Concreto permeável com areia descartada de fundição: propriedades mecânicas e hidráulicas

Candian Filho, Edison Luis; Ferreira, Gisleiva Cristina dos Santos; Nogarotto, Danilo Covaes; Pozza, Simone Andréa

Acessibilidade / Reportar erro

Brasil

Español English

sumário « anterior atual seguinte »

Sumário

Artigos • Matéria (Rio J.) 27 (1) • 2022 • https://doi.org/10.1590/S1517-707620220001.1354 copiar

Concreto permeável com areia descartada de fundição: propriedades mecânicas e hidráulicas

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

RESUMO

Um dos principais desafios da indústria metalúrgica é o gerenciamento do principal resíduo gerado na produção de peças fundidas, que é a areia descartada de fundição (ADF). As soluções potenciais incluem a utilização da ADF na construção civil devido à sua origem mineral e ao grande volume disponível para atender a possível demanda. Este estudo analisou a influência da ADF nas propriedades mecânicas e hidráulicas de blocos de pavimentação de concreto permeável. A etapa experimental envolveu misturas com 0% (referência) e 100% de substituição da areia quartzosa (AQ) por ADF, em concretos com consumo de 350 kg/m³ e 450 kg/m³ de cimento Portland. Corpos-de-prova cilíndricos, pavers e placas de concreto permeável foram submetidos aos ensaios de absorção de água, resistência à compressão e determinação do coeficiente de permeabilidade (k). Também foram realizadas análises para caracterização físico-química de amostras de lixiviado dos concretos estudados. Após a análise estatística dos resultados, foi possível concluir que a ADF não alterou as propriedades mecânicas (Rc; Rt) e hidráulicas (k; absorção) dos traços de concreto permeável (ADF1; ADF2), quando comparados aos traços referência (AQ1; AQ2). As alterações nos resultados dos parâmetros físico-químicos estão relacionadas ao maior consumo de cimento Portland do traço 2, resultando no aumento da dureza, sólidos totais e alcalinidade.

Palavras-chave
Pavimento permeável; Resíduos industriais; Resistência à compressão; Porosidade; Material sustentável

PARAMETER	UNIT	LQ^a a LQ = Limit of Quantification;	RESULTS	WHO^b b Limits established by World Health Organization [24];	MAV^c c Maximum allowed value [23]
pH WFS	-	2 - 13	7.6	6.5 – 9.2	2 – 12.5
Solubilized aluminum	[mg/L]	0.01	11.6	0.2	0.2
Solubilized iron	[mg/L]	0.01	4.22	0.3	0.3
Solubilized sodium	[mg/L]	0.5	97.9	200	200
Solubilized sulfate	[mg/L]	10	179	200	250
Final pH of the solubilized	-	0 - 14	7.1	-	-
Final pH of the leachate	-	-	5.2	-	-

PHYSICAL CHARACTERISTICS	WFS	QS	GRAVEL
Unit mass (g/cm³) [²⁹29 ASOCIACIÓN MERCOSUR DE NORMALIZACIÓN - AMN, “NBR NM 45 - Agregados - Determinação da massa unitária e do volume de vazios,” p. 8, 2006.]	1.43	1.50	1.56
Specific mass (g/cm³) [³⁰30 ASOCIACIÓN MERCOSUR DE NORMALIZACIÓN - AMN, “NBR NM 52 - Agregado miúdo - determinação de massa específica e massa específica aparente,” p. 12, 2002.]	2.50	2.62	3.00
Fineness modulus (FM)	1.51	2.04	5.78
Maximum dimension (mm)	1.2	2.4	9.5
Classification	Very fine sand	Fine sand	Gravel 0

REFERENCE	MgO	Al₂O₃	SiO₂	Cr₂O₃	SO₃	K₂O	CaO	Fe₂O₃	LOI^* * LOI: Loss on ignition
This study	0.33	2.71	90.00	1.25	0.18	0.45	0.23	2.37	1.93
SIDDIQUE et al. [⁴4 SIDDIQUE, R., SINGH, G., Utilization of waste foundry sand (WFS) in concrete manufacturing, Resources, Conservation and Recycling, v. 55, n. 11, pp. 885–892, 2011.]	1.95	6.32	78.81	-	0.05	-	1.88	4.83	2.15
BASAR and DEVECI AKSOY [³¹31 BASAR, H.M., DEVECI AKSOY, N., The effect of waste foundry sand (WFS) as partial replacement of sand on the mechanical, leaching and micro-structural characteristics of ready-mixed concrete, Construction and Building Materials, v. 35, pp. 508–515, 2012.]	1.97	10.41	81.85	0.02	0.84	0.49	1.21	1.81	6.93
MASTELLA et al. [⁷7 MASTELLA, M.A., GISLON, E.S., PELISSER, F., et al., Mechanical and toxicological evaluation of concrete artifacts containing waste foundry sand, Waste Management, v. 34, n. 8, pp. 1495–1500, 2014.]	0.06	0.45	96.12	-	-	-	0.08	0.37	0.47
FERREIRA et al. [³²32 FERREIRA, G.C.S., SARRO, W.S., ROCHA, H.L., et al., “Comportamento elástico de argamassas com areia descartada de fundição,” in XVI ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 2016, pp. 193–203.]	-	18.38	71.46	0.73	2.35	0.20	1.02	2.25	-
GÜRKAN et al. [³³33 GÜRKAN, E.H., ÇORUH, S., ELEVLI, S. Adsorption of lead and copper using waste foundry sand: statistical evaluation, International Journal of Global Warming (IJGW), v. 14, n. 2, 2018.]	2.30	5.30	79.60	-	-	0.60	1.40	3.10	-
BILAL et al. [³⁴34 BILAL, H., YAQUB, M., UR REHMAN, S.K., et al., Performance of foundry sand concrete under ambient and elevated temperatures, Materials, v. 12, n. 16, 2019.]	0.21	4.63	88.50	-	0.03	0.01	0.90	0.83	4.37

	UNIT	KIA et al. [³⁵35 KIA, A., WONG, H.S., CHEESEMAN, C.R., Clogging in permeable concrete: A review, Journal of Environmental Management, v. 193, pp. 221–233, 2017.]	MIX 1		MIX 2
	UNIT		QS	WFS	QS	WFS
Coarse aggregate	kg/m³	1100 to 2800	2135.9	2132.6	1937.9	1932.2
Fine aggregate (sand)	kg/m³	0 to 100	85.4	85.3	77.5	77.4
Cement	kg/m³	150 to 700	356.0	355.4	452.2	451.5
Water/cement ratio	-	0.2 to 0.5	0.4	0.4	0.4	0.4
Aggregate/cement ratio	-	2 to 12	6.24	6.24	4.45	4.45
Fine/coarse aggregate ratio	-	0 to 0.07	0.04	0.04	0.04	0.04
Materials proportion			(PC:S:CA:W/C) (1:0.24 : 6 : 0.4)		(PC:S:CA:W/C) (1: 0.17: 4.28: 0.4)

PROPERTIES	MIX 1		MIX 2
PROPERTIES	QS	WFS	QS	WFS
Water absorption by medium immersion (%)	6.60	5.85	6.47	6.57
Average void index (%)	15.43	15.35	14.92	14.87
Average specific mass of the dry sample (g/cm³)	2.34	2.36	2.30	2.26
Average specific mass of the saturated sample (g/cm³)	2.49	2.49	2.45	2.41
Actual specific mass (g/cm³)	2.77	2.73	2.71	2.66

		f_C(MPa)	f_{C min.}(MPa)	f_{C max.}(MPa)	SD (MPa)	CV (%)	f_ck (MPa)
Mix 1	QS (7 days)	14.85	13.8	16.0	0.73	4.95	14.2
	WFS (7 days)	17.03	14.4	19.7	1.94	11.39	15.2
	QS (28 days)	15.53	13.8	17.6	1.40	9.01	14.2
	WFS (28 days)	19.95	14.7	21.9	2.65	13.31	17.5
Mix 2	QS (7 days)	29.96	28.2	31.3	1.01	3.38	29.0
	WFS (7 days)	31.58	26.6	34.8	2.93	9.26	28.9
	QS (28 days)	33.08	29.8	39.2	3.69	11.17	29.7
	WFS (28 days)	31.77	22.9	35.7	4.51	14.18	27.6

VARIABLES	p-value
Mix	<2e-16	^* : p-value <0.001; : p-value<0.01; : p-value<0.05.
Sand	0.0299	^* *: p-value <0.001; : p-value<0.01; *: p-value<0.05.
Age	0.0299	^* *: p-value <0.001; : p-value<0.01; *: p-value<0.05.
Mix:Sand	0.0462	^* *: p-value <0.001; : p-value<0.01; *: p-value<0.05.
Mix:Age	0.9143
Sand:Age	0.8129

REFERENCE	f_c[MPa]
This study	14.85 – 33.08
NBR 16416 [¹⁸18 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT, “NBR 16416: Pavimentos permeáveis de concreto – Requisitos e procedimentos,” 2015.]	≥ 20.00
KARANTH et al. [⁴²42 KARANTH, S.S., KUMAR, U.L., DANIGOND, N. Porous concrete with optimum fine aggregate and fibre for improved strength, Advances in concrete construction, v. 8, n. 4, pp. 305–309, 2019.]	13.50 – 28.50
LIMANTARA et al. [⁴³43 LIMANTARA, A.D., WINARTO, S., GARDJITO, E., et al., Optimization of standard mix design of porous paving coconut fiber and shell for the parking area, AIP Conference Proceedings, v. 2020, n. October 2018, 2018.]	20.70 – 24.50
LU et al. [⁴⁴44 LU, J.X., YAN, X., HE, P., et al., Sustainable design of pervious concrete using waste glass and recycled concrete aggregate, Journal of Cleaner Production, v. 234, pp. 1102–1112, 2019.]	17.00 – 33.00

PARAMETERS	UNIT	REFERENCE (WATER)	QS 1	WFS 1	QS 2	WFS 2
pH	-	6.92	11.53	11.75	11.88	11.92
Total Alkalinity	[mgCaCO₃/L]	6	422	615	1055	1145
Total Solids	[mg/L]	49	602	722	1166	1256
Total Hardness	[mgCaCO₃/L]	0	508	596	1156	1196
Electrical Conductivity	[µS/cm]	9.5	2964	3385	6063	6415

PERMEABILITY COEFFICIENT (k)	MIX 1		MIX 2
PERMEABILITY COEFFICIENT (k)	QS	WFS	QS	WFS	INTERVAL k [cm/s]
ACI 522R-10 [¹⁷17 AMERICAN CONCRETE INSTITUTE - ACI, “522R-10 - Report on pervious concrete,” 2010.]					0.93-1.67
Average [cm/s]	1.30	1.27	0.93	1.13
Maximum [cm/s]	1.41	1.31	1.02	1.18
Minimum [cm/s]	1.20	1.25	0.81	1.07
SD [cm/s]	0.08	0.02	0.08	0.04
CV [%]	0.06	0.02	0.09	0.09
NBR 16416:2015 [¹⁸18 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT, “NBR 16416: Pavimentos permeáveis de concreto – Requisitos e procedimentos,” 2015.]					>0.1
Average [cm/s]	1.67	1.59	1.48	1.35
IBRAHIM [¹⁴14 IBRAHIM, A., MAHMOUD, E., YAMIN, M., et al., Experimental study on Portland cement pervious concrete mechanical and hydrological properties, Construction and Building Materials, v. 50, pp. 524–529, 2014.]					0.15 – 0.28
BATEZINI and BALBO [⁴¹41 BATEZINI, R., BALBO, J.T. Estudo da condutividade hidráulica com carga constante e variável em concretos permeáveis, Revista IBRACON de Estruturas e Materiais, v. 8, n. 3, pp. 248-259, 2015.]					0.13 – 0.15
LINTZ et al. [⁴⁷47 LINTZ, R.C.C., CANTERAS, F.B., GACHET-BARBOSA, L.A., et al. Study of permeable concrete, 7th International Congress on Ceramics & 62° Congresso Brasileiro de Cerâmica, v. 1, pp.777-788, Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 2018.]					0.47 – 3.80

VARIABLES	p-value
Mix	0.00066	^* : p-value <0.001; : p-value<0.01; : p-value<0.05.
Sand	0.08905
Mix:Sand	0.04137	^* *: p-value <0.001; : p-value<0.01; *: p-value<0.05.

Laboratório de Hidrogênio, Coppe - Universidade Federal do Rio de Janeiro, em cooperação com a Associação Brasileira do Hidrogênio, ABH2 Av. Moniz Aragão, 207, 21941-594, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, Tel: +55 (21) 3938-8791 - Rio de Janeiro - RJ - Brazil
E-mail: revmateria@gmail.com

Acompanhe os números deste periódico no seu leitor de RSS

[1] Autor Responsável: Edison Luis Candian Filho