedes Bonilla Salvador, por seus valiosos conselhos e ajudas,
durante a realização desta dissertação.
Aos meus amigos: Marcela Jodas, Aline Botini Tavares, Victor Marcuz de Moraes,
Ana Carolina Marques, Joel Roberto Guimarães Vasco, Jair José Pereira Junior, Bárbara
Gonçalves Logullo, Maíra de Carvalho Sanomiya, Carlos Adriano Rufino da Silva,
Everton José da Silva, Ana Flávia da Silva, Ana Paula Moreno Trigo, Leonardo de Souza,
Maria Lidiane Marques, Michele Beniti Barbosa, Guido José Denipotti pela amizade,
companheirismo e pelos momentos de descontração que me ajudaram a refletir nos
momentos de dificuldade desta dissertação.
Aos meus amigos: Andres, Felipe, Veronica, Diego e, especialmente a Lourdes,
todos doutorandos pertencentes ao grupo GIQUIMA - “Grupo de Investigación en
Química de los Materiales”, desejo expressar minha gratidão pelo carinho e amizade
proporcionados durante os 8 meses que estive em Valencia – España.
Aos técnicos, Amparo e Daniel, do Laboratório de Química e de Materiais de
construção da Universidad Politécnica de Valencia - UPV por sua amizade e apoio durante
a realização desta pesquisa.
Ao Laboratório de Engenharia Civil da CESP – em especial ao engenheiro e amigo
Flávio Moreira Salles que disponibilizou o laboratório para a realização de ensaios e
também pelos seus valiosos conselhos e ajuda durante esses últimos 6 anos.
Aos técnicos do Laboratório de Engenharia Civil da Unesp – Ilha Solteira: Mario,
Gilson, Sílvio, Cavazano e Ronaldo que me ajudaram durante todos os anos em que estive
utilizando o Laboratório de Engenharia Civil da Unesp.
À todos os técnicos do Laboratório CESP, em especial aos amigos Michelan, Lana,
Bertolucci, Sérgio e Branco.
Ao Colégio Mayor La Coma, em especial ao diretor Alfonso García e a Rubén
Torregrosa por sua grande amizade e companheirismo e por permitir minha estância neste
Colégio durante todo o tempo que estive em Valencia - España.
Aos meus amigos do Colégio Mayor La Coma, que muito me ensinaram durante o
período que estive na Espanha: Enrique, Marie, Jesus, Diego, Antonio, Nestor, Cristian,
Miriam, Léo, Ramadán, Patricia, Rosa, Simón, Claudia e especialmente, a Tatiana, Jorge,
Nadiesda, Vanessa e Lizbeth.
À minha grande amiga Ana Paula Fugii pelo seu companheirismo, carinho e
amizade, pela sua inestimável ajuda e determinação para que a minha viagem pudesse ser
realizada com grande sucesso.
À Coordenadoria de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES, pela
bolsa de estudo concedida para o desenvolvimento desta dissertação.
CINZA DE CASCA DE ARROZ ALTAMENTE REATIVA: MÉTODO DE
PRODUÇÃO, CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA E COMPORTAMENTO
EM MATRIZES DE CIMENTO PORTLAND.
Mauro Mitsuuchi Tashima
Resumo
O presente trabalho apresenta um método de produção de cinza de casca de arroz
(CCA) altamente reativa e de coloração clara, bem como o seu comportamento em
matrizes de cimento Portland com o intuito de avaliar a atividade pozolânica da CCA. O
trabalho está dividido em quatro etapas, a saber: construção de um forno e produção da
cinza de casca de arroz, caracterização físico-química da CCA, verificação da atividade
pozolânica do material através de métodos instrumentais e, finalmente, ensaios mecânicos
em argamassas de cimento Portland.
O forno utilizado para a produção da cinza de casca de arroz não apresenta controle
de temperatura e, o tempo de queima é bastante longo, aproximadamente 36 horas. Neste
método obtém-se cerca de 1,5Kg de cinza por processo de queima. A cinza obtida
apresenta uma coloração clara e o seu caráter amorfo foi determinado através de diferentes
métodos: difração de Raio-X, determinação do teor de sílica amorfa, análise
termogravimétrica, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e ensaios mecânicos em
argamassas de cimento Portland. O programa experimental também abrange estudos de
variação da finura da CCA e estudos com diferentes porcentagens, em substituição ao
cimento Portland.
Os resultados obtidos foram comparados com a sílica ativa, pois se trata do material
que mais se assemelha a cinza de casca de arroz, tanto no que se refere à composição
química como em sua atividade pozolânica. Verifica-se que a cinza de casca de arroz
produzida sob essas condições também pode ser utilizada como uma fonte alternativa da
sílica ativa já que os resultados mostram que a CCA em estudo apresenta características
adequadas para a utilização como material pozolânico em matrizes de cimento Portland.
Palavras-chaves: argamassa, atividade pozolânica, cinza de casca de arroz, método
de produção e pozolana.
HIGH REACTIVE RICE HUSK ASH: METHOD OF PRODUCTION, PHISICAL-
CHEMICAL ANALYSIS AND BEHAVIOUR IN PORTLAND CEMENT MATRIX.
Mauro Mitsuuchi Tashima
Abstract
This research show a method of production white amorphous Rice Husk Ash (RHA),
therefore, the behaviour of RHA in Portland cement matrix to evaluate the pozzolanic activity
of this material. The research can be shared in four steps, to know: construction of an oven
and production of rice husk ash, physical-chemical analysis of the rice husk ash, evaluation of
pozzolanic activity of the pozzolan though instrumental analysis and, finally, mechanical
properties of Portland cement mortars.
The oven used for production of rice husk ash didn’t have a control of temperature and,
the time of burning is so longer, approximately 36 hours. In this method is obtained for about
1,5Kg of ash. The obtained ash has white colour and its amorphous phase were determined
though different methods: X-ray diffractometry, determination of amorphous silica,
Termogravimetric Analysis (TA), scanning electron microscopy (SEM) and mechanical
properties of Portland cement mortars. Besides that, the experimental procedure involves
studies on fineness variation of rice husk ash and different degrees of Portland cement
substitution.
The obtained results were compared with silica fume, because this is the most similar
pozzolanic material with rice husk ash. The RHA produced under this method can be used in
place of silica fume because the RHA in study has good properties to be used as a pozzolanic
material in Portland cement matrix.
Keywords: method of production, mortar, pozzolanic activity, pozzolan and rice husk
ash.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1- Micrografia da sílica ativa. .......................................................................................28
Figura 2- Etapas da construção do forno utilizado para a produção da CCA. .........................37
Figura 3- Temperatura de queima em função do tempo...........................................................38
Figura 4- Equipamento: Espectrosfotômetro de Absorção Atômica........................................38
Figura 5- Equipamento: Espectrofotômetro de Infravermelho por Transformada de Fourier. 39
Figura 6- Equipamento: Difractômetro de Raio-X...................................................................40
Figura 7- Equipamento: Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV)...................................41
Figura 8- Equipamento: Moinho de Bolas. ..............................................................................42
Figura 9- Equipamento: Granulômetro a Laser........................................................................44
Figura 10- Equipamento: Análise Termogravimétrica.............................................................45
Figura 11- Crisol de alumínio...................................................................................................45
Figura 12- Equipamento: prensa para selar os crisoles............................................................46
Figura 13- Molde para a preparação dos corpos-de-prova e mesa compactadora....................47
Figura 14- Prensas utilizadas nos ensaios de resistência à compressão e à flexão,
respectivamente................................................................................................................48
Figura 15- Cinza de Casca de Arroz obtido no processo de combustão..................................51
Figura 16- Espectro Infravermelho para a CCA e SA..............................................................53
Figura 17- Difratograma de Raio-X da CCA. ..........................................................................54
Figura 18- Difratograma de Raio-X da SA. .............................................................................55
Figura 19- Micrografia da cinza de casca de arroz antes do processo de moagem..................57
Figura 20- Estrutura externa e interna da CCA, respectivamente............................................57
Figura 21- Distribuição Granulométrica da sílica ativa: influência da aplicação do ultrasom.58
Figura 22- Distribuição granulométrica da CCA para diferentes tempos de moagem.............59
Figura 23- Curvas TG e DTG para pastas de cimento/5%CCA com 3 dias de cura................62
Figura 24- Curvas DTG para pastas de cimento com 5% CCA para diferentes idades...........63
Figura 25- Curvas DTG para pastas de cimento com 10% de SA para diferentes idades........63
Figura 26- Produtos de hidratação de pastas de cimento com 5% CCA com 3 dias de cura...64
Figura 27- Produtos de hidratação de pastas de cimento com 10% CCA com 3 dias de cura. 64
Figura 28- Produtos de hidratação de pastas de cimento com 15% CCA com 3 dias de cura. 64
Figura 29- Etringita em pastas de cimento com 10% SA com 3 dias de cura..........................65
Figura 30- Cristais de portlandita presente em pastas de cimento com 10% CCA aos 28 dias
de cura. .............................................................................................................................65
Figura 31- Produtos de hidratação de pastas de cimento com 10% SA aos 28dias de cura:
Portlandita.........................................................................................................................66
Figura 32- Silicatos de cálcio hidratados em pastas de cimento com 15% CA e 15% SA,
respectivamente................................................................................................................66
Figura 33- Gráfico de resistência à flexão................................................................................67
Figura 34- Resistência à compressão para argamassas com diferentes porcentagens de SA...68
Figura 35- Resistência à compressão para argamassas com diferentes porcentagens de CCA.
..........................................................................................................................................69
Figura 36- Gráfico comparativo de resistência à compressão para argamassas com diferentes
porcentagens de SA e CCA..............................................................................................69
Figura 37- Ganho de resistência à compressão em função do teor de substituição para
argamassas com CCA.......................................................................................................71
Figura 38- Ganho de resistência à compressão em função do teor de substituição para
argamassas com SA..........................................................................................................71
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Caracterização química do Cimento Portland CEM I 52,5R. ..................................33
Tabela 2- Análise química da água de amassamento...............................................................34
Tabela 3- Ficha técnica do MELMENT L240..........................................................................35
Tabela 4- Caracterização química da sílica ativa. ....................................................................35
Tabela 5- Traços das argamassas e porcentagem de aditivo utilizado.....................................49
Tabela 6- Caracterização química da sílica ativa e da cinza de casca de arroz........................52
Tabela 7- Resultados do ensaio de Perda ao Fogo. ..................................................................52
Tabela 8- Teor de Sílica Amorfa e Cristalina para a CCA e para a SA ...................................56
Tabela 9- Diâmetro médio, d(0,1), d(0,5) e d(0,9) para os diferentes tempos de moagem da
CCA e também para a SA. ...............................................................................................60
Tabela 10- Densidade real e Área específica para os diferentes tempos de moagem da CCA e
também para a sílica ativa. ...............................................................................................60
Tabela 11- Fixação da cal em função da porcentagem de substituição e da idade de cura......62
Tabela 12- Tratamento estatístico para os valores de resistência à flexão, com um nível de
confiança de 95%. ............................................................................................................68
Tabela 13- Tratamento estatístico para os valores de resistência à compressão, com um nível
de confiança de 95%.........................................................................................................70
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO..................................................................................................................................14
1.1. IMPORTÂNCIA DO TEMA................................................................................................................14
1.2. ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO......................................................................................................17
2. OBJETIVOS.......................................................................................................................................19
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA..........................................................................................................21
3.1. MATERIAIS POZOLÂNICOS ............................................................................................................21
3.1.1. Histórico...............................................................................................................................21
3.1.2. Definição..............................................................................................................................21
3.1.3. Classificação das Pozolanas................................................................................................22
3.1.4. Características e Comportamento das Pozolanas em Matrizes de Cimento Portland.........25
3.1.5. Sílica Ativa ...........................................................................................................................27
3.1.6. Cinza de Casca de Arroz......................................................................................................29
4. PROGRAMA EXPERIMENTAL....................................................................................................33
4.1. MATERIAIS....................................................................................................................................33
4.1.1. Cimento Portland.................................................................................................................33
4.1.2. Água de Amassamento..........................................................................................................34
4.1.3. Agregado Miúdo...................................................................................................................34
4.1.4. Aditivo Superplastificante ....................................................................................................34
4.1.5. Sílica Ativa ...........................................................................................................................35
4.1.6. Outros materiais...................................................................................................................35
4.2. EQUIPAMENTOS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS ..............................................................................36
4.2.1. Produção da Cinza de Casca de Arroz (CCA).....................................................................37
4.2.2. Espectrofotômetro de Absorção Atômica.............................................................................38
4.2.3. Espectrofotômetro de Infravermelho por Transformada de Fourier....................................39
4.2.4. Difractômetro de Raio-X......................................................................................................40
4.2.5. Determinação do Teor de Sílica Amorfa..............................................................................40
4.2.6. microscópio Eletrônico de Varredura (mev)........................................................................41
4.2.7. Moinho de Bolas...................................................................................................................42
4.2.8. Massa Específica..................................................................................................................42
4.2.9. Granulômetro a Laser..........................................................................................................43
4.2.10. Análise Termogravimétrica................................................................................................44
4.2.11. Composição das Pastas de Cimento e Cimento/Pozolana .................................................47
4.2.12. Ensaios de Resistência Mecânica em ARgamassas............................................................47
4.2.13. Composição dos Traços de Argamassas ............................................................................48
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES.....................................................................................................51
5.1. CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA.........................................................................................................52
5.2. ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO POR TRANSFORMADA DE FOURIER ..................................53
5.3. DIFRAÇÃO DE RAIO-X...................................................................................................................54
5.4. DETERMINAÇÃO DO TEOR DE SÍLICA AMORFA .............................................................................55
5.5. MORFOLOGIA DA CINZA DE CASCA DE ARROZ .............................................................................56
5.6. GRANULOMETRIA A LASER ...........................................................................................................58
5.7. MASSA ESPECÍFICA E ÁREA ESPECÍFICA .......................................................................................60
5.8. ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA...................................................................................................61
5.9. MICROSCOPIA ELETRÔNICA DAS PASTAS......................................................................................64
5.10. RESISTÊNCIA MECÂNICAS DE ARGAMASSAS...............................................................................67
5.10.1. Resistência à Flexão...........................................................................................................67
5.10.2. Resistência à Compressão..................................................................................................68
6. CONCLUSÕES..................................................................................................................................74
6.1. SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS ........................................................................................74
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................................................77
INTRODUÇÃO
Capítulo I- Introdução
14
1. INTRODUÇÃO
1.1. IMPORTÂNCIA DO TEMA
Desde o Império Romano até o século XVIII, misturas de polozana natural com cal
eram empregadas para a construção de estruturas. Esse método construtivo se difundiu por
toda a Europa durante este período até o surgimento do cimento Portland. Em 1824, com a
descoberta do cimento Portland e posterior invenção do concreto, em meados do século XIX,
misturas de pozolana/cal ficaram esquecidas devido às características de rápida pega e
endurecimento apresentadas pelo cimento Portland. A partir de então, a produção de cimento
Portland e o consumo de concreto foram crescendo a cada ano. Atualmente, o concreto é o
material mais utilizado na construção civil e, o segundo mais consumido no Mundo, só
perdendo para a água (AÏTCIN, 2000 p.1350).
Para se ter uma idéia, a produção mundial de cimento Portland no ano de 2004 foi da
ordem de 2188,6 milhões de toneladas (OFICIMEN, 2004). Só no Brasil, segundo o Sindicato
Nacional da Indústria do Cimento (SNIC) foram produzidos 36,7 milhões de toneladas de
cimento Portland no ano de 2005 (SNIC, 2005).
Segundo Mehta citado por Costenaro (2003 p.2) a produção de cimento Portland é
responsável por cerca de 5% da emissão de gás carbônico do Mundo, sendo esta uma das
principais responsáveis pelo efeito estufa. Diante desse fato e, tendo em vista a imensa
produção mundial de cimento Portland, cientistas, pesquisadores e tecnólogos estão na busca
de alternativas ecologicamente mais adequadas para a fabricação do cimento Portland, não se
esquecendo, é claro, dos aspectos tecnológicos e dos custos que envolvem a produção do
cimento Portland.
Com o intuito de prolongar a vida útil das jazidas de argila e calcário, matérias-primas
fundamentais para a produção do clínquer, almejando um menor custo para a fabricação dos
cimentos e também pensando no avanço tecnológico para a fabricação dos mesmos, as
indústrias cimenteiras vêm utilizando pozolanas, em substituição parcial ao clínquer, no seu
processo produtivo. Essas adições, geralmente resíduos de outros setores produtivos, têm
dado origem aos chamados cimentos com adições e/ou cimentos pozolânicos. A adição de
Capítulo I- Introdução
15
pozolanas na produção de cimentos inicou-se na década de cinqüenta na Europa com a
utilização de resíduos de centrais termoelétricas (GAVA, 1999 p.1).
Uma outra forma de emprego das pozolanas é no processo de produção de argamassas
e concretos. Sabe-se que a utilização de materiais pozolânicos interfere nas propriedades
mecânicas de argamassas e concretos contribuindo, principalmente, com o aumento da
resistência à compressão, com a diminuição da permeabilidade e com aumento da
durabilidade. Atualmente, a grande utilização desses materiais está na produção de concretos
de alto desempenho (CAD), concretos auto-adensáveis e também no que se refere a inibição
de reações expansivas, como é o caso por exemplo, da Reação Álcali-Agregado (RAA).
Além dos efeitos benéficos no que tange ao avanço tecnológico em concretos e
argamassas, a utilização de pozolanas também contribui com a preservação do meio ambiente.
Isso ocorre basicamente de duas maneiras:
- a utilização desses materiais diminui a consumo de clínquer, conseqüentemente,
provocando uma redução na exploração de jazidas naturais de argila e calcário; e
- os materiais pozolânicos encontrados na atualidade são resíduos provenientes de
outros setores produtivos, contribuindo, assim, com a preservação do meio ambiente.
Uma outra contribuição das pozolanas refere-se à geração de energia. Sabe-se que,
devido à crescente crise de energia que acerca o país, existe um grande incentivo para a
utilização de biomassa como combustível em usinas termoelétricas, sendo esta uma fonte
alternativa e eficiente de geração de energia elétrica (RÊGO, 2004 p.1 e p.2). Dentre os
materiais que vêm sendo utilizados como combustível, destacam-se alguns resíduos agrícolas
como bagaço de cana-de-açúcar e a casca de arroz, devido ao seu elevado poder calorífico. O
resíduo resultante desse processo de geração de energia, ou seja, a cinza obtida pode ser
empregada como material pozolânico, dependendo das características do material obtido. Esse
processo, além de contribuir com a geração de energia, pode gerar pozolanas de excelentes
características para a aplicação em argamassas e concretos.
Capítulo I- Introdução
1
6
Dentre as pozolanas, a Cinza de Casca de Arroz (CCA) tem recebido uma atenção
especial nas últimas décadas devido ao elevado caráter pozolânico que pode apresentar o
material. Tanto no Brasil como no exterior, diversos pesquisadores mostraram interesse no
estudo das propriedades desse material, podendo destacar entre eles: Payá (2001), Sugita
(1994), Oda (2003), Silveira (1996), Silva (2004), Bui e Stroeven (2005), Hasparyk (1999),
Prudêncio e Dafico (2002), Tashima (2005), Rêgo (2004), dentre outros.
A obtenção de uma CCA com boas características para aplicação em argamassas e
concretos depende do método de produção utilizado. Várias pesquisas vêm sendo realizadas
com o intuito de se desenvolver um método de queima que apresente características
adequadas para a produção de cinzas de elevada reatividade. Dentre os métodos estudados
estão: queima a céu aberto, em caldeiras e em fornalhas. O grande problema é que os métodos
utilizados para a produção de cinzas amorfas necessitam de um controle de temperatura e
tempo de queima e, normalmente, o que se obtêm são cinzas com um elevado conteúdo em
carbono, ou seja, de coloração escura. Alguns pesquisadores estudaram maneiras para
produzir cinza de elevada reatividade e de coloração clara, porém, nesses casos os problemas
são: o elevado custo para a construção de um forno, a necessidade de um controle rigoroso na
temperatura e no tempo de queima e também, a necessidade de injeção de ar durante o
processo de queima para a eliminação do carbono.
O presente trabalho apresenta um método de produção de cinza de casca de arroz que
utiliza um forno construído em escala de laboratório para o processo de combustão. Trata-se
de um método simples, sem controle de temperatura e que obtém cinzas de elevado caráter
pozolânico e com uma coloração clara. Para confirmar esse caráter pozolânico da cinza
produzida, foi realizada sua caracterização química, bem como verificou-se o seu
comportamento em matrizes de cimento Portland. O desenvolvimento deste processo de
queima iniciou-se em 2002 sob orientação do Prof. Dr. Jorge Luís Akasaki dando origem a
uma pesquisa de Iniciação Científica (TASHIMA, 2003 e 2004) e também a uma Dissertação
de Mestrado (SILVA, 2004), que utilizavam a cinza de casca de arroz para a produção de
concretos e argamassas. Vale ressaltar que o processo de queima empregado encontra-se em
concessão de patente pelo grupo de pesquisa em Materiais Alternativos de Construção –
MAC/UNESP – Ilha Solteira.
Capítulo I- Introdução
1
7
Neste trabalho está se buscando não somente benefícios econômicos e ecológicos mas,
principalmente, benefícios tecnológicos ao introduzir a cinza de casca de arroz em matrizes de
cimento Portland.
1.2. ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO
A dissertação está subdividida em 7 capítulos. No primeiro, faz-se uma abordagem
sobre a importância do tema estudado englobando a utilização de pozolanas na antigüidade
para produção de misturas de pozolana/cal e a sua atual utilização tanto na produção de
cimentos, como na fabricação de concretos e argamassas.
No segundo capítulo descrevem-se os objetivos principais desta dissertação.
O terceiro capítulo ressalta a utilização de materiais pozolânicos como adição a
concretos e argamassas. Aborda os diferentes tipos de pozolanas (naturais e artificiais) e os
efeitos físicos e químicos da adição dessas pozolanas em matrizes de cimento Portland.
Apresenta também um breve resumo sobre a utilização da sílica ativa e da cinza de casca de
arroz em argamassas e concretos, bem como alguns dos processos de obtenção de CCA
amorfas e claras já conhecidos.
O quarto capítulo trata do programa experimental desenvolvido para a realização deste
estudo. É nesta parte que estão descritos todos os materiais, equipamentos e métodos
experimentais empregados para o desenvolvimento desta pesquisa.
O capítulo cinco mostra os resultados obtidos na pesquisa e, além disso, apresenta
discussões sobre os resultados obtidos, comparando com dados apresentado por outros
pesquisadores.
O sexto capítulo mostra as conclusões desta pesquisa, dando também algumas
sugestões para pesquisas futuras.
O sétimo capítulo apresenta as referências bibliográficas utilizadas para nortear esta
dissertação.
OBJETIVOS
Capítulo II- Objetivos
19
2. OBJETIVOS
O trabalho apresenta três objetivos principais, a saber:
- Mostrar um método de produção de cinza de casca de arroz altamente reativa e com
coloração clara. Trata-se de um método de queima simples, sem controle de temperatura e que
apresenta características adequadas para a produção de CCA amorfa e clara. Ressalta-se que o
método apresentado está em processo de concessão de patente;
- Estudar as características físicas e químicas da Cinza de Casca de Arroz (CCA)
produzida pelo grupo de Materiais Alternativos de Construção do Departamento de
Engenharia Civil da UNESP – Campus de Ilha Solteira, bem como o seu comportamento em
matrizes de cimento Portland; e
- Verificar o comportamento mecânico de argamassas com diferentes porcentagens de
cinza de casca de arroz, em substituição ao cimento Portland. Foram realizados ensaios de
resistência à flexão e resistência à compressão simples e, como modo de comparação,
argamassas com sílica ativa.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Capítulo III- Revisão Bibliográfica
21
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1. MATERIAIS POZOLÂNICOS
3.1.1. HISTÓRICO
O uso de pozolanas como composto cimentíceo é bastante antigo. O termo pozolana
era popularmente conhecido nos vilarejos próximos ao Monte Vesúvio na Itália para designar
as cinzas vulcânicas utilizadas nas construções do Império Romano. A origem do nome
pozolana deve-se ao fato de que as cinzas mais famosas foram aquelas encontradas próximo
ao Monte Pozzuoli. Com a descoberta de novos materiais naturais que ao reagir com a cal
apresentavam propriedades cimentíceas, o termo pozolana passou a ser utilizado de forma
mais abrangente. Até a descoberta do cimento Portland, século XIX, misturas de cal e
pozolanas eram os materiais empregados na construção de estruturas em todo o Mundo.
Atualmente o termo pozolana inclui não somente tufos vulcânicos, mas também
resíduos agroindustriais tais como, cinza volante, sílica ativa, cinza de casca de arroz e
diversos outros materiais. Segundo Cincotto (1988 p.23), o termo pozolana é empregado para
todos os materiais, sejam eles naturais ou artificiais, que apresentam características
semenlhantes a cinza vulcânica encontrada na Itália.
3.1.2. DEFINIÇÃO
De acordo com a ABNT – NBR 12653 (1992 p.1 e p.2), pozolana é um material que,
por si só, possui pouca ou nenhuma atividade cimentícea, mas que, quando finamente
dividido e na presença de água, reage com o hidróxido de cálcio à temperatura ambiente para
formar compostos com propriedades cimentantes.
As pozolanas podem ser utilizadas tanto no processo de fabricação do cimento, como
em substituição a uma parte do clínquer ou ainda na produção de argamassas e concretos. No
Brasil, a prática mais comum é a utilização das pozolanas no processo de fabricação do
cimento, gerado assim, os chamados cimentos com adições e/ou cimentos pozolânicos, ou a
utilização da pozolana como substituição a uma parte do cimento na produção de concretos e
Capítulo III- Revisão Bibliográfica
22
argamassas. Em ambos os casos, ocorre uma redução no consumo de cimento Portland, ou
seja, uma redução na extração das jazidas de calcário e argila prolongando a vida útil das
mesmas contribuindo, assim, com a preservação de recursos naturais não-renováveis.
3.1.3. CLASSIFICAÇÃO DAS POZOLANAS
No que se refere à origem das pozolanas, pode-se distinguir dois grandes grupos:
- Pozolanas Naturais; e
- Pozolanas Artificiais.
3.1.3.1. POZOLANAS NATURAIS
O termo pozolanas naturais refere-se a todos os materiais pozolânicos derivados de
rochas ou minerais vulcânicos que passam por processo de britagem, moagem, classificação, e
que, geralmente, são ativados termicamente, pois apresentam impurezas que diminuem a sua
atividade pozolânica. Como exemplo de pozolanas naturais, temos: tufos vulcânicos, terras
diatomáceas e argilas calcinadas.
Normalmente, as pozolanas naturais são de origem vulcânica produzidas por ações
eruptivas violentas. A projeção do magma na atmosfera produz um esfriamento rápido e,
conseqüentemente, a formação de um material que possui um elevado caráter vítreo ou
amorfo. A composição química destas pozolanas é bastante variável, ainda que consistam
basicamente de sílica, alumínio e óxido de ferro.
A utilização das pozolanas naturais faz com que se tenha uma redução considerável no
consumo de energia para a fabricação do cimento Portland. Esta redução aumenta quando a
pozolana é utilizada em porcentagem de substituição ao cimento Portland. Além disso, o uso
de pozolanas gera uma grande diminuição nas emissões de gases produzidas na fabricação do
clínquer.
Capítulo III- Revisão Bibliográfica
23
Mas não se pode esquecer dos efeitos negativos da utilização das pozolanas naturais:
trata-se de um recurso natural não-renovável trazendo assim, impactos ambientais negativos
devido à exploração desses materiais tanto no que se refere à fauna, flora e, sem falar no
esgotamento dos recursos naturais.
Com o objetivo de reduzir tanto o consumo de energia no processo de fabricação do
cimento e, portanto, o custo de argamassas e concretos, bem como os impactos ambientais
causados pela extração dessas pozolanas naturais, vêm-se buscando outras fontes alternativas,
como por exemplo, a introdução de pozolanas artificiais.
3.1.3.2. POZOLANAS ARTIFICIAIS
As pozolanas artificiais são definidas como resíduos ou subprodutos agroindustriais
provenientes de diversas origens e possuindo diferentes características, mas tendo em comum
a atividade pozolânica (fixação da cal). Segundo Cincotto citado por Silveira (1996 p.28),
existe uma diferença entre o termo resíduo e subproduto. A denominação resíduo é
circunstancial, referindo-se a um material acumulado, sem destinação; a partir do momento
que apresente uma aplicação qualificada, passa a ser um subproduto.
Nos dias atuais, as pozolanas artificiais mais empregadas na construção civil são as
cinzas volantes, provenientes de centrais termoelétricas; as escórias de alto forno; e a sílica
ativa, resíduo da siderurgia do silício metálico e ligas à base de silício. Porém, diversas
pesquisas vêm sendo realizadas com propósito de introduzir outros resíduos ou subprodutos
como substituição ao cimento Portland em argamassas e concretos. Dentre esses materiais
podemos citar: resíduo de catalizador de craqueo catalítico do petróleo, bagaço de cana-de-
açúcar e a cinza de casca de arroz.
De acordo com a ABNT- NBR 12653 (1992 p.2) os materiais pozolânicos são
classificados em três grupos:
- Classe N ⇒ Pozolanas naturais e artificiais como certos materiais vulcânicos de
caráter petrográfico ácido, “cherts” silicosos, terras diatomáceas e argilas calcinadas;
Capítulo III- Revisão Bibliográfica
24
- Classe C ⇒ Cinza volante produzida pela queima de carvão mineral em usinas
termoelétricas; e
- Classe E ⇒ Qualquer pozolana cujos requisitos diferem das classes anteriores.
A referida Norma classifica os materiais pozolânicos em função somente da origem do
material e também, não faz nenhum tipo de menção às pozolanas altamente reativas como a
sílica ativa, metacaulim e a cinza de casca de arroz. A ABNT- NBR 12653 (1992 p.2)
menciona alguns requisitos mínimos no que se refere às características químicas e físicas das
pozolanas. Ela especifica uma perda ao fogo máxima de 6% para as classes C e E e, 10% para
a classe N. Uma outra exigência é que a soma, SiO
2
+Al
2
O
3
+Fe
2
O
3
, seja no mínimo de 70%.
Já no que se refere às exigências físicas, a norma aponta uma atividade pozolânica com o
cimento de no mínimo, aos 28 dias, de 75%. Para a atividade com a cal o valor mínimo é de
6,0MPa. Outra propriedade abordada na ABNT- NBR 12653 (1992 p.2) é a água requerida,
sendo que o máximo permitido é de 115% para a classe N e de 110% para as classes C e N.
Diante do exposto, faz-se uma crítica a ABNT- NBR 12653 (1992), pois acredita-se
que, por exemplo, um limite mínimo de 70% da soma, SiO
2
+Al
2
O
3
+Fe
2
O
3
, é uma
característica que não tem muito sentido, pois a atividade pozolânica está influenciada pelo
teor de SiO
2
e/ou Al
2
O
3
amorfos, sendo portanto, incoerente o limite de 70% já que pode-se
ter uma soma de 70%, porém, com SiO
2
e Al
2
O
3
em estado cristalino. Outro fato incoerente é
quando se fala do Índice de atividade pozolânica (ABNT- NBR 5752, 1992). Nesta norma, a
fixação da trabalhabilidade faz com que a demanda de água para pozolanas muito finas seja
muito elevada, fazendo com que a resistência das argamassas com pozolanas seja diminuída,
em comparação ao traço controle (GAVA, 1999 p.81 e p.82).
Gava (1999 p.104) faz ainda severas críticas as metodologias para determinação do
Índice de atividade pozolânica. Critica aos ensaios de Chapelle modificado, IAP com cimento,
entre outros afirmando que os resultados não apresentam concordância com o real
desempenho das pozolanas em argamassas (GAVA, 1999 p. 104).
Capítulo III- Revisão Bibliográfica
25
Tashima (2004 p.45) realizou o ensaio de índice de atividade pozolânica com cimento
para a cinza de casca de arroz e, nunca conseguiu resultados satisfatórios nestes ensaios,
porém, quando utilizava a pozolana em argamassas e concretos observava um ganho de
resistência da ordem de 20 a 30% em relação ao traço controle. Silva (2004 p.71) apresenta
um valor de 60,7% de índice de atividade com o cimento para a sua cinza de casca de arroz,
porém, quando se observam os resultados de resistência à compressão têm-se ganhos de 24%
para concretos e 28% para argamassas (SILVA, 2004 p.97). Segundo Tashima (2004 p.48), o
ganho de resistência é devido a atividade pozolânica da cinza de casca de arroz, sendo
portanto, incoerente os resultados obtidos no ensaio de IAP.
Diante destes fatos, optou-se pela não realização destes tipos de ensaios no presente
trabalho. O que se fez, foi a utilização de outros métodos para se medir a atividade pozolânica
dos materiais. Realizaram-se ensaios utilizando métodos instrumentais, tais como, análise
termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura e, também análises químicas
(determinação do teor de sílica amorfa) e ensaios mecânicos (resistência de argamassas).
Esses métodos vêm sendo bastante utilizados para a caracterização de materiais pozolânicos,
conforme pode-se observar nos trabalhos de Velásquez (2002), Payá (2001), Rêgo (2004),
Cordeiro (2006), Martínez (2006), Sugita (1992), entre outros.
3.1.4. CARACTERÍSTICAS E COMPORTAMENTO DAS POZOLANAS EM
MATRIZES DE CIMENTO PORTLAND
A preocupação com a durabilidade das estruturas, o aumento da produção de concretos
de elevada resistência e o interesse na destinação adequada de resíduos vêm tornando cada
vez mais freqüente o uso de pozolanas em matrizes de cimento Portland, principalmente, nas
últimas décadas. Porém, ainda não se conhece muito sobre o modo como esses materiais
atuam em argamassas e concretos. Sabe-se que as pozolanas reagem com a portlandita (CH)
formada na hidratação do cimento gerando produtos de hidratação resistentes (C-S-H, A-C-H
e/ou S-A-C-H). Essa quantidade de cal fixada pelas pozolanas depende de alguns fatores, tais
como (HEWELETT, 1998 p.488 e p.489):
Capítulo III- Revisão Bibliográfica
2
6
• Teor de SiO
2
e Al
2
O
3
;
• Natureza da fases ativas;
• Quantidade presente de fases ativas nas pozolanas;
• Relação pozolana/cal na mistura; e
• Tempo de cura.
Também se conhece que a velocidade de fixação da cal pelas pozolanas depende de
sua superfície específica, da relação água/sólido da mistura e também da temperatura de cura
a que são submetidos às argamassas e concreto (HEWELETT, 1998 p.489).
Segundo Mehta citado por Amahjour (2000 p.5), a substituição de parte do cimento
Portland por pozolana acelera o início das reações de hidratação dos compostos do cimento,
especialmente dos aluminatos de cálcio. Isso faz com que se libere uma maior quantidade de
cal, favorecendo assim, a formação de mais produtos de hidratação, que no final tem
influência sobre as características das argamassas e concretos no estado endurecido, tais como,
resistência mecânica, ataques químicos e reações expansivas (UCHIKAWA citado por
AMAHJOUR, 2000 p.5).
No que se refere à atuação das pozolanas em argamassas e concretos, podemos separar
em dois efeitos:
• Efeito químico, também chamado de atividade pozolânica; e
• Efeito físico.
A atividade pozolânica ou efeito químico inclui todas as reações químicas que
acontecem entre os elementos ativos das pozolanas, a cal e a água. O processo de reação da
pozolana com o hidróxido de cálcio (produzido durante a hidratação do cimento Portland)
contribui para a formação de silicatos de cálcio hidratados (C-S-H), aluminatos de cálcio
hidratados (A-C-H) e/ou silicoaluminatos de cálcio hidratados (S-A-C-H) gerando assim, um
aumento de resistência mecânica, diminuição da permeabilidade e, conseqüentemente, um
aumento na durabilidade. Essas melhoras nas propriedades dos concretos estão diretamente
Capítulo III- Revisão Bibliográfica
2
7
relacionadas com a relação A/C, pois somente para relações inferiores a 0,5 a atividade
pozolânica vai contribuir de forma significativa. Para relações superiores a 0,5 a grande
quantidade de poros na matriz vai predominar sobre a atividade pozolânica, fazendo com que
o efeito pozolânico seja diminuído.
Cimento Portland + Água + pozolana → C-S-H, A-C-H e/ou S-A-C-H
Esta atividade da pozolana depende principalmente da sua natureza e, mais
precisamente, da qualidade e quantidade das fases ativas (amorfas) presentes na pozolana. A
atividade pozolânica também está influenciada pela granulometria e pela superfície específica
das pozolanas.
O chamado efeito físico da pozolana atua no preenchimento de vazios de concretos e
argamassas melhorando a coesão e diminuindo a exsudação, é o chamado efeito fíler. Uma
outra, e também importante forma de atuação da pozolana é o chamado efeito nucleação que
aumenta a velocidade de hidratação das partículas de cimento Portland nos primeiro dias de
cura. Este comportamento origina uma maior quantidade de hidratos, fazendo com que a
quantidade de portlandita (CH) disponível neste período seja maior, no qual incrementa
posteriormente a reação pozolânica. O efeito fíler e o efeito nucleação estão diretamente
relacionados com a distribuição granulométrica das pozolanas (MARTÍNEZ, 2006 p.31 à
p.33).
Diante do exposto, verifica-se que os efeitos químicos e físicos das pozolanas estão
diretamente relacionados sendo muito difícil uma quantificação desses dois efeitos em
separado.
3.1.5. SÍLICA ATIVA
Segundo Malhotra citado por Dal Molin (1995 p.66), as primeiras investigações sobre
a utilização da sílica ativa no concreto foram realizadas na Noruega, no início da década de 60.
No Brasil, o uso da sílica ativa foi inicialmente debatido no I Seminário Tecnológico da
Elkem Microssilica, em 1984 (DAL MOLIN, 1995 p.67).
Capítulo III- Revisão Bibliográfica
28
A sílica ativa é um subproduto resultante de fornos a arcos de indução na fabricação do
silício metálico, das ligas de ferro-silício e de outras ligas de silício. Na redução do quartzo a
silício em altas temperaturas (2000°C), produz-se o vapor de silício que se oxida e condensa
em zonas de temperaturas mais baixas, formando minúsculas partículas esféricas. A Figura 1
mostra a forma das partículas da sílica ativa mediante a utilização da Microscopia Eletrônica
de Varredura (MEV).
A sílica ativa possui, normalmente, mais de 85% de SiO
2
e suas propriedades físicas e
químicas variam muito dependendo do tipo de liga produzida e, principalmente, do seu grau
de pureza. De acordo com Neville (1997 p.104) quanto maior o teor de silício da liga, maior
será o teor de SiO
2
presente na sílica ativa.
Por se tratar de um material muito fino, área específica da ordem de 20.000 m
2
/kg
(método B.E.T
1
), e altamente reativo (amorfo), os efeitos benéficos da sílica ativa na
microestrutura e nas propriedades mecânicas do concreto são devido não apenas à rápida
reação pozolânica, mas também devido ao efeito físico conforme já explicado anteriormente.
Atualmente, a sílica ativa vem sendo empregada, principalmente, na produção de
concretos de Alto Desempenho (CAD). Isto se deve ao fato de que a sílica ativa é um material
extremamente reativo, considerado por muitos pesquisadores como uma super-pozolana.
Figura 1- Micrografia da sílica ativa.
Fonte: Abreu citado por Kulakowski (2002 p.50).
1
Método B.E.T – Método de ensaio desenvolvido por Brunauer, Emmett e Teller para medir área
específica de materiais.
Capítulo III- Revisão Bibliográfica
29
3.1.6. CINZA DE CASCA DE ARROZ
O arroz, Oryza Sativa, planta originária de espécies selvagens de gramíneas existentes
na África, Índia e sudeste Asiático, contêm grandes quantidades de silicatos. Do processo de
obtenção do arroz, gera-se uma enorme quantidade de casca de arroz. O aproveitamento da
casca como combustível já é uma prática comum, porém o resíduo cinza de casca de arroz,
ainda é depositado a céu aberto, demonstrando uma prática que não satisfaz às crescentes
preocupações ambientalistas.
A casca de arroz é uma capa lenhosa do grão, dura e altamente silicosa. Na sua
composição encontram-se 50% de celulose, 30% de lignina e 20% de sílica, em base anidra.
No processo de combustão da casca de arroz a matéria orgânica (lignina e celulose) é perdida,
restando principalmente sílica e algumas impurezas como carbono, potássio, cálcio e sódio.
A composição química da cinza é basicamente sílica e, a sua atividade pozolânica está
diretamente relacionada com o processo combustão da casca. Sua coloração pode variar desde
um branco rosado até negro, dependendo do teor de carbono contido na cinza. Trata-se de um
material considerado, por diversos pesquisadores, como uma fonte alternativa de obtenção de
sílica amorfa e de alto grau de reatividade.
A primeira pesquisa realizada para se produzir cinza de arroz altamente reativas foi
realizado por Mehta e Pitt citados por Silveira (1996 p.30) utilizando parâmetros controlados
de temperatura e tempo de queima da casca. A partir daí, diversos pesquisadores
demonstraram interesse neste material como adição ao cimento: Payá (2001), Silveira (1996),
Rêgo (2004), Sensale (2004), Tashima e Akasaki (2005), Silva (2004), entre outros.
Independentemente do processo de queima da casca para a obtenção da cinza de arroz,
a cinza resultante possui um teor de sílica da ordem de 74% a 97%. A influência do tipo de
queima está mais relacionada à morfologia da sílica presente na cinza. A temperatura atingida
durante a combustão é fator determinante para o aparecimento da sílica em estado amorfo
(mais reativa) ou em estado cristalino.
Capítulo III- Revisão Bibliográfica
30
Oda (2003 p.50) afirma que para se obter um cinza de elevado grau de amorficidade é
necessário calcinar a casca a temperatura abaixo de 700°C. De Acordo com Payá (2000
p.493), quando a temperatura de combustão é maior que 600°C, é obtida uma cinza
parcialmente cristalina e, conseqüentemente, sua atividade pozolânica torna-se muito menor.
Segundo Sugita (1992 p.499), se a casca for pré-aquecida a uma temperatura de
300°C-350°C por um tempo determinado e, depois levada a temperaturas de até 1000°C é
possível que a cinza obtida deste processo não apresente nenhuma fase cristalina.
O aumento da temperatura de queima diminui a quantidade de carbono presente na
sílica, resultando numa diferença de coloração da CCA. Quanto menor a quantidade de
carbono, mais clara é a cinza, variando desde uma cor cinza escuro até o branco rosado. A
quantidade de carbono tem grande influência na absorção de água já que as moléculas de
carbono são extremamente finas gerando um aumento na absorção de água. Portanto,
normalmente associasse cinza amorfa com uma coloração escura e, cinza cristalina com uma
coloração mais clara.
De acordo com Krishnarao et al. (2001 p.104) o potássio é o principal responsável pela
formação de carbono na cinza de arroz. Ainda segundo Krishnarao et al. (2001 p.99), o
tratamento da casca de arroz com uma solução de HCl 3M evita a formação destas partículas
pretas já que o potássio é dissolvido com esse tratamento.
Porém, o grande interesse do meio técnico e científico é a produção de cinzas amorfas
e com coloração clara, ou seja, adequadas para a utilização em argamassas e concretos. No
que se refere aos métodos de produção empregados para a produção de cinza de casca de
arroz de elevada reatividade e com coloração clara, podemos citar:
• Em sua patente, Sugita (1994) propõe um processo de combustão da casca de arroz
que utiliza duas fornalhas rotativas ligadas em série. Numa primeira fase a casca é
queimada a uma temperatura de aproximadamente 300ºC e é mantida assim até a
volatilização completa da água e hidrocarbonetos. Após essa fase, com a casca já
pirolisada, o material passa para a segunda fornalha onde ocorre a combustão
completa da casca. Nesta segunda fornalha a temperatura atingida é da ordem de
600ºC.
Capítulo III- Revisão Bibliográfica
31
• Ainda na mesma patente, Sugita (1994) sugere uma outra maneira para a produção de
cinza de casca de arroz branca. Trata-se da queima de uma pilha de casca de arroz em
forma de cone, onde é colocada uma chaminé no eixo dessa pilha para proporcionar a
circulação de ar necessária para as reações de combustão. Quando comparados os dois
métodos de produção, verifica-se que este último produz cinzas com menos
reatividade pozolânica do que o primeiro método.
• Dafico e Prudêncio (2002 p.1674 e p.1675) propõem uma combustão utilizando uma
fornalha de leito fixo com fluxo de ar invertido. Com este processo obtêm cinzas com
baixos conteúdos de carbono e de elevada reatividade. As temperaturas atingidas neste
tipo de processo são superiores do que as relatadas em literatura (600-700ºC) para se
obter cinza amorfa.
• Um outro processo de obtenção de CCA clara com elevada reatividade foi realizado
por Libório et al. citado por Oda (2003 p.6). Neste processo, a casca é tratada
previamente com uma solução de HCl e, depois lavada com água até que o pH
encontre-se entre 6 e 7. Após seca a casca é queimada a uma temperatura de 300ºC
durante 2 horas, depois é colocada em um moinho de bolas durante 45 minutos. Para a
obtenção de cinza de casca de arroz clara, o que os autores chamam de sílica da casca
de arroz, o material é recolocado no forno rotativo e queimado por 6 horas a uma
temperatura de 600ºC com circulação constante de ar (COSTENARO, 2003 p.60).
Dentre os métodos de produção de cinza amorfa e clara verifica-se a necessidade de
um forno especial e com temperatura controlada para a produção da cinza. O elevado custo
para a produção de cinzas com essas características pode tornar inviável a utilização desta
pozolana. O presente trabalho apresenta um método de produção de baixo custo, sem controle
de temperatura e que também consegue produzir cinzas amorfas e claras.
PROGRAMA EXPERIMENTAL
Capítulo IV- Programa Experimental
33
4. PROGRAMA EXPERIMENTAL
Neste capítulo serão descritos os materiais, os equipamentos e os métodos
experimentais empregados para o desenvolvimento desta pesquisa. Vale ressaltar que o
trabalho foi realizado em duas etapas, sendo a primeira desenvolvida no Brasil e a segunda
etapa na España.
No Brasil, foi realizada a parte de construção do forno e produção da cinza de casca de
arroz e também o ensaio de absorção atômica para a quantificação dos óxidos presentes na
cinza e na sílica ativa. Todos os demais ensaios foram realizados na Universidad Politécnica
de Valencia – España, onde o mestrando esteve durante oito meses (Novembro 2005/Julho
2006). Durante o período em que esteve na España, o mestrando teve acesso aos laboratórios
de materiais de construção civil e de química dos materiais além de utilizar equipamentos
disponíveis em outros departamentos da Universidade. Contou com a colaboração, ajuda e
experiência dos professores pertencentes ao grupo GIQUIMA “Grupo de Investigación en
Química de los Materiales”, sendo esta indispensável para a conclusão da pesquisa.
4.1. MATERIAIS
4.1.1. CIMENTO PORTLAND
O cimento Portland utilizado para a produção de argamassas e pastas de cimento foi o
CEM I 52,5R produzido por Lafarge Asland - España. Trata-se de um cimento com mais de
95% de clínquer, ou seja, um cimento puro e que apresenta como resistência aos 28 dias o
valor de 52,5 MPa. Na Tabela 1 abaixo se apresenta a composição química deste cimento. A
escolha desse tipo de cimento foi realizada para evitar ao máximo a interferência de outras
adições na análise da atividade pozolânica da CCA.
Tabela 1- Caracterização química do Cimento Portland CEM I 52,5R.
SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO SO
3
K
2
O Na
2
O
CEM I 52,5R
20,80 4,60 4,80 65,60 1,20 1,70 1,00 0,07
Capítulo IV- Programa Experimental
34
4.1.2. ÁGUA DE AMASSAMENTO
A água utilizada para a mistura de argamassas e pastas foi proveniente da rede de
distribuição de água potável da Universidad Politécnica de Valencia – España. A seguir
apresenta-se a análise química da água utilizada (Tabela 2).
Tabela 2- Análise química da água de amassamento.
Cloro Ca e Mg Sulfatos Condutividade a 20ºC
(mg/l) (expressado em CaCO3, em mg/l) (mg/l)
(µS/cm)
pH
93 480 298 9,39 7,9
4.1.3. AGREGADO MIÚDO
Para a composição dos traços de argamassas foi utilizado como agregado miúdo uma
areia de origem silícea, beneficiada pela empresa Caolines Lapiedra (Lliria, Valencia - ES). A
areia utilizada é equivalente a areia normalizada CEN EN 196-1 citada na UNE-EN 196-1
(1996 p.19). Esta areia apresenta um teor de umidade inferior a 2% e sua distribuição
granulométrica é similar ao especificado na norma. Para se obter a granulometria especificada
na norma, realizou-se uma mescla de duas granulometrias de areias: 60% de uma areia grossa
e 40% de areia fina. Com essa mescla obtém-se uma areia que se enquadra na norma CEN EN
196-1.
4.1.4. ADITIVO SUPERPLASTIFICANTE
No processo de moldagem das argamassas utilizou-se um aditivo superplastificante
para manter fixa a trabalhabilidade de todos os traços em estudos sem alterar a relação
água/material cimentante. Isto é para que não exista nenhum tipo de interferência no processo
de moldagem dos corpos-de-prova. O MELMENT L240 foi aditivo/redutor de água utilizado.
Este é distribuído pela Master Builders Technologies e, sua dosagem recomendada está entre
0,6 e 3,0% sobre o peso do cimento. A Tabela 3 mostra a ficha técnica do aditivo utilizado.
Capítulo IV- Programa Experimental
35
Tabela 3- Ficha técnica do MELMENT L240.
Aspecto Físico líquido azul-acinzentado
Densidade a 20°C 1,190 ± 0,03g/cm
3
pH a 20°C 8-11,5
Conteúdo em Cloro
≤ 0,1%
4.1.5. SÍLICA ATIVA
A sílica ativa, considerada por muitos pesquisadores como uma super-pozolana,
apresenta como características principais o seu elevado conteúdo em SiO
2
(superior a 85%), a
sua alta reatividade (material amorfo) e sua elevada finura. A sílica ativa utilizada neste
trabalho é um material que se encontra disponível no mercado brasileiro e, apresenta-se em
seu estado densificado. A Tabela 4 mostra a composição química da sílica ativa utilizada.
Tabela 4- Caracterização química da sílica ativa.
SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO SO
3
SA
91,7 0,29 0,14 0,37 0,36 0,54
4.1.6. OUTROS MATERIAIS
A seguir estão listados os demais materiais empregados para o desenvolvimento da
pesquisa. Tratam-se de reagentes químicos utilizados nos ensaios de caracterização das
pozolanas:
- Ácido Clorídrico (35% de pureza);
- Ácido Sulfúrico (96% de pureza);
- Ácido Fluorídrico (45% de pureza);
- Acetona (99,5% de pureza);
- Hidróxido de Potássio (85% de pureza); e
- Tolueno (99% de pureza).
Capítulo IV- Programa Experimental
3
6
4.2. EQUIPAMENTOS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS
O primeiro passo realizado para o desenvolvimento desta pesquisa foi à construção de
um forno para a produção da cinza de casca de arroz. Depois de produzida toda a cinza e
realizado o processo de homogeneização do material, tomou-se uma amostra para a análise
química. Todos os procedimentos empregados desde a construção do forno até o processo de
produção da cinza são descritos no item 4.2.1.
Com a mesma amostra utilizada para a caracterização química, realizaram-se os
ensaios de Espectroscopia Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), difração de
Raio-X, determinação do teor de sílica amorfa e análise da casca por Microscopia Eletrônica
de Varredura (MEV). Para a sílica ativa foram realizados os mesmos ensaios de
caracterização química.
Passado essa fase de estudos de caracterização química da cinza, realizou-se um estudo
sobre a influência do tempo de moagem da cinza em relação a sua finura. Foram tomadas
amostras de 2,5min; 5,0min; 10min; 15min; 20min e 60min de moagem. Para cada amostra
realizou-se a análise granulométrica, determinou-se a massa específica e também a sua área
específica. A partir destas análises, definiu-se um tempo “ótimo” de moagem da cinza para o
prosseguimento do estudo. No caso da sílica ativa, o material foi utilizado da mesma forma
como ele foi obtido, ou seja, na sua forma densificada. A sua granulometria, densidade real e
área específica também foram determinadas.
Depois de definido uma granulometria “ótima”, iniciaram-se os estudos do efeito da
substituição da CCA em matrizes de cimento Portland. Nesta etapa final, foram realizadas
análises termogravimétricas para pastas de cimento Portland e resistências mecânicas para
argamassas. Em ambos os casos, os teores de substituição adotados foram de 5%, 10% e 15%
em relação à massa de cimento. Para efeito de comparação também foram realizados os
mesmos ensaios com a sílica ativa. As idades estudadas foram de 3, 7 14 e 28 dias. Para as
idades de 3 e 28 dias, algumas amostras de pastas de cimento e cimento/pozolana foram
visualizadas no MEV.
Capítulo IV- Programa Experimental
3
7
4.2.1. PRODUÇÃO DA CINZA DE CASCA DE ARROZ (CCA)
Para a obtenção da CCA utilizada neste trabalho, foi construído um forno no
Laboratório de Engenharia Civil da Unesp - Campus de Ilha Solteira. O desenvolvimento
deste forno uniciou-se em 2002 sob orientação do Prof. Dr. Jorge Luís Akasaki dando origem
a uma pesquisa de Iniciação Científica (TASHIMA, 2003 e 2004) e também a uma
Dissertação de Mestrado (SILVA, 2004), que utilizavam a cinza de casca de arroz para a
produção de concretos e argamassas. A Figura 2 ilustra o processo de construção do forno.
O forno possui uma capacidade para queimar cerca de 15Kg de casca de arroz. O
processo de combustão se inicia com o acendimento do fogareiro a gás. Este fica aceso por,
aproximadamente, 10 minutos. Durante esse período a casca é colocada no forno em pequenas
quantidades afim de que se inicie o processo de combustão da mesma. Passado esse período o
fogareiro é apagado e todo o restante da casca é adicionado ao forno.
Coloca-se uma tampa no forno durante todo o processo de queima e, depois de,
aproximadamente, 36 horas de queima se obtém a cinza de casca de arroz. Deste processo
obtêm-se cerca de 1,5Kg de cinza, ou seja, 10% do total de casca. Durante o processo de
queima da casca de arroz, foi feito o monitoramento da temperatura de queima da casca, no
centro do forno, utilizando-se um termopar. A Figura 3 mostra a evolução da temperatura de
queima em função do tempo.
O processo de queima apresentado está em processo de concessão de patente pelo
grupo de pesquisa em Materiais Alternativos de Construção – MAC/UNESP – Ilha Solteira,
portanto, não são apresentados maiores detalhes sobre o processo de obtenção da cinza.
Figura 2- Etapas da construção do forno utilizado para a produção da CCA.
Capítulo IV- Programa Experimental
38
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 2 4 6 8 1012141618202224262830323436
Tempo (horas)
Temperatura (°C)
Figura 3- Temperatura de queima em função do tempo.
4.2.2. ESPECTROFOTÔMETRO DE ABSORÇÃO ATÔMICA
O espectrofotômetro de absorção atômica foi utilizado determinar quantitativamente os
óxidos presentes na cinza de casca de arroz e também na sílica ativa. A Figura 4 mostra o
equipamento utilizado para a determinação desses óxidos.
Figura 4- Equipamento: Espectrosfotômetro de Absorção Atômica.
Capítulo IV- Programa Experimental
39
4.2.3. ESPECTROFOTÔMETRO DE INFRAVERMELHO POR
TRANSFORMADA DE FOURIER
A espectroscopia de infravermelho foi utilizada para caracterizar qualitativamente as
pozolanas. O equipamento de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) é do
modelo espectrômetro Mattson Genesis II F.T.I.R. Este equipamento está ligado a um
computador cujos resultados são gerados pelo software WinFIRST- FTIR.
A região do espectro de infravermelho abrange entre 4000-400cm
-1
. A interação deste
tipo de radiação com a pozolana origina mudanças de estados vibracionais e rotacionais de
suas moléculas. Para a análise das pozolanas realizou-se uma mistura de KBr puro com as
pozolanas. A proporção de mistura foi de 1:200 e, a escolha de KBr é porque no intervalo de
análise, 4000-400cm
-1
, o KBr não apresenta mudanças de estado das suas moléculas. Depois
de realizada a mistura, foi confeccionada uma pastilha desta mistura com o auxílio de uma
prensa manual para a realização do ensaio. A Figura 5 mostra o equipamento de
Espectroscopia por Infravermelho.
Figura 5- Equipamento: Espectrofotômetro de Infravermelho por Transformada de Fourier.
No que se refere a aplicação do infravermelho para materiais de construção, existe um
amplo estudo que foi realizado por Vásquez (1971), onde o pesquisador identifica diversos
componentes do cimento Portland através do equipamento de infravermelho. Esse estudo de
Vásquez (1971) foi tomado com referência para a análise das pozolanas utilizadas nesta
pesquisa.
Capítulo IV- Programa Experimental
40
4.2.4. DIFRACTÔMETRO DE RAIO-X
A difração de Raio-X foi utilizada para a determinação da composição mineralógica
das pozolanas em estudo. O difractômetro de raio-X, modelo Philips PW1710 (Figura 6), foi
empregado com radiação K
α
de Cu e monocromador secundário (filtro de níquel) que elimina
a radiação K
β
de Cu. A voltagem e a intensidade do tubo gerador de Raio-X foram ajustadas
em 40 KV e 20 mA, respectivamente.
As amostras foram ensaiadas em um suporte de alumínio e, os registros foram
efetuados em um intervalo 2θ entre 5° e 60°, com um intervalo de ângulo de 2θ de 0,02 e um
tempo de acumulação de 2 segundos. A análise dos resultados foi realizada utilizando-se o
programa DRXWin 1.4 e, com o auxílio da base de dados do programa CREAFIT 1.3.
Figura 6- Equipamento: Difractômetro de Raio-X.
4.2.5. DETERMINAÇÃO DO TEOR DE SÍLICA AMORFA
O ensaio consiste na determinação do teor de dióxido de silício (SiO
2
) amorfo ou
reativo das pozolanas. Este ensaio foi realizado segundo a norma espanhola UNE 80-225
(1993). Esta norma especifica que a quantidade de sílica amorfa contida nas pozolanas é
obtida pela diferença entre a sílica total e a sílica que permanece insolúvel após um ataque
com ácido clorídrico 3M e uma solução em ebulição de hidróxido de potássio 4M por 4 horas.
Porém, segundo Payá et al. (2001 p.229), com um tempo superior a 3 minutos de
tratamento com KOH em ebulição, não somente a sílica amorfa se dissolve, mas também a
Capítulo IV- Programa Experimental
41
sílica cristalina. Logo, realizou-se o ensaio de determinação do teor de sílica amorfa segundo
os resultados obtidos por Payá et al. (2001 p.229).
4.2.6. MICROSCÓPIO ELETRÔNICO DE VARREDURA (MEV)
A microscopia eletrônica de varredura foi utilizada para verificar a morfologia e a
estrutura das pozolanas em estudo. Também foi utilizado para a visualização de produtos de
hidratação em pastas de cimento, cimento/pozolanas. As imagens de microscopia foram
obtidas a partir de elétrons secundários gerados pelo equipamento, modelo JEOL JSM6300, e
em todos os casos foi utilizado uma voltagem de 20KV para a obtenção das imagens. A
Figura 7 mostra o microscópio eletrônico de varredura utilizado.
Para melhorar a condutividade elétrica dos materiais, as amostras eram previamente
recobertas por um banho de ouro e, com isso se obtêm imagens mais nítidas. Este
recobrimento foi realizado utilizando-se o equipamento BALTEC SCD 005. O tempo de
exposição da amostra ao ouro foi de 90 segundos, com uma intensidade de 40mA e, a uma
distância de 5mm. Todo este procedimento de recobrimento foi realizado com uma pressão de
2,4x10
-2
mbar.
Figura 7- Equipamento: Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV).
Capítulo IV- Programa Experimental
42
4.2.7. MOINHO DE BOLAS
Para a moagem da cinza de casca de arroz utilizou-se um moinho de bolas Gabrielli
Mill-2. Este processo se faz necessário já que a cinza de casca de arroz em seu estado natural
é um material que apresenta uma granulometria grossa, sendo necessário diminuir a finura do
material e, conseqüentemente, aumentar a atividade pozolânica do mesmo.
Este moinho é composto por um vaso cerâmico com capacidade para 1 litro no qual se
introduziram 50 bolas de alumina com 2cm de diâmetro, com um peso total de 570g. A
quantidade de amostra de cinza em cada processo de moagem foi de 80g e, o tempo de
moagem variou desde 5 até 60 minutos. A Figura 8 mostra o equipamento utilizado para a
moagem da cinza de casca de arroz.
Figura 8- Equipamento: Moinho de Bolas.
4.2.8. MASSA ESPECÍFICA
O ensaio de massa específica ou também chamado de densidade real foi realizado para
as CCAs com diferentes tempos de moagem e também para a sílica ativa. Este ensaio foi
realizado de acordo com a UNE 80-105 (1986). O método consiste em colocar uma amostra
de material seco, no caso a pozolana, de peso conhecido dentro de um picnômetro
previamente cheio de tolueno (material que não reage com a pozolana) e pesá-lo. Eliminando
o líquido deslocado pela amostra, se pesa novamente o conjunto. Outro dado importante é o
peso do picnômetro vazio. A partir desses dados e da densidade do tolueno se obtêm a
densidade real do material em análise:
Capítulo IV- Programa Experimental
43
(
)
()()
[]
t
cdab
ac
ρρ
×
−−−
−
=
Em que:
c: massa do picnômetro+amostra (g)
a: massa do picnômetro vazio (g)
b: massa do picnômetro+tolueno (g)
d: massa do picnômetro+tolueno+amostra (g)
ρ
t
: densidade do tolueno, na temperatura do ensaio
4.2.9. GRANULÔMETRO A LASER
No estudo de variação da granulometria em função do incremento do tempo de
moagem da CCA e, também, para a determinação da distribuição do tamanho de “partículas”
da sílica ativa foi utilizado o equipamento Mastersizer 2000 de Malvern Instruments. Este
equipamento utiliza como principio de medição a dispersão de Fraunhofer e Mie e consegue
detectar “partículas” situadas numa faixa entre 0,02 e 2000 micras. A Figura 9 ilustra o
granulômetro a laser utilizado. O equipamento conta também, com uma sonda de ultrasom de
baixa potência. Isso serve para promover a dispersão de pequenas partículas quando estas se
aglomeram devido ao líquido dispersante.
Uma outra opção do equipamento de granulometria a laser é que através da
distribuição granulométrica e da massa específica do material em estudo, consegue-se
determinar, através de métodos matemáticos, a área específica do material.
Capítulo IV- Programa Experimental
44
Figura 9- Equipamento: Granulômetro a Laser.
4.2.10. ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA
O equipamento empregado neste ensaio foi um TGA 850 Mettler- Toledo (Figura 10)
que permite medir simultaneamente a curva termogravimétrica (TG) e a curva de térmico-
diferencial (DTA) sem a necessidade de um material de referência (Single Differential
Thermal Analysis, SDTA). O equipamento possui uma balança horizontal com precisão de
0,1µg, um forno e sensores de temperatura que estão conectados com um computador.
A Análise Termogravimétrica (ATG) foi uma das técnicas empregadas neste trabalho
para a determinação da atividade pozolânica das pozolanas. O método consiste em medir
perdas de massa devido a variações de temperatura.
Ao se estudar pastas de cimento com e sem a substituição de pozolanas, o que se
medem são as perdas de massa devido à desidratação da pasta de cimento. Essa perda é
devida, principalmente, aos seguintes processos de desidratação:
- Ca(OH)
2
→ CaO + H
2
O (≅550ºC);
- S-C-H → SC + xH
2
O (≅120-150ºC);
- A-C-H → AC + yH
2
O (≅120-150ºC); e
- S-A-C-H → SAC +zH
2
O (≅120-150ºC).
Capítulo IV- Programa Experimental
45
Figura 10- Equipamento: Análise Termogravimétrica.
Na curva TG se avalia a variação de massa da amostra em função da temperatura e
tempo de modo que podem ser produzidas tanto perdas como ganhos de massa. Essas
variações de massa são características das reações químicas que se produzem durante o
experimento. A curva derivada termogravimétrica (DTG) mostra informações sobre a
velocidade de perda ou ganho de massa em função da temperatura e tempo. Este gráfico
permite identificar com maior facilidade as alterações de massa, especialmente quando as
perdas são muito pequenas ou também quando existem processos químicos com temperaturas
muito próximas.
Para a realização deste tipo de análise, utilizou-se crisoles de alumínio de 100 µl com
tampa selável. Esta tampa possui um orifício que ajuda a obtenção de uma atmosfera
autogenerada. Isto faz com que a amostra esteja um maior tempo em equilíbrio com sua fase
gasosa dando como resultado uma melhor separação entre os processos de perdas de massa
consecutivos e, conseqüentemente, um deslocamento de picos a temperaturas superiores.
A Figura 11 mostra o crisol utilizado para a realização dos experimentos e, a Figura 12
mostra a prensa utilizada para selar os crisoles.
Figura 11- Crisol de alumínio.
Capítulo IV- Programa Experimental
4
6
O forno está dotado de uma resistência elétrica que mantém uniforme a temperatura ao
redor da amostra e, pode atingir temperaturas de até 1100 °C. Essa temperatura é medida por
um termopar que está conectado com um computador. O computador recebe esses dados
através do programa Mettler Toledo STARe Thermal Analysis System. É nesse programa que
se estabelece o intervalo de temperatura do ensaio e também a velocidade de aquecimento.
As análises com pastas de cimento e cimento/pozolana realizaram-se com uma
atmosfera inerte de nitrogênio, com um fluxo de 75ml/min. e uma velocidade de aquecimento
de 10°C/min., sendo que o intervalo de temperatura do ensaio foi entre 35°C e 600°C.
Todas as amostras analisadas foram previamente moídas (passante na #80µm) a fim de
que a amostra possuísse uma finura adequada para que as reações sofridas pela amostra
ocorressem à mesma temperatura e tempo e, de forma a se obter saltos de perda de massa o
mais “verticais” possíveis. As amostras foram moídas em presença de acetona com o objetivo
de parar os processos de hidratação do cimento e, depois foram secas em estufa a 60°C
durante 30 minutos. Só depois de todo esse processo é que a amostra era levada à análise
termogravimétrica.
Figura 12- Equipamento: prensa para selar os crisoles.
Capítulo IV- Programa Experimental
4
7
4.2.11. COMPOSIÇÃO DAS PASTAS DE CIMENTO E
CIMENTO/POZOLANA
Na termogravimetria analisaram-se pastas de cimento e cimento/pozolana com uma
relação água/material cimentante igual a 0.5 e, com porcentagens de substituição de 5%, 10%
e 15% em relação ao peso do cimento. As idades estudadas foram: 3, 7, 14 e 28 dias. As
pastas eram moldadas e permaneceram em câmara úmida até a idade de ensaio. Foram
ensaiadas pastas de cimento, cimento/CCA e cimento/SA. Com as mesmas pastas, para as
idades de 3 e 28 dias realizou-se um estudo por microscopia eletrônica de varredura para
observar a formação de produtos hidratados.
4.2.12. ENSAIOS DE RESISTÊNCIA MECÂNICA EM ARGAMASSAS
Na determinação de resistências mecânicas (flexão e compressão) de argamassas
utilizou-se como referência a norma espanhola UNE-EN 196-1 (1996). Todos os
procedimentos de mistura, moldagem, adensamento e cura estão especificados na referida
norma.
Vale ressaltar que os corpos-de-prova possuem dimensões de 4x4x16cm e seu
adensamento é realizado mecanicamente, ou seja, utilizando-se uma mesa compactadora. No
processo de cura, os corpos-de-prova eram mantidos em uma câmara úmida a 20°C e imersos
em água até a idade de ruptura. A Figura 13 mostra os moldes dos corpos-de-prova e a mesa
compactadora utilizada para o adensamento da argamassa.
Figura 13- Molde para a preparação dos corpos-de-prova e mesa compactadora.
Capítulo IV- Programa Experimental
48
Os equipamentos utilizados para a realização dos ensaios de resistência à flexão e
resistência à compressão são mostrados na Figura 14.
Figura 14- Prensas utilizadas nos ensaios de resistência à compressão e à flexão, respectivamente.
4.2.13. COMPOSIÇÃO DOS TRAÇOS DE ARGAMASSAS
O traço controle de argamassa utilizado neste trabalho foi de 1:3 com uma relação
água/material cimentante igual a 0,5. A partir deste traço controle foram elaborados os demais
traços que utilizavam a adição de pozolanas, ressaltando que a utilização das pozolanas foi
feita em substituição, em relação à massa de cimento.
A trabalhabilidade fixada foi à obtida no traço controle sem a utilização de aditivos.
Nos demais traços, para atingir a mesma trabalhabilidade e manter a mesma relação
água/material cimentante, foi utilizado o aditivo superplastificante MELMENT L240. A
opção de manter a trabalhabilidade fixa é para evitar problemas de compactação das
argamassas, fato que pode ser responsável por alterações nas resistências mecânicas das
mesmas. A Tabela 5 mostra os traços de argamassas utilizados. As idades estudadas para as
argamassas foram as mesmas que para a análise termogravimétrica, ou seja: 3, 7, 14 e 28 dias.
A escolha das idades de ensaio é devido ao que se observa na literatura (ODA, 2003 p.81 a
p.84), isto é, para materiais pozolânicos altamente reativos, como é o caso da sílica ativa e da
cinza de casca de arroz, a reação pozolânica (incremento de resistência) ocorre nas primeiras
idades.
Capítulo IV- Programa Experimental
49
Tabela 5- Traços das argamassas e porcentagem de aditivo utilizado.
Cimento (g) Areia (g) Pozolana (g) água (g) Trabalhabilidade (mm) Aditivo (%)
controle
450,0 1350,0 - 225,0
153-154 -
5% CCA
427,5 1350,0 22,5 225,0
155-153 -
10%CCA
405,0 1350,0 45,0 225,0
156-157 0,2
15% CCA
382,5 1350,0 67,5 225,0
153-156 0,3
5%SA
427,5 1350,0 22,5 225,0
155-153 0,2
10%SA
405,0 1350,0 45,0 225,0
156-157 0,4
15% SA
382,5 1350,0 67,5 225,0
152-154 0,6
Diante da Tabela 5 apresentada, observa-se que as argamassas com cinza de casca de
arroz apresentaram uma menor demanda de água, ou seja, um menor consumo de aditivo
superplastificante em relação aos traços com sílica ativa para manter a mesma
trabalhabilidade. Acredita-se que isso pode ter sido causado pela elevada finura que
apresentam as partículas da sílica ativa (aproximadamente 1µm).
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Capítulo V- Resultados e Discussões
51
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
No que se refere ao processo de produção da cinza de casca de arroz, deve-se ressaltar
algumas características deste processo: trata-se de um processo de combustão não controlada,
em que se atinge picos de temperatura da ordem de 850ºC e o tempo de queima da casca é
bastante grande, cerca de 36 horas. A cinza obtida desta queima apresenta coloração clara
(Figura 15), pois a maior parte do carbono é eliminada durante o processo.
Segundo Payá (2000 p.493), quando a temperatura de combustão atinge valores
superiores a 600ºC, a cinza obtida apresenta como característica um certo caráter cristalino e,
a medida que se aumenta essa temperatura, maior é a presença das fases cristalinas. Um outro
fato relevante, é com relação ao tempo de queima. Quando se refere a tempos muitos longos,
o que se obtém são cinzas com baixa reatividade, ou seja, com caráter cristalino. Para obter
CCAs altamente reativas o que se faz é um processo de combustão a temperaturas não
superiores a 600ºC e, com um tempo de queima relativamente curto, algo em torno de 6 horas.
Figura 15- Cinza de Casca de Arroz obtido no processo de combustão.
Portanto, diante do exposto espera-se que a CCA produzida através do método de
queima proposto, apresente um caráter cristalino pois além da temperatura de queima atingir
picos de 850ºC, o tempo de queima é bastante elevado.
Capítulo V- Resultados e Discussões
52
5.1. CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA
A Tabela 6 apresenta a caracterização química da CCA e, como modo de comparação,
a composição da sílica ativa. Essa análise foi realizada utilizando o espectrofotômetro de
absorção atômica. Este ensaio foi realizado no Laboratório CESP de Engenharia Civil e, trata-
se de um método bastante usual para a quantificação dos óxidos presentes em materiais.
Tabela 6- Caracterização química da sílica ativa e da cinza de casca de arroz.
SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO SO
3
Na
2
O K
2
O
SA
91,73 0,29 0,14 0,37 0,36 0,54 - -
CCA
83,53 1,42 0,86 1,79 0,36 0,45 0,96 0,78
Pelos resultados observa-se que ambas as pozolanas são de natureza silícea, com um
conteúdo de mais de 80% de SiO
2
para ambas as pozolanas. O elevado teor de sílica é um
indicativo de que a CCA possa atuar como uma pozolana, porém, é necessário verificar ainda
a composição mineralógica da mesma.
Com relação ao teor de álcalis (Na
2
O e K
2
O), verifica-se que esses óxidos são
encontrados em baixas quantidades nesta CCA. Esse fato pode contribuir com a não formação
de partículas de carbono, já que segundo Krisshinarao et al. (2001 p.104) o potássio é o
principal responsável pela formação de carbono na cinza de casca de arroz.
No que se refere a coloração da cinza, verifica-se que a CCA em estudo apresenta uma
coloração clara indicando um baixo conteúdo em carbono. Para verificar o teor de carbono
das pozolanas, realizou-se o ensaio de perda ao fogo. Os resultados deste ensaio são
apresentados na Tabela 7.
Tabela 7- Resultados do ensaio de Perda ao Fogo.
PERDA (%)
CCA
5,28
SA
4,61
Capítulo V- Resultados e Discussões
53
Ambas as pozolanas apresentaram valores de perda ao fogo inferiores ao especificado
na ABNT NBR 12653 (1992 p.2). Quando comparamos com valores de perda ao fogo de
cinzas amorfas e claras apresentadas por outros pesquisadores (ODA, 2003 p.66; SUGITA,
1992 p.503), verifica-se que a CCA em estudo apresenta valores de perda ao fogo bem
próximos aos apresentados por esses pesquisadores.
5.2. ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO POR TRANSFORMADA DE
FOURIER
A Figura 16 mostra o espectro de Infravermelho obtido tanto para a CCA como para a
sílica ativa. Neste tipo de análise qualitativa, verificou-se uma grande semelhança nos picos
identificados nos dois materiais. Isso mostra que as pozolanas em estudo apresentam
características muito semelhantes. A identificação dos picos foi realizada baseando-se nos
estudos de Vázquez (1971) e Velázquez (2002).
Figura 16- Espectro Infravermelho para a CCA e SA.
A zona 1 (aproximadamente 3400cm
-1
) representa as vibrações de valência –OH
simétrica e assimétrica. A zona 2 (1650-1750cm
-1
) indica a vibração devido a deformação H-
O-H. Os picos representados pelos números 3 e 4 são característicos do SiO
2
. Já o pico
número 5 é originado por vibrações angulares de deformações da ligação Si-O-Si.
40080012001600200024002800320036004000
número de ondas (cm^-1)
CCA
SA
1
4
2
3
5
Capítulo V- Resultados e Discussões
54
Esses picos mostrados nos espectros de ambas as pozolanas confirmam os resultados
de caracterização química apresentado anteriormente. Tanto a CCA como a SA são materiais
de alto teor de SiO
2
, fato que vem a ser comprovado pela identificação de picos
representativos de SiO
2
e ligações Si-O-Si.
5.3. DIFRAÇÃO DE RAIO-X
O ensaio de difração de Raio-X é uma outra análise instrumental que determina
qualitativamente a presença ou não de fases cristalinas nas pozolanas, ou seja, estuda a
composição mineralógica do material. Materiais cristalinos ou com algum caráter cristalino
serão identificados pela presença de picos no difratograma. O desvio da linha base entre 15 e
30 graus é indicativo da amorficidade do material. As Figura 17 e Figura 18 mostram os
resultados de difração de Raio-X da cinza de casca de arroz e da sílica ativa, respectivamente.
0
26,5
53
79,5
106
132,5
159
185,5
212
238,5
265
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
2Theta
(
De
g
rees
)
INTE N S ITY (A rbitrary U nits)
Figura 17- Difratograma de Raio-X da CCA.
Capítulo V- Resultados e Discussões
55
0
26
52
78
104
130
156
182
208
234
260
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
2Theta
(
De
g
rees
)
IN TE N S IT Y (A rb itrary U nits)
Figura 18- Difratograma de Raio-X da SA.
Pelos resultados obtidos no ensaio de difração de Raio-X, observa-se que a CCA
apresenta-se em estado amorfo, pois, além de não demonstrar picos no difratograma, mostra
um desvio da linha base entre os ângulos de 15 e 30 graus. A sílica ativa em estudo também
apresentou um caráter amorfo, porém, foram identificados alguns picos indicando a presença
de material cristalino. De acordo com o programa DRXWIN 1.4 e com o auxílio da base de
dados Creafit 1.3 os picos apresentados no difratograma da sílica ativa foram identificados
como sendo cristobalita e quartzo.
Não se pode esquecer que este ensaio tem apenas um caráter qualitativo, não indicando
a quantidade de material cristalino presente na pozolana. A determinação quantitativa do teor
de sílica amorfa e cristalina foi realizado de acordo com os procedimentos sugeridos por Payá
et al. (2001 p. 229) e seus resultados são apresentados a seguir.
5.4. DETERMINAÇÃO DO TEOR DE SÍLICA AMORFA
Este ensaio foi realizado de acordo com a norma espanhola UNE 80225 (1993), porém
utilizando a modificação proposta por Payá et al. (2001 p.229). Os resultados deste ensaio são
apresentados na Tabela 8 abaixo.
Capítulo V- Resultados e Discussões
5
6
Tabela 8- Teor de Sílica Amorfa e Cristalina para a CCA e para a SA
Sílica total(%) Sílica Cristalina (%) Sílica Amorfa (%)
CCA
89,53 0,70 99,30
SA
89,31 1,80 98,20
Pelos resultados obtidos verifica-se que a CCA e a SA apresentam um teor de sílica
total muito parecidos (aproximadamente 90%). A sílica ativa apresentou um conteúdo de
sílica amorfa um pouco mais baixo do que a CCA, ou seja, a SA possui um teor de sílica
cristalina mais elevado do que a CCA. Esses resultados estão de acordo com os resultados
obtidos no ensaio de difração de Raio-X onde indicava-se a presença de picos cristalinos para
a sílica ativa.
Devido a diferença de sílica amorfa entre as duas pozolanas serem muito pequenas,
pode-se afirmar que as duas pozolanas são semelhantes tanto na composição química como
também na presença de fases ativas (reativas) das pozolanas. Em um dos seus estudos, Payá et
al. (2001 p.229) apresentam CCAs com porcentagens de sílica amorfa de até 83,88%
utilizando o mesmo método empregado neste trabalho.
Um fato que pode ser notado é diferença no teor de SiO
2
obtida neste ensaio e no
ensaio de caracterização química (Tabela 6). Isso pode ser explicado pois a determinação do
SiO
2
foi realizada de diferentes maneiras apresentando, assim, uma pequena variação nos seus
valores (5% de variação para a CCA).
5.5. MORFOLOGIA DA CINZA DE CASCA DE ARROZ
A seguir são apresentados algumas fotos de microscopia eletrônica de varredura que
mostram a morfologia e a estrutura da cinza de casca de arroz antes do processo de moagem
(Figura 19).
Capítulo V- Resultados e Discussões
5
7
Figura 19- Micrografia da cinza de casca de arroz antes do processo de moagem.
Verifica-se que a cinza de casca de arroz é um material que apresenta duas fases
totalmente distintas, ou seja, a face externa, formada por uma estrutura mais densa; e a face
interna, uma estrutura extremamente porosa (Figura 20). É devido a essa estrutura interna que
a CCA deve, obrigatoriamente, ser moída antes de ser utilizada como material pozolânico, já
que a demanda de água seria muito elevada. Além disso, o processo de moagem faz-se
necessário, pois a cinza apresenta uma granulometria muito grossa, fato que dificultaria as
reações pozolânicas.
Figura 20- Estrutura externa e interna da CCA, respectivamente.
Capítulo V- Resultados e Discussões
58
5.6. GRANULOMETRIA A LASER
Nesta etapa da pesquisa realizou-se a determinação da granulometria das pozolanas. A
granulometria da sílica ativa foi obtida sem a utilização de nenhum tratamento prévio na SA
(sílica densificada). Para o caso da cinza de casca de arroz foi realizado um estudo da
influência do tempo de moagem da cinza na sua granulometria. Foram tomadas amostras com
5min.; 10min.; 15min.; 20min. e 60 min. de moagem para a análise granulométrica.
A seguir são apresentados os resultados da análise granulométrica da sílica ativa
(Figura 21). A curva tracejada indica a distribuição granulométrica de uma amostra de SA
analisada da mesma forma como ela foi recebida. A curva em vermelho é a mesma amostra,
porém aplicando-se 2 minutos de ultra-som para promover uma dispersão das partículas. Logo,
adotou-se o tempo de 2 minutos de aplicação de ultra-som para a determinação da
granulometria das CCAs, pois observou-se uma tendência das pozolanas se aglomerarem. As
curvas granulométricas para os diferentes tempos de moagem da CCA são apresentados na
Figura 22.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,01 0,1 1 10 100 1000 10000
Diâmetro (
µ
m)
Volume (%)
Sílica ativa
densificada
Sílica ativa 2min.
sonicada
Figura 21- Distribuição Granulométrica da sílica ativa: influência da aplicação do ultrasom.
Capítulo V- Resultados e Discussões
59
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro (
µ
m)
Volume(%)
CCA 2,5min
CCA 5,0min.
CCA 10,0min.
CCA 15,0min.
CCA 20,0min.
CCA 60,0min.
Figura 22- Distribuição granulométrica da CCA para diferentes tempos de moagem.
Verificou-se uma grande influência do tempo de moagem na granulometria da cinza,
principalmente, em tempos curtos. Para 15minutos e 20minutos de moagem verificou-se que a
diminuição na granulometria foi muito pequena, indicando que para este tempo de moagem
temos a máxima eficiência do moinho de bolas utilizado. Quando observamos o diâmetro
médio da CCA 60min., este é ligeiramente superior do que o diâmetro para a CCA 20min..
Este fato pode ser explicado considerando-se que a CCA a partir desse tempo de
moagem começou a aglomerar-se, aumentando assim, o diâmetro médio da cinza. Esse fato
pode ser comprovado observando-se a Tabela 9 que apresenta além do diâmetro médio, d(0,1),
d(0,5) e d(0,9). Esses dados indicam que 10%, 50% e 90%, respectivamente, das partículas
possuem um diâmetro menor do que o valor indicado.
Capítulo V- Resultados e Discussões
60
Tabela 9- Diâmetro médio, d(0,1), d(0,5) e d(0,9) para os diferentes tempos de moagem da CCA e
também para a SA.
d(0,1) d(0,5) d(0,9)
diâmetro médio (µm)
CCA 2,5min.
2,896 14,002 46,316 20,026
CCA 5,0min.
2,366 10,770 36,365 15,725
CCA 10,0min.
1,882 7,933 29,814 12,672
CCA 15,0min.
1,658 6,500 26,956 11,371
CCA 20,0min.
1,583 6,113 26,491 11,076
CCA 60,0min.
1,410 6,870 33,673 13,274
Sílica ativa
3,612 18,448 42,657 23,251
5.7. MASSA ESPECÍFICA E ÁREA ESPECÍFICA
Abaixo (Tabela 10) são mostrados os resultados do ensaio de massa específica de
acordo com a UNE 80-105 (1986). Os valores de área específica foram obtidos do
equipamento de granulometria a laser que realiza cálculos matemáticos utilizando os valores
de massa específica e do diâmetro das partículas.
Tabela 10- Densidade real e Área específica para os diferentes tempos de moagem da CCA e também
para a sílica ativa.
Diâmetro Médio (µm)
Massa Específica (g/cm
3
) Área Específica (cm
2
/g)
CCA 2,5min.
20,026 2,16 3946,72
CCA 5,0min.
15,725 2,14 5032,96
CCA 10,0min.
12,672 2,14 6631,68
CCA 15,0min.
11,371 2,13 7714,81
CCA 20,0min.
11,076 2,14 8077,61
CCA 60,0min.
13,274 2,13 8563,51
Sílica ativa
23,251 2,28 3541,80
Verifica-se que a massa específica da CCA apresenta uma pequena variação. Os
valores obtidos estão bem próximos dos valores encontrados na literatura. Foi observado
também, que conforme o diâmetro médio das partículas diminuía, a área específica do
material aumentava. Diante destes resultados obtidos, definiu-se a CCA 20min como sendo a
finura “ótima” e, para esta cinza foram realizados os demais ensaios programados. A escolha
da CCA de 20min como sendo a finura “ótima” foi baseando, principalmente, na distribuição
granulométrica e também na área específica do material, pois o que se buscava era um
Capítulo V- Resultados e Discussões
61
material o mais fino possível para que sua reatividade com a portlandita fosse a maior
possível.
Quando se compara a granulometria da CCA 20min. com a sílica ativa verifica-se que
a CCA é um material que apresenta partículas menores do que a SA, porém, vale lembrar que
a sílica ativa em estudo está em estado densificado e que, na realidade o que estamos medindo
não é o diâmetro médio das partículas da SA, mas sim, de aglomerados de partículas.
5.8. ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA
Este ensaio foi realizado com o intuito de se verificar a fixação da cal (CH) quando da
adição de uma pozolana. A Tabela 11 mostra os valores de fixação da cal utilizando tanto a
CCA como a SA em diferentes porcentagens de substituição, em relação a massa de cimento.
A Figura 23 mostra o resultado do ensaio de análise termogravimétrica para uma pasta
de cimento com 5%CCA com 3 dias de cura. A curva TG mostra a perda de massa (água) em
função da temperatura. Já a curva DTG nos fornece informação a respeito da velocidade com
que ocorre a perda de massa, em função da temperatura e do tempo.
Os valores de fixação de cal são calculados a partir da curva DTG. O primeiro pico,
temperatura de aproximadamente 120ºC-150ºC, mostrado na Figura 23 indica a perda de
massa devido aos hidratos, já o segundo pico (aproximadamente 550ºC) indica a perda de
massa devido a portlandita.
Capítulo V- Resultados e Discussões
62
0 100 200 300 400 500 600 700
Temperatura (ºC)
tg
dtg
Figura 23- Curvas TG e DTG para pastas de cimento/5%CCA com 3 dias de cura.
Tabela 11- Fixação da cal em função da porcentagem de substituição e da idade de cura.
Tempo de cura (dias)
Pozolana Substituição (%) 3 7 14 28
% de Cal Fixada
CCA
-1,32 0,56 13,65 11,64
SA
5%
17,28 -1,15 11,07 5,24
CCA
7,29 -6,29 12,65 22,95
SA
10%
16,46 0,07 19,86 12,98
CCA
8,67 10,35 16,07 31,28
SA
15%
16,98 8,67 20,81 18,03
Na Tabela 11 pode-se verificar a influência do teor de substituição na fixação da
portlandita. Para ambas as pozolanas, quanto maior o teor de substituição, maior a fixação de
CH aos 14 e 28 dias de cura. Para idades curtas (3 e 7 dias de cura) o que se verifica é que os
valores de fixação da cal não possuem a mesma tendência do que para longas idades. Esse
fato é devido a atuação em paralelo dos chamados efeito pozolânico e efeito partícula,
fazendo com que se tenha valores aleatórios de fixação de cal. Aos 28 dias de cura, observa-se
que as pastas com adição da cinza de casca de arroz apresentam um maior consumo de CH,
em relação as pastas com sílica ativa e, conforme se aumenta a porcentagem de pozolana,
mais se aumenta a fixação de cal.
Capítulo V- Resultados e Discussões
63
A Figura 24 mostra as curvas DTG obtidas para uma pasta de cimento com 5%CCA
para diferentes idades. Verifica-se que as perdas de massa para as diferentes idades são
obtidas sempre a uma mesma temperatura, variando apenas a quantidade de água perdida. O
mesmo pode ser observado para todas as demais pastas. Como exemplo, são colocados as
curvas DTG para pastas com 10%SA para diferentes idades (Figura 25).
0 100 200 300 400 500 600 700
Temperatura (ºC)
3dias 7dias 14dias 28dias
Figura 24- Curvas DTG para pastas de cimento com 5% CCA para diferentes idades.
0 100 200 300 400 500 600 700
Temperatura (ºC)
3dias 7dias 14dias 28dias
Figura 25- Curvas DTG para pastas de cimento com 10% de SA para diferentes idades.
Capítulo V- Resultados e Discussões
64
5.9. MICROSCOPIA ELETRÔNICA DAS PASTAS
A seguir serão mostradas algumas fotos tomadas de pastas de cimento e
cimento/pozolana para a visualização da formação de produtos de hidratação. Nas Figura 26,
Figura 27 e Figura 28 verifica-se a presença de C-S-H tanto em estado amorfo como em
estado cristalino. Observa-se também a presença de etringita.
Figura 26- Produtos de hidratação de pastas de cimento com 5% CCA com 3 dias de cura.
Figura 27- Produtos de hidratação de pastas de cimento com 10% CCA com 3 dias de cura.
Figura 28- Produtos de hidratação de pastas de cimento com 15% CCA com 3 dias de cura.
Capítulo V- Resultados e Discussões
65
Abaixo são mostrados micrografias de pastas de cimento com 10% SA aos 3 dias de cura.
Pode-se observar a existência de uma grande quantidade de etringita nestas pastas (Figura 29).
Figura 29- Etringita em pastas de cimento com 10% SA com 3 dias de cura.
Aos 28 dias de cura, observa-se que a presença de cristais de C-S-H são mais
abundantes. Ainda assim, a etringita pode ser encontrada com bastante facilidade, porém, em
menor quantidade. A Figura 30 mostra a formação de cristais de hidróxido de cálcio em
pastas com 10% CCA.
Figura 30- Cristais de portlandita presente em pastas de cimento com 10% CCA aos 28 dias de cura.
Nas pastas de cimento com 10% SA encontrou-se cristais de portlandita em grande
quantidade (Figura 31). Já para pastas com CCA, os cristais de CH foram encontrados em
menor quantidade.
Capítulo V- Resultados e Discussões
6
6
Figura 31- Produtos de hidratação de pastas de cimento com 10% SA aos 28dias de cura: Portlandita.
Figura 32- Silicatos de cálcio hidratados em pastas de cimento com 15% CA e 15% SA,
respectivamente.
A Figura 32 mostra a formação de silicatos de cálcio hidratados (C-S-H) em pastas de
cimento com 15% CCA e 15% SA, respectivamente. Ao redor desses cristais têm-se a
presença de pequeno filamentos finos, conhecidos como etringita.
Capítulo V- Resultados e Discussões
6
7
5.10. RESISTÊNCIA MECÂNICAS DE ARGAMASSAS
5.10.1. RESISTÊNCIA À FLEXÃO
A seguir são mostrados os resultados médios de resistência à flexão das argamassas em
estudo. Os resultados mostram que para todas as porcentagens estudadas, as argamassas com
adição de CCA apresentam desempenho superiores em relação as argamassas com SA.
Também observa-se que para a idades de 3 e 7 dias os valores de resistência à flexão do traço
controle são, geralmente, superiores aos valores apresentados para as argamassas com sílica
ativa e inferiores aos valores de argamassas com cinza de casca de arroz. Já para a idade de 28
dias, verifica-se que as argamassas contendo pozolanas apresentam resistências superiores ao
traço controle.
Resistência à Flexão (MPa)
0
2
4
6
8
10
CONT ROL E
5%CCA
10%CCA
15%CCA
5%SA
10%SA
15%SA
3DIAS
7DIAS
14DIAS
28DIAS
Figura 33- Gráfico de resistência à flexão.
Os valores de resistência à flexão foram submetidos a um tratamento estatístico onde
adotou-se um nível de confiança de 95%, isto é, os valores apresentados (Tabela 12) possuem
uma probabilidade de 0,95 que todos os valores se encontrem no intervalo determinado.
Capítulo V- Resultados e Discussões
68
Tabela 12- Tratamento estatístico para os valores de resistência à flexão, com um nível de confiança
de 95%.
média intervalo média intervalo média intervalo média intervalo
Controle
6,45 (5,66 - 7,24) 6,74 (4,87 - 8,61) 6,17 (4,92 - 7,42) 8,35 (7,38 - 9,32)
5% CCA
6,39 (5,85 - 6,93) 7,46 (6,59 - 8,33) 8,17 (6,31 - 10,03) 9,03 (8,66 - 9,4)
10% CCA
6,29 (5,63 - 6,95) 7,33 (6,96 - 7,70) 8,13 (7,14 - 9,12) 9,34 (9,14 - 9,54)
15% CCA
5,99 (5,29 - 6,69) 7,24 (6,74 - 7,74) 8,59 (7,35 - 9,83) 9,13 (8,86 - 9,40)
5% SA
6,32 (5,69 -6,95) 6,5 (5,51 - 7,49) 7,06 (6,44 - 7,68) 9,34 (9,14 - 9,54)
10% SA
5,85 (4,66 - 7,04) 6,01 (4,89 - 7,13) 7,09 (5,72 - 8,46) 8,56 (7,77 - 9,35)
15% SA
5,68 (5,07 - 6,29) 6,97 (6,47 - 7,47) 7,99 (7,37 - 8,61) 9,18 (8,11 - 10,25)
3 dias 7 dias 14 dias 28 dias
5.10.2. RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
Os resultados de resistência à compressão das argamassas são mostrados a seguir. A
Figura 34 mostra as resistências à compressão obtidas para argamassas com diferentes
porcentagens de SA. Já a Figura 35 mostra os valores para as argamassas com CCA.
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0 7 14 21 28
Idade (dias)
Compressao (MPa)
Controle
5%SA
10%SA
15%SA
Figura 34- Resistência à compressão para argamassas com diferentes porcentagens de SA.
Capítulo V- Resultados e Discussões
69
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0 7 14 21 28
Idade (dias)
Compressao (MPa)
Controle
5%CCA
10%CCA
15%CCA
Figura 35- Resistência à compressão para argamassas com diferentes porcentagens de CCA.
Pelos resultados obtidos verificou-se que a substituição de cimento por SA ou por
CCA, para todas as porcentagens estudadas, melhora a resistência à compressão da argamassa.
A medida que aumentava-se a porcentagem de substituição, o ganho de resistência aumentava,
mesmo retirando-se uma parte do cimento (substituição em massa). Esse fato pode ser
explicado já que estamos introduzindo um material pozolânico que além do seu efeito
químico, também atua como um fíler diminuindo o tamanho dos poros e aumentando, assim,
a resistência das argamassas.
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0 7 14 21 28
Idade (dias)
Compressao (MPa)
Controle
5% SA
15% SA
5%CCA
15%CCA
Figura 36- Gráfico comparativo de resistência à compressão para argamassas com diferentes
porcentagens de SA e CCA.
Capítulo V- Resultados e Discussões
70
A Figura 36 mostra um gráfico comparativo entre as resistências obtidas para
argamassas com sílica ativa e com cinza de casca de arroz. Nota-se que para um mesmo teor
de substituição, as argamassas com CCA e com SA apresentam valores de resistência à
compressão similares e, superiores ao traço controle.
Os valores de resistência à compressão foram submetidos a um tratamento estatístico
onde adotou-se um nível de confiança de 95%, isto é, os valores apresentados (Tabela 13)
possuem uma probabilidade de 0,95 que todos os valores se encontrem no intervalo
determinado.
Tabela 13- Tratamento estatístico para os valores de resistência à compressão, com um nível de
confiança de 95%.
média intervalo média intervalo média intervalo média intervalo
Controle
34,91 (30,31 - 39,51
)
35,6 (32,04 - 39,16) 40,15 (37,59 - 42,71) 49,34 (47,64 - 51,04)
5% CCA
36,98 (35,59 - 38,37
)
38,77 (37,97 - 39,57) 42,54 (40,03 - 45,05) 49,57 (48,65 - 50,49)
10% CCA
32,82 (31,40 - 34,24
)
37,88 (35,09 - 40,67) 47,09 (46,47 - 47,71) 55,74 (52,14 - 59,34)
15% CCA
30,7 (29,20 - 32,20
)
36,11 (34,97 - 37,25) 48,82 (47,17 - 50,47) 56,47 (54,72 - 58,22)
5% SA
35,8 (35,16 - 36,44
)
37,46 (35,88 - 39,04) 43,37 (41,21 - 45,53) 50,35 (48,79 - 51,91)
10% SA
32,49 (31,69 - 33,29
)
37,36 (36,73 - 37,99) 45,91 (44,7 - 47,12) 53,9 (52,74 - 55,06)
15% SA
31,65 (30,18 - 33,12
)
37,77 (37,09 - 38,45) 49,61 (47,76 - 51,46) 56,62 (53,06 - 60,18)
3 dias 7 dias 14 dias 28 dias
A seguir são mostrados os ganhos de resistência das argamassas em função do teor de
substituição das pozolanas. No caso da CCA (Figura 37) verifica-se que para todas as
porcentagens e idades estudadas a introdução da CCA proporciona ganhos de resistência.
Capítulo V- Resultados e Discussões
71
0
10
20
30
40
50
51015
Subst (%)
Gr(
%
3dias
7dias
14dias
28dias
Figura 37- Ganho de resistência à compressão em função do teor de substituição para argamassas com
CCA.
Para argamassas com SA (Figura 38) nota-se a mesma tendência que para a cinza de
casca de arroz. Para a idade de 3 dias verifica-se que o ganho de resistência é muito pequeno
pois, a pozolana ainda não começou a atuar. Entre as idades de 7 e 28 dias percebe-se
claramente o efeito pozolânico tanto da SA como da CCA. Os ganhos de resistência atingidos
para argamassas com 15% de substituição, aos 14 dias de idades, chega a mais de 40% tanto
para argamassas com SA como para a cinza de casca de arroz.
0
10
20
30
40
50
51015
Subst (%)
Gr (
%
3dias
7dias
14dias
28dias
Figura 38- Ganho de resistência à compressão em função do teor de substituição para argamassas com
SA.
Capítulo V- Resultados e Discussões
72
Um outro fato a ser notado é para ambas as pozolanas em estudo, o ganho de
resistência está sempre associado a uma elevada fixação de cal. Isso vêm a comprovar que o
ganho de resistência das argamassas está muito influenciado pela atividade pozolânica, ou
seja, pelo consumo da portlandita liberada durante o processo de hidratação do cimento
Portland.
CONCLUSÕES
Capítulo VI - Conclusões
74
6. CONCLUSÕES
Os resultados obtidos neste trabalho mostram que a cinza de casca de arroz produzida
sob as condições de queima propostas, ou seja, sem controle de temperatura e com tempo de
queima de aproximadamente 36 horas, apresenta características adequadas para a utilização
como material pozolânico em matrizes de cimento Portland.
No que refere a caracterização química, a CCA apresentou teor de SiO
2
da ordem de
90% e, quase todo o SiO
2
(99,30%) apresenta-se em estado amorfo ou reativo. Esse caráter foi
confirmado pelos ensaios como a difração de Raio-X, determinação de sílica amorfa e
microscopia eletrônica.
A confirmação desse caráter pozolânico foi realizada introduzindo o material em
matrizes de cimento Portland. Neste caso, observou-se que a CCA em estudo gera um
aumento na fixação da cal, quando comparado com um traço controle e, além disso, quando
adicionados em argamassas verifica-se ganhos de resistência de até 40% em relação ao traço
controle.
A reatividade da CCA em estudo é comparável a sílica ativa, material pozolânico mais
reativo que se encontra no mercado atual. Diante desse fato, acredita-se que a CCA pode ser
utilizada como uma fonte alternativa da sílica ativa para a produção de argamassas e
concretos.
6.1. SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS
Propõe-se que sejam realizados ensaios de durabilidade com esta CCA para garantir
sua total efetividade na produção de argamassas e concretos. Alguns dos ensaios que podem
ser realizados são: carbonatação, ataques químicos, ação de úmido/seco, etc. A determinação
do caráter amorfo ou cristalino da cinza de casca de arroz utilizando o método de microscopia
eletrônica deve ser realizado para outras cinzas validando, assim, o método de análise.
Capítulo VI - Conclusões
75
Um outro tipo de estudo seria a ativação dessa pozolana através de tratamentos físicos,
químicos, etc. A possibilidade de se comparar a reatividade de CCA altamente reativas, como
as produzidas por Prudêncio (2002), Oda (2003), Sugita (1992) entre outros seria um estudo
muito interessante.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Capítulo VII – Referências Bibliográficas
7
7
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Pozalânicos - Especificação. Rio de Janeiro, 1992. p.3
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