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Cerâmica

Print version ISSN 0366-6913On-line version ISSN 1678-4553

Cerâmica vol.63 no.365 São Paulo Jan./Mar. 2017

http://dx.doi.org/10.1590/0366-69132017633652016 

Articles

Caracterização de sedimento proveniente de dragagem de canais pluviais do município de Salvador-BA visando sua utilização em cerâmica estrutural

Characterization of sediment from the dredging of stormwater channels in the city of Salvador-BA aiming to use in structural ceramics

O. C. Santos1  2 

S. B. Breitenbach1  2 

R. E. Coelho1 

J. C. S. Andrade3 

J. C. C. Sales Jr.3 

C. A. Paskocimas2 

A. E. Martinelli2 

R. M. Nascimento2 

1Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia, R. Emidio Santos s/n, Salvador, BA. engcruz@ig.com.br, silviabb@ifba.edu.br, rodrigoecoelho@gmail.com

2Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, RN. paskocimas@uol.com.br, aemart@uol.com.br, rubensmaribondo@gmail.com

3Departamento de Engenharia de Materiais, Faculdade de Tecnologia, Universidade Federal do Amazonas, Av. Rodrigo Otávio Jordão Ramos 3000, Manaus, AM. jean.engmateriais@gmail.com, jccalado@gmail.com

Resumo

Este trabalho teve como objetivo caracterizar o sedimento proveniente de dragagem de canais pluviais (SCP), do município de Salvador-BA, visando sua máxima substituição pela argila em cerâmica estrutural, uma vez que essa mistura binária faz parte do projeto piloto da massa padrão, na pesquisa da formulação de blocos intertravados cerâmicos. Inicialmente o sedimento foi submetido aos ensaios de índice de plasticidade, analise química por fluorescência de raios X, análise mineralógica por difração de raios X, analise térmica e granulométrica. A morfologia do material foi analisada utilizando-se microscopia eletrônica de varredura, acompanhada de espectroscopia de energia dispersiva. Em seguida foram feitas adições de sedimento (SCP) a uma argila do município de Candeias-BA, nas proporções de 10, 20, 30 e 40% em massa. Foram preparados corpos de prova por prensagem uniaxial nas dimensões 60 mm x 20 mm, com pressão de compactação de 25 MPa, sendo que o material foi umidificado com 8% de água. A queima foi realizada em forno resistivo a 850, 950 e 1050 °C, com taxa de aquecimento de 5 °C/min. As propriedades avaliadas foram retração linear, absorção de água e módulo de ruptura à flexão. Os resultados indicaram que é possível a utilização do SCP em cerâmica estrutural, mediante os pré-requisitos exigidos em normas, na fabricação de telhas, blocos de vedação e tijolos.

Palavras-chave: cerâmica; sedimento de canais; propriedades mecânicas

Abstract

The aim of this study was to characterize sediment from the dredging of stormwater channels (SCP) in the city of Salvador, Bahia, aiming its maximum replacement by clay in structural ceramics, since this binary mixture is part of the pilot project of the standard mass, in the research of interlocked block ceramic formulation. Initially, the sediment was submitted to the following tests: plasticity index; chemical analysis by X-ray fluorescence; mineralogical analysis by X-ray diffraction; thermal and particle size analyses. The morphology of the material was analyzed by scanning electron microscopy, coupled with energy dispersive spectroscopy. Then, sediment (SCP) was added to clay from the municipality of Candeias, Bahia, in the proportions of 10, 20, 30 and 40 wt%. Specimens were prepared by uniaxial pressing in dimensions of 60 mm x 20 mm, with compacting pressure of 25 MPa, and the material was humidified with 8% of water. Firing was conducted in resistive furnace at temperatures of 850, 950 and 1050 ºC, with 5 ºC/min heating rate. The properties evaluated were: linear shrinkage; water absorption and modulus of rupture. The results indicated the possibility of using SCP in structural ceramics by the prerequisites required in standards, in the manufacture of tiles, sealing blocks and bricks.

Keywords: ceramics; sediment; mechanical properties

INTRODUÇÃO

A cidade de Salvador, com aproximadamente 262 canais, responsáveis pelo escoamento de águas pluviais, esses na sua maioria por não serem revestidos, necessitam de intervenção todos os anos, gerando uma quantidade significativa de sedimentos (lama dragada), em torno de 250 mil metros cúbicos, sendo imperativa uma metodologia adequada para sua destinação final. A busca de um destino final para os resíduos gerados tem sido intensificada em todo o mundo, tornando uma das grandes premissas das indústrias, para que possam estar em conformidade com as normas de proteção ao meio ambiente 1. De acordo com a norma ABNT-NBR 10004/2004, resíduos são materiais no estado sólido ou semissólido, que resultam de atividades de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição 2. Os sedimentos de canais pluviais são materiais oriundos da limpeza e dragagem de canais, espécie de lama de cor escura com odor de médio a forte de esgoto. Trata-se de material de aluvião, transportado e depositado por ação hidráulica, ou de solo alterado formado in situ a partir da rocha subjacente, responsável pela obstrução dos sistemas de drenagem e pela carga em suspensão de argila, que é transportada para as praias, em época de chuvas 3.

Se de um lado, a atividade de limpeza e desobstrução dos canais é necessária, por outro é também uma grande geradora de sedimentos (lama dragada), com forte impacto no meio ambiente e de difícil definição quanto ao local apropriado para realizar o despejo, uma vez que existem representações de órgãos ambientais e legislações, a exemplo da resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) (4, que são utilizadas como critério para análise do sedimento dragado, a fim de orientar o gerenciamento de disposição desse material no procedimento de licenciamento ambiental, quanto ao seu destino para aterros sanitários. Por outro lado, as indústrias cerâmicas da Bahia apresentam produção total da ordem de 195 mil milheiros/mês, sendo 167 mil de blocos (86%) e 28 mil de telhas (14%), o que a coloca em sexto lugar no cenário da produção nacional, com uma participação de 3,7%. O consumo de argila é da ordem de 445.000 t/mês, para produzir 370.000 t de produto final, com uma média de 1,9 kg/milheiro, ligeiramente inferior à média nacional, indicando a produção de peças menores 5, tendo um polo na Região Metropolitana de Salvador (RMS), com grande reserva de argila, na ordem de 188 milhões de toneladas, segundo dados da Companhia Baiana de Pesquisa Mineral (CBPM) 6.

Diante dessas considerações, o uso desse resíduo na massa argilosa pode passar a ser mais uma fonte de material alternativo a ser empregado na indústria cerâmica, apresentando algumas vantagens, tais como: redução do volume de resíduos que por sua vez vem provocando danos à saúde pública e ao ambiente; otimização do prolongamento de vida útil dos aterros sanitários, e redução do consumo das fontes naturais de argilas utilizadas na produção cerâmica. Neste sentido, este trabalho tem como objetivo caracterizar o sedimento proveniente de dragagem de canais pluviais (SCP) do município de Salvador-BA, visando sua máxima substituição pela argila em massas de cerâmica estrutural, na fabricação de blocos e telhas dentro das especificações técnicas 7), (8.

MATERIAIS E MÉTODOS

Inicialmente foi definido um procedimento para coleta da lama proveniente da dragagem do canal de águas pluviais da RMS, sendo seu respectivo pseudocomponente denominado por sedimento de canais pluviais (SCP). Foram escolhidos seis dos principais canais, e em cada um deles foram coletadas três amostras em locais 1,0 km equidistantes, com aproximadamente 5 kg cada amostra. Através de um GPS de navegação de ±2 m de precisão, foram identificadas as coordenadas geográficas do lugar de coleta, como se mostra na Tabela I. O critério para escolha dos pontos de coleta foi baseado nas possibilidades de maior contaminação, por se encontrar próximos de indústrias, clínicas, hospitais, vilas ribeirinhas entre outros. A amostragem foi coletada com o auxílio de uma escavadeira hidráulica e em alguns pontos de difícil acesso com a utilização de uma pá ou trado manual.

Tabela I Localização dos pontos de coleta de amostra dos canais da RMS.  

Table I Location of sample collection regions of RMS channels. 

Bacia hidro canal Denominação da amostra Características Amostra Coordenadas geográficas
Extensão aprox. Seção média BxLxH (m) Abscissa (W) Ordenada (S)
Lucaia / V. Gama S1 5,8 km 3,6x6,0x2,0 A1-01 38º 29,788’ 12º 59,713’
A1-02 38º 29,524’ 13º 00,201’
A1-03 38º 28,972’ 12º 58,149’
Rio das Pedras S2 4,5 km 14x17x2,5 A2-01 38º 26,013’ 12º 58,150’
A2-02 38º 25,709’ 12º 58,424’
A2-03 38º 25,556’ 12º 58,534’
Canela S3 2,0 km 2,5x3,0x1,5 A3-01 38º 30,668’ 12º 59,739’
A3-02 38º 31,221’ 12º 59,702’
A3-03 38º 31,478’ 12º 59,571’
Camarajipe S4 15 km 15x22x2,8 A4-01 38º 28,596’ 12º 59,481’
A4-02 38º 27,027’ 12º 59,783’
A4-03 38º 28,046’ 12º 59,687’
A4-04 38º 28,474’ 12º 57,139’
Jaguaribe S5 10 km 17x23x2,9 A5-01 38º 23,210’ 12º 57,272’
A5-02 38º 23,973’ 12º 57,727’
A5-03 38º 23,380’ 12º 57,024’
A5-04 38º 22,773’ 12º 56,175’
Cobre / São Bartolomeu S6 1,8 km 2,5x3,0x1,2 A6-01 38º 28,497’ 12º 54,120’
A6-02 38º 28,402’ 12º 54,060’
A6-03 38º 28,359’ 12º 53,989’

Após a remoção cuidadosa de vegetais e outros detritos presentes na superfície, as amostras foram coletadas a uma profundidade média de 40 cm, identificadas e, após secagem natural, as amostras de cada canal foram misturadas entre si, quarteadas e depois homogeneizadas importando essa mistura como a amostra representativa daquele canal, totalizando 6 amostras representativas dos canais em estudo. Além das amostras coletadas no próprio canal, verificou-se a necessidade de efetuar coleta na área pré-estabelecida pelo Órgão Municipal para destinação final do material dragado (bota-fora). Nesta, foram coletadas 6 amostras que, após secagem natural, foram misturadas entre si, representando essa mistura, como a amostra de sedimentos de canal pluvial (SCP) da RMS. Para validação do processo, a coleta foi realizada no mês de outubro de 2010 e repetida, conservando as condições dos locais de coleta, em abril e outubro de 2011. Após identificação as amostras foram ensacadas individualmente e levadas para o laboratório de cerâmica da UFRN, onde, em estufa elétrica a 110 °C por 24 h, realizou-se o processo de secagem e posteriormente foram desaglomeradas manualmente com o auxílio de pistilo e almofariz, uma vez que se tratava de uma quantidade pequena visando a caracterização do material, enquanto a amostra representativa dos canais da RMS (SCP) foi desagregada em moinho de bolas por 8 h. Preliminarmente foram realizadas as análises químicas semiquantitativas, por espectroscopia de fluorescência de raios X, obtendo resultados cujas diferenças não foram significativas, mostrando que pode haver estabilidade dessas características. Na Tabela II estão os resultados das análises químicas das amostras S1, S2, S3, S4, S5, S6 e SCP (amostra tipicamente representativa), ilustradas na Fig. 1 por um diagrama ternário do sistema Al2O3 - SiO2 - (RO + RO2 + MnO + SO3).

Tabela II Resultados das análises químicas (% em massa) dos sedimentos representativos de cada canal.  

Table II Results of chemical analyzes (wt%) of representative sediments of each channel. 

Óxido S1 S2 S3 S4 S5 S6 SCP
Al2O3 37,72 37,33 32,39 30,88 38,04 35,26 38,47
SiO2 26,32 26,36 28,74 24,81 31,14 24,39 28,37
Fe2O3 15,39 15,73 17,01 18,25 11,86 16,32 15,47
TiO2 2,38 4,73 2,57 2,22 2,90 2,22 2,16
CaO 0,50 3,81 0,98 2,90 0,53 2,52 1,02
K2O 0,38 0,56 0,62 0,52 0,67 0,47 1,30
SO3 0,22 1,44 0,93 2,03 0,36 0,35 0,46
MnO 0,15 0,16 0,12 0,09 0,07 0,10 0,15
ZrO2 0,13 0,61 0,26 0,17 0,24 0,12 0,04
P2O5 0,07 0,77 0,72 0,30 0,10 0,18 0,24
ZnO 0,04 0,05 0,11 - 0,14 0,07 0,02
PF 16,70 8,45 15,55 17,83 13,95 18,00 12,30

Figura 1: Diagrama ternário do sistema Al2O3 - SiO2 - (RO + RO2 + MnO + SO3).  

Figure 1: Ternary diagram of the Al2O3 - SiO2 - (RO + RO2 + MnO + SO3) system. 

A argila utilizada como massa de referência foi cedida pela Cerâmica Candeias, localizada na RMS, no município de Candeias-BA. Coletada na jazida em forma de torrões que, após secagem natural durante cinco dias, foi ensacada, identificada e levada para o laboratório, onde foi submetida ao processo de secagem em estufa elétrica a 110 °C por 24 h. Posteriormente a argila foi desaglomerada manualmente com o auxílio de pistilo e almofariz, desagregada em moinho de bolas durante o período de 8 h e em seguida foi peneirada em malha de 70 mesh (ABNT nº 70, abertura de 0,210 mm).

Com a finalidade de determinar as características químicas, físicas e mineralógicas das matérias-primas realizaram-se as seguintes análises: análise química do SCP, como apresentado, e da argila, pelo método semiquantitativo de espectroscopia de fluorescência de raios X (FRX), utilizando-se o espectrômetro de energia dispersiva EDX-720 da Shimadzu, e pela quantificação de perda ao fogo (PF); índice de plasticidade (IP) pelo método de Atterberg 9), (10, segundo classificação de Caputo; análise mineralógica através do ensaio de difração de raios X (DRX), utilizando-se o difratômetro XRD-600 da Shimadzu, operando com radiação de CuKα, varredura de 5º a 80º em 2θ com velocidade de 2 º/min; análise térmica (TGA e DTA) através do analisador termogravimétrico e diferencial DTG-60 da Shimadzu, operando com atmosfera controlada com gás argônio com vazão de 50 mL/min, da temperatura ambiente até 1200 °C com taxa de aquecimento de 10 °C/min e análise granulométrica por difração a laser, através do granulômetro 920L da Cilas, na faixa de 0,3 a 400 µm. A morfologia foi analisada utilizando-se microscopia eletrônica de varredura (MEV) com análise e mapeamento por espectrômetro de energia dispersiva (EDS).

Foram elaboradas cinco formulações com misturas binárias, argila e sedimento (SCP), conforme mostra a Tabela III. Estas composições foram homogeneizadas, a seco, em moinho planetário durante 30 min e em seguida armazenadas em recipientes plásticos hermeticamente vedados. Os corpos de prova foram confeccionados através de uma matriz de aço com cavidade retangular de dimensões 60 mm x 20 mm, por prensagem uniaxial simples, cuja pressão de compactação foi de 25 MPa. Para confecção de cada corpo de prova foram necessários 13 g de material pré-umidificado com 8% em massa de água. Após a extração da matriz, os corpos de prova foram identificados, pesados, medidos, secos em estufa elétrica a 110 °C por 24 h, medidos e pesados novamente, para daí serem levados ao forno para queima. A queima foi realizada em forno resistivo a 850, 950 e 1050 °C, com rampa de aquecimento de 5 °C/min, com patamar em 450 °C por 30 min, e outro na temperatura máxima por mais 30 min, com resfriamento por convecção natural até a temperatura ambiente.

Tabela III Formulação (% em massa) da mistura binária (argila + SCP).  

Table III Binary mixture formulation (clay SCP, wt%). 

Formulação Argila SCP
Matriz 100% MR 100 -
Argila + Sedimento de canais pluviais (SCP) MR10 90 10
MR20 80 20
MR30 70 30
MR40 60 40

As propriedades tecnológicas determinadas foram: retração linear de queima, absorção de água e módulo de ruptura à flexão. Durante a queima, a retração é consequência do fenômeno de sinterização. Foram medidos os comprimentos dos corpos de prova após secagem e após a queima, utilizando-se paquímetro Starret com resolução de 0,05 mm. A capacidade de absorção de água do corpo sinterizado está relacionada com a quantidade de água em porcentagem que o corpo absorve após a queima. Os corpos de prova foram submersos, em água destilada, no período de 24 h e posteriormente pesados em balança digital com precisão de 0,01 g. O módulo de ruptura à flexão determina o valor da tensão que, aplicada ao corpo de prova, causa uma ruptura após o aumento uniforme desta. O comportamento mecânico foi analisado por teste de flexão em três pontos.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A Tabela IV apresenta algumas características da argila. Pela análise de FRX, verificou-se que na sua composição química havia concentrações significativas de SiO2, Al2O3 e Fe2O3, com médio teor de K2O, TiO2 e MgO, e traços nos demais óxidos, a exemplo do MnO, ZnO e SO3, cujos percentuais foram menores que 0,06%. O elevado teor de fundente, óxido de ferro (Fe2O3 = 11,94%), que somado aos demais fundentes existentes (MgO e K2O), totalizou 18,38% que, além de justificar a sua queima em baixa temperatura entre 900 a 950 °C, contribuiu para reduzir a absorção de água e a porosidade aparente das peças cerâmicas, bem como aumentar a sua resistência mecânica. As fases mineralógicas presentes (Fig. 2a) foram quartzo (SiO2) como fase predominante, seguido da caulinita [Al2Si2O5(OH)4], muscovita [KMgAlSi4O10(OH)2] e hematita (Fe2O3), típicas das argilas da região. Assim como a argila, pode-se observar na Tabela I, que o SCP possuiu teores de Al2O3, SiO2 e Fe2O3 relativamente elevados, porém baixos teores de óxidos alcalinos fundentes típicos de argila caulinita 11. A alta concentração de Fe2O3 nas matérias-primas em estudo corroborou para uma cor avermelhada das peças após queima.

Tabela IV Características da argila de Candeias, BA.  

Table IV Characteristics of clay from Candeias, Bahia. 

Composição química (%) SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O TiO2 MgO PF
41,25 30,75 11,94 4,77 1,73 1,65 7,70
Composição minerológica Quartzo Muscovita Caulinita Hematita

Figura 2: Difratogramas de raios X apresentando as fases cristalinas na amostra da argila (a) e do SCP (b).  

Figure 2: XRD patterns showing the crystalline phases in the clay sample (a) and SCP sample (b). 

Pela análise de DRX do SCP, Fig. 2b, foi constatada a presença de picos característicos de fases cristalinas, com predominância do quartzo (SiO2), seguido da caulinita [Al2Si2O5(OH)4] e da gibsita [Al(OH)3], o que justificou a maior concentração de Al2O3 na sua composição química. Observou-se ainda a ocorrência do pico da hematita justificando a concentração significante de óxido de ferro na análise química; os óxidos de magnésio e zinco provavelmente encontraram-se na fase amorfa. As micrografias obtidas por MEV, Fig. 3, permitiram visualizar grãos com formatos irregulares e de diversos tamanhos com presença de elementos químicos diferenciados. Através do mapeamento por EDS, foram confirmados os dados obtidos na análise química por FRX.

Figura 3: Micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura das partículas do SCP. 

Figure 3: SEM micrographs of SCP particles. 

A análise das curvas de distribuição granulométrica fracional e acumulada das Figs. 4a e 4b mostra que a argila possuiu maior porcentagem de partículas com diâmetro menor que 2 µm, com aproximadamente 19%, contra 23% do SCP. Observou-se também que a argila apresentou, após moagem, granulometria entre 0,04 e 95 µm, sendo 18,77% do seu volume em uma granulometria inferior a 2 µm, 67,73% entre 2 e 20 µm e 13,50% acima de 20 µm. Os D10, D50 e D90 apresentaram diâmetros de 1,12, 6,07 e 23,46 µm, respectivamente, e diâmetro médio de partículas igual a 10,10 µm. A Fig. 4b exibe o resultado da análise granulométrica do SCP, onde se verifica que o sedimento apresentou granulometria entre 0,04 e 95 µm, sendo 23,23% em volume inferior a 2 µm, 58,15% entre 2 e 20 µm e 18,62% superior a 20 µm. Os D10, D50 e D90 apresentaram diâmetros de 0,98, 5,82 e 31,41 µm, respectivamente, tendo diâmetro médio de 11,62 µm.

Figura 4: Distribuição granulométrica da argila (a) e do SCP (b).  

Figure 4: Particle size distribution of clay (a) and SCP (b). 

A Tabela V contém as características das matérias-primas, com relação aos limites de consistência de Atterberg e distribuição granulométrica. Pode-se verificar que a argila e o SCP encontraram-se na faixa de alta plasticidade, com IP ≥15%, segundo classificação adotada por Caputo 12, e granulometrias semelhantes, com pequena diferença no diâmetro médio. Como o tamanho de partículas pode se relacionar com o tipo de mineral e sua trabalhabilidade, que por sua vez está relacionada com a plasticidade, é possível que a utilização do SCP na massa argilosa, pouco tenha afetado a trabalhabilidade 11. Por outro lado, embora os índices de plasticidade, tanto da argila como do SCP, sejam relativamente altos, esses não impactaram no comportamento de secagem dos corpos de prova em estudo, necessitando, porém, verificação em escala industrial.

Tabela V Limites de consistência de Atterberg e distribuição granulométrica das matérias-primas.  

Table V Atterberg consistency limits and particle size distribution of raw materials. 

Matéria-prima Distribuição granulométrica (% do volume passante) Dm (µm) Limites de consistência
<2 µm 2 µm ≤ Ø ≤ 20 µm >20 µm LL (%) LP (%) IP
Argila 18,77 67,73 13,50 10,10 73 51 22
SCP 23,23 58,15 18,62 11,62 51 32 19

A observação das curvas de TGA e ATD da argila, Fig. 5a, mostrou perda de massa de 10,15% entre 20 e 1200 °C, sendo 3,04% de perda referente à água de hidratação, entre 0 e 160 °C com pico endotérmico em aproximadamente 67 °C. Entre 160 e 400 °C, a perda de 1,97% de massa correspondeu à queima da matéria orgânica, com pico exotérmico em aproximadamente 325 °C, e a perda de massa de 3,79% entre 400 e 600 °C correspondeu à eliminação de hidroxilas (OH) com pico endotérmico em aproximadamente 488 °C, indicando o processo de desidroxilação, transformação da caulinita em metacaulinita. Nesta mesma faixa de temperatura pôde-se observar, ainda, um pico em aproximadamente 576 °C, indicando provavelmente a transformação polimórfica do quartzo alfa em quartzo beta. Na faixa de 600 a 1200 °C, houve perda de 1,35% de massa, devido à perda de água de constituição ou estrutural.

Figura 5: Curvas termogravimétrica e termodiferencial da argila (a) e do SCP (b).  

Figure 5: Thermogravimetric and thermodifferential curves of clay (a) and SCP (b). 

A Fig. 5b apresenta as curvas termogravimétrica e termodiferencial do SCP, onde se pode observar um pico endotérmico entre 20 e 100 °C indicando perda de água livre 13, com 1,60% de perda de massa, que correspondeu à redução da água higroscópica incorporada naturalmente no sedimento. Entre 100 a 400 °C a perda de massa correspondeu à queima da matéria orgânica, com pico exotérmico em aproximadamente 243 °C, seguido do pico endotérmico em aproximadamente 277 °C, possível transformação pseudomórfica da gibsita, contribuindo para o aumento da refratariedade e perda de massa. Entre 400 e 600 °C a perda de massa deveu-se à eliminação de hidroxilas (OH) e carbonatos (CO3), transformação de hidróxidos e carbonatos em óxidos. Nesta faixa de temperatura ocorre a maior perda de água estrutural da caulinita, conforme indicou o pico endotérmico a 490,79 °C, transformação da caulinita em metacaulinita; observou-se ainda em 570 °C um pico mau definido, indicando a transformação polimórfica do quartzo alfa em quartzo beta. Na faixa de 800 a 900 °C, notou-se um pico exotérmico mau definido situado a aproximadamente 850 °C; nesta temperatura ocorreu a formação da fase do espinélio da sílica-alumina. Sua composição, dado o pequeno tamanho das partículas, foi de difícil determinação, mas encontrou-se na faixa entre Al2O3 e 3Al2O3.2SiO2 (alumina e mulita). A aproximadamente 1040 °C apresentou um pico exotérmico, mau definido, indicando a formação da fase da mulita mais cristobalita 14.

A partir da Tabela VI, que apresenta os valores médios dos resultados da retração linear de queima, absorção de água e do módulo de ruptura à flexão dos corpos sinterizados, foram elaborados seus respectivos gráficos, para as diversas formulações conforme Fig. 6. Nota-se que a partir dos valores médios contidos na Tabela VI, foi possível identificar os efeitos composicionais e térmicos nas propriedades tecnológicas para cada formulação. Os corpos de prova com incremento maior que 10% em massa do SCP, formulações MR20, MR30 e MR40, apresentaram maior absorção de água e menor retração linear de queima, bem como menor resistência mecânica comparada com a formulação com 100% de argila (MR), enquanto que a formulação MR10, com 10% em massa de SCP, não apresentou variações significativas nas propriedades do produto final, adotando-se essa como massa padrão na pesquisa de formulação de blocos intertravados cerâmicos. Na Fig. 6b, o gráfico mostra uma relação diretamente proporcional entre o aumento da dosagem do SCP e o aumento da propriedade de absorção de água (AA). Tomando-se como base as Normas ABNT NBR15310/2005 15 e NBR 7170/1983b 16 constatou-se que a AA de todas as formulações e em todas as condições de queima, com exceção da MR40 nas temperaturas de 850 e 950 °C, apresentou valores abaixo do valor limite máximo de 20%, atribuído para a fabricação de telhas e tijolos, assim como todas atenderam à fabricação de blocos estruturais e de vedação, segundo as normas NBR 15270-1 e 15270-2 da ABNT com AA ≤ 22%. Como pode ser observado, valores maiores que 10% em massa do SCP na massa argilosa acarretaram maiores valores de absorção, o que pode ser atribuído ao caráter predominante caulinítico do sedimento e à elevada perda de massa na queima, face ao alto teor de argilominerais 17 e pela volatilização da matéria orgânica existente no sedimento, aumentando a porosidade aberta das peças cerâmicas.

Tabela VI Resultados das propriedades tecnológicas das formulações após diferentes temperaturas de queima.  

Table VI Results of the technological properties of formulations after different firing temperatures.  

850 ºC 950 ºC 1050 ºC
Formulação RLq (%) AA (%) MRF (MPa) RLq (%) AA (%) MRF (MPa) RLq (%) AA (%) MRF (MPa)
MR 0,61 16,16 8,17 2,02 13,49 10,76 3,58 10,39 14,09
MR10 0,57 16,92 7,98 1,88 13,10 10,35 3,50 11,01 14,12
MR20 0,33 18,27 5,45 0,53 17,98 6,24 2,96 14,42 6,47
MR30 0,28 19,58 3,83 0,36 18,78 3,85 2,50 16,02 4,19
MR40 0,25 20,29 3,80 0,28 20,01 3,81 2,24 17,67 3,86

RLq - retração linear de queima; AA - absorção de água; MRF - módulo de ruptura à flexão.

Figura 6: Gráficos de retração linear de queima (a), absorção de água (b) e módulo de ruptura à flexão (c) das composições em função da temperatura de queima.  

Figure 6: Graphs showing the firing shrinkage (a), water absorption (b), and modulus of rupture (c) of compositions according to the firing temperature. 

As normas para tijolos e blocos de vedação não especificam valores de tensão ou módulo de ruptura à flexão, mas de resistência à compressão uniaxial. Uma vez que os limites de resistência à tração dos materiais cerâmicos valem aproximadamente 1/10 de suas resistências à compressão e considerando que a fratura ocorre na face do corpo de prova sob tração, o ensaio de flexão é um substituto razoável para o ensaio de tração 18. Assim, ressalta-se que a formulação com 10% em massa de SCP, e queima entre 850 e 1050 °C, pode ser utilizada para a fabricação de tijolos, blocos de vedação e telhas, uma vez que atende as especificações exigidas por normas, tanto na absorção de água, como na resistência mecânica 8)-(18, assim como as demais formulações na fabricação de tijolos e blocos de vedação, exceto a MR40, nas queimas a 850 e 950 °C, apenas para a fabricação de blocos de vedação. Com objetivo de validação dessa relação entre a resistência à compressão e a resistência à tração 18, e como a formulação adotada para a massa padrão foi a MR10, realizou-se o ensaio de resistência à compressão uniaxial em conformidade com a Norma NBR6460/1983 19, em virtude da quantidade disponível do material de pesquisa, e os resultados obtidos foram comparados com os valores do MRF da formulação MR10, conforme Tabela VII. Como pode ser observado, houve um aumento do valor para a resistência à compressão (Rc) comparada ao valor do módulo de ruptura à flexão (MRF) em todas as temperaturas de queima. Praticamente os valores para RC foram mais que o dobro dos valores de MRF, podendo assim aceitar os valores do MRF como parâmetro para determinar a resistência à compressão com margem de segurança.

Tabela VII Comparativo dos resultados da resistência à compressão (Rc) e MRF da formulação MR10.  

Table VII Comparison of results of compressive strength (Rc) and MOR of MR10 formulation. 

Temperatura de queima (ºC) Rc (MPa) MRF (MPa)
850 18,16 7,98
950 26,25 10,35
1050 31,78 14,12

Para o processo de obtenção do extrato solubilizado e de lixiviação das peças cerâmicas sinterizadas, referentes às formulações MR10, MR20, MR30 e MR40, cujas composições possuem o SCP, foram utilizados os corpos de prova na forma retangular com dimensões de 60 mm x 20 mm. Os corpos de prova de cada formulação foram reduzidos até partículas abaixo de 9,5 mm (peneira ABNT 3/8”). O ensaio de lixiviação foi realizado em conformidade à norma ABNT NBR 10005/04, utilizando água destilada e ácido acético glacial como agente lixiviante. O ensaio de solubilização foi realizado segundo a norma ABNT NBR 10006/04, com o objetivo de avaliar o grau de encapsulamento do manganês e zinco na matriz cerâmica, reduzindo a capacidade de transferência ao meio ambiente. As concentrações dos metais analisados, nos extratos lixiviados e solubilizados dos corpos de prova em todas as formulações, ficaram abaixo dos limites definidos pela NBR 10004/2004 da ABNT 2, sendo classificado como não perigoso e inerte - Classe II-B, conforme Tabela VIII.

Tabela VIII Resultados dos testes de solubilização e lixiviação das formulações.  

Table VIII Results of waste extraction and leaching tests of the formulations. 

Formulação Solubilização (mg/L) Lixiviação (mg/L) Classificação
Mn Zn Mn Zn NBR 10004/04
MR10 ND ND ND ND Classe II-B
MR20 ND ND ND ND Classe II-B
MR30 <0,01 ND ND ND Classe II-B
MR40 <0,01 ND ND ND Classe II-B
Limite 0,1 5,0 NE NE NE - Não existe
NBR10004/04 Anexo G Anexo F ND - Não detectado

CONCLUSÕES

Com base nos resultados obtidos, verificou-se que os ensaios característicos do sedimento proveniente de dragagem de canais pluviais (SCP) revelaram tratar-se de uma argila caulinítica, apresentando em sua constituição mineralógica, além da fase caulinita, quartzo, gibsita e hematita. A mistura do SCP com a argila, na proporção de 10% e 90% em massa, respectivamente, não proporcionou variações significativas das propriedades do produto final, comparada com a massa argilosa pura, adotando-se essa como massa padrão para o estudo de formulação cerâmica para blocos intertravados. Entretanto, as formulações com SCP acima de 10% em massa proporcionaram aumento na absorção de água, contribuindo com a diminuição da retração linear de queima e da resistência mecânica. A pesar da adição do SCP na matriz cerâmica, com teores acima de 10% em massa, contribuir para diminuição da resistência mecânica das peças sinterizadas, comparadas com a massa pura, é possível sua aplicação nos produtos cerâmicos, mediante os pré-requisitos exigidos nas normas, por agregar-lhes valor econômico, contribuindo para redução de problemas ambientais gerados pelo descarte do sedimento (lama dragada) e da extração da matéria-prima (argila).

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao CNPq e à CAPES pelo apoio financeiro e, também, às instituições de ensino UFRN e IFBA pelo uso dos laboratórios.

REFERÊNCIAS

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9 ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 6459, “Determinação do limite de liquidez”, Rio de Janeiro, RJ (1984). [ Links ]

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Received: December 03, 2015; Revised: July 02, 2016; Accepted: July 03, 2016

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