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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DA EXPANSIBILIDADE DE
ESCÓRIAS DE ACIARIA LD NÃO TRATADAS E TRATADAS
Gisele Lopes Carreiro Rodrigues
Vitória, 2007
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DA EXPANSIBILIDADE DE
ESCÓRIAS DE ACIARIA LD NÃO TRATADAS E TRATADAS
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal
do Espírito Santo, como parte dos requisitos para
obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil.
Gisele Lopes Carreiro Rodrigues
Orientadores: Prof
a
Dr
a
Maristela Gomes da Silva
Prof
a
Dr
a
Moema Ribas Silva
Prof. MSc. Fernando Lordêllo dos Santos Souza
Prof
a
Dr
a
Eliana Zandonade
Vitória, 2007
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Dados Internacionais de Catalogação-na-publicação (CIP)
(Biblioteca Central da Universidade Federal do Espírito Santo, ES, Brasil)
Rodrigues, Gisele Lopes Carreiro, 1976-
R696c Caracterização e avaliação da expansibilidade de escórias de aciaria
LD não tratadas e tratadas / Gisele Lopes Carreiro Rodrigues. – 2007.
147 f. : il.
Orientadora: Maristela Gomes da Silva.
Co-Orientadores: Moema Ribas Silva, Fernando Lordêllo dos Santos
Souza, Eliana Zandonade.
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Espírito Santo,
Centro Tecnológico.
1. Aço. 2. Escória. 3. Microestrutura. 4. Teste a vapor. I. Silva,
Maristela Gomes da. II. Silva, Moema Ribas. III. Souza, Fernando
Lordêllo dos Santos. IV. Zandonade, Eliana. V. Universidade Federal do
Espírito Santo. Centro Tecnológico. VI. Título.
CDU: 624
Dedico este trabalho ao meu marido, Adilson, pelo amor, compreensão e
incentivo, e ao meu filho, Nicolas, pelo carinho e pelo amor incontestáveis.
Aos meus pais e minha irmã, pela confiança e dedicação na minha educação.
AGRADECIMENTOS
Agradeço, em primeiro lugar, a Deus, que ilumina nossas vidas.
À Professora Maristela Gomes da Silva, pelo apoio, incentivo, amizade e pela
orientação deste trabalho.
À Professora Moema Ribas Silva, pelo carinho, amizade, conselhos e pelas
minuciosas correções.
Ao Professor Fernando Lordêllo dos Santos Souza, pela valiosa orientação na
caracterização física e, por me ensinar que “estamos no mundo para servir”.
À Professora Eliana Zandonade, por me auxiliar com seus conhecimentos
estatísticos.
Aos amigos e técnicos do Laboratório de Materiais de Construção Civil, Carlos,
Márcio, Loriato, Sebastião e Jorge. Em especial ao Roger, pela inestimável
disposição demonstrada durante a realização dos ensaios de expansibilidade.
À minha querida amiga Marina Polese, companheira e incentivadora de todos
os momentos dessa caminhada, desde a inscrição para a prova do mestrado
até a impressão deste trabalho.
Aos colegas do mestrado, em especial ao Paulo Lana, pela grande disposição
em ajudar.
Aos meus amigos do NEXES, Prof. Maurício, Profª. Kátia Bourguignon, Profª.
Sayonara, Profª. Antonina, Prof. Florindo, Prof. Robson, Prof. Uberecilas, Prof.
Reno, Profª. Kátia Bicalho, Délio, Milton, Carlos, Fábio, Denise, Giliardi, Daniela
e Fernanda.
Aos funcionários do Centro Tecnológico, em especial à Marise e ao Sr. Daniel,
pelo constante auxílio.
A todos os professores e funcionários do Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Civil.
À CST, FINEP, CNPq e IBS pelo apoio financeiro na realização dos ensaios e
por disponibilizarem condições para realização a esta pesquisa.
À CAPES, pelo apoio financeiro com a concessão da bolsa de estudos.
Finalmente, a todos aqueles que contribuíram para a conclusão deste trabalho,
de forma direta ou indireta, estendo o meu sincero agradecimento.
“Na busca de nossos objetivos não existe sorte.
Existem sim, muito trabalho e dedicação.” (Dirk Wolter)
vii
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS.....................................................................................................xi
LISTA DE QUADROS...............................................................................................xvii
LISTA DE TABELAS..................................................................................................xix
LISTA DE SIGLAS......................................................................................................xx
RESUMO.....................................................................................................................xxii
ABSTRACT................................................................................................................xxiii
1. INTRODUÇÃO.......................................................................................................1
1.1 J
USTIFICATIVA ...................................................................................................3
1.2 O
BJETIVOS.........................................................................................................5
1.3 A
LGUNS CENTROS DE REFERÊNCIA E ESTUDOS EM ESCÓRIA DE ACIARIA............6
1.4 E
STRUTURA DA DISSERTAÇÃO ...........................................................................7
2
2
.
. ESCÓRIA DE ACIARIA.......................................................................................9
2.1 I
NTRODUÇÃO
.....................................................................................................9
2.2 G
ERAÇÃO DA ESCÓRIA DE ACIARIA
LD..............................................................9
2.2.1 Transporte, resfriamento e beneficiamento da escória de aciaria.............11
2.3 A
PLICAÇÕES
....................................................................................................13
2.4 C
ARACTERÍSTICAS FÍSICAS DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA
....................................17
2.5 C
ARACTERÍSTICAS MINERALÓGICAS DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA
......................19
2.5.1 Composição química das escórias de aciaria ............................................20
2.6 E
XPANSIBILIDADE DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA
.................................................22
2.6.1 Efeito do CaO .............................................................................................23
2.6.2 Efeito do MgO.............................................................................................25
2.6.3 Efeito do ferro metálico ..............................................................................26
2.6.4 Efeito do silicato dicálcico..........................................................................28
2.7 C
ONSIDERAÇÕES SOBRE ESCÓRIA DE ACIARIA
.................................................28
3. TRATAMENTOS E MÉTODOS DE ESTABILIZAÇÃO DA ESCÓRIA DE
A
CIARIA.......................................................................................................................30
3.1 I
NTRODUÇÃO
...................................................................................................30
3.2 A
LTERAÇÕES NO PROCESSO DE ESCORIFICAÇÃO
..............................................30
viii
3.3 T
RATAMENTOS DA ESCÓRIA DE ACIARIA LÍQUIDA
............................................32
3.4 T
RATAMENTOS NA ESCÓRIA DE ACIARIA EM ESTADO SÓLIDO
...........................36
3.5 M
ÉTODOS UTILIZANDO MISTURAS DE ESCÓRIA DE ACIARIA COM OUTROS
MATERIAIS
...................................................................................................................39
3.6 C
ONSIDERAÇÕES SOBRE OS TRATAMENTOS E MÉTODOS DE REDUÇÃO DE
EXPANSÃO
....................................................................................................................40
4. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE EXPANSÃO DA
ESCÓRIA DE ACIARIA.............................................................................................43
4.1 I
NTRODUÇÃO
...................................................................................................43
4.2 M
ÉTODOS DE ENSAIOS ADAPTADOS A PARTIR DO ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
..43
4.2.1 O ensaio da norma JIS A 5015 ...................................................................44
4.2.2 O ensaio ASTM D 4792 ..............................................................................45
4.2.3 Adaptação do PTM 130 pelo Departamento de Estradas de Rodagem de
Minas Gerais...........................................................................................................46
4.3 O
ENSAIO DE AGULHAS DE
L
E
C
HATELIER
–
NBR
11582/91.............................46
4.4 O
ENSAIO DE AUTOCLAVE
................................................................................47
4.5 O
ENSAIO A VAPOR
-
S
TEAM
T
EST
.....................................................................48
4.6 C
ONSIDERAÇÕES SOBRE OS MÉTODOS DE AVALIAÇÃO
.....................................51
5. MATERIAIS, MÉTODOS E PROJETO EXPERIMENTAL..........................54
5.1 A
MOSTRAGEM
.................................................................................................54
5.1.1 Amostragem da escória 01..........................................................................57
5.1.2 Amostragem da escória 02..........................................................................58
5.1.3 Quarteamento das amostras.......................................................................59
5.2 T
RATAMENTOS DAS ESCÓRIAS DE ACIARIA
......................................................59
5.2.1 Escória de aciaria 01..................................................................................59
5.2.2 Escória de aciaria 02..................................................................................60
5.3 C
ARACTERIZAÇÃO FÍSICA DA ESCÓRIA DE ACIARIA
..........................................60
5.3.1 Granulometria.............................................................................................61
5.3.2 Massa específica.........................................................................................61
5.3.3 Absorção.....................................................................................................63
5.3.4 Abrasão Los Angeles e esmagamento.........................................................63
5.3.5 Massa unitária e massa unitária compactada............................................65
ix
5.3.6 Umidade..................................................................................................67
5.3.7 Análise estatística dos ensaios físicos.......................................................67
5.4 C
ARACTERIZAÇÃO DA MICROESTRUTURA DA ESCÓRIA DE ACIARIA
.................67
5.4.1 Análise química .......................................................................................68
5.4.2 Microscopia eletrônica de varredura (MEV)............................................68
5.4.3 Difração de raios X (DRX).......................................................................69
5.5 A
VALIAÇÃO DA EXPANSIBILIDADE
................................................................69
5.5.1 Steam Test – ensaio a vapor.................................................................................69
6. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ..............................74
6.1 C
ARACTERIZAÇÃO FÍSICA DA ESCÓRIA DE ACIARIA ........................................74
6.1.1 Granulometria.............................................................................................74
6.1.2 Massa específica.........................................................................................75
6.1.3 Absorção.....................................................................................................81
6.1.4 Abrasão Los Angeles e esmagamento.........................................................82
6.1.5 Massa unitária e massa unitária compactada............................................85
6.1.6 Umidade......................................................................................................88
6.1.7 Análise estatística e discussão dos resultados de caracterização física ....89
6.2 C
ARACTERIZAÇÃO DA MICROESTRUTURA DA ESCÓRIA DE ACIARIA.................91
6.2.1 Análise química...........................................................................................91
6.2.2 MEV ............................................................................................................92
6.2.3 DRX...........................................................................................................104
6.2.4 Discussões dos resultados.........................................................................106
6.3 A
VALIAÇÃO DA EXPANSIBILIDADE ..............................................................108
6.3.1 Steam test - ensaio a vapor......................................................................108
6.3.2 Efeito das repetições sobre o ensaio Steam Test......................................119
6.3.3 Comparação dos resultados dos métodos de ensaio PTM 130 e Steam
Test.........................................................................................................................120
x
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS.............................................................................122
8.
R
R
E
E
F
F
E
E
R
R
Ê
Ê
N
N
C
C
I
I
A
A
S
S
B
B
I
I
B
B
L
L
I
I
O
O
G
G
R
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Á
Á
F
F
I
I
C
C
A
A
S
S
.
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.
1
1
2
2
7
7
ANEXO I......................................................................................................................138
ANEXO II.....................................................................................................................142
xi
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 – Exemplo de uso inadequado de escória de aciaria LD – “pés de galinha”
(MENDONÇA, 2006).......................................................................................................3
Figura 1.2 – Exemplo de uso inadequado de escória de aciaria –fissuração longitudinal
irregular em pátio de estacionamento (MENDONÇA, 2006) ..........................................3
Figura 2.1 – Fluxograma de produção de usina semi-integrada e integrada (IBS, 2006)
.........................................................................................................................................10
Figura 2.2 – Detalhe do conversor a oxigênio (CST, 2005)...........................................11
Figura 2.3– Transporte da escória para as baias de resfriamento: (a) em vagão (PENA,
2004); (b) em pote carrier (SOUZA; POLESE, 2003). ..................................................12
Figura 2.4 – Processos de resfriamento da escória: (a) por aspersão de água (PENA,
2004); (b) por jato de água (SOUZA; POLESE, 2003)..................................................12
Figura 2.5 – (a) Separação de grandes placas metálicas da escória de aciaria por eletro-
ímã. (b) Planta de britagem e separação magnética e granulométrica da escória de
aciaria (SOUZA; POLESE, 2003)..................................................................................13
Figura 2.6 – Exemplos de aplicações de escória de aciaria LD: (a) lastro ferroviário e (b)
p
roteção de taludes – gabiões (PENA, 2004). ................................................................13
Figura 2.7 – Outros exemplos de aplicações de escória de aciaria LD: (a) obra de aterro
e (b) pátio industrial (PENA, 2004)................................................................................14
Figura 2.8 – Seção transversal típica de um pavimento (SENÇO, 1997).......................16
Figura 2.9- O MgO em solução sólida (GEISELER; SCHLOSSER, 1988)...................26
Figura 3.1 – Resultados de ensaio de expansibilidade para escória de aciaria LD com e
sem tratamento por adição de sílica e oxigênio (KUEHN et al., 2000)..........................33
Figura 3.2 – DRX de escória de aciaria resfriada bruscamente (MURPHY et al., 1997).
.........................................................................................................................................35
Figura 3.3 – DRX de escória de aciaria resfriada lentamente (MURPHY et al., 1997). 35
xii
Figura 3.4 – Exemplo do método de cura de escória de aciaria a vapor sob pressão
atmosférica (MORISHITA et al
.,
1995).........................................................................38
Figura 3.5 – Exemplo do método de cura de escória de aciaria a vapor sob pressão
(MORIKAWA et al., 1998)............................................................................................39
Figura 4.1 - Equipamento para ensaio de expansão em água (JIS A 5015, 1992)..........45
Figura 4.2 - Agulha de
Le Chatelier
(COUTINHO, 1973).............................................47
Figura 4.3 – Equipamento do
Steam Test
(MOTZ; GEISELER, 2001) .........................49
Figura 4.4 – Curva típica de expansão da escória medida pelo S
team Test
. ..................50
Figura 5.1 – Fluxograma do projeto experimental..........................................................54
Figura 5.2 – Mapa de localização das escórias estudadas. .............................................55
Figura 5.3 – Seção transversal da pilha de amostragem (SOUZA et al., 2003). ............56
Figura 5.4 – Esquema da amostragem em camadas (SOUZA et al., 2003)....................56
Figura 5.5 – Esquema geral do procedimento de amostragem (SOUZA et al., 2003). ..57
Figura 5.6 – (a) Formação de cinco montes e (b) coleta de amostra parcial para formar
p
ilha de homogeização....................................................................................................59
Figura 5.7 – Preenchimento do frasco de Chapmam com amostra de escória. ..............62
Figura 5.8 - Máquina de abrasão Los Angeles, e carga abrasiva e material retirado ao
final das rotações.............................................................................................................64
Figura 5.9 – Compactação da amostra para realização do ensaio de massa unitária em
estado compactado..........................................................................................................66
Figura 5.10 - (a) Material disposto na estufa para secagem e (b) pesagem do material
seco .................................................................................................................................67
Figura 5.11 – Equipamento
Steam Test.
.........................................................................72
Figura 6.1 – Curva granulométrica da Usina 1...............................................................74
Figura 6.2 – Curva granulométrica da Usina 2...............................................................74
xiii
Figura 6.3 - Massa específica aparente seca das amostras de escória de aciaria LD d
a
Usina 1........................................................................................................................76
Figura 6.4 – Massa específica aparente seca das amostras de escória de aciaria LD d
Usina 2........................................................................................................................76
Figura 6.5 – Massa específica aparente saturada superfície seca das amostras de escóri
a
de aciaria LD da Usina 1.............................................................................................77
Figura 6.6 – Massa específica aparente saturada superfície seca das amostras de escóri
a
de aciaria LD da Usina 2.............................................................................................78
Figura 6.7 - Massa específica do agregado miúdo da Usina 1......................................79
Figura 6.8 - Massa específica do agregado miúdo da Usina 2......................................79
Figura 6.9 – Massa específica das amostras de escória de aciaria LD da Usina 1.........80
Figura 6.10 – Massa específica das amostras de escória de aciaria LD da Usina 2. ......81
Figura 6.11 - Absorção das amostras de escória de aciaria da Usina 1 .........................82
Figura 6.12 - Absorção das amostras de escória de aciaria LD da Usina 2 ...................82
Figura 6.13 – Abrasão Los Angeles das amostras de escória de aciaria LD da Usina 1.83
Figura 6.14 – Abrasão Los Angeles das amostras de escória de aciaria LD da Usina 2.83
Figura 6.15 – Índice de esmagamento das amostras de escória de aciaria LD da Usina 1.
....................................................................................................................................84
Figura 6.16 - Índice de esmagamento das amostras de escória de aciaria LD da Usina 2.
....................................................................................................................................85
Figura 6.17 - Massa unitária das amostras de escória de aciaria LD da Usina 1............86
Figura 6.18 - Massa unitária das amostras de escória de aciaria LD da Usina 2............86
Figura 6.19 - Massa unitária compactada das amostras de escória de aciaria LD d
a
Usina 1........................................................................................................................87
Figura 6.20 - Massa unitária compactada das amostras de escória de aciaria LD d
a
Usina 2.............................................................................................................................88
Figura 6.21 - Umidade das amostras de escória de aciaria LD da Usina 1....................89
xiv
Figura 6.22 - Umidade das amostras de escória de aciaria LD da Usina 2....................89
Figura 6.23 - Microfractografia e diagramas da amostra não tratada da Usina 1...........93
Figura 6.24 - Microfractografia e diagramas da amostra não tratada da Usina 1...........93
Figura 6.25 - Microfractografia e diagrama da amostra não tratada da Usina 1. ...........94
Figura 6.26 - Microfractografia e diagrama da amostra não tratada da Usina 1. ...........94
Figura 6.27 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por 6 meses d
a
Usina 1........................................................................................................................95
Figura 6.28 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por 6 meses d
a
Usina 1........................................................................................................................95
Figura 6.29 - Microfractografia e diagrama da amostra tratada ao tempo por 6 meses da
Usina 1........................................................................................................................96
Figura 6.30 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por 6 meses d
a
Usina 1........................................................................................................................96
Figura 6.31 - Microfractografia e diagrama da amostra tratada ao tempo por 12 meses
da Usina 1...................................................................................................................97
Figura 6.32 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por 12 meses
da Usina 1...................................................................................................................97
Figura 6.33 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por 12 meses
da Usina 1...................................................................................................................98
Figura 6.34 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por 12 meses
da Usina 1...................................................................................................................98
Figura 6.35 - Microfractografia e diagrama da amostra tratada ao tempo por 12 meses
da Usina 1...................................................................................................................99
Figura 6.36 - Microfractografia e diagrama da amostra não tratada da Usina 2. ...........99
Figura 6.37 - Microfractografia e diagramas da amostra não tratada da Usina 2.........100
Figura 6.38 - Microfractografia e diagramas da amostra não tratada da Usina 2.........100
Figura 6.39 - Microfractografia e diagramas da amostra não tratada da Usina 2..........101
xv
Figura 6.40 - Microfractografia e diagrama da amostra tratada ao tempo por molhagem
e aeração por 1 mês da Usina 2..................................................................................101
Figura 6.41 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por molhagem
e aeração por 1 mês da Usina 2..................................................................................102
Figura 6.42 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por molhagem
e aeração por 1 mês da Usina 2..................................................................................102
Figura 6.43 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por molhagem
e aeração por 1 mês da Usina 2..................................................................................103
Figura 6.44 - Resultados da expansão acumulada da amostra não tratada da Usina 1,
segundo o método Steam Test, por período de 24 horas.............................................110
Figura 6.45 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada ao tempo, por 6
meses, da Usina 1, segundo o método Steam Test, por período de 24 horas ...............110
Figura 6.46 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada ao tempo, por 12
meses, da Usina 1, segundo o método Steam Test, por período de 24 horas ...............111
Figura 6.47 - Resultados da expansão acumulada da amostra não tratada da Usina 2,
segundo o método Steam Test, por período de 24 horas.............................................112
Figura 6.48 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada ao tempo, por 1
mês, da Usina 2, segundo o método Steam Test, por período de 24 horas...................112
Figura 6.49 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada ao tempo, por 3
meses, segundo o método Steam Test, por período de 1 dia (SILVA et al., 2006) ......113
Figura 6.50 - Resultados da expansão acumulada da amostra não tratada, da Usina 1,
segundo o método Steam Test, por período de 7 dias.................................................114
Figura 6.51 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada ao tempo, por 6
meses, da Usina 1, segundo o método Steam Test, por período de 7 dias....................115
Figura 6.52 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada, por 12 meses, d
a
Usina 1, segundo o método Steam Test, por período de 7 dias ...................................115
Figura 6.53 – Potencial de expansão máximo determinado pelo Steam Test, realizado
p
or 7 dias, das amostras da Usina 1. ..........................................................................116
Figura 6.54 - Resultados da expansão acumulada da amostra não tratada, da Usina 2,
segundo o método Steam Test, por período de 7 dias.................................................117
xvi
Figura 6.55 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada, por 1 mês, d
a
Usina 2, segundo o método Steam Test, por período de 7 dias...................................117
Figura 6.56 – Potencial de expansão máximo determinado pelo Steam Test, realizado
p
or 7 dias, das amostras da Usina 2. ..........................................................................118
xvii
LISTA DE QUADROS
Quadro 1.1 – Alguns centros de referência com suas respectivas linhas de pesquisas na
área de escória de aciaria. .................................................................................................6
Quadro 2.1– Principais aplicações de escória de aciaria ................................................15
Quadro 2.2 – Camadas de um pavimento (SENÇO, 1997). ...........................................16
Quadro 2.3 – Comparação entre escória de aciaria, basalto e granito (GEISELER,
1996)...............................................................................................................................17
Quadro 2.4 - Limites específicos de aceitação de escória de aciaria a ser utilizada em
camadas de pavimentos (DNE
R
-EM 262, 1994)............................................................18
Quadro 2.5 - Composição química da escória de aciaria LD (IBS, 1999)......................21
Quadro 2.6 - Composição química da escória de aciaria LD. .......................................21
Quadro 2.7 - Características das espécies químicas isoladas antes e após a hidratação
(WEAST, 1971)..............................................................................................................22
Quadro 2.8 – Formas do silicato dicálcico (MASUERO
et al., 2002)............................28
Quadro 3.1 - Composição química de uma escória de aciaria LD normal e de outra
t
ratada com
CAMFlux
(GEORGE; SORRENTINO, 1980)...........................................31
Quadro 3.2 – Tratamentos e métodos de redução do potencial expansivo das escória de
aciaria..............................................................................................................................41
Quadro 4.1 - Valores de expansão máxima para escória de aciaria para pavimentação
(BS EN 13043, 2002; BS EN 13242, 2002).................................................................... 51
Quadro 4.2 – Principais métodos de avaliação do potencial de expansão.......................52
Quadro 4.3 – Pontos fortes e fracos dos principais métodos de avaliação do potencial de
expansão..........................................................................................................................53
Quadro 5.1 – Ensaios de caracterização física utilizados, com as respectivas normas. .60
Quadro 5.2 – Graduação e carga abrasiva para o ensaio Los Angeles (adaptado de NB
R
N
M51, 2000)...................................................................................................................64
Quadro 5.3 – Proporção de massa por granulometria (EN 1744-1:1998) ......................70
xviii
Quadro 6.1 – Módulo de finura e dimensão máxima característica das amostras..........75
Quadro 6.2 – Massa específica aparente seca (NBR 9937/87).......................................75
Quadro 6.3 – Massa específica aparente saturada superfície seca (NBR 9337/87)........77
Quadro 6.4 – Massa específica real do agregado (NBR 9776/87, NBR 9937/87 e
N
M248/01)......................................................................................................................80
Quadro 6.5 – Índice de absorção (NBR 9937/87)...........................................................81
Quadro 6.6 – Abrasão Los Angeles das amostras (NBR NM 51/00).............................83
Quadro 6.7 – Resultados das análises químicas das amostras de escória de aciaria LD
não tratadas e tratadas.....................................................................................................92
Quadro 6.8 – Minerais observados na MEV nas amostras da Usina 1.........................103
Quadro 6.9 – Minerais observados na MEV nas amostras da Usina 2.........................104
Quadro 6.10- Compostos presentes nas amostras de escória de aciaria LD não tratadas e
tratadas identificados por DRX.....................................................................................104
Quadro 6.11- Minerais detectados por MEV/EDS e DRX nas amostras de escória de
aciaria LD não tratadas e tratadas.................................................................................107
Quadro 6.12 – Porosidade aparente média das amostras de escória de aciaria
compactadas..................................................................................................................109
Quadro 6.13 – Comparação entre os resultados dos ensaios PTM 130 e Steam Test...120
xix
LISTA DE TABELAS
Tabela 6.1 – Massa específica real do agregado miúdo (kg/dm3) (NBR 9776/87)........78
Tabela 6.2 – Índice de esmagamento das amostras (%) (NBR 9938/87) .......................84
Tabela 6.3 – Massa unitária das amostras (kg/dm³) (NBR 7251/82)..............................85
Tabela 6.4 - Massa Unitária Compactada (kg/dm³) (NBR 7810/83)..............................87
Tabela 6.5 – Teor de umidade.........................................................................................88
Tabela 6.6 – Análise estatística dos resultados do Steam Test, realizado por período de
24 horas, das amostras da Usina 1................................................................................111
Tabela 6.7 – Análise estatística dos resultados do Steam Test, realizado por período de
24 horas, das amostras da Usina 2................................................................................113
Tabela 6.8 – Análise estatística dos resultados do Steam Test, realizado por período de 7
dias, das amostras da Usina 1........................................................................................116
xx
LISTA DE SIGLAS
ABCP - Associação Brasileira de Cimento Portland
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
AGSPAVI – Projeto Avaliação da expansibilidade e das tecnologias de tratamento
visando o desenvolvimento de mercado das escórias de aciaria para fins de
pavimentação
ASA – Australian Slag Association
ASTM – American Society for Testing and Materials
BOF – Blast Oxygen Furnace
BS – British Standard
C
2
F – Ferrita de cálcio
C
2
S – Silicato dicálcico
C
3
S – Silicato tricálcico
C
4
AF – Ferro-aluminato de cálcio
CBR – Califórnia Bearing Ratio
CNPq – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
CSN – Companhia Siderúrgica Nacional
CST – Companhia Siderúrgica de Tubarão
CTPL – Centre Technique et de Promotion des Laitiers Siderurgiques
DER – Departamento de Estradas de Rodagem
DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT – Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes
DRX – Difração de Raios-X
EAF – Eletric Arc Furnace
EDS - Energy dispersive spectrometry
EM – Especificação de Materiais
ES – Espírito Santo
FEhS – Institut für Baustoff-Forschung e.V.
FINEP – Financiadora de Estudos e Projetos
IBS – Instituto Brasileiro de Siderurgia
IPR – Instituto de Pesquisas Rodoviárias
JIS – Japanese Industrial Standard
xxi
LD – Linz e Donawitz
LEMAC – Laboratório de Ensaios de Materiais de Construção Civil
ME – Método de Ensaio
MEV – Microscopia eletrônica de varredura
MG – Minas Gerais
NBR – Norma Brasileira Registrada
NEXES – Núcleo de Excelência em Escórias Siderúrgicas
NM – Norma Mercosul
NORIE – Núcleo Orientado a Reciclagem e Inovação da Edificação
NSA – National Slag Association
NT – Não tratada
PAVIAMB – Projeto Avaliação do custo, avaliação ambiental e avaliação da resistência
e durabilidade do pavimento construído com escória de aciaria envelhecida
PCC – Departamento de Engenharia de Construção Civil
prEN – European Standard Project
PRO – Procedimento
PSV – Polished Stone Value
PTM – Pennsylvania Testing Method
T1 – Tratada por 1 mês
T12 – Tratada por 12 meses
T6 – Tratada por 6 meses
UFES – Universidade Federal do Espírito Santo
UFRGS – Universidade Federal do Rio Grande do Sul
xxii
CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DA EXPANSIBILIDADE DE
ESCÓRIAS DE ACIARIA LD NÃO TRATADAS E TRATADAS
Gisele Lopes Carreiro Rodrigues
1
RESUMO
A preocupação com a disposição de resíduos e a preservação ambiental vem crescendo
mundialmente. Sabe-se que os resíduos siderúrgicos, devido ao grande volume gerado,
são uma das principais fontes de degradação ambiental. Alguns desses resíduos já
possuem um destino nobre na construção civil, como é o caso da escória de alto forno,
usada na fabricação do cimento. Já o emprego da escória de aciaria não está
tecnicamente consolidado no Brasil. Agregar valor a este co-produto industrial, a partir
da caracterização física e microestrutural e medição do seu potencial expansivo, é um
dos objetivos deste trabalho.
A escória de aciaria possui características físicas e mecânicas tão boas quanto às das
rochas graníticas, porém sua expansibilidade dificulta a sua utilização. Existem
tratamentos, aplicados à escória de aciaria, que podem acelerar as reações de hidratação,
minimizando a expansibilidade em serviço. A avaliação deste potencial de expansão da
escória de aciaria é essencial para determinar a efetividade do tratamento realizado.
O objetivo deste trabalho é caracterizar, física e microestruturalmente, e avaliar o
potencial de expansão de escórias de aciaria LD não tratada e tratadas, ao tempo e ao
tempo com molhagem e aeração.
Na caracterização física são realizados os ensaios de granulometria, massa específica,
absorção, abrasão Los Angeles, esmagamento, massa unitária, massa unitária
compactada e umidade. A caracterização da microestrutura da escória de aciaria é feita
por meio de análise química, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios X.
O ensaio de potencial de expansão adotado é o método do Steam Test, ou ensaio a
vapor.
De maneira geral, os resultados da caracterização física das escórias de aciaria LD se
mostram favoráveis à sua utilização em pavimentação. A caracterização microestrutural
identificou todos os compostos volumetricamente instáveis nas amostras de escória de
aciaria estudadas.
Os resultados do Steam Test mostram que nenhum dos tratamentos analisados, ao tempo
e ao tempo com molhagem e aeração, é eficiente, adotando-se o limite de 5% de
aceitação e período de realização do ensaio de 7 dias.
Palavras-chave: escória de aciaria LD, expansibilidade, tratamentos, Steam Test,
caracterização física e microestrutural.
1
Eng. Civil, mestranda do Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil da UFES; e-mail: giselelcr@gmail.com.
xxiii
CHARACTERIZATION AND EVALUATION OF THE
EXPANSIBILITY OF LD STEEL SLAGS NON TREATED AND
TREATED
Gisele Lopes Carreiro Rodrigues
2
ABSTRACT
The concern over the disposal of residues and the environmental is increasing in the
world. It is well known that great volume of residues, generated from the siderurgical
residues, are one of the main sources of ambient degradation. Some of these residues
have a good destination in the civil construction, such as the blast furnace slag, used in
cements’ manufacture. On the other hand, the use of the steel slag is not technically
consolidated in Brazil. To increase value to this industrial co-product, from the physical
and microstructural characterization and measurement of its expansive potential points
of vue, is one of the objectives of this work.
The steel slag has physical and mechanical characteristics similar to those of natural
granitic rocks, however its expansibility render it difficult be used. There are some
treatments, which can be applied to the steel slag, for accelerating the hydration
reactions and reducing the volumetric expansion of the steel slag during service life.
The evaluation of this potential expansibility of the steel slag is essential to determine
the effectiveness of the treatment.
The objective of this work is to characterize, physically and microstructurally as well as
to evaluate the potential expansion of the LD steel slag non-treated and treated
(submitted to weathering and weathering with water and aeration).
The physical characterization consists on determining granulometry, bulk density,
absorption, Los Angeles abrasion, crushing, unitary mass, compact unitary mass and
humidity. For microstructure characterization, the steel slag was submitted to chemical
analyses, scanning electron microscopy and X-rays diffraction. The steam test
procedure was used to evaluate the potential of expansion.
The results of the physical characterization indicate a favourable use of the tested LD
steel slags in pavements. Trough the microstructural characterization of the steel slag
samples, it was possible to identify volumetric unstable compounds.
The results of the Steam Test show that none of the analyzed treatments, by weathering
or by weathering with water and aeration, is efficient, if a limit of 5% of acceptance and
a period of accomplishment of the assay of 7 days are adopted.
Keywords: LD steel slag, expansibility, treatments, Steam Test, physical and
microstructural.
2
Civil Engineer, M. Sc. of PGEC/UFES; e-mail: gisele[email protected].
Cap. 1 - Introdução
1
1. INTRODUÇÃO
A geração de resíduos é um problema ambiental mundial. A indústria siderúrgica é, sem
dúvida, um dos contribuintes deste impacto ambiental, pois além de movimentar um
volume muito grande de matéria-prima e energia, gera uma enorme quantidade de
resíduos sólidos, entre eles, a escória de alto-forno e a escória de aciaria. No Brasil, as
24 usinas siderúrgicas produzem cerca de 31 milhões de tonelada de aço bruto por ano
(IBS, 2007), deste total são geradas, aproximadamente, 8,8 milhões de toneladas de
escória de alto-forno e 3,7 milhões de toneladas de escórias de aciaria
1
.
Há uma grande preocupação com a disposição destes resíduos em aterros, tanto por
parte das siderurgias como por parte da sociedade. O estoque e o manejo destes resíduos
ocupam cada vez mais área física, além de ter alto custo envolvido e inconvenientes
ecológicos. Então, surge a necessidade de pesquisar e conhecer melhor esses resíduos,
suas características e seu desempenho, nas aplicações delineadas.
A construção civil tem um grande potencial de consumo desses co-produtos
2
siderúrgicos, preservando, desta forma, alguns recursos naturais e firmando a idéia de
desenvolvimento sustentável. A escória de alto-forno já é bastante utilizada como
adição em cimentos e a escória de aciaria vem sendo aplicada na construção civil como
lastro ferroviário, base para estradas, entre outros.
Na Europa, e na maioria dos outros continentes, existe uma grande demanda por
agregados, principalmente para indústria da construção civil, em pavimentações e
estruturas de concreto e na engenharia hidráulica, para contenção de bancos de rios. A
Comunidade Européia declarou, no último estatuto, a necessidade de preservação de
recursos naturais, usando co-produtos industriais e de aumento da taxa de utilização
desses co-produtos com propriedades técnicas e ambientais adequados à sua aplicação
(MOTZ; GEISELER, 2001).
A escória de aciaria vem sendo utilizada com sucesso em diferentes países da Europa,
como material de pavimentação, como base e sub-base e em misturas betuminosas,
devido a suas excelentes propriedades técnicas. Há mais de 25 anos, pavimentações que
1
Considera-se a geração de 270kg escória de alto-forno por tonelada de ferro gusa produzido e 120kg de
escória de aciaria por tonelada de aço produzido (CASELATO, 2004).
2
Neste trabalho, conceitua-se co-produto como material que deixou de ser classificado como resíduo por
ter utilização técnica, econômica e ambiental viável. Sub-produto é o co-produto que já possui
valorização comercial.
Cap. 1 - Introdução
2
utilizaram escória de aciaria estão sendo monitoradas, para confirmar suas propriedades
(MOTZ; GEISELER, 2001).
Na Europa, cerca de 85% das escórias de aciaria LD são aproveitadas; destas, 45% na
engenharia civil, 17% na metalurgia, 16% como fertilizante e 10% como aterro
(GEISELER, 1996). Em 1998, a Alemanha utilizou cerca de 97% das escórias de aciaria
produzidas em construção de estradas (camadas superficiais, base e sub-base de
pavimentos com alto tráfego), aterros e em estruturas hidráulicas (MOTZ; GEISELER,
2001). Na América do Norte, grande parte das escórias siderúrgicas é utilizada como
agregado, em diferentes aplicações (SHI; QIAN, 2000).
A escória de aciaria, obtida da transformação do ferro gusa líquido em aço, possui
características físicas e mecânicas iguais ou superiores aos agregados naturais
(BALTAZAR, 2001). Porém, seu potencial expansivo e a falta de normalização
nacional para detectar sua estabilização têm prejudicado sua durabilidade e seu
desempenho.
O efeito dessas reações expansivas da escória de aciaria ocorre envolvendo certos
compostos presentes na escória, gerando tensões internas, que originam trincas e
resultam até na pulverização do material, numa expansão destrutiva. Dentre estes
compostos volumetricamente instáveis, o CaO e o MgO são os mais importantes e os
maiores responsáveis pela desintegração e enfraquecimento por diferença de volume
molar nas suas reações. Outro elemento que também contribui para expansão da escória
é o ferro metálico (ALEXANDRE et al., s.d; GEISELER; SCHLOSSER, 1988;
GEISELER; MOTZ, 1998; GUMIERI et al., 2000; MACHADO, 2000; SAHAY et al.,
2000; ÂNGULO et al., 2001).
Pesquisas mostram que tratamentos da escória de aciaria minimizam o efeito expansivo
desses elementos e asseguram sua adequada qualidade no respectivo campo de atuação
(GEISELER, 1996). Portanto, o tratamento para reduzir o potencial expansivo da
escória de aciaria, quando realizado de forma adequada e com critérios técnicos bem
definidos, viabiliza sua aplicação na pavimentação rodoviária.
O objetivo desta pesquisa é avaliar características das escórias de aciaria LD brasileiras
não tratadas e tratadas, ao tempo e ao tempo com molhagem e aeração, por meio da
caracterização física e microestrutural e, da avaliação do seu potencial de expansão,
visando sua utilização em bases e sub-bases de pavimentos.
Cap. 1 - Introdução
3
1.1 Justificativa
A falta de conhecimento das características das escórias de aciaria, principalmente do
seu potencial expansivo, e de critérios técnicos para detectar sua estabilização, aliada a
práticas inadequadas de aplicação, têm causado problemas de desempenho,
contribuindo para o aumento da discriminação e da desconfiança da sociedade quanto à
utilização das escórias de aciaria (PENA, 2004). Muitas vezes são utilizadas escórias de
aciaria sem qualquer tipo de tratamento, ou mesmo com tratamento inadequado, em
bases e sub-bases, causando vários tipos de manifestações patológicas no pavimento,
como fissuras radiais concêntricas, em forma de “pés-de-galinha” (Figura 1.1), e
fissuração longitudinal irregular (Figura 1.2) (GONTIJO, 2006).
Figura 1.1 – Exemplo de uso inadequado de escória de aciaria LD – “pés de galinha”
(MENDONÇA, 2006).
Figura 1.2 – Exemplo de uso inadequado de escória de aciaria –fissuração longitudinal
irregular em pátio de estacionamento (MENDONÇA, 2006)
Cap. 1 - Introdução
4
Dessa forma, para contornar o problema da utilização inadequada de escórias de aciaria,
faz-se necessária a definição de critérios técnicos e ensaios, para aceitação de lotes de
escória, que foram submetidos a algum tipo de tratamento, para garantir a qualidade de
aplicação do material.
Os tratamentos de redução da expansão das escórias de aciaria LD, utilizados no Brasil,
são ao tempo e ao tempo com molhagem e aeração diária. Já nas escórias de aciaria
EAF brasileiras, somente é realizado o tratamento ao tempo. Considerando que, as
escórias de aciaria mais geradas no Brasil são as LD, opta-se por estudar este tipo de
escória.
Para avaliar o potencial de expansão das escórias de aciaria, foi desenvolvido, na
Alemanha, um método, denominado Steam Test, que utiliza vapor d’água, para percolar
a amostra de escória de aciaria, tornando o ensaio rápido e eficiente. Este método é
normalizado na Europa (parte da norma prEN 1744-1/92 – Testes para propriedades
químicas de agregados – análises químicas) e tem sido usado como critério de aceitação
de escórias de aciaria para pavimentação, em diversos países europeus.
No Brasil, o método utilizado é uma adaptação feita pelo Departamento de Estradas de
Rodagem de Minas Gerais do PTM-130/78. Este método é citado na norma rodoviária
brasileira, DNER-EM 262/94, e específica a utilização de escória de aciaria para
pavimentos rodoviários. Neste ensaio, o corpo-de-prova compactado permanece 14 dias
numa estufa, sendo durante os primeiros 7 dias totalmente submerso, e os outros 7 dias
apenas saturado com água.
Considerando que, Oliveira (2006) avaliou a expansibilidade das escórias de aciaria LD
estudadas pelo método PTM 130/78 adaptado pelo DER/MG, faz-se necessário,
investigar o método de determinação do potencial de expansão Steam Test em escórias
de aciaria brasileiras, com o intuito de comparar os resultados desses métodos.
Neste contexto, esta pesquisa tem por objetivo estudar, experimentalmente, as
características físicas e microestruturais e o potencial de expansão de escórias de aciaria
LD não tratadas e tratadas, pelo método Steam Test.
Este estudo faz parte de projetos multidisciplinares que têm por objetivo o
desenvolvimento de mercado das escórias de aciaria, para fins de pavimentação. Esses
projetos contam com a participação de pesquisadores de diversas áreas reunidos no
NEXES (Núcleo de Excelência em Escórias Siderúrgicas). Um dos projetos é
Cap. 1 - Introdução
5
denominado AGSPAVI (Avaliação da expansibilidade e das tecnologias de tratamento
visando o desenvolvimento de mercado das escórias de aciaria para fins de
pavimentação), resultado de um convênio firmado entre o IBS (Instituto Brasileiro da
Siderurgia), a FINEP (Financiadora de Estudos e Projetos) e a UFES (Universidade
Federal do Espírito Santo). Já o outro, projeto PAVIAMB (Avaliação do custo,
avaliação ambiental e avaliação da resistência e durabilidade do pavimento construído
com escória de aciaria envelhecida), é resultado de convênio firmado entre CST
(Companhia Siderúrgica de Tubarão), FINEP (Financiadora de Estudos e Projetos) e
UFES (Universidade Federal do Espírito Santo).
1.2 Objetivos
Este trabalho tem como objetivo geral caracterizar as escórias de aciaria LD não
tratadas e tratadas, ao tempo e ao tempo com molhagem e aeração, e avaliar o potencial
de expansão, segundo o método Steam Test..
Os objetivos específicos desta pesquisa são:
9 realização de revisão bibliográfica sobre escória de aciaria, suas características
físicas e microestruturais, tratamentos para redução da sua expansibilidade e
métodos para determinação do seu potencial expansivo;
9 estudar tecnologia de viabilização, realização e avaliação do potencial de
expansão das escórias de aciaria LD, pelo ensaio a vapor, Steam Test, de acordo
com a norma européia EN 1744-1:1998;
9 implantar laboratório para realização do ensaio a vapor, Steam Test, no LEMAC
(Laboratório de Ensaios de Materiais de Construção) da UFES (Universidade
Federal do Espírito Santo), já que não há outros equipamentos no Brasil;
9 confirmar a influência do teor de óxido de magnésio no tempo de realização do
ensaio Steam Test;
9 realizar ensaios de caracterização física, caracterização microestrutural e
potencial de expansão nas escórias de aciaria LD.
Cap. 1 - Introdução
6
1.3 Alguns centros de referência e estudos em escória de aciaria
Existem algumas universidades brasileiras que desenvolvem estudos na área de
reciclagem de resíduos siderúrgicos, dentre eles a escória de aciaria. Na Universidade de
São Paulo, o PCC (Departamento de Engenharia de Construção Civil), na Universidade
Federal do Rio Grande do Sul, o Norie (Núcleo Orientado a Reciclagem e Inovação da
Edificação) e, na Universidade Federal do Espírito Santo, o NEXES (Núcleo de
Excelência em Escórias Siderúrgicas) são alguns destes centros de pesquisa.
No exterior, o NSA (National Slag Association) nos Estados Unidos, A FEhS, na
Alemanha, o CTPL (Centre Technique et de Promotion des Laitiers Siderurgiques ), na
França, a Euroslag, na Europa, a Nippon Slag Association, no Japão e a ASA
(Australian Slag Association), na Austrália, são algumas das associações e institutos que
pesquisam escória de aciaria.
O Quadro 1.1 mostra as linhas de pesquisas de alguns centros de referência que estudam
escória de aciaria.
Quadro 1.1 – Alguns centros de referência com suas respectivas linhas de pesquisas na
área de escória de aciaria.
Local Centro de referência Linha de pesquisa
PCC
USP
- Reciclagem de resíduos
Norie
UFRGS
- Desenvolvimento, utilização e análise do comportamento de
novos materiais, com ênfase em aspectos
ambientais de uso de resíduos
IPR
DNIT
CST
- Construção de pista de testes, para verificação do
comportamento ambiental e estrutural, com base construída
em três segmentos: brita, 100% de escória de aciaria LD com
redução de expansão e 80% de escória de aciaria LD com
redução de expansão e 20% de argila
Brasil
NEXES
UFES
- Avaliação da expansibilidade e das tecnologias de
tratamento das escórias de aciaria
- Avaliação ambiental, de custo, de resistência e durabilidade
do pavimento construído com escória de aciaria
- Avaliação de três métodos de ensaio para determinação do
potencial de expansão de escórias de aciaria para uso em
pavimentação
- Estudo experimental de compactação e expansão de escória
de aciaria LD para uso em pavimentação
-
Avaliação da expansibilidade da escória de aciaria LD
curada a vapor para utilização em peças de concreto para
pavimentação
- Avaliação do potencial expansivo de misturas de escórias de
aciaria LD com escórias de alto-forno
- Avaliação de metais e não-metais de escórias de aciaria
brasileiras
Cap. 1 - Introdução
7
Quadro 1.1 - Alguns centros de referência com suas respectivas linhas de pesquisas
na área de escória de aciaria - continuação
Local Centro de referência Linha de pesquisa
Estados
Unidos
NSA
Weast Virginia
University
- Uso de escória de aciaria como agregado na construção civil
- Utilização de escória de aciaria para correção de acidez no
solo
Alemanha FEhS
- Utilização de escória de aciaria como agregado para
concreto
- Estabilização volumétrica de escórias de aciaria
- Misturas de escórias de alto-forno e de aciaria
- Escória de aciaria em ambientes aquáticos
- Influência de agregados naturais e siderúrgicos em solos,
água, fauna e flora
Europa Euroslag
- Produção, processo e utilização de escórias de aciaria
- Escórias e as questões ambientais
Japão
Nippon Slag
Association
- Melhoria da qualidade e tecnologias de aplicação de escórias
de aciaria
Austrália ASA
- Utilização de escória de aciaria em pavimentações
- Utilização de escória de aciaria LD em asfaltos e superfícies
betuminosas
Inglaterra
University of Leeds
University of
Birmingham
- Utilização de escória de aciaria como agregado em misturas
betuminosas
- Uso de escória de aciaria para estabilização de solos ácidos
Finlândia University of Oulu
- Utilização de escória de aciaria em pavimentação
- Misturas de escória de aciaria LD com escória de alto-forno
França CTPL - Novas aplicações para escória de aciaria
1.4 Estrutura da dissertação
Para atingir o objetivo da pesquisa, foi realizada uma revisão bibliográfica com base em
artigos, periódicos, normas técnicas, anais de congressos, livros e pesquisas na Internet.
Com base nesta revisão, foram elaborados o capítulo 2, que expõe o processo de
geração da escória de aciaria e suas principais características e aplicações, o capítulo 3,
sobre tratamentos e métodos de estabilização da escória de aciaria, e o capítulo 4, que
descreve os métodos de avaliação do potencial de expansão das escórias de aciaria.
No capítulo 5 são apresentados os materiais, métodos e o projeto experimental. Esse
capítulo descreve a geração das escórias de aciaria utilizadas, os respectivos
tratamentos, a amostragem, a preparação das amostras e a descrição dos ensaios
realizados neste estudo.
No capítulo 6, os resultados, de caracterização física e microestrutural e de avaliação do
potencial expansivo das escórias de aciaria, são apresentados e discutidos.
Cap. 1 - Introdução
8
O capitulo 7 apresenta as conclusões desta pesquisa e sugestões para futuros trabalhos e
o capítulo 8 lista as referências bibliográficas utilizadas neste trabalho.
Cap. 2 - Escória de Aciaria
9
2
2
.
.
ESCÓRIA DE ACIARIA
2.1 Introdução
A escória de aciaria, co-produto siderúrgico, é obtida na etapa de redução do ferro, seja
na forma de gusa líquido ou na forma de ferro esponja, e possui características físicas e
mecânicas tão boas quanto as das rochas graníticas. Porém, a escória possui um alto
potencial expansivo, que limita sua utilização. Com o intuito de reduzir o efeito dessas
reações expansivas, frente à sua utilização, foram desenvolvidos tratamentos que,
aplicados à escória de aciaria, viabilizam seu uso.
Este item tem por objetivo expor o processo de geração da escória de aciaria LD, suas
principais características e aplicações. Será discutido o caminho da escória de aciaria
desde a sua geração até a estocagem, serão exemplificadas algumas aplicações que
podem ser dadas à escória de aciaria. Também serão abordadas, neste capítulo, as
características físicas e mineralógicas da escória de aciaria. Para melhor compreensão
da expansibilidade da escória de aciaria, este capítulo definirá os efeitos dos principais
compostos volumetricamente instáveis contidos na escória.
2.2 Geração da escória de aciaria LD
As usinas siderúrgicas atuais podem ser divididas em dois grandes grupos: usinas
integradas e usinas semi-integradas. Usina integrada é aquela em que o aço é obtido a
partir do ferro primário, isto é, a matéria-prima é o minério de ferro, que é transformado
em ferro na própria usina, nos altos-fornos. Já a usina semi-integrada é aquela cujo aço
é obtido a partir do ferro secundário, ou seja, a matéria-prima é a sucata do aço, não
havendo necessidade da etapa de redução do minério de ferro (Figura 2.1) (GENTILE;
MOURÃO, 2006).
Cap. 2 - Escória de Aciaria
10
Figura 2.1 – Fluxograma de produção de usina semi-integrada e integrada (IBS, 2006)
Em usinas integradas, o minério de ferro é reduzido a ferro metálico, nos alto-fornos. O
alto-forno é um equipamento que recebe sinter de minério de ferro, coque e ar aquecido,
e, produz: ferro gusa líquido, escória, denominada de alto-forno, e um gás. O ferro gusa,
antes de ir para a aciaria, sofre pré-tratamentos específicos, como de dissiliciação,
desfosforação e dessulfuração, para minimizar o efeito do Si, do P e do S (GENTILE;
MOURÃO, 2006). Estes pré-tratamentos geram escórias que provavelmente são
misturadas às escórias de aciaria.
A aciaria é o setor da usina onde é realizado refino primário do ferro gusa líquido,
obtendo-se o aço. O processo mais utilizado nas usinas integradas é a conversão do gusa
no processo LD (LD – Linz-Donawitz ou BOF – Blast Oxygen Furnace) (GENTILE;
MOURÃO, 2006). No processo de fabricação do aço LD, adiciona-se ao forno
primeiramente a sucata, depois, o ferro gusa líquido e, em seguida, é lançado um jato de
oxigênio gasoso a alta velocidade, acima da velocidade do som (Figura 2.2) (ARAÚJO,
1997; GENTILE; MOURÃO, 2006). Depois de fundido o metal, no conversor, são
adicionadas cal virgem calcítica e dolomítica. Para a eliminação de elementos
indesejáveis no aço, como carbono, silício e fósforo são usados oxigênio e cal calcítica
e, para proteção do revestimento refratário do forno é utilizada a cal dolomítica.
Cap. 2 - Escória de Aciaria
11
Finalmente, o aço e a escória de aciaria LD são gerados. Como o aço possui densidade
duas vezes maior que a escória líquida, eles ficam separados (MASUERO et al., 2004).
Figura 2.2 – Detalhe do conversor a oxigênio (CST, 2005).
A escória de aciaria, que é mais leve, flutua sobre o aço liquido e é escoada e conduzida
às baias de resfriamento. Em algumas siderúrgicas, há planta de beneficiamento, em que
a escória é britada e separada granulometricamente, além de realizada a separação
metálica.
Depois da aciaria, o aço segue para o refino secundário, onde também é gerada escória
e, provavelmente, também é misturada à escória de aciaria.
Nas usinas semi-integradas, há uma redução direta do ferro, em que, a redução do
minério de ferro a ferro metálico é efetuada sem que ocorra, em nenhuma fase do
processo, a fusão da carga do reator. Dessa forma, o produto metálico é obtido na fase
sólida, chamado ferro esponja. Em geral o ferro esponja é usado em fornos elétricos
(EAF – Eletric Arc Furnace), para obtenção do aço.
Estes dois tipos de usinas, integradas e semi-integradas, geram escórias de aciaria
distintas, escória de aciaria LD e escória de aciaria EAF. Este trabalho se refere à
escória de aciaria LD.
2.2.1 Transporte, resfriamento e beneficiamento da escória de aciaria
A escória líquida, ou parcialmente solidificada, é conduzida, através de vagões ou potes
carrier, para os pátios de resfriamento, lançada em baias (Figura 2.3) e resfriada. Este
Cap. 2 - Escória de Aciaria
12
resfriamento pode ser por aspersão de água (Figura 2.4 a), por jatos de água (Figura 2.4
b) ou ao ar.
(a)
(b)
Figura
2.3– Transporte da escória para as baias de resfriamento: (a) em vagão (PENA,
2004); (b) em pote carrier (SOUZA; POLESE, 2003).
(a)
(b)
Figura
2.4 – Processos de resfriamento da escória: (a) por aspersão de água (PENA,
2004); (b) por jato de água (SOUZA; POLESE, 2003).
Em seguida, é feita a fragmentação da escória que ocorre com a ajuda de um guindaste.
Nesta etapa é também realizada a separação de grandes placas metálicas, usando um
eletro-imã (Figura 2.5 a), sendo que, parte destes metais voltam para o processo de
fabricação do aço, como sucata. Na próxima etapa, a escória vai para uma planta de
beneficiamento (Figura 2.5 b), onde é britada, separada granulometricamente e feita
nova separação metálica. Este material metálico pode ser reutilizado no processo, como
sucata, ou pode ser vendido para diversos fins. Nem todas as siderúrgicas possuem
plantas de beneficiamento.
Cap. 2 - Escória de Aciaria
13
(a)
(b)
Figura 2.5 – (a) Separação de grandes placas metálicas da escória de aciaria por eletro-
ímã. (b) Planta de britagem e separação magnética e granulométrica da escória de
aciaria (SOUZA; POLESE, 2003).
2.3 Aplicações
As escórias de aciaria são muito utilizadas na engenharia civil, em lastros ferroviários
(Figura 2.6 a), na produção de revestimento asfáltico (em conjunto com a escória de
alto-forno), na produção de drenos, canaletas e pavimentos pré-moldados de concreto,
na proteção de taludes (Figura 2.6 b), na construção de estacionamentos, aterros (Figura
2.7 a), pátios industriais, como base e sub-base de pavimentações (Figura 2.7 b), em
pavimentos de estradas vicinais e como fertilizantes agrícolas.
(a)
(b)
Figura
2.6 – Exemplos de aplicações de escória de aciaria LD: (a) lastro ferroviário e (b)
proteção de taludes – gabiões (PENA, 2004).
Cap. 2 - Escória de Aciaria
14
(a)
(b)
Figura
2.7 – Outros exemplos de aplicações de escória de aciaria LD: (a) obra de aterro e
(b) pátio industrial (PENA, 2004).
Outras aplicações da escória de aciaria podem ser identificadas, como, por exemplo,
sendo fonte de ferro na produção do cimento Portland férrico, em virtude do seu alto
teor de ferro (GEYER et al., 1996). Na China, há mais de duas décadas é usado um
cimento especial composto de escória de aciaria LD, escória de alto-forno, clínker de
cimento Portland, gesso e aditivos. Este cimento de escória possui boa durabilidade
comparada com cimento Portland comum (DONGXUE et al., 1997).
Na Alemanha são geradas 5,61 milhões de toneladas de escória e, deste total, 70% são
aplicados na construção civil, em pavimentações, aterros e estruturas hidráulicas, 12,6%
são reciclados, 6% são usados como fertilizante e, apenas, 11,4% vão para um depósito
final (MERKEL, 2000).
No Brasil, existem alguns casos de sucesso na utilização de escória de aciaria em
pavimentação. Um exemplo, é um trecho da BR-101 norte, nas proximidades do
aeroporto de Vitória – ES. Porém, também existem casos de aplicações mal sucedidas,
como o estacionamento do Vitória Apart Hospital, em Vitória-ES. A causa destas
aplicações mal sucedidas é a falta de orientação adequada e os critérios técnicos na
utilização de escória de aciaria (PENA, 2004).
O Quadro 2.1 apresenta algumas das aplicações da escória de aciaria com suas
vantagens e limitações.
Cap. 2 - Escória de Aciaria
15
Quadro 2.1– Principais aplicações de escória de aciaria*
Aplicação Vantagens da escória Limitações uso da escória
Agregado para
pavimentação
- Maior durabilidade e dureza;
- Melhor resistência à derrapagem (para utilização em
camada asfáltica);
- Maior massa unitária;
- Possibilidade de execução de camadas mais finas
(5%);
- Maior resistência ao desgaste;
- Maior capacidade de sustentar altas cargas;
- Melhor forma dos grãos;
- Melhor consistência e adesividade (misturas
asfálticas);
- Alta resistência à abrasão e ao polimento.
- Potencial de expansão**;
- Maior possibilidade de formação de
tufa***;
- Elevada fissuração e lixiviação
superficial.
Lastro para
ferrovias
- Maior resistência ao desgaste e à abrasão;
- Massa específica relativamente alta;
- Melhor comportamento do lastro, quanto ao
movimento lateral;
- Melhor ajustamento dos dormentes;
- Melhor intertravamento entre os grãos, devido à sua
rugosidade;
- Estrutura vesicular proporciona
melhor drenagem.
- Não divulgado.
Contenção e
estabilização de
encostas
- Massa específica relativamente alta;
- Melhor drenagem;
- Cimentação natural propicia comportamento
estrutural semelhante ao de estruturas rígidas.
- Não divulgado.
Corretivo de Solos
- Alto teor calcário;
- Liberação lenta de CaO;
- Teor de P
2
O
5
solúvel, aumentando o crescimento do
vegetal.
- Presença de álcalis e chumbo;
- Maior custo de moagem.
* Alexandre et al. (s.d.); Oseki (s.d.); Alexandre e Raguin (1984); Anderson (1984); Emery (1984);
Hirano (1984); Mass (1984); Ledezma et al. (1992); Afrani et al. (1995); Farrand e Emery (1995); Motz e
Geiseler (1998); Little e Setepla (1999); Gumieri (2000); Merkel (2000); Thomas (2000); Rex (2000);
Robinson (2000); Sahay et al. (2000); Geyer (2001); Motz e Geiseler (2001); Côrrea et al. (2002); Sbrighi
e Battagin (2002); Beshr et al. (2003); Maslehuddin et al. (2003); Pena (2004).
** Exige o tratamento da escória de aciaria, para eliminar a presença de CaO e MgO livre.
** Originada da carbonatação da cal livre lixiviada, resultando numa massa porosa e pouco resistente que
provoca o entupimento do sistema de drenagem (PENA, 2004)
.
Cap. 2 - Escória de Aciaria
16
É importante definir as camadas de uma pavimentação, para melhor entendimento das
aplicações da escória de aciaria. Uma seção transversal típica de um pavimento é
composta por um subleito, uma regularização do subleito, um reforço do subleito, uma
sub-base, uma base e um revestimento (Figura 2.8). O Quadro 2.2 define cada uma
destas camadas (SENÇO, 1997).
Figura 2.8 – Seção transversal típica de um pavimento (SENÇO, 1997).
Quadro 2.2 – Camadas de um pavimento (SENÇO, 1997).
Camada Características
Subleito Terreno de fundação do pavimento, com aproximadamente 1 a 1,5 metros de
profundidade.
Regularização do
subleito
Destinada a conformar o subleito, transversal e longitudinalmente, com o
projeto e deve ser executada, sempre que possível, em aterro.
Reforço do subleito Camada de espessura constante, com características tecnológicas superiores às
da regularização e inferiores às da sub-base.
Sub-base Camada complementar à base, quando, por circunstâncias técnicas e
econômicas, não for aconselhável construir a base diretamente sobre a
regularização ou reforço do subleito. O material constituinte da sub-base
deverá ter características tecnológicas superiores às do material de reforço.
Base Camada destinada a resistir aos esforços verticais oriundos do tráfego e
distribuí-los.
Revestimento Também chamado de capa de rolamento, é uma camada, tanto quanto possível
impermeável, que recebe diretamente a ação do tráfego e se destina a melhorar
a superfície de rolamento, quanto às condições de conforto e segurança, além
de resistir ao desgaste.
Cap. 2 - Escória de Aciaria
17
O pavimento pode ser considerado composto de base e revestimento, sendo que a base
poderá ou não ser complementada pela sub-base e pelo reforço do subleito (SENÇO,
1997).
2.4 Características físicas das escórias de aciaria
As propriedades físicas das escórias de aciaria são de extrema importância e têm sido
estudadas e comparadas com agregados naturais e com as especificações definidas para
materiais para pavimentação. O Quadro 2.3 mostra uma comparação de algumas
propriedades e características físicas de materiais típicos da Alemanha e de escória de
aciaria LD. Pode-se concluir, a partir desse quadro, que as escórias de aciaria podem ser
processadas para gerar agregado de alta resistência (ALEXANDRE et al., s.d.;
GEISELER, 1996).
As escórias de aciaria foram testadas como agregados asfálticos de alta resistência por
muito anos. Seu alto desempenho em asfaltos, em relação à resistência mecânica, pode
ser provado, tanto em climas quentes, como o de Singapura, quanto em climas frios,
como o da Scandinavia. Os critérios de projetos tem sido feitos para o melhor uso dos
agregados disponíveis, não o inverso (FEATHERSTONE; HOLLIDAY, 1998 ).
Quadro 2.3 – Comparação entre escória de aciaria, basalto e granito (GEISELER, 1996).
Tipo de Agregado
Características
Escória LD Basalto Granito
Massa específica dos sólidos (Bulk density) (g/cm³) 3,1 – 3,7 2,8 – 3,1 2,6 –2,8
Determinação da resistência ao impacto em agregados
britados (Resistance to impact determined on crushed
aggregates) (8-12 mm)
(% massa)
10 – 26 9 - 20 12 – 27
Absorção de água (Absortion of water) (% massa) 0,2 – 1,0 <0,5 0,3 – 1,2*
Resistência ao congelamento e degelo (Freeze/thaw
resistance
spalling < 5mm) ( % massa)
≤1,0 ≤1,0
0,8 – 2,0*
Abrasão Los Angeles (Los Angeles Test
Test aggregate particle size 8/12 mm)
(% massa)
9 – 18 ...... 15 – 20
Valor de polimento de rocha (Polished Stone Value)
(PSV)
54 – 57 45 -55 45 – 55
Resistência à britagem (Crushing Strength) (N/mm²) >100 >250 >120*
*Valores médios de um local específico na Alemanha.
Cap. 2 - Escória de Aciaria
18
A base é a mais importante camada estrutural de uma pavimentação. Os agregados
podem ser rocha britada, pedregulho ou escória. Existem muitos parâmetros de projeto,
incluindo: localização geográfica da estrada, materiais disponíveis, carregamento de
tráfego projetado durante a vida útil da estrada, entre outros.
Requisitos específicos têm sido desenvolvidos no Brasil, para aplicações particulares de
escória de aciaria. No caso de camadas de pavimentos, o DNER (DNER-EM 262, 1994)
apresenta requisitos para aceitação do produto (Quadro 2.4).
Quadro 2.4 - Limites específicos de aceitação de escória de aciaria a ser utilizada em
camadas de pavimentos (DNER-EM 262, 1994).
Ensaio Limites
Absorção de água (%) 1 – 2
Massa específica (g/cm
3
) 3 – 3,5
Massa unitária (kg/dm
3
) 1,5 – 1,7
Abrasão Los Angeles (%)
≤ 25
Durabilidade ao sulfato de sódio (%) 0 – 5
A Multiserv, uma empresa brasileira prestadora de serviços para a indústria metalúrgica,
cita algumas características das escórias de aciaria, produto originado dos processos de
fabricação do gusa e refino do aço (MULTISERV, s.d.):
• elevada resistência mecânica, aliada a uma textura rugosa e uma morfologia de
alta cubicidade;
• estrutura física caracterizada por uma elevada densidade e porosidade acentuada;
• coloração predominantemente cinza clara;
• elevada resistência a variações climáticas;
• alta estabilidade com longa durabilidade (vida útil) para todas as aplicações;
• inexistência de material orgânico em sua composição;
• elevada resistência à abrasão (desgaste);
• intertravamento automático, produzindo uma superfície estável (excelente
resistência à tração), em virtude de seu formato cúbico.
A principal questão que existe, quanto à utilização da escória de aciaria LD como um
agregado de base e sub-base de pavimentação e aterro, é a possibilidade de expansão. O
Cap. 2 - Escória de Aciaria
19
efeito do somatório das contribuições das reações expansivas existentes resulta na
expansão da escória de aciaria, impossibilitando, em princípio, a sua utilização
(SBRIGHI; BATTAGIN, 2002).
Estas reações expansivas, que ocorrem envolvendo certos compostos presentes na
escória de aciaria, geram tensões internas que originam trincas e resultam até na
pulverização do material. Dentre estes compostos volumetricamente instáveis, o CaO e
o MgO são os mais importantes e maiores responsáveis pela desintegração e
enfraquecimento, por diferença de volume molar nas suas reações (ALEXANDRE et
al., s.d; GEISELER; SCHLOSSER, 1988; GEISELER; MOTZ, 1998; GUMIERI et al.,
2000; MACHADO, 2000; SAHAY et al., 2000; ÂNGULO et al., 2001).
2.5 Características mineralógicas das escórias de aciaria
A composição química da escória de aciaria é altamente variável, logo sua composição
mineralógica também será muito variável. Os minerais comuns nas escórias de aciaria
são olivina, merwinite, C
3
S, C
2
S, C
4
AF, C
2
F, fase RO (solução sólida de CaO, FeO,
MnO e MgO) e óxido de cálcio livre (SHI; QIAN, 2000).
As principais fases minerais da escória de aciaria LD são disilicato de cálcio, diferrita
de cálcio e wustita. A determinação dos teores de CaO e MgO livre é extremamente
importante devido ao potencial de expansão destes compostos (GEISELER, 1996).
A análise química, a difração de raios X, a termogravimetria, a análise térmica
diferencial, a microscopia eletrônica de varredura e métodos do etileno glicol e do
acetato de amônia são algumas das técnicas usadas para a caracterização da
microestrutura da escória de aciaria (RIBAS SILVA, 2003).
A composição química é dada pela análise química centesimal. A difração de raios X
permite a identificação dos compostos cristalizados (inclusive as formas alotrópicas),
presentes na amostra analisada (RIBAS SILVA, 2003).
A identificação das fases cristalinas e amorfas é feita através das análises térmicas. Os
métodos etileno glicol e acetato de amônia identificam o teor de CaO livre, e o segundo
também identifica o MgO livre (RIBAS SILVA, 2003).
As técnicas mais utilizadas são análise química centesimal e a difração de raios X.
Alguns autores também aplicam as análises térmicas (diferencial e termogravimétrica) e
Cap. 2 - Escória de Aciaria
20
a microscopia eletrônica de varredura. O método do etileno glicol é utilizado por quase
todos os autores para determinação do teor de CaO livre (RIBAS SILVA, 2003).
2.5.1 Composição química das escórias de aciaria
A escória de aciaria é um resíduo da produção do aço e é composto por silicatos e
óxidos de elementos não desejados na composição química do aço (ALTUN; YILMAZ,
2002). Alguns dos fatores que podem influenciar sua composição química são: matéria-
prima utilizada, processo de produção, revestimento do conversor, tipo de aço
produzido, forma de resfriamento da escória e sua armazenagem.
A composição química da escória de aciaria é resultante da combinação de elementos
escorificantes com os elementos a serem retirados do ferro gusa e da sucata metálica,
ocasionalmente matéria-prima na fabricação do aço. Silicatos de cálcio e ferritas
combinadas com óxidos de ferro fundido, alumínio, manganês, cálcio e magnésio, além
de outras espécies químicas que aparecem em menor escala, são alguns dos produtos
resultantes desta combinação (PENA, 2004).
A formação da escória de aciaria LD envolve, principalmente, as reações de oxidação
de Si, Mn e Fe e a dissolução da cal. Outros componentes são: Al
2
O
3
, Cr
2
, O
3
e TiO
2
,
etc., provenientes das adições de elementos secundários da carga metálica, MgO
proveniente do desgaste dos refratários ou de adições, CaF
2
proveniente da fluorita
adicionada e P
2
O
5
e S das reações de desfosforação e dessulfuração
(MALYNOWSKYJ, 2006).
No processo de fabricação, a escória de aciaria é formada, no início do sopro do
oxigênio, por elevado teores de FeO e SiO
2
e os teores de CaO aumentam, à medida que
este é dissolvido na escória líquida (MACHADO, 2000).
O tipo de fundente utilizado, que poder ser cal virgem ou cal dolomítica
1
, é um dos
principais responsáveis pelas diferenças observadas na composição química das escórias
de aciaria LD (MURPHY et al., 1997). O tipo de fundente influencia também a
quantidade de óxido de magnésio presente na escória de aciaria, classificando-as em
escórias de baixo ou alto teor de MgO.
1
A escória de aciaria produzida a partir da cal dolomítica tende a possuir maior teor de MgO.
Cap. 2 - Escória de Aciaria
21
A composição química das escórias de aciaria LD, das diversas siderúrgicas brasileiras,
é mostrada no Quadro 2.5. Já o Quadro 2.6 mostra as composições químicas das
escórias de aciaria LD, publicadas por diversos pesquisadores internacionais.
Quadro 2.5 - Composição química da escória de aciaria LD (IBS, 1999).
Composição química da escória de aciaria (%)
Usinas
CaO MgO Al
2
O
3
SiO
2
MnO Fe/t S
P
2
O
5
CST 45.2 5.5 0.8 12.2 7.1 18.8 0.07 2.75
ACESITA 44.81 7.32 2.42 15.47 2.09 14.06 0.06 1.18
BELGO MINEIRA
(
Monlevade
)
47.0 8.0 1.5 15.0 3.0 19.0
USIMINAS 41.4 6.2 1.4 11.0 6.3 22.0 1.8
AÇOMINAS 45.58 9.48 0.75 12.01 6.59 16.71 2.23
GERDAU – COCAIS 36.2 12.5 0.93 15.4 5.8 21.0 0.04 1.01
MANNESMANN 43.0 7.0 0.8 15.0 3.0 22.0 0.2 1.6
CSN 35.0 6.0 4.0 15.0 3.5 19.7 0.34 0.7
COSIPA 38.69 9.76 1.29 11.17 6.42 22.29 0.06 1.44
GERDAU – PAINS (EOF) 38-45 8-12 2-2.5 13-18 3-5 21-28 1.5-2.5
Quadro 2.6 - Composição química da escória de aciaria LD.
Autor CaO MgO
Al
2
O
3
SiO
2
MnO
Fe total
S
P
2
O
5
1 MURPHY et al., 1997
35
11,5 3,6 18 6,5 - - -
2 MOTZ; GEISELER, 2001 45 - 55 <3 < 3 12 – 18 < 5 18 - < 2
3 MOTZ; GEISELER, 2001 42 - 50 5 – 8 < 3 12 – 15 < 5 15 – 20 - < 2
4 GEISELER, 1999 48 - 54 1 – 4 1 - 4 11 – 18 1 - 4 14 – 19 - -
5 NSA, s.d. 42 8 5 15 5 24 0,08 0,8
6
GEORGE;
SORRENTINO, 1980
47 6 1 13 5 25
<
0,1
2
7 FILEV, 2002 44,3 6,4 1,5 13,8 5,3 17,5 0,07 -
8 LITTLE; SETEPLA, 1999 36 - 46
5,5 –
12,5
0,8 - 4 11 – 15,5 - 14 - 22 - -
Cap. 2 - Escória de Aciaria
22
2.6 Expansibilidade das escórias de aciaria
A utilização da escória de aciaria, como agregado, é limitada pelos efeitos de suas
reações expansivas. Estas reações envolvem determinados compostos presentes na
escória, e geram tensões internas que resultam em trincas e pode até chegar à
pulverização do material. Os compostos volumetricamente instáveis mais importantes,
maiores responsáveis pela desintegração e enfraquecimento por diferença de volume
molar nas suas reações, são o CaO e o MgO. O ferro metálico e as transformações
alotrópicas do silicato dicálcico são outros fatores que contribuem para expansão da
escória, porém, em menores proporções (ALEXANDRE et al., s.d; GEISELER;
SCHLOSSER, 1988; GEISELER; MOTZ, 1998; GUMIERI et al., 2000; MACHADO,
2000; SAHAY et al., 2000; ÂNGULO et al., 2001).
Nas transformações por hidratação, por carbonatação e por oxidação ocorre um
acréscimo de volume, em relação às dimensões originais do cristal, e resulta na
expansão destrutiva da escória de aciaria (Quadro 2.7) (MACHADO, 2000).
Quadro 2.7 - Características das espécies químicas isoladas antes e após a hidratação
(WEAST, 1971)
Fórmula Nome
Densidade
(g/cm
3
)
M.mol (g/mol)
Vol.Molar
(cm
3
/mol)
Variação de
volume (%)
a
MgO Periclásio 3,58 40,31 11,26 0*
Mg(OH)
2
Brucita 2,36 58,33 24,72 119,5*
CaO Cal 3,38 56,08 16,59 0**
Ca(OH)
2
Portlandita 2,24 74,09 33,08 99,4**
Calcita 2,93 100,09 34,16 105,9**
Aragonita 2,71 100,09 36,93 122,6**
Fe
0
Ferro (metálico) 7,86 55,85 7,11 0***
FeO Wüstita 5,7 71,85 12,61 77,4***
Fe
2
O
3
Hematita 5,24 159,69 30,48 328,7***
Fe(OH)
2
Hidróxido de Fe 3,4 89,86 26,43 271,7***
FeO(OH) Goetita 4,28 88,85 20,76 192***
a
Valores calculados a partir do volume e da densidade absoluta das espécies químicas isoladas.
64,25 287,3**
CaCO
3
Dolomita 2,87 184,41
CaMg(CO
3
)
2
* Variação de volume em relação ao MgO. ** Variação de volume em relação ao CaO. *** Variação
de volume em relação ao Fe
0
.
Cap. 2 - Escória de Aciaria
23
O maior responsável pela expansibilidade da escória de aciaria, principalmente a baixas
idades, é o óxido de cálcio, com teores que variam de 35 a 55%. O óxido de cálcio é
gerado no final do processo do refino do aço, quando parte da cal e do magnésio,
presentes na escória, precipitam, ao ultrapassar os limites da solubilidade da escória
fundida. Este processo justifica o alto teor de CaO e MgO expansivos presentes na
escória (MAAS, 1984; TOSTICARELLI et al., 1985; MACHADO, 2000; FILEV, 2002;
SBRIGHI; BATTAGIN, 2002).
2.6.1 Efeito do CaO
Parte da cal virgem, empregada para retirar e neutralizar os elementos fósforo, enxofre e
silício, no processo de refino do ferro gusa para a produção de aço, é retida pela escória
de aciaria. Ao reagir com água, este óxido de cálcio livre da escória forma compostos
volumetricamente menores, porém, suas partículas hidratadas crescem em uma
orientação preferencial, produzindo pressão ao seu redor, causando, assim, o fenômeno
de expansão (AMARAL, 1999).
O CaO pode ser encontrado nas formas livre ou combinada, de silicatos ou em solução
sólida. A hidratação da cal livre, formando o hidróxido de cálcio [Ca(OH)
2
] (Equação
2.1), é a primeira reação de hidratação da cal livre a ocorrer na escória de aciaria, o que
provoca um aumento no volume molar de 99% e na superfície do cristal de 54%
(WEAST, 1971; SCANDIUZZI; ANDRIOLO, 1986; SBRIGHI; BATTAGIN, 2002). O
CaO livre presente na escória de aciaria é o composto que desenvolve maior expansão e
alcança teores de até 7% do total de CaO encontrado na escória. O restante de CaO está
combinado na forma de silicatos ou em solução sólida com, principalmente, o Mn, o Fe
e o Mg (GEISELER; SCHLOSSER, 1988; MACHADO, 2000; SAHAY et al., 2000). A
variação de volume, em alguns casos, leva à pulverização do material, devido às tensões
criadas pelas diferenças de volume molar (WEAST, 1971; CINCOTTO, 1977).
CaO
(s)
+ H
2
O
(l)
→ Ca(OH)
2
(s)
Equação 2.1
A cal livre é dividida em residual e precipitada. A cal livre residual, relacionada com o
consumo do refratário e o grau de desfosforação, pode ser esponjosa (grãos de 6µm a
50µm) ou granular (3µm a 10µm). Já a cal livre precipitada, que aparece durante o
resfriamento e solidificação da escória, se divide na cal agregada ao C
2
F (< 4µm), e na
cal livre precipitada no interior dos cristais de C
3
S (< 4µm) (MASUERO et al., 2004).
Cap. 2 - Escória de Aciaria
24
A cal livre residual esponjosa é constituída de cristais indefinidos, com forma
frequentemente irregular, que formam parte da matriz da escória, ocorrendo
intersticialmente às fases primárias, especialmente ao C
2
S. A cal livre residual granular
apresenta um contorno mais suave, indicando dissolução e normalmente são livres de
microinclusões (MASUERO et al., 2004).
Outra forma de cal livre, que se hidrata facilmente, é a proveniente de fragmentos não
dissolvidos (GEISELER; SCHLOSSER, 1988; MACHADO, 2000; SAHAY et al.,
2000).
A hidratação mais importante e mais significativa, dentre todas estas citadas, é a da cal
livre esponjosa, cujo tamanho dos grãos pode chegar a 50µm (ALEXANDRE et al., s.d;
GEISELER; SCHLOSSER, 1988).
Fatores como teor e tipo de cal livre presente, umidade, teor de CO
2
, temperatura e
tamanho dos grãos podem influenciar a expansão da escória de aciaria (GEYER, 2001).
A temperatura na qual a cal livre é preparada influencia na sua reatividade. Quando a
cal é submetida a temperaturas menores que 1000ºC, esta reage instantaneamente com a
água, mas, se a cal for submetida a temperaturas maiores que 1000ºC, esta leva um
tempo maior para hidratar-se, pois se formam cristais densos e compactos, que possuem
menor superfície específica para reagir com a água (AMARAL, 1999).
A hidratação do CaO aumenta à medida em que há uma redução na granulometria dos
grãos, logo haverá uma maior expansibilidade. Além disto, as frações menores que 8
µm apresentam maiores teores de cálcio e menores teores de ferro, quando comparadas
às frações mais grossas (AZEVEDO, 2001; GEYER, 2001).
A formação de CaCO
3
, por carbonatação (Equação 2.2), e dolomita (CaCO
3
.
MgCO
3
)
ocorrem em menor escala, mas geram um aumento de volume de 105,9% a 122,6% e
287,3%, respectivamente (WEAST,1971).
CaO + CO
2
→ CaCO
3
Equação 2.2
Para determinação do teor de CaO contido na escória de aciaria é muito utilizado o
método do etileno glicol, porém este método não diferencia a cal hidratada da livre,
limitando desta forma sua utilização (GEISELER; MOTZ, 1998; MOTZ; GEISELER,
2001). Recomenda-se usar esse método apenas de forma complementar, pois existem
Cap. 2 - Escória de Aciaria
25
outros compostos que também contribuem para a expansão do material, principalmente,
quando a escória possui alto teor de MgO.
2.6.2 Efeito do MgO
A origem do MgO, contido na escória de aciaria LD, está no uso de dolomita no forno,
para minimizar o desgaste do revestimento refratário (DRISSEN et al., 1984;
MACHADO, 2000; SBRIGHI; BATTAGIN, 2002). O óxido de magnésio pode existir
sob três formas diferentes na escória de aciaria: quimicamente combinado [monticelita
(CaO
.
MgO
.
SiO
2
) e merwinita (3CaO
.
MgO
.
SiO
2
)]; não-combinado ou livre ou reativo
(periclásio); e também em solução sólida (fase RO
2
da escória de aciaria), podendo
chegar a um teor total de 10% na escória de aciaria (SHOUSUN, 1980).
Nas escórias de aciaria LD, a forma mais freqüente de óxido de magnésio é em solução
sólida, composta de FeO e MnO e chamadas de magnésio-wustita, já a forma de
periclásio é mais rara. Porém, o MgO apresenta maior expansão sob a forma de
periclásio (GEISELER; SCHLOSSER, 1988; MONTGOMERY; WANG, 1991).
A dissolução incompleta da dolomita, durante o refino, é a principal forma de geração
do óxido de magnésio livre. Entretanto, o periclásio normalmente se forma quando
existem teores maiores que 3% de MgO total na escória, o que ocorre na maior parte das
aciarias.
Na forma de monticelita ou merwinita, o MgO é vítreo e quimicamente estável. Já o
periclásio é um composto cristalino na forma livre ou reativa. A Equação 2.3 mostra a
hidratação do MgO na forma de periclásio, que forma a brucita ou hidróxido de
magnésio, um composto que tem variação de volume de 119,5% em relação ao MgO
(WEAST, 1971; COUTINHO, 1973; SCANDIUZZI; ANDRIOLO, 1986; MACHADO,
2000; SBRIGHI; BATTAGIN, 2002).
MgO
(s)
+ H
2
O
(g,l)
→ Mg(OH)
2(s)
Equação 2.3
Como o periclásio se hidrata lentamente, suas reações de expansão, na escória de
aciaria, acontecem a longo prazo, ao contrário da instabilidade ocasionada pelo
hidróxido de cálcio livre. A hidratação com a água não é imediata, já que o periclásio
2
A fase RO da escória de aciaria é composta de óxidos de ferro, manganês e magnésio, onde o MgO se
encontra em solução sólida (YUJI, 1986; SAHAY et al., 2000);
Cap. 2 - Escória de Aciaria
26
encontra-se na forma cristalina. Assim, a água leva muito tempo para atuar sobre o
cristal (semanas, meses ou anos, conforme o grau de cristalização) (COUTINHO,
1973).
A Figura 2.9 mostra a formação do MgO em solução sólida, em que o FeO e o MnO
criam uma coroa protetora ao redor do MgO, dificultando ou mesmo impedindo o seu
contato com a água. Logo, a expansão por hidratação deste tipo de MgO não existe.
Além do MgO, FeO e MnO, quando são altos os teores de CaO na escória, pode existir
CaO nesta formação (SHOUSUN, 1980; GEISELER; SCHLOSSER, 1988).
Figura 2.9- O MgO em solução sólida (GEISELER; SCHLOSSER, 1988)
Fatores como o teor e a espécie de MgO na escória, a umidade, a temperatura, o teor de
CO
2
e o tamanho dos grãos, a exemplo do que ocorre com o CaO, também influenciam
a expansão devido ao óxido de magnésio.
Se o tamanho dos cristais for pequeno, irá se hidratar mais rapidamente e não chega a
causar pressões internas. O tamanho destes cristais depende da velocidade de
resfriamento. Se o resfriamento for lento, situação mais comum, formam-se cristais
grandes que irão se hidratar mais lentamente, causando grande expansão (AMARAL,
1999).
2.6.3 Efeito do ferro metálico
O ferro metálico da escória de aciaria LD é incorporado no sopro do oxigênio ou
mesmo durante o próprio vazamento no pote de escória (CRUZ et al., 2000).
Cap. 2 - Escória de Aciaria
27
O efeito global da expansão causada pelo ferro metálico é menor, comparado com a
expansão causada pelo CaO e o MgO. O teor de ferro total, presente na escória, varia de
14 a 28% da sua composição.
A expansão do Ferro Metálico (Fe
o
) é causada por reações de oxidação e corrosão,
formando os compostos: FeO (wustita), com aumento de volume molar de 77,4%, a
hematita (Fe
2
O
3
) com aumento de volume de 328,7%, seguida do hidróxido ferroso
[Fe(OH)
2
] e da goetita [FeO(OH)], com variações de volume de 271,7% e 192,0%,
respectivamente, em relação ao ferro metálico. Deve ser considerado que 70% dos
compostos formados estão na forma de wustita (WEAST, 1971; MACHADO, 2000;
SBRIGHI; BATTAGIN, 2002).
Grande quantidade de partículas de aço ou ferro metálico, que ficam incorporadas à
escória no sopro de oxigênio, está presente na escória de aciaria LD e pode causar
instabilidade volumétrica na escória através da geração de produtos de corrosão e
oxidação (MACHADO, 2000).
Nas reações de oxidação (Equações 2.4, 2.5 e 2.6), o ferro passa de sua forma metálica
Fe
0
para sua forma iônica Fe
+2
e Fe
+3
. Já nas reações de corrosão (Equações 2.7 e 2.8),
os íons reagem com o íon hidroxila da água e o oxigênio, formando os hidróxidos
ferroso e férrico, que são mais comuns.
Reações de oxidação:
Fe
0
+ ½ O
2
→ FeO (wustita)
Equação 2.4
2 Fe
0
+ 3/2 O
2
→ Fe
2
O
3
(hematita)
Equação 2.5
3 Fe
0
+ 2 O
2
→ Fe
3
O
4
(magnetita)
Equação 2.6
Reações de corrosão:
Fe
+2
+ 2 OH → Fe(OH)
2
(hidróxido ferroso) Equação 2.7
4 Fe(OH)
2
Fe
0
+ O
2
+ H
2
OÆ Fe(OH)
3
(hidróxido férrico) Equação 2.8
Uma relação importante, para a expansão da escória de aciaria, é MgO/(FeO+MnO) já
que, se esta relação for menor que 1, há o aumento no espaçamento basal dos cristais e a
formação de wustita, Mg-wustita ou Mg-Mn-wustita, compostos combinados e estáveis
volumetricamente. Entretanto, se a relação for maior que 1, existirá MgO livre e a fase
Cap. 2 - Escória de Aciaria
28
RO
3
de periclásio ou periclásio ferroso torna-se volumetricamente instável (SHOUSUN,
1980; SBRIGHI; BATTAGIN, 2002).
2.6.4 Efeito do silicato dicálcico
O silicato dicálcico ou ortosilicato de cálcio, conhecido como 2CaO.SiO
2
ou C
2
S,
também provoca instabilidade volumétrica na escória de aciaria (MASUERO et al.,
2002).
O Quadro 2.8 mostra as formas do C
2
S, sua densidade e seu sistema cristalino
(MASUERO et al., 2002).
Quadro 2.8 – Formas do silicato dicálcico (MASUERO et al., 2002)
Forma Densidade (g/cm
3
) Sistema cristalino
α
3,03 Trigonal
α’
3,31 Ortorrômbico
β
3,28 Monoclínico
γ
2,97 Ortorrômbico
Quando as escórias estão na fase líquida, com temperaturas acima de 1420ºC, ocorre a
fase α. O silicato dicálcico transforma-se em β, quando atinge a temperatura de 670ºC.
A forma β é instável, sendo capaz de alterar-se para a fase γ (MASUERO et al., 2004).
Esta transformação da fase β para a γ produz um aumento de volume de até 12%,
causando o fenômeno de esfarelamento (LEE, 1974 apud MASUERO et al., 2004;
BENSTED et al., 1974 apud MASUERO et al., 2004).
2.7 Considerações sobre escória de aciaria
Dentre as características físicas citadas, apenas duas apresentam desvantagens, em
relação aos materiais convencionais. Uma delas é a massa específica da escória de
3
A fase RO da escória de aciaria é composta de óxidos de ferro, manganês e magnésio, onde o MgO se
encontra em solução sólida (YUJI, 1986; SAHAY et al., 2000);
Cap. 2 - Escória de Aciaria
29
aciaria, que é cerca de 20% maior que a dos materiais convencionais, o que aumenta
também o custo com transporte. A outra é a expansibilidade que, existindo adequado
tratamento e avaliação segundo critérios específicos, pode ser contornada, como será
demonstrado no próximo capítulo (HEATON, 1996; JUKES; THOMAS, s.d.).
O CaO e MgO livres são os componentes mais importantes da escória de aciaria porque
determinam sua estabilidade volumétrica, que é o principal critério de aceitação para o
uso das escórias de aciaria como material de construção (MOTZ; GEISELER, 2001).
A utilização de cerca de 90% das escórias produzidas na Europa confirmam que estes
co-produtos da indústria siderúrgica conseguiram um grande índice de aceitação
(ALEXANDRE et al., s.d.).
O uso mais significativo das escórias de aciaria é como base e sub-base para
pavimentação. Porém, sua utilização ainda é muito limitada, devido ao seu potencial
expansivo, quando em contato com a água. As características das escórias de aciaria
variam muito e dependem do modo como ela foi obtida e do tratamento a que ela foi
submetida. Pesquisas, em todo o mundo, têm sido realizadas no sentido de estabilizar
volumetricamente a escória e, assim, viabilizar seu uso na Construção Civil.
A possibilidade de camadas mais finas de bases e sub-bases, para a mesma resistência à
carga/compressão e durabilidade, em relação à aplicação de materiais convencionais,
como areia e brita, contribui para as vantagens econômicas da utilização de escórias
como agregados na construção de pavimentos. Evidentemente, o custo do transporte até
a obra deve ser levado em consideração, pelo construtor, na escolha do melhor agregado
(PENA, 2004).
Cap. 3 - Tratamentos e métodos de estabilização da escória de aciaria
30
3. TRATAMENTOS E MÉTODOS DE ESTABILIZAÇÃO DA
ESCÓRIA DE ACIARIA
3.1 Introdução
Considerando as excelentes propriedades técnicas da escória de aciaria, sua utilização
como agregado fica apenas limitada quanto à sua característica expansiva. A
necessidade de estabilização da escória de aciaria levou a uma tendência mundial de
realização de pesquisas propondo diferentes métodos de tratamento que visam diminuir
sua expansibilidade e conferir ao produto propriedades hidráulicas, para utilização como
matéria-prima ou adição ao cimento (ALEXANDRE et al., s.d; GEORGE;
SORRENTINO, 1980; YUJI, 1986; MURPHY et al., 1997; MOTZ; GEISELER, 2001).
O tratamento de estabilização volumétrica mais simples é a exposição prolongada da
escória de aciaria solidificada, ao tempo. Porém, as desvantagens oriundas do
tratamento, como a demanda de um longo período de tempo e necessidade de grandes
áreas para disposição do material, oferece confiabilidade questionável ao método, além
de tornar o produto cristalino (GEISELER; SCHLOSSER, 1988; GEISELER, 1999;
MOTZ; GEISELER, 2001; SBRIGHI; BATTAGIN, 2002).
Este capítulo tem o objetivo de mostrar os diversos tratamentos e métodos de
estabilização volumétrica da escória de aciaria, classificados a partir do momento que
ocorrem: antes da separação entre a escória de aciaria e o aço, alterando o processo de
escorificação, com a escória de aciaria no estado líquido e com a escória de aciaria no
estado sólido.
3.2 Alterações no processo de escorificação
As características da cal virgem e o oxigênio usados na fabricação do aço, para
eliminação de impurezas contidas no ferro gusa e na sucata metálica, assim como a
dolomita, adicionada para a proteção do revestimento refratário do forno, influenciam as
propriedades da escória de aciaria LD (FEDOTOV et al., 1997; MACHADO, 2000;
SBRIGHI; BATTAGIN, 2002).
Com base nisto, desenvolveu-se uma proposta de alteração das características dos
materiais fundentes, para se obter mudanças controladas na escória de aciaria resultante.
Cap. 3 - Tratamentos e métodos de estabilização da escória de aciaria
31
Entretanto, o agente formador da escória de aciaria deve continuar a fabricar o aço com
a devida qualidade e formar a escória de aciaria adequadamente.
Para minimizar os efeitos do CaO e MgO, elementos volumetricamente instáveis na
escória de aciaria, foi proposta a redução da granulometria da cal ou da dolomita
adicionada no conversor a oxigênio, para que sejam possibilitadas a dissolução e a
completa reação (TOSTICARELLI et al., 1985; GEYER, 2001).
Foi desenvolvida uma outra alternativa, para produzir uma escória de aciaria mais
homogênea e com baixo teor de CaO livre, conservando a qualidade do aço. Este
processo consiste em introduzir um material sintético, constituído de CaO, MgO, Al
2
O
3
e Fe
2
O
3
, em proporções específicas, no ferro líquido no conversor, no início do refino.
O objetivo é inibir o problema de instabilidade dimensional, devido à cal livre,
melhorando, também, suas propriedades hidráulicas (GEORGE; SORRENTINO, 1980).
Esta nova composição, chamada de CAMFlux, quando adicionada na escória, resulta em
novos teores de seus elementos, conforme Quadro 3.1. O principal resultado foi uma
redução considerável no teor de CaO livre, apesar de não haver nenhuma alteração no
teor de MgO. Também foi detectado, através de análises, o aumento da quantidade de
C
3
A e C
2
S, consequentemente havendo um aumento na atividade hidráulica da escória
de aciaria (CONJEAUD et al., 1980; GEORGE; SORRENTINO, 1980).
Quadro 3.1 - Composição química de uma escória de aciaria LD normal e de outra tratada
com CAMFlux (GEORGE; SORRENTINO, 1980).
Elementos
(%)
Escória de aciaria Clássica
Escória de aciaria Modificada com
CAMFlux
CaO
40 – 50 40 – 50
SiO
2
8 – 20 8 – 20
FeO
20 – 30 15 – 20
MgO
2 – 12 2 – 12
Al
2
O
3
0 – 2 5 – 15
MnO
3 – 6 3 – 6
P
2
O
5
1 – 2,5 1 – 2,5
CaO livre
5 – 15 1 – 5
A redução do teor de CaO livre, de valores de 5% a 15% para 1% a 5%, reduzirá a
expansão da escória de aciaria a baixas idades. Entretanto, não há alteração no teor de
MgO, responsável pela expansão a idades maiores.
Cap. 3 - Tratamentos e métodos de estabilização da escória de aciaria
32
3.3 Tratamentos da escória de aciaria líquida
Existem tratamentos da escória de aciaria, para melhorar suas propriedades, ainda no
estado líquido, logo após a separação entre o aço e a escória e quando está depositada
no pote de escória.
Os tratamentos da escória, no estado líquido, possuem a vantagem de não influenciar as
características do aço ou o seu processo de fabricação. O método é realizado fora do
forno LD, possibilitando variedade de tratamento, de acordo com seu fim.
Foi desenvolvido um tipo de tratamento que utiliza a adição de sílica e oxigênio à
escória de aciaria e que resolve o problema da cal livre na escória de aciaria LD,
necessitando apenas de energia para a dissolução da sílica (KUEHN et al., 2000). Com a
injeção de oxigênio, a fonte de calor é gerada a partir da reação exotérmica de oxidação
do FeO, que se transforma em Fe
2
O
3
(Equação 3.1), composto que pode combinar com
o CaO (Equação 3.2). A dissolução, e posterior combinação do CaO livre com a sílica
(Equação 3.3), reduz a relação CaO/SiO
2
1
e é o objetivo do tratamento (FEDOTOV et
al., 1997; GEISELER; MOTZ, 1998; GEISELER, 1999; KUEHN et al., 2000; MOTZ;
GEISELER, 2001).
O
2
+ 2 FeO → Fe
2
O
3
+ energia Equação 3.1
2 CaO
livre
+ Fe
2
O
3
→ 2CaO . Fe
2
O
3
Equação 3.2
2 CaO
livre
+ SiO
2
→ 2CaO . SiO
2
Equação 3.3
Quando a escória de aciaria é basculada no pote, ela é transportada até o local onde é
realizado o processo de tratamento. Primeiramente, é injetado o oxigênio e depois
acrescentada a sílica, mantendo o sopro de oxigênio, que melhora a mistura entre a
sílica e a escória, quando a viscosidade da escória de aciaria diminui (KUEHN et al.,
2000).
A escória de aciaria sofre transformações microestruturais, neste tipo de tratamento.
Kuehn et al. (2000) compararam a microestrutura da seção polida de escória de aciaria
LD, observada no microscópio eletrônico de varredura, sem tratamento e com
tratamento. Sem o tratamento, a escória de aciaria apresentou cristais longos e escuros
Cap. 3 - Tratamentos e métodos de estabilização da escória de aciaria
33
de silicato tricálcico (C
3
S), envolvidos na matriz de ferritas (C
2
F) e wustitas (FeO
x
); o
CaO livre pode ser identificado na superfície áspera dos cristais. Já na escória tratada
com adição de sílica e oxigênio, é observada uma estrutura mais uniforme, onde o C
3
S
que restou aparece numa forma mais homogênea, já atacado pela sílica adicionada no
tratamento, sendo a maioria dos cristais de C
3
S transformada em C
2
S. Nestas condições,
o CaO livre é completamente dissolvido, caracterizando o benefício principal do
tratamento feito.
Este tratamento foi desenvolvido pelo Thyssen Krupp Stahl AG e pela FehS, na
Alemanha, está sendo utilizado em Duisburg e produz, aproximadamente, 12.000 t de
escória de aciaria LD tratada por mês. Além disso, a escória de aciaria tratada obteve
teores inferiores a 1% de aumento volumétrico, excelente desempenho quanto à
expansibilidade, na utilização em pavimentação (KUEHN et al., 2000).
A Figura 3.1 mostra, comparativamente, a expansibilidade de uma escória de aciaria LD
com tratamento e de outra sem o tratamento de adição de sílica e oxigênio. O método de
ensaio utilizado é chamado de steam test, que será descrito no Capítulo 4.
Figura 3.1 – Resultados de ensaio de expansibilidade para escória de aciaria LD com e
sem tratamento por adição de sílica e oxigênio (KUEHN et al., 2000).
Fedotov et al. (1997) propuseram, além da adição da própria sílica, a adição da alumina
à escória de aciaria líquida, provocando uma reação da alumina com o Fe
2
SiO
4
1
Numa experiência prática neste tipo de tratamento, na Alemanha, o índice CaO/SiO2 foi reduzido de 4,8
para 3,2 (KUEHN et al., 2000)
Cap. 3 - Tratamentos e métodos de estabilização da escória de aciaria
34
(conforme a Equação 3.4) e contribuindo para o aumento do teor de SiO
2
na escória
líquida, melhorando as condições para granulação.
Al
2
O
3
+ Fe
2
SiO
4
→ Al
2
O
3
.2FeO + SiO
2
Equação 3.4
Os resultados das análises feitas mostraram que uma quantidade de 30% de sílica ou
20% de alumina, em relação à massa de escória de aciaria líquida, alcança resultados
ótimos para a granulação. Se for utilizada uma fração igualmente dividida entre sílica e
alumina, a quantidade para granulação de melhor resultado é de 25% (FEDOTOV et al.,
1997).
Outro tratamento interessante para a escória de aciaria é a granulação, um processo
largamente utilizado na produção da escória de alto-forno, consistindo no resfriamento
brusco da escória de aciaria, que sai do forno a aproximadamente 1400ºC. O objetivo
deste tratamento é desorganizar a microestrutura do material, tornando-a amorfa,
permitindo, assim, maior atividade hidráulica e redução da expansibilidade (MURPHY
et al., 1997; MASUERO et al., 2000b).
Em condições normais, a escória é resfriada lentamente ao ar, logo, há tempo suficiente
para os óxidos, alguns responsáveis pela instabilidade volumétrica da escória, se
cristalizarem. Já no resfriamento rápido, provocado pela granulação, não há tempo
suficiente para que esses óxidos se cristalizem, havendo a formação de uma estrutura
vítrea, o que inibe o problema da expansão (MASUERO et al., 2000b). A forma mais
comum de promover a granulação da escória de aciaria é através de imersão da escória
líquida em água.
Para comprovar que o tipo de resfriamento influencia na transformação da escória de
aciaria de material cristalino em um material amorfo, foram realizadas duas análises de
DRX em escórias, uma com resfriamento lento e outra com resfriamento brusco
proporcionado pela granulação (Figura 3.2 e Figura 3.3) (GEYER et al., 1996;
MURPHY et al., 1997). Sharma et al. (1997) também usaram o resfriamento brusco
para melhorar as propriedades hidráulicas da escória de aciaria LD, comprovando tal
transformação.
Cap. 3 - Tratamentos e métodos de estabilização da escória de aciaria
35
Figura 3.2 – DRX de escória de aciaria resfriada bruscamente (MURPHY et al., 1997).
Figura 3.3 – DRX de escória de aciaria resfriada lentamente (MURPHY et al., 1997).
Um tipo de granulação com água utiliza discos giratórios, onde a força centrífuga da
rotação age na escória de aciaria líquida, resfriada quando entra em contato com os
discos que usa água recirculante (FEDOTOV et al., 1997).
Existem algumas desvantagens na utilização da granulação com água, como secagem do
material, alto custo de despoluição, emissão de vapor de ácido, risco de explosões e
tratamento de água de resfriamento. Entretanto, na França, foi desenvolvido um
granulador a ar, que é composto de uma coroa com vários furos por onde passa ar a alta
pressão, fazendo com que haja a pulverização do fluxo da escória de aciaria ainda
Cap. 3 - Tratamentos e métodos de estabilização da escória de aciaria
36
líquida. A escória pulverizada resfria-se ao ar e pode ser modificada, de acordo com a
velocidade do ar pulverizante. Este tipo de granulação tem como vantagens a
simplicidade, a rapidez de resfriamento, o menor custo em relação à granulação úmida e
a possibilidade de maior recuperação metálica, além de eliminar uma série de processos
que são necessários na granulação com água (FEDOTOV et al., 1997;
FEATHERSTONE; HOLLIDAY, 1998).
A granulação tem a característica de aumentar a friabilidade da escória de aciaria, o que
pode ser prejudicial para uma possível utilização como agregado mas, por outro lado,
pode ser interessante para um processo de moagem, visando à utilização como adição ao
cimento (GUMIERI et al., 2000).
3.4 Tratamentos na escória de aciaria em estado sólido
A escória de aciaria, quando não é submetida a nenhum tipo de tratamento especial, é,
após a geração, depositada em pátios, para posterior resfriamento lento. A percolação
ascendente dos gases confere uma estrutura porosa à escória de aciaria (ALEXANDRE;
RAGUIN, 1984)
2
. O processo de estabilização mais comum, após esta fase, é a
exposição ao tempo, em condições ambientes de temperatura e umidade, também
chamado de weathering, que pode vir acompanhado de aspersões de água ao longo do
tempo (ALEXANDRE et al., s.d; ANDERSON, 1984; TOSTICARELLI et al., 1985;
GUMIERI et al., 2000; KUEHN et al., 2000; ROBINSON, 2000; THOMAS, 2000;
AZEVEDO, 2001; GEYER, 2001). Comprovou-se que o armazenamento ao ar, sem
umidificação, não oferece garantias de tratamento e que as pilhas de escória devem ter
uma altura máxima de 1,5 a 2,0 metros (GEYER, 2001).
Existem algumas desvantagens do método de estabilização ao tempo, entre elas a
demanda de um período de tempo prolongado, grandes áreas para disposição do
material, geração de partículas muito finas e de um material heterogêneo (GEISELER;
SCHLOSSER, 1988; JIS, 1992; SUMIMOTO, 1998; GEISELER, 1999; KUEHN et al.,
2000; MOTZ; GEISELER, 2001). A confiabilidade deste método também é
questionável, pois existe uma série de variáveis que deve ser observada, como a
granulometria, a disposição, a forma e o tamanho das pilhas e as condições ambientais
2
A porosidade tende a ser menor quanto mais lento for o resfriamento e, com menor porosidade, a
expansão tende a ser menor (WACHSMUTH et al., 1981).
Cap. 3 - Tratamentos e métodos de estabilização da escória de aciaria
37
do local de armazenamento. Todos estes fatores podem influenciar, principalmente, a
retenção de umidade na pilha, o que favorece a hidratação de óxidos livres
3
(THOMAS,
2000).
Um outro método de estabilização consiste numa variação do método weathering que
utiliza, além da molhagem, a aeração por meio de movimentação da escória de aciaria.
No Brasil a maioria das usinas usam tratamento weathering e, algumas, utilizam esta
variação com molhagem e aeração para estabilização da escória.
Já, na cura acelerada, após a solidificação e britagem, a escória siderúrgica é submetida
ao spray de água quente (cura por água quente) e à injeção de vapor ou passagem
através de zona de vapor (cura por vapor). Esses processos permitem acelerar a
estabilização da escória, reduzindo o tempo de cura (GEYER, 2001).
No Japão, foi desenvolvido um método de cura a vapor d’água que promove a
hidratação dos compostos expansivos da escória de aciaria, melhorando desta forma as
condições de estabilização acelerada do material em relação ao método de estabilização
ao tempo. As moléculas de vapor são menores que as de água, com maior poder e
velocidade de percolação e hidratação no material, tornando o processo a vapor mais
rápido que os demais (MORISHITA et al., 1995).
A cura a vapor da escória de aciaria pode ser realizada através de injeção de vapor
d’água saturado a pressão atmosférica, em pontos distribuídos na base de uma pilha de
escória, método chamado de open yard (Figura 3.4). Este método tem duração total
aproximada de 1 (uma) semana, enquanto o método de cura ao tempo pode levar mais
de 2 anos, dependendo das condições do processo e do material (OSEKI, s.d.; JIS, 1992;
MORISHITA et al., 1995; SUMIMOTO, 1998; MORIKAWA et al., 1998; GEYER,
2001).
3
A umidade da ordem de 4% a 6% é suficiente para facilitar a hidratação do CaO livre (THOMAS,
2000).
Cap. 3 - Tratamentos e métodos de estabilização da escória de aciaria
38
Figura 3.4 – Exemplo do método de cura de escória de aciaria a vapor sob pressão
atmosférica (MORISHITA et al., 1995).
A perda de vapor, por se tratar de ambiente aberto, pode provocar variação em seu fluxo
de percolação, comprometendo a qualidade da escória tratada. Além disso, existem
outras desvantagens do método como: possibilidade de entupimento da tubulação de
injeção de vapor, pelos grãos mais finos de escória, necessidade de grandes áreas e, pelo
fato do processo não ser totalmente automatizado, riscos aos operadores que devem
manusear a lona e colocar os termômetros na pilha de escória (MORISHITA et al.,
1995).
Yuji (1986) propôs um tratamento de escória de aciaria LD utilizando vapor sob
pressão. O autor controla as variáveis de pressão do vapor saturado, que interferem no
grau de hidratação, e o tempo de tratamento da escória de aciaria, que determina as
características dos produtos hidratados de CaO livre e os minerais silicatos. Concluiu-se
que os valores ótimos de pressão são de 1 a 3 atmosferas e o período de tempo inferior a
3 horas, em certas situações.
Uma indústria japonesa desenvolveu um processo de tratamento da escória de aciaria
LD em autoclave, chamado de SKAP (Sumimoto Kawasaki Ageing Process), processo
este totalmente automatizado, que utiliza vapor saturado a alta pressão e permite o
tratamento da escória em apenas 3 horas de vapor saturado a alta pressão.
Neste processo, a escória é depositada no recipiente móvel e então transportada até os
cilindros de autoclave, onde ocorre a injeção de vapor sob pressão; a temperatura do
vapor pode chegar a 158ºC, com 0,6 MPa de pressão do vapor saturado e inicia-se o
tratamento. Após a conclusão do tratamento, a escória tratada é descarregada, em uma
Cap. 3 - Tratamentos e métodos de estabilização da escória de aciaria
39
área de descarga, e refrigerada (SUMIMOTO,1998; MORIKAWA et al., 1998). Um
esquema representativo deste método pode ser visto na Figura 3.5.
Figura 3.5 – Exemplo do método de cura de escória de aciaria a vapor sob pressão
(MORIKAWA et al., 1998).
Verificou-se que o consumo de vapor é 60% menor, em relação ao método de cura a
vapor a pressão atmosférica. Outra vantagem do processo com pressão é que a escória
de aciaria resultante possui maior homogeneidade e menor expansibilidade, devido a
uma maior penetração do vapor na escória. (SUMIMOTO, 1998; MORISHITA et al.,
1995; MORIKAWA et al., 1998).
3.5 Métodos utilizando misturas de escória de aciaria com outros
materiais
Outra forma de estabilizar a escória de aciaria é a mistura com outros materiais, com o
objetivo de modificar e melhorar suas propriedades. Muitos tipos de misturas com
diferentes proporções têm sido pesquisadas, utilizando diversos tipos de materiais, que
podem ser: escória de alto-forno (bruta ou granulada) (ASA, 2002), cinza volante (fly
ash) (HEATON, 1989; HEATON, 1996) e saibro (SILVA; MENDONÇA, 2001;
CONSULPAVI, 2003). A escória de alto-forno e a cinza volante possuem dimensão
inferior à da escória de aciaria e desta forma, preenchem os vazios da escória de aciaria.
Cap. 3 - Tratamentos e métodos de estabilização da escória de aciaria
40
Este preenchimento aumenta o peso específico aparente seco e o intertravamento das
partículas, gerando, também, uma estabilização mecânica (RAPOSO, 2005).
Heaton (1989) define as cinzas volante como resíduos fundamentalmente sílico-
aluminosos, finamente divididos, provenientes da combustão do carvão mineral
pulverizado, utilizado em usinas termoelétricas. Apresentam capacidade de reação com
a cal, em presença de água, originando a formação de novos compostos com
propriedades aglomerantes, e são considerados materiais pozolânicos.
Existem vários estudos que utilizam diversas proporções dos materiais para misturas
usadas em bases e sub-bases.
Na Austrália, uma mistura de 60% de escória de aciaria LD menor que 25 mm com 40%
de escória granulada de alto-forno resultaram, em ensaios de resistência à compressão
simples de amostras de uma base, curadas durante 28 dias em câmara úmida, em 5,0
MPa e, após 7 dias em cura acelerada, 3,0 MPa de resistência à compressão. Outra
mistura utiliza 95% de escória de aciaria LD com 5% de cinza volante (fly ash) dando
resultados similares à primeira mistura (ASA, 2002). O ganho de resistência com o
tempo pode ser atribuído às reações da cal livre contida na escória de aciaria com a
cinza volante e com a escória de alto-forno e, também, à ação de cimentação dos
materiais componentes da mistura.
No Brasil, no Espírito Santo, o Projeto TRANSCOL e no Contorno de Volta Redonda,
no Rio de Janeiro, foi utilizada uma mistura de escória de aciaria com saibro, material
abundante e de utilização tradicional no país, e têm tido bons resultados em relação à
durabilidade (SILVA; MENDONÇA, 2001; CONSULPAVI, 2003).
Misturas com diferentes proporções de escória de aciaria LD, escória granulada de alto-
forno e escória bruta de alto-forno foram estudadas no Japão (NAGAO et al., 1987).
Todas as misturas apresentaram massa unitária superior a 1720 kg/m
3
e resistência à
compressão simples superior, quando comparada à escória de aciaria LD pura.
3.6 Considerações sobre os tratamentos e métodos de redução de
expansão
A crescente preocupação com o desenvolvimento sustentável, com o meio ambiente e
com os planos de expansão de algumas empresas motivam as siderúrgicas a investir
Cap. 3 - Tratamentos e métodos de estabilização da escória de aciaria
41
cada vez mais em tratamentos das escórias de aciaria, visando minimizar o efeito das
reações expansivas de seus componentes.
As diferentes técnicas de tratamento da escória de aciaria, como a inserção de novos
agentes escorificantes (para a redução de compostos expansivos na escória resultante),
as adições na escória líquida (para estabilizar quimicamente os compostos expansivos),
a granulação (para alterar a estrutura cristalina da escória de aciaria) e a cura a vapor ou
tratamento em autoclave (para a hidratação forçada dos compostos expansivos por esta
reação), possuem vantagens e desvantagens e podem ser aplicadas em diferentes
situações de utilização da escória de aciaria (Quadro 3.2). Estes tratamentos da escória
contribuem também para a melhoria geral das características deste co-produto.
Quadro 3.2 – Tratamentos e métodos de redução do potencial expansivo das escória de
aciaria.
Tratamento Descrição
Momento de
Atuação
Pontos Fortes Pontos Fracos
Eficácia
(quanto a
redução
da
expansão)
Aumento da
dissolução dos
fundentes
Redução da
granulometria da
cal/dolomita
Antes da
geração
Baixo Custo ND ND
Alteração do
agente
escorificante
Utilização de um
material sintético
como fundente
Antes da
geração
Aumenta também a
atividade hidráulica
da escória
Não altera o teor
de MgO livre
Baixa
Adição de sílica
e oxigênio
Adição de sílica e
oxigênio à escória
líquida com uma
fonte de calor
Após a geração,
com a escória
no estado
líquido
Redução dos teores
de CaO e MgO
livres para menos
de 1%
Alto custo Média
Granulação com
água
Resfriamento
brusco com água
Após a geração,
com escória no
estado líquido
Aumenta também a
atividade hidráulica
da escória
Alteração na
granulometria; é
preciso secagem;
problemas
ambientais
Alta
Granulação a
seco
Resfriamento
brusco a seco
Após a geração,
com escória no
estado líquido
Aumenta também a
atividade hidráulica
da escória; mais
simples que a
granulação com
água
Alteração da
granulometria
Alta
Cura ao tempo
(weathering)
Exposição ao
tempo –
ocasionalmente
com molhagem
Após a geração,
com escória no
estado sólido
Baixo custo e
simplicidade
Demorado; falta
de definição
metodológica;
heterogeneidade
Variável
Cura ao tempo
com molhagem
e aeração
Exposição ao
tempo – com
molhagem e
aeração
Após a geração,
com escória no
estado sólido
Baixo custo e
simplicidade; Mais
rápido que o
weathering
Heterogeneidade Variável
Cap. 3 - Tratamentos e métodos de estabilização da escória de aciaria
42
Quadro 3.2 – Tratamentos e métodos de redução do potencial expansivo das escória de
aciaria – continuação.
Tratamento Descrição
Momento de
Atuação
Pontos Fortes Pontos Fracos
Eficácia
(quanto a
redução da
expansão)
Cura a vapor sob
pressão
atmosférica
(open yard)
Injeção de vapor à
escória
Após a geração,
com escória no
estado sólido
Redução
considerável dos
teores de CaO e
MgO livres
Alto custo,
principalmente
se não há rede
de vapor
disponível
Alta
Cura a vapor sob
pressão (SKAP)
Injeção de vapor à
escória em
autoclave
Após a geração,
com escória no
estado sólido
Redução
considerável dos
teores de CaO e
MgO livres
Alto custo Muito alta
Misturas
Mistura com
outros materiais,
com o objetivo de
modificar e
melhorar suas
propriedades.
Após a geração,
com escória no
estado sólido
Ganho de
resistência com o
tempo
ND Alta
ND – não divulgado
Cap. 4 - Métodos de avaliação do potencial de expansão da escória de aciaria
43
4. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE EXPANSÃO
DA ESCÓRIA DE ACIARIA
4.1 Introdução
O efeito expansivo da escória de aciaria limita sua utilização; devido a este fenômeno,
desenvolveram-se vários métodos para a avaliação e quantificação desta expansibilidade
(MACHADO, 2000).
Na Europa, métodos de ensaios para medir a expansibilidade da escória de aciaria foram
desenvolvidos e testados, com o objetivo de conhecer melhor a capacidade de expansão
da escória de aciaria. Os métodos tradicionais de avaliação da expansibilidade foram
adaptados, a partir do ensaio de compactação Índice de Suporte Califórnia (ASTM D
1883, 1999). O objetivo deste item é descrever alguns métodos para a avaliação e
quantificação da expansão da escória de aciaria.
4.2 Métodos de ensaios adaptados a partir do ensaio de compactação
É necessário padronizar a compactação das amostras para a avaliação da
expansibilidade da escória de aciaria. Portanto, alguns métodos de ensaio foram
propostos, tomando como base o ensaio de compactação de solos DNER-ME 049/94
(Solos- determinação do Índice de Suporte Califórnia utilizando amostras não
trabalhadas).
Neste ensaio de compactação, a amostra deve ser seca ao ar, destorroada,
homogeneizada e reduzida até se obter uma amostra representativa de 7000g. Em
seguida, a amostra deve ser peneirada, de forma que o material retido na peneira de
19mm seja substituído por igual quantidade, em peso, do material passante da peneira
de 19mm e retido da peneira de 4,8mm. A moldagem dos corpos-de-prova consiste na
colocação da amostra, em um molde padrão com cilindro complementar, em camadas e
a compactação, com soquete, de cada camada. Depois de compactada a amostra, o
cilindro complementar deve ser removido e a amostra deve ser rasada na altura exata do
molde, determina-se, então, o peso úmido do material compactado e, com o material
excedente da moldagem, determina-se a umidade. Repete-se todo este procedimento
para teores crescentes de umidade. Com estes resultados, determina-se a curva de
Cap. 4 - Métodos de avaliação do potencial de expansão da escória de aciaria
44
compactação e, conseqüentemente a umidade ótima e a densidade máxima (DNER 049,
1994).
Os ensaios de expansão utilizam corpos-de-prova cilíndricos submersos em água e as
medidas de expansão são lidas em função do aumento na direção vertical (altura).
Os métodos e normas tradicionalmente usados são:
• Norma japonesa JIS A 5015/92 (Japanese Industrial Standard);
• Norma americana ASTM D 4792/00;
• Método de ensaio do Departamento de Transportes da Pensilvânia PTM 130/78,
adaptado pelo Departamento de Estradas de Rodagem de Minas Gerais (DMA-
1/DER-MG/92), de acordo com o DNER – DPT 49/64.
4.2.1 O ensaio da norma JIS A 5015
A norma japonesa JIS A 5015 (Japanese Industrial Standard) foi desenvolvida visando
à utilização da escória de aciaria em pavimentação e fixando critérios qualitativos e
quantitativos que devem ser atendidos para este fim, como granulometria, absorção e
peso específico.
Neste ensaio são utilizados 3 corpos-de-prova cilíndricos (Figura 4.1), obtidos através
do ensaio de compactação, com granulometria específica, e curados com “cura normal”
ao ar livre, por período superior a 6 meses (JIS 5015, 1992; MASUERO et al., 2000a;
MASUERO et al., 2000b). “Cura normal” significa o processo de redução da
expansibilidade em que a escória de aciaria é britada e molhada e reage naturalmente
durante o período de cura com o ar e a água.
Após repouso de 24h, os corpos-de-prova são imergidos em água e sujeitos a ciclos de
aquecimento diários de 6 horas, com temperatura de 80ºC, repetindo-se o processo por
10 dias. A variação de altura do corpo-de-prova é a medida de expansão da escória de
aciaria, que não deve ser superior a 2%, para utilização em pavimentação.
Cap. 4 - Métodos de avaliação do potencial de expansão da escória de aciaria
45
Figura 4.1 - Equipamento para ensaio de expansão em água (JIS A 5015, 1992)
4.2.2 O ensaio ASTM D 4792
Denominado Potential Expansion of Aggregates from Hydration Reactions (Expansão
potencial de agregados em reações de hidratação), este ensaio possui como objetivo
avaliar as características expansivas da escória de aciaria, visando seu uso em
pavimentação.
Os corpos-de-prova são preparados em frações granulométricas específicas, em formas
cilíndricas e compactados com energia do Proctor normal ou modificado. Depois de
compactado, o corpo-de-prova é imerso em água na temperatura de 70 ± 3ºC, por no
mínimo 7 dias
1
. As medidas de expansão devem ser realizadas diariamente e, ao final do
ensaio, tem-se o valor calculado da expansão, com base nos valores encontrados.
A norma ASTM D 2940/03 (Standard specification for graded aggregate material for
base or subbase for highways or airports) estabelece que o limite para agregados que
contenham compostos sujeitos à hidratação, tais como a escória de aciaria, é de 0,5% de
expansão aos 7 dias, quando testados de acordo com o método ASTM D 4792/00.
1
Caso não seja observada queda na taxa de expansão nesse prazo, deve-se continuar o ensaio para obter
dados adicionais, tipicamente, por mais 7 dias.
Cap. 4 - Métodos de avaliação do potencial de expansão da escória de aciaria
46
4.2.3 Adaptação do PTM 130 pelo Departamento de Estradas de
Rodagem de Minas Gerais
Os corpos-de-prova usados neste ensaio são compactados de acordo com a norma
DNER-ME 049/94, em três camadas, com espessuras finais aproximadamente iguais e
na umidade ótima, com 56 golpes de soquete metálico cilíndrico (5,1cm de diâmetro,
peso de 2,496kg e altura de queda de 30,48cm), por camada. Depois da compactação, os
corpos-de-prova são submergidos em água, na temperatura de 71 ± 3ºC, e instala-se um
relógio comparador no topo da amostra, para acompanhar a expansão vertical. São
realizadas leituras diárias nos sete primeiros dias e, então, as amostras são retiradas do
banho térmico e mantidas na condição saturada, por adição diária de água, na
temperatura de 71 ± 3ºC, sendo feitas leituras de expansão por mais sete dias.
O limite determinado pela norma DNER EM 262/94 para escórias de aciaria é de 3%.
4.3 O ensaio de agulhas de Le Chatelier – NBR 11582/91
A NBR 11582/91, ensaio de agulhas de Le Chatelier (MB-3435/1991), indica a
determinação da expansibilidade acelerada do cimento Portland, provocada pela
hidratação de óxido de cálcio e de magnésio.
Este ensaio foi adaptado, para avaliação da expansão da escória de aciaria. Nele, é
realizado um traço de pasta ou argamassa de cimento e escória, suficiente para 6 corpos-
de-prova. O afastamento das extremidades das agulhas (Figura 4.2), que ocorre em
função do aumento do diâmetro e mede a expansibilidade da escória de aciaria. Este
ensaio pode ser realizado a frio ou a quente, sendo que o ensaio a quente exige menor
duração que o ensaio a frio (GEYER et al., 1998; GUMIERI et al., 2000; MACHADO,
2000; MANCIO et al., 2000; MASUERO et al., 2000b; GEYER et al., 2001;
MACHADO et al., 2002; SILVA FILHO et al., 2002).
Cap. 4 - Métodos de avaliação do potencial de expansão da escória de aciaria
47
Figura 4.2 - Agulha de Le Chatelier (COUTINHO, 1973)
No ensaio à quente, inicialmente, os corpos-de-prova são imersos em água à
temperatura ambiente, por 24 horas, e depois imersos em água a 100ºC, por período de
3 a 5 horas, repetindo-se este ciclo, até a estabilização da abertura das agulhas. Já no
ensaio à frio, a imersão na água a temperatura ambiente aumenta para 7 dias e não há
imersão em água a 100ºC. O limite de expansão é de 5mm para pastas de cimento.
Gumieri et al. (2000) realizaram este ensaio à quente e à frio com pasta de 70% de
escória de aciaria LD e 30% de cimento Portland (CPI-S classe 32). No ensaio à quente,
a expansão média, para os três corpos-de-prova ensaiados, foi de 24mm. Já no ensaio à
frio, não houve abertura das agulhas, logo, o corpo-de-prova com escória não expandiu.
Para melhor comparação com outros ensaios, Machado (2000) fez a cura à quente em
água a 80ºC, por período de 320 horas. Após este período, os corpos-de-prova estavam
com intensa fissuração e com abertura das agulhas de até 61,43mm. Apesar da
simplicidade do método, o autor comenta que seus resultados são pouco precisos.
4.4 O ensaio de autoclave
A avaliação da expansibilidade de óxidos de cálcio e magnésio no cimento Portland é o
objetivo do ensaio em autoclave, que está descrito na norma ASTM C 151/1993. Neste
ensaio, os corpos-de-prova prismáticos (25x25x250mm) são moldados e, após 24 horas,
submetidos à autoclave por 3 horas, após alcançada uma pressão de 2MPa. O limite
desta norma é de 0,8%.
Masuero et al. (2004) realizaram este ensaio de autoclave com escória de aciaria elétrica
moída, como substituição ao cimento e a expansão obtida foi de 2,04%.
Cap. 4 - Métodos de avaliação do potencial de expansão da escória de aciaria
48
As condições dos ensaios em autoclave, como variação de pressão e tempo de ensaio,
possuem confiabilidade desconhecida.
Este ensaio não é muito utilizado em escórias de aciaria. Antigamente o ensaio em
autoclave era utilizado para determinar a expansibilidade do cimento Portland (MOTZ;
GEISELER, 2001). A alta temperatura e pressão no ensaio modificam a microestrutura
do material, além de simular condições que o material nunca encontraria, quando em
utilização em obras de engenharia como, por exemplo, na pavimentação. E, mesmo para
o cimento, ele é bastante contestado, devido às mudanças que ocorrem na
microestrutura da pasta do aglomerante, com o aumento de temperatura e pressão
(PENA, 2004).
4.5 O ensaio a vapor - Steam Test
A necessidade de um ensaio rápido e eficiente, para a determinação da expansibilidade
das escórias de aciaria, confirmou que os ensaios que mediam a expansão por imersão
em água tinham resultados de expansão menores do que numa situação em que havia
permanência das amostras em câmara úmida. Na câmara úmida, as moléculas de vapor
penetravam na amostra mais rapidamente, logo a amostra se hidratava melhor
(MORISHITA et al., 1995; MOTZ; GEISELER, 2001).
Este princípio levou ao desenvolvimento do ensaio a vapor Steam Test, método este
normalizado na Europa (parte da norma prEN 1744-1 – Testes para propriedades
químicas de agregados – análises químicas), que mede a expansibilidade da escória de
aciaria, para utilização em pavimentação. O objetivo do Steam Test é a reação entre o
vapor d’água e o CaO livre e/ou o MgO livre (MOTZ; GEISELER, 2001).
Em 1980, na Alemanha, o Steam Test começou a ser utilizado para monitoramento da
qualidade da escória a ser utilizada em pavimentação, sendo hoje um método
rotineiramente utilizado em alguns países da Europa (PENA, 2004).
A amostra utilizada neste ensaio deve atender a determinadas frações granulométricas
(0 a 22mm) e, após preparada, deve ser compactada num molde cilíndrico. O corpo-de-
prova é colocado sobre um recipiente com água aquecida a 100ºC; o vapor gerado pelo
calor percola através da escória, que está na parte superior do molde cilíndrico (Figura
4.3). A norma cita que devem ser realizadas 2 determinações por amostra. O
equipamento Steam Test possui capacidade para a realização de ensaio em dois corpos-
Cap. 4 - Métodos de avaliação do potencial de expansão da escória de aciaria
49
de-prova, simultaneamente. A umidade necessária para a reação de hidratação da CaO e
do MgO livres é fornecida continuamente à amostra preparada (GEISELER; MOTZ ,
1998; MOTZ; GEISELER, 2001).
Figura 4.3 – Equipamento do Steam Test (MOTZ; GEISELER, 2001)
A expansão da escória é registrada por um relógio comparador, acoplado ao
equipamento, na parte superior, o qual mede o aumento de altura sofrido pela escória. A
expansibilidade do teste é calculada a partir do incremento de volume medido neste
relógio comparador. Esta diferença de volume e o tempo de ensaio são plotados em uma
curva típica do Steam Test (Figura 4.4), em que pode ser observada uma alta taxa de
aumento de volume, no início da curva, e depois uma estabilização da curva, com a
continuação do ensaio. Segundo A norma BS EN 13242/2002, o tempo de ensaio
necessário para a estabilização da escória de aciaria varia com o tipo de escória e o teor
de MgO. No caso das escórias LD e EAF com baixo teor de MgO é 24 horas; para
aquelas com alto teor de MgO, o tempo aumenta para 168 horas (Quadro 4.1). Já a
norma prEN 1744-1 cita um tempo de ensaio de 24 horas, para amostras LD, e 168
horas, para amostras EAF.
Cap. 4 - Métodos de avaliação do potencial de expansão da escória de aciaria
50
Figura 4.4 – Curva típica de expansão da escória medida pelo Steam Test.
O Quadro 4.1 mostra os limites, dependendo da categoria, de expansão para escórias de
aciaria destinadas à pavimentação, encontrados no Steam Test.
Comparam-se os resultados de testes de laboratório com os resultados de
expansibilidade obtidos com escórias de aciaria sob condições de utilização em
pavimentação, concluiu-se que há coerência entre os resultados obtidos no laboratório,
em curto prazo, e o desempenho do material no campo, em longo prazo (MOTZ;
GEISELER, 2001).
Cap. 4 - Métodos de avaliação do potencial de expansão da escória de aciaria
51
Quadro 4.1 - Valores de expansão máxima para escória de aciaria para pavimentação (BS
EN 13043, 2002; BS EN 13242, 2002).
Escória para
misturas
betuminosas
Escória para base e
sub-base
LD/EAF
(Teor de MgO ≤
5,0%)
3,5 5 24
LD/EAF
(Teor de MgO >
5,0%)
3,5 5 168
LD/EAF
(Teor de MgO ≤
5,0%)
6,5 7,5 24
LD/EAF
(Teor de MgO >
5,0%)
6,5 7,5 168
LD/EAF
(Teor de MgO ≤
5,0%)
10 10 24
LD/EAF
(Teor de MgO >
5,0%)
10 10 168
LD/EAF
(Teor de MgO ≤
5,0%)
V
D
b
Categorias de utilização em pavimentação (utilização mais nobre A - menos nobre D)
V
C
V
B
V
A
Categoria
b
Tipo de escória
Sem requisitos
Valores máximos de expansão (%)
Tempo de
ensaio
(hora)
4.6 Considerações sobre os métodos de avaliação
Em 1978, iniciaram-se as pesquisas com o ensaio de autoclave mas, como as condições
do ensaio, alta temperatura (215ºC) e a alta pressão (21 bar), eram extremamente irreais,
concluiu-se que o ensaio não corresponderia às condições de campo (MOTZ;
GEISELER, 2001). A partir daí, desenvolveram-se outros ensaios que medem a
expansão da escória de aciaria.
O fato do ensaio com agulhas de Le Chatelier não ser normalizado, para utilização com
escória de aciaria, leva a diferentes proporções de escória, cimento e água na pasta que
compõe os corpos-de-prova, o que pode levar a diferentes resultados para uma mesma
escória.
Os ensaios de avaliação da expansibilidade das escórias de aciaria, com base na ASTM
D 698, apesar de bastante utilizados, são alvos de alguns questionamentos. Machado
(2000) comenta que os métodos que têm como base o ensaio de compactação, com
penetração de água no material, além de serem mais lentos e de difícil execução,
Cap. 4 - Métodos de avaliação do potencial de expansão da escória de aciaria
52
possuem grande dispersão de resultados, o que seria atribuído à diversidade de
condições experimentais dos métodos de ensaio e à grande heterogeneidade do material,
assim como à variação nos critérios de obtenção dos corpos-de-prova, no que tange, por
exemplo, à faixa granulométrica, à umidade inicial e à massa especifica.
Apesar das críticas aos métodos de ensaios de avaliação da expansibilidade da escória
de aciaria, com base no ensaio de compactação, esses métodos são muito citados na
literatura (EMERY, 1984; FARRAND; EMERY, 1995; KANDHAL; HOFFMAN,
1997; MACHADO, 2000) e normalizados em vários países, como EUA e Canadá
(ASTM), Japão (JIS) e Brasil (DER-MG).
O Steam Test, único ensaio que avalia a expansibilidade, foi elaborado exclusivamente
para as escórias de aciaria e, possui comprovada coerência entre o resultado do ensaio e
o de campo e é recomendado pelo Comitê Europeu de Normalização (MOTZ;
GEISELER, 2001).
O Quadro 4.2 mostra um resumo dos principais métodos de determinação da
expansibilidade. Já o Quadro 4.3 indica os pontos fortes e fracos desses métodos.
Quadro 4.2 – Principais métodos de avaliação do potencial de expansão.
Métodos
Etapas de
procedimento de
ensaio
PTM 130
JIS A
5015/92
ASTM D
4792/00
EN 1744-
1:98
Origem Brasil Japão EUA / Canadá Alemanha
Energia de
compactação
proctor
normal
proctor
modificado
proctor normal
vinculada a
uma
porosidade
aparente
Granulometria original especificada original especificada
Período de imersão 7 dias 10 dias 7 dias -
Temperatura de
imersão
71 ± 3ºC 80 ± 3ºC 70 ± 3ºC -
Período de estufa 7 dias - - -
Temperatura de
estufa
71 ± 3ºC - - -
Vapor - - - 100ºC
Limites 3% 2% 0,50% 5%
Cap. 4 - Métodos de avaliação do potencial de expansão da escória de aciaria
53
Quadro 4.3 – Pontos fortes e fracos dos principais métodos de avaliação do potencial de
expansão.
Ensaio Pontos fortes Pontos fracos
ensaio lento
falta de fundamentação
científica
difícil execução
ASTM
D 4792
existe normalização
específica
grande dispersão de
resultados
ineficácia dos resultados
do CBR
ensaio lento
falta de fundamentação
científica
difícil execução
ineficácia dos resultados
do CBR
JIS
5015
ANEXO
2
existe normalização
específica
grande dispersão de
resultados
falta de especificação do
método de cura
existe normalização
específica
grande dispersão de resultados
cp's e sobrecargas
menores
falta de fundamentação científica
PTM
130
DMA-
1/DER-
MG
ensaio mais simples ineficácia dos resultados do CBR
comprovada coerência
entre o resultado do
ensaio e o de campo
STEAM
TEST
método desenvolvido
para escória de aciaria
depende de equipamento específico
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
54
5. MATERIAIS, MÉTODOS E PROJETO EXPERIMENTAL
A pesquisa é dos tipos quantitativa e qualitativa, realizada numa população de escórias
de aciaria LD de duas das principais usinas siderúrgicas brasileiras, sendo que uma
utiliza como tratamento aeração e umectação e a outra a cura ao tempo.
As etapas do projeto experimental estão descritas na Figura 5.1.
Figura 5.1 – Fluxograma do projeto experimental.
5.1 Amostragem
A amostragem das escórias de aciaria é realizada por duas das principais usinas
siderúrgicas brasileiras (Figura 5.2), de acordo com um procedimento de amostragem,
elaborado por professores da Universidade Federal do Espírito Santo (SOUZA et al.,
2003), com base em norma de amostragem de agregados, NBR NM 26:2000, norma
ambiental, NBR 10007:1987
1
, e considerações estatísticas.
1
O documento Procedimento de Amostragem foi desenvolvido no ano de 2003, antes da revisão da NBR
10007. Entretanto, no assunto a que se refere, não houve alteração na NBR 10007:2004.
Projeto
experimental
Revisão
bibliográfica
Amostragem
Caracterização
física e
microestrutural
Avaliação do
potencial de
expansão
Análise dos
resultados
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
55
Figura 5.2 – Mapa de localização das escórias estudadas.
As amostras de escória de aciaria LD, depois de geradas, são processadas, de acordo
com o procedimento usual de cada usina, e amostradas.
Souza et al (2003) propõem a formação de pilha de escória com volume máximo de
300m
3
. O volume da pilha é, então, imaginariamente dividido, em três camadas com
alturas aproximadamente iguais, das quais são retiradas amostras na superfície, no meio
e na base, conforme a Figura 5.3. São retiradas amostras eqüidistantes, de diferentes
regiões e profundidades, de cada camada, abrangendo toda a área horizontal da pilha, ou
seja, de cada camada é retirado um volume proporcional à área da camada, conforme a
Figura 5.4, resultando em, no mínimo, 30 amostras parciais de aproximadamente 50 kg
cada. Essas amostras formam uma pilha e devem ser homogeneizadas, para a posterior
formação de uma pilha de 1500kg. Essa pilha de 1500kg é novamente homogeneizada
para a formação da pilha tronco de cone, para o quarteamento.
Usina 2
Usina 1
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
56
Figura 5.3 – Seção transversal da pilha de amostragem (SOUZA et al., 2003).
Figura 5.4 – Esquema da amostragem em camadas (SOUZA et al., 2003).
As amostras parciais são coletadas com uma pá de bico, de modo a evitar-se a
segregação de grãos maiores, sendo necessário o auxílio de uma retroescavadeira, para
que sejam feitas cavidades de acesso às camadas inferiores (SOUZA et al., 2003).
As amostras parciais são dispostas em uma superfície limpa, dura e plana, para
homogeneização e posterior formação da pilha tronco de cone, para o quarteamento,
onde não deve ocorrer perda de material e nem contaminação por elementos estranhos.
Amostragem
na superfície
Amostragem
na base
Amostragem
no meio
Posição para
retirada das
amostras
Altura
aproximada
2,0m
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
57
Após homogeneizadas e quarteadas, as amostras parciais formam a amostra de campo,
com aproximadamente 750kg. Na Figura 5.5 tem-se o esquema geral do procedimento
de amostragem (SOUZA et al., 2003).
Figura 5.5 – Esquema geral do procedimento de amostragem (SOUZA et al., 2003).
Após a amostragem das escórias não tratadas, as usinas mantêm as pilhas de escória e
realizam tratamento usual de cada siderúrgica, por determinado período de tempo,
também estipulado pela usina e, então, é realizada outra amostragem das escórias de
aciaria tratadas, seguindo também as orientações do procedimento de amostragem de
Souza et al. (2003).
5.1.1 Amostragem da escória 01
A escória 01 é proveniente de uma usina siderúrgica situada em Ipatinga/MG. A
geração é iniciada em 28/07/03, de um total de 249 corridas. A escória é resfriada com
água, num período de 24h, e separada, por peneiramento, às 08:00h do dia 06/08/03.
A amostragem da escória 01 não tratada é iniciada às 08:00h do dia 11/08/03, de acordo
com o procedimento de amostragem definido por Souza et al. (2003). A pilha de
amostragem possui diâmetro de 20m e altura de 2m. Depois, é realizada a
homogeneização das amostras parciais e formada a pilha de tronco de cone, para
Amostragem
nas 3
camadas
Amostra de
750 kg ou
400 l
Homogeneização
Quarteamento
Pilha tronco de cone
Formação
da pilha
Formação de uma pilha e
homogeneização das amostras parciais.
Formação da pilha de 1500 Kg
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
58
quarteamento. A amostragem é realizada num dia ensolarado, em local coberto, em
superfície plana, dura e limpa.
A usina mantém uma pilha de escória de aciaria, para estudo do tratamento ao tempo,
por período de 6 meses (amostra tratada por 6 meses) e 12 meses (amostra tratada por
12 meses).
A amostragem da escória de aciaria 01, tratada por 6 meses, é realizada às 14:00 do dia
13/02/04, de acordo com o procedimento de amostragem de Souza et al. (2003). A pilha
de amostragem possui diâmetro de 6m e altura de 1,7m. Depois, é realizada a
homogeneização das amostras parciais e formada a pilha de tronco de cone, para
quarteamento. A amostragem é realizada num dia ensolarado, em local descoberto, em
superfície plana, dura e limpa.
A amostragem da escória de aciaria 01, tratada por 12 meses, é realizada às 14:00 do dia
03/08/04, de acordo com o procedimento de amostragem de Souza et al. (2003). A pilha
de amostragem possui diâmetro de 2m e altura de 0,7m. Depois, é realizada a
homogeneização das amostras parciais e formada a pilha de tronco de cone, para
quarteamento. A amostragem é realizada num dia ensolarado, em local descoberto, em
superfície plana, dura e limpa.
5.1.2 Amostragem da escória 02
A escória 02 é proveniente de uma usina siderúrgica situada em Vitória/ES e, é gerada
no período de 31/07/03 a 08/08/03, de um total de 421 corridas. A escória é basculada
em baias e resfriada com jatos d’água, é britada das 07:00h de 16/08/03 até 09:00h de
17/08/03, com britador de mandíbulas.
A amostragem da escória 02, não tratada, é realizada de 09:00 a 13:00h do dia 18/08/03,
seguindo orientações do procedimento de amostragem de Souza et al. (2003). A pilha de
amostragem possui 3 camadas trapezoidais de 15m x 15m x 0,50m. Depois, é realizada
a homogeneização das amostras parciais e formada a pilha de tronco de cone com
1500kg, para quarteamento. A amostragem é realizada num dia ensolarado, em local
descoberto, em superfície plana, dura e limpa.
A usina mantém uma pilha de escória de aciaria para estudo do tratamento de aeração e
umectação.
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
59
A amostragem da escória de aciaria, tratada por 1 mês, é realizada de 13:00 às 18:00h
do dia 05/12/03, seguindo orientações do procedimento de amostragem de Souza et al.
(2003). A pilha de amostragem possui 1 camada em forma de leiras de perfil trapezoidal
de 27m x 21m x 0,40m,. Depois, é realizada a homogeneização das amostras parciais e
formada a pilha de tronco de cone com 1500kg, para quarteamento. A amostragem é
realizada num dia ensolarado, em local descoberto, em superfície plana, dura e limpa.
5.1.3 Quarteamento das amostras
Ao chegar ao Laboratório de Ensaios de Materiais de Construção da Universidade
Federal do Espírito Santo, as amostras são identificadas, pesadas, homogeneizadas e
quarteadas, conforme a norma de redução da amostra de campo para os diversos ensaios
especificados (NBR NM 27:2000). Depois, são coletadas amostras parciais para cada
ensaio de caracterização (Figura 5.6).
(a) (b)
Figura 5.6 – (a) Formação de cinco montes e (b) coleta de amostra parcial para formar
pilha de homogeização.
5.2 Tratamentos das escórias de aciaria
5.2.1 Escória de aciaria 01
A escória de aciaria 01 é tratada ao tempo, por período de 06 meses e 12 meses. Neste
tipo de tratamento, a escória de aciaria fica exposta ao tempo, com molhagem ocasional
e sujeita a intempérie.
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
60
5.2.2 Escória de aciaria 02
A escória de aciaria 02 também é tratada ao tempo, com molhagem e aeração da pilha
de escória por um período de 1 mês e exposição ao tempo por mais 3 meses.
5.3 Caracterização física da escória de aciaria
A caracterização das escórias de aciaria das amostras não tratadas e tratadas é realizada
pelos seguintes ensaios físicos: granulometria, massa específica, absorção, abrasão Los
Angeles, esmagamento, massa unitária, massa unitária compactada e umidade (Quadro
5.1). Estes ensaios são realizados no Laboratório de Ensaios de Materiais de Construção
– LEMAC, do Centro Tecnológico da Universidade Federal do Espírito Santo, com base
nas respectivas normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas e são importantes,
principalmente, na verificação de características da resistência do material para
utilização em pavimentação.
Quadro 5.1 – Ensaios de caracterização física utilizados, com as respectivas normas.
Norma técnica Ensaio
NBR NM 248/01 Granulometria
NBR 9937/87
NBR 9776/87
Massa específica real
NBR 9937/87 Absorção
NBR NM 51/00 Abrasão Los Angeles
NBR 9938/87 Esmagamento
NBR 7251/82 Massa unitária
NBR 7810/83 Massa unitária compactada
Desenvolvido pelo
LEMAC
Umidade
Os ensaios realizados são específicos para agregados naturais, no entanto, o
Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, no documento Escórias de aciaria
para pavimentos rodoviários (DNER-EM 262/94) estabelece que os parâmetros abrasão
Los Angeles, absorção, massa específica de agregado graúdo, granulometria e massa
unitária, devem ser determinados pelas normas de ensaios acima citadas.
Os resultados da caracterização física são analisados por meio de estatística descritiva e
inferência estatística.
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
61
5.3.1 Granulometria
A granulometria é realizada de acordo com a NBR NM 248/01. O ensaio consiste em
secar as amostras e determinar suas massas. Utilizando as peneiras encaixadas, com
aberturas de malha em ordem crescente da base para o topo, a amostra é colocada na
peneira superior e é promovida a agitação mecânica do conjunto. O material retido em
cada peneira é removido e é determinada sua respectiva massa, bem como a massa
retida no fundo, observando o prescrito no método de ensaio.
A granulometria permite determinar a dimensão máxima característica e o módulo de
finura do agregado, bem como fazer sua classificação de graduação.
A norma DNER EM 262/94 especifica, para escórias de aciaria utilizadas em
pavimentos rodoviários, que a composição granulométrica das escórias, para bases e
sub-bases, deve manter a proporção de 40% na faixa menor que 12,7mm e de 60% na
faixa de 12,7 a 50,8mm de abertura nominal e deve atender a granulometria de projeto.
5.3.2 Massa específica
A massa específica do agregado graúdo é determinada de acordo com o método
prescrito pela NBR 9937/87. O agregado graúdo é lavado completamente, para que
ocorra a remoção de pó e seco em estufa. Em seguida, é submergido em água, por um
período de (24±4)h, e retirado da água, envolvido em um pano absorvente, para eliminar
a água livre visível, e pesado novamente. O material, em seguida, é colocado em um
recipiente, submergido e é medida a sua massa imersa. A massa específica aparente seca
do agregado graúdo é determinada pelo quociente da massa do material seco, pelo seu
volume aparente, sendo este composto pelo volume do material, incluindo os volumes
dos poros permeáveis e impermeáveis.
A massa específica real do agregado graúdo é determinada pelo quociente da massa do
material seco pelo seu volume, considerando neste, o volume do material e dos poros
impermeáveis. A massa específica real do agregado total é uma média ponderada da
massa específica real do agregado miúdo e do graúdo, considerando os percentuais da
fração graúda e miúda, determinada pela composição granulométrica.
A massa específica aparente saturada superfície seca do agregado graúdo é determinada
pelo quociente da massa do material saturado com superfície seca pelo seu volume
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
62
aparente, composto pelo volume do material, incluindo os volumes dos poros
permeáveis e impermeáveis.
A massa específica do agregado miúdo é determinada de acordo com o método prescrito
pela NBR 9776/87. O agregado miúdo é seco em estufa, até massa constante. O frasco
especificado pela norma, denominado frasco de Chapmam, é preenchido com água, até
a marca de 200cm³, e mantido em repouso. Em seguida, é introduzida, no frasco, a
quantidade de 500g de agregado miúdo seco (Figura 5.7), agitando-se o frasco, para
eliminação de bolhas de ar. A leitura do nível atingido pela água no gargalo do frasco
indica o volume, em cm³, ocupado pelo conjunto água-agregado miúdo. Essa medida
diminuída do volume de 200cm³, da marca de água inicial, representa o volume real do
material.
Figura 5.7 – Preenchimento do frasco de Chapmam com amostra de escória.
A massa específica real do agregado miúdo é dada pelo quociente da massa do material
seco pelo volume real do material.
A massa específica é uma característica física que determina a massa do material por
unidade de volume. Para materiais utilizados em pavimentação, massas específicas
elevadas trazem maior confinamento para as camadas inferiores, melhorando, por
exemplo, no caso de sub-base, as condições do leito, propiciando-lhe maior resistência e
reduzindo a compressibilidade e o desgaste. É importante ressaltar que massas
específicas muito elevadas podem ser problemáticas, com relação ao custo do
transporte, uma vez que a carga dos veículos, destinados a este fim, é limitada.
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
63
5.3.3 Absorção
A absorção do agregado graúdo é determinada de acordo com o método prescrito pela
NBR 9937/87. O agregado graúdo é lavado completamente, para que ocorra a remoção
de pó da superfície. Em seguida, é seco em estufa até massa constante, e resfriado à
temperatura ambiente e pesado. A seguir, depois de submergido em água por um
período de (24 ± 4)h, o material é retirado da água, envolvido em um pano absorvente,
para eliminar a água livre superficial visível e então pesado. A absorção é dada pela
diferença entre a massa do material na condição saturado superfície seca e a massa do
material seco, dividida pela massa do material seco, em porcentagem.
A absorção indica a quantidade de água nos poros permeáveis da amostra. Elevados
índices de absorção podem propiciar maior deterioração do material.
5.3.4 Abrasão Los Angeles e esmagamento
A abrasão Los Angeles é determinada de acordo com o método prescrito pela NBR NM
51/00. Primeiramente, adota-se a graduação do ensaio (A, B, C, D, E, F ou G), que deve
ser representativa, em relação à granulometria do material. O Quadro 5.2 mostra as
massas das respectivas graduações, assim como o número de rotações do tambor e o
número de esferas.
Em seguida, o material é lavado e seco em estufa e, de acordo com a graduação da
amostra, é peneirado e pesado nas frações definidas pela norma (Quadro 5.2) e colocado
juntamente com a carga abrasiva, dentro do tambor cilíndrico da Máquina Los Angeles.
O equipamento é acionado e o tambor gira determinado número de rotações,
dependendo da graduação do material (Quadro 5.2). Em seguida, retira-se o material
(Figura 5.8) e este é passado na peneira com abertura de malha de 1,7mm. A fração
retida nessa peneira é lavada, seca em estufa e pesada.
O índice de abrasão Los Angeles é calculado pela diferença entre a massa inicial seca e
a massa final lavada retida, na peneira de malha 1,7mm, e seca em relação à massa
inicial, em porcentagem.
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
64
Quadro 5.2 – Graduação e carga abrasiva para o ensaio Los Angeles (adaptado de NBR
NM51, 2000).
Peneiras
Aberturas em
mm
Amostra – Graduação para ensaio
Passando
em
Retido
em
Grad.
A
Grad.
B
Grad.
C
Grad.
D
Grad.
E
Grad.
F
Grad.
G
76 63 - - - -
2500±50
- -
63 50 - - - -
2500±50
- -
50 38 - - - -
5000±50 5000±50
-
38 25
1250±25 -
- -
- 5000±25 5000±25
25 19
1250±25
- - - - -
5000±25
19 12,5
1250±10 2500±10
- - - - -
12,5 9,5
1250±10 2500±10
- - - - -
9,5 6,3 - -
2500±10
- - - -
6,3 4,8 - -
2500±10
- - - -
4,8 2,4 - - -
5000±10
- - -
Massas totais em
gramas
5000±10 5000±10 5000±10 5000±10 10000
±100
10000
±75
10000 ±50
Nº de rotações do
tambor
500 500 500 500 1000 1000 1000
Número de esferas 12 11 8 6 12 12 12
Figura 5.8 - Máquina de abrasão Los Angeles, e carga abrasiva e material retirado ao
final das rotações.
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
65
A abrasão Los Angeles é a porcentagem de perda, por abrasão, em relação à sua massa
inicial seca, e representa a resistência mecânica do material ao desgaste, promovido pelo
atrito recíproco do material e da carga abrasiva, na máquina Los Angeles. O
conhecimento dessa característica do material é fundamental para utilização do mesmo
em pavimentação, pois mostra a capacidade de resistir às solicitações dinâmicas de
tráfego, sem sofrer desgaste e esmagamento dos grãos.
O índice de esmagamento é determinado de acordo com o método prescrito pela NBR
9938/87. A quantidade de material utilizada nesse ensaio corresponde àquela que passar
na peneira de abertura de malha igual a 12,5mm e que contenha 10kg retidos na peneira
de abertura de malha igual a 9,5mm. Esse material é seco em estufa, esfriado até a
temperatura ambiente, peneirado novamente, por meio das peneiras 12,5mm e 9,5mm e,
com essa fração de material, enche-se um recipiente cilíndrico. Em seguida, determina-
se a massa do material que preenche o cilindro. Repete-se o procedimento de
preenchimento, em outro cilindro de teste, com o mesmo material. Um êmbolo é
inserido no cilindro de ensaio e, logo após, o conjunto é colocado no prato inferior da
máquina de ensaio, onde aplica-se uma carga de 400kN, uniformemente, com
velocidade definida. Após aplicar a carga total, o conjunto é retirado da máquina de
ensaio e todo o material contido no cilindro é removido para uma bandeja limpa. Este
material é passado na peneira de abertura de malha igual a 2,4mm e é determinada a
massa do material retido lavado e seco. O índice de esmagamento é determinado pelo
percentual de material fragmentado por esmagamento, em relação à sua massa inicial
seca. Neste caso, o índice de esmagamento representa uma resistência mecânica do
material, quando submetido a uma carga que origina tensões de contato entre os grãos e
gera a fragmentação dos mesmos. Para a utilização em pavimentação, essa característica
tem importância também relacionada à capacidade de resistir às solicitações dinâmicas
de tráfego e sofrer desgaste e esmagamento dos grãos.
5.3.5 Massa unitária e massa unitária compactada
A massa unitária do agregado em estado seco é determinada de acordo com o método
prescrito pela NBR 7251/82. A quantidade de material deve ser, pelo menos, o dobro do
volume do recipiente com forma de paralelepípedo. O recipiente é cheio e a superfície
do agregado é regularizada, de modo a compensar as saliências e reentrâncias. O
recipiente é pesado com o material nele contido.
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
66
A massa do agregado solto é a diferença entre a massa do recipiente cheio e a massa do
recipiente vazio. A massa unitária é a relação entre a massa seca do material lançado no
recipiente e o volume deste recipiente. A massa unitária é utilizada para transformações
de unidades de massa seca para volume de material seco.
A massa unitária do agregado em estado compactado seco é determinada de acordo com
o método prescrito pela NBR 7810/83. Este ensaio segue o mesmo procedimento da
massa unitária no estado solto, porém o recipiente utilizado possui forma cilíndrica e
deve ser preenchido em três camadas compactadas com 25 golpes cada (Figura 5.9). A
massa do agregado compactado é a diferença entre a massa do recipiente cheio e a
massa do recipiente vazio. A massa unitária compactada consiste na relação entre a
massa seca do material lançado e compactado em um recipiente e o volume deste
recipiente. A massa unitária compactada é um parâmetro que auxilia na determinação de
uma melhor composição de agregados graúdos.
Para a utilização em pavimentação, massas unitárias elevadas também estão
relacionadas a problemas de custo do transporte, uma vez que a carga dos veículos,
destinados a este fim, é limitada, necessitando mais viagens.
Figura 5.9 – Compactação da amostra para realização do ensaio de massa unitária em
estado compactado.
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
67
5.3.6 Umidade
A umidade é determinada pela massa de água presente no material, em relação a sua
massa seca. A umidade representa o percentual de água presente no material em
determinado instante, em relação à sua massa seca (Figura 5.10).
(a) (b)
Figura 5.10 - (a) Material disposto na estufa para secagem e (b) pesagem do material
seco
Essa característica é determinada nas amostras de escória de aciaria, logo após sua
chegada ao laboratório, a fim de conhecer o estado de umidade inicial dessas amostras,
quando recebidas.
5.3.7 Análise estatística dos ensaios físicos
A estatística descritiva é aplicada a alguns índices físicos: massa específica real do
agregado miúdo, esmagamento, massa unitária, massa unitária compactada e umidade.
Esta análise estatística mostra o número de determinações, o valor máximo, o valor
mínimo, a média e o desvio padrão.
O efeito do tratamento sobre as variáveis massa unitária e massa unitária compactada é
analisado pela inferência estatística. Neste caso, é utilizado o teste de hipótese não
paramétrico de Mann-Whitney, para verificar se existem diferenças estatisticamente
significantes.
5.4 Caracterização da microestrutura da escória de aciaria
A caracterização da microestrutura da escória de aciaria é feita por meio de análise
química, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios X.
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
68
A análise química utiliza os métodos de complexometria, colometria e absorção atômica
e é realizada na Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP). A microscopia
eletrônica de varredura é realizada no Laboratório de Caracterização Microestrutural do
Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Santa Catarina, com
o equipamento XL 30 Philips. A difração de raios X é realizada no Departamento de
Engenharia de Minas da Universidade Federal de Minas Gerais com o equipamento
Philips PN3710.
O início da preparação das amostras, para realização da caracterização microestrutural,
consiste na seleção de grãos que apresentam diferenças, como cor e porosidade
aparente. Para realização da MEV, são extraídos fragmentos com dimensões
compatíveis com a câmara do microscópio. Já para a análise química e DRX, os grãos
selecionados são moídos em um moinho pulverizador, até uma graduação, de
preferência, menor ou igual a do cimento (75µm).
5.4.1 Análise química
As amostras são analisadas quimicamente por complexometria (perda ao fogo, dióxido
de silício, óxido de alumínio, óxido de ferro, óxido de cálcio, óxido de magnésio,
anidrido sulfúrico, óxido de sódio, óxido de potássio, ferro metálico e óxido de cálcio
livre) e por absorção atômica (anidrido fosfórico).
5.4.2 Microscopia eletrônica de varredura (MEV)
O equipamento de MEV emite elétrons secundários e elétrons retroespalhados. Os
eletros secundários permitem a visualização de detalhes topográficos muito pequenos,
evidências de segregações e contaminações e identificação de fases cristalinas e
amorfas, com o auxílio do EDS (Energy dispersive spectrometry ou espectrometria a
energia dispersiva). Já os elétrons retroespalhados são mais utilizados quando se faz
necessária uma análise de imagem com distribuição dos elementos por meio do EDS.
Foram utilizados os elétrons secundários, uma vez que a definição da imagem é muito
importante para a identificação dos componentes das escórias.
É necessária a presença de um operador experiente na realização da MEV, já que a
interpretação do espectro resultante da análise pode ser difícil, devido ao empilhamento
de raios de diferentes elementos (como o alumínio com a prata e o ouro com o enxofre,
entre outros) e à irregularidade da superfície, pois os raios podem estar incidindo sobre
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
69
os bordos da depressão, em vez de sobre o fundo, que está sendo focalizado (RIBAS
SILVA, 1996).
5.4.3 Difração de raios X (DRX)
O princípio de que todo material cristalizado pode ser caracterizado pelo ângulo
definido pelo feixe de raios-X difratado através dele, torna a difração de raios-X uma
importante forma de identificação de compostos cristalinos.
Essa identificação, dos diferentes componentes cristalizados, é obtida por meio da lei de
Bragg (Equação 5.1), que determina a distância inter-reticular do cristal, em função do
ângulo de difração θ, registrado por um difratômetro.
n . λ = 2d . sen θ
Equação 5.1
onde, d = distância dos planos reticulados; θ = ângulo de difração; n = número inteiro
e λ = comprimento de onda do feixe incidente.
O difratômetro de raios-X é composto por uma fonte de elétrons, proveniente de um
filamento de tungstênio, e um ânodo ou cátodo de metal (cobalto, cobre, molibdênio ou
ferro), que fornece o comprimento de onda (λ). Com ângulos encontrados pode-se
identificar as fases cristalinas, por meio de comparação com fichas da ASTM, livro
específico (PARFENOFF et al., 1970) e sites especializados (WEBMINERAL, 2005;
MINDAT, 2005). Os compostos são identificados quando existe coincidência de alguns
raios principais.
A simplicidade de execução, a rapidez, a quantidade reduzida de material necessária e a
distinção de diversos cristais de mesma natureza, como por exemplo a calcita, a vaterita
e a aragonita (todos associados à fórmula CaCO
3
) são algumas das vantagens da
difração de raios-X. Porém, esta técnica não é uma análise quantitativa, e não detecta
componentes com estruturas mal cristalizadas (DELOYE, 1986; RIBAS SILVA, 1996).
5.5 Avaliação da expansibilidade
5.5.1 Steam Test – ensaio a vapor
O ensaio de determinação do potencial de expansão adotado, para as amostras de
escória de aciaria não tratadas e tratadas, é o método do Steam Test, ou ensaio a vapor.
O ensaio é realizado no LEMAC – Laboratório de Ensaios de Materiais de Construção
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
70
Civil, na Universidade Federal do Espírito Santo, com o equipamento Steam Test,
conforme norma EN 1744-1:1998. É importante ressaltar que, devido a problemas na
importação do equipamento Steam Test, as amostras permanecem armazenadas no
laboratório por pelo menos 2 anos, antes da realização do ensaio.
A amostra de escória de aciaria é seca em estufa a 110±5°C até obter massa constante.
Em seguida, procede-se o peneiramento, para se obter a granulometria especificada na
norma, de 0 a 22mm, destinada a compor a parábola de Fuller (Quadro 5.3). Conforme
a norma, o número mínimo de corpos-de-prova necessário para determinação da
expansão, é dois e a quantidade de material requerida para cada amostra individual é 4,5
kg.
Quadro 5.3 – Proporção de massa por granulometria (EN 1744-1:1998)
Tamanho (mm) Porcentagem em massa
0 a 0,5 15
0,5 a 2 15
2 a 5,6 19
5,6 a 8 10
8 a 11,2 11
11,2 a 16 15
16 a 22 15
Total 100
Após peneiramento e pesagem da escória, a amostra deve ser preparada, como segue
abaixo:
• Cobrir a base perfurada do cilindro de ensaio com papel filtro circular;
• Colocar a amostra de 4,5 kg de escória de aciaria no cilindro de ensaio;
• Compactar a amostra com energia do proctor normal, utilizando o soquete
padrão, com o objetivo da escória de aciaria atingir uma porosidade aparente em
torno de 25%;
• Determinar o volume do corpo-de-prova de escória, V
S
, que é a diferença entre
o volume do cilindro de ensaio, V
C
, e o volume de ar, V
A
, que é o volume entre
a superfície da escória compactada no cilindro de ensaio e o topo deste cilindro;
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
71
• Cobrir a superfície da escória com outro papel filtro;
• Colocar, sobre o papel filtro, esferas de vidro que devem ser lubrificadas com
óleo de silicone para reduzir o atrito entre elas.
A norma para realização do ensaio, EN 1744-1:1998, cita a porosidade aparente (void
content) prática de 20 a 25%, para a amostra compactada. Para atingir esta porosidade, a
norma sugere que seja utilizada compactação dinâmica no corpo-de-prova seco em
mesa vibratória, com uma carga estática. De forma alternativa, sugere também que a
amostra possa ser compactada por qualquer outro método capaz de atingir o mesmo
grau de compactação tal como soquete Proctor ou qualquer outro soquete manual.
Neste estudo é realizado teste piloto de compactação em escória de aciaria, utilizando
procedimento manual com soquete Proctor normal. A partir do resultado de massa
específica real, do peso da amostra (4,5kg) e da porosidade aparente de 25%, é
calculado o volume compactado desejável. Com este volume, é calculado o número de
golpes para atingir a energia de Proctor normal, fixando o número de camadas (1), a
altura de queda do soquete (30,5cm), o peso do soquete (2,5kg) e a energia de proctor
normal (60N), que é de 150. Na compactação piloto, a porosidade aparente não atinge
25%. No entanto, observa-se que a partir do 100º golpe ocorre apenas um re-arranjo dos
grãos com aumento da porosidade ao final do 150º golpe.
Nas amostras deste estudo, o número de golpes para compactação é padronizado em
150, em uma só camada, para facilitar o procedimento de ensaio e fixar a energia em
torno da energia de Proctor normal. Na compactação, é utilizado um disco de madeira
sobre a escória, para evitar perda de material, e a compactação é feita com soquete
manual.
Depois de compactada a amostra, o cilindro de ensaio é encaixado e ajustado no
equipamento e, então, coloca-se uma chapa perfurada e uma sobrecarga sobre as esferas
de vidro. A seguir, é fixado o indicador digital, que mede o deslocamento vertical da
amostra, em um suporte rígido do equipamento. Este indicador digital é conectado a um
sistema de aquisição de dados, que transfere para o computador os deslocamentos
verticais da camada de escória de aciaria. O programa, então, calcula a expansão, em
relação ao volume inicial, e fornece uma curva típica da expansibilidade da amostra;
esta curva inicialmente tem uma alta taxa de aumento de volume e, depois, esta taxa
diminui.
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
72
Antes de iniciar o ensaio, deve-se programar o equipamento com o tempo de ensaio e, o
computador, com os dados de massa específica real da amostra, tempo de ensaio, peso,
volume e umidade (como a amostra é seca em estufa, sua umidade é 0%) da amostra.
A Figura 5.11 mostra o equipamento Steam Test, com dois corpos de prova preparados e
instalados nos compartimentos de geração de vapor, e com os indicadores digitais
fixados.
Figura 5.11 – Equipamento Steam Test.
Após iniciar o aquecimento, na câmara de vapor, o corpo-de-prova de escória começa
então a ser aquecido pela passagem do calor. O registro, no sistema de aquisição de
dados, dos movimentos de subida, associados ao aquecimento, somente é iniciado após
a observação da livre percolação do vapor pela amostra. Devido à perda de água por
meio do vapor, o equipamento do Steam Test é abastecido por uma rede pressurizada.
A norma EN 1744-1:1998 cita um período de ensaio de 24 horas para escórias LD e 168
horas para escórias EAF. Porém, a norma EN 13242:2002 cita que o tempo de ensaio
necessário, para a estabilização da escória de aciaria, varia com o tipo de escória e o teor
de MgO. No caso das escórias LD com baixo teor de MgO (menor que 5%) é 24 horas,
já para aquelas com alto teor de MgO, o tempo aumenta para 168 horas. Silva et al.
(2006) confirmaram, em um estudo sobre avaliação da expansibilidade de escórias de
aciaria brasileiras, a necessidade de se prolongar os ensaios neste tipo de escória para
168 horas.
Considerando as pesquisas acima citadas, conclui-se que, é necessária a realização do
ensaio por 24 horas e por 168 horas para comparação dos resultados. Para investigar os
Cap. 5 – Materiais, métodos e projeto experimental
73
efeitos das repetições no ensaio Steam Test, sobre as escórias brasileiras, são ensaiados
5 corpos-de-prova da amostra não tratada da Usina 1. No restante das amostras, o
número de corpos-de-prova ensaiados é 2, definido segundo a norma EN 1744-1:1998.
O limite de aceitação adotado é de 5%, categoria V
A,
segundo Motz e Geiseler (2001),
ou seja, para categoria de utilização mais nobre.
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
74
6. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
6.1 Caracterização física da escória de aciaria
Paro os ensaios de caracterização física, são atendidas as especificações de repetições
mínimas estabelecidas pelas respectivas normas de caracterização de agregados.
6.1.1 Granulometria
A Figura 6.1 e a Figura 6.2 mostram as curvas granulométricas das amostras não
tratadas e tratadas das Usinas 1 e 2, adquiridas a partir da NBR NM 248/01.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
38 32 25 19 12,5 9,5 6,3 4,8 2,4 1,2 0,6 0,3 0,15
Peneiras
% Retida acumulada
Não tratada
Tratada (6 meses)
Tratada (12 meses)
Usina 1
Tratamento ao
tempo:
Figura 6.1 – Curva granulométrica da Usina 1.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
38 32 25 19 12,5 9,5 6,3 4,8 2,4 1,2 0,6 0,3 0,15
Peneiras
% Retida acumulada
Não tratada
Tratada (1 mês)
Usina 2
Tratamento ao
tempo com
molhagem e
aeração:
Figura 6.2 – Curva granulométrica da Usina 2.
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
75
O Quadro 6.1 mostra o módulo de finura e as dimensões máximas características das
amostras, calculados a partir do ensaio de granulometria.
Quadro 6.1 – Módulo de finura e dimensão máxima característica das amostras
Escória Amostra Módulo de finura
Dimensão máxima
característica
Não
tratada 4,37 19
Tratada
(6 meses) 5,15 25
Usina 1 – tratamento ao
tempo
Tratada
(12
meses) 5,27 25
Não
tratada 4,92 19
Usina 2 – tratamento ao
tempo, com molhagem
e aeração
Tratada
(1 mês) 3,55 19
6.1.2 Massa específica
O Quadro 6.2 apresenta a massa específica aparente seca do agregado graúdo das
amostras de escória de aciaria não tratadas e tratadas, definida segundo a NBR 9937/87.
A Figura 6.3 e a Figura 6.4 mostram, respectivamente, a massa específica aparente seca
do agregado graúdo das amostras de escória de aciaria LD das Usinas 1 e 2.
Quadro 6.2 – Massa específica aparente seca (NBR 9937/87)
Escória Amostra
Massa específica
aparente seca
(kg/dm
3
)
Não tratada 3,51
Tratada (6 meses) 3,35
Usina 1 – tratamento
ao tempo
Tratada (12 meses) 3,18
Não tratada 3,40 Usina 2 – tratamento
ao tempo, com
molhagem e aeração
Tratada (1 mês)
3,31
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
76
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
Usina 1
Massa específica aparente seca (kg/dm³)
Não tratada
Tratada (6 meses)
Tratada (12 meses)
Figura 6.3 - Massa específica aparente seca das amostras de escória de aciaria LD da Usina 1.
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
Usina 2
Massa específica aparente seca (kg/dm³
)
Não tratada
Tratada (1 mês)
Figura 6.4 – Massa específica aparente seca das amostras de escória de aciaria LD da
Usina 2.
O Quadro 6.3 apresenta a massa específica aparente saturada superfície seca do
agregado graúdo das amostras de escória de aciaria não tratadas e tratadas, definida
segundo a NBR 9937/87. A Figura 4.5 e a Figura 4.6 mostram, respectivamente, a
Tratamento ao
tempo:
Tratamento ao
tempo com
molhagem e
aeração:
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
77
massa específica aparente seca do agregado graúdo das amostras de escória de aciaria
LD das Usinas 1 e 2.
Quadro 6.3 – Massa específica aparente saturada superfície seca (NBR 9337/87)
Escória Amostra
Massa específica
aparente saturada
superfície seca (kg/dm
3
)
Não tratada 3,55
Tratada (6 meses) 3,42
Usina 1 – tratamento
ao tempo
Tratada (12 meses) 3,28
Não tratada 3,44 Usina 2 – tratamento
ao tempo, com
molhagem e aeração Tratada (1 mês) 3,37
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
Usina 1
Massa específica aparente saturada
superfície seca (kg/dm³)
Não tratada
Tratada (6 meses)
Tratada (12 meses)
Figura 6.5 – Massa específica aparente saturada superfície seca das amostras de escória d
e
aciaria LD da Usina 1.
Tratamento ao
tempo:
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
78
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
Usina 2
Massa específica aparente saturada superfície sec
a
(kg/dm³)
Não tratada
Tratada (1 mês)
Figura 6.6 – Massa específica aparente saturada superfície seca das amostras de escória d
e
aciaria LD da Usina 2.
A norma do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, DNER-EM 262 – 1994,
limita a massa específica real do agregado graúdo na faixa de 3 a 3,5 kg/dm³, para
aceitação da escória de aciaria a ser utilizada em camadas de pavimentos.
A Tabela 6.1 apresenta a massa específica real do agregado miúdo das amostras de
escória de aciaria não tratadas e tratadas, definida segundo a NBR 9776/87. A Figura
6.7 e a Figura 6.8 mostram, respectivamente, a massa específica do agregado miúdo das
amostras de escória de aciaria LD das Usinas 1 e 2.
Tabela 6.1 – Massa específica real do agregado miúdo (kg/dm3) (NBR 9776/87)
Escória Amostra n Mínimo Máximo Média
Desvio
Padrão
Não
tratada
2 3,36 3,37 3,37 0,01
Tratada
(6 meses)
2 3,17 3,17 3,17 0,00
Usina 1 – tratamento
ao tempo
Tratada
(12
meses)
2 3,26 3,26 3,26 0,00
Não
tratada
2 3,35 3,37 3,36 0,01
Usina 2 – tratamento
ao tempo, com
molhagem e aeração
Tratada
(1 mês)
2 3,11 3,12 3,12 0,01
Tratamento ao
tempo com
molhagem e
aeração:
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
79
Obs.: n é o número de repetições.
3
3,1
3,2
3,3
3,4
Usina 1
Massa específica agregado míud
o
(kg/dm³)
Não Tratada
Tratada (6 meses)
Tratada (12 meses)
Figura 6.7 - Massa específica do agregado miúdo da Usina 1.
3
3,1
3,2
3,3
3,4
Usina 2
Massa específica agregado míudo (kg/dm³
)
Não Tratada
Tratada (1mês)
Figura 6.8 - Massa específica do agregado miúdo da Usina 2.
O Quadro 6.4 apresenta a massa específica real do agregado das amostras de escória de
aciaria não tratadas e tratadas, estabelecida pela ponderação dos parâmetros massa
específica real do agregado graúdo e massa específica real do agregado miúdo em
relação a composição granulométrica. A Figura 6.9 e a Figura 6.10 mostram,
respectivamente, a massa específica real do agregado das amostras de escória de aciaria
LD das Usinas 1 e 2.
Tratamento ao
tempo:
Tratamento ao
tempo com
molhagem e
aeração:
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
80
Quadro 6.4 – Massa específica real do agregado (NBR 9776/87, NBR 9937/87 e NM248/01)
Escória Amostra
Massa específica
(kg/dm
3
)
Não tratada 3,48
Tratada (6 meses) 3,43
Usina 1 – tratamento
ao tempo
Tratada (12 meses) 3,43
Não tratada 3,46 Usina 2 – tratamento
ao tempo, com
molhagem e aeração Tratada (1 mês) 3,33
3,00
4,00
Usina 1
Massa específica (kg/dm³)
Não tratada
Tratada (6 meses)
Tratada (12 meses)
Figura 6.9 – Massa específica das amostras de escória de aciaria LD da Usina 1.
Tratamento ao
tempo:
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
81
3,00
4,00
Usina 2
Massa específica (kg/dm³)
Não tratada
Tratada (1 mês)
Figura
6.10 – Massa específica das amostras de escória de aciaria LD da Usina 2.
6.1.3 Absorção
O Quadro 6.5 apresenta o índice de absorção das amostras de escória de aciaria não
tratadas e tratadas, definido segundo a NBR 9937/87. A Figura 6.11 e a Figura 6.12
mostram, respectivamente, o índice de absorção das amostras de escória de aciaria LD
das Usina 1 e 2.
Quadro 6.5 – Índice de absorção (NBR 9937/87)
Escória Amostra Absorção (%)
Não tratada 0,9
Tratada (6 meses) 2,0
Usina 1 – tratamento ao
tempo
Tratada (12 meses) 3,2
Não tratada 1,2 Usina 2 – tratamento ao
tempo, com molhagem e
aeração
Tratada (1 mês) 1,7
Tratamento ao
tempo com
molhagem e
aeração:
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
82
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
Usina 1
Absorção (%)
Não tratada
Tratada (6 meses)
Tratada (12 meses)
Figura 6.11 - Absorção das amostras de escória de aciaria da Usina 1
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
Usina 2
Absorção (%)
Não tratada
Tratada (1 mês)
Figura 6.12 - Absorção das amostras de escória de aciaria LD da Usina 2
6.1.4 Abrasão Los Angeles e esmagamento
O Quadro 6.6 apresenta o índice de abrasão Los Angeles das amostras de escória de
aciaria não tratadas e tratadas, definido segundo a NBR NM 51/00. A graduação das
amostras, tanto da Usina 1, quanto da Usina 2, é B, então foram realizadas 500 rotações
do tambor com 11 esferas. A Figura 6.13 e a Figura 6.14 mostram, respectivamente, o
índice de abrasão Los Angeles das amostras de escória de aciaria LD das Usinas 1 e 2.
Tratamento ao
tempo:
Tratamento ao
tempo com
molhagem e
aeração:
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
83
Quadro 6.6 – Abrasão Los Angeles das amostras (NBR NM 51/00)
Escória Amostra
Abrasão Los
Angeles A
B
(%)
Não tratada 11,9
Tratada (6 meses) 9,9
Usina 1 – tratamento
ao tempo
Tratada (12 meses) 17,0
Não tratada 13,1 Usina 2 – tratamento
ao tempo, com
molhagem e aeração Tratada (1 mês) 11,1
0
5
10
15
20
25
Usina 1
Abrasão "Los Angeles" (%)
Não tratada
Tratada (6 meses)
Tratada (12 meses)
Figura 6.13 – Abrasão Los Angeles das amostras de escória de aciaria LD da Usina 1.
0
5
10
15
20
25
Usina 2
Abrasão "Los Angeles" (%)
Não tratada
Tratada (1 mês)
Figura 6.14 – Abrasão Los Angeles das amostras de escória de aciaria LD da Usina 2.
Tratamento ao
tempo:
Tratamento ao
tempo com
molhagem e
aeração:
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
84
A Tabela 6.2 apresenta o índice de esmagamento das amostras de escória de aciaria não
tratadas e tratadas, definido segundo a NBR 9938/87. A Figura 6.15 e a Figura 6.16
mostram, respectivamente, o índice de esmagamento das amostras de escória de aciaria
LD das Usinas 1 e 2.
Tabela 6.2 – Índice de esmagamento das amostras (%) (NBR 9938/87)
Escória Amostra n Mínimo Máximo Média
Desvio
Padrão
Não
tratada
2 11,80 14,10 12,95 1,63
Tratada
(6 meses)
2 11,00 11,60 11,30 0,42
Usina 1 – tratamento
ao tempo
Tratada
(12 meses)
2 16,90 18,20 17,55 0,92
Não
tratada
2 12,40 12,50 12,45 0,07
Usina 2 – tratamento
ao tempo, com
molhagem e aeração
Tratada
(1 mês)
2 11,30 12,20 11,75 0,64
Obs.: n é o número de repetições.
A norma do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, DNER-EM 262-1994,
limita em 25% o teor de Abrasão Los Angeles, para aceitação de escória de aciaria a ser
utilizada em camadas de pavimento. Uma norma inglesa antiga limita em 30% o índice
de esmagamento para pavimentos e outras superfícies sujeitas a desgaste intenso
(COUTINHO, 1973).
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Usina 1
Índice de esmagamento (%)
Não tratada
Tratada (6 meses)
Tratada (12 meses)
Figura 6.15 – Índice de esmagamento das amostras de escória de aciaria LD da Usina 1.
Tratamento ao
tempo:
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
85
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Usina 2
Índice de esmagamento (%)
Não tratada
Tratada (1 mês)
Figura 6.16 - Índice de esmagamento das amostras de escória de aciaria LD da Usina 2.
O índice de esmagamento é comparável ao índice de Abrasão Los Angeles porque
ambos avaliam a resistência do inerte (COUTINHO, 1973).
6.1.5 Massa unitária e massa unitária compactada
A Tabela 6.3 apresenta a massa unitária das amostras de escória de aciaria não tratadas e
tratadas, definida segundo a NBR 7251/82. A Figura 6.17 e a Figura 6.18 mostram,
respectivamente, a massa unitária das amostras de escória de aciaria LD das Usinas 1 e
2.
Tabela 6.3 – Massa unitária das amostras (kg/dm³) (NBR 7251/82)
Escória
Amostra n Mínimo Máximo Média
Desvio
Padrão
Não tratada
3 2,11 2,12 2,11 0,01
Tratada
(6 meses)
4 1,97 1,98 1,97 0,01
Usina 1 – tratamento
ao tempo
Tratada
(12 meses)
4 1,86 1,91 1,88 0,02
Não tratada
3 2,16 2,17 2,16 0,01
Usina 2 – tratamento
ao tempo, com
molhagem e aeração
Tratada
(1 mês)
4 2,09 2,10 2,10 0,01
Obs.: n é o número de repetições.
Tratamento ao
tempo com
molhagem e
aeração:
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
86
1,8
1,9
2
2,1
2,2
Usina 1
Massa unitária (kg/dm³)
Não tratada
Tratada (6 meses)
Tratada (12 meses)
Figura 6.17 - Massa unitária das amostras de escória de aciaria LD da Usina 1.
1,8
1,9
2
2,1
2,2
Usina 2
Massa unitária (kg/dm³)
Não tratada
Tratada (1 mês)
Figura 6.18 - Massa unitária das amostras de escória de aciaria LD da Usina 2.
A Tabela 6.4 apresenta a massa unitária compactada das amostras de escória de aciaria
não tratadas e tratadas, definida segundo a NBR 7810/83. A Figura 6.19 e a Figura 6.20
mostram, respectivamente, a massa unitária compactada das amostras de escória de
aciaria LD das Usinas 1 e 2.
Tratamento ao
tempo:
Tratamento ao
tempo com
molhagem e
aeração:
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
87
Tabela 6.4 - Massa Unitária Compactada (kg/dm³) (NBR 7810/83)
Escória Amostra n Mínimo Máximo Média
Desvio
Padrão
Não
tratada
3 2,29 2,30 2,29 0,01
Tratada
(6 meses)
4 2,17 2,19 2,18 0,01
Usina 1 – tratamento
ao tempo
Tratada
(12 meses)
4 2,01 2,03 2,02 0,01
Não
tratada
3 2,33 2,33 2,33 0,00
Usina 2 – tratamento
ao tempo, com
molhagem e aeração
Tratada
(1 mês)
4 2,21 2,25 2,23 0,02
Obs.: n é o número de repetições.
1,9
2
2,1
2,2
2,3
2,4
Usina 1
Massa unitária compactada (kg/dm³
)
Não tratada
Tratada (6 meses)
Tratada (12 meses)
Figura 6.19 - Massa unitária compactada das amostras de escória de aciaria LD da Usina 1
.
Tratamento ao
tempo:
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
88
1,9
2
2,1
2,2
2,3
2,4
Usina 2
Massa unitária compactada (kg/dm³
)
Não tratada
Tratada (1 mês)
Figura 6.20 - Massa unitária compactada das amostras de escória de aciaria LD da Usina 2
.
6.1.6 Umidade
A Tabela 6.5 apresenta a umidade das amostras de escória de aciaria não tratadas e
tratadas. A Figura 6.19 e a Figura 6.20 mostram, respectivamente, a umidade das
amostras de escória de aciaria LD das Usinas 1 e 2.
Tabela 6.5 – Teor de umidade
Escória Amostra n Mínimo Máximo Média
Desvio
Padrão
Não
tratada
2 5,40 5,50 5,45 0,07
Tratada
(6 meses)
2 7,00 7,10 7,05 0,07
Usina 1 – tratamento
ao tempo
Tratada
(12 meses)
2 5,60 5,60 5,60 0,00
Não
tratada
2 3,90 4,00 3,95 0,07
Usina 2 – tratamento
ao tempo, com
molhagem e aeração
Tratada
(1 mês)
2 5,00 5,00 5,00 0,00
Obs.: n é o número de repetições.
Tratamento ao
tempo com
molhagem e
aeração:
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
89
1
2
3
4
5
6
7
Usina 1
Umidade (%)
Não tratada
Tratada (6 meses)
Tratada (12 meses)
Figura 6.21 - Umidade das amostras de escória de aciaria LD da Usina 1.
1
2
3
4
5
6
7
Usina 2
Umidade (%)
Não tratada
Tratada (1 mês)
Figura
6.22 - Umidade das amostras de escória de aciaria LD da Usina 2.
6.1.7 Análise estatística e discussão dos resultados de caracterização
física
Os resultados da caracterização física são analisados por meio de estatística descritiva e
inferência estatística. Tanto na Usina 1 quanto na Usina 2, observa-se que, nos
resultados com estatística descritiva, de um modo geral, as médias das características
físicas índice de esmagamento, massa específica agregado miúdo, massa unitária, massa
unitária compactada e umidade são diferentes, quando se comparam amostras tratadas e
não tratadas.
Tratamento ao
tempo:
Tratamento ao
tempo com
molhagem e
aeração:
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
90
Na análise granulométrica, observa-se que as amostras da Usina 2 apresentam suas
curvas granulométricas semelhantes. Já na Usina 1, as amostras tratadas apresentam
frações mais grossas, o que pode ser explicado pela heterogeneidade inerente à escória
de aciaria. Os resultados obtidos, tanto para a Usina 1 quanto para a Usina 2, não
atendem à norma do DNER (DNER EM 262/94), que especifica, que a composição
granulométrica das escórias de aciaria deva manter a proporção de 40% na faixa menor
que 12,7mm e de 60% na faixa de 12,7 a 50,8mm de abertura nominal e deve atender à
granulometria de projeto. É importante lembrar que a granulometria da escória de
aciaria usada em pavimentos é obtida por peneiramento e/ou britagem, podendo ser
selecionada de acordo com o necessário.
A norma do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNER-EM 262 – 1994
limita a absorção de água na faixa de 1 a 2 %, para aceitação da escória de aciaria a ser
utilizada em camadas de pavimentos. Segundo Geiseler (1996), a faixa de absorção
típica, das escórias LD, é de 0,2 a 1%, na Alemanha. Pode-se observar que a absorção
das escórias brasileiras estudadas é diferente das escórias típicas da Alemanha,
provavelmente devido à diferença dos aços gerados no Brasil e naquele país. Resultados
de absorção elevados podem significar que o material pode gerar uma estrutura mais
exposta à agressão, tanto física como química, e pode acelerar as reações de hidratação,
que provocam a expansibilidade da escória de aciaria (THOMAS, 2000). Porém, os
resultados de Abrasão Los Angeles e de esmagamento, que refletem o desgaste do
material, são considerados bons, em relação ao limite, da norma DNER, de 25%. Outra
observação importante é que uma alta absorção pode significar maior consumo de água
na compactação do material. Deve-se considerar, também, que a estrutura fica mais
exposta às reações químicas de hidratação.
A massa unitária no estado solto das amostras de escória de aciaria LD estudadas
apresenta-se elevada, acima do limite de 1,7 kg/dm
3
citada pela norma do DNER EM
262/92. Entretanto, a massa unitária elevada pode ser importante quando se quer algum
tipo de estabilização por gravidade.
Para os parâmetros com mais de uma repetição é realizada inferência estatística. Nesse
estudo, o tratamento não exerce influência significativa sobre os parâmetros massa
unitária e massa unitária compactada nas amostras da Usina 2. Entretanto, para as
amostras não tratada e tratada por 6 meses, da Usina 1, tanto a massa unitária quanto a
massa unitária compactada são influenciadas pelo tratamento, diminuindo seus valores
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
91
com o tratamento. Este resultado pode ser justificado pelo aumento da fração grossa,
conforme o resultado da granulometria, que pode ter gerado maior volume de vazios
não preenchidos pela fração fina, retratando a heterogeneidade da amostra.
Os resultados de umidade das escórias de aciaria estudadas variam de 4,00 a 7,10%.
Deve-se considerar que esta água presente nas amostram podem acelerar as reações de
hidratação e afetar os resultados do potencial de expansão.
De maneira geral, as características físicas das escórias de aciaria são favoráveis à sua
utilização para pavimentação. O índice de abrasão Los Angeles, parâmetro importante
para esta finalidade, apresenta valores muito inferiores em relação à especificação do
DNER. Para os parâmetros massa específica real do agregado e massa unitária são
encontrados valores altos e bastante superiores aos comuns a agregados naturais.
Motz e Geiseler (2001) também obtiveram resultados favoráveis, para a escória de
aciaria, quando da avaliação de índices como massa específica, forma, resistência ao
impacto e ao polimento, friabilidade e resistência ao congelamento e degelo, numa
comparação com agregados graníticos.
6.2 Caracterização da microestrutura da escória de aciaria
A caracterização da microestrutura é de grande utilidade para avaliar a escória de
aciaria, entretanto não se deve esquecer que as análises e observações são realizadas em
amostras de pequenas dimensões. Isto significa que os minerais detectados realmente
estão presentes no material, mas os não detectados podem ou não existir na escória.
6.2.1 Análise química
Os resultados das amostras de escória de aciaria LD não tratadas e tratadas constam do
Quadro 6.7.
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
92
Quadro 6.7 – Resultados das análises químicas das amostras de escória de aciaria LD não
tratadas e tratadas
Resultados em massa (%)
Usina 1 Usina 2
Ensaio
NT T6 T12 NT T1
Perda ao Fogo PF n.d. n.d. 0,51 n.d. 0,93
Dióxido de silício SiO
2
7,40 7,79 8,20 9,52 12,62
Óxido de alumínio Al
2
O
3
2,89 3,49 1,89 3,70 3,26
Óxido de ferro Fe
2
O
3
35,82 37,30 31,72 31,95 28,37
Óxido de cálcio CaO 36,44 36,24 35,96 39,32 43,58
Óxido de magnésio MgO 10,49 9,23 8,90 9,62 5,18
Anidrido sulfúrico SO
3
0,12 0,13 n.r. 0,08 n.d.
Enxofre S n.r. n.r. 0,07 n.r. n.r.
Óxido de sódio Na
2
O 0,01 0,01 0,04 0,02 0,01
Óxido de potássio K
2
O n.d. n.d. 0,02 n.d. 0,01
Anidrido Fosfórico P
2
O
5
1,25 1,22 1,64 1,20 1,29
Ferro Metálico Fe n.d. n.d. 3,76 n.d. n.d.
Óxido de Cálcio livre CaO l 4,48 7,07 4,77 4,81 6,72
Obs.: n.r. – não realizado; n.d. – não detectado.
6.2.2 MEV
Os resultados da microscopia eletrônica de varredura, juntamente com o do EDS, são
registrados sob a forma de microfractografias e de diagramas, respectivamente. A
Figura 6.23 à Figura 6.43 mostram algumas microfractografias e seus respectivos
diagramas das Usinas 1 e 2. Estes diagramas mostram a composição química elementar
de um ponto ou uma região observados nas microfractografias.
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
93
NT1 - Escória de Aciaria LD
Foto: NT1-17
1) Carbonato de cálcio
2) Carbonato de cálcio
3) Ferroaluminato de cálcio
hidratado
Metalização: Ouro
(1)
(2)
(3)
Figura 6.23 - Microfractografia e diagramas da amostra não tratada da Usina 1.
NT1 - Escória de Aciaria LD
Foto: NT1-20
1) Ferrita de cálcio hidratada
2) Silicato de cálcio hidratado
Metalização: Ouro
(1)
(2)
Figura 6.24 - Microfractografia e diagramas da amostra não tratada da Usina 1.
1
2
3
1
2
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
94
NT2 - Escória de Aciaria LD
Foto: NT2-3
1) Portlandita
Metalização: Ouro
Figura 6.25 - Microfractografia e diagrama da amostra não tratada da Usina 1.
NT3 - Escória de Aciaria LD
Foto: NT3-9
1) Fosfato de cálcio
Metalização: Ouro
Figura 6.26 - Microfractografia e diagrama da amostra não tratada da Usina 1.
1
1
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
95
T6-2 - Escória de Aciaria LD
Foto: T6-2-15
1) Portlandita
2) Ferrita de cálcio hidratada
Metalização: Ouro
(1)
(2)
Figura 6.27 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por 6 meses da
Usina 1.
T6-3 - Escória de Aciaria LD
Foto: T6-3-4
1) Silicato dicálcico
2) Silicato de cálcio hidratado
3) Silicato tricálcico
Metalização: Ouro
(1) (2)
(3)
Figura 6.28 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por 6 meses da
Usina 1.
1
2
3
2
1
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
96
T3 - Escória de Aciaria LD
Foto: T6-3-6
1) Ferrosilicato de cálcio
Metalização: Ouro
Figura 6.29 - Microfractografia e diagrama da amostra tratada ao tempo por 6 meses da
Usina 1.
T6-3 - Escória de Aciaria LD
Foto: T6-3-9
1) Portlandita
2) Carbonato de cálcio
3) Silicato de cálcio hidratado
Metalização: Ouro
(1)
(2)
(3)
Figura 6.30 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por 6 meses da
Usina 1.
1
1
2
3
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
97
T12-1 - Escória de Aciaria LD
Foto: T12-1-1
Interior de um poro
1) Óxido de cálcio
Metalização: Ouro
Figura 6.31 - Microfractografia e diagrama da amostra tratada ao tempo por 12 meses da
Usina 1.
T12-1- Escória de Aciaria LD
Foto: T12-1-13
1) Carbonato de cálcio
2) Etringita
3) Silicato de cálcio hidratado
Metalização: Ouro
(1)
(2)
(3)
Figura 6.32 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por 12 meses da
Usina 1.
1
1
2
3
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
98
T12-1- Escória de Aciaria LD
Foto: T12-1-18
1), 2), 4) Silico-aluminato de cálcio
3) Silicato de cálcio hidratado
Metalização: Ouro
(1), (2)
(3)
(4)
Figura 6.33 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por 12 meses da
Usina 1.
T12-2 - Escória de Aciaria LD
Foto: T12-2-11
1) Silicato de cálcio hidratado
2) Gesso
3) Carbonato de cálcio
Metalização: Ouro
(1)
(2)
(3)
Figura 6.34 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por 12 meses da
Usina 1.
1
2
4
1 2
3
3
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
99
T12-3 - Escória de Aciaria LD
Foto: T12-3-8a
1) Minério de ferro
Metalização: Ouro
Figura 6.35 - Microfractografia e diagrama da amostra tratada ao tempo por 12 meses da
Usina 1.
NT1 - Escória de Aciaria LD
Foto: NT1-1
1) Etringita
Metalização: Ouro
Figura 6.36 - Microfractografia e diagrama da amostra não tratada da Usina 2.
1
1
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
100
NT1 - Escória de Aciaria LD
Foto: NT1-7
1) 2) Portlandita
Metalização: Ouro
(1)
(2)
Figura 6.37 - Microfractografia e diagramas da amostra não tratada da Usina 2.
NT1 - Escória de Aciaria LD
Foto: NT1-11
1) Silicato dicálcico
2) Silicato tricálcico
Metalização: Ouro
(1)
(2)
Figura 6.38 - Microfractografia e diagramas da amostra não tratada da Usina 2.
1
2
1
2
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
101
NT3 - Escória de Aciaria LD
Foto: NT3-23
1), 2) Minério de ferro
Metalização: Ouro
(1)
(2)
Figura 6.39 - Microfractografia e diagramas da amostra não tratada da Usina 2.
T1-1 - Escória de Aciaria LD
Foto: T1-1-6
1), 2) Silicato dicálcico
Metalização: Ouro
(1),(2)
Figura 6.40 - Microfractografia e diagrama da amostra tratada ao tempo por molhagem e
aeração por 1 mês da Usina 2.
2
1
1
2
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
102
T1-1 - Escória de Aciaria LD
Foto: T1-1-8a
1) Silicato de cálcio hidratado
2) Ferroaluminato de cálcio
hidratado
Metalização: Ouro
(1)
(2)
Figura 6.41 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por molhagem e
aeração por 1 mês da Usina 2.
T1-2 - Escória de Aciaria LD
Foto: T1-2-1
1) Carbonato de cálcio
2) Carbonato de cálcio
3) Ferrita de cálcio hidratada
Metalização: Ouro
(1)
(2)
(3)
Figura 6.42 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por molhagem e
aeração por 1 mês da Usina 2.
1
2
1
2
3
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
103
T1-2 - Escória de Aciaria LD
Foto: T1-2-9
1), 2) Portlandita
Metalização: Ouro
(1)
(2)
Figura 6.43 - Microfractografia e diagramas da amostra tratada ao tempo por molhagem e
aeração por 1 mês da Usina 2.
O Quadro 6.8 mostra um resumo de todos os minerais observados pela MEV, escória da
Usina 1, e o Quadro 6.9, da Usina 2. É importante ressaltar que, nas microfractografias
acima citadas, Figuras 6.23 a 6.43, não estão todos os minerais observados.
Quadro 6.8 – Minerais observados na MEV nas amostras da Usina 1.
Mineral NT T6 T12
Ferroaluminato de cálcio hidratado
Carbonato de cálcio
Ferrita de cálcio hidratada
Silicato de cálcio hidratado
Portlandita
Fosfato de cálcio
Silicato dicálcico
Silicato tricálcico
Ferrosilicato de cálcio
Óxido de cálcio
Aluminato de cálcio
Óxido de magnésio solução sólida
Etringita
Silico-aluminato de cálcio
Tomasita
Gesso
Gismondina
Monosulfaluminato de cálcio
Minério de ferro
1
2
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
104
Quadro 6.9 – Minerais observados na MEV nas amostras da Usina 2.
Mineral NT T1
Etringita
Silicato dicálcico
Portlandita
Carbonato de cálcio
Gismondina
Silicato tricálcico
Aluminato de cálcio
Ferroaluminato de cálcio hidratado
Silicato de cálcio hidratado
Ferrita de cálcio hidratada
Minério de ferro
Fosfato de cálcio
6.2.3 DRX
Os resultados da DRX são os raios encontrados pelo laboratório (Anexo I), onde são
efetuadas as análises. A partir dos raios, são realizadas as identificações dos compostos.
O Quadro 6.10 mostra um resumo dos compostos identificados pela difração de raios-X
das amostras de escória de aciaria LD não tratadas e tratadas.
Quadro 6.10- Compostos presentes nas amostras de escória de aciaria LD não tratadas e
tratadas identificados por DRX
Escória de Aciaria LD Usina 1 Usina 2
Composto Fórmula NT T6 T12 NT T1
Alumínio Al
- [Ca
2
Al(OH)
6
][SiAlO
2
(OH)
4
.3H
2
O
- Ca
3
Al
2
(OH)
12
- (Ca
5
SiO
4
)
2
(OH)
2
- NaCa
4
Al
3
O
9
AFm [Ca
2
Al(OH)
6
][OH.6H
2
O]
Afuilita Ca
3
(SiO
3
.OH)
2
.2H
2
O)
Alita - Silicato tricálcico 3CaO SiO
2
Aluminato de cálcio 12CaO 7 Al
2
O
3
Aluminato de cálcio CaO 2 Al
2
O
3
Aluminato de cálcio 2CaO.Al
2
O
3
Anatase TiO
2
Antigorita Mg
3
Si
2
O
5
(OH)
4
Aragonita CaCO
3
Augite (Ca,Na)(Mg,Fe,Al,Ti)(Si,Al)
2
O
6
Bredigita – Silicato
dicálcico 2CaO SiO
2
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
105
Quadro 6.10 - Compostos presentes nas amostras de escória de aciaria LD não tratadas e
tratadas identificados por DRX - continuação
Escória de Aciaria LD Usina 1 Usina 2
Composto Fórmula NT T6 T12 NT T1
Birnessite Na
4
Mn
14
O
27
·9H
2
O
Brownmilerita 4CaO.Al
2
O
3
.Fe
2
O
3
Brucita Mg(OH)
2
Calcita CaCO
3
CaO livre CaO
CaO solução sólida CaO
Caolinita Al
2
Si
2
O
5
(OH)
4
Carbonato de sódio Na
2
CO
3
Crisotila Mg
3
Si
2
O
5
(OH)
4
Dolomita Ca Mg (CO
3
)
2
Etringita Ca
6
Al
2
(SO
4
)
3
(OH)
12
.26(H
2
O)
Ferrita de cálcio hidratada Ca
3
Fe
2
(OH)
12
Ferroaluminato de cálcio 4CaO.Al
2
O
3
.Fe
2
O
3
Gesso - Sulfato de cálcio CaSO
4
2H
2
O
Gismondina CaAl
2
Si
2
O
8
.
4H
2
O
Goetita FeO (OH)
Hematita Fe
2
O
3
Hexaluminato de cálcio Ca.Al
12
O
12
Larnita - Silicato dicálcico 2CaO.SiO
2
Magnesita MgCO
3
Metatenardita Na
2
SO
4
Mica variável
Monoaluminato de cálcio CaAl
2
O
4
Monosulfoaluminato de
cálcio hidratado 3CaO.Al
2
O
3
.CaSO
4
. 13H
2
O
Periclásio MgO
Pirita FeS
2
Portlandita Ca(OH)
2
Quartzo SiO
2
Ranquinita Ca
3
Si
2
O
7
Silicato de cálcio hidratado CaO.SiO
2
.(H
2
O)
4
Spessartina Mn
3
Al
2
Si
3
O
12
Sulfato de potássio K
2
SO
4
Sulfato de magnésio
hidratado MgSO
4
.5MgO.8H
2
O
Sulfotrialuminato
tetracálcico [Ca
4
(Al
6
O
12
)SO
4
]
Tenardita Na
2
SO
4
Tridimita SiO
2
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
106
Quadro 6.10 - Compostos presentes nas amostras de escória de aciaria LD não tratadas e
tratadas identificados por DRX - continuação
Escória de Aciaria LD Usina 1 Usina 2
Composto Fórmula NT T6 T12 NT T1
Vaterita CaCO
3
Wustita FeO
6.2.4 Discussões dos resultados
De acordo com os resultados da análise química, a perda ao fogo, assim como o óxido
de potássio, são detectados apenas nas amostras tratada (12 meses) da Usinas 1 e tratada
(1 mês) da Usina 2. O ferro metálico aparece somente na amostra tratada (12 meses) da
Usina 1. Os teores de óxido de cálcio livre das amostras variam de 4,48 a 7,07 %,
observando-se que ele aumenta com o tratamento da Usina 2 e com tratamento por 6
meses da Usina 01, resultado inesperado, que pode ser explicado pela falta de
confiabilidade do método de determinação (etileno-glicol), pela pequena quantidade de
amostra utilizada neste ensaio e pela heterogeneidade da escória.
Nos resultados de DRX, comparando as amostras tratadas da Usina 1, com a não
tratada, verifica-se que o ferroaluminato de cálcio, o birnessite e a gismondina não são
encontrados na amostra tratada por seis meses, sendo que, somente a gismondina não é
detectada na amostra não tratada. Na amostra tratada por 12 meses, também não é
encontrado o birnessite. Na amostra tratada por um mês, da Usina 2, não é detectada o
birnessite, que aparece na amostra de origem. E, a gismondina não é detectada na
amostra não tratada da Usina 2.
É apresentado um cruzamento dos resultados das análises MEV/EDS e DRX, obtendo-
se os minerais detectados pelas duas técnicas (Quadro 6.11).
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
107
Quadro 6.11- Minerais detectados por MEV/EDS e DRX nas amostras de escória de aciaria LD
não tratadas e tratadas
Escória de aciaria LD
Usina 1 Usina 2
Compostos
NT T6 T12 NT T1
Aluminato de cálcio
Carbonato de cálcio (calcita, aragonita,
vaterita)
Etringita
Ferrita de cálcio hidratada
Ferroaluminato de cálcio hidratado
Gesso (sulfato de cálcio)
Gismondina
Minério de ferro (goethita, hematita,
wustita)
Monosulfoaluminato de cálcio
Portlandita
Silicato dicálcico
Silicato tricálcico
Silicatos de cálcio hidratados (C-S-H)
Pode-se observar que a presença dos carbonatos de cálcio, portlandita e silicatos de
cálcio hidratados é detectada pela MEV e confirmada pela DRX, em todas as amostras
de escórias não tratadas e tratadas das duas Usinas.
Quando comparadas as amostras não tratada e tratada (1 mês) da Usina 2, o aluminato
de cálcio, a etringita, a gismondina, o minério de ferro e o silicato tricálcico aparecem
apenas na amostra não tratada. Os outros minerais (carbonatos de cálcio, ferrita de
cálcio hidratada, ferroaluminato de cálcio, portlandita, silicato dicálcico e o silicato de
cálcio hidratado) são encontrados em ambas as amostras.
Ao se comparar as amostras não tratada, tratada por 6 meses e tratada por doze meses da
Usina 1, observa-se que o aluminato de cálcio, a etringita, o gesso, a gismondina, o
minério de ferro e o monossulfoaluminato de cálcio aparecem apenas na amostra
tratada por doze meses. Já a ferrita de cálcio hidratada e o ferroaluminato de cálcio são
detectados somente nas amostras não tratada e tratada por seis meses. O silicato
tricálcico só é observado na amostra tratada por 6 meses e o silicato dicálcico não é
detectado na amostra não tratada.
Nos resultados da análise de microestrutura, a pequena quantidade de amostra utilizada
neste ensaio não é representativa, em relação aos lotes de escórias estudadas. Isto
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
108
significa que os compostos não detectados podem estar presentes nas escórias
estudadas, porém, não são identificados por estas amostras, e os compostos
identificados realmente estão presentes nas amostras.
Todos os compostos volumetricamente instáveis são identificados nas amostras de
escória de aciaria, estudadas pelas técnicas de caracterização da microestrutura; eles são
responsáveis pelo potencial de expansão das escórias de aciaria. São eles, periclásio, cal
livre, ferro metálico e silicato dicálcico. Também são identificados os compostos que se
formam, seja por reação de hidratação, por carbonatação, por oxidação ou por corrosão,
que são: a brucita, a portlandita, a calcita, a aragonita, a dolomita, a goethita, a hematita
e a wustita.
6.3 Avaliação da expansibilidade
6.3.1 Steam test - ensaio a vapor
O método de ensaio Steam Test utiliza vapor para acelerar as reações de hidratação, que
causam expansibilidade na escória de aciaria. A norma BS EN 1744-1:98 cita um tempo
de ensaio para as amostras de escória de aciaria LD de 1 dia (ou 24 horas) e para EAF
de 7 dias (ou 168 horas). Porém, a norma EN 13242:2002 recomenda a adoção do
tempo de ensaio para as amostras LD, com teor de MgO acima de 5%, também de 7
dias.
A análise química das escórias de aciaria LD estudadas (item 6.2.1) mostra que, todas as
amostras possuem teor de MgO superior a 5%. A composição química das escórias de
aciaria LD brasileiras, apresentada por Little e Setepla (1999), também mostra teores
elevados de MgO, neste caso, sempre superiores a 5%. Dessa forma, pode-se concluir,
que a tendência das escórias de aciaria LD brasileiras é de apresentar o teor de MgO
superior a 5%.
De modo a investigar a evolução do potencial de expansão para amostras com teor de
MgO superior a 5%, realiza-se o ensaio Steam Test das amostras de escória de aciaria
não tratadas e tratadas das Usinas 1 e 2 por período de 1 dia (24 horas) e de 7 dias (168
horas).
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
109
O método de compactação utilizado, conforme descrito no capítulo 5, é manual,
utilizando soquete padrão Proctor normal e a energia de compactação em torno da
energia de Proctor normal, já que o número de golpes é padronizado.
O Quadro 6.12 mostra a porosidade aparente prática das amostras, calculada a partir da
massa específica real e do volume da amostra após compactação.
Quadro 6.12 – Porosidade aparente média das amostras de escória de aciaria
compactadas
Escória Amostra Massa específica
real (kg/dm
3
)
Porosidade
aparente (%)
Não
tratada
3,48 35
Tratada
por 6
meses
3,43 34
Usina 1 – tratamento
ao tempo
Tratada
por 12
meses
3,43 37
Não
tratada
3,46 34
Usina 2 – tratamento
ao tempo com
molhagem e aeração
Tratada
por 1 mês
3,33 32
Como observado no Quadro 6.12, a porosidade aparente prática citada na norma, de 20
a 25%, não é alcançada na compactação das amostras, provavelmente, por se tratar de
um método manual de compactação. Além disso, deve-se considerar que a norma cita a
porosidade aparente prática das escórias européias que, possivelmente, possuem
características físicas, como forma, diferentes das escórias brasileiras.
A Figura 6.44, a Figura 6.45 e a Figura 6.46 mostram os resultados do potencial de
expansão das escórias de aciaria LD não tratada, tratada ao tempo por 6 meses e por 12
meses da Usina 1, segundo o método BS EN 1744-1:1998 realizado por período de 1
dia.
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
110
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Tempo (horas)
Expansão volumétrica (%)
1 2 3
4 5 Média
Limite
Steam Test
Figura 6.44 - Resultados da expansão acumulada da amostra não tratada da Usina 1,
segundo o método Steam Test, por período de 24 horas
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Tempo (horas)
Expansão volumétrica (%)
1 2 Média
Limite
Steam Test
Figura 6.45 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada ao tempo, por 6 meses,
da Usina 1, segundo o método Steam Test, por período de 24 horas
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
111
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Tempo (horas)
Expansão volumétrica (%)
1 2 Média
Limite
Steam Test
Figura 6.46 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada ao tempo, por 12
meses, da Usina 1, segundo o método Steam Test, por período de 24 horas
A Tabela 6.6 mostra a análise estatística das amostras não tratada, tratada por 6 meses e
tratada por 12 meses, da Usina 1.
Tabela 6.6 – Análise estatística dos resultados do Steam Test, realizado por período de
24 horas, das amostras da Usina 1.
Não tratada Tratada por 6 meses Tratada por 12 meses
Média 5,00 2,58 2,69
Desvio padrão 1,66 0,15 0,28
Máximo 7,10 2,68 2,89
Mínimo 2,90 2,47 2,49
Variância 2,76 0,02 0,08
Coef. de variação (%) 33,22 5,80 10,39
Análise estatística
Amostras tratadas ao tempo
Os resultados do Steam Test, realizado por período de1 dia, para a Usina 1, mostram que
com o tratamento ao tempo por 6 meses da escória de aciaria LD, houve uma redução
no potencial de expansão e, atende ao limite adotado de 5%, o mesmo acontecendo com
os resultados da amostra tratada por 12 meses. Porém, pode-se observar que o tempo de
tratamento de 6 meses para 12 meses não é eficaz. Este resultado pode ser, em parte,
justificado pela heterogeneidade da própria escória e pela falta de critérios para melhor
controle do tratamento.
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
112
A Figura 6.47 e a Figura 6.48 mostram os resultados do potencial de expansão das
escórias de aciaria LD não tratada e tratada, por molhagem e aeração, por 1 mês da
Usina 2, segundo o método BS EN 1744-1:1998 e o limite do Steam Test estabelecido,
de 5%.
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Tempo (horas)
Expansão volumétrica (%)
1 2 Média
Limite
Steam Test
Figura 6.47 - Resultados da expansão acumulada da amostra não tratada da Usina 2,
segundo o método Steam Test, por período de 24 horas
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Tempo (horas)
Expansão volumétrica (%)
1 2 Média
Limite
Steam Test
Figura 6.48 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada ao tempo, por 1 mês, da
Usina 2, segundo o método Steam Test, por período de 24 horas
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
113
A Figura 6.49 mostra o resultado do potencial de expansão da amostra analisada por
Silva et al. (2006), procedente da Usina 2, porém com tratamento, ao tempo e com
molhagem e aeração, de 3 meses.
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Tempo (horas)
Expansão volumétrica (%)
1 2 Média
Limite
Steam Test
Figura 6.49 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada ao tempo, por 3 meses,
segundo o método Steam Test, por período de 1 dia (SILVA et al., 2006)
De acordo com este resultado, o valor máximo do potencial de expansão para a amostra
tratada por 3 meses da Usina 2, atende ao limite de 5%.
A Tabela 6.7 mostra a análise estatística das amostras não tratada e tratada por 1 mês da
Usina 2.
Tabela 6.7 – Análise estatística dos resultados do Steam Test, realizado por período de
24 horas, das amostras da Usina 2.
Não tratada Tratada por 1 mês
Média 3,21 3,10
Desvio padrão 0,16 0,80
Máximo 3,33 3,66
Mínimo 3,10 2,53
Variância 0,03 0,64
Coef. de variação (%) 5,13 25,76
Análise estatística
A
mostras tratadas ao tempo com
molhagem e aeração
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
114
Para a Usina 2, em que o tratamento é ao tempo com molhagem e aeração, pode-se
observar que os valores máximos do potencial de expansão para as amostras não tratada
e tratada por 1 mês atendem ao limite de 5%.
A Figura 6.50, a Figura 6.51 e a Figura 6.52 mostram os resultados do potencial de
expansão das amostras não tratada e tratada ao tempo por 6 meses e por 12 meses da
Usina 1, segundo o método BS EN 1744-1:1998 realizado por período de 7 dias.
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Tempo (dias)
Expansão volumétrica (%)
1 2 Média
Limite
Steam Test
Figura 6.50 - Resultados da expansão acumulada da amostra não tratada, da Usina 1,
segundo o método Steam Test, por período de 7 dias
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
115
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Tempo (dias)
Expansão volumétrica (%)
1 2 Média
Limite
Steam Test
Figura
6.51 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada ao tempo, por 6 meses,
da Usina 1, segundo o método Steam Test, por período de 7 dias
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Tempo (dias)
Expansão volumétrica (%)
1 2 Média
Limite
Steam Test
Figura
6.52 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada, por 12 meses, da Usina
1, segundo o método Steam Test, por período de 7 dias
A Tabela 6.8 mostra a análise estatística das amostras não tratada, tratada ao tempo por
6 meses e por 12 meses da Usina 1. A Figura 6.53 mostra o potencial de expansão
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
116
máximo, determinado pelo Steam Test, realizado por 7 dias, das amostras de escórias de
aciaria da Usina 1.
Tabela 6.8 – Análise estatística dos resultados do Steam Test, realizado por período de 7
dias, das amostras da Usina 1.
Amostras tratadas ao tempo
Análise estatística
não tratada tratada por 6 meses tratada por 12 meses
Média 6,64 4,96 7,86
Desvio padrão 1,38 1,16 1,53
Máximo 7,61 5,78 8,95
Mínimo 5,66 4,14 6,78
Variância 1,90 1,35 2,34
Coef. de variação
(%)
20,79 23,43 19,44
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
Usina 1
Expansibilidade (%)
não tratada
tratada por 6 meses
tratada por 12 meses
Figura 6.53 – Potencial de expansão máximo determinado pelo Steam Test, realizado por 7
dias, das amostras da Usina 1.
A Figura 6.54 e a Figura 6.55 mostram os resultados do potencial de expansão das
amostras não tratada e tratada ao tempo, com molhagem e aeração, por 1 mês, da Usina
2.
Tratamento ao
tempo:
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
117
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Tempo (dias)
Expansão volumétrica (%)
1 2 Média
Limite
Steam Test
Figura 6.54 - Resultados da expansão acumulada da amostra não tratada, da Usina 2,
segundo o método Steam Test, por período de 7 dias
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2
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0
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Tempo (dias)
Expansão volumétrica (%)
1 2 Média
Limite
Steam Test
Figura 6.55 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada, por 1 mês, da Usina 2,
segundo o método Steam Test, por período de 7 dias
A Tabela 6.9 mostra a análise estatística das amostras não tratada, tratada por 6 meses e
tratada por 12 meses da Usina 2. A Figura 6.56 mostra o gráfico de barras do potencial
de expansão máximo, determinado pelo Steam Test, realizado por 7 dias, das amostras
de escórias de aciaria da Usina 2.
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
118
Tabela 6.9 – Análise estatística dos resultados do Steam Test, realizado por período de 7
dias, das amostras da Usina 2.
Amostras tratadas ao tempo com
molhagem e aeração
Análise estatística
Não tratada Tratada por 1 mês
Média 6,34 8,88
Desvio padrão 0,09 1,45
Máximo 6,40 9,91
Mínimo 6,28 7,85
Variância 0,01 2,12
Coef. de variação
(%)
1,34 16,37
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
Usina 2
Expansibilidade (%)
Não tratada
Tratada por 1 mês
Figura
6.56 – Potencial de expansão máximo determinado pelo Steam Test, realizado por 7
dias, das amostras da Usina 2.
Analisando os gráficos dos resultados de potencial de expansão das amostras não tratada
e tratadas, tanto da Usina 1 quanto da Usina 2, segundo o método Steam Test, realizado
por período de 7 dias, observa-se que, após as 24 horas iniciais, a expansão acumulada
continua em ascensão. Os resultados do potencial de expansão do ensaio com 168 horas
são muito maiores em relação ao ensaio com 24 horas de duração, confirmando a
necessidade de prolongar o tempo de ensaio, conforme determinado pela norma EN
13242:2002, na ocorrência de teores elevados de MgO (maiores que 5%).
Dessa forma, nenhum dos tratamentos analisados, ao tempo e ao tempo com molhagem
e aeração, é eficiente, quando avaliado pelo ensaio Steam Test, adotando-se o valor
máximo e o limite de 5% de aceitação, com período de realização do ensaio de 7 dias.
Provavelmente, esses tratamentos somente aceleram as reações de hidratação referentes
ao óxido de cálcio. Logo, é necessário reavaliar os tratamentos de redução do potencial
de expansão de escórias de aciaria LD utilizados no Brasil.
Tratamento ao
tempo com
molhagem e
aeração:
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
119
Porém, se considerarmos outras categorias de aplicações, como citado no capítulo 4,
item 4.5, as amostras de escórias de aciaria estudadas poderiam ser aplicadas nas
categorias, V
C
e V
D,
e, algumas amostras, as não tratadas das duas Usinas, até mesmo na
categoria V
B
. É importante observar que, na Europa, cada país define a categoria de
utilização da escória de aciaria, de acordo com a sua experiência de aplicação.
6.3.2 Efeito das repetições sobre o ensaio Steam Test
Para avaliar o efeito das repetições no ensaio a vapor Steam Test, sobre as escórias de
aciaria brasileiras, é realizada análise estatística, conforme Tabela 6.10, da amostra não
tratada da Usina 1, com 5 corpos-de-prova.
Tabela 6.10 – Análise estatística da amostra não tratada da Usina 1.
Média 5,53
Desvio padrão 1,36
Máximo 7,10
Mínimo 3,83
Variância 1,84
Coef. de variação (%) 24,51
Análise estatística Amostras
Conforme observado na análise estatística da Tabela 6.10, o coeficiente de variação é
muito grande, provavelmente devido à heterogeneidade da escória. A diferença entre os
valores máximo e mínimo, também é muito grande. Logo, conclui-se que, é necessário
realizar mais de 2 repetições por amostra de escória de aciaria, quando o desvio padrão
é muito grande em relação á média (maior que 20%).
A fim de conhecer o número de corpos-de-prova mínimo, para a realização do Steam
Test, é realizado um estudo estatístico para determinar o tamanho da amostra. De acordo
com Cochran (1977), a Equação 6.1 realiza este cálculo, sendo necessária a execução de
um ensaio piloto com 2 corpos-de-prova, para a determinação da média e do desvio
padrão.
n = S
2
(Z
1-
α
/2
+ Z
1-
β
)
(
µ
-
µ
0
)
2
Equação 6.1
Onde:
S - desvio padrão da amostra
(
µ
-
µ
0
) - diferença entre as medias = precisão.
α - erro tipo 1 = 5%
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
120
β - erro tipo 2 = 80%
Z - valor da curva normal padrão
Adota-se a precisão desejada da seguinte forma: (i) caso o desvio padrão seja grande em
relação à média (desvio padrão maior que 20% da média), a precisão desejada é igual à
metade do desvio padrão, então, o número mínimo de determinações é 8; (ii) caso o
desvio padrão seja pequeno em relação à média (desvio padrão menor que 20% da
média), a precisão desejada é igual a um desvio padrão e, o número mínimo de
determinações é 2; conforme a norma.
6.3.3 Comparação dos resultados dos métodos de ensaio PTM 130 e
Steam Test
O Quadro 6.13 mostra os resultados máximos encontrados pelos ensaios PTM 130 e
Steam Test, para a Usina 1, em que o tratamento utilizado é ao tempo, e para a Usina 2,
em que o tratamento utilizado é ao tempo com molhagem e aeração.
Quadro 6.13 – Comparação entre os resultados dos ensaios PTM 130 e Steam Test.
Escória Amostra
PTM – 130/78
Valor máximo
(%)*
Steam Test
1 dia
Valor
máximo (%)
Steam Test
7 dias
Valor máximo
(%)
Não tratada
4,03 7,10 7,61
Tratada por 6
meses
3,32 2,66 5,78
Usina 1 –
tratamento ao
tempo
Tratada por
12 meses
2,25 2,89 8,94
Não tratada
3,35 3,33 6,40
Tratada por 1
mês
3,76 3,66 9,91
Usina 2 –
tratamento ao
tempo com
molhagem e
aeração
Tratada por 3
meses
2,85 3,27 n.r.**
* Ensaios realizados por Oliveira (2006) nas mesmas amostras (Anexo II). **n.r. - não realizado
Os resultados mostram que, para a Usina 1, no ensaio Steam Test, realizado por 1 dia, a
amostra tratada por 6 meses e 12 meses, ao tempo, atendem ao limite adotado de 5%,
enquanto que, para o ensaio PTM 130, apenas a amostra tratada por 12 meses atende ao
limite adotado para este método, 3%. Já para o ensaio Steam Test, realizado por 7 dias,
nenhuma amostra atende ao limite adotado de 5%. Isto pode, em parte, ser justificado
pela heterogeneidade da própria escória e pela falta de critérios para melhor controle do
tratamento.
Cap. 6 - Apresentação e discussão dos resultados
121
Os resultados das amostras da Usina 2 mostram que, para o ensaio PTM 130, apenas a
amostra tratada por 3 meses atende ao limite de 3%. Enquanto que, no ensaio Steam
Test, realizado por 1 dia, todas as amostras atendem ao limite adotado de 5%. Nos
resultados do ensaio Steam Test, realizado por 7 dias, nenhuma amostra atende ao limite
de 5%.
Os resultados do Steam Test, realizado por 1 dia, provavelmente não refletem todo o
potencial de expansão e, por este ensaio ser mais agressivo, espera-se obter resultados
superiores aos do PTM 130. Outro dado importante é que, os ensaios Steam Test e PTM
130 foram realizados em momentos diferentes, em função do atraso na importação,
instalação e adaptação do equipamento Steam Test. Logo, o tempo de exposição entre a
geração e a data de realização do ensaio das amostras é grande e a umidade presente nas
escórias pode ter acelerado as reações de hidratação e minimizado o resultado do
potencial de expansão obtido com os ensaios.
No entanto, ao se comparar os resultados do PTM 130 com os do Steam Test, realizados
por período de 7 dias, observa-se que os resultados do Steam Test são muito maiores.
Logo, pode-se sugerir a melhor aplicação do método Steam Test, por período de 168
horas, para identificação da expansão decorrente da hidratação do MgO, que pode ser
extremamente lenta nas utilizações das escórias de aciaria como base e sub-base, e que
pode comprometer o desempenho em serviço do pavimento.
Cap. 7 – Considerações finais
122
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A busca constante do desenvolvimento sustentável, por parte das usinas siderúrgicas,
motiva pesquisas que tornam os resíduos provenientes dessas usinas aproveitáveis na
construção civil. Porém, antes de sua efetiva aplicação, torna-se necessário profundo
conhecimento técnico sobre características destes resíduos, para transformá-los em co-
produtos com agregação de valor técnico, econômico, físico e ambiental.
A escória de aciaria LD, resíduo da fabricação do aço, é um desses co-produtos que
podem ser utilizados na construção civil, desde que devidamente conhecidas suas
características e sua aplicabilidade.
A principal utilização da escória de aciaria é na área de pavimentação, como base e sub-
base. A escória de aciaria possui vantagens econômicas, devido à possibilidade de
camadas mais finas de bases e sub-bases, para a mesma resistência à carga/compressão
e durabilidade, em relação à aplicação de materiais convencionais, como areia e brita
(PENA, 2004). Entretanto, quando em contato com a água, ocorrem reações de
hidratação que provocam a instabilidade volumétrica da escória de aciaria.
Existem alguns tratamentos que reduzem a expansibilidade e contribuem também para a
melhoria geral das características deste co-produto, com o intuito de viabilizar a sua
utilização em pavimentação.
A avaliação do potencial de expansão das escórias de aciaria pode ser realizada por
diversos métodos. Os mais citados na literatura são aqueles com base no ensaio de
compactação, como JIS A 5015/92, ASTM D 4792/00 e método de ensaio do
Departamento de Transportes da Pensilvânia PTM 130/78, adaptado pelo Departamento
de Estradas de Rodagem de Minas Gerais (DMA-1/DER-MG/92) de acordo com o
DNER – DPT 49/64. Na Europa, o método normalizado é o ensaio a vapor Steam Test
(parte da norma prEN 1744-1 – Testes para propriedades químicas de agregados –
análises químicas), que mede o potencial de expansão da escória de aciaria para
utilização em pavimentação. O objetivo do Steam Test é acelerar as reações de
hidratação, utilizando vapor d’água (MOTZ; GEISELER, 2001). O Steam Test, único
ensaio que avalia o potencial de expansão especificamente das escórias de aciaria,
possui comprovada correlação com os resultados de campo e é recomendado pelo
Comitê Europeu de Normalização (MOTZ; GEISELER, 2001).
Cap. 7 – Considerações finais
123
Nesta pesquisa são analisadas amostras de escória de aciaria não tratadas e tratadas ao
tempo, por 6 meses e por 12 meses, e ao tempo com molhagem e aeração, por 1 mês. É
realizada a caracterização física e microestrutural das amostras. O método de
determinação do potencial de expansão utilizado é o Steam Test, com limite de
aceitação de 5%.
A análise dos resultados desta pesquisa permite concluir que os tratamentos avaliados,
ao tempo, por 6 meses e por 12 meses, e ao tempo com molhagem e aeração, por 1 mês,
não reduzem o potencial de expansão das escórias de aciaria LD a níveis satisfatórios,
considerando o limite de 5% do ensaio Steam Test, realizado por período de 7 dias.
Observa-se que, na Europa, cada país define a categoria de utilização da escória de
aciaria, de acordo com a sua experiência de aplicação.
É importante ressaltar que o ensaio Steam Test é extremamente agressivo e expõe a
amostra a condições de aceleração dos mecanismos de expansão e, conseqüentemente,
favorece a heterogeneidade dos resultados de potencial de expansão das escórias de
aciaria. Portanto, considerando que as reações da hidratação do MgO livre podem ser
extremamente lenta, pode-se sugerir a melhor aplicação do ensaio Steam Test nas
utilizações das escórias de aciaria como base e sub-base, para não comprometer o
desempenho em serviço do pavimento. Deve-se considerar que, em várias situações, os
problemas originados da expansão da escória de aciaria utilizada em base e sub-base
ocorreram após alguns anos de utilização.
Porém, é necessário determinar um limite de aceitação deste método, para as escórias de
aciaria LD brasileiras, com monitoramento de trechos experimentais por, pelo menos, 5
(cinco) anos, com base nestes estudos.
A análise dos resultados de caracterização física obtidos por esta pesquisa permite
concluir que:
9 a análise granulométrica das amostras estudadas não atendem à proporção de
granulometria exigida pela norma DNER EM 262/94, porém esta granulometria pode
ser selecionada no beneficiamento da escória de aciaria;
9 as massas específicas reais das escórias de aciaria LD analisadas encontram-se
dentro do limite estabelecido pela especificação do DNER EM 262/94, de 3,0 a
3,5g/cm
3
;
Cap. 7 – Considerações finais
124
9 os resultados de absorção das amostras de escória de aciaria LD não atendem à
norma DNER EM 262/94. Porém, estes resultados não afetam os índices de abrasão Los
Angeles e de esmagamento, que refletem a resistência ao desgaste do material. Outra
observação importante é que uma alta absorção pode significar que a estrutura fica mais
exposta às reações químicas de hidratação, favorecendo a expansão da amostra
(THOMAS, 2000);
9 os resultados dos índices de abrasão Los Angeles, das amostras de escória de
aciaria, 9,9 a 17% encontram-se abaixo do limite de 25%, estabelecido pela DNER EM
262/94. O índice de esmagamento apresenta resultados muito próximos aos do ensaio de
abrasão Los Angeles;
9 na Usina 2, em que o tratamento de redução do potencial expansivo das escórias é
realizado ao tempo com molhagem e aeração, por período de 1 mês, os parâmetros
massa unitária e massa unitária compactada não são influenciados, estatisticamente,
pelo tratamento. Já na Usina 1, em que o tratamento de redução do potencial expansivo
das escórias é realizado ao tempo, nas amostras não tratada e tratada por 6 meses, tanto
a massa unitária quanto a massa unitária compactada são influenciadas, estatisticamente,
pelo tratamento, diminuindo seu valor, após o tratamento. Este resultado pode ser
justificado pelo aumento da fração grossa, da Usina 2, conforme o resultado da
granulometria, que pode ter gerado maior volume de vazios, não preenchidos pela
fração fina, retratando a heterogeneidade da amostra.
9 a massa unitária no estado solto, das amostras de escória de aciaria LD estudadas,
apresenta-se elevada, acima do limite de 1,7 kg/dm
3
citado pela norma do DNER EM
262/92. Entretanto, a massa unitária elevada pode ser importante, quando se quer algum
tipo de estabilização por gravidade;
9 o parâmetro umidade é de fundamental importância, pois a água encontrada nas
amostras pode ter acelerado as reações de hidratação das escórias de aciaria estudadas e
minimizado os resultados do potencial de expansão. As amostras estudadas apresentam
umidade na faixa de 4,00 a 7,10% e podem ter influenciado os resultados do potencial
de expansão;
De maneira geral, as características físicas das escórias de aciaria são favoráveis à sua
utilização para pavimentação.
Cap. 7 – Considerações finais
125
A análise dos resultados de caracterização microestrutural por esta pesquisa permite
concluir que:
9 de acordo com o resultado de análise química, os teores de óxido de cálcio livre
das amostras variam de 4,48 a 7,07 %, observando-se que ele aumenta com o tratamento
da Usina 2 e com tratamento por 6 meses da Usina 01, resultado inesperado que pode
ser explicado pela falta de confiabilidade do método (etileno-glicol), pela pequena
quantidade de amostra utilizada neste ensaio e pela própria heterogeneidade da escória;
9 os teores de MgO das amostras, tanto da Usina 1 quanto da Usina 2, não tratadas e
tratadas, são superiores a 5%;
9 são identificados todos os compostos volumetricamente instáveis nas amostras de
escória de aciaria estudadas: periclásio, cal livre, ferro metálico e silicato dicálcico. Os
compostos que se formam, seja por reação de hidratação, por carbonatação, por
oxidação ou por corrosão, também são identificados. São eles: a brucita, a portlandita, a
calcita, a aragonita, a dolomita, a goethita, a hematita e a wustita.
Pela análise dos resultados de determinação do potencial de expansão das escórias de
aciaria LD, determinado pelo método Steam Test, conclui-se que:
9 a compactação manual dos corpos-de-prova não atingiu a porosidade aparente que
a norma EN 1744-1:1998 sugere. É necessário que, em pesquisas futuras, seja realizada
a compactação mecânica das amostras, em que o cilindro do ensaio seja adaptado a uma
mesa vibratória, com o intuito de reavaliar o parâmetro porosidade aparente;
9 sugere-se a melhor aplicação do método Steam Test, por período de 7 dias, para
amostras com teor de MgO superior a 5%, para identificação da expansão decorrente da
hidratação do MgO, que pode ser extremamente lenta, nas utilizações das escórias de
aciaria como base e sub-base, e que pode comprometer o desempenho em serviço do
pavimento;
9 o número de corpos-de-prova adotado nesta pesquisa é 2, de acordo com a
norma européia. Entretanto, na análise do efeito das repetições sobre o ensaio Steam
Test, conclui-se que é necessário um número maior de repetições. Para isso, sugere-se a
realização de um ensaio piloto, com 2 corpos-de-prova, de modo a obter a média e o
desvio padrão dos resultados. Caso o desvio padrão seja grande em relação à média
(desvio padrão maior que 20% da média), então, o número mínimo de determinações é
8; caso contrário, o número mínimo de determinações é 2, conforme a norma;
Cap. 7 – Considerações finais
126
9 nenhum dos tratamentos utilizados, ao tempo e ao tempo com molhagem e
aeração, é eficaz, adotando-se o limite de 5% de aceitação do Steam Test, realizado por
período de 168 horas;
9 os resultados do potencial de expansão do ensaio Steam Test, por período de 168
horas, são muito maiores em relação ao ensaio PTM 130;
9 o limite de aceitação do ensaio Steam Test precisa ser avaliado, para escórias de
aciaria LD brasileiras, dependendo do tipo de aplicação, confinada ou não, considerando
uma correlação com resultados de campo. Na Europa, esses limites estão associados à
sua aplicação e ao período de ensaio, dependendo do teor de MgO contido na amostra;
9 é necessário reavaliar os tratamento de redução do potencial de expansão de
escórias de aciaria LD utilizados no Brasil e, até mesmo, considerar a possibilidade de
utilização de escória de aciaria LD misturada a outros materiais.
Com o objetivo de contribuir para a maior utilização das escórias de aciaria em bases e
sub-bases, sugere-se:
9 estudo da microestrutura das escórias de aciaria avaliadas, após a realização do
ensaio Steam Test, para verificar o efeito da percolação do vapor sobre microestrutura
das amostras;
9 monitoramento de trecho experimental com escórias de aciaria LD brasileiras em
base e sub-base, para determinação do limite de aceitação do ensaio a vapor, Steam
Test, com base em monitoramentos da expansão in loco;
9 estudo, para proposição de alteração dos limites da especificação rodoviária
DNER EM 262/94, para absorção de água e massa unitária da escória de aciaria
utilizada na construção de pavimentos rodoviários, já que estes parâmetros não são
coerentes com os resultados encontrados em escórias de aciaria brasileiras, que tem
origem nas normas de agregados;
9 investigar a razão para o considerável crescimento do potencial de expansão nas
escórias de aciaria LD tratadas, avaliado pelo Steam Test. Silva et al. (2006) também
observaram este comportamento em escórias de aciaria EAF tratadas.
Cap. 8 – Referências bibliográficas
127
8
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.
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ANEXO I
Anexo I
139
Raios do DRX
O Quadro 1, o Quadro 2 e o Quadro 3 mostram as distâncias interplanares (d1) e as
intensidades dos raios, resultados do DRX encontrados pelo laboratório, das amostras
não tratada, tratada por 6 meses e tratada por 12 meses da Usina 1.
Quadro 1 – Distâncias interplanares e intensidades dos raios detectados pelo
laboratório, para a amostra não tratada da Usina 1.
d1 INTENSIDADE d1 INTENSIDADE d1 INTENSIDADE
7,266 13,19 2,467 46,51 1,733 3,68
3,855 8,79 2,376 23,80 1,682 7,72
3,656 10,36 2,275 5,46 1,583 8,74
3,033 3,87 2,137 100,00 1,548 8,01
2,860 6,78 2,064 8,96 1,513 36,62
2,775 57,80 2,019 10,42 1,432 2,51
2,690 41,20 1,979 4,12 1,369 2,95
2,656 65,96 1,935 22,79 1,332 3,90
2,595 15,30 1,871 5,04 1,291 8,87
2,534 8,78 1,833 6,70 1,237 7,15
Quadro 2 – Distâncias interplanares e intensidades dos raios detectados pelo
laboratório para a amostra tratada ao tempo por 6 meses da Usina 1.
d1 INTENSIDADE d1 INTENSIDADE d1 INTENSIDADE
7,339 10,44 2,476 37,26 1,684 10,19
4,908 4,81 2,379 25,14 1,585 6,62
3,869 3,78 2,280 3,50 1,547 4,04
3,670 7,74 2,185 13,97 1,518 30,45
3,048 3,03 2,146 100,00 1,435 3,27
2,876 5,86 2,066 3,36 1,371 2,99
2,784 36,76 1,937 14,47 1,295 9,53
2,743 38,35 1,837 3,55 1,240 5,76
2,661 33,99 1,794 2,28
2,608 17,85 1,736 4,53
Anexo I
140
Quadro 3 – Distâncias interplanares e intensidades dos raios detectados pelo
laboratório, para a amostra tratada ao tempo por 12 meses da Usina 1.
d1 INTENSIDADE d1 INTENSIDADE d1 INTENSIDADE
7,389 25,01 2,546 12,78 1,587 11,24
5,257 3,87 2,482 47,57 1,553 12,92
4,920 6,26 2,384 19,52 1,520 33,69
3,887 12,34 2,287 6,21 1,486 5,45
3,687 14,08 2,149 100,00 1,464 3,73
3,168 2,92 2,073 17,73 1,434 2,60
3,045 8,54 2,028 9,57 1,376 2,55
2,876 8,03 1,987 3,69 1,351 7,62
2,791 65,14 1,943 40,31 1,335 3,07
2,752 37,11 1,879 5,71 1,297 11,89
2,706 46,52 1,837 8,20 1,240 7,05
2,672 96,72 1,686 6,61
2,609 18,15 1,619 4,79
O Quadro 4 e o Quadro 5 mostram as distâncias interplanares (d1) e as intensidades dos
raios, resultados do DRX encontrados pelo laboratório, das amostras não tratada e
tratada por 1 mês.
Quadro 4 – Distâncias interplanares e intensidades dos raios detectados pelo
laboratório, para a não amostra da Usina 2.
d1 INTENSIDADE d1 INTENSIDADE d1 INTENSIDADE
11,626 5,63 2,600 36,11 1,683 15,15
7,268 14,23 2,478 51,01 1,623 5,81
3,861 10,33 2,375 32,39 1,582 19,49
3,747 3,20 2,275 14,21 1,549 11,47
3,656 19,08 2,182 39,10 1,515 42,92
3,226 4,14 2,150 97,39 1,483 6,26
3,024 16,34 2,140 100,00 1,434 3,25
2,944 4,09 2,023 6,92 1,369 10,39
2,866 15,04 1,980 11,15 1,329 5,29
2,775 83,42 1,934 26,38 1,298 11,45
2,736 80,72 1,827 6,95 1,243 8,55
2,652 82,78 1,760 5,13
Anexo I
141
Quadro 5 – Distâncias interplanares e intensidades dos raios detectados pelo
laboratório, para a amostra tratada ao tempo, com molhagem e aeração, por 1 mês da
Usina 2.
d1 INTENSIDADE d1 INTENSIDADE d1 INTENSIDADE
7,317 30,69 2,381 35,36 1,626 9,58
4,906 10,55 2,281 15,56 1,602 4,46
3,872 10,38 2,187 34,51 1,587 15,66
3,667 19,63 2,155 83,73 1,551 14,08
3,233 3,70 2,145 85,13 1,522 39,68
3,040 16,66 2,056 10,72 1,484 10,49
2,872 14,18 2,023 8,14 1,430 4,34
2,782 100,00 1,981 16,99 1,371 10,80
2,741 80,10 1,935 32,13 1,297 9,41
2,661 78,90 1,836 12,07 1,242 9,16
2,606 40,27 1,763 6,02 1,216 6,78
2,538 17,08 1,737 8,03
2,482 57,52 1,683 16,19
ANEXO II
Anexo II
143
Avaliação do potencial de expansão pelo método DMA-1/DNER-MG/92 –
adaptação do método PTM 130/1978, pelo Departamento de Estradas de
Rodagem de Minas Gerais
Outra opção, para avaliação da expansibilidade, é a adaptação do PTM 130 pelo
Departamento de Estradas de Rodagem de Minas Gerais.
Neste ensaio, a amostra seca ao ar deve passar na peneira de 2” (50,8mm), para
formação da amostra inicial. Em seguida, procede-se o quarteamento até obter uma
amostra representativa de 6,36kg, ou mais. Passa-se esta parcela na peneira de 3/4"
(19mm), e, se houver material retido nesta peneira, procede-se a sua substituição, por
igual quantidade de material passante na peneira de 3/4" (19mm) e retido na peneira nº
4 (4,8mm). Posteriormente, determina-se a umidade ótima e a densidade máxima,
conforme a norma DNER-ME 049/94 (Solos- determinação do Índice de Suporte
Califórnia utilizando amostras não trabalhadas).
Os três corpos-de-prova, com umidade próxima da ótima, são colocados em moldes
cilíndricos de aço galvanizado com 150mm de diâmetro. Os corpos-de-prova usados
neste ensaio são compactados, com 56 golpes de cilindro metálico (peso de 2,496kg e
altura de queda de 30,48cm), em três camadas, com espessuras finais aproximadamente
iguais.
Depois da compactação, os corpos-de-prova são invertidos no molde e fixados numa
placa perfurada, que deve estar coberta com um disco de papel filtro grosso, para que a
escória fique em contato com o papel filtro. Então, é realizada a montagem do aparato
de leitura da expansão, composto do prato perfurado, de uma haste ajustável, de uma
sobrecarga em forma de anel (massa igual a 4,542kg), e de um tripé com o
extensômetro ou relógio comparador com precisão de 0,01mm.
Após a montagem, os moldes são submergidos em água, pré-aquecida, à temperatura de
38ºC, permitindo a livre percolação da água por cima e por baixo do molde. Então, os
moldes são colocados em posição nivelada, submersos em água à temperatura de 71 ±
3ºC. São realizadas leituras diárias, sendo a primeira delas após 30 minutos de ensaio,
nos sete primeiros dias. As amostras devem ficar submersas durante todo o período de
ensaio. Se for necessário, deve-se adicionar água duas horas antes da leitura. Após este
Anexo II
144
período, os corpos-de-prova são retirados do banho térmico e mantidos na condição
saturada (adição diária de água) e em estufa a 71 ± 3ºC de temperatura, fazendo-se
leituras de expansão, por mais sete dias. A condição saturada é garantida com a adição
diária na parte de cima da amostra, de 500ml de água, duas horas antes da leitura.
O acompanhamento da expansão vertical dos corpos-de-prova é feito por meio de
leituras diárias dos relógios comparadores. A porcentagem de expansão volumétrica é a
diferença entre as leituras final e inicial, dividida pela altura inicial da amostra
(11,64cm).
Segundo a norma DNER EM – 262/94 – Escória de aciaria para pavimentos rodoviários
– Especificação de material, o limite para a expansão é igual a 3,0% aos quatorze dias
de ensaio. Enquanto que, a especificação P 408/2003, do Departamento de Transportes
da Pensilvânia, cita um potencial de expansão máximo de 0,5% para a utilização de
escória de aciaria em pavimentação.
Os ensaios de determinação do potencial de expansão pelo método PTM 130/1978
adaptado pelo DER/MG são realizados por Oliveira (2006).
A Figura 1, a Figura 2 e a Figura 3 mostram os resultados do potencial de expansão das
amostras não tratada, tratada por 6 meses e tratada por 12 meses, respectivamente, da
Usina 1, segundo o método PTM 130/1978.
Limite DNIT
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
1 2 3
4 5 MÉDIA
Figura 1 - Resultados da expansão acumulada da amostra não tratada da Usina 1,
segundo o método PTM 130/78 (OLIVEIRA, 2006)
Anexo II
145
Limite PTM130/78
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Tempo [Dias]
Expansão acumulada [%]
1 2
3 4
5 MÉDIA
Figura 2 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada, por 6 meses, da Usina
1, segundo o método PTM 130/78 (OLIVEIRA, 2006)
Limite PTM130/78
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Tempo [Dias]
Expansão acumulada [%]
1 2
3 4
5 MÉDIA
Figura 3 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada, por 12 meses, da
Usina 1, segundo o método PTM 130/78 (OLIVEIRA, 2006)
A amostra tratada por 12 meses é a única a apresentar todos os corpos-de-prova com
valores abaixo do limite estabelecido pelo DNER (EM-262/94), sendo, portanto, a única
que seria aprovada se adotado o critério proposto de 3%.
A Figura 4 e a Figura 5 mostram os resultados obtidos pela amostra não tratada e tratada
por 1 mês, respectivamente, da Usina 2, segundo o método PTM 130/78.
Anexo II
146
Limite DNIT
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Tempo [dias]
Expansão acumulada [%]
1 2
3 4
5 MÉDIA
Figura 4 - Resultados da expansão acumulada da amostra não tratada da Usina 2,
segundo o método PTM 130/78 (OLIVEIRA, 2006)
Limite PTM130/78
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Tempo [Dias]
Expansão acumulada [%]
1 2
3 4
5 MÉDIA
Figura 5 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada, por 1 mês, da Usina 2,
segundo o método PTM 130/78 (OLIVEIRA, 2006)
A Figura 6 mostra o resultado do potencial de expansão da amostra analisada por
Raposo (2005), procedente da Usina 2 e tratada por 3 meses. De acordo com este
resultado, o tratamento de 3 meses é eficiente, segundo o critério de aceitação da norma
DNER (EM-262/94) para o método de ensaio PTM 130/78, na redução do potencial de
expansão para a amostra de escória de aciaria LD da Usina 2.
Anexo II
147
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0123456789101112131415
Tempo (dias)
Expansão Acumulada [%]
1 2
3 4
5 Média
Figura 6 - Resultados da expansão acumulada da amostra tratada por 3 meses da Usina
2, segundo o método PTM 130/78 (RAPOSO, 2005)
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