Avaliação das propriedades de argamassas cimentícias com adição de resíduos da geração termoelétrica

Evaluation of the properties of cementitious mortars with the addition of thermoelectric generation residues

RESUMO

A substituição parcial de cimento por resíduos sólidos da geração termoelétrica, em formulações de argamassas, pode contribuir para preservação ambiental e para o desenvolvimento materiais de construção mais duráveis. Este estudo teve como objetivo avaliar a influência da substituição parcial de cimento Portland por cinzas volantes de carvão mineral e pelo subproduto da dessulfuração dos gases de combustão, nas propriedades de argamassas cimentícias. A metodologia experimental consistiu na caracterização dos resíduos por difração de raios-X, espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura e análise granulométrica das partículas. Foram preparados blocos cilíndricos de argamassa com dimensão de 50 x 100 mm e traço 1: 3: 0,48 (cimento: areia: água/cimento), conforme a NBR 7215. O cimento foi substituído, em massa, nas proporções de 6%, 16% e 26%. As resistências à compressão (NBR 7215) foram medidas aos 7, 14 e 28 dias de cura úmida. Complementarmente, realizou-se o ensaio de absorção de água por capilaridade (NBR 9722). Os resultados foram comparados com uma amostra de referência, isto é, sem os resíduos. Foi demonstrado que, mineralogicamente, as cinzas contêm mulita, quartzo (principalmente) e hematita e têm diâmetro médio de 42,19 µm. A morfologia das partículas é predominantemente esférica contendo algumas porosidades. O subproduto é um material rico em sulfato de cálcio e traços de quartzo com diâmetro médio de 17,8 µm sendo constituído por partículas aglomeradas com morfologia variada. Os resultados mostraram que a substituição de 6% em massa de cimento Portland por cinzas melhora o desempenho das argamassas quanto à resistência à compressão axial e absorção de água por capilaridade. Para as argamassas contendo o subproduto a melhoria nas propriedades mecânicas não foi evidenciada.

Palavras-chave
Cinza de carvão mineral; Dessulfurização gasosa; Reciclagem; Geração termoelétrica; Argamassas cimentícias

ABSTRACT

The partial cement replacement by solid wastes of thermoelectric generation in mortar formulations can contribute to environmental preservation and in a more durable materials building development. This study aimed to evaluate the influence of Portland cement partial replacement by coal fly ash and flue gas desulphurization by-product on the cementitious mortars properties. The experimental methodology consisted of the residues characterization by X-ray diffraction, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy and particle size analysis. Cylindrical blocks of mortar with a 50 x 100 mm dimensions and a 1: 3: 0.48 trace (cement: sand: water/cement) were prepared according with NBR 7215 standard. Cement was replaced, by mass, in the proportions of 6%, 16% and 26%. Comprehensive strengths (NBR 7215) were measured at 7, 14 and 28 days of wet cure. In addition, water absorption by capillarity test was performed (NBR 9722). The results were compared with a reference sample, that is, without residues. It has been shown that, mineralogically, the ashes contain mulita, quartz (mainly) and hematite and have 42.19 μm average diameter. Particle morphology is predominantly spherical containing some porosities. The by-product is a material rich in calcium sulfate and quartz traces with 17.8 μm average diameter and consists of agglomerated particles with varied morphology. The results showed that the replacement of 6% Portland cement by ashes improves the performance of mortars in terms of axial comprehensive strength and capillarity water absorption. For the mortars containing the by-product, the improvement in mechanical properties was not evinced.

Keywords
Coal fly ash; Gas desulfurization; Recycling; Thermoelectric generation; Cement mortars

1. INTRODUÇÃO

Concretos e argamassas são os materiais mais utilizados em construções pela sua versatilidade e facilidade de manuseio. A argamassa pode ser conceituada como um material obtido a partir da mistura, em proporções adequadas, de materiais inertes de baixa granulometria e de uma pasta com propriedades aglomerantes. A argamassa diferencia-se do concreto pelo tamanho do agregado que a compõe [¹].

As construções podem apresentar problemas estruturais ao longo do tempo. Essa informação é confirmada ao se analisar o número elevado de reconstruções e/ou reparos nas estruturas, decorrentes de falhas prematuras em serviço, agravada pela exposição a atmosferas agressivas. A diminuição na durabilidade de uma estrutura gera um problema ambiental devido ao desperdício de matérias-primas, ao aumento de resíduos gerados, e ao maior consumo de energia e recursos naturais [², ³].

Nesse contexto, ao longo do tempo, os materiais cimentícios foram se aprimorando pela introdução de aditivos, na forma de plastificantes, retardadores de pega, entre outros, além das adições pozolânicas ou cimentantes que compõem a mistura pela substituição do cimento ou somando-se a este. Assim, estudar soluções que prolonguem a vida útil das estruturas e minimizar o impacto ambiental gerado por sua cadeia produtiva, é um desafio para os pesquisadores e alvo de pesquisas relacionadas ao setor da construção civil [⁴, ⁵].

A adição de resíduos nas formulações de argamassas cimentícias já foi evidenciada na literatura. As principais vantagens são os ganhos de resistência, mesmo quando se diminui a quantidade de cimento na mistura. Na microestrutura, contribuem para o desenvolvimento de uma matriz mais definida e uma estrutura menos porosa, o que permite maior resistência ao ataque de agentes agressivos, melhorando sua condição de durabilidade aliada a uma maior resistência mecânica. Dentre as adições, pode-se destacar os resíduos de construção e demolição gerados pela própria construção civil [⁶], a fibra de coco [⁷], a cinza de casca de arroz [⁸], a cinza de bagaço de cana-de-açúcar [⁹] e as cinzas volantes de carvão mineral [¹⁰-¹²].

Quanto à influência do tempo de cura, a literatura mostra que, aos 28 dias, as argamasssas contendo adições de cinzas de carvão mineral apresentaram melhor desempenho no ensaio de resistência à compressão axial. Isso significa, que não há incremento das reações, no sentido contribuir para de elevar o desempenho das argamassas em tempos de cura superiores aos 28 dias [¹³-¹⁵].

No Brasil, a queima de carvão mineral para a geração de energia em Usinas Termelétricas (UTE’s), gera um montante da ordem de 3,24 milhões de toneladas/ano de resíduos sólidos, tais como escórias, cinzas de carvão mineral (leve e pesada) e o subproduto da dessulfurização dos gases da combustão, processo conhecido como Flue Gas Desulfurization (FGD). Somente uma pequena fração dos subprodutos gerados em UTE’s, cerca de 30%, é reaproveitada, o restante é disposto de maneira inadequada. O desenvolvimento de tecnologias de reaproveitamento desses subprodutos, além de minimizar a disposição em áreas inadequadas incrementa a credibilidade deste tipo de geração perante o mercado consumidor [¹⁶, ¹⁷].

O alto volume dos resíduos em questão e a potencial atividade pozolânica das cinzas de carvão, comprovada por diversos pesquisadores [¹⁶-¹⁹], indicam adequabilidade para uso em matrizes cimentícias.

Para ALTHEMAN et al. [¹⁷], a adição de cinzas volantes de carvão mineral em matrizes cimentícias é essencial para se alcançar os requisitos da Política Nacional dos Resíduos Sólidos. Os resultados encontrados pelos autores demonstraram que a cinza possui atividade pozolânica e quando inserida nas matrizes cimentícias estudadas, elevaram a resistência mecânica. Os autores desenvolveram argamassas com teores de substituição, em massa, de 5%, 10% e 20% de cimento Portland por cinzas de carvão mineral da produção de alumínio.

PACHECO et al. [¹⁸] afirmam que teores de substituição entre 40 e 50% em massa de cimento Portland por as cinzas volantes de carvão mineral, apresentam reações químicas de hidratação mais lentas, contribuindo pouco para as resistências iniciais, contudo, indicam o material devido à redução do consumo de clínquer.

DUARTE et al. [¹⁹] realizaram um estudo que teve por objetivo avaliar o comportamento do concreto, em estado endurecido, com substituições parciais de cimento Portland por cinzas de carvão mineral de termoelétricas nos teores de 7%, 14% e 21%, em relação à massa do cimento, e um concreto de referência. Foram realizados ensaios de compressão axial; absorção de água por capilaridade e por imersão na idade de 28 dias. Foi concluído que a resistência à compressão axial diminui conforme aumentam-se os teores de cinzas adicionadas à mistura. Contudo, os valores estão acima da resistência mínima de 20MPa, recomendada pela norma NBR6118. A adição das cinzas não afetou a absorção de água por imersão e por capilaridade.

SANTANA [²⁰], avaliou o uso do subproduto da FGD como adição mineral em concretos com traço de fck (feature compression know) de 25 MPa com 0%, 5%, 10% e 20% em relação à massa de cimento. Foi demonstrado que as resistências mecânicas dos traços de concreto, ou não sofreram influência ou aumentaram com o aumento do teor de resíduo adicionado.

Com base no disposto pela literatura aqui apresentada, o presente trabalho teve por objetivos caracterizar a cinza volante e o subproduto da FGD, oriundos de uma UTE localizada na cidade de Candiota-RS e, avaliar a influência da substituição de cimento Portland por estes resíduos nas propriedades de argamassas cimentícias.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Materiais

Um cimento classificado como CP IV-32 de acordo com a NBR 5736 [²¹] foi utilizado em todas as formulações. Optou-se por este CP porque é adequado para construção de estruturas enterradas no solo. Além disso, na região da Campanha gaúcha, local deste estudo, estão localizadas UTE’s e, dessa forma, a atmosfera regional possui altas concentrações de sulfatos.

As caracterizações química e física do cimento foram fornecidas pelo fabricante e são mostradas nas Tabelas 1 e 2.

Tabela 1
Composição química do cimento Portland CP IV-32.

ENSAIOS	RESULTADOS	REFERÊNCIAS
Perda de Fogo – PF	3,34%	NBR NM 18 (ABNT, 2004) [22]
Dióxido de Silício – SiO2	28,94%	NBR NM 11-2 (ABNT, 2004) [23]
Óxido de Alumínio – Al2O3	9,97%
Óxido de Ferro – Fe2O3	3,72%
Óxido de Magnésio - MgO	3,18%
Óxido de Cálcio – CaO	45,12%
Resíduos Insolúveis – R.I.	25,25%	NBR NM 15 (ABNT, 2004) [24]
Óxido de Cálcio Livre	0,74%	NBR NM 13 (ABNT, 2004) [25]

Tabela 2
Caracterização física do cimento Portland CP IV-32.

ENSAIOS	RESULTADOS	REFERÊNCIAS
Massa específica	2,83 g/cm³	NBR NM 23 (ABNT, 2001) [26]
Área específica	4340 cm²/g	NBR NM 76(ABNT, 1998) [27]
Finura Blaine	4,290 cm²/g	NBR NM 11579(ABNT, 1991) [28]
Água da pasta de consistência normal	30, 3%	NBR NM 43(ABNT, 2003) [29]
Início de pega	3,4 h	NBR NM 65(ABNT, 2003) [30]
Fim de pega	4,25 h
Expansividade de Le Chatelier – a quente	0,34 mm	NBR NM 11582(ABNT, 1991) [31]
Resistência à compressão 1 dia	-	NBR 7215 (ABNT, 2019) [32]
Resistência à compressão 3 dias	>10,0 MPa
Resistência à compressão 7 dias	>20,0 MPa
Resistência à compressão 28 dias	>32,0 MPa

O agregado miúdo utilizado foi a areia fina com tamanho máximo de partícula de 1 mm (NBR 7211 [³³]). A água de amassamento foi proveniente da rede de esgoto local da cidade de Bagé-RS.

O CP foi parcialmente substituído, em massa, por cinzas volantes (CV) e pelo subproduto da FGD (SP) cedidos pelo Complexo Termelétrico de Candiota. Os resíduos não tiveram nenhum tipo de preparo, manipulação preliminar à adição na argamassa.

2.2 Caracterização dos materiais

A composição mineral dos resíduos foi determinada por difratometria de raios-X (DRX) e espectroscopia Raman, tais técnicas possuem alta resolução para identificação de minerais mesmo em baixas concentrações. Ambas as técnicas fornecem informações sobre os compostos, contudo, pela primeira identificam-se também as estruturas cristalinas. A combinação das técnicas é útil nos casos em que a DRX não fornecer informações estruturais satisfatórias, devido, por exemplo, a elevada concentração de material vítreo [³⁴].

O difratrômetro utilizado foi o Rigaku ULTIMA IV, JP. Operando com radiação de Cu Kα, gerada a 40 kV e 20 mA. A amplitude de escaneamento foi de 3° a 80° e tempo de integração de 2 s por ponto.

Os espesctros Raman foram medidos em um espectrômetro Raman Confocal com laser de (λ = 532 nm), e diâmetro de feixe de 1 µm no intervalo de 5 a 1900 cm-1.

Os espectros experimentais foram comparados com a base de dados RRUFF (http://rruff.info/) [³⁵] e as fases minerais foram identificadas com auxílio do software X-pert High Score Plus.

A morfologia das partículas, analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi analisada em um microscópio da marca Jeol, JSM – 6610LV.

Pela análise granulométrica, NBR 7181 [³⁶], avaliou-se adispersão de tamanhos e o diâmetro médio das partículas. O ensaio foi realizado em um em granulômetro a laser modelo 1190 LD, da marca CILAS, medido em solução líquida.

2.3 Formulações e preparo dos corpos de prova

Os corpos de prova foram preparados com argamassa composta por uma parte de cimento, três de areia normalizada, em massa, e com relação água cimento de 0,48 (1:3:0,48), conforme a NBR 7215 [³²].

Foram preparados corpos de prova cum teores de substituição, em massa, de CP por CV ou SP de 0, 6%, 16% e 26%. A Tabela 3 apresenta as formulações dos traços analisadas na pesquisa.

Tabela 3
Traço de referência e com CV e SP.

TRAÇO	MASSA DE AGLOMERANTE			AREIA (g)	ÁGUA (mL)	RELAÇÃO água/cimento	Consumo de cimento (kg/m3)
	CIMENTO (g)	CV (g)	SP (g)
0%	624	-	-	1872	300	0,48	3120
6%	586,56	37,44	-	1872	300	0,48	2932,8
16%	524,16	99,84	-	1872	300	0,48	2620,8
26%	461,76	162,24	-	1872	300	0,48	2308,8
6%	586,56	-	37,44	1872	300	0,48	2932,8
16%	524,16	-	99,84	1872	300	0,48	2620,8
26%	461,76	-	162,24	1872	300	0,48	2308,8

A Figura 1 mostra as argamassas nos moldes antes da cura úmida (1a) e as mesmas desmoldadas após 24 horas de cura (1b).

Figura 1
Corpos de prova nos (a) moldes e (b) desmoldados após 24 horas.

2.4 Resistência à compressão

O método de ensaio foi realizado conforme o prescrito pela NBR7215 [³²] o qual compreende a determinação da resistência à compressão em corpos de prova cilíndricos de 50 mm de diâmetro e 100 mm de altura. Utilizou-se um equipamento da marca EMIC modelo DL 20000 com velocidade de aplicação da carga de 0,45 ± 0,15 MPa/s e carga máxima de 100 kN. As amostras foram comprimidas até a ruptura nas idades de 7, 14 e 28 dias de cura úmida.

2.5 Determinação da absorção de água por capilaridade

Este ensaio é útil para monitorar o aumento da massa das argamassas devido à absorção de água por capilaridade conforme a NBR 9779 [³⁷]. A absorção de água por capilaridade foi calculada pela equação 1:

$$C = \raisebox{1ex}{$\left(A - B\right)$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$S$}\right.$$ (1)

Onde: C é a absorção de água por capilaridade em g/cm²; A é a massa do corpo de prova que permanece com uma de suas faces em contato com a água; B é a massa do corpo de prova seco e S é a área da seção transversal em cm².

2.6 Análise estatística

Para verificar se existem influências significativas das substituições na variável resposta resistência à compressão, utilizou-se a análise de variância (ANOVA), com delineamento inteiramente casualizado (DIC).

3. RESULTADOS E DISCUSSIÃO

No difratograma da CV, apresentado na Figura 3a, destacou-se um halo amorfo entre 15° e 35° passível de atividade pozolânica deste resíduo, conforme indicam HOPPE et al. [³⁸] e YAN et al. [³⁹].

Na composição mineralógica da CV, foram identificadas fases de quartzo (S_iO₂), mulita (Al₂O₃-S_iO₂) e traços de hematita (Fe₂O₃) conforme mostram os difratogramas, Figura 3a, e o espectro Raman, Figura 3b. De acordo com a intensidade dos picos, verifica-se que o quartzo é mais frequente, seguido de mulita e hematita. Esta mineralogia também foi evidenciada por KRÓL et al. [⁴⁰] e por AZEVEDO et al. [⁴¹]. Mesmo sendo de locais distintos, observou-se semelhanças entre os difratogramas principalmente no halo amorfo e no pico de quartzo que fica entre 26° e 27º [³⁸-⁴¹]. A formação da mulita, identificada somente por DRX, está relacionada com a combustão do carvão em temperaturas maiores do que 1050°C. A mulita é a fase que contribui para resistência mecânica do material [⁴²].

Figura 2
Difratograma (a) e espectro Raman (b) da CV.

Ao analisar o difratograma do SP, observa-se um baixo grau de amorfismo, devido à ausência de halo amorfo e, portanto, o material não tem atividade pozolânica. O material possui uma estrutura bem ordenada, com picos de intensidade bem definidos. Quanto a composição mineral, a fase mais significativa é o sulfato de cálcio (CaSO₄.2H₂O), na forma de gipsita, e quartzo, conforme mostram as Figuras 3a-b. Portanto, o resíduo não pode ser considerado puro. O quartzo identificado é devido à CV remanescente que se mistura ao SP durante a dessulfurização. LI et al. [⁴³] e FENG et al. [⁴⁴] identificaram estes compostos em subprodutos de FGD.

Figura 3
Difratograma (a) e espectro Raman (b) do SP.

Na micrografia de MEV da CV, Figura 4a, pode-se observar partículas com diâmetro variando entre 0,7 μm e 20 μm, morfologia esférica com superfície lisa (maioria) e algumas com microporosidades. A morfologia esférica é tipicamente identificada em cinzas volantes provenientes da combustão de carvão pulverizado conforme relatado na literatura [⁴⁵, ⁴⁶].

Nas partículas de SP, Figura 4b, observam-se aglomerados com morfologia variada, contendo alguns cristais escamosos e partículas prismático-rômbicas de dimensão variada e distribuição heterogênea, condizentes com a morfologia observada por outros autores [⁴⁷, ⁴⁸].

Figura 4
Imagens de MEV (a) CV e (b) SP.

A Figura 5 mostra a distribuição granulométrica dos resíduos. O eixo x dos diagramas mostra os diâmetros em μm, no eixo y à esquerda, a massa acumulada % e no eixo y à direita o histograma.

Foram medidos diâmetros médios de 42,19 μm e 17,83 μm para a CV e para o SP, respectivamente.

Figura 5
Distribuição granulométrica (a) CV e (b) SP.

Conforme MEHTA e MONTEIRO [⁴⁹], a cinza volante pode ter diâmetro variando entre 1 µm até 100 µm. COSTA [⁵⁰] obteve diâmetro médio de 41,35 μm, enquanto LACERDA [⁵¹], 54,22 μm, ambos para cinzas volantes provenientes da combustão do carvão na mesma UTE que forneceu o material para este estudo. As diferenças entre o diâmetro médio encontrado neste trabalho com os de outros autores [⁵⁰, ⁵¹] está relacionada às características do processo de combustão e do carvão mineral queimado [⁵²].

ZERBINO et al. [⁵³] destacam a importância da distribuição granulométrica dos resíduos no que tange ao desempenho da pasta que a incorpora. No caso do concreto contendo cinza, em teor de substituição de 15% em massa, os autores observaram melhorias nas propriedades do estado fresco e também, nas propriedades mecânicas e na durabilidade. Isso devido à maior finura do material. Ainda conforme ZERBINO et al. [⁵³], a cinza pode, inclusive, influenciar na inibição ou desenvolvimento da reação álcali-sílica (RAS). A mitigação ou exacerbação da RAS depende do teor de substituição do cimento e, preponderantemente, do tamanho das partículas do material adicionado.

A Figura 6 mostra os corpos de prova antes do ensaio de resistência à compressão axial (6a), posicionados no equipamento (6b) e rompidos (6c). A seguir, na Tabela 5, são mostrados os valores das resistências à compressão axial dos corpos de prova das argamassas moldadas com diferentes teores de substituição do cimento pelos resíduos após 7, 14 e 28 dias de cura. Estes valores correspondem à média de três medidas. Graficamente, os resultados são mostrados na Figura 7.

Figura 6
Argamassas (a) antes (b) durante e (c) após o a medida da resistência à compressão.

Tabela 5
Resistência à compressão axial das argamassas cimentícias.

ARGAMASSA	RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL (MPa)
	7 dias	14 dias	28 dias
REF	17,37	19,81	27,76
6% CV	18,98	24,36	29,29
16% CV	15,27	18,99	23,97
26% CV	12,98	14,11	17,58
6% SP	7,06	8,87	22,32
16% SP	6,75	8,78	21,72
26% SP	6,89	7,22	14,88

Figura 7
Resistência à compressão axial das argamassas cimentícias.

A análise dos resultados permitiu inferir que, aos 28 dias de cura, as resistências foram mais elevadas. Com relação ao teor de substituição, o ganho maior foi para a argamassa com teor de substituição de cimento por 6% de CV. Segundo HOANG et al. [⁵⁴], as resistências iniciais nas idades menores são inferiores devido ao menor conteúdo de clínquer e às reações tardias do material pozolânico. A substituição de cimento por material pozolânico além de seu efeito químico, atua também diminuindo o tamanho dos poros da matriz cimentícia [⁵⁵]. O ganho de resistência para essa formulação, isto é, com 6% de CV, foi de 1,53 MPa, esse valor pode ser considerado pequeno, contudo, indica-se o material devido à redução do consumo de cimento de 187,2 kg/m³.

Em relação dos corpos de prova contendo SP, não houve ganho de resistência nos teores de substituição e tempos de cura analisados neste estudo. No trabalho desenvolvido por KHATIB et al. [⁵⁶], o qual avaliou a substituição de cimento por resíduo de FGD em concreto nas porcentagens em massa variando entre 10% a 90% em tempos de cura de 1, 7, 28 e 365 dias, a adição do resíduo contribuiu para o ganho de resistência à compressão somente para o concreto contendo 10% de resíduo aos 365 dias de cura. Nas demais condições os resultados foram inferiores ao concreto de referência. Nos ensaios de resistência a flexão, o ganho foi limitado ao teor de substituição de 30% aos 28 dias de cura. Possivelmente, devido à adição deste resíduo, formam-se produtos expansivos (deletérios), os quais geram tensões internas no material.

Para análise estatística, foram considerados três fatores: tipo de argamassa (A), tempo de cura (B) e o teor de substituição percentual de cimento (C). Assim, o fator A possui dois níveis, o fator B três níveis enquanto o fator C possui quatro níveis. O planejamento fatorial foi realizado com duas réplicas. A distribuição dos dados para a análise está apresentada na Tabela 6.

Tabela 6
Dados para análise fatorial geral.

TIPOS DE ARGAMASSA (A)	Tempo de cura (B)
	7 dias				14 dias				28 dias
	Teor de substituição pencentual de cimento (C)
	0%	6%	16%	26%	0%	6%	16%	26%	0%	6%	16%	26%
Contendo CV	16,89 17,85	18,25	14,99	14,83	19,22 20,42	24,60	20,42	13,69	27,45 28,07	30,26	23,20	17,21
		19,71	15,55	11,13		24,12	17,56	14,53		28,32	24,74	17,96
Contendo SP		7,59	5,98	6,01		7,99	8,02	8,12		21,54	22,94	15,80
		6,53	7,52	7,77		9,74	9,54	6,32		23,10	20,50	13,96

Com o planejamento fatorial realizado, verificou-se que ocorreu significância nos fatores de primeira ordem (A, B e C) e nos fatores de segunda ordem (AC e BC). Observou-se que o tempo, fator B, tem interação com o traço de argamassa utilizado e com o teor de substituição utilizado (fator C).

Percebeu-se que o tempo influenciava nos resultados, optou-se em realizar esta análise separadamente, usando apenas os fatores B e C. Na Tabela 7 está apresentado os resultados de ANOVA para os a) 7, b) 14 e c) 28 dias de cura úmida.

Tabela 7
Anova para a) 7 dias b) 14 dias e c) 28 dias.

a) ANOVA (7 Dias)	Soma Quadrática	Média Quadrática	F	P-value	F crit
Tipo de argamassa	175,9602	175,9602	114,5798	5,096E-06	5,317655
% de teor	129,3643	43,12143	28,07933	0,0001343	4,066181
Interação	75,80467	25,26823	16,45388	0,0008775	4,066181
Total	381,1292
b) ANOVA (14 Dias)	Soma Quadrática	Média Quadrática	F	P-value	F crit
Tipo de argamassa	265,6085	265,6085	206,2127	5,400E-07	5,317655
% de teor	182,5067	60,8355	47,2314	1,964E-05	4,066180
Interação	126,2027	42,0675	32,6603	7,744E-05	4,066180
Total	574,3179
c) ANOVA (28 Dias)	Soma Quadrática	Média Quadrática	F	P-value	F crit
Tipo de argamassa	35,55141	35,55141	27,40085	0,0007885	5,317655
% de teor	304,982	101,6607	78,35383	2,85E-06	4,066181
Interação	25,40902	8,469673	6,527906	0,0152519	4,066181
Total	365,9424

No diagrama que relaciona a variação da resistência à compressão com as adições percentuais (Figura 8), verifica-se que a adição de 6% de CV está associada à resistência média mais alta, indicando que este efeito principal é significativo na variável resposta (ganho de resistência aos 28 dias). Percebe-se também que nas substituições em teores maiores, 16 e 26%, houve decréscimo da resistência. Os diagramas mostrado na Figura 8 enfatiza que para todas as adições estudadas a CV conferiu maior resistência às argamassas comparando-se com o SP e também que na argamassa contendo 6% CV obteve-se a resistência mais elevada do que todas as situações avaliadas.

Figura 8
Efeitos das adições na resistência mecânica.

A absorção de água por capilaridade diminuiu para a argamassa com teor de substituição de 6% de CV. Isto pode ser explicado pelo refinamento dos poros atribuído à adição do resíduo. Contudo, esse valor ainda não atende as prescrições da NBR 16072 [⁵⁸] que define uma porcentagem mínima de redução de 50% para que uma argamassa seja considerada impermeável.

Quanto maior o percentual de resíduo, maior a absorção por capilaridade, ou seja, o material torna-se mais permeável e esse comportamento pode ser prejudicial dependendo da aplicação. Além disso, como a relação (a/c) é baixa, os resíduos tendem a absorver mais água segregando as partículas no interior do material. Essa segregação pode ter sido um dos fatores para o aumento da absorção por capilaridade [⁵⁹].

A absorção de água por capilaridade pode ainda estar relacionado à tortuosidade dos poros na matriz cimentícia. Neste caso, uma maior tortuosidade dificulta a permeação da água [⁵⁹, ⁶⁰].

Segundo BOTAS [⁶¹], a capilaridade pode ser analisada em termos de velocidade inicial de absorção e em termos de quantidade total de água absorvida. Argamassas com poros de menores dimensões dão origem a menores velocidades iniciais de absorção, mas a maior quantidade de água absorvida. Por outro lado, a conectividade da rede porosa, assim como, a própria porosidade aberta, são propriedades que condicionam a absorção de água por capilaridade, o que é um dos principais responsáveis pela degradação de revestimentos argamassados.

Os resultados estão apresentados na Tabela 8 e, graficamente, na Figura 9. A ascenção capilar da água nas argamassas é mostrada na Figura 10.

Tabela 8
Absorção de água por capilaridade, em g/cm², em função do teor de substituição de cimento por CV ou SP.

TEMPO (horas)	ARGAMASSA
	REF	CZ 6%	CZ 16%	CZ 26%	SP 6%	SP 16%	SP 26%
0	0	0	0	0	0	0	0
6	0,37	0,32	0,501	0,41	0,43	0,47	0,56
24	0,52	0,43	0,697	0,62	0,56	0,59	0,71
48	0,62	0,51	0,841	0,72	0,68	0,76	0,85
72	0,63	0,53	0,913	0,76	0,72	0,79	0,93

Figura 9
Absorção de água por capilaridade, em g/cm², em função do teor de substituição de cimento por CV ou SP.

Figura 10
Argamassas cimentícias rompidas diametralmente para aferição da ascensão de água.

4. CONCLUSÕES

Nesse trabalho, argamassas a base de cimento Portland formulados com substituição parcial deste por resíduos da geração termoelétrica. De acordo com os objetivos propostos concluiu-se que:

O estudo da caracterização mostrou que as cinzas volantes resíduos são constituídos por quartzo, mulita e hematita e o subproduto da FGD por sulfato de cálcio e traços de quartzo. A cinza pode ser considerada um material pozolânico.

A substituição de cimento Portland por 6% em massa de cinzas volantes aumenta a resistência a compressão axial da argamassa em 5% assim, isso resulta em uma redução no consumo de cimento de 187,2 kg/m³. Além disso, devido absorção de água foi menor nesta formulação.

A cinza volante melhora a durabilidade das argamassas devido ao consumo de hidróxido de cálcio (Ca(OH)₂ ou portlandita) e ao refinamento dos poros.

O tempo de cura tem interação com o traço de argamassa e com o teor de substituição.

Não foram evidenciadas melhorias nas argamassas com adições de SP.

A utilização das cinzas volantes utilizadas nesse estudo em substituição Portland, limitada ao teor de 6% em massa, é uma opção viável para a indústria cimenteira, haja vista as vantagens econômicas e ambientais propiciadas. A redução no consumo de clínquer e a adequada destinação de resíduos industriais justificam a crescente utilização desse resíduo, pois insere o cimento Portland e a geração termoelétrica nos preceitos da sustentabilidade e fomenta a mitigação do passivo ambiental das empresas geradoras de resíduos.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  05 Jan 2022
• Data do Fascículo
  2021

Histórico

• Recebido
  31 Out 2020
• Aceito
  03 Maio 2021