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INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA

METALÚRGICA E DE MATERIAIS

MESTRADO EM ENGENHARIA METALÚRGICA E DE MATERIAIS

ALEXANDRE FERREIRA MOHAUPT

INFLUÊNCIA DO RESÍDUO DA DESSULFURAÇÃO DE GASES DA COQUERIA

EM TIJOLOS DE SOLO-CIMENTO UTILIZADOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL

Vitória

2019

ALEXANDRE FERREIRA MOHAUPT

INFLUÊNCIA DO RESÍDUO DA DESSULFURAÇÃO DE GASES DA COQUERIA

EM TIJOLOS DE SOLO-CIMENTO UTILIZADOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica e de Materiais do Instituto Federal do Espírito Santo como requisito parcial para obtenção do Título de Mestre em Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Orientadora: Prof.ª. Drª. Viviana Possamai Della Sagrillo. Coorientadora: Prof.ª. Drª. Alessandra Savazzini dos Reis

Vitória

2019

Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP) (Biblioteca Nilo Peçanha do Instituto Federal do Espírito Santo)

M697i Mohaupt, Alexandre Ferreira. Influência do resíduo da dessulfuração de gases da coqueria em

tijolos de solo-cimento utilizados na construção civil / Alexandre Ferreira Mohaupt. – 2019.

81 f. : il. ; 30 cm. Orientadora: Viviana Possamai Della Sagrillo.

Coorientadora: Alessandra Savazzini dos Reis.

Dissertação (mestrado) – Instituto Federal do Espírito Santo, Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Vitória, 2019.

1. Engenharia de materiais. 2. Gêsso – Reaproveitamento. 3. Solo-

cimento. 4. Dessulfuração. 5. Resíduos sólidos – Reaproveitamento. 6. Construção civil. I. Sagrillo, Viviana Possamai Della. II. Reis, Alessandra Savazzini dos. III. Instituto Federal do Espírito Santo. IV. Título.

CDD – 21: 620.11

Elaborada por Marcileia Seibert de Barcellos – CRB-6/ES - 656

RESUMO

Visando atender à demanda de energia elétrica mundial, cada vez mais crescente, a

matriz energética ainda será à base de carvão mineral, a curto e médio prazo. Para

atender às normas ambientais que limitam as emissões de SO2 na atmosfera, muitas

usinas termelétricas e até siderúrgicas utilizam lama de cal para aprisionar os gases

de efeito estufa gerados pelo processo Flue Gas Desulfurization (FGD). O gesso FGD

é um resíduo desse processo e figura como preocupação mundial quanto à sua

destinação final, pois milhões de toneladas são produzidas a cada ano, sobretudo na

China, o maior consumidor de carvão. No Brasil não há informações sobre volume

produzido características tecnológicas. A empresa siderúrgica doadora do resíduo

usado na pesquisa apresenta uma geração de 25.000 t de gesso FGD ao ano. Devido

à semelhança química entre o gesso FGD e o gesso natural, ricos em enxofre e cálcio,

várias aplicações estão sendo consideradas pelos pesquisadores. Entre elas, como

elemento retardador do tempo de pega do cimento Portland, tratamento térmico para

melhorar essa capacidade, fabricação de blocos sem cimento, placas à base de gesso

resistentes ao fogo, fertilizantes e corretivo de solo. No entanto, esta pesquisa avalia

o potencial de utilizar o gesso FGD em tijolos de solo-cimento, por ser um caminho

pouco explorado. Inicialmente, o gesso FGD foi caracterizado pelos ensaios de

difração de raios X, espectrometria de fluorescência de raios X, índice de plasticidade

e granulometria a laser. Com base nesta caracterização, foram formuladas misturas

com incorporação do resíduo, em substituição do solo nos teores de 5, 10, 15 e 20 %

da massa seca. Tijolos de solo-cimento com o resíduo foram moldados e submetidos

a ensaios de resistência à compressão e absorção de água para avaliar o maior

percentual de gesso FGD adicionado que atenda aos requisitos de desempenho

técnico da norma vigente. No entanto, os resultados mostraram que a adição do gesso

FGD na formulação dos tijolos não promoveu melhorias nas propriedades analisadas.

Palavras-chave: Gesso FGD. Tijolo de solo-cimento. Carvão mineral. Dessulfuração.

ABSTRACT

Aiming to meet the growing world demand for electrical energy, the energy matrix will

still be coal-based in the short and medium term. To meet environmental standards

limiting SO2 emissions into the atmosphere, many thermoelectric and even steel mills

use lime sludge to trap greenhouse gases generated by the Flue Gas Desulfurization

(FGD) process. FGD gypsum is a waste of this process and is a worldwide concern as

to its final destination, since millions of tons are produced every year, especially in

China, the largest coal consumer. In Brazil there is no information on volume produced

and technological characteristics. The steel company that donates the waste used in

the research presents a generation of 25,000 tons of FGD gypsum per year. Due to

the chemical similarity between FGD gypsum and natural gypsum, rich in sulfur and

calcium, several applications are being considered by the researchers. Among them,

as a retarding element of Portland cement picking time, thermal treatment to improve

this capacity, manufacture of cementless blocks, fire resistant gypsum based plates,

fertilizers and soil correctives. However, this research evaluates the potential of using

FGD gypsum in soil-cement bricks, as it is an unexplored path. Initially, the FGD

gypsum was characterized by X-ray diffraction, X-ray fluorescence spectrometry,

plasticity index and laser granulometry. Based on this characterization, mixtures were

formulated with incorporation of the residue, replacing the soil at the levels of 5, 10, 15

and 20% of the dry mass. Soil-cement bricks with the residue were molded and

subjected to compressive strength and water absorption tests to evaluate the highest

percentage of FGD gypsum added that meets the technical performance requirements

of the current standard. However, the results showed that the addition of the FGD

gypsum in the bricks formulation did not promote improvements in the properties

analyzed.

Keywords: FGD gypsum. Soil-cement brick. Mineral coal. Desulfurization.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Sistema FGD de uma siderúrgica integrada ............................................ 14

Figura 2 – Pulverizador de leite de cal no processo semisseco ................................ 17

Figura 3 – Formação do gesso FGD numa coqueria ................................................ 21

Figura 4 – Blocos produzidos com diferentes tipos de solos ..................................... 27

Figura 5 – Classificação dos solos em função da granulometria............................... 30

Figura 6 – Apresentação da metodologia proposta ................................................... 37

Figura 7 – Aspecto visual do gesso sintético FGD in natura ..................................... 38

Figura 8 – Material não passante da peneira 4,75 mm ............................................. 40

Figura 9 – Moinho misturador .................................................................................... 41

Figura 10 – Misturas de solo e gesso FGD (a). Aparelho de Casagrande (b) ........... 42

Figura 11 – Corpos de prova cilíndricos parcialmente dissolvidos pela água ........... 43

Figura 12 – Prensa manual utilizada ......................................................................... 44

Figura 13 – Corte do tijolo de solo-cimento para ensaio de compressão .................. 45

Figura 14 – Capeamento dos tijolos .......................................................................... 45

Figura 15 – Submersão dos corpos de prova e ensaio de compressão .................... 46

Figura 16 – Preparação do solo para moldagem ...................................................... 47

Figura 17 – Prensa manual do fabricante ................................................................. 48

Figura 18 – Tijolos moldados .................................................................................... 48

Figura 19 – Profundidade do molde padronizada para todos os traços .................... 49

Figura 20 – Umidade mantida até o rompimento ...................................................... 50

Figura 21 – Tijolo rompido em prensa hidráulica ....................................................... 50

Figura 22 – Tijolos submersos para ensaio de absorção .......................................... 51

Figura 23 – Gesso FGD nos tijolos: 0 % (a); 5 % (b); 10 % (c); 15 % (d)

e 20 % (e) ............................................................................................... 66

Figura 24 – Vista superior (a) e lateral (c) do traço de 15 % e 20 % (b) e (d),

respectivamente ..................................................................................... 66

Figura 25 – Morfologia do gesso FGD. No destaque, cristais de gipsita. .................. 70

Figura 26 – Aspecto das partículas de gesso FGD no MEV ..................................... 71

Figura 27 – Traço de referência. Ampliação 200x (a) e 500x (b) .............................. 72

Figura 28 – Traço 5 % gesso FGD. Ampliação 200x (a) e 500x (b) .......................... 72

Figura 29 – Traço 10 % gesso FGD. Ampliação 200x (a) e 500x (b) ........................ 72

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Tipos de gesso sintético de processos industriais ................................... 17

Tabela 2 – Tipos de gesso sintético do tratamento de resíduos industriais .............. 18

Tabela 3 – Principais avanços no processo de dessulfuração dos gases

de combustão ........................................................................................... 19

Tabela 4 – Estudos com utilização do gesso FGD .................................................... 23

Tabela 5 – Tipos de cimento Portland, composição e siglas ..................................... 31

Tabela 6 – Composição das misturas de solo-cimento (% em massa) ..................... 47

Tabela 7 – Composição química do gesso FGD ....................................................... 53

Tabela 8 – Composição química (% em massa) dos principais elementos

do gesso FGD por diferentes autores ....................................................... 55

Tabela 9 – Composição química dos principais elementos do gesso natural ........... 55

Tabela 10 – Composição química do solo doado ...................................................... 56

Tabela 11 – Composição química do solo da fábrica ................................................ 56

Tabela 12 – Limite de Liquidez (solo doado e gesso FGD) ....................................... 61

Tabela 13 – Formulação para o solo corrigido .......................................................... 61

Tabela 14 – Limite de Liquidez do solo corrigido ...................................................... 62

Tabela 15 – Índice de plasticidade ............................................................................ 62

Tabela 16 – Limite de Liquidez da amostra ............................................................... 63

Tabela 17 – Índice de plasticidade ............................................................................ 63

Tabela 18 – Tabela comparativa entre umidade ótima e massa específica

aparente seca do solo corrigido ........................................................... 64

Tabela 19 – Massa (g) dos tijolos moldados ............................................................. 67

Tabela 20 – Tijolos com 0, 5 e 10 % de gesso FGD. Dimensões nominais,

em mm ................................................................................................. 67

LISTA DE SIGLAS

ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ARI Alta Resistência Inicial

ASTM American Society for Testing and Materials

CP Cimento Portland

DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem

DRX Difração de raios X

DSC Differential scanning calorimetry – calorimetria de varredura diferencial

FGD Flue Gas Desulfurization – dessulfuração dos gases de combustão

FRX Fluorescência de raios X

IEMA Instituto Estadual de Meio Ambiente

IFES Instituto Federal do Espírito Santo

IP Índice de Plasticidade

LDCM Laboratório de Desenvolvimento e Caracterização de Materiais

NBR Norma Brasileira de Referência

NM Normalização Mercosul

Nm³/h Normal metro cúbico por hora

RS Resistente a Sulfatos

S-10 Óleo diesel com10 ppm de enxofre

SENAI Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial

SOx Designação genérica para óxidos de enxofre

TG Termogravimetria

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ............................................................................................. 11

2 OBJETIVOS ................................................................................................. 13

OBJETIVO GERAL ....................................................................................... 13

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................ 13

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................ 14

PROCESSO FLUE GAS DESULFURIZATION (FGD) ................................. 14

3.1.1 Processo úmido .......................................................................................... 15

3.1.2 Processo semisseco .................................................................................. 16

3.1.3 Tipos de gesso sintético ............................................................................ 17

3.1.4 Descrição do processo produtivo ............................................................. 20

3.1.5 Ensaio de lixiviação .................................................................................... 22

USOS DE GESSO FLUE GAS DESULFURIZATION (FGD) ........................ 22

TIJOLO DE SOLO-CIMENTO ...................................................................... 26

3.3.1 Solo .............................................................................................................. 28

3.3.2 Cimento Portland para tijolos de Solo-cimento ....................................... 30

3.3.3 Resíduos utilizados em tijolos de solo-cimento ...................................... 32

4 MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................... 36

MATÉRIAS-PRIMAS .................................................................................... 37

MÉTODOS ................................................................................................... 39

4.2.1 Análise química .......................................................................................... 39

4.2.2 Análise mineralógica .................................................................................. 39

4.2.3 Análise granulométrica .............................................................................. 40

4.2.4 Limites de Atterberg e Índice de Plasticidade ......................................... 41

4.2.5 Ensaio de compactação ............................................................................. 42

4.2.6 Moldagem dos corpos de prova cilíndricos ............................................. 43

4.2.7 Moldagem dos tijolos ................................................................................. 43

4.2.8 Ensaio de resistência à compressão ........................................................ 44

4.2.9 Substituição do solo .................................................................................. 46

4.2.10 Avaliação dimensional dos tijolos moldados .......................................... 49

4.2.11 Ensaio de resistência à compressão ........................................................ 49

4.2.12 Absorção de água dos tijolos moldados .................................................. 50

4.2.13 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ............................................ 52

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................. 53

ANÁLISE QUÍMICA ...................................................................................... 53

5.1.1 Análise química do gesso FGD ................................................................. 53

5.1.2 Análise química do solo doado ................................................................. 55

5.1.3 Análise química do solo da fábrica ........................................................... 56

ANÁLISE MINERALÓGICA .......................................................................... 57

5.2.1 Análise mineralógica do gesso FGD ......................................................... 57

5.2.2 Análise mineralógica do solo doado ........................................................ 58

ANÁLISE GRANULOMÉTRICA .................................................................... 59

5.3.1 Análise granulométrica do gesso FGD ..................................................... 59

5.3.2 Análise granulométrica do solo doado ..................................................... 60

LIMITES DE ATTERBERG E ÍNDICE DE PLASTICIDADE .......................... 60

5.4.1 Limites de Atterberg e índice de plasticidade do gesso FGD................. 60

5.4.2 Limites de Atterberg e índice de plasticidade das misturas de solo e

gesso FGD ................................................................................................... 61

ENSAIO DE COMPACTAÇÃO ..................................................................... 64

MOLDAGEM DOS TIJOLOS ........................................................................ 64

AVALIAÇÃO DIMENSIONAL DOS TIJOLOS MOLDADOS .......................... 67

ENSAIO DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ........................................... 68

ABSORÇÃO DE ÁGUA DOS TIJOLOS MOLDADOS .................................. 69

MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV) ............................ 70

6 CONCLUSÕES ............................................................................................ 74

7 TRABALHOS FUTUROS ............................................................................. 75

REFERÊNCIAS ............................................................................................ 76

11

1 INTRODUÇÃO

A geração de resíduos é um fator inerente ao processo industrial. Uma das formas de

atenuar os impactos ambientais causados por esses resíduos é a utilização como

matérias-primas ou insumos na mesma ou em outras atividades industriais. Esse tema

tem sido um dos mais trabalhados e debatidos por pesquisadores nos últimos tempos.

Antevendo o futuro promissor, as indústrias geradoras de resíduos tem procurado

agregar valor comercial aos mesmos por meio de pesquisas científicas ou adequando

suas características físicas e/ou químicas. Esta possibilidade permite classificar os

resíduos como coprodutos.

No entanto, para que os materiais reformulados como coprodutos sejam utilizados na

construção civil devem atender às exigências químicas, físicas e mecânicas de acordo

com a normalização, sendo iguais ou melhores aos produtos já existentes no

mercado. Essas exigências são necessárias para que sejam oferecidos ao mercado

materiais que tenham confiabilidade e vida útil.

O resíduo focado neste estudo é o pó resultante do processo Flue Gas Desulfurization

(FGD), isto é, da dessulfuração de gases de combustão, no qual é utilizada lama de

cal para reagir com os gases gerados no aquecimento do carvão mineral para a

produção de coque inserido num processo siderúrgico. Os produtos à base de cal são

reagentes eficientes para captura de contaminantes, retendo o SO2 com eficiência de

até 99%, contribuindo para o controle de suas emissões na atmosfera (MANFROI,

2014).

De modo geral, o processo de dessulfuração consiste na remoção de enxofre para

evitar a contaminação do produto acabado e para o controle de emissões no ambiente.

Em refinarias, o óleo diesel de ultrabaixo nível de enxofre (diesel S-10) passa por

dessulfuração à base de hidrogênio ou ação microbiana (STANISLAUS; MARAFI;

RANA, 2010). O gás natural também precisa ser dessulfurado, a fim de reduzir

emissões de dióxido de enxofre quando queimado. A dessulfuração do ferro gusa, no

processo de aciaria da indústria metalúrgica, visa diminuir o teor de enxofre a níveis

baixíssimos a fim de evitar fragilidade no aço obtido.

12

Pesquisadores chamam este pó de dessulfogesso ou gesso FGD (TZOUVALAS;

RANTIS; TSIMAS, 2004). Devido às semelhanças físico-químicas da gipsita

(CaSO4.2H2O – sulfato de cálcio di-hidratado) e o gesso FGD, suas propriedades

correspondentes têm sido estudadas há vários anos.

Entre as principais vantagens de se utilizar esse resíduo estão a redução de custos

relacionados ao envio e disposição em aterros sanitários controlados (Classe II A) e à

possibilidade de redução de custos de produção por empresas da construção civil ao

adquirirem este resíduo para substituir parte de suas matérias-primas.

O gesso FGD é estudado por pesquisadores de diversos países como substituto

parcial do gesso natural dos cimentos Portland (CAILLAHUA; MOURA, 2017) e

belítico (LIU et al., 2016), placas à base de gesso resistentes ao fogo (LEIVA et al.,

2010) e como fertilizante e corretivo de solo (TRUMAN et al., 2010) obtendo resultados

positivos nessas aplicações.

Por sua vez, os tijolos de solo-cimento foram escolhidos por serem ambientalmente

amigáveis, não sendo submetidos à queima. Assim sendo, esses benefícios e

pesquisadores serviram de motivação para avaliar se é viável tecnicamente a

incorporação do gesso FGD em tijolos de solo-cimento utilizados na construção civil.

13

2 OBJETIVOS

OBJETIVO GERAL

Estudar o potencial de utilização do resíduo da dessulfuração dos gases provenientes

da coqueificação do carvão mineral, chamado gesso FGD, em tijolos de solo-cimento

utilizados na construção civil.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Caracterizar o gesso FGD pela análise mineralógica qualitativa e identificação

das fases por difração de raios X (DRX), pela técnica de espectrometria de

fluorescência de raios X (FRX), análise de Microscopia Eletrônica de Varredura

(MEV), granulometria a laser e limites de Atterberg;

Caracterizar o solo pela análise mineralógica qualitativa e identificação das

fases por difração de raios X (DRX) e limites de Atterberg;

Formular diferentes traços com a incorporação de resíduo em substituição do

solo;

Moldar tijolos a partir dos dois traços obtidos nos corpos de prova que melhor

atendam aos parâmetros de resistência à compressão, absorção de água e

maior substituição do solo pelo resíduo;

Avaliar a influência dos diferentes teores de gesso FGD na resistência à

compressão e absorção de água dos tijolos;

Avaliar os tijolos moldados de acordo com os requisitos prescritos nas normas

NBR 8491 e 8492 (ABNT, 2012);

Definir a maior incorporação do resíduo em substituição ao solo que atenda a

norma NBR 8491 (ABNT, 2012).

14

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

PROCESSO FLUE GAS DESULFURIZATION (FGD)

Empresas siderúrgicas integradas transformam o óxido de ferro em aço em etapas de

redução, refino e laminação. No processo de redução, o coque tem importante função

de combustível e redutor do minério de ferro em ferro gusa, além de formar um pilar

fumegante no interior do alto-forno que continuamente combina-se com o oxigênio

aquecido formando uma reação exotérmica capaz de fornecer o calor necessário à

obtenção do ferro gusa. O coque é obtido a partir do aquecimento do carvão mineral,

sem combustão, num recipiente fechado. As coquerias, por sua vez, dividem-se em

dois grupos principais: processo by product, que recupera os gases ricos em produtos

carboquímicos gerados nos fornos e o heat recovery que aproveita a queima desses

gases para a produção de calor a fim de produzir energia elétrica a partir de caldeiras

(MORAES JÚNIOR, 2010). Na Figura 1 é ilustrado onde o sistema FGD está inserido

no processo de uma siderúrgica integrada.

Figura 1 – Sistema FGD de uma siderúrgica integrada

Fonte: Adaptado de Moraes Júnior (2010)

Uma vez que o uso do carvão mineral, para a geração de energia elétrica ou para a

produção de coque, libera gases ricos em contaminantes, principalmente o SO2,

muitos países estabeleceram regras e regulamentos para controle ambiental. Como

15

resultado, a tecnologia de dessulfuração de gases de combustão (FGD) foi

desenvolvida rapidamente devido à sua eficiência e ao baixo custo do calcário. Esta

tecnologia é baseada na utilização de absorventes alcalinos, como o carbonato de

cálcio (CaCO3) ou cal (CaO), para converter as impurezas dos gases de combustão

em gesso sintético (GUO; SHI, 2008).

O controle das emissões de SOX no contexto brasileiro das usinas de energia elétrica

pode ser realizado de diferentes modos, sendo o calcário (CaCO3) ou cal (CaO) mais

frequentemente empregados como reagentes de dessulfuração devido à eficiência e

economicidade. Tais substâncias reagem com o SOX removendo-o da corrente

gasosa. Eles podem ser adicionados na combustão, no caso do uso da tecnologia de

leito fluidizado na caldeira, ou na pós-combustão, na qual os gases de exaustão são

enviados para equipamentos dessulfuradores externos à caldeira. O produto da

reação com calcário é uma pasta ou pó de sulfito de cálcio (CaSO3) e sulfato de cálcio

(CaSO4), que é um material inerte, estável e, portanto, de fácil remoção

(TOLMASQUIM, 2019).

A seguir estão descritos os dois principais modelos de dessulfuração de gases.

3.1.1 Processo úmido

O processo FGD tipo úmido é o processo de dessulfuração mais utilizado

mundialmente devido à maior capacidade de suas instalações em purificar grandes

volumes de gases gerados pelas termelétricas, ao baixo custo do calcário e elevada

eficiência, por volta de 99%. Neste sistema, os gases ácidos são lavados utilizando

leite de cal ou suspensão de carbonato de cálcio (calcário moído). O carbonato de

cálcio (CaCO3) do calcário reage com o dióxido de enxofre (SO2) e oxigênio (O2),

removendo o dióxido de enxofre dos gases de combustão e formando o gesso FGD

(CaSO4.2H2O) como subproduto (MANFROI, 2014). Como limitação, possui custo de

investimento mais elevado e a necessidade de tratamento de águas residuais

(LHOIST, 2019).

16

As principais reações químicas que ocorrem na reação da lama de cal com os gases

de combustão para formar o gesso FGD são as seguintes, segundo Tzouvalas, G.;

Rantis, G.; Tsimas, S. (2004):

𝑆𝑂2 + 𝐻2𝑂 → 𝐻+ + 𝐻𝑆𝑂3− (1)

𝐻+ + 𝐻𝑆𝑂3− +

1

2𝑂2 → 2𝐻+ + 𝑆𝑂4

−2 (2)

2𝐻+ + 𝑆𝑂4−2 + 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 → 𝐶𝑎𝑆𝑂4 . 2𝐻2𝑂 (3)

3.1.2 Processo semisseco

O processo semisseco é empregado em plantas de tamanho pequeno a moderado.

Por limitações de tamanho, é utilizado em centrais termelétricas com potência máxima

entre 250 a 350 MW. Nesse sistema é utilizado carvão de baixo teor de enxofre, em

virtude de um limite de até 95% de eficiência de remoção de SO2. A tecnologia

semisseca é interessante em regiões onde o abastecimento de água é limitado (por

exemplo, o Nordeste do Brasil e Oeste dos Estados Unidos), porque consome de 30

a 40% menos água do que o processo FGD tipo úmido. Em termos de despesas de

capital, o custo de um processo FGD semisseco é cerca de 60% menor do que a

tecnologia úmida (CRUZ et al., 2017).

O processo semisseco utiliza tipicamente uma suspensão de hidróxido de cálcio [Ca

(OH)2] em água, conhecida como lama de cal por algumas empresas no Brasil. Esta

suspensão é pulverizada no gás de combustão ainda quente por meio de

pulverizadores.

A reatividade de calcário é grandemente influenciada pelo tamanho das partículas.

Um método típico de preparar essa suspensão é moer o calcário bruto com água em

um moinho de bolas. Isso produz uma suspensão de partículas finas de calcário, que

é então bombeada para o reator através de pulverizadores. O tamanho de partícula

menor aumenta a área de superfície total do reagente à base de calcário. Na Figura 2

é mostrado um pulverizador de lama de cal.

17

Figura 2 - Pulverizador de leite de cal no processo semisseco

Fonte: LHOIST (2019)

A água evapora, aumentando a umidade e reduzindo a temperatura do gás de

combustão garantindo a dispersão do hidróxido de cálcio em partículas finas, uma vez

que as gotículas são secas. O calor latente no gás tratado evapora a água da

suspensão concentrada de cal e cria uma reação entre o gás e o líquido, deixando um

pó seco. A reação de neutralização das partículas de Ca (OH)2, agora secas, retêm

os poluentes ácidos dos gases. Estas partículas sólidas são recolhidas a jusante,

normalmente em filtros (LHOIST, 2019).

3.1.3 Tipos de gesso sintético

Existem vários processos industriais que geram sulfato de cálcio residual – gessos

sintéticos residuais, como pode ser visto na Tabela 1.

Tabela 1 - Tipos de gesso sintético de processos industriais

Processos industriais de produção

Nome genérico

Ácido fosfórico Fosfogesso, fosfohemidrato,

fosfoanidrita

Ácido fluorídrico Fluorogesso, fluoroanidrita

Ácido bórico Borogesso, borohemidrato

Ácidos orgânicos: fórmico, cítrico e tartárico

Organogessos: formogesso, citrogesso, tartarogesso

Cloreto de sódio Salgesso

Fonte: Adaptado de Lapido-Loureiro, Nascimento (2008)

18

Existem ainda variados processos de tratamentos de resíduos industriais, que geram

outros gessos sintéticos residuais, como pode ser visto na Tabela 2.

Tabela 2 - Tipos de gesso sintético do tratamento de resíduos industriais

Tratamento de resíduos industriais

Nome genérico

Neutralização de ácidos Gesso de neutralização de

resíduos ácidos ou wan gesso

Neutralização de efluentes líquidos da produção de

dióxido de titânio Titanogesso

Produção de soda Sodogesso

Neutralização/dessulfuração de gases de combustão

contendo dióxido de enxofre

Sulfitogesso/dessulfogesso/gesso FGD

Fonte: adaptado de Lapido-Loureiro, Nascimento (2008)

O fosfogesso é o gesso sintético mais produzido no mundo. Não estão disponíveis

dados precisos da cadeia de produção/comercialização/aplicação no Brasil. O mesmo

pode-se afirmar para a produção de citrogesso, fluorogesso, nem informações sobre

os volumes e características tecnológicas dos gessos residuais produzidos na

dessulfuração de gases. Trata-se de uma tarefa urgente a quantificação desses

resíduos e sua caracterização tecnológica (LAPIDO-LOUREIRO; NASCIMENTO,

2008).

3.1.4 Histórico do processo de dessulfuração dos gases de combustão

Segundo Biondo (1977) os estudos relacionados à remoção de SO2 dos gases de

combustão começaram na década de 1860, quando pesquisadores examinaram a

absorção e a adsorção de SO2 com uma grande variedade de substâncias,

principalmente a água. A Tabela 3 reúne os pontos principais sobre a tecnologia

estudada por esse pesquisador.

19

Tabela 3 - Principais avanços no processo de dessulfuração dos gases de combustão

Ano Descrição da pesquisa

1930

Pesquisas experimentais voltadas para a unidade FGD da Usina Termelétrica Battersea, às margens do rio Tâmisa, em Londres, indicaram que para

conseguir uma remoção de SO2 quase completa, eram necessárias 45 a 58 t de água para cada 1 t de carvão consumida. Esta empresa foi abandonada

durante a Segunda Guerra Mundial, mas serviu de vanguarda para instalações que surgiram mais tarde.

1931

Estudos avaliaram a possibilidade de íons metálicos serem utilizados na ação catalítica em sistemas FGD. Seus resultados indicaram que o ferro e o

manganês são bons catalisadores para a oxidação de SO2. Com base nessas descobertas, estimou-se que a quantidade de água necessária para

depuração de SO2 em usinas termelétricas a carvão poderia ser reduzida para apenas 1,25 t de H2O para cada 1 t de carvão, aproximadamente 2% da

quantidade necessária anteriormente para a água sem a presença de catalisadores.

1900-1940 Ênfase nos métodos de remoção deslocou-se gradativamente da oxidação

catalítica para a absorção utilizando-se lama de cal ou de calcário

Fonte: adaptado de BIONDO (1977)

Embora muitos processos tenham sido desenvolvidos ao longo desses 150 anos,

somente alguns obtiveram implantação industrial considerável. Outros ainda passam

por pesquisas. A distância entre experimentos de laboratório e a aplicação em larga

escala comercial é frequentemente longa.

Atualmente, segundo Yu et al. (2016), para absorver 1 t de SO2 são produzidos 2,7 t

de gesso FGD e, somente em 2010, foram produzidos mais de 43 milhões de t de

gesso FGD apenas na China.

Empresas americanas do setor preveem que a Ásia continuará a construir usinas a

carvão associadas aos sistemas FGD. Como resultado, até 2025, a Ásia terá uma

capacidade de energia movida a carvão três vezes maior do que a da Europa e os

Estados Unidos nos seus picos. Consequentemente, o mercado de componentes e

serviços de dessulfuração de gases de combustão crescerá nos próximos oito anos,

apesar das iniciativas ambientais para reduzir a geração de energia a carvão. A maior

geração de receita no mercado mundial de sistemas de dessulfuração FGD estará no

mercado de pós-venda (IMPELLER, 2019).

20

No Brasil, devido à recente crise de escassez de água, a matriz energética foi

complementada por usinas termelétricas, com o carvão mineral representando 9,6%

delas. Segundo Cruz et al. (2017), ao contrário do que esperam os ambientalistas,

estima-se que o uso de carvão nas usinas termelétricas brasileiras continue a

aumentar no curto e médio prazo.

3.1.4 Descrição do processo produtivo

O gesso FGD utilizado neste estudo provém da coqueria de uma empresa siderúrgica

localizada no município de Serra, no estado do Espírito Santo. Esta empresa possui

uma unidade destinada a transformar o carvão mineral em um produto denominado

coque, que é obtido pelo aquecimento da mistura de carvões no interior dos fornos

em ausência de oxigênio.

O material volátil do carvão (alcatrão, gás de coqueria, benzeno, tolueno, xileno e

amônia) não é recuperado, mas queimado durante o processo de coqueificação nos

fornos da coqueria. Os gases de combustão passam pela caldeira de recuperação,

onde é produzido vapor que move as turbinas para a geração de energia elétrica

(ArcelorMittal Tubarão, 2019).

Todo o processo de coqueificação é realizado com pressão negativa, evitando

vazamentos de gases pelas portas dos fornos e poeira no carregamento de carvão.

Após o desenfornamento, o coque em brasas é extinto no apagador úmido para evitar

a formação de cinzas, beneficiado e transportado para sua utilização nos altos-fornos,

onde exerce dupla função, atuando como redutor dos óxidos de ferro e como fonte

térmica do processo. A capacidade atual desta empresa é de 1.550.000 t de coque

por ano. Na Figura 3 são ilustradas as etapas do processo para a formação do gesso

FGD inserido em uma coqueria (ArcelorMittal Tubarão, 2019).

21

Figura 3 – Formação do gesso FGD numa coqueria

Fonte: Adaptado do Inventário Bianual de Resíduos da empresa doadora do resíduo (2016-2017)

As instalações são dotadas de quatro baterias de oitenta fornos cada, cujo volume útil

é de 48 m³ por forno. O tempo de coqueificação é de 48 h com um rendimento

coque/carvão de 72,5%.

Anexo a estas instalações está situada uma central termelétrica, que utiliza o vapor

produzido pela recuperação de calor dos gases no processo de coqueificação. O calor

residual dos gases queimados (950 a 1050ºC) é recuperado em caldeiras, gerando

vapor (540ºC e 110 kgf/cm²), que é enviado para as turbinas dos geradores de energia

elétrica. Possui capacidade anual de 175 MW obtido por um conjunto de duas turbinas

a vapor, dois condensadores com tubos de titânio resfriados com água do mar e dois

geradores síncronos de capacidade nominal de 115,6 MVA (ArcelorMittal Tubarão,

2019).

Junto à central termelétrica está o sistema de dessulfuração de gases de combustão,

cujo propósito é remover os sólidos em suspensão e enxofre contido nos gases

oriundos do processo de coqueificação, servindo como unidade de proteção

ambiental. A eficiência de remoção de SO2 anunciada é de aproximadamente 80%,

cuja capacidade de processamento é de 1.175.000 Nm³/h (normal metro cúbico por

hora) de gás residual (ArcelorMittal Tubarão, 2019).

22

Segundo dados do Inventário Bianual de Resíduos da empresa que doou o resíduo

(2016-2017), o gesso FGD foi apontado como um dos principais resíduos gerados,

com produção de 25.000 t por ano. A empresa vem desenvolvendo estudos científicos

junto a instituições de pesquisa, com foco no maior reaproveitamento do resíduo de

dessulfuração.

3.1.5 Ensaio de lixiviação

Segundo o Inventário Bianual de Resíduos Sólidos (2016/2017) fornecido pela

empresa ao Instituto Estadual do Meio Ambiente – IEMA, as análises de

caracterização as amostras lixiviadas e solubilizadas do gesso FGD in natura foram

realizadas conforme a NBR 10004 (2004), seguindo as normas complementares:

NBR 10005/04 – Lixiviação de Resíduos

NBR 10006/04 – Solubilização de Resíduos

NBR 10007/04 – Amostragem de Resíduos

O resíduo não foi apontado como corrosivo (item 4.2.1.2 da NBR 10.004/2004). Os

parâmetros chumbo, fluoreto, selênio, cloreto, nitrato e sulfato estão acima do valor

legislado, enquadrando o resíduo como Resíduo Classe II A – Resíduo Não Perigoso.

Os dados apresentados pelo referido inventário indicam um pH de 12,1.

USOS DE GESSO FLUE GAS DESULFURIZATION (FGD)

Segundo Manfroi (2014), pesquisas têm sido desenvolvidas em diversos países para

agregar valor ao gesso FGD. As fábricas de cimento são as maiores consumidoras de

gesso, cuja adição no clínquer varia entre 3 a 5 % em peso (CAILLAHUA; MOURA,

2017) e por isso várias pesquisas têm sido desenvolvidas com o gesso FGD

substituindo o cimento. A produção de materiais de construção civil, como cimentos,

argamassas, blocos, painéis e pré-fabricados envolvendo o resíduo, tem demonstrado

viabilidade, conforme descrito na Tabela 4.

23

Tabela 4 - Estudos com utilização do gesso FGD

Autores País Utilização do gesso FGD

Coppola et al. (1996)

Itália Pré-fabricados (cinza volante, cinza pesada, cal,

gesso FGD).

Sahu et al. (2002) Estados Unidos

Preenchimento estrutural para taludes, aterros ou sub-base de estradas (gesso FGD, cinza volante e

cal).

Qiao et al. (2003) China Pastas (rejeito de cinza volante, gesso FGD,

cimento, cal hidratada).

Poon et al. (2004) China Pastas (rejeito de cinza volante, gesso FGD,

Ca(OH)2, cimento e ativadores químicos).

Matschei et al. (2005)

Alemanha Pastas com cimento supersulfatado (escória de

alto-forno, gesso FGD e cimento Portland).

Papageorgiou et al. (2005)

Grécia Cimento (gesso FGD como retardador de pega).

Tzouvalas et al. (2006)

Grécia Cimento (clínquer de cimento Portland, fíler

calcário, gesso natural/gesso FGD). Concretos com o cimento.

Qiao et al. (2006) China Pastas: rejeito de cinza volante, gesso FGD, cal

hidratada, cimento Portland, lodo sintético (chumbo, cobre e zinco).

Zdravkov e Pelovsk (2007)

Bulgária Aglomerante (cal, gesso FGD hemidrato, faialite,

areia de fundição, lodo de purificação de efluentes).

Marinkovic e Pulek (2007)

Sérvia Pastas (cinza volante, gesso FGD hemidrato e cal)

para posteriormente produzir blocos ou tijolos.

Yazici (2007) Turquia Blocos (cal hidratada, cimento Portland, cinza

pesada, cinza volante e gesso FGD).

Khatib et al. (2008) Reino Unido Argamassas (cimento, gesso FGD, cinza volante,

escória).

Guo e Shi (2008) China Pastas e argamassas (cimento Portland, escória,

gesso FGD).

You et al. (2009) Coreia Cimento (gesso FGD e cinza pesada).

Guan et al. (2009) Hungria, FGD

da China Aglomerantes (5 a 60% de gesso FGD e cimento

aluminoso).

Duvallet et al. (2009) França, Estados Unidos

Cimento sulfoaluminoso com aluminoferrita de cálcio (cinza volante, cinza pesada de leito

fluidizado, cal hidratada, bauxita, lama vermelha e gesso FGD).

Marroccoli et al. (2010)

Itália Cimento sulfo-aluminoso (calcário, bauxita, cinza

volante e/ou cinza pesada de leito fluidizado, cinza volante pulverizada e gesso FGD).

Lou et al. (2010) Hungria, FGD

da China

Aglomerante ternário: cimento aluminoso, gesso FGD, cimento PLC (25% de clínquer de cimento

Portland + 75% de calcário).

Leiva et al. (2010) Espanha Painéis de gesso FGD (substituição de gesso

natural por gesso FGD).

Fonte: Manfroi (2014)

24

Caillahua e Moura (2017) estudaram a utilização do gesso FGD em substituição

parcial do gesso natural no cimento como aditivo retardador do tempo de pega.

Baseados em resultados da caracterização dos dois tipos de gesso foram produzidas

quatro argamassas mantendo fixos os teores de clínquer, calcário e escória e

substituíram parcialmente o gesso natural pelo gesso FGD nos teores de 0 % a 3,5 %

em diferentes idades de cura (1, 3, 7 e 28 dias).

Os ensaios de compressão realizados nas amostras curadas mostraram que a

argamassa com 2,1 % de gesso FGD e 1,4 % de gesso natural obteve melhores

valores em relação as outras misturas após três dias, podendo ser utilizado como

aditivo retardador na preparação do cimento Portland CP-II E 32.

Liu et al. (2016) pesquisaram a possibilidade de substituir 10% de gesso natural por

gessos sintéticos, como o citrogesso, fosfogesso e gesso FGD no cimento belítico

com sulfoaluminato de cálcio e bário. A resistência à compressão do cimento belítico

(C2,75B1,25A3S) com qualquer tipo de gesso residual foi superior ao mesmo cimento

apenas com gesso natural de referência.

Concluíram que resistência à compressão inicial do cimento com qualquer tipo de

gesso sintético é comparável à do cimento com gesso natural. Portanto, o citrogesso,

o fosfogesso e o gesso FGD poderiam substituir o gesso natural como agentes de

ajuste do cimento belítico, que possui quantidades elevadas de belita (silicato

dicálcico, C2S) em sua composição, que são formados em temperaturas menos

elevadas que as alitas (C3S) do clínquer convencional (LIU et al., 2016).

Um bloco de alta resistência, sem cimento e não queimado foi preparado por Yu et al.

(2016), usando apenas o gesso FGD, solo arenoso e água. O processamento

consistiu em secar o gesso FGD por 1 h a 180ºC para transformar o sulfato de cálcio

di-hidratado (CaSO4.2H2O) em um hemi-hidratado (CaSO4.0,5H2O). Este solo

arenoso também passou por um processo de secagem até ficar com 3% de umidade,

sendo utilizadas as partículas passantes pela malha de 1,7 mm.

O gesso FGD foi adicionado à areia nas proporções entre 65 a 85%. A adição de água

foi de 14 a 26% além dos 100% em massa da mistura seca. As misturas foram

25

moldadas em uma prensa hidráulica sob pressão de 15 MPa, sendo logo em seguida

umedecidas com água de 2/2 h por 6 vezes. A partir daí foram curadas em umidade

controlada por sete dias. O conteúdo ótimo de gesso FGD foi de 75% com 20% de

umidade.

Li et al. (2015) pesquisaram uma utilização potencial do gesso FGD e cinza volante

de uma usina termelétrica na província de Xinjiang, no noroeste da China para a

manufatura de painéis de gesso resistentes ao fogo.

Após os ensaios com corpos de prova de diferentes composições de gesso comercial,

cinza volante e gesso FGD, eles concluíram que a capacidade de isolamento térmico

do painel feito exclusivamente com o gesso FGD foi superior aos painéis de diferentes

composições, tendo resistido por 52 min a 180°C, enquanto que o painel de gesso

comercial resistiu por apenas 42,8 min à mesma temperatura (LI et al., 2015).

Segundo Truman et al. (2010), a utilização agrícola de gesso FGD para correção de

solo na Georgia (EUA) contribuiu de forma benéfica para a conservação de recursos

naturais, na margem de lucro do produtor e na qualidade ambiental, fornecendo um

mercado viável para a indústria de energia elétrica convertendo os custos de descarte

do gesso FGD em uma mercadoria rentável.

No Brasil, Lapido-Loureiro; Nascimento (2008) concluíram que tanto o gesso mineral

quanto o residual podem suprir a deficiência de cálcio e enxofre nos solos, melhorando

o metabolismo vegetal. Não há impedimento radiológico para uso desses gessos

sintéticos. Sob o aspecto químico-agronômico, a utilização de sulfato de cálcio é

recomendável quando se quer reduzir concentrações tóxicas de alumínio trocável nas

camadas subsuperficiais. A vasta região do cerrado, por exemplo, pode ser

beneficiada com a redução da saturação de alumínio obtido com essa correção.

Guo e Shi (2008), por exemplo, estudaram a temperatura ideal para ser misturado ao

cimento Portland mantendo um ótimo teor de SO3. O gesso FGD continha 18,56% de

água livre e, portanto, era muito úmido para misturar-se com outras matérias-primas

do cimento. Portanto, antes de utilizar o gesso o requisito foi tratá-lo termicamente.

26

Para determinar a temperatura que o gesso seria tratado termicamente, foram feitos

ensaios de análise térmica diferencial e termogravimétrica. Após resfriadas, as

amostras foram analisadas por difração e fluorescência de raios X a fim de saber o

conteúdo de SO3 e sua mineralogia. O estudo do tratamento térmico mostrou que a

temperatura adequada que aliou a baixa umidade com o máximo teor de SO3 contido

foi a 200ºC (GUO; SHI, 2008).

TIJOLO DE SOLO-CIMENTO

Consiste de uma mistura em proporções adequadas de solo, cimento e água que,

depois de compactados, apresentam rigidez mecânica após a cura. Por não haver

necessidade de queima, são também chamados de tijolos ecológicos, ou ainda tijolos

modulares, pelo encaixe característico que proporcionam.

Segundo a NBR 8491 – Tijolo de solo-cimento: Requisitos (ABNT, 2012), esses

componentes de alvenaria são assim classificados:

Tijolos – possuem altura menor que sua própria largura;

Tijolos maciços – apresentam volume igual ou superior a 85% do seu volume

total aparente;

Tijolos vazados – possuem furos verticais, cujo volume total é menor que 85%

de seu volume aparente.

Ainda podem ser incorporados aditivos e/ou pigmentos que possibilitem atender às

condições estabelecidas por essa norma.

A NBR 8492 – Tijolo de solo-cimento: Análise dimensional, determinação da

resistência à compressão e da absorção de água – Método de ensaio (ABNT, 2012)

estabelece que o melhor traço deverá atender aos seguintes parâmetros aos 7 dias

de cura:

Resistência à compressão simples média maior que 2 MPa e nenhum valor

individual inferior a 1,7 MPa;

Valor médio de absorção de água inferior a 20% e nenhum valor individual

superior a 22%;

27

Não deve apresentar fraturas ou outros defeitos que comprometam sua

resistência e durabilidade.

O solo responde pela maior fração em peso para a obtenção do tijolo de solo-cimento,

sendo responsável pela resistência mecânica logo após a moldagem. O cimento entra

em menor quantidade, que normalmente varia de 4 a 7 % em massa, sendo o

suficientemente necessário para estabilizá-lo e conferir resistência mecânica após a

cura.

A definição de solo-cimento encontrada nos itens 3.1 da NBR 12023 – Solo-cimento:

Ensaio de compactação (ABNT, 2012) e 4.1 da NBR 12253 – Solo-cimento - Dosagem

para emprego como camada de pavimento – Procedimento parece aplicar-se tanto

para tijolos como para camada de pavimento. A diferença está no Método A, destinada

a solo com tamanho de partículas 100 % passantes na peneira 4,75 mm, que é a

granulometria utilizada na confecção de tijolos de solo-cimento, conforme a NBR

10833 – Fabricação de tijolo e bloco de solo-cimento com utilização de prensa manual

ou hidráulica – Procedimento.

Na Figura 4 é mostrado que as cores dos tijolos de solo-cimento podem variar em

função da presença de minerais em diferentes solos da geologia local segundo a NBR

6502 – Rochas e solos (ABNT, 1995), mas sua resistência mecânica é padronizada

pela NBR 8491 – Tijolo de solo-cimento: Requisitos (ABNT, 2012).

Figura 4 - Blocos produzidos com diferentes tipos de solos

Fonte: Marques (2010)

28

Segundo a Portland Cement Association (1992), inicialmente o uso de solo misturado

ao cimento foi empregado em alguns trechos de leito rodoviário nos Estados Unidos,

em 1933, adquiriu notoriedade, provando-se que o solo-cimento poderia ser um

insumo importante na construção de estradas. A partir de então, métodos científicos

de controle foram desenvolvidos para produzir satisfatoriamente misturas de cimento

Portland com variados tipos de solo, sendo padronizados mais tarde pela ASTM em

1944 e revisados em 1989.

Já o tijolo de solo-cimento, segundo Morais, Chaves e Jones (2019), apresenta-se

tecnicamente viável por sua grande durabilidade e manutenção reduzida das

edificações produzidas. Por outro lado, os métodos de produção deste tijolo tornam

sua aplicação economicamente pouco atrativa em grande escala devido ao seu

processo de fabricação ser mais lento do que os blocos prismáticos à base de argila

ou concreto convencional.

3.3.1 Solo

A norma NBR 10833 – Fabricação de tijolo e bloco de solo-cimento com utilização de

prensa manual ou hidráulica: Procedimento (ABNT, 2012) define as características

esperadas do solo para uso em tijolos de solo-cimento:

100% de material passante na peneira 4,75 mm;

10% a 50% de material passante na peneira 0,075 mm;

Limite de liquidez menor ou igual a 45%;

Índice de plasticidade menor ou igual a 18%.

O solo deve ainda ser caracterizado pelas normas:

NBR 6457 (ABNT, 2016) – ensaios de compactação;

NBR 6459 (ABNT, 2017) – determinação do limite de liquidez;

NBR 7180 (ABNT, 2016) – determinação do limite de plasticidade;

NBR 7181 (ABNT, 2016) – análise granulométrica.

29

A norma NBR 6502 – Rochas e solos (ABNT, 1995) define solo como material

proveniente da decomposição das rochas ou sedimentação não consolidada de seus

grãos pela ação de agentes físicos ou químicos, podendo ou não conter matéria

orgânica.

Segundo a Associação Brasileira de Cimento Portland (2004), as variadas frações do

solo foram classificadas em função do diâmetro de suas partículas, denominadas em:

a) pedregulho grosso: partículas com diâmetro de 4,8 a 76 mm: solo formado por

minerais ou partículas de rocha;

b) pedregulho fino: partículas com diâmetro de 2,0 a 4,8 mm;

c) areia grossa: partículas com diâmetro de 0,42 a 2,0 mm: solo não coesivo e

não plástico;

d) areia fina: partículas com diâmetro de 0,05 a 0,42 mm,

e) silte: partículas com diâmetro equivalente de 0,005 a 0,05 mm: solo que

apresenta baixa ou nenhuma plasticidade e que exibe baixa resistência quando

seco ao ar, mostrando apenas a coesão necessária para se formar, quando

secos, torrões facilmente desagregáveis pelos dedos;

f) argila: partículas com diâmetro equivalente inferior a 0,005 mm: solos com

partículas extremamente finas, apresentando coesão e plasticidade.

A classificação proposta por Shepard (1954) baseia-se essencialmente num diagrama

ternário em que são representados os conteúdos percentuais de areia, silte e argila.

Na Figura 5 é mostrada a classificação dos tipos de solos em função de sua

granulometria, uma vez que não é encontrada na natureza uma fração totalmente

pura.

30

Figura 5 - Classificação dos solos em função da granulometria

Fonte: Adaptado de Shepard (1954)

Existem limitações para uso de determinados solos para construção civil. O teor

orgânico tende a diminuir o efeito aglomerante do cimento, dificultando a cura. A

predominância de argilas expansivas, como a montmorilonita, provoca aderência às

paredes do molde durante a prensagem, além de retração elevada durante a cura,

produzindo defeitos superficiais (NEVES et al., 2010).

As propriedades mecânicas do solo podem ser melhoradas significativamente pela

compactação, pela mistura com outros solos de diferentes granulometrias e pela

adição de aglomerantes capazes de unir os grãos de areia e as partículas argilosas.

Os mais utilizados são o cimento Portland, a cal virgem ou hidratada; a mistura de cal

e cimento; ou ainda uma mistura de cal com cinzas de coque, de hulha etc. (NEVES

et al., 2010).

3.3.2 Cimento Portland para tijolos de Solo-cimento

Segundo a norma NBR 16697 – Cimento Portland comum (ABNT, 2018), o cimento é

obtido a partir do clínquer Portland, constituído majoritariamente de silicatos de cálcio

31

com propriedades hidráulicas. Durante sua produção podem ser adicionados

materiais pozolânicos, escórias granuladas de alto-forno, materiais carbonáticos ou

ainda uma ou mais formas de sulfato de cálcio.

Uma vez produzido, o cimento Portland consiste de um pó fino que, em contato com

a água, endurece devido às suas propriedades aglomerantes. Se, depois de passar

pelo processo de cura, for submetido à ação da água novamente, o cimento Portland

não se decompõe mais (ABCP/BT-106, 2002). Na Tabela 5 os dois últimos dígitos da

sigla (32 ou 40, em MPa) apontam os valores mínimos de resistência à compressão

passados 28 dias de cura.

Tabela 5 - Tipos de cimento Portland, composição e siglas

Tipo de Cimento Adições Sigla

Cimento Portland Comum

Escória, pozolana ou fíler (até 5%)

CP I – S 32 CP I – S 40

Cimento Portland Composto

Escória (6 – 34%) CP II – E 32 CP II – E 40

Pozolana (6 – 14%) CP II – Z 32

Fíler (6 – 10%) CP II – F 32 CP II – F 40

Cimento Portland Pozolânico

Pozolana (15 – 50%) CP IV 32

Cimento Portland de Alto-Forno

Escória (35 – 70%) CP III 32 CP III 40

Cimento Portland de Alta Resistência Inicial

Materiais carbonáticos (até 5%)

CP V-ARI

Cimento Portland Resistente a Sulfatos

Estes cimentos são designados pela sigla RS (CP III 40 RS, CP V-ARI RS)

Fonte: Adaptado de ABCP/ ET-35 (2004)

As principais matérias-primas do clínquer são o calcário (CaO), sílica (SiO2), alumina

(Al2O3) e óxido de ferro (Fe2O3) da argila, além de pequenos teores de álcalis, que são

as impurezas constituídas dos óxidos de sódio (Na2O) e potássio (K2O). Durante a

calcinação em forno rotativo a 1450ºC esses elementos sofrem reações químicas,

havendo as seguintes formações:

C3S – silicato tricálcico (3CaO.SiO2);

C2S – silicato dicálcico (2CaO.SiO2);

32

C3A – aluminato tricálcico (3CaO.Al2O3);

C4AF – ferro aluminato tetracálcico (4CaO.Al2O3.Fe2O3).

O silicato tricálcico (alita) é o maior responsável pela resistência inicial adquirida

durante a cura, enquanto que o silicato dicálcico (belita) atua no processo de

endurecimento em maiores idades (AIRES, 2015).

De acordo com a norma NBR 11798 – Materiais para base de solo-cimento –

Requisitos (ABNT, 2012), os tipos de cimento empregados em solo-cimento são:

Portland Comum (CP I, CP I-S) – NBR 16697 (ABNT, 2018);

Portland Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F) – NBR 11578 (ABNT, 1997);

Portland de Alto-Forno (CP III) – NBR 16697 (ABNT, 2018);

Portland Pozolânico (CP IV) – NBR 5736 (ABNT, 1999).

O cimento Portland CP III foi o escolhido para estabilizar o solo após a cura dos tijolos

de solo-cimento desta pesquisa por ser o tipo de maior disponibilidade na região. No

entanto, o cimento Portland CP V-ARI foi posteriormente escolhido por ser o tipo mais

adequado para aplicações onde o requisito de elevada resistência às primeiras idades

seja fundamental, como na indústria de pré-moldados da região, tendo sido utilizado

também por França et al. (2018).

3.3.3 Resíduos utilizados em tijolos de solo-cimento

Breve descrição de trabalhos onde foram incorporados diferentes resíduos em tijolos

de solo-cimento.

Siqueira e Holanda (2013) estudaram o uso de grits em blocos de solo-cimento. Para

cada tonelada de celulose fabricada, 12 kg deste resíduo são formados além de outros

durante o processo. Visando a substituição parcial do cimento Portland por essa

matéria-prima de baixo custo, o trabalho consistiu em caracterizar o grits e

confeccionar corpos de prova a uma razão solo/cimento de 9:1. As proporções de grits

por cimento Portland foram 0, 10, 20 e 30 % em massa, ou seja, 0, 1, 2 e 3 % no total.

33

Os resultados de plasticidade apontaram a natureza não-coesiva do grits, classificado

como um material não plástico. Após 28 dias de cura foram determinadas as

propriedades tecnológicas dos corpos de prova: absorção de água, densidade

aparente, retração volumétrica e resistência à compressão. Não apresentaram

manchas superficiais ou eflorescência por sais solúveis. Os blocos de solo-cimento

com traço de até 2 % de grits atenderam os parâmetros de resistência à compressão

e absorção de água por terem atuado como filler e a partir daí o grits ocasionou o

decréscimo na resistência mecânica e aumento na absorção de água (SIQUEIRA;

HOLANDA, 2013).

Ingunza, Pereira e Júnior (2014) estudaram a aplicação de cinza produzida a partir de

lodo dragado de um sistema de lagoa anaeróbia para a estabilização das águas

residuais domésticas. O lodo fresco foi classificado como um resíduo Classe II-A (não

inerte e não perigoso). A cinza foi utilizada como aditivo em misturas solo-cimento

para camadas base e sub-base de pavimento urbano.

O solo usado neste estudo foi um solo fino e de cor vermelha, frequentemente

encontrado na costa brasileira do Nordeste. Os testes utilizaram inicialmente três

misturas de solo com conteúdo de cimento de 3, 6 e 9 % que foram submetidas ao

ensaio de compactação. Após descobrir-se que a composição ótima de solo-cimento

era de 9 %, iniciaram-se os testes com a inclusão do resíduo nas proporções 0, 5, 10,

20 e 30 % para substituir parcialmente o solo.

Apesar de não serem produzidos tijolos, os resultados deste estudo confirmaram a

viabilidade em usar cinzas do lodo como aditivo estabilizador para misturas solo-

cimento e indicaram que é possível incorporar até 30 % de teor de cinzas de lodo de

esgoto adicionada a uma mistura de solo-cimento (91 % de solo e 9 % de cimento). O

maior ganho de resistência foi com um teor de cinzas de lodo de 20% que aumentou

a resistência em 26 % em comparação com a mistura sem cinzas de lodo (INGUNZA;

PEREIRA; JÚNIOR, 2014).

Castro et al. (2016) avaliaram as potencialidades de tijolos de solo-cimento com a

incorporação de coprodutos siderúrgicos por constatarem dificuldades para sua total

reutilização. Notaram também que são muito escassas as publicações que utilizam

34

resíduos da indústria do aço. As matérias-primas utilizadas foram o pó de balão, o pó

de despoeiramento, escória de aciaria e blocos de solo-cimento reaproveitados da

construção civil finamente granulados. O teor de cimento foi fixado em 14,8 % em

todos os traços.

Para atender aos requisitos de absorção de umidade e resistência à compressão, as

formulações que atenderam a norma foram 20 % de pó de balão com 10 % de reúso

do bloco solo-cimento; 10 % de escória de aciaria; 20 % de escória de aciaria com

10 % de reúso do bloco solo-cimento e 2,5 % de pó de despoeiramento com 20 % de

reúso do bloco solo-cimento. Para inertização dos resíduos deve-se revestir a

estrutura construída com verniz usualmente utilizado nas superfícies das alvenarias

(CASTRO et al., 2016).

Amaral et al. (2016) investigaram a reutilização de resíduo de casca de ovo como

matéria-prima alternativa em solo-cimento. Esse resíduo da indústria de alimentos

contém 94 % em peso de carbonato de cálcio (CaCO3). O resíduo foi seco, moído por

12 h e peneirado em malha de 150 µm.

O cimento utilizado foi o cimento Portland CP III-40 RS. A perda ao fogo da amostra

calcinada a 1000 °C por 1 h foi de 48,08 % em massa devido principalmente a

decomposição do carbonato de cálcio (CaCO3) em óxido de cálcio (CaO) e dióxido de

carbono (CO2), além da combustão da matéria orgânica. O resíduo foi considerado

como material não pozolânico.

O resíduo de casca de ovo substituiu parcialmente o cimento Portland e os corpos de

prova foram curados por 28 dias em câmara úmida. Todas as quatro formulações (0,

1, 2 e 3 %) com o resíduo atenderam aos requisitos de absorção de água e resistência

à compressão da NBR 10834 – Bloco de solo-cimento sem função estrutural –

Requisitos (ABNT, 2013), pois atuou como material de enchimento tornando as

misturas mais densas e mecanicamente mais resistentes (AMARAL et al., 2016).

Leonel et al. (2017) estudaram o uso de areia descartada de fundição em tijolos de

solo-cimento. O volume desse material é estimado em 3 milhões de toneladas por ano

no Brasil. Para as diferentes misturas, o cimento foi fixado em 10 % em massa. Os

35

traços variaram entre 0 e 25 % de areia comercial, 0 a 65 % de areia descartada de

fundição, 25 a 65 % de argila e 15 a 30 % de pó de brita. Observaram que as

formulações que envolveram 30 %, 35 % e 45 % de areia descartada atenderam aos

requisitos de resistência à compressão e absorção de água.

França et al. (2018) investigaram a durabilidade de tijolos de solo-cimento com

incorporação de resíduos do processamento de mármore. Eles observaram que

aproximadamente 30 % das rochas ornamentais são transformadas em resíduos

durante o corte, sendo classificados como inertes e não biodegradáveis. Na

formulação dos traços, o cimento Portland foi fixado em 10 % e o resíduo substituiu o

solo nos teores de 0, 30, 40 e 50 %. Todas as composições atenderam aos requisitos

de resistência à compressão e absorção de água.

Dentre os pesquisadores citados observou-se que houve maior incorporação de

resíduos quando mantiveram fixo o teor de cimento e substituíram parcialmente o solo

nos tijolos de solo-cimento.

Em resumo, os autores citados Castro et al. (2016), Leonel et al. (2017), Ingunza,

Pereira e Júnior (2014) e França et al. (2018) obtiveram êxito em formulações com

resíduo em até 50 % em substituição do solo pelos resíduos. No entanto, Amaral et

al. (2016) e Siqueira e Holanda (2013) obtiveram seus melhores resultados com uma

quantidade de resíduo pouco expressiva para a fabricação de tijolos de solo-cimento,

com adição de até 3 %, em substituição de cimento.

Assim, visando a máxima incorporação de resíduo neste trabalho, optou-se por

substituir parcialmente a fração de solo nos tijolos, mantendo fixo o teor de cimento.

Pode-se observar que na revisão de literatura feita não foi encontrado trabalho com

utilização de gesso FGD na fabricação de tijolos de solo-cimento.

36

4 MATERIAIS E MÉTODOS

Os ensaios de caracterização foram realizados nos laboratórios do Instituto Federal

de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo (Ifes), campus Vitória:

Laboratório de Solos, Betume e Concreto, Laboratório de Materiais Cerâmicos,

Laboratório de Caracterização, Laboratório de Ensaios Mecânicos Destrutivos e

Laboratório de Microscopia Eletrônica e Microanálise do IFES.

Foi utilizado ainda o Laboratório de Desenvolvimento e Caracterização de Materiais

(LDCM) do Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial (Senai) de Criciúma, em

Santa Catarina.

A Figura 6 mostra a metodologia adotada na obtenção de tijolos de solo-cimento com

incorporação do resíduo da dessulfuração de gases da coqueria em substituição ao

solo, onde cada etapa de seu processamento experimental é especificada na

sequência.

37

Figura 6 - Apresentação da metodologia proposta

Fonte: Elaborado pelo autor (2019)

MATÉRIAS-PRIMAS

Nesta pesquisa foram utilizados: solo, cimento, água e gesso FGD provenientes das

indústrias da região, descritos a seguir:

O solo utilizado foi doado pela empresa do ramo cerâmico localizada no município de

Nova Venécia. Trata-se de uma argila plástica, com nome genérico Batinga, que é

misturada a outros tipos de argila para a produção de lajotas. Foi escolhida por se

esperar que a adição de resíduo diminuísse sua plasticidade.

38

O cimento Portland CP-III RS foi inicialmente utilizado nesta pesquisa por ser

resistente a sulfatos presentes no gesso FGD, sendo também utilizado por Amaral et

al. (2016) e Siqueira e Holanda (2013). Foi posteriormente adotado o cimento Portland

CP-V ARI por ser comumente usado pelos fabricantes de tijolos de solo-cimento da

região e por apresentar maior resistência à compressão aos sete dias que o CP III,

conforme metodologia de França et al. (2018).

A água utilizada foi fornecida pela rede pública, cujo tratamento não interfere na

elaboração das misturas (ABNT NBR 15900-1 “Água para amassamento do concreto

Parte 1: Requisitos”, 2009).

O gesso FGD foi cedido por uma coqueria heat recovery localizada uma siderúrgica

no município de Serra/ES. O aspecto visual do gesso FGD in natura é mostrado na

Figura 7.

Figura 7 - Aspecto visual do gesso sintético FGD in natura


Trata-se de um particulado sólido cuja aglomeração parcial em grumos pode-se supor

que seja devida à absorção da umidade ambiente de 2 %. Segundo dados do

Inventário Bianual de Resíduos da empresa doadora (2016-2017), trata-se de um

resíduo de consistência sólida, odor fraco, parcialmente solúvel em água.

Recomenda-se utilizar óculos de segurança hermeticamente fechado, máscara de

proteção contra materiais particulados e luvas impermeáveis no manuseio do gesso

FGD durante a moldagem dos tijolos de solo-cimento.

39

MÉTODOS

Reunidas as normas ABNT para produção de tijolos de solo-cimento, os seguintes

procedimentos foram executados.

4.2.1 Análise química

O gesso FGD e o solo foram analisados pela técnica de espectrometria de

fluorescência de raios X (FRX) para definição da composição química quantitativa na

forma percentual de óxidos.

Para efetuar a leitura da composição química, as amostras de gesso FGD foram

moídas em moinho de ágata durante 20 a 30 min até se obter tamanho de partículas

inferior a 20 µm. Foram homogeneizadas com tetraborato de lítio, que atua como

fundente e com nitrato de lítio, para reduzir possíveis metais que provocariam

oxidação no cadinho de platina. As amostras foram fundidas a 1000 ºC na forma de

pérolas, com 40 mm de diâmetro. Os valores foram determinados no LDCM do SENAI

de Criciúma/SC.

4.2.2 Análise mineralógica

A análise mineralógica qualitativa e identificação das fases das amostras de gesso

FGD e do solo foram realizadas por difração de raios X (DRX). Para realização dessa

análise, inicialmente, as matérias-primas foram levadas à estufa a 110 °C, durante

24 h e, em seguida, desaglomeradas manualmente com auxílio de almofariz e pistilo.

A interpretação das fases observadas foi efetuada comparando-as com o padrão do

Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) por meio do software

DIFFRACPLUS. A determinação das fases cristalinas do gesso FGD foi obtida por

difração de raios X pelo Método de Rietveld, no LDCM do SENAI de Criciúma/SC.

40

O equipamento utilizado no ensaio para análise foi um Difratômetro Bruker – D8 com

goniômetro theta – theta com velocidade de 7 segundos para 0,02° e intervalo de

varredura de 0 a 72°, 2 theta. A radiação foi Kα em tubo de cobre nas condições de

40 kV e 40 mA.

4.2.3 Análise granulométrica

A distribuição de tamanho de partículas do gesso FGD foi realizada pelo método de

difração a laser utilizado como meio líquido o álcool etílico, no Laboratório de

Desenvolvimento e Caracterização de Materiais do SENAI Criciúma.

A adequação da granulometria do solo doado destinado à produção dos tijolos de

solo-cimento, foi realizada segundo a norma NBR 10833 – Fabricação de tijolo e bloco

de solo-cimento com utilização de prensa manual ou hidráulica – Procedimento

(ABNT, 2012) que determina sua característica de 100 % passante na peneira

4,75 mm e 10 % a 50 % passante na peneira 75 µm. Este ensaio foi realizado no

Laboratório de Solos, Betume e Concreto, no campus Vitória.

Para adequação da granulometria do solo (Figura 8) foi realizada moagem em moinho

misturador Marc Roterid com capacidade de 120 Kg com ciclo de moagem de 60 kg

de solo por 40 minutos até se atingir a granulometria estipulada na Norma. Na figura

8 e 9 são apresentados o solo com grumos e o moinho, respectivamente.

Figura 8 - Material não passante da peneira 4,75 mm


41

Figura 9 - Moinho misturador


4.2.4 Limites de Atterberg e Índice de Plasticidade

Os Limites de consistência, ou de Atterberg, consistem nos limites de liquidez (LL) e

plasticidade (LP) do material. Previsto na norma NBR 6459 – Solo - Determinação do

limite de liquidez (ABNT, 2017), o limite de liquidez é o valor de umidade abaixo do

qual o solo tem comportamento plástico. Por sua vez, o limite de plasticidade é o teor

de umidade abaixo do qual o solo começa a fissurar ao tentar ser moldado, conforme

NBR 7180 – Solo - Determinação do limite de plasticidade (ABNT, 2016).

O índice de plasticidade (IP) foi obtido calculando-se a diferença entre os limites de

liquidez e plasticidade.

𝐼𝑃 = 𝐿𝐿 − 𝐿𝑃 (4)

Onde: 𝐼𝑃 índice de plasticidade (%);

𝐿𝐿 limite de liquidez (%);

𝐿𝑃 limite de plasticidade (%).

A amostra de gesso FGD foi ensaiada no Laboratório de Desenvolvimento e

Caracterização de Materiais do SENAI Criciúma.

42

A determinação dos limites de consistência das misturas de solo com gesso FGD nos

teores de 0, 5, 10, 15 e 20 % em substituição ao solo também seguiu as prescrições

das normas NBR 6459 (ABNT, 2017) e a NBR 7180 (ABNT, 2016). Foi realizada no

Laboratório de Solos do Ifes Vitória, sem secagem prévia. As amostras obtidas no

ensaio foram submetidas à secagem em estufa analógica, marca Sterilifer, modelo

SX1.2-AS a 105°C por 24 h. Na Figura 10 são mostrados detalhes do ensaio de limite

de liquidez.

Figura 10 – Misturas de solo e gesso FGD (a). Aparelho de Casagrande (b)


4.2.5 Ensaio de compactação

Teve como objetivos determinar a umidade ótima necessária para a estabilização do

solo, dada pela NBR 12023 – Solo-cimento - Ensaio de compactação (ABNT, 2012)

para a energia normal de compactação pelo Método A, para partículas 100 %

passantes na peneira 4,75 mm. Foi possível determinar por este ensaio o peso

específico aparente seco máximo associado à umidade ótima encontrada através da

curva de compactação. Para cada traço, foi preparada uma amostra em cilindro de

próctor para obter no mínimo 5 pontos para plotagem da curva de compactação e

definição da umidade ótima. Este ensaio foi realizado no Laboratório de Solos, Betume

e Concreto, no campus Vitória.

43

O teor de cimento foi fixado em 10 %, conforme metodologia de Siqueira e Holanda

(2013), Amaral et al. (2016), Leonel et al. (2017) e França et al. (2018), citados no item

3.3.3.

4.2.6 Moldagem dos corpos de prova cilíndricos

Seguindo a NBR 12024 – Solo-cimento – Moldagem e cura de corpos de prova

cilíndricos – Procedimento, foram moldados corpos de prova cilíndricos das misturas

de 10 % de cimento, solo doado e gesso FGD nos teores de 0, 5, 10, 15 e 20 %, que

se dissolveram quando imersos em água durante a preparação para determinar a

resistência à compressão aos sete dias. Com isso, não foi possível realizar o ensaio.

Na Figura 11 são mostrados os corpos de prova cilíndricos parcialmente dissolvidos.

Figura 11 - Corpos de prova cilíndricos parcialmente dissolvidos pela água


4.2.7 Moldagem dos tijolos

Os tijolos foram moldados, segundo as formulações utilizadas no ensaio de

compactação, em prensa manual modelo M12, da marca Vimaq, conforme mostrado

na Figura 12.

44

Figura 12 - Prensa manual utilizada


Foi feita a mistura dos materiais em argamassadeira planetária com capacidade de

20 litros marca Solotest para moldagem dos tijolos. Depois, foram curados em câmara

úmida por quatro dias, em seguida preparados para capeamento com pasta de

cimento 2:1. Este ensaio foi realizado no Laboratório de Solos, Betume e Concreto,

no campus Vitória.

4.2.8 Ensaio de resistência à compressão

A norma NBR 8492 – Tijolo de solo-cimento - Análise dimensional, determinação da

resistência à compressão e da absorção de água - Método de ensaio (ABNT, 2012)

estabelece que os tijolos devem ser submetidos ao ensaio de compressão simples,

sendo cortados ao meio com uso de serra circular, perpendicularmente ao lado de

maior dimensão e ligadas as suas metades com uma fina camada de pasta de cimento

Portland, conforme ilustrado na Figura 13.

45

Figura 13 - Corte do tijolo de solo-cimento para ensaio de compressão

Fonte: NBR 8492 (ABNT, 2012)

Os valores da resistência à compressão são expressos em MPa obtidos pela divisão

da carga máxima observada, em newtons (N) pela área de contato do corpo de prova

dado em milímetros quadrados (mm²). Este ensaio foi realizado em dois locais

distintos: no Laboratório de Ensaios Mecânicos Destrutivos do IFES, campus Vitória

e no Laboratório de Solos, Betume e Concreto do Ifes.

Os tijolos capeados são apresentados na Figura 14.

Figura 14 - Capeamento dos tijolos


Na Figura 15 são mostrados os tijolos submersos em água para rompimento (a). Em

(b) é mostrado o tijolo submetido ao ensaio de compressão na prensa marca EMIC,

modelo DL 10000.

46

Figura 15 - Submersão dos corpos de prova e ensaio de compressão


4.2.9 Substituição do solo

Diante dos baixos valores de resistência à compressão obtidos anteriormente com o

solo utilizado, mesmo corrigindo-o com areia, optou-se por visitar a fábrica Temcil

Tijolos Ecológicos, localizada no município de Cariacica-ES para reavaliar o

procedimento e o material utilizado na moldagem dos tijolos. O teor de areia utilizado

pelo fabricante se situa entre 50 e 70 % da mistura e o cimento Portland CP-V era

utilizado para estabilização do traço. Segundo Milani e Freire (2006) o solo arenoso é

mais adequado para estabilização com cimento devido à sua granulometria

desuniforme, que facilita a interação entre o solo e o aglomerante, e quantidade

suficiente de finos (argila + silte). O fabricante cedeu parte do solo utilizado em sua

linha de produção para substituir o solo doado inicialmente e realizar uma nova

moldagem.

As matérias-primas foram separadas e pesadas na balança Marte Científica e

Instrumentação Industrial, modelo LS100, conforme os respectivos traços de 5, 10, 15

e 20 % de gesso FGD em porções de 35 kg a partir do traço de referência da fábrica,

conforme a Tabela 6.

47

Tabela 6 - Composição das misturas de solo-cimento (% em massa)

Gesso FGD Solo Cimento Portland

0 90 10

5 85 10

10 80 10

15 75 10

20 70 10


As matérias-primas foram misturadas com uso de enxada. Em seguida foi adicionado

água aos poucos até ser constatado a umidade adequada, comprimindo-se com a

mão uma porção da massa, como mostrado na Figura 16 (a). Visando minimizar a

formação de grumos argilosos que retém a umidade (b), o material foi levado a um

triturador (c) para homogeneizar a mistura (d).

Figura 16 - Preparação do solo para moldagem


O material foi homogeneizado e transportado para o silo da prensa manual da marca

Temcil, modelo TM1000, de 2000 kgf, mostrado na Figura 17.

48

Figura 17 - Prensa manual do fabricante


Os tijolos moldados foram armazenados sobre palets, sendo umedecidos com água e

cobertos com lona por quatro dias. Cada traço foi identificado pela porcentagem de

resíduo incorporado, conforme a Figura 18.

Figura 18 - Tijolos moldados


Todos os traços foram moldados na prensa manual sob as mesmas condições de

trabalho, ou seja, manteve-se a mesma profundidade do molde, mostrado na Figura

19, (a) e (b).

49

Figura 19 - Profundidade do molde padronizada para todos os traços


4.2.10 Avaliação dimensional dos tijolos moldados

Segundo a NBR 8491 – Tijolo de solo-cimento - Requisitos (ABNT, 2012) os tijolos de

solo-cimento, dez de cada traço, foram devidamente identificados com giz de cera e

tiveram suas dimensões determinadas com paquímetro digital, observando-se a

tolerância permitida de ± 1 mm para as três medidas em cada lado. As dimensões

nominais podem ser diferentes do que é sugerido pela norma, desde que a altura do

tijolo permaneça menor que a sua largura. A distância entre os dois furos e a

espessura mínima das paredes também foram medidas.

4.2.11 Ensaio de resistência à compressão

Aos quatro dias de cura sete tijolos de cada traço foram cortados ao meio e

submetidos ao capeamento. Para manter a umidade até a submersão 6 horas antes

do rompimento, foram cobertos com sacolas plásticas, conforme mostrado na Figura

20. Os tijolos foram rompidos na idade de sete dias na prensa marca EMIC, modelo

DL 10000 no Laboratório de Solos, Betume e Concreto do Ifes, campus Vitória.

50

Figura 20 - Umidade mantida até o rompimento


Na Figura 21 são mostrados dois tijolos: um em processo de rompimento (a) e outro

após rompimento (b).

Figura 21 - Tijolo rompido em prensa hidráulica


4.2.12 Absorção de água dos tijolos moldados

Após a avaliação dimensional, três tijolos de cada traço foram submetidos ao ensaio

de absorção de água conforme a norma NBR 8492 – Tijolo de solo-cimento - Análise

dimensional, determinação da resistência à compressão e da absorção de água -

Método de ensaio (ABNT, 2012). Na Figura 22 são mostrados os tijolos submersos.

51

Figura 22 - Tijolos submersos para ensaio de absorção


Seguindo a norma NBR 8492 (ABNT, 2012), primeiramente os tijolos foram secos em

estufa até a constância da massa. Foi medida a massa dos tijolos e depois submersos

em água por 24 h. Em seguida, foram secos superficialmente e pesados, procedendo

a aplicação da Equação 5.

𝐴 =𝑚2−𝑚1

𝑚1× 100 (5)

Onde: 𝐴 valor a absorção de água (%);

𝑚1 massa seca em estufa (g);

𝑚2 massa úmida (g).

A amostra ensaiada não pode apresentar média dos valores de absorção de água

maior que 20 % nem valores individuais acima de 22 % com a idade mínima de sete

dias, segundo a NBR 8491 – Tijolo de solo-cimento – Requisitos (ABNT, 2012). Este

ensaio foi realizado no Laboratório de Solos, Betume e Concreto, no campus Vitória.

Para o gesso FGD utilizou-se a mesma Fórmula (5) para determinação da umidade,

equivalente a letra (A).

52

4.2.13 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

O ensaio de Microscopia Eletrônica de Varredura foi realizado nos tijolos de cada traço

por meio do equipamento Zeiss, modelo EVO MA10. A amostra foi submetida

previamente a alto vácuo e recoberta com ouro no equipamento Quorum, modelo

Q150R ES.

A análise de Microscopia Eletrônica de Varredura permitiu investigar a morfologia do

gesso FGD e dos tijolos de solo-cimento moldados nos diferentes traços. Para

execução do ensaio as amostras foram submetidas previamente a um revestimento

metálico. O ensaio foi realizado no microscópio Hitashi TM 3000 em alto vácuo, com

filamento de tungstênio em 15 kV e resolução nominal de 50 nm do Laboratório de

Microscopia do Ifes, campus Vitória.

53

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

ANÁLISE QUÍMICA

5.1.1 Análise química do gesso FGD

A análise química quantitativa por FRX do gesso FGD é apresentado na Tabela 7.

Deve ser ressaltado que sua composição pode variar de acordo com os tipos de

carvões e parâmetros de processo utilizados em diferentes plantas industriais.

Tabela 7 - Composição química do gesso FGD

Componentes (%) Componentes (%)

SO3 45,40 Na2O < 0,05

CaO 39,48 TiO2 < 0,05

Cl 7,90 BaO < 0,01

MgO 0,30 Co2O3 < 0,01

SiO2 0,23 Cr2O3 < 0,01

P2O5 0,12 PbO < 0,01

SrO 0,12 ZnO < 0,01

Fe2O3 0,10 ZnO2+HfO2 < 0,01

Al2O3 0,07 B2O3 -

K2O 0,06 Li2O -

MnO < 0,05


De acordo com a análise, o resíduo é constituído principalmente de cálcio, oriundo da

lama de cal, e de enxofre, retirado dos gases de combustão da coqueria durante o

processo de dessulfuração. O cloro no carvão converte-se em cloreto de hidrogênio

(HCl) durante a combustão. O HCl é um ácido que reage com o calcário para produzir

cloreto de cálcio e cloreto de magnésio (CaCl2 e MgCl2), ambos sais solúveis que

reagem com a lama de cal, no interior do reator spray dryer.

54

O calcário contém materiais inertes, incluindo compostos silicosos como o quartzo. Já

o magnésio, como carbonato de magnésio (MgCO3), que pode aumentar a remoção

de SO2 fornecendo alcalinidade extra à lama de cal. No entanto, o magnésio pode

coexistir com o cálcio em uma matriz cristalina conhecida como dolomita

(CaCO3.MgCO3).

A perda ao fogo apresentada (6,07 %) é baixa quando comparada aos resíduos grits

(29,08 %) utilizado por Siqueira e Holanda (2013) e casca de ovo (48,08 %) utilizado

por Amaral et al. (2016). Caillahua e Moura (2017) sugerem que seja devido à baixa

concentração de compostos voláteis no resíduo. É razoável atribuir também à

formação de óxidos estáveis, contribuindo para a estabilidade térmica dos materiais

de construção civil que o utilizem na composição.

Com base nos resultados, a presença dos demais óxidos pode indicar que o processo

de dessulfuração não somente retenha o enxofre (SO2) da corrente gasosa, mas

também seja eficiente na remoção dos demais contaminantes.

Os valores obtidos corroboram com a pesquisa de Manfroi (2014), onde o gesso FGD

possui elevada quantidade de cálcio e enxofre. Composição confirmada também pelo

Inventário Bianual de Resíduos da empresa doadora do gesso FGD (2016-2017),

como sulfato de cálcio (CaSO4) e sulfito de cálcio (CaSO3).

Na Tabela 8, os principais elementos (CaO e SO3) encontrados em gessos FGD de

outros países apresentam teores próximos aos encontrados no gesso FGD desta

pesquisa. A diferença pode estar relacionada aos processos de dessulfuração a

úmido, seco ou semisseco adotados.

55

Tabela 8 - Composição química (% em massa) dos principais elementos do gesso FGD por diferentes autores

Autores País CaO SO3 SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO TiO2 K2O Na2O

Papageorgiou,

Tzouvalas,Tsimas (2005)

Grécia 33,40 42,20 0,30 0,10 - 0,10 - - -

Camões et al.

(2010) Portugal 40,10 54,40 1.58 1,11 - 0,42 0,01 - 0,26

Guo, Shi (2008)

China 31,24 41,80 1,82 0,39 0,20 0,64 - 0,13 0,05

Li et al. (2015)

China 28,10 40,80 2,00 1,20 0,50 1,00 0,07 0,10 0,30

Liu et al. (2016)

China 32,24 36,88 1,62 0,36 0,30 0,60 0,04 0,12 0,04

Caillahua; Moura (2017)

Brasil 45,87 47,97 1,20 0,10 0,30 0,13 - 0,14 -


Para fins de comparação, na Tabela 9 é mostrada a composição química dos

principais elementos do gesso natural. Nota-se que o CaO e o SO3 são predominantes

tanto no gesso natural quanto no gesso FGD.

Tabela 9 - Composição química dos principais elementos do gesso natural

Autores / % CaO SO3 SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO TiO2 K2O Na2O

Tzouvalas et al. (2004)

32,40 43,40 0,65 0,03 0,92 - - -

Liu et al. (2016) 32,64 38,44 0,35 0,02 0,15 0,21 0,02 0,00 0,00

Caillahua; Moura (2017)

32,53 42,01 1,29 1,02 0,54 0,31 - 0.08 0,04


5.1.2 Análise química do solo doado

Na Tabela 10 são apresentados os resultados da análise química do solo doado.

56

Tabela 10 - Composição química do solo doado

Componentes (%)

SiO2 55,61

Al2O3 24,89

Fe2O3 5,97

K2O 2,33

TiO2 1,10

MgO 0,62

Na2O 0,42

CaO 0,15

P2O5 0,12

MnO < 0,05


A perda ao fogo foi de 8,76 %. A presença de alumínio e silício indicam a presença de

argilominerais. No entanto, o alto teor de silício também indica a presença de quartzo

como fração arenosa do solo analisado.

5.1.3 Análise química do solo da fábrica

O resultado da análise química do solo da fábrica está apresentado na Tabela 11.

Tabela 11 - Composição química do solo da fábrica

Componentes (%)

SiO2 61,40

Al2O3 21,19

Fe2O3 7,55

TiO2 1,00

P2O5 0,24

K2O 0,27

MgO < 0,05

Na2O <0,05

CaO < 0,05

MnO < 0,05


57

A perda ao fogo foi de 8,27 %. A presença de alumínio e silício indicam a presença de

argilominerais. No entanto, o teor de silício (61,40%) é maior que o encontrado no solo

doado (55,61%) o que pode indicar ser mais arenoso.

ANÁLISE MINERALÓGICA

5.2.1 Análise mineralógica do gesso FGD

Para avaliar como os elementos químicos estão combinados no gesso FGD, também

foi realizada caracterização pela técnica de DRX. Na análise DRX foram detectados

picos de hannebacita (CaSO3.0,5H2O), gipsita (CaSO4.2H2O), bassanita

(CaSO4.0,5H2O), anidrita (CaSO4), sulfito de cálcio (CaSO3) e sulfato de cálcio

hemihidratado (CaSO4.0,6H2O), conforme pode ser visto no Gráfico 1.

Gráfico 1 - Análise mineralógica do gesso sintético FGD


Observando as reações descritas nas fórmulas (1), (2) e (3), a predominância de picos

de hannebacita (CaSO3.0,5H2O) em lugar da gipsita (CaSO4.2H2O) sugere que houve

quantidade insuficiente de oxigênio para alcançar esta reação e que a ausência de

picos de CaSO3.2H2O parece indicar que estas partículas podem ter sido formadas,

58

mas desidrataram devido à exposição excessiva ao calor do reator, assim como na

pesquisa de Ayuso et al. (2008) onde perceberam picos de bassanita (CaSO4.0,5H2O)

após secagem a 105 ºC da gipsita (CaSO4.2H2O).

Segundo Caillahua e Moura (2017), os picos observados na análise mineralógica do

gesso FGD foram muito pequenos quando comparados com o difratograma do gesso

natural, o que pode inferir que a fase amorfa apresentada neste trabalho tenha sido

acentuada pela visualização dos picos.

A análise mineralógica sugere ainda que o gesso FGD analisado tem potencial para

ser utilizado como matéria-prima alternativa para materiais de construção civil, pois

apresentou cristais semelhantes aos já existentes em gessos e cimentos, como a

gipsita e anidrita (CAILLAHUA; MOURA, 2017).

5.2.2 Análise mineralógica do solo doado

As fases detectadas no solo doado foram quartzo, caulinita, ilita e microclínio. A

caulinita e a ilita são argilominerais responsáveis pela fração fina do solo, além de

conferir plasticidade ao material. Estão entre os principais argilominerais, juntamente

com as montmorilonitas. São compostos de silicatos de alumínio hidratado cuja

estrutura lamelar iônica é capaz de absorver água por meio de trocas catiônicas entre

suas placas.

A caulinita é menos suscetível à variação de volume que a ilita. É interessante notar

a ausência da montmorilonita nessa análise, pois sua presença, mesmo em baixas

concentrações, poderia causar reações expansivas ao material agregado com

cimento (GRANDE, 2003).

O quartzo e microclínio, da família dos feldspatos alcalinos, correspondem à fração

arenosa do material, fornecendo atrito interno ao solo. Solos arenosos necessitam de

menores teores de cimento para sua estabilização do que solos argilosos (GRANDE,

2003).

59

ANÁLISE GRANULOMÉTRICA

Para aplicação em tijolos de solo-cimento utilizados na construção civil é importante

que se conheça a distribuição de tamanho de partículas (DTP) das matérias-primas.

5.3.1 Análise granulométrica do gesso FGD

No Gráfico 2 é apresentado como as partículas do gesso FGD estão distribuídas.

Gráfico 2- Distribuição do tamanho de partículas do gesso FGD


Distribuição de tamanho de partículas aponta que 10 % das partículas estão abaixo

de 1,55 µm, 50 % das partículas estão abaixo de 15,92 µm, 90 % das partículas estão

abaixo de 31,59 µm e 100 % das partículas estão abaixo de 56,00 µm.

Enquanto outros pesquisadores precisaram beneficiar diferentes resíduos (AMARAL;

et al, 2016) a fim de introduzi-los na formulação de materiais para a construção civil,

o gesso FGD apresentou granulometria que pode permitir maior empacotamento e

melhor coesão que os resíduos pesquisados, de modo a evitar segregações.

Este ensaio mostra que o gesso FGD possui tamanho de grão adequado à realização

de misturas (GUO; SHI, 2008), não havendo necessidade de moagem na

incorporação em tijolos de solo-cimento.

60

As partículas do gesso FGD pesquisado por Caillahua e Moura (2017) são ainda mais

finas, onde 90 % desse material está abaixo de 16,8 µm, 50 % estão abaixo de 8 µm

e 10 % das partículas estão abaixo de 1,8 µm. No entanto, obteve resultados positivos

na formulação de argamassas.

5.3.2 Análise granulométrica do solo doado

A quantidade de solo doado totalizou 2.100 kg. Ao final, 100 % do material ficou

passante na peneira 4,75 mm, além de 24,5 % passante na peneira 0,075 mm,

satisfazendo a norma NBR 10833 – Fabricação de tijolo e bloco de solo-cimento com

utilização de prensa manual ou hidráulica: Procedimento (ABNT, 2012) que define as

características esperadas do solo para uso em tijolos de solo-cimento:

100% de material passante na peneira 4,75 mm;

10% a 50% de material passante na peneira 0,075 mm;

Limite de liquidez menor ou igual a 45%;

Índice de plasticidade menor ou igual a 18%.

LIMITES DE ATTERBERG E ÍNDICE DE PLASTICIDADE

5.4.1 Limites de Atterberg e índice de plasticidade do gesso FGD

O gesso FGD não apresentou plasticidade devido à impossibilidade de se obter uma

pasta homogênea com consistência tal que em 25 golpes no aparelho de Casagrande

a ranhura executada por bizel se fechasse. Além disso, suas partículas exibem baixa

resistência quando secas ao ar, mostrando apenas a coesão necessária para formar

torrões facilmente desagregáveis pelos dedos. Esse comportamento físico

assemelha-se ao silte, que é a fração argilosa do solo. Os resíduos de outros autores

também não apresentaram plasticidade e, no entanto, obtiveram resultados

satisfatórios, como Siqueira e Holanda (2013), Leonel et al. (2017) e França et al.

61

(2018). Portanto, não foram determinados os limites de Atterberg e nem foi possível

calcular o índice de plasticidade do gesso FGD.

5.4.2 Limites de Atterberg e índice de plasticidade das misturas de solo e gesso

FGD

Foram determinados os limites de Atterberg a partir das misturas de solo doado e

gesso FGD, mostrados na Tabela 12.

Tabela 12 - Limite de Liquidez (solo doado e gesso FGD)

Misturas LL (%)

NBR 10833 ≤ 45,00

Ref 41,44

5 % 41,93

10 % 43,58

15 % 44,09

20 % 47,00

Nota: Ref. = traço de referência (0% gesso FGD); LL = limite de liquidez Fonte: Elaborado pelo autor (2019)

O traço com 20 % de gesso FGD ultrapassou o limite de liquidez menor ou igual a

45% da norma NBR 10833 – Fabricação de tijolo e bloco de solo-cimento com

utilização de prensa manual ou hidráulica: Procedimento (ABNT, 2012). Foram feitos

testes com diferentes formulações com adição de areia ao solo doado e com o máximo

teor de gesso FGD (20%) a fim de reduzir a plasticidade da mistura, chegando-se a

uma formulação de solo corrigido com 45% de areia para verificação do limite de

liquidez (Tabela 13).

Tabela 13 - Formulação para o solo corrigido

45 % argila

LL: 39,63 % 35 % areia

20 % gesso FGD

Nota: LL = limite de liquidez Fonte: Elaborado pelo autor (2019)

62

Os demais traços de 0, 5, 10, 15 % de gesso FGD foram obtidos a partir do traço de

20% de gesso FGD, apresentando limite de liquidez satisfatório para o

prosseguimento dos ensaios.

A partir daí, um novo traço de referência (0% de gesso FGD) foi denominado de “solo

corrigido” contendo 56 % de solo e 44 % de areia. Os valores de limite de liquidez para

o solo corrigido estão descritos na Tabela 14.

Tabela 14 - Limite de Liquidez do solo corrigido

Misturas LL (%)

Ref 26,60

5 % 34,09

10 % 36,11

15 % 37,85

20 % 39,63


Nota-se que o aumento do teor de gesso FGD fez aumentar o limite de liquidez das

misturas. Tal fenômeno também foi percebido no ensaio de limite de plasticidade, daí

os resultados do índice de plasticidade (IP) serem relativamente constantes, como

mostrados na Tabela 15.

Tabela 15 – Índice de plasticidade

Misturas IP (%)

Ref 9,29

5 % 7,92

10 % 9,55

15 % 9,11

20 % 9,45

Nota: IP = índice de plasticidade Fonte: Elaborado pelo autor (2019)

Uma vez obtidos os valores de limite de liquidez menores que 45 % e índice de

plasticidade inferiores a 18 %, foi dado início ao ensaio de compactação com o solo

corrigido e gesso FGD nos teores de 0% a 20%.

63

Foi feita também a determinação do limite de liquidez das misturas de solo da fábrica

de tijolos de solo-cimento com gesso FGD nos teores 0%, 5%, 10%, 15% e 20%

(Tabela 16).

Tabela 16 - Limite de Liquidez da amostra

Misturas LL (%)

Ref 39,96

5 % 40,59

10 % 40,67

15 % 41,07

20 % 41,63


Verificou-se a mesma tendência de aumento do limite de liquidez a medida que

maiores teores de gesso FGD foram adicionados às misturas. O limite de plasticidade

foi realizado e os resultados calculados de índice de plasticidade (IP) estão

apresentados na Tabela 17.

Tabela 17 – Índice de plasticidade

Misturas IP (%)

Ref 10,90

5 % 8,46

10 % 7,86

15 % 7,01

20 % 8,34

Nota: Ref. = traço de referência (0% gesso FGD); IP = índice de plasticidade Fonte: Elaborado pelo autor (2019)

Uma vez obtidos os valores de limite de liquidez com o solo da fábrica menores que

45 % e índice de plasticidade inferiores a 18 %, foi realizada a moldagem dos tijolos

de solo-cimento na fábrica.

64

ENSAIO DE COMPACTAÇÃO

Na Tabela 18 são apresentados os valores obtidos pelo ensaio de compactação do

solo corrigido com areia.

Tabela 18 - Tabela comparativa entre umidade ótima e massa específica aparente seca do solo corrigido

Misturas (%) Umidade ótima

(%)

Massa específica aparente seca máxima

(g/cm³)

REF 15,10 1,82

5 16,60 1,78

10 17,20 1,71

15 18,00 1,69

20 21,80 1,60

Nota: Ref. = traço de referência (0% gesso FGD) Fonte: Elaborado pelo autor (2019)

Nota-se que o aumento do teor de gesso FGD é responsável por aumentar a umidade

ótima, assim como visto no ensaio de limite de liquidez, e diminuir a massa específica

aparente seca máxima na mistura. Sugere-se que seja devido a morfologia do resíduo

apresentada no MEV, dificultando o rolamento das partículas e favorecendo a

formação de espaços vazios.

MOLDAGEM DOS TIJOLOS

Não foi possível ensaiar os corpos de prova cilíndricos com as misturas de solo

corrigido e gesso FGD, pois o contato com a água provocou o colapso das peças. É

provável que seja devido ao excesso de argila na composição. A argila excedente

absorveu a umidade da peça por meio da formação de grumos durante o período de

cura, mantendo seco o restante da mistura, impedindo a cura do cimento. A

estabilização poderia ser alcançada com o aumento do teor de cimento, porém ficaria

inviável financeiramente fabricar tijolos de solo-cimento com teores maiores que 10 %

em massa. Assim, buscou-se um solo mais arenoso em fábrica de tijolos ecológicos

no município de Cariacica-ES.

65

A NBR 8492 – Tijolo de solo-cimento: Análise dimensional, determinação da

resistência à compressão e da absorção de água – Método de ensaio (ABNT, 2012)

estabelece que o melhor traço deverá atender aos seguintes parâmetros aos 7 dias

de cura:

Resistência à compressão simples média maior que 2 MPa e nenhum valor

individual inferior a 1,7 MPa;

Valor médio de absorção de água inferior a 20% e nenhum valor individual

superior a 22%;

Não deve apresentar fraturas ou outros defeitos que comprometam sua

resistência e durabilidade.

Os tijolos de solo-cimento feitos com o solo cedido pela fábrica foram prensados

mantendo-se a mesma profundidade do molde. Considerando a massa dos tijolos

moldados anteriormente, foi estipulado que 35 kg de cada traço seriam suficientes

para a produção de doze tijolos.

Observou-se ainda que durante a moldagem dos tijolos de referência a barra de

compactação foi abaixada com força semelhante aos tijolos produzidos na fábrica. No

entanto, a mesma barra oferecia menos resistência à medida que o teor de gesso

FGD ia aumentando nos traços. Notou-se que mais tijolos eram produzidos à medida

que aumentava o teor de gesso FGD nas misturas, o que pode ser comprovado pela

diminuição da massa específica verificada durante o ensaio de compactação do solo

corrigido com gesso FGD, na Tabela 19 mostrada no item 5.5.

Os tijolos de 15 e 20 % de resíduo já não ofereciam resistência ao manuseio e tiveram

que ser retirados com cuidado da máquina. Apesar do molde ter sido completamente

preenchido pela gaveta, a pressão de trabalho não pôde comprimir suficientemente

os tijolos com 15 e 20 % de gesso FGD, produzindo peças menos compactadas e

quebradiças.

Após os sete dias de cura úmida os tijolos com 15 e 20 % de resíduo apresentaram

fissuras e trincas, comprometendo sua resistência, como mostrado na Figura 23.

66

Figura 23 - Gesso FGD nos tijolos: 0 % (a); 5 % (b); 10 % (c); 15 % (d) e 20 % (e)


Ao proceder-se o corte ao meio do tijolo, os traços de 15 e 20 % se quebraram ao

serem manuseados, pois apresentaram fragilidade, também não sendo possível

aproveitá-los para o ensaio de absorção de água. Os tijolos da vista superior (a) e (b)

e lateral (c) e (d) dos traços de 15% e 20% estão apresentados na Figura 24.

Figura 24 - Vista superior (a) e lateral (c) do traço de 15 % e 20 % (b) e (d), respectivamente


Na Tabela 19 é apresentada a massa dos tijolos moldados como uma forma de

comparar a densidade entre os traços após 24 h em estufa.

67

Tabela 19 - Massa (g) dos tijolos moldados

Misturas Massa (g)

Ref 2593,4

5 % 2435,0

10 % 2348,7

15 % 2227,6

20 % 2123,0


Observa-se que a massa dos tijolos foi reduzida conforme foi adicionado gesso FGD.

Resultado semelhante ocorreu no ensaio de compactação do solo doado, onde sua

massa específica também foi gradualmente reduzida. Supõe-se que a quantidade

necessária de material para promover a compactação adequada foi diminuída, devido

à formação de grumos causados pelo gesso FGD na mistura úmida. Os espaços

vazios causados pelos grumos deram uma falsa impressão de completo

preenchimento do molde.

AVALIAÇÃO DIMENSIONAL DOS TIJOLOS MOLDADOS

Foram obtidos os valores médios com desvio padrão das dimensões dos tijolos aos

sete dias (Tabela 20).

Tabela 20 – Tijolos com 0, 5 e 10 % de gesso FGD. Dimensões nominais, em mm

Traço dos Tijolos

Moldados

Comprimento Médio

Largura Média Altura Média d > 50 e > 25

0 % 250,70 ± 0,15 125,47 ± 0,14 62,22 ± 0,15 68,27 ± 0,46 33,86 ± 0,53

5 % 251,72 ± 0,17 126,00 ± 0,13 62,61 ± 0,27 68,43 ± 0,23 33,76 ± 0,13

10 % 252,88 ± 0,30 126,64 ± 0,17 62,70 ± 0,18 68,77 ± 0,25 33,89 ± 0,11

*d = distância entre os furos; *e = distância externa. Fonte: Elaborado pelo autor (2019)

Embora as dimensões nominais sejam diferentes do que é sugerido pela norma NBR

8491 (ABNT, 2012) a altura permanece menor que a largura. A distância entre os dois

68

furos (d) e a espessura mínima das paredes (e) também cumpriram a especificação

da norma.

Observou-se que as amostras ensaiadas de cada traço satisfazem a tolerância

permitida de ± 1 mm para as três medidas. No entanto, de um traço para outro, notou-

se um aumento progressivo no comprimento dos tijolos à medida que se acrescentou

o gesso FGD, indicando que houve expansão durante a cura.

Acredita-se que a possível expansão dos tijolos seja causada pela compactação

insuficiente do tijolo a ser moldado, devido ao solo ser substituído progressivamente

pelo gesso FGD, que possui partículas de menor tamanho.

ENSAIO DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

No Gráfico 3 são mostrados os resultados dos ensaios da resistência à compressão

dos tijolos de solo-cimento moldados na fábrica dos traços de 0, 5 e 10 % de gesso

FGD, visto que os traços de 15 e 20 % não foram ensaiados devido a fragilidade dos

mesmos após a cura.

Gráfico 3 - Resultados do ensaio de resistência à compressão


Notou-se que os valores de resistência à compressão decresceram à medida que foi

aumentado o teor de gesso FGD nos tijolos de solo-cimento. No entanto, em tijolos

69

com incorporação de resíduo do processamento de mármore foi possível inserir até

50% de resíduo em França et al. (2018) enquanto que Amaral et al. (2016)

substituíram o cimento por resíduo de casca de ovo em até 3%. Ambos observaram

tendência semelhante em seus trabalhos, com resistência à compressão acima de

2 MPa.

Siqueira e Holanda (2013), Ingunza, Pereira e Júnior (2014), Castro et al. (2016),

França et al. (2018) e Leonel et al. (2017) com seus diferentes resíduos (grits, cinza

de lodo dragado, coprodutos siderúrgicos, areia descartada de fundição) e teores

variando de 0% a 50% obtiveram resultados positivos em seus trabalhos com solo-

cimento. Diante desses resultados, supõe-se que a diminuição na resistência à

compressão com o aumento do teor de gesso FGD esteja na metodologia utilizada na

moldagem do tijolo ou na influência do resíduo na mistura testada.

ABSORÇÃO DE ÁGUA DOS TIJOLOS MOLDADOS

Foi calculada a absorção de água dos tijolos de solo-cimento dos traços 0, 5 e 10 %

de gesso FGD, visto que os traços de 15 e 20 % não foram ensaiados devido a

fragilidade dos mesmos após a cura. De acordo com a NBR 8491 – Tijolo de solo-

cimento – Requisitos (2012), a amostra ensaiada não pode apresentar média dos

valores de absorção de água maior que 20 % nem valores individuais acima de 22 %

com a idade mínima de sete dias. Utilizando-se a Equação (5) do item 4.2.12, os

resultados estão apresentados no Gráfico 4.

Gráfico 4 - Resultados do ensaio de absorção de água


70

As médias com desvio padrão para absorção de água foram 18,55 % ± 0,06 para o

traço de referência; 23,16 % ± 0,18 para 5 % e 26,94 % ± 0,34 para 10 % de gesso

FGD, os quais aumentaram progressivamente com a quantidade do gesso FGD

adicionado às misturas. Pode-se observar que os valores de norma não foram

atendidos nas misturas com gesso FGD. Comportamento semelhante foi observado

por França et al. (2018) podendo ser atribuído à porosidade produzida no material,

devido aos espaços vazios causados pelos grumos com gesso FGD na mistura úmida

durante a moldagem.

MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV)

A morfologia do gesso FGD está apresentada na Figura 25, em diferentes magnitudes:

500x (a), 800x (b), 2000x (c) e 5000x (d).

Figura 25 - Morfologia do gesso FGD. No destaque, cristais de gipsita.


71

É possível observar que, além de apresentar elevada área superficial – sugerida pela

análise granulométrica realizada, as partículas maiores parecem ser formadas de

partículas menores semelhantes aquelas de seu entorno (a), (b) e (c). Segundo

Teixeira (2019), pesquisadores verificaram que a adição do gesso FGD aumenta a

quantidade de água nas misturas para melhorar a trabalhabilidade. É possível

observar que as partículas possuem morfologia lamelar ou tabular levando a um

menor efeito de rolamento, dificultando o contato entre as partículas da mistura.

No aumento de 5000x (d) foi possível inferir que partículas do gesso FGD são típicas

de cristalização rápida. A estrutura apresentada foi formada na reação da suspensão

de lama de cal pulverizada com os gases ácidos de combustão, ainda quentes, para

formar o gesso FGD pelo processo Spray Dryer semisseco, mencionado no item 3.1.2.

Segundo Caillahua; Moura (2017), o formato das partículas de gesso FGD

apresentam forma predominantemente esférica, como está apresentado na Figura 26

do gesso FGD em questão.

Figura 26 – Aspecto das partículas de gesso FGD no MEV

Fonte: Caillahua e Moura (2017)

Nas Figuras 27 a 31 é mostrada a morfologia de amostras fragmentadas extraídas do

interior dos tijolos de solo-cimento nos traços 0, 5, 10, 15 e 20 % de gesso FGD.

72

Figura 27 - Traço de referência. Ampliação 200x (a) e 500x (b)


Figura 28 - Traço 5 % gesso FGD. Ampliação 200x (a) e 500x (b)




73





Embora em nenhuma micrografia estejam visíveis produtos de hidratação do cimento,

pode-se sugerir que o gesso FGD tenha interferido na formação de produtos de

hidratação. É possível observar nos traços de 15 e 20 % de gesso FGD porosidade

mais acentuada, espaços vazios e fissuras que, por sua vez, estão ausentes nos

traços de menores teores. Sugere-se que essas deformidades citadas sejam

responsáveis pela diminuição da resistência à compressão e aumento da absorção

de água nas amostras ensaiadas.

74

6 CONCLUSÕES

Neste trabalho estudou-se o potencial de utilização do resíduo da dessulfuração dos

gases provenientes da coqueificação do carvão mineral, chamado gesso FGD, em

tijolos de solo-cimento utilizados na construção civil.

Na caracterização do gesso FGD, foram detectados picos de hannebacita

(CaSO3.0,5H2O), gipsita (CaSO4.2H2O), bassanita (CaSO4.0,5H2O), anidrita (CaSO4),

sulfito de cálcio (CaSO3) e sulfato de cálcio hemihidratado (CaSO4.0,6H2O) no gesso

FGD. Cálcio e o enxofre são os principais elementos de sua composição química.

O tamanho das partículas do gesso FGD estão abaixo de 56,00 µm e, apesar de

aparência predominantemente esférica, uma maior amplitude no MEV também

revelou formas lamelares e tabulares, levando a um menor efeito de rolamento que

dificulta seu empacotamento dos grãos e consequentemente a compactação.

No ensaio de absorção de água somente o traço de referência permaneceu dentro

dos limites estabelecidos na NBR 8492 – Tijolo de solo-cimento - Análise dimensional,

determinação da resistência à compressão e da absorção de água - Método de ensaio

(ABNT, 2012), com valor de 18,55 ± 0,06 %. Os valores individuais de 5 e 10 %

ficaram acima de 22 %.

No ensaio final de resistência à compressão somente o tijolo de referência obteve

valor acima de 2 MPa exigido pela NBR 8491 – Tijolo de solo-cimento – Requisitos

(ABNT, 2012) que foi de 2,57 ± 0,12 MPa. Todos os demais traços apresentaram

valores inferiores, sendo que os traços 15 % e 20 % de gesso FGD não apresentaram

resistência ao manuseio. Logo, pode-se concluir que esse resíduo específico não é

propício para a substituição em tijolos de solo-cimento com percentual de cimento fixo

de 10 % através da metodologia adotada na moldagem dos tijolos.

75

7 TRABALHOS FUTUROS

Para trabalhos futuros, sugere-se: testar a adição de maiores teores de cimento

Portland; utilizar solo mais arenoso; adotar outra metodologia na moldagem que

permita avaliar o teor de gesso FGD em tijolos de solo-cimento mudando a quantidade

de material que entra no estampo da matriz para ser possível manter a mesma

pressão de carga à medida que o gesso FGD é adicionado ou refazer as misturas

considerando-se a % em volume ao invés de massa.

76

8 REFERÊNCIAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Dosagem das misturas de solo-cimento – normas de dosagem e métodos de ensaios. São Paulo: ABCP. Estudo Técnico ET-35, 2004. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Guia básico de utilização do cimento Portland. São Paulo: ABCP. Estudo Técnico BT-106, 2002. 24 p AIRES, K. G. Aplicação industrial do resíduo de peças pré-moldadas de gesso na produção de Cimento Portland. Dissertação (Mestrado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais) – Instituto Federal do Espírito Santo, Vitória, ES. 2015, 86 p. AMARAL, M. C.; SIQUEIRA, F. B.; DESTEFANI, A. Z.; HOLANDA, J. N. F. Soil-cement bricks incorporated with eggshell waste. Waste and Resource Management, v. 166. 3rd. ed. 2016, 137-141 p. ArcelorMittal Tubarão. Formato do arquivo: Shockwave Flash. Disponível em: <http://tubarao.arcelormittal.com>. Acesso em: 17 jul. 2019. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12023: solo-cimento – ensaio de compactação. São Paulo, 2012. 7 p. ______. NBR 10004: resíduos sólidos – classificação. São Paulo, 2004. 71 p. ______. NBR 10005: procedimento para obtenção de extrato lixiviado de resíduos sólidos. São Paulo, 2004. 16 p. ______. NBR 10006: procedimento para obtenção de extrato solubilizado de resíduos sólidos. São Paulo, 2004. 3 p. ______. NBR 10007: amostragem de resíduos sólidos. São Paulo, 2004. 21 p. ______. NBR 10833: fabricação de tijolo e bloco de solo-cimento com utilização de prensa manual ou hidráulica – procedimento. São Paulo, 2012. 3 p. ______. NBR 10834: bloco de solo-cimento sem função estrutural – requisitos. São Paulo, 2012. 5 p. ______. NBR 11578: cimento Portland composto - especificação. São Paulo, 1997. 5 p. ______. NBR 11798: materiais para base de solo-cimento – requisitos. São Paulo, 2012. 2 p. ______. NBR 12024: solo-cimento – moldagem e cura de corpos de prova cilíndricos – procedimento. São Paulo, 2012. 6 p.

REFERÊNCIAS

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