contribuição ao estudo do aproveitamento da cinza de lenha de eucalipto como adição ao concreto

325 Pages·2013·3.6 MB·Portuguese

Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Escola de Engenharia
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Estudo Preliminar da Viabilidade do Aproveitamento da Cinza
proveniente de Filtro Multiciclone pela Combustão de Lenha de
Eucalipto em Caldeira Fumotubular como Adição ao Concreto
Nei Ricardo Vaske

Porto Alegre
2012
Nei Ricardo Vaske
ESTUDO PRELIMINAR DA VIABILIDADE DO
APROVEITAMENTO DA CINZA PROVENIENTE DE FILTRO
MULTICICLONE PELA COMBUSTÃO DE LENHA DE
EUCALIPTO EM CALDEIRA FUMOTUBULAR COMO ADIÇÃO
AO CONCRETO
Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia
Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parte
dos requisitos para obtenção do título de Doutor em Engenharia.

Porto Alegre
2012
NEI RICARDO VASKE
Estudo Preliminar da Viabilidade do Aproveitamento da Cinza
proveniente de Filtro Multiciclone pela Combustão de Lenha de
Eucalipto em Caldeira Fumotubular como Adição ao Concreto
Esta tese de doutorado foi julgada adequada para a obtenção do título de DOUTOR EM
ENGENHARIA, Área de Concentração Construção, e aprovada em sua forma final pelo
professor orientador e pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade
Federal do Rio Grande do Sul.
Porto Alegre, 24 de outubro de 2012.
Profª. Ângela Borges Masuero Profª. Denise Carpena Coitinho Dal Molin
Drª. pela UFRGS Drª pela USP
Orientadora Orientadora
Prof. Luiz Carlos Pinto da Silva Filho
Dr. pela Univ. of Leeds
Coordenador do PPGEC/UFRGS
BANCA EXAMINADORA

Prof. Nilo Cesar Consoli (UFRGS)
PhD pela Concordia University

Profª. Carla Schwengber ten Caten (UFRGS)
Drª. pela UFRGS

Prof. André Luiz Bortolacci Geyer (UFG)
Dr. pela UFRGS
O CIENTISTA

Comeu Adão o fruto da Árvore da Ciência e perdeu o Paraíso. E o Sábio disse: ―acrescenta
ciência e acrescentarás dor!...‖. Contudo, nem se farta o olho de ver nem o pensamento de
analisar. Porque também disse o Sábio: ―Deus criou o mundo e entregou-o às disputas dos
homens‖
AGRADECIMENTOS
Ao CAPES e CNPq pelo custeio da bolsa de estudo.
À Profª. Drª. Ângela Borges Masuero e Profª. Drª. Denise Carpena Coitinho Dal
Molin, pela confiança, apoio e orientação prestados durante o desenvolvimento do presente
trabalho.
Ao Profº Dr. João Ricardo Masuero e Profº Dr. José Luis Duarte Ribeiro pelas valiosas
observações no planejamento e análise estatística dos experimentos.
Ao Profº. M. Sc. João Luiz Campagnolo, Profº. M. Sc. Dario Klein e Profº. Dr. Luiz
Carlos Pinto da Silva Filho por propiciar parte da infraestrutura necessária para a execução de
alguns ensaios.
Ao Profº. Dr. Hélio Adão Greven pelas palavras de estímulo.
Ao Profº. Dr. Carlos Perez Bergmann pelos inúmeros ensaios realizados pelo LACER.
Ao Profº Dr. Cláudio de Souza Kazmierczak e a Engª M. Sc. Daiana Cristina Metz
Arnold pelos ensaios de porosimetria por intrusão de mercúrio.
Aos Técnicos Eurípedes Martins Fontes, Edgar Wallace Pereira Lucas, Airton Luis
Freitas e Gilmar Vieira dos Santos pela disposição e eficiência demonstrada.
A Lilliani Gaeversen Mazzali, Carmen Luiza Zanotta Rodrigues, Ana Luiza Azevedo
Felix de Oliveira e aos acadêmicos de Engenharia Civil Camila Viviane Lopes, Marlon
Augusto Longhi e Allan Baptista pela presteza e colaboração ao longo deste trabalho.
Ao Adm. Marcos Odorico Oderich e ao Eng. Cláudio Oderich, Diretores da Conservas
Oderich S/A, pelo apoio recebido na realização deste trabalho.
―Não sei como aparecerei para o mundo. Para mim
mesmo, me vejo como um garoto, brincando na praia,
divertindo-se aqui e ali por achar uma pedra mais polida
ou uma concha mais bonita que as outras, enquanto o
grande oceano da verdade permanece desconhecido em
minha frente‖.
Isaac Newton
RESUMO
VASKE, N. R. Estudo Preliminar da Viabilidade do Aproveitamento da Cinza Proveniente de
Filtro Multiciclone pela Combustão de Lenha de Eucalipto em Caldeira Fumotubular como
Adição ao Concreto. 2012. Tese (Doutorado em Engenharia) – Programa de Pós-Graduação
em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre.
A lenha é o principal combustível utilizado por diversos setores econômicos do estado e do
país, gerando grande quantidade de cinza, sendo a maior parte descartada sem um mínimo
controle, com risco de contaminação do solo e lençol freático, e parte dispersa na atmosfera
poluindo o ar. Este trabalho teve por objetivo iniciar os estudos da viabilidade de utilização da
cinza coletada em filtro multiciclone pela combustão de lenha de eucalipto em caldeira
fumotubular para produção de vapor, visando sua incorporação ao concreto. O estudo
compreendeu três fases experimentais. Na primeira foi realizada a caracterização da cinza
através de ensaios químico, físico, mineralógico, microestrutural e impacto ambiental,
concluindo-se que o resíduo indicava seu uso no concreto como fíler. Realizou-se um estudo
estatístico com o teor de CaO e o diâmetro médio, concluindo-se que estas variáveis ocorrem
de forma estável ao longo do processo de produção. Numa segunda fase estudou-se os efeitos
da adição da cinza em teores de adição de 0%, 15%, 30% e 45% nos ensaios de temperatura
de hidratação do cimento em pastas e nos ensaios de resistência à compressão e absorção por
capilaridade e aspecto econômico em concretos com valores de m de 6,0, 7,5 e 9,0. Pela
avaliação dos resultados o teor de adição de 15% e m=7,5 se apresentaram como os que
melhor otimizaram as propriedades estudadas nas pastas e concretos ensaiados. Numa fase
final realizou-se ensaios complementares em pastas, argamassas e concretos com teor de
adição de 15% de cinza e m=7,5. Os resultados mostraram que a cinza de lenha de eucalipto
pode ser utilizada como adição ao concreto, com efeito predominante de fíler, em percentual
de 15%, trazendo benefícios econômicos, técnicos e ambientais.
Palavras chave: concreto; cinza de Eucalipto; resistência mecânica; durabilidade.
ABSTRACT
VASKE, N. R. Estudo Preliminar da Viabilidade do Aproveitamento da Cinza Proveniente de
Filtro Multiciclone pela Combustão de Lenha de Eucalipto em Caldeira Fumotubular como
Adição ao Concreto. 2012. Tese (Doutorado em Engenharia) – Programa de Pós-Graduação
em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre.
Firewood is the main fuel used by various economic sectors of the state and the country,
generating large amounts of ash, with most being discarded without a minimum control with
risk of contamination of soil and groundwater, and partly dispersed in the atmosphere
polluting the air. This study aimed to initiate studies of the feasibility of using the ash
collected in the filter multicyclone wood-burning eucalyptus fumotubular boiler to produce
steam, for their incorporation into the concrete. The study involved three phases. On the first
characterization was carried out by testing the ash chemical, physical, mineralogical,
microstructural and environmental impact, concluding that the residue indicated its use as
filler in concrete. We performed a statistical analysis with the CaO content and the average
diameter, ending up those variables that occur in a stable manner over manufacturing process.
A second step we studied the effects of adding the ash levels of addition of 0%, 15%, 30%
and 45% in the assays temperature of hydration of the cement pastes and the resistance of the
compression and absorption by capillarity and in economics with specific values of m of 6,0,
7,5 and 9,0. For the evaluation of the results the addition content of 15% and m = 7,5 are
presented as ones that best optimized properties studied in specific folders and tested. In a
final stage took place in testing pastes, mortars and concretes with addition content of 15%
ash and m = 7,5. The results showed that ash firewood eucalyptus can be used as an addition
to concrete, with predominant effect of fillers, a percentage of 15%, bringing economic,
technical and environmental.
Keywords: concrete, ash Eucalyptus; mechanical strength, durability
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .............................................................................................. 23
1.1 IMPORTÂNCIA DA PESQUISA ................................................................ 24
1.2 OBJETIVO DA PESQUISA ......................................................................... 24
1.3 LIMITAÇÕES DA PESQUISA .................................................................... 25
1.4 ESTRUTURAÇÃO DA PESQUISA ............................................................ 25
2 ADIÇÕES MINERAIS EM CONCRETO .................................................. 28
2.1 ESTRUTURA DO CONCRETO .................................................................. 28
2.1.1 A fase agregado ...................................................................................... 29
2.1.2 A pasta endurecida .................................................................................. 29
2.1.2.1 Sólidos na pasta de cimento hidratado ................................................................. 30
2.1.2.2 Vazios na pasta endurecida................................................................................... 30
2.1.2.3 Água na pasta endurecida ..................................................................................... 31
2.1.2.4 Resistência na pasta endurecida ........................................................................... 32
2.1.2.5 Estabilidade dimensional da pasta endurecida ..................................................... 33
2.1.2.6 Durabilidade. ........................................................................................................ 33
2.1.3 A zona de transição do concreto ............................................................. 34
2.1.3.1 Resistência da zona de transição .......................................................................... 34
2.1.3.2 Influência da zona de transição nas propriedades do concreto. ............................ 35
2.2 ADIÇÕES MINERAIS ................................................................................. 37
2.3 CLASSIFICAÇÃO DAS ADIÇÕES ............................................................ 39
2.4 ADIÇÕES DE CINZAS DE BIOMASSA .................................................... 42
2.4.1 Cinza de casca de arroz ........................................................................... 44
2.4.2 Cinza do bagaço da cana-de-açúcar ........................................................ 50
2.4.3 Cinza da casca da castanha do caju ........................................................ 54
2.4.4 Cinza da casca da castanha-do-Pará ....................................................... 55
2.4.5 Cinza dos resíduos do dendezeiro........................................................... 56
2.5 CONSIDERAÇÕES ...................................................................................... 59
3 PROGRAMA EXPERIMENTAL – 1ª PARTE - CARACTERIZAÇÃO
DA CINZA DE LENHA DE EUCALIPTO .................................................... 62
3.1 AMOSTRAGEM .......................................................................................... 63
3.1 1 Procedência ............................................................................................. 63
3.1.2 Quantidade disponível ............................................................................ 65
3.1.3 Coleta ...................................................................................................... 66
3.2 CARACTERIZAÇÃO DA AMOSTRA ....................................................... 69
3.2.1 Caracterização química ........................................................................... 69
3.2.1.1 Óxidos ................................................................................................................... 70
3.2.1.2 Óxido de cálcio livre ............................................................................................ 74
3.2.1.3 pH ......................................................................................................................... 75
3.2.1.4 Teor de umidade ................................................................................................... 75
3.2.1.5 Perda ao fogo ........................................................................................................ 75
3.2.2 Caracterização física ............................................................................... 75
3.2.2.1 Distribuição granulométrica ................................................................................. 76
3.2.2.2 Massa específica ................................................................................................... 77
3.2.2.3 Superfície específica ............................................................................................. 77
3.2.2.4 Índice de atividade pozolânica ............................................................................. 77
3.2.3 Caracterização mineralógica ................................................................... 78
3.2.3.1 Difratometria de raios X ....................................................................................... 78
3.2.4 Caracterização microestrutural ............................................................... 79
3.2.5 Caracterização ambiental ........................................................................ 81
3.2.5.1 Ensaio de lixiviação da cinza ............................................................................... 82
3.2.5.2 Ensaio de solubilização da cinza .......................................................................... 83