2.1 Materiais

O cimento utilizado foi o tipo CP-II-F-32 RS (Resistente a Sulfatos). Este tipo de aglomerante foi escolhido devido a seu rápido ganho de resistência e ausência de aditivos. O teor de adições minerais que contém em outros tipos de cimento, poderia contribuir para o refino e preenchimento dos poros no interior do concreto, o que dificulta a entrada de agentes agressivos e melhora a durabilidade.

Utilizou-se pó de mármore e pó de brita granítica, onde as frações dos materiais podem ser vistas na (Figura 1 (a) e (b)). Foi utilizado o agregado miúdo natural (areia), de origem quartzosa, utilizada na região (Figura 1 (c)). A areia foi adquirida por uma empresa levando em consideração as características físicas da mesma. O material estava em estado úmido e, portanto, era necessário corrigir seu teor de água por secagem natural.

Figura 1 Frações das partículas de pó de mármore (a) pó de brita granítica (b) agregado miúdo natural (c). 

O Aditivo utilizado foi o Techniflow 520, de MC Baushemie. Este aditivo plastificante foi utilizado na dosagem matricial do concreto com densidade de massa de 1,08 kg/L.

Os agregados graúdos naturais utilizados possuíam um diâmetro máximo de 19 mm e módulo de finura de 6,48 mm. A curva granulométrica do material não foi exposta nesta pesquisa, mas o tipo de agregado utilizado foi classificado como cascalho 1.

2.2 Métodos

3.1 Análise granulométrica dos agregados

A partir da análise granulométrica dos agregados, verificou-se que o agregado natural miúdo (areia) apresentou um módulo de finura de 2,15 e diâmetro máximo de 4,8 mm, sendo classificado como um agregado de granulometria média. Os agregados reciclados denominados como pó de brita e pó de mármore apresentaram, respectivamente, módulo de finura de 2,73 e 3,88, ambos maiores quando comparados com o agregado miúdo natural. O diâmetro máximo das partículas do agregado reciclado foi de 4,8 mm, podendo ser classificado como material de granulometria média. Cada peneira utilizada apresentou uma fração retida de agregados, onde foram pesados e serviram para projetar a curva granulométrica. Na peneira #6,3 mm não foram retidos materiais; #4,8 mm, 0,29 g; #2,4 mm, 3,03 g; #1,2 mm, 10,88 g; #0,60 mm, 32,26 g; #0,30 mm, 71,38 g; #0,15 mm, 97,32 g.

Quanto ao pó de mármore, o quantitativo de partículas retidas em cada peneira foi de: #4,8 mm, 0,42 g; #2,4 mm, 22,35 g; #1,2 mm, 70,83 g; #0,60 mm, 95,05 g; #0,30 mm, 99,51 g; #0,15 mm, 99,96 g. No que diz respeito ao pó de brita granítica, o quantitativo de partículas retidas em cada peneira foi de: #4,8 mm, 0,16 g; #2,4 mm, 15,77 g; #1,2 mm, 42,70 g; #0,60 mm, 58,78 g; #0,30 mm, 72,17 g; #0,15 mm, 99,96 83,35g. Para ambos, a quantidade total ensaiada foi de 300 g.

A (Figura 2) mostra as curvas de distribuição granulométrica do agregado miúdo natural, do pó de mármore e do pó de brita granítica. É possível observar que as curvas do agregado miúdo natural e do pó de brita granítica se comportam de forma semelhante, ambas podendo ser utilizadas dentro dos limites estabelecidos pela norma brasileira NBR 7211 (ABNT, 2019), como também observado por ^{Barros e Fucale (2016}), que utilizaram agregados reciclados na produção de concreto. Entretanto, a curva referente ao pó de mármore não se enquadro dentro dos limites estabelecidos pela norma, apresentando partículas com dimensões de 1,18; 0,6 e 0,3 mm em excesso.

Figura 2 Distribuição granulométrica dos agregados. 

Foi realizado o ensaio de teor de material pulverulento. A areia natural apresentou um teor de material fino de 7%, enquanto o pó de mármore e o pó de brita granítica apresentaram uma taxa de 12,5% e 10,3%, respectivamente, mostrando um aumento de mais de 50% em relação ao agregado natural. Entretanto, apesar dos agregados reciclados apresentarem um teor de material pulverulento alto, este resultado permite que este acréscimo se mantenha dentro do limite estabelecido pela norma de agregados reciclados de resíduos sólidos conforme a NBR 15116 (^{ABNT, 2004}), não excedendo 20%.

Conforme ^{Souza (2019}), os agregados de granulometria contínua, que não apresentam excesso ou deficiências de partículas de qualquer dimensão, produzem as misturas de concreto mais trabalháveis e econômicas, todavia, deve-se avaliar as demais características dos agregados, tais como a dimensão máxima característica e o módulo de finura. Na (Tabela 2), estão apresentados os resultados dos demais ensaios de caracterização dos agregados miúdos.

Conforme os dados apresentados na (Tabela 2), comparando os valores de módulo de finura dos agregados com os limites estabelecidos pela NBR 7211 (^{ABNT, 2009}), tanto a areia natural quanto o pó de brita granítica apresentam módulo de finura dentro das zonas utilizáveis, principalmente o pó de pedra granítica que se enquadra na zona ótima. Entretanto, o pó de mármore não se enquadra na zona utilizável.

As curvas granulométricas dos agregados reciclados foram avaliadas separadamente com a finalidade de compreender como as suas partículas se comportam, do qual auxilia para uma melhor distribuição dos percentuais utilizados. Mesmo utilizadas em conjunto, faz-se necessário uma análise individual como proposto na pesquisa, pois as características desses materiais são diferentes. Uma característica semelhante é a área específica, pois ambas possuem altos teores de materiais finos que, por sua vez, necessitam de um maior percentual de água ou uma maior relação água/cimento (a/c).

Segundo ^{Souza (2019}), quanto maior o módulo de finura, maiores são as dimensões do agregado (foi o caso do pó de mármore), além disso, agregados com módulo de finura próximos tendem a produzir compósitos cimentícios com características semelhantes, porém isso depende de outros fatores como por exemplo, a dimensão máxima de cada agregado e a presença de materiais pulverulentos. Ainda conforme o mesmo autor, quanto maior a dimensão máxima característica, menor é a área superficial a ser coberta pela pasta de cimento, o que pode influenciar a redução de custos na fabricação de concreto, porém isto depende de outros fatores, como a presença de materiais pulverulentos.

3.2 Análise da consistência (slump test)

Todas as misturas foram avaliadas conforme as suas características físicas que abrangem o comportamento dos materiais cimentícios quanto à trabalhabilidade. Na (Figura 3), as misturas foram analisadas separadamente e os resultados do abatimento do “tronco de cone” foram obtidos em cm. Pode-se perceber que as misturas contendo 50% de resíduos sólidos industriais, possuem comportamento semelhante aos compósitos de referência. Já as misturas contendo 100% tiveram um abatimento de “tronco de cone” de 4 cm, o que indica que o material possui uma maior superfície específica, do qual consome uma maior quantidade de água.

Figura 3 Representação da trabalhabilidade (obtidas por meio do Slump Test) dos diferentes tipos de traços.  

Apesar de o agregado miúdo natural e o pó de brita apresentarem suas faixas granulométricas dentro dos limites estabelecidos pela norma, nenhuma das 3 (três) misturas apresentaram abatimentos entre 10 cm a 16 cm que, segundo a NBR 8953 (^{ABNT, 2015}) seriam ideais para a execução dos elementos estruturais.

Ao observar a (Figura 3), percebe-se que as misturas contendo 50% de resíduos sólidos industriais, apresentaram uma trabalhabilidade cerca de 11,11% inferior quando comparadas às misturas de referência, o que demonstra a sua viabilidade para o desenvolvimento de novos compósitos cimentícios com finalidade estrutural. Contudo, as misturas contendo 100% de agregados sólidos industriais apresentaram abatimento 55,56% inferior quando comparados às misturas de referência.

O pó de mármore apresentou características desfavoráveis ao ser misturado com a água, onde seus grãos foram depositados, formando um material pulverulento. Além disso, o material possuía característica viscosa quando saturado, o que influenciou negativamente na trabalhabilidade dos compósitos cimentícios (concreto).

3.3 Análise da resistência à compressão axial

A utilização de resíduos sólidos industriais na estrutura matricial dos materiais cimentícios (concreto) confere um melhor comportamento físico-mecânico que, por sua vez, preenchem os vazios/interstícios devido à área específica superficial desses materiais, conforme os resultados obtidos através da classificação granulométrica. Todas as análises foram realizadas com 7, 14, 21 e 28 dias e os resultados foram expressos no gráfico representado na (Figura 4).

Figura 4 Resistência média à compressão axial dos compósitos cimentícios. 

As misturas contendo 50% de resíduos sólidos industriais em sua composição proporcionaram ao material uma maior eficiência mecânica quando comparados aos (CPs) de referência, dos quais, foram maiores que 20 MPa aos 7 dias. Entretanto, os resultados das misturas de referência e com 100% de agregados reciclados possuem comportamentos semelhantes aos 28 dias de análise, onde os valores obtidos foram de 27,94 MPa e 27,47 MPa, respectivamente. É possível notar que todas as misturas possuem correlação amostral significativa, ou seja, os (R²) variam em torno de 0,900 e 0,920.

Considerando as análises realizadas, observou-se que as misturas contendo 50% de resíduos sólidos industriais proporcionaram um aumento na resistência à compressão aos 28 dias de, aproximadamente, 4% quando comparados as misturas de (REF), sendo este considerado um valor adequado diante da apresentação das características físicas dos materiais em estudo. Esses compósitos conferiram valores mais significativos, entretanto, aos 7 dias, resultaram um comportamento ligeiramente maior quando comparados às misturas de referência.

Quanto às misturas contendo 100% de resíduos sólidos industrias, percebeu-se que aos 28 dias de análise, o mesmo obteve valores de resistência à compressão axial de 27,47 MPa, ou seja, 2% inferior quando comparados com às misturas de referência. Esse comportamento dar-se-á devido ao percentual de materiais finos presentes no material e à relação água/cimento (a/c). Quanto maior o teor de materiais pulverulentos, maior será a absorção de água dificultando a molhabilidade de todas as partículas. Esse processo implica na ausência de uma melhor coesão e, sobretudo, na formação de vazios no interior da matriz cimentícia, levando a perda das propriedades mecânicas.

O crescimento da resistência à compressão ocorre linearmente, pois o aumento do teor de partículas de materiais residuais dispersas na matriz cimentícia das misturas com 100%, não coincide com o bom comportamento mecânico do material. Além disso, sabe-se que o aumento do índice de vazios pode provocar pressões no interior do composto hidratado, formando microfissuras que, ao se aplicar uma força, contraem-se nas regiões próximas à zona de transição do agregado/aglomerante.

Para melhor representar os dados obtidos e, a partir dos valores da resistência à compressão axial aos 7, 14, 21 e 28 dias, foi realizada uma análise estatística através de histograma e ANOVA (método do fator único). Percebe-se, portanto, que as misturas analisadas possuem resultados estatisticamente diferentes conforme o valor-P representativo inferior a 5%, o F > Fcrítico e pela dispersão dos dados circulados em vermelho (Figura 5). Quando há este comportamento, verifica-se que os dados são significativos a um nível de confiança de 95%, como pode ser visto no (Tabela 3).

SQ: Soma dos quadrados;

gl: Grau de liberdade;

MQ: Média dos quadrados;

F: Teste F, valor calculado;

P: Nível de significância associado ao valor calculado F.

Figura 5 Análise da distribuição normal dos dados. 

Foram realizadas algumas análises correspondentes aos dados obtidos no resultado de resistência à compressão simples que, por sua vez, possibilitaram compreender o comportamento de cada mistura. As amostras avaliadas passaram por um processo estatístico quantitativo (Tabela 4), onde percebeu-se que os compósitos de referência tiveram um desvio padrão médio de 1,699 e coeficiente de variação de 6,081 comparados às outras misturas. As misturas com teor de 50% de resíduos industriais apresentaram um desvio padrão de 0,804 e coeficiente de variação de 2,765, ou seja, 11% e 15% menor comparados aos compósitos referência, respectivamente.

3.5 Análise microestrutural

Para compreender o comportamento microestrutural dos compósitos cimentícios, utilizando diferentes percentuais de resíduos industriais, foi necessário realizar análises difratométricas. Todas as amostras foram analisadas após 28 dias através do ensaio de difração de Raios-X, com o intuito de identificar as fases cristalinas presentes no material em processo de hidratação, bem como compreender as reações da portlandita nos estados de hidratação. Os padrões DRX podem ser vistos na (Figura 6 (a) e (b)).

Figura 6 Difração de raios-X do agregado miúdo natural (a) cimento Portland/ aglomerante (b). 

No que diz respeito ao comportamento dos materiais percussores, percebe-se que o agregado miúdo e o cimento Portland possuem estrutura cristalina com picos de intensidade bem definidos, como pode ser visto na ((Figura 6) (a)). A detecção dos picos do agregado miúdo está indicada nas posições 2θ: 21,2º, 26,8º, 36,7º, 40,4º, 50,3, 60,0 e 68,6º, onde referem-se às fases cristalinas do quartzo.

Quanto à alíquota do cimento Portland, pode-se perceber a formação dos picos de espectros de difração, onde foram identificadas algumas fases. As posições 2θ = 29,5º e 32,2º são formadas pela decomposição da alita (3CaO.SiO₂) e na posição 2θ = 62,3º há a presença de silicato tricálcico - (C₃S). Além disso, nas posições 2θ = 27,6º e 32,8º nota-se a fase cristalina composta pela belita (2CaO.SiO₂) e nas regiões 2θ = 30,2º e 31,1º percebe-se a formação de silicato dicálcico - (C₂S).

A formação do aluminato tricálcico - (C₃A) definido pela correlação química (3CaO.Al2O₃), pode ser visto nas posições 2θ = 23,2º e 33,4º. Nota-se que o aluminato férrico tetracálcico definido pela correlação química (4CaO.Al₂O₃.Fe₂O₃) abreviada por (C₄AF), pode ser visto na posição 2θ = 14,7º e a gipsita, por sua vez, pode ser notada na posição 2θ = 11,8º.

Nesse contexto, é perceptível que o conteúdo de (C₃S), (C₂S), (C₃A), (C₄AF) e gipsita nas alíquotas de cimento Portland é bem definido. Todas as fases cristalinas identificadas no material, bem como a composição química presente na fase de hidratação do aglomerante, estão correlacionadas com os estudos realizados por ^{Geng et al., (2018}).

Todos os resultados, por sua vez, influenciam diretamente no comportamento do composto cimentício hidratado. Por serem materiais muito finos com área específica elevada, algumas partículas são frequentemente aglomeradas, as quais influenciam diretamente no comportamento físico-mecânico do material em estudo (concreto).