Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes
Abstract
A utilização de resíduos para produção de argamassas tem sido cada vez maior, com ganhos também ao nível da promoção da economia circular. Com foco nas argamassas de cal e com objetivo da substituição parcial deste ligante, optou-se por estudar dois tipos de resíduos produzidos em abundância na região Norte de Portugal e, ainda, sem destinação final adequada: conchas de ostras e pó de forno de cal (poeiras). Estes resíduos, ainda pouco explorados, são compostos principalmente por carbonato de cálcio, o que fundamenta o seu potencial para substituição da cal na produção de argamassas ecoeficientes. As conchas foram transformadas em pó sendo assim utilizada durante toda pesquisa. O trabalho foi desenvolvido em duas partes principais. Uma primeira, exploratória, com objetivo de conhecer melhor o comportamento das argamassas com a incorporação destes resíduos. Testou-se a adição do ácido acético (vinagre) como agente de dissolução de cálcio das conchas, o qual foi adicionado na fase líquida da mistura como promotor de melhorias na performance das argamassas. Na segunda parte, o trabalho esteve focado no estudo no desempenho mecânico e de durabilidade das argamassas com composições promissoras, definidas na parte anterior. Estas composições incluíram a utilização de vinagre na fase líquida e a substituição parcial da cal por 25, 50 e 90% de poeiras ou conchas. Todas as amassaduras obtiveram resistência à compressão acima de 0,4 N/mm² aos 28 dias, o que afirma o potencial de substituição da cal em argamassas dessa natureza. A substituição de 50% do ligante por poeiras de cal mostrou-se a melhor opção em termos de resistência. As argamassas com substituição por conchas também demonstraram bom desempenho. A calcinação das conchas não resultou em melhoria das propriedades das argamassas e o emprego do vinagre na fase líquida da mistura melhorou significativamente o desempenho das argamassas, especialmente com as poeiras. No que se refere à durabilidade, as argamassas apresentaram valores elevados de absorção de água após os ensaios realizados aos 28 dias. Entretanto, tanto a utilização das poeiras quanto a utilização das conchas proporcionaram uma redução nos valores de absorção de água, quando comparados aos valores de referência. Os resultados demonstram um elevado potencial de viabilidade de utilização das poeiras e das conchas na produção de argamassas sustentáveis. Este trabalho representa um passo importante na valorização dos resíduos estudados. Desta forma, o trabalho contribui para a sustentabilidade da indústria da construção, através da valorização da economia azul e da promoção da economia circular.
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Universidade do Minho Escola de Engenharia Departamento de Engenharia Civil Thianne Lopes Peixoto Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes Novembro de 2024 Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes Thianne Lopes Peixoto Uminho │2024
Universidade do Minho Escola de Engenharia Departamento de Engenharia Civil Thianne Lopes Peixoto Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes Dissertação de Mestrado Construção e Reabilitação Sustentáveis Trabalho efetuado sob a orientação da: Doutora Rute Maria Gonçalves Eires Doutora Raphaele Lira Meireles Castro Malheiro Novembro de 2024
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicado. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contactar o autor, através do RepositórioUM da Universidade do Minho. Licença concedida aos utilizadores deste trabalho Atribuição-NãoComercial-SemDerivações CC BY-NC-ND https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ ii
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducente à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho. iii
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente à Deus por ter me dado saúde e disposição para viver essa experiência em outro país. Agradeço humildemente a quem contribuiu de alguma forma para o desenvolvimento deste trabalho, o qual não seria possível sem o vosso apoio. À minha família por me ter proporcionado minha formação académica, incentivo e apoio incondicional nas minhas decisões, necessários para levar até ao fim esta etapa da minha vida. Ao meu namorado por todo o carinho, paciência, suporte e pelo tempo despendido na revisão deste trabalho. Aos amigos e colegas do Brasil e de Portugal por todo apoio durante este período. Ao Ifbaiano, em especial meus chefes Isnaia Aragão e Leonardo Lapa, pelo apoio e ao Reitor Aécio Duarte, pela autorização para participar do programa de estudos no exterior. As minhas orientadoras, Professora Doutora Rute Eires e Professora Doutora Raphaele Malheiro, pela disponibilidade e esclarecimento de todas as minhas dúvidas e principalmente pela partilha de todo entusiasmo pela temática. Ao Eng. Carlos Jesus e ao colega André Lemos, que contribuíram consideravelmente na campanha experimental, pelos auxílios prestados em laboratório. As empresas Aquagoma e Paper Mill pelas informações prestadas e fornecimento dos resíduos. Obrigada à Universidade do Minho, ao Centro de Valorização de Resíduos (CVR), ao Laboratório da Escola de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Viana do Castelo (IPVC) e aos colaboradores, de modo geral, pelo contributo. iv
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes RESUMO A utilização de resíduos para produção de argamassas tem sido cada vez maior, com ganhos também ao nível da promoção da economia circular. Com foco nas argamassas de cal e com objetivo da substituição parcial deste ligante, optou-se por estudar dois tipos de resíduos produzidos em abundância na região Norte de Portugal e, ainda, sem destinação final adequada: conchas de ostras e pó de forno de cal (poeiras). Estes resíduos, ainda pouco explorados, são compostos principalmente por carbonato de cálcio, o que fundamenta o seu potencial para substituição da cal na produção de argamassas ecoeficientes. As conchas foram transformadas em pó sendo assim utilizada durante toda pesquisa. O trabalho foi desenvolvido em duas partes principais. Uma primeira, exploratória, com objetivo de conhecer melhor o comportamento das argamassas com a incorporação destes resíduos. Testou-se a adição do ácido acético (vinagre) como agente de dissolução de cálcio das conchas, o qual foi adicionado na fase líquida da mistura como promotor de melhorias na performance das argamassas. Na segunda parte, o trabalho esteve focado no estudo no desempenho mecânico e de durabilidade das argamassas com composições promissoras, definidas na parte anterior. Estas composições incluíram a utilização de vinagre na fase líquida e a substituição parcial da cal por 25, 50 e 90% de poeiras ou conchas. Todas as amassaduras obtiveram resistência à compressão acima de 0,4 N/mm² aos 28 dias, o que afirma o potencial de substituição da cal em argamassas dessa natureza. A substituição de 50% do ligante por poeiras de cal mostrou-se a melhor opção em termos de resistência. As argamassas com substituição por conchas também demonstraram bom desempenho. A calcinação das conchas não resultou em melhoria das propriedades das argamassas e o emprego do vinagre na fase líquida da mistura melhorou significativamente o desempenho das argamassas, especialmente com as poeiras. No que se refere à durabilidade, as argamassas apresentaram valores elevados de absorção de água após os ensaios realizados aos 28 dias. Entretanto, tanto a utilização das poeiras quanto a utilização das conchas proporcionaram uma redução nos valores de absorção de água, quando comparados aos valores de referência. Os resultados demonstram um elevado potencial de viabilidade de utilização das poeiras e das conchas na produção de argamassas sustentáveis. Este trabalho representa um passo importante na valorização dos resíduos estudados. Desta forma, o trabalho contribui para a sustentabilidade da indústria da construção, através da valorização da economia azul e da promoção da economia circular. Palavras-chave: Argamassa ecoeficiente, economia circular, economia azul, conchas de ostras, pó de forno de cal. v
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes ABSTRACT The use of waste for the production of mortars has been increasing, with gains also in terms of promoting the circular economy. Focusing on lime mortars and with the aim of partially replacing this binder, it was decided to study two types of waste produced in abundance in the North of Portugal and with an inadequate final disposal: oyster shells and lime kiln dust. These residues, still less explored, are calcium carbonate composed mainly, which underlies their potential to replace lime in the eco-efficient mortars production. The shells were turned into powder and thus used throughout the research. This work was developed in two main parts. The first one is an investigatory study, with the aim of a better understanding the behavior of mortars incorporating these residues. In this part, the addition of vinegar was tested as an agent for dissolving calcium from the shells, which was added to the liquid phase of the mixture to promote improvements in the performance of the mortars. In the second part, the work was focused on studying the mechanical and durability mortars performance with promising compositions, defined in the previous part. These compositions included the use of vinegar in the liquid phase and the partial replacement of lime with 25, 50 and 90% of dust or shells. All the mixes considered had compressive strength above 0.4 N/mm² after 28 days, which confirms the potential for replacing lime in mortars of this nature. Replacing 50% of the binder with dust, proved to be the best option in terms of resistance. Mortars replaced by shells also demonstrated a good performance. Calcination of the shells did not result in an improvement in the properties of the mortars and the use of vinegar in the liquid phase of the mixture significantly improved the performance of the mortars, especially with the dust. Regarding durability, all mortars showed high water absorption values after tests carried out after 28 days. However, both the use of dust and the use of shells provided a reduction in water absorption values, when compared to reference values. The results demonstrates a high potential viability of using dust and shells in the production of sustainable mortars. This work represents an important step in the valorization of the waste studied. In this way, this work contributes to the improvement of the construction industry sustainability, through the valorization of the blue economy and circular economy fomentation. Keywords: Eco-efficient mortar, circular economy, blue economy, oyster shells, lime kiln dust. vi
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes ÍNDICE Agradecimentos..……………………………………..………………………….…………….…………..…………...….……........iv Resumo……..……………..…………………………..………………………….………..……….………….....……………....….....v Abstract……..…………………………………………..………………………….………..………….…………..…………...….…...vi Índice………...………………………………………..………………………….………..…………….………………………...….....vii Lista de Figuras...…………………………………..………………………….………..…………….…………..……………...…….ix Lista de Quadros..…………………………..………..………………………….………..………….………….....…………...…....xi Lista de Tabelas…………………………………………..……..………………………….………..………….………….....……...xii Lista de Símbolos.……………………………………………..………………………….………..…………….…..…….......…...xiii 1. Introdução………….…………………………………………………………………………………………..............….........15 1.1 Contextualização……………………………………………………………...…........................................…….....17 1.2 Motivação…..………………………………................……………………...…….........…............…......…..........17 1.3 Objetivos………………….…………………………………………………….…………….…….…............................20 1.4 Metodologia Geral………….………………................................……………………….……................….......20 1.5 Organização da Dissertação………..……………..…………………………….............…...............................21 2. Estado da Arte……………………………………….…………………………………………………….………….…….……..22 2.1 Argamassas……..………………………………….…………………………………………..........…….……...………..22 2.1.1. Características Gerais……..……………………………………………………….....................….....……....22 2.1.2. Argamassas de Cal e sua ecoeficiência…………………..……………….......……....…..................…..24 2.2. Conchas de Ostras ………………………………………………………………...............…………….………...…...25 2.2.1. Características Gerais……..……...........................…………..……………...............…………...…......25 2.2.2. Produção, Descarte e Reciclagem…………………………..………………….....................…….......….28 2.2.3. Composição Físico-Química………………………………………..……………...........……………….........29 2.2.4. Estudos e Aplicações…………………………………..……………..............................………….......…..31 2.3. Pó de Forno de Cal……....………...……………………….…………………..............................................….36 2.3.1. Características Gerais……..……...........................…………..……………...............………….......…..36 2.3.2. Produção, Descarte e Reciclagem…………………………..………………….....................…….......….37 2.3.3. Composição Físico-Química………………………………………..……………...........……………….........39 2.3.4. Estudos e Aplicações…………………………………..……………..............................…………...…......40 3. Metodologia………..………………………………………………..…………………………………………………….....……..42 3.1 Materiais Utilizados…………...……………...………………..……………………………..……………………...…....42 3.1.1. Conchas de Ostras……………………………...………………………………....…………………………........42 3.1.2. Pó de Forno de Cal…………..…………………..…………………………………..…………………………......45 3.1.3. Cal...………...……………………………………...………………………………..…………………………….......47 3.1.3.1.Cal Viva…………………...……………...……………………………………….……..……….…….......47 3.1.3.2. Cal Hidratada….……………………...………………………………………….……..………......…...48 3.1.4. Vinagre…………………………………………………………………………………...…………………….….......49 3.1.5. Água.………………………………………………………………………………...…………………….……..........50 3.1.6. Areia…….……………………………………………………………………………...…………………….….....…..51 3.2 Estudo das composições…………………….……..…………………..............................................…......…..52 3.2.1. Campanha exploratória……………………..…………………………..…………...…………….…...............52 3.2.2. Composições estudadas……...………………………....………………................................................57 3.2.3. Preparação das misturas……...………………………....…………………………………………………........58 3.3 Ensaios Realizados…………….……..…………………………………..............................................…...….....61 3.3.1. Massa Volúmica……………....………………..……………………………..………………………...…...........61 vii
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes PET – Politereftalato de etila LA – Los Angeles Lq/L - Líquido/Ligante FRX – Fluorescência de Raios X ECHA - Agência Europeia das Substâncias Químicas REACH - Registro, Avaliação, Autorização e Restrição de Substâncias Químicas INE – Instituto Nacional de Estatísticas EU – European Union UE – União Europeia EN – Norma Europeia NP – Norma Portuguesa IPMA - Instituto Português do Mar e da Atmosfera GEE - Gases de Efeito Estufa xiv
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes 1. Introdução Um dos materiais mais consumidos em uma construção, seja nova ou reabilitação, é a argamassa. A sua produção requer a extração de recursos naturais e a utilização do cimento nas argamassas de uso corrente está relacionada a um consumo significativo de energia elétrica e elevada emissão de dióxido de carbono (CO₂). Considerando que o setor da construção civil é responsável por grande parte dos recursos naturais extraídos e é o maior consumidor de matéria-prima em comparação a qualquer outra actividade económica (MONTEIRO, 2022), considerando, também, o seu impacto do que se refere ao consumo de energia e emissões de gases de efeito estufa (GEE), faz-se necessário produzir bens com menor impacto ambiental, promovendo a preservação do meio ambiente. Buscando alternativas sustentáveis, um dos pilares para o desenvolvimento de argamassas ecoeficientes está relacionado com a economia circular. A utilização de resíduos, sendo um destino final sustentável para os mesmos, promove a diminuição da exploração e do transporte de recursos naturais, minimiza a emissão de GEE, buscando eficiência e, também, redução de custos. Dentro do amplo conceito da sustentabilidade, que envolve aspetos económicos, sociais e ambientais, os materiais ecoeficientes demonstram ter a capacidade de responder a estes desafios. São, em sua maioria, caracterizados pelas baixas emissões de carbono, durabilidade, baixo consumo energético, não-tóxicos, recicláveis ou obtidos a partir de fontes renováveis. Além disso, podem substituir outros materiais ou produtos pouco ecológicos, sendo, também, passíveis de potencializar o desenvolvimento de economias locais. Neste sentido, optou-se por trabalhar com dois resíduos abundantes na região Norte de Portugal: conchas de ostras e pó de forno de cal. No intuito de dar uma destinação ambientalmente favorável aos materiais residuais que são encaminhados para aterro sanitários ou depositados em locais inapropriados, as conchas de ostras têm sido estudadas e incorporadas como matéria-prima em diversos setores da indústria. São gerados cerca de 5 milhões de toneladas desse resíduo anualmente no mundo (PESSOA et al. , 2019) e em Portugal, as ostras representaram aproximadamente 25% da produção total de moluscos, cerca de 2.465 toneladas em 2022 de acordo com o relatório da Estatísticas da Pesca de 2023 (INE, 2024). Segundo Cho (2018), existe a necessidade de diminuir pela metade o impacto ambiental gerado pela concha de ostra. O descarte inadequado das conchas provoca inúmeros problemas. As conchas que se acumulam no fundo do mar podem reduzir a profundidade das baías, causando obstrução na circulação da água e prejudicando a aquicultura em si. Este sistema de produção requer um ambiente não contaminado para garantir a qualidade 15
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes do produto. Além disso, no caso de conchas descartadas em terrenos baldios, a presença de matéria orgânica pode atrair vetores de doenças, como ratos, baratas e moscas, além de causar mau cheiro. Existe também uma elevada taxa de mortalidade na produção das ostras devido a diversos fatores, do resultado da atividade podem ocorrer mortalidades que variam de 40% a 60%, dependendo do local onde são produzidas (PESSOA, 2019). Portanto, os estudos sobre a reutilização das conchas de ostras são de grande importância para a sociedade, pois eles podem oferecer soluções ambientais para essas demandas, além de promoverem a Economia Azul. As conchas são compostas principalmente por carbonato de cálcio (CaCO₃), o que potencia seu uso como substituto da cal, principal componente das argamassas tradicionais.. Dentre os vários resíduos e/ou subprodutos industriais que precisam de uma destinação final adequada e ambientalmente sustentada, pode-se destacar também o pó de forno de cal (poeiras de cal), proveniente das indústrias de papel. A produção de papel é um dos sectores de actividade com maior exposição às questões relativas ao meio ambiente. Em primeiro lugar por estar dependente da gestão sustentável de um recurso natural renovável, a floresta, que detém um papel importante na fixação de carbono, mas também do papel, que no final do seu ciclo de vida, pode ser suscetível de ser valorizado através da reciclagem ou recuperação de energia. Em segundo lugar, pelos impactes negativos específicos do processo industrial de produção e papel (MODOLO, 2006). O reaproveitamento de subprodutos é fundamental para preservação do meio ambiente, não apenas por reduzir o risco de contaminação, mas também por diminuir o custo e o consumo de energia na produção de materiais da construção civil. Visando a circularidade da economia, a valorização dos resíduos e o desenvolvimento de materiais de construção sustentáveis, este trabalho tem como base o desenvolvimento de argamassa ecoeficiente através do reaproveitamento e reciclagem desses dois materiais, conchas de ostras e poeiras de cal. Para tal, foram utilizadas como base metodologias apresentadas em projetos anteriores e com o intuito de investigar sobre a viabilidade do desenvolvimento de uma argamassa ecoeficiente, buscando aproveitar o carbonato de cálcio presente nestes materiais. 16
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes 1.1. Contextualização As argamassas têm sido utilizadas na construção civil há milhares de anos como material de assentamento e revestimento. As primeiras referências foram encontradas em algumas zonas da actual Turquia que remontam a um período entre 12.000 e 5.000 A.C. (COELHO et al. , 2009). A utilização da cal na construção em Portugal começou aproximadamente no século VIII, durante o período de ocupação moura no sul do país. Nessa época, a cal era principalmente empregada para caiação das paredes, que eram pintadas de branco ou de outras cores com a adição de pigmentos, além de ser utilizada na elaboração de algumas argamassas (MENDES, 2017). Ao longo dos séculos as técnicas evoluíram, desde a cozedura em fornos rudimentares até o fabrico industrial, assim como, a introdução de diversos materiais. Os componentes dessas argamassas antigas incluíam a cal viva, o gesso, as pozolanas, a cal hidráulica, posteriormente, os ligantes hidráulicos, e finalmente a introdução do cimento Portland. Até o século XX, a cal misturada com pozolanas ou gesso era o ligante mais comum na construção civil. No entanto, com a descoberta do cimento Portland, a utilização da cal começou a diminuir. Isso aconteceu, porque o novo ligante endurece mais rapidamente e é mais resistente, o que permite a conclusão das obras em menos tempo, e com um desempenho mecânico muito superior ao das argamassas à base de cal. Apesar de amplamente utilizado, o cimento Portland tem se mostrado inadequado para muitas aplicações, gerando diversos problemas, especialmente na reabilitação de edifícios. Devido o surgimento de patologias por conta da incompatibilidade química com argamassas à base de cal, à introdução de sais solúveis, à baixa permeabilidade e ao elevado módulo de elasticidade, que não consegue lidar com as deformações das alvenarias (COELHO et al. , 2009). Assim, as argamassas à base de cal retomaram seu lugar de destaque nesse contexto, sendo importante compreender e promover o seu uso, mas agora de forma sustentável. 1.2. Motivação A busca por inovação tecnológica na construção civil é fundamental para um mundo sustentável, e merece atenção especial à busca por novos materiais. Este trabalho visa promover a sustentabilidade e a economia circular, através da aplicação de matérias-primas alternativas em substituição parcial da cal, assim como, a redução de emissões CO₂ e do consumo de energia na sua produção. A cal é um produto obtido através da calcinação de calcários e essencialmente composto por óxido de cálcio (CaO). Assim como o cimento, é empregue em larga escala na construção civil. A produção mundial de cal equivale a aproximadamente 283 milhões de toneladas por ano (ARULRAJAH et al. , 2017), porém no seu 17
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes processo de fabricação, o consumo de energia é intensivo na etapa de calcinação que é uma grande desvantagem ambiental. A calcinação visa descarbonatar (remover o CO₂ combinado com os óxidos de cálcio ou magnésio) o calcário para a produção de cal virgem. Este processo ocorre em fornos a temperaturas entre 900ºC e 1200ºC (SCHORCHT et al. , 2013), temperaturas muito elevadas, mas, ainda assim, inferiores aquela utilizada na produção do cimento, entre 1230ºC e 1450ºC (LIMA, 2011). Diante destes indicativos, é urgente a necessidade de diminuir o consumo dos ligantes convencionais, por meio da adoção de novas tecnologias, reduzir as emissões de CO₂ e fabricar produtos energeticamente mais eficientes para atender às demandas do mercado. Uma das estratégias poderá consistir no emprego de resíduos industriais e de produtos naturais como substitutos dessas matérias-primas. Um estudo realizado por Iribarren et al. (2010) sobre avaliação do ciclo de vida (ACV) das conchas de mexilhões, revelou que na calcinação a 550ºC de 100 toneladas de conchas representam 77,5 toneladas de CO₂ equivalentes, o que é bastante superior do que um cenário de fim de vida em aterro, quantificado em 49,6 toneladas de CO₂ equivalentes, por 100 toneladas de conchas de mexilhão. Apesar da opção de deposição em aterro ter tido um impacto mais favorável, essa alternativa é completamente desencorajada, pois representa uma alternativa bastante desfavorável se considerarmos a sustentabilidade e valorização dos resíduos. Comparativamente com o processo de fabricação da cal, durante a calcinação com temperaturas acima de 1000 °C, para produzir 100 toneladas de óxido de cálcio (CaO) gera-se cerca de 120 toneladas de CO₂ equivalentes (LAVEGLIA et al. , 2022). No que se refere à indústria do papel, com a forte tendência na redução da utilização de embalagens plásticas e outros materiais agressivos ao meio ambiente, a produção de embalagens ecológicas e biodegradáveis tem favorecido o crescimento deste setor, impulsionado pela adoção de papel kraft sack, como alternativa mais sustentável. Segundo o Bureau of International Recycling (BIR, 2022), foram produzidos em 2022, cerca de 240 milhões de toneladas de papel e papelão, sendo que 52% desse produto é proveniente de fontes recuperadas. De acordo com o relatório da Mordor Intelligence (2023), estima-se que o mercado papel kraft sack cresça de 11,63 bilhões de dólares em 2023 para 14,03 bilhões de dólares em 2028, à uma taxa de crescimento anual de 3,82% durante esse período de cinco anos em todo mundo, nas indústrias de embalagens e através de melhorias nas aplicações das embalagens. Em busca da redução dos impactos ambientais provenientes da acumulação de grandes quantidades de conchas de ostras e do aumento na produção de pó de forno de cal gerado pela indústria de papel, é de suma importância promover a destinação correta destes materiais, a fim de fechar o ciclo de vida deles. Ao transformar estes resíduos em um produto que agrega valor e ao reintroduzi-lo na cadeia produtiva ou 18
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes ambiental, promove-se o uso sustentável dos recursos naturais e contribui para alcançar alguns dos principais Objetivos de Desenvolvimento Sustentáveis (2016), tais como: Objetivo 11: Cidades e comunidades sustentáveis, que tem como uma das metas, reduzir o impacto ambiental adverso das cidades, prestando atenção especial à qualidade do ar e à gestão de resíduos. Objetivo 12: Produção e consumos sustentáveis, que tem como uma das metas, reduzir substancialmente a geração de resíduos por meio da prevenção, redução, reciclagem e reutilização. Objetivo 14: Proteger a vida marinha, que tem como uma das metas, prevenir e diminuir a poluição marinha de todos os tipos, em particular de atividades terrestres. Nos últimos anos, o termo Economia Azul surgiu como um conceito relacionado com a utilização sustentável dos recursos marinhos. A limitação das terras agrícolas está a forçar um olhar para além da economia verde e ampliar os horizontes para os mares e oceanos como potenciais repositórios de recursos. Portanto, a pesca e a aquicultura mundiais sofreram uma expansão notável e prevê-se que atinjam mais de 200 milhões de toneladas até 2030 (SUMMA et al., 2022). A valorização dos resíduos é um princípio fundamental e um motor crucial para um sistema virtuoso de gestão de resíduos, produções sem resíduos e um conceito cada vez mais circular, tanto para a economia verde como para a economia azul (SUMMA et al., 2022). A reciclagem é uma prática muito eficiente no gerenciamento de resíduos, pois permite a transformação do lixo em matéria-prima para a indústria, trazendo consigo diversas vantagens para o meio ambiente. Além de reduzir consideravelmente o consumo de energia, contribui para a preservação dos recursos naturais e o bem-estar da comunidade. Diante da escassez de recursos naturais, a reciclagem estimula pesquisas científicas que favorecem para o reaproveitamento de resíduos (LOFFI, 2014). As conchas têm sido objeto de estudo em várias pesquisas científicas nas últimas duas décadas, com algumas delas já reconhecidas e amplamente referenciadas, enquanto outras permanecem em escala laboratorial, com aplicações especializadas que ainda não foram completamente exploradas. De modo geral, a inclusão deste resíduo tem sido como agregado em argamassa ou betão e existem diversos exemplos históricos de uso de conchas na construção de residências, igrejas entre outros, através de práticas vernaculares que serão apresentados no item 2.2.4. O resíduo de pó de forno de cal é um material ainda pouco explorado no ambiente académico, mas com potencial para ser investigado. Aproximadamente 2,5 milhões de toneladas de pó de forno de cal com alto teor de cálcio são produzidas anualmente nos EUA (ARULRAJAH et al. , 2017). 19
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes 1.3. Objetivos O objetivo principal deste trabalho foi utilizar resíduos da indústria dos bivalves e do papel para desenvolver argamassas sustentáveis, através da substituição parcial do ligante em argamassas de cal. De maneira mais específica: Estudo da viabilidade técnica, através de ensaios físicos, mecânicos e de durabilidade, para produção de argamassas sem utilização de materiais calcinados; Estudo da viabilidade técnica para produção de argamassas com utilização de materiais calcinados; Avaliação da necessidade da utilização de aditivos nestas argamassas; Identificação das composições mais viáveis no que se refere às condições técnicas e de sustentabilidade. 1.4. Metodologia Geral Os estudos iniciaram a partir da revisão bibliográfica disponíveis na literatura, incluindo, sites, artigos e trabalhos científicos, assim como na pesquisa exploratória em laboratório. As experiências foram realizadas no Laboratório de Materiais de Construção Civil da Universidade do Minho. A Figura 1 apresenta a metodologia geral para a realização deste trabalho. Figura 1 – Metodologia de trabalho 20
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes 1.5. Organização da Dissertação A presente dissertação foi dividida em seis capítulos, os quais foram estruturados para facilitar a compreensão do texto e detalhados da seguinte maneira: O primeiro capítulo tem como objetivo introduzir o tema em estudo, justificando o interesse em desenvolvê-lo e ressaltando sua importância. Além disso, apresenta os objetivos a serem alcançados, a metodologia geral e a organização do texto. No segundo capítulo são abordadas as características, produção, descarte, estudos e aplicações dos materiais residuais utilizados no estudo e a relevância da reciclagem desses resíduos. Também é feita uma abordagem sobre argamassas ecoeficientes e seu papel no desenvolvimento sustentável. O capítulo três trata da metodologia do trabalho, descrevendo os materiais utilizados, as composições das argamassas e a caracterização dos materiais, os ensaios realizados e as peculiaridades desta campanha experimental, face a utilização de materiais não convencionais. O capítulo quatro apresenta a análise e discussão dos resultados obtidos nos ensaios, abordando aspectos físicos, mecânicos e de durabilidade. Busca-se comparar as diferentes misturas e destacar influências como composição, ambiente de cura e quantidades adotadas, utilizando elementos gráficos para facilitar a compreensão. O capítulo cinco consiste nas conclusões gerais do trabalho, incluindo uma análise crítica dos aspectos mais importantes e a avaliação do alcance dos objetivos propostos, assim como, também a sugestão de possíveis trabalhos futuros sobre o tema. Por fim, são listadas todas as referências consultadas e anexos que foram relevantes para o desenvolvimento da dissertação. 21
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes 2. Estado da arte 2.1 Argamassas 2.1.1. Características Gerais As argamassas de modo geral são classificadas de acordo com a conceção, processo produtivo, propriedades e utilização. As propriedades das argamassas estão diretamente relacionadas com os objetivos para os quais são destinadas. Existem argamassas com a função de unir elementos de alvenaria e auxiliar na resistência aos esforços horizontais que surgem em paredes. Podem também colar materiais de revestimentos, absorver certas deformações naturais que a alvenaria ou juntas possam sofrer, selar juntas contra infiltração e ser utilizada para acabamentos em tetos e paredes, regularização de pavimentos com betonilhas, e reabilitação de obras. Neste contexto, as argamassas são classificadas pela sua aplicação e compreendem: Argamassa de alvenaria - Aplicada na construção de muros e paredes de tijolo ou bloco, por possuir resistência mecânica e aderência adequadas para lidar com deformações decorrentes de variações térmicas e humidade; Argamassa de revestimento/reboco - Utilizada para revestir paredes, podendo repelir água (hidrófugadas), ser pintada ou ter diversos acabamentos. As monomassas são aplicadas em uma camada única por projeção, desempenhando funções de proteção e decoração semelhantes aos rebocos tradicionais; Cimentos-cola - Usado para colar elementos cerâmicos em paredes, rebocos ou pavimentos, misturando água imediatamente antes da aplicação; Massa para juntas - Formulada para reduzir o esforço nas juntas entre os elementos dos revestimentos aplicados, com suas propriedades determinadas pelo ligante e composição química; Argamassa de suporte - Aplicada no pavimento para nivelar e regularizar, garantindo uma superfície lisa e plana. Esta campanha experimental focou no desenvolvimento uma argamassa de reboco de classe CS1. As normas EN 998-1:2003 e EN 998-2:2003 dizem respeito às argamassas para reboco e argamassas de alvenaria, e classificam de acordo com o Quadro 1 e a Tabela 1 a seguir. 22
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes Quadro 1 – Tipos de Argamassas (EN 998-1:2003 e EN 998-2:2003) Critério Argamassas de Reboco exteriores e interiores Argamassas de assentamento de alvenaria Segundo a conceção Argamassa de desempenho; Argamassa de formulação. Argamassa de desempenho; Argamassa de formulação. Segundo o processo produtivo Argamassa industrial; Argamassa industrial semi-acabado; Argamassa feito em obra. Argamassa industrial; Argamassa industrial semi-acabada; Argamassa feita em obra. Segundo as propriedades e utilização Reboco de uso geral; Reboco leve de uso geral; Reboco colorido para exteriores; Monomassa para rebocos exteriores; Reboco de drenagem de uso geral; Reboco de isolamento térmico de uso geral Argamassa de uso geral; Argamassa de alvenaria em camada fina; Argamassa leve. Tabela 1 – Classificação das propriedades das argamassas de reboco em estado endurecido (EN 998-1:2003) Propriedades Categorias Valores Resistência à compressão aos 28 dias CS I CS II CS III CS IV 0,4 a 2,5 N/mm² 1,5 a 5,0 N/mm² 3,5 a 7,5 N/mm² ≥ 6N/mm² Absorção de água por capilaridade W0 W1 W2 Não especificado C ≤ 0,40 kg/m² x (min)½ C ≤ 0,20 kg/m² x (min)½ Condutividade térmica T1 T2 ≤ 0,1 W/m.K ≤ 0,2 W/m.K 23
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes Tabela 2 – Composição química das conchas de ostras identificadas em diferentes trabalhos Descrição Compostos químicos (%) Autor/Ano Ostra CaCO₃ CaO K₂O SiO₂ SrO Fe₂O₃ SO₃ MgO Al₂O₃ Na₂O P₂O₅ Perda fogo Loffi et al. (2014) C.gigas - 50,49 0,21 3,93 - 0,43 - 0,73 0,98 0,79 0,18 42,18 Silva et al. (2010) C.gigas -56,1 0,07 0,91 0,16 0,05 -0,68 042 0,98 0,15 43,18 Wang et al. (2013) C.gigas 95,99 0,69 0,72 0,64 0,41 0,98 0,2 - Siqueira (2021) C.brasiliana -91,74 0,21 2,67 2,08 0,82 0,50 0,69 1,30 - - - Como sua composição química é predominantemente carbonato de cálcio, a concha de ostra é formada exclusivamente por estrutura cristalina de calcita. Destaca-se que o ensaio de suspensão de 10% do pó das conchas em água, aferiu um pH próximo a 9, cujo caráter é alcalino (Silva et al. , 2010). Embora a estrutura cristalina, densidade e teor de matéria orgânica também influenciem nas características das conchas, a diferenciação física mais evidente está relacionada a parâmetros como tamanho e peso. A Tabela 3 expõe os aspetos físicos acerca das dimensões, peso parcial e total de conchas analisadas por outros autores. 30
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes Tabela 3 - Características biométricas e peso médios individual das ostras cultivadas em território português Autor Espécie Local Biometria (mm) Peso (g) Tamanho Largura Espessura Total Concha Agripino (2009) Crassostrea angulata* Sado 74,31 ±14,76 47,62 ±7,90 43,23 ±9,91 90,853 ±39,628 74,858 ±34,304 Mira 80,57 ±29,38 50,08 ±13,80 33,66 ±13,16 89,398 ±83,622 75,528 ±76,446 Algarve 78,06 ±6,42 46,27 ±5,33 27,25 ±3,24 47,328 ±9,948 36,315 ±7,678 Magro (2016) Crassostrea angulata* Sado 67,35 ±20 43,30 ±11 28,31 ±10,7 48,81 ±43,4 41,53 ±37,3 Crassostrea gigas** Sado 124,30 ±8,3 65,62 ±8,7 40,42 ±5,5 136,68 ±20,2 102,78 ±10,4 * Crassostrea angulata (ostra-portuguesa), ** Crassostrea gigas (ostra-japonesa) 2.2.4. Estudos e Aplicações O uso de conchas de ostra na construção civil é uma prática antiga, cuja origem exata é incerta. Damas et al. (2016) referem que em argamassas de cal aérea dolomítica no século XVI, o agregado deixa de ser essencialmente silicioso, passando a ser também calcário e a conter fragmentos de conchas (em áreas localizadas junto ao mar) e de rochas metamórficas calcíticas. Em Portugal, na Igreja do Santíssimo Sacramento em Alcântara (Lisboa), do século XVII, foi possível identificar que na argamassa de cal aérea utilizada era composta também por agregados siliciosos, basálticos e fragmentos de conchas que revestiram o interior da abóbada, cúpula e paredes dos lados oeste, norte e sul, assim como, paredes de alvenaria de pedra no exterior (DAMAS et al. , 2016). Na pequena ilha de Ínsua, situada na foz do rio Minho e que pertence atualmente ao concelho de Caminha, distrito de Viana do Castelo, observou-se que apresentava gigantescos depósitos de conchas mortas, sendo os maiores depósitos de conchas da costa continental portuguesa (CABRAL, 2007). A abundância e prosperidade dos moluscos na Ínsua estão provavelmente relacionadas com uma riqueza em nutrientes das correntes que passam pela ilha, arrastando águas do estuário do rio Minho. Cabral (2012) refere que estes 31
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes depósitos de conchas de moluscos da Ínsua foram utilizadas para o fabrico de cal no Portugal medieval, sendo o sustento dos frades neste local (Figura 6). São escassas as informações que existem sobre a utilização de conchas de moluscos para o fabrico de cal, em Portugal. Muitos dos dicionários históricos existentes não referem a utilização de conchas para o fabrico de cal, com exceção, no Dicionário de Rafael Bluteau do fim do século XVIII, onde há indicação do fabrico de cal a partir de calcário ou de cascas de mariscos calcinadas, e sua utilização em argamassas de construção. À esta cal, adicionava-se, além da água, óleos de animais (baleia, peixe), de forma a melhorar as características da argamassa (CABRAL, 2012). Figura 6 – Acumulação de conchas em Ínsua, adaptado de (CABRAL, 2012) Rodrigues et al. (2018) refere que os resíduos da aquicultura vêm sendo utilizados empiricamente nas construções vernaculares. É possível encontrá-los incorporados nas argamassas, usados como revestimento, ou na execução de contrapisos. O fabrico de cal a partir de conchas de moluscos encontra-se referido para outros países. O exemplo mais notável localiza-se na costa sudeste do Brasil, onde no passado viveu um grupo de povos nativos que consumia grandes quantidades de marisco, acumulando gigantescas lixeiras de conchas mortas, chamadas de sambaquis ("samba"= concha; "qui" = monte (CAMPOS et al. , 2007)). Estes depósitos de conchas foram posteriormente utilizados para o fabrico de cal. Os sambaquis constituíram o principal material-base utilizado no fabrico da cal, no sudeste brasileiro, durante o período colonial português – de facto, muitas igrejas, palácios e fortalezas construídas nesta época utilizaram argamassas com cal feita à base destas conchas. Esta actividade manteve-se até ao século XIX (CABRAL, 2007). Constatou-se a presença de cal conchífera na composição das argamassas utilizadas nas construções arqueológicas e a homogeneidade de sua 32
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes composição (concha queimada, areia, barro e óleo de mamífero) em todo o litoral brasileiro (CAMPOS et al. , 2007). Vale ressaltar que muitas destas obras resistem até os dias atuais, a exemplo da Igreja de Nossa Senhora da Conceição das Barreiras (Figura 7), no parque da Jaqueira em Recife, construída em 1766, que se encontra em perfeito estado de conservação e mostra partes de sua construção com compósitos cimentícios contendo resíduo da concha de ostras, que foi empregue como agregado (MOTA et al ., 2023). Figura 7 – Igreja de Nossa Senhora da Conceição das Barreiras, adaptado de (MOTA et al ., 2023) Na Índia, uma técnica vernacular, usava uma mistura de carvão e conchas. Segundo Nair et al . (2022), o processo consistia em espalhar inicialmente o carvão vegetal no chão e borrifar água, em seguida, as conchas eram colocadas por cima e novamente, o carvão era adicionado. Essa mistura de carvão e conchas era cozida por cerca de 5 horas em grandes tachos, concluindo assim o processo de calcinação. Mais água era adicionada à mistura (cal viva) para produzir cal em pó. No entanto, para obtermos uma argamassa de cal adequada para construção, era adicionado açúcar mascavo, gordura de cabeça de cobra e o fluido pegajoso de cacto à mistura de cal. Porém, ao longo dos anos, com a introdução do cimento e outros materiais de fácil acesso e de rápida fabricação, essa técnica foi sendo esquecida pois exige mão de obra especializada. A incorporação de conchas de ostras em diversos estudos com materiais de construção, podem ser encontrados em betão, tijolo, asfalto misturado a quente, pedra artificial, mistura de solo e camadas de drenagem, cimento de fosfato de magnésio e acabamento residencial. (BELLEI et al ., 2023). O não aproveitamento desse resíduo, que é rico em carbonato de cálcio, representa um desperdício de uma importante matéria-prima. Atualmente, o carbonato de cálcio é utilizado em diversas aplicações, como pavimentação de estradas, fabricação de papel, produção de fertilizantes e pesticidas, alimentos para animais, cerâmica, tintas, vidros, cimento e muito mais. Utilizar o carbonato de cálcio como carga em polímeros, especialmente PVC, é uma opção vantajosa devido à disponibilidade de tecnologias de 33
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes processamento acessíveis e de baixo custo, que poderiam beneficiar cooperativas de maricultores, e à proximidade de empresas que poderiam utilizar o carbonato produzido (AGRIPINO, 2009). O emprego de conchas de ostra apresenta um grande potencial para aplicação em diversas tecnologias, contribuindo para a melhoria da eficiência de processos e a criação de novos materiais. Em particular, seu uso em sistemas de tratamento de água, gases e remoção de contaminantes, como metais pesados, tem sido amplamente explorado. Embora a viabilidade econômica de sua aplicação seja variável, a necessidade de encontrar soluções sustentáveis para o manejo desse resíduo volumoso justifica sua utilização. Nesse contexto, a aplicação direta das conchas, sem a necessidade de tratamento térmico ou químico e que, em termos de forma, é utilizada maioritariamente em pó, representa uma alternativa mais económica e ambientalmente correta, uma vez que reduz os custos de processamento e preserva as propriedades naturais do material (PESSOA et al. , 2019). Na Tabela 4, percebe-se que as argamassas ecoeficientes, dos trabalhos citados, foram desenvolvidas utilizando as conchas de ostras na consistência triturada ou em pó, e como agregado ou ligante parcial. Essas composições têm demonstrado potencial para serem utilizadas em grande escala na construção civil, porém ainda utilizam cimento como ligante na sua composição. A pesquisa realizada por Loffi (2014) avaliou a substituição parcial da areia por resíduos de conchas em pó ( Crassostrea gigas ) em argamassas à base de cimento CP IV-32. Os resultados indicam que a substituição de 5% da areia por conchas em pó, proporciona características satisfatórias para a argamassa equivalentes aos valores da referência. Mesmo em baixas concentrações, a utilização da conchas em pó demonstra um impacto positivo para o meio ambiente. A utilização das conchas em pó em argamassas investigada por Monteiro (2022) utilizou-se conchas em pó como ligante associado a cal viva. A autora associou também nos estudos iniciais a utilização do ácido acético como agente de reação, com objetivo de promover maior resistência mecânica. A água, embora essencial para reação da cal viva, que resulta na hidratação do óxido de cálcio, não é capaz de promover as ligações químicas necessárias para garantir a resistência do material. O ácido acético, presente no vinagre ao reagir com o carbonato de cálcio, promove a formação de novas ligações químicas, como o acetato de cálcio, conferindo maior resistência e durabilidade ao material. Porém os resultados demonstraram que não houve diferença significativa nos valores de resistência entre argamassa com água e com vinagre, e autora sugere que composição utilizando vinagre necessita de estudos aprofundados e investigativos para otimização da argamassa. Por fim, a argamassa estudada é composta por 97% de conchas em pó e 3% de cal viva como 34
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes ligantes, a uma razão Lq/L de 1:1 e obteve 0,5 MPa (EN 998-1:2003), sendo suficiente para a utilização como uma argamassa de revestimento ou de classe CS I (EN 998-1:2003). Siqueira (2021) realizou uma investigação sobre conchas em pó ( Crassostrea brasiliana ), que demonstrou ser uma alternativa promissora para a substituição parcial ou total do agregado miúdo em argamassas para revestimento. Os resultados dos ensaios realizados com argamassas contendo conchas em pó mostraram um aumento na resistência à compressão em relação às argamassas convencionais, chegando a atingir 18,45 MPa com substituição total do agregado. Além disso, a absorção de água das argamassas com conchas em pó, embora tenha aumentado, permaneceu dentro do valor de referência. Tabela 4 – Compilação dos estudos sobre utilização de conchas na composição de argamassas sustentáveis Referência Utilização da concha Concha como ligante Agregado Ligante Composição % de substituição de ligante por conchas em pó Resistência Compressão (28 dias) MPa Loffi (2014) X cimento e conchas em pó 35,30 Superior a referência 32,95 Monteiro (2022) X cal viva e conchas em pó 97% 0,50 Superior a referência 0,40 Moraes et al. (2021) X cimento e conchas 5,16 Superior a referência 4,37 Rodrigues et al. (2018) X cimento e conchas 11,76 Superior a referência 6,91 Siqueira (2021) X cimento e conchas em pó 18,45 Superior a referência 14,88 Menezes (2019) X cimento e conchas de sururu 11,28 Inferior a referência 28,15 No estudo mais recente realizado por Seesanong et al. (2024), os resíduos de conchas de ostras foram utilizados para produzir cal viva, ou óxido de cálcio. O carbonato de cálcio das conchas foi calcinado a 900ºC e foi realizada também a calcinação de acetato de cálcio mono-hidratado a 750ºC (produzido com as conchas e ácido acético). Os autores obtiveram um índice de pureza maior com a calcinação do acetato de cálcio um teor de CaO de 91,5%, face a 87,8% através carbonato de cálcio. Este estudo foi que mais se aproximou deste trabalho, no entanto, esta é uma solução que ainda necessita de calcinação no seu processo, além disso este nível de pureza não parece ser relevante para a industria da construção, trazendo mais um custo com mais um processo acrescido. 35
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes 2.3. Pó de forno de cal 2.3.1. Características Gerais O pó de forno de cal (poeiras de cal) é um dos materiais residuais resultante do processo kraft na indústria de papel (Figura 8). O processo Kraft (Figura 9) é um método de cozimento contínuo e amplamente utilizado na produção de papel devido às suas vantagens, especialmente em relação ao sistema de recuperação de produtos químicos associados a ele. O sistema de caustificação é responsável por recuperar o licor branco, utilizando produtos químicos inorgânicos provenientes da caldeira de recuperação e do forno de cal. O forno de cal, por sua vez, é um forno rotativo utilizado não apenas na indústria da celulose/papel, mas também em outros setores. Sua finalidade principal é reduzir os custos com produtos químicos convertendo a lama de cal (carbonato de cálcio) em cal viva (óxido de cálcio) + dióxido de carbono e resolver o problema do descarte da lama. Observa-se que a lama de cal é composta por aproximadamente 98% de óxido de cálcio (CaO), relativo ao processo de caustificação na fase de recuperação química do licor branco (GONÇALVES, 2021). Figura 8 - Esquema do processo Kraft, adaptado de (QUIMICA, 2020) Figura 9 - Ciclo do processo Kraft (VIEIRA, 2013) 36
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes O pó de forno de cal (poeiras de cal) é o subproduto em pó coletado do processo de produção de cal viva (calcinação), Figura 10. Os gases gerados no processo de calcinação são conduzidos a um eletrofiltro, equipamento que utiliza forças eletrostáticas para remover, com altíssima eficiência, as partículas sólidas em suspensão, garantindo assim a qualidade do ar emitido. A fim de minimizar a emissão de partículas sólidas, os gases provenientes do forno de cal passam por um processo de filtragem eletrostática. Nesse processo, as partículas carregadas eletricamente são atraídas para eletrodos, sendo assim retidas e impedidas de serem lançadas na atmosfera. Figura 10 - Ciclo do processo de caustificação (ALVES, 2015) 2.3.2. Produção, Descarte e Reciclagem A produção de poeiras é significativa em todo o mundo e o seu descarte nem sempre é feito de uma forma ambientalmente favorável. Estima-se que os Estados Unidos produzam anualmente cerca de 2,5 milhões de toneladas de poeiras. Na Malásia, por exemplo, uma única fábrica gera 1,5 tonelada de poeira por dia, que frequentemente é descartado em aterros sanitários (LATIF et al ., 2015). O setor da pasta e papel é um dos pilares da economia portuguesa, contribuindo com cerca de 0,8% do PIB nacional e representando 4,6% das exportações nacionais (MODOLO, 2006), porém os valores de produção do pó de forno de cal não são encontrados facilmente. O forno de cal possui um tubo de aço de grandes dimensões com leve inclinação (de 1,5ºC3ºC), que facilita o movimento do fluido no interior do tubo e revestido internamente com tijolos refratários. A temperatura interna varia de 250ºC a 1600ºC sendo na zona de queima acima de 760ºC e a velocidades típicas de 0,5 a 37
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes 2 RPM com controle de velocidade. Possui sistema de emergência para evitar parada do forno quando quente. O processo de retenção do fluido dentro do forno dura entre 2 e 4 horas (OLIVEIRA, 2013). No processo kraft, o forno de cal é um grande consumidor de combustíveis fósseis (Figura 11). A busca por um processo mais sustentável passa pela substituição dos combustíveis utilizados, alternativas como gases de biomassa, coque de petróleo e metanol oferecem a possibilidade de reduzir as emissões de gases de efeito estufa e diminuir a dependência de recursos não renováveis (TRAN, 2016). Figura 11 – Forno de cal, adaptado de (OLIVEIRA, 2013) O material particulado em suspensão (poeiras de cal) gerado fica no preciptador eletrostático (Figura 12), corresponde a cerca de 5 a 15% da produção do forno (OLIVEIRA, 2013) e possui um alto teor de cálcio que pode ser adequado para utilização em atividades de estabilização para substituir ligantes intensivos em carbono, como o cimento Portland (ARULRAJAH et al. , 2017). Figura 12 – Esquema de obtenção das poeiras de cal, adaptado de (OLIVEIRA, 2013) Na formação das poeiras no forno de cal ocorre um fenómeno que possivelmente é influenciado por diversos fatores, pois a presença de elementos não processuais e a qualidade da cal queimada contribuem para o enriquecimento em pó, especialmente na extremidade quente do forno. Estudos indicam que a formação das 38
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes poeiras na extremidade quente do forno de cal tem um impacto negativo tanto na transferência de calor como no seu desempenho geral. A produção de poeiras pode chegar entre 5% a 20% da lama de cal introduzida no forno, sendo o tamanho das partículas o principal fator determinante para sua suspensão. A força de sustentação exercida pelos gases de combustão sobre as partículas sólidas também influencia a formação de pó (DERNEGARD et al ., 2016). 2.3.3. Composição físico-química Segundo Arulrajah et al. (2017) as propriedades químicas do pó de cal variam de acordo com a composição da cal (calcítica ou dolomítica). A cal hidratada ou cal virgem, terá maior teor de cálcio em comparação com a cal dolomítica. A reatividade do pó está diretamente ligada ao conteúdo de cal e magnésio livres. A análise química revela grande variabilidade, enquanto a análise física indica um material fino e de alta pureza, com elevado pH (12) e baixa solubilidade em água (≥1). Os teores de óxido de cálcio (CaO) e de carbonato de cálcio não calcinado no material do pó são aproximadamente iguais e contêm normalmente uma baixa percentagem de impurezas, como o óxido de magnésio (MgO) de 0,82%, derivado do calcário. A análise granulométrica indicou que o pó de cal é predominantemente fino, com diâmetro médio de 0,39 µm. De acordo com Latif et al. (2015) a análise química das poeiras revelou um alto teor de CaO (54,88%), com perda por ignição de 38,59%, o de MgO (0,95%) e encontra-se dentro dos padrões estabelecidos. A presença de 0,3% de SO₃ indica potencial pozolânico e o tamanho médio das partículas foi de 40,29 m. μ Kadhim et al. (2020) revelou em sua pesquisa, que as poeiras de cal estudadas, que é um material subproduto do processo de produção de cal viva, possui 80,1% da CaO e 0,6% de MgO, com densidade de 2700 kg/m³, tem alta alcalinidade com pH de 12,3, o que confirma sua adequação para ser ativador alcalino e o tamanho médio das partículas foi de 15,94 m.μ A Tabela 5, apresenta o resumo da composição química do pó de forno de cal desses estudos. Tabela 5 – Composição química do pó de forno de cal identificada em diferentes trabalhos Descrição Compostos químicos (%) Autor/Ano CaO K₂O SiO₂ Fe₂O₃ SO₃ MgO Al₂O₃ Na₂O P₂O₅ TiO₂ Perda Fogo Arulrajah et al. (2017) 95,32 0,17 1,26 0,38 0,32 0,82 0,56 1,01 - 0,01 - Latif et al. (2015) 54,88 0,85 0,67 0,38 0,3 0,95 0,68 0,01 0,01 0,1 38,59 Kadhim et al. (2020) 80,1 0,5 14,6 0,1 -0,6 0,2 1,8 - 0,1 - 39
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes O forno da fábrica (Figura 18a) funciona ininterruptamente, produzindo cal para ser reinserida no processo kraft. Possui capacidade para produzir 180 toneladas de cal por dia, quantidade suficiente para repor a cal consumida na etapa de caustificação. A fim de compensar as perdas naturais do processo, é necessária a adição de uma pequena quantidade de calcário moído ao sistema. Essas perdas são as poeiras que são coletadas diariamente e acumulam em saco com cerca de 1 tonelada (Figura 18b e 18c). O funcionamento do forno de cal e a obtenção das poeiras de cal são processos interligados e que requerem cuidados específicos para garantir a eficiência da produção de cal e a preservação do meio ambiente. (a) (b) (c) Figura 18 – Resumo do processo de recolha de poeira na fábrica: (a) Forno de cal; (b) Recolha das poeiras; (c) Big Bags prontos para levantamento A respeito da caracterização do pó de forno de cal está de acordo com os resultados dos ensaios de massa volúmica e ATG pode-se verificar na Tabela 8 a seguir. Tabela 8 – Características físico-químicas do pó de forno de cal Características do Pó de Forno de Cal Composição química Carbonato de Cálcio - CaO₃ = 81,5% Características físicas Estado Físico Sólido Aspeto Pó Fino Cor Branco Odor Inodoro Massa Volúmica 2718 kg/m³ a 20°C Massa Volúmica (calcinado) 2906 kg/m³ a 20°C 46
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes O material das poeiras de cal, foi utilizado na forma em que foi recebido, pois apresenta-se na consistência de pó. Devido ao seu aspeto fino, a granulometria foi determinada à laser. Optou-se também pela utilização do material calcinado e seu processo de obtenção foi semelhante ao das conchas. 3.1.3. Cal De acordo com a Norma NP EN 459-1:2015, a cal é definida como um material que pode aparecer em diferentes formas físicas e químicas, contendo óxido de cálcio (CaO), óxido de magnésio (MgO) e/ou hidróxidos de cálcio e magnésio (Ca(OH)₂ e Mg(OH)₂) produzida através da calcinação de jazidas de carbonato de cálcio (como calcário, giz, conchas) ou jazidas de carbonato de cálcio e magnésio (como calcário dolomítico, dolomita), estes, predominantemente compostos por carbonato de cálcio (CaCO₃) e podem conter quantidades variáveis de argila. A presença de argila influencia nas propriedades da cal produzida, dando origem a diferentes tipos, como cal aérea (calcário puro), cales hidráulicas (calcários argilosos) e a marga calcária (cimento) (MAGALHÃES et al. , 2024). A cal aérea é aquela que se solidifica com o CO₂ presente no ar. Ao ser misturado com água na medida certa, forma uma pasta que melhora a manipulação e a retenção de água das argamassas. A carbonatação dos hidratos em contato com o CO₂ atmosférico produz carbonato de cálcio, que aumenta a resistência e durabilidade das argamassas de cal (MAGALHÃES et al. , 2024). Existem diversos tipos de cal para construção, sendo a cal viva e a cal hidráulica as mais utilizadas. 3.1.3.1. Cal Viva A cal viva é um aglomerante inorgânico que reage fortemente com a água, transformando-se em cal apagada. Essa reação exotérmica libera grande quantidade de calor e provoca um aumento significativo de volume de 3 a 5 vezes. A quantidade de água utilizada na hidratação influencia a consistência da cal apagada, se a quantidade de água for insuficiente, a cal apagada resulta em pó. Esse processo conhecido como extinção ou apagamento, exige cuidados devido à liberação de calor que pode atingir temperaturas de 90°C a 120°C e o hidróxido resultante designa-se por cal extinta ou hidratada. CaCO₃ a 800/900ºC (Calor) = CaO + CO₂ (Cal Viva) (1) A cal viva é comummente utilizada na pintura de paredes exteriores, pois ela funciona como um escudo de proteção para a alvenaria, já que previne o aparecimento de fungos e bolores e também como fertilizante na agricultura. Na construção civil, em geral, ela é extinta antes de sua utilização nas argamassas. 47
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes Foi utilizada cal viva em pó da marca portuguesa Lacrilar e está em conformidade com o regulamento EC 1907/2006 (REACH) e EU 2015/830 conforme Tabela 9. Tabela 9 – Características físico-químicas da cal viva (Lacrilar, 2023) Características da Cal Viva Composição química Óxido de Cálcio - CaO₃ ≥ 81% Características físicas Estado Físico Sólido Aspeto Pó Fino Cor Branco Odor Inodoro Peso molecular 56,08 g/mol Ponto de Fusão ≥ 450°C Densidade relativa 3,31 Solubilidade na água 1,3 kg/m³ a 20°C pH 12,3 Temperatura da Reação Exotérmica com a Água 90ºC - 120ºC Massa Volúmica 3310 kg/m³ a 20°C 3.1.3.2. Cal Hidratada O hidróxido de cálcio (Ca(OH)₂), também conhecido como cal hidratada ou cal apagada, é produzido pela reação do óxido de cálcio com água (equação 2). A cal hidratada possui diversas aplicações, como na fabricação de rebocos, cimentos, tintas, produtos de borracha dura, produtos petroquímicos e no curtimento de couro. CaO + H₂O = Ca(OH)₂ + Calor (Cal Hidratada) (2) Foi utilizada cal hidratada da marca portuguesa Calcidrata com sua respectiva ficha técnica conforme a Tabela 10. 48
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes Tabela 10 – Características físico-químicas da cal hidratada (Calcidrata, 2022) Características da Cal Hidratada Composição química Hidróxido de Cálcio - Ca(OH)₂ ≥ 80% Sulfatos - SO₃ ≤ 2% Óxido de Magnésio - MgO ≤ 5% Dióxido de Carbono - CO₂ ≤ 7% Características físicas Estado Físico Sólido Aspeto Pó Fino Cor Branco a Bege Odor Inodoro Peso molecular 74,09 g/mol Ponto de Fusão ≥ 450°C (resultado de estudo, método EU A.1) Densidade relativa 2,24 (resultado de estudo, método EU A.3) Solubilidade na água 1844,9 mg/l (resultado de estudo, método EU A.6) pH 12,4 (solução saturada a 20°C) Temperatura de decomposição Quando aquecido acima de 580ºC, o hidróxido de cálcio decompõe-se produzindo óxido de cálcio (CaO) e água (H₂O). Massa Volúmica 300 – 800kg/m³ a 20°C 3.1.4. Ácido Acético em Vinagre O ácido acético, também conhecido como ácido etanoico, é um ácido alifático monocarboxílico, com a fórmula CH₃COOH. É considerado um ácido fraco em solução, porém corrosivo, e mistura-se com a água facilmente. Ele pode ser obtido pela oxidação de líquidos que contêm álcool com o oxigénio do ar, por destilação seca da madeira, por adição catalítica de água ao acetilo e posterior oxidação do acetaldeído obtidos. É um reagente químico importante e amplamente utilizado na indústria química para a produção de politereftalato de etila (PET), produtos farmacêuticos, de limpeza, inseticidas e no fabrico de tintas e em aromatizantes, como solvente. Neste trabalho o ácido acético (CH₃COOH) foi empregue por meio da sua concentração em vinagre a 6% de vinho branco de marca nacional e conforme descrito na embalagem do fabricante, a acidez total do líquido é expressa em 6g/100 ml de ácido acético. Ele é obtido exclusivamente do vinho pelo processo biológico de fermentação acética e essa reação ocorre a partir de um microrganismo denominado Mycoderma aceti, 49
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes responsável por produzir a enzima alcooloxidase que catalisa soluções alcoólicas, produzindo a solução aquosa de vinagre (Decreto-Lei n.o 174/2007, 2007), que é expressa na reação química abaixo, Equação 3. CH₃ - CH₂ - OH + O₂(Ar) + Enzima → CH₃ - COOH + H₂O (Vinagre) (3) O ácido acético em vinagre utilizado possui as características físico-químicas abaixo na Tabela 11. Tabela 11 – Características físico-químicas do Ácido Acético em Vinagre (ECHA, 2006) Características do Ácido Acético em Vinagre Composição química CH₃COOH =6% H₂O =94% Características físicas Estado Físico Líquido Cor Incolor Odor Pungente Peso molecular 60,05 g/mol Ponto de Fusão 16,6°C Ponto de Ebulição 117,9°C Massa Volúmica 1045 kg/m³ a 25°C Solubilidade na água 602,9 g/l (solúvel em água, álcool, acetona, benzeno e outros solventes orgânicos) pH 1.0M =2.4, 0.1M = 2.9, 0.01M = 3.4 Viscosidade 1.056 MPa s a 25˚C Classificação UE Corrosivo (C) Inflamável (F) 3.1.5. Água A água utilizada na produção das argamassas foi proveniente do abastecimento público da cidade de Guimarães. Segundo o fornecedor, Vimágua, no relatório do 1º trimestre de 2024 indicou que o pH da água utilizada variou de 6,9 a 8,6. De acordo com a norma NP EN 196-1, esta água está em conformidade com os padrões exigidos e adequada para o fabrico de argamassas. 50
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes 3.1.6. Areia Foi utilizada uma areia natural siliciosa com o nome comercial de S40/45, proveniente da região de Rio Maior, em Portugal e fornecida pela empresa do Grupo Parapedra, assim como a ficha técnica de acordo com a Figura 19. Figura 19 – Características físico-químicas da areia (PARAPEDRA, 2021) 51
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes 3.2. Estudo das composições 3.2.1 Campanha exploratória As primeiras misturas da campanha experimental tiveram como objetivo verificar a reatividade das poeiras de cal com a água e a sua combinação com cal e areia. Foram testadas argamassas com diferentes percentagens de cal, com dois traços diferentes e dois processos de cura. Esta 1ª etapa da pesquisa foi baseada em experimentação, buscando otimizar o uso desses materiais e compreender melhor seu comportamento. O trabalho experimental exploratório foi iniciado utilizando apenas poeiras de cal e cal hidratada no traço 1:3:2 (ligante:areia:água) em volume. Inicialmente, foram definidas duas amassaduras como referências, uma com 100% de poeiras e outra com 100% de cal. Nessa etapa, foi usada uma areia com granulometria de 0 a 2mm e nenhum material foi calcinado, somente colocado em estufa por no mínimo 24 horas para retirar a humidade dos materiais e garantir resultados mais precisos. A Figura 20 resume esta etapa do trabalho. Figura 20 – Resumo da 1ª Etapa da campanha exploratória Após realizar a mistura e o ensaio de espalhamento, as misturas foram despejadas em moldes pequenos de 20x20x20mm³ e alocadas na câmara húmida (±20ºC/87%HR) por 28 dias. Durante o período de cura observou-se o comportamento dos provetes. Todos os provetes de referência desintegraram-se durante o processo de desmoldagem (Figura 21). Assim, não foi possível realizar os ensaios de caracterização mecânica. É provável que este comportamento esteja relacionado com as condições de cura adotadas nesta fase. Figura 21 – Provetes de referência desintegrados após desmoldagem 52 Condições de cura: Câmara húmida 20ºC/87%HR 28 dias Argamassa Traço 1:3:2 Ref 100% Cal H Ref 100% Poeiras Campanha Exploratória 1ª Etapa
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes Os ensaios seguintes foram dos provetes contendo diferentes percentuais de poeiras (10%, 20%, 40% 60% e 80%) nas amassaduras. Estes percentuais foram utilizados em substituição a cal hidratada. Após realizar a mistura e o ensaio de espalhamento, as massas foram despejadas em moldes pequenos de 20x20x20mm³ e alocadas na câmara húmida por 5 dias. Em seguida os provetes foram desmoldados e mantidos por mais 2 dias na câmara húmida (±20ºC/87%HR) e mais 21 dias à temperatura ambiente (±22ºC/60-70%HR) como visto na Figura 22. Figura 22 – Provetes com percentuais de poeiras após desmoldagem Nesta 2ª etapa, nenhum material foi calcinado, apenas colocados em estufa por no mínimo 24 horas para retirar a humidade dos materiais e garantir resultados mais precisos. A Figura 23 resume esta etapa do trabalho. Figura 23 – Resumo da 2ª Etapa da campanha exploratória Mesmo alterando as condições de cura em relação à 1ª etapa os provetes com estas percentagens de substituição não apresentaram condições para realização de ensaios mecânicos (Figura 24). Figura 24 – Provetes desintegrados após 28 dias de cura 53 Campanha Exploratória 2ª Etapa Condições de cura: 7 dias - Câmara húmida ±20ºC/87%HR 21 dias – Ambiente ±22ºC/60-70%HR Total: 28 dias Argamassa Traço 1:9:2 10, 20, 40 e 80% substituição por poeiras
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes Estas pesquisas iniciais deixaram evidente a necessidade de alterar as percentagens de incorporação e de testar a calcinação do material estudado. Outras abordagens foram analisadas e implementadas no decorrer do trabalho experimental, como por exemplo o ajuste do traço (relação ligante/areia). Na 3ª etapa, o traço foi ajustado para 1:2:0,5 (ligante:areia:água) e testado dois tipos de areia com granulometria diferente, uma com areia na granulometria de 0 a 2 mm e outra areia de granulometria fina, menor que 1 mm, nomeadamente, areia natural siliciosa com o nome comercial de S40/45. Foram definidas duas amassaduras como referências de cal viva, uma com areia média e outra com areia fina. Após realizar as misturas e o ensaio de espalhamento, as massas foram despejadas em moldes pequenos de 50x50x50mm³ e alocadas à ambiente de laboratório (±22ºC/60-70%HR) até a realização dos ensaios de flexão e compressão aos 28 dias, que demonstraram que os provetes com areia fina obtiveram melhores resultados e a partir daí, foi definido a utilização da areia S40/45. A Figura 25 resume esta etapa do trabalho. Figura 25 – Resumo da 3ª Etapa da campanha exploratória Na 4ª etapa, a cal hidratada foi substituída pela cal viva e adicionado a solução de água com “vinagre processado com conchas” (Vpc) como agente de reação, ou seja, vinagre em que as conchas foram parcialmente dissolvidas formando acetato de cálcio. O intuito desta combinação era aumentar a reatividade com cal viva e acelerar o início de presa e o processo de carbonatação com o uso do acetato de cálcio presente no Vpc. O acetato de cálcio comercial é usado como aditivo com efeito acelerador de presa no betão e na medicina como fonte de cálcio para prevenir a osteoporose (PATEL, 2024). O processo de dissolução de calcário com ácidos e posterior geopolimerização já foi referido por Davidovits et al. (1981) para composição de geopolimeros à base de compostos de soda, sílica e alumina. No entanto, parece ainda não ter sido testado para preparação de argamassas, sobretudo sem recorrer a geopolimerização ou a calcinação. O traço mudou para 1:2:0,7 (ligante:areia:líquido) e foram definidas duas amassaduras, uma utilizando água e outra a solução V (50% Vpc + 50% Água). Nessa etapa, a cal viva foi empregue com a finalidade de aproveitar as suas propriedades plásticas, facilitando a trabalhabilidade da argamassa fresca e proporcionando maior rigidez ao produto final, devido à carbonatação. De modo geral, a cal viva possibilita a 54 Condições de cura: Ambiente ±22ºC/60-70%HR 28 dias Argamassa Traço 1:2:0,5 Ref Areia Média Ref Areia Fina Campanha Exploratória 3ª Etapa
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes redução de problemas relacionados a fissuras por retração e contribui para a resistência mecânica das argamassas. O emprego do vinagre neste estudo foi baseado no trabalho realizado por Monteiro (2022), que a partir da utilização de conchas trituradas, submeteu elas à ação do vinagre. O objetivo foi investigar a reação química, observando a dissolução do cálcio e a formação de cristais de acetato de cálcio, acompanhada pela liberação de dióxido de carbono (CO₂). Em seguida, realizou ensaios variando as proporções de vinagre em relação ao ligante (conchas em pó) e a água (relação água/ligante). Não ficou claro no estudo se as conchas submetidas ao vinagre foram transformadas em pó e utilizadas nas amassaduras e por quanto tempo durou esta ação. Com o intuito de obter melhores resultados em relação ao estudo citado, optou-se por utilizar o vinagre de forma diferente. O vinagre utilizado nas amassaduras foi inicialmente adicionado num balde de conchas inteiras higienizadas e secas, e deixado por 48h na proporção de 1 litro para 500g de conchas. Retirado esse líquido procedeu-se de forma a diluir em 50% de água, formando a Solução V para ser utilizada nas amassaduras como a agente de reação. As conchas foram secas a ambiente e posteriormente calcinadas. No processo conhecido como acidificação, o ácido acético (CH₃COOH) do vinagre reage com o carbonato de cálcio (CaCO₃), uma substância de característica básica, presente na superfície da concha. Ao entrar em contato, essas duas substâncias irão reagir, liberando assim dióxido de carbono (CO₂), que irá se desprendendo aos poucos da superfície da casca da concha. O restante do ácido e da base irão realizar neutralização, formando água (H₂O) e um sal, chamado Acetato de Cálcio (Ca(C₂H₃O₂)₂) criando uma suspensão parecida com espuma que ficará em meio ao vinagre, expressada na reação química a seguir: CaCO₃ (s) + 2 CH₃COOH (aq) → Ca(C₂H₃O₂)₂ (aq) + H₂O (aq) + CO₂ (g)↑ (4) Ou CaCO₃ (s) + 2 CH₃COOH (aq) → Ca(C₂H₃O₂)₂ (aq) + H₂CO₃ (aq) (5) Após realizar as misturas e o ensaio de espalhamento, as massas foram despejadas em moldes maiores de 40x40x160mm³. A mistura com a solução V foi dividida em 2 moldes, sendo que um molde foi alocado na câmara húmida (±20ºC/87%HR) por 5 dias e o outro à ambiente (±22ºC/60-70%HR) juntamente com o molde da mistura com água até a realização dos ensaios de flexão e compressão aos 28 dias. A Figura 26 resume esta etapa do trabalho. 55
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes mais 15min mergulhado em água, para estabilização (Figura 29b) e mede-se o valor da escala correspondente ao nível do líquido (Figura 29c). A densidade é determinada seguindo a Equação 6: (6) D = densidade em g/cm³; m = massa da amostra seca em gramas; V₁ = volume lido no voluminímetro contendo somente o líquido auxiliar, em centímeros cúbicos; V₂ = volume lido no voluminímetro contendo o líquido auxiliar e a amostra, em centímeros cúbicos; (a) (b) (c) Figura 29 – Resumo do ensaio de massa volúmica: (a) V ;₁ (b) Materiais no Châtelier; (c) V₂ 3.3.2. Análise Granulométrica a Laser A análise granulométrica consiste na determinação do tamanho das partículas que constituem o material e na sua distribuição em determinados intervalos. Representada por uma curva da relação da dimensão dos grãos e nas respetivas percentagens de ocorrência, de modo a possibilitar as características físicas do material. O ensaio de granulometria foi realizado nas conchas em pó (resultante do processo de moagem apresentado no item 3.1.1) e no pó de forno de cal. O estudo da granulometria foi feito no laboratório da Escola de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Viana do Castelo (IPVC), através de uma unidade 62 D=m V2−V 1
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes automatizada (a laser) dispersora de partículas por via húmida, da marca Malvern modelo Masterziser 3000 - Hydro LV (Figura 30). O equipamento dispersa cuidadosamente pequenas amostras de pó (foram utilizados cerca de 5 g) em água destilada, utilizando ondas sonoras para separaras partículas. Isso resulta em uma suspensão estável e dispersão uniforme, permitindo a medição precisa dos grãos. Para evitar a sedimentação, uma bomba centrífuga é utilizada. A análise granulométrica do material é realizada através de um software em computador e após cinco leituras consecutivas, é possível determinar a densidade e as classes de tamanho dos grãos, podendo-se calcular a média das leituras para obter a representação gráfica final (MONTEIRO, 2022). Figura 30 – Equipamento Masterziser 3000 - Hydro LV 3.3.3. Análise Termogravimétrica (ATG) A Análise Termogravimétrica (ATG), ou TGA (Thermogravimetric analysis), é um ensaio no qual é realizado o monitoramento da perda ou da agregação de massa de uma amostra em função da temperatura ou do tempo, em condições térmicas e atmosféricas controladas. O equipamento de análise termogravimétrica é composto basicamente por uma termobalança, instrumento que permite a pesagem contínua da amostra em função da temperatura, ou seja, à medida que ela é aquecida ou resfriada, sendo assim, o ensaio analisa os fenómenos de libertação ou absorção de calor, por medição da diferença de temperaturas (delta T), entre a referência termicamente inerte e a amostra a ser testada. Os principais componentes da termobalança são: balança registradora, forno, suporte de amostra e sensor de temperatura, programador de temperatura do forno, sistema registrador e controle da atmosfera do forno. 63
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes A ATG das conchas em pó e em pedaços e do pó de forno de cal, foram realizadas no Laboratório da Escola de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Viana do Castelo (IPVC) utilizando da marca Netzsch, modelo STA 449 F3 Júpiter (Figura 31), com uma termobalança de alta precisão (precisão de 0,0001mg) e com um conjunto de dois porta-amostras de alumina: um para receber a amostra a ser testada e outro, de referência, com uma amostra de alumina (Al₂O₃) previamente calcinada a 1600 °C. Figura 31 – Equipamento STA 449 F3 Júpiter 3.3.4. Fluorescência de Raios X (FRX) O ensaio de Fluorescência de Raios X (FRX) é uma ferramenta para a análise química dos mais diversos materiais. Este ensaio permite a análise qualitativa e quantitativa da composição química de uma amostra, de forma rápida e precisa e de caráter não destrutivo. Sua ampla aplicação e capacidade de identificar vários elementos tornam essa ferramenta indispensável em pesquisas (Figura 32). Figura 32 – Equipamento para ensaio de FRX (AFINKO, 2014) 64
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes 3.3.5. Espalhamento A trabalhabilidade de uma mistura no estado fresco refere-se à sua facilidade em ser misturada, colocada e compactada. Alguns autores também consideram a capacidade de escoamento como uma propriedade importante para a trabalhabilidade. O estudo da deformação e escoamento de um material define sua reologia, termo definido por Bingham em 1929, derivado da palavra grega rhein que significa escorregar. Infelizmente, não existe um ensaio direto para medir a trabalhabilidade de um material ligante, mas existe ensaios para medir diferentes partes relacionadas ao ligante (COELHO,2009). O ensaio de espalhamento permite avaliar a influência da quantidade de líquido e da razão Líquido/Ligante (Lq/L), assim como da quantidade de ligantes e do diâmetro de espalhamento, no comportamento das argamassas. As misturas foram submetidas primeiramente ao ensaio de espalhamento, segundo a norma EN 1015-3, em que uma porção da mistura é colocada dentro de um molde em formato de cone truncado, posicionado no centro da mesa vibratória. Utilizando um pilão, a argamassa é compactada por meio de 10 leves batidas. Em seguida, o molde é retirado. A mesa, por sua vez, é equipada com uma alavanca que a eleva e abaixa rapidamente. Em seguida, a massa é submetida a 15 golpes de vibração, para garantir uma melhor distribuição da argamassa sobre a mesa de consistência e então tira-se as medidas, em que o diâmetro de espalhamento é calculado a partir da média aritmética das duas leituras ortogonais (d1 e d2) no centro da mistura, por meio de uma régua de medição (Figura 33 e 34). (a) (b) (c) Figura 33 – (a) Mesa de Consistência, (b) Mistura após moldar no cone, (c) Medição após vibração 65
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes Figura 34 – Cálculo para diâmetro de espalhamento, adaptado de (MONTEIRO, 2022) 3.3.6. Moldagem e Cura As misturas foram distribuídas em moldes 40x40x160mm³. Inicialmente os moldes são preenchidos até a metade, em seguida levados a mesa vibratória e recebe 60 golpes de vibração (Figura 35a) para evitar a formação de vazios dentro dos provetes, então mais mistura é despejada no molde e repete o processo na mesa vibratória. Os moldes são deixados descansar (Figura 35b) para curar em ambiente de laboratório, de acordo com o definido na campanha exploratória. Os provetes permaneceram nos moldes em média cerca de 5 dias e após o desmolde, permaneceram a ambiente de laboratório até o dia dos ensaios correspondentes. (a) (b) Figura 35 – (a) Mesa de Vibração, (b) Misturas nos moldes 3.3.7. Densidade Aparente A densidade aparente é determinada segundo a norma EN 1015-10, em que o volume do provete é obtido através das três dimensões de cada prisma (comprimento, largura e espessura). Cada lado foi medido três vezes. O peso da amostra é então dividido pelo seu volume. Na sequência o provete é aproveitado para os ensaios de resistência à flexão e compressão, respetivamente, devido ao teste de densidade aparente ser não destrutivo. 66
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes 3.3.8. Resistência à Flexão O ensaio de resistência à flexão realizado consistiu em avaliar a capacidade de um provete em resistir à flexão por três pontos. Os provetes utilizados no ensaio foram produzidos em moldes de 40x40x160mm³, com três provetes para cada composição de argamassa. O equipamento utilizado é o modelo LR50K Plus da marca LOYD. As peças do aparelho são diferentes para cada tipo de ensaio, incluindo uma prensa superior de carga e dois apoios horizontais distanciados de 100 ± 0,5mm, onde o provete é posicionado (Figura 36). O ensaio foi realizado segundo a norma EN 1015-11. A carga de partida é de aproximadamente 15N e o ensaio procede à uma velocidade mecânica estabelecida, de 0,005mm/s, até a falha. O resultado da resistência à flexão é calculado de acordo com a seguinte equação, arredondado para 0,1 MPa e obtido pela média aritmética dos valores individuais de cada provete, conforme a norma: (7) f – Resistência à flexão (MPa) F – Força máxima aplicada sobre o provete (N) I – Distância entre os apoios (mm) b e d – Dimensões laterais da secção dos provetes (mm) Figura 36 – Ensaio de Resistência à Flexão 67 f=1 ,5 xFxl bx d2
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes 3.3.9. Resistência à Compressão O ensaio de resistência à compressão determina a carga máxima que o provete é capaz de suportar e é realizado após o ensaio de flexão, este onde o provete de dimensão 40x40x160mm³ é partido ao meio, e uma das metades é submetida a uma força axial no ensaio seguinte. O ensaio foi realizado segundo a norma EN 1015-11 e o equipamento utilizado é o mesmo da flexão, modelo LR50K Plus da marca LOYD, onde os corpos de prova são posicionados em uma superfície plana e a carga é aplicada através de uma prensa, gradual e continua, até que a capacidade de resistência à força aplicada rompa a provete (Figura 37). A carga de partida é de aproximadamente 15N e o ensaio procede à uma velocidade mecânica estabelecida, de 0,005mm/s, até o rompimento. O resultado da resistência à compressão é dado pela seguinte equação: C=FxA (8) C - Resistência à compressão (N/mm2); F – Força máxima de compressão aplicada (N); A – Área da secção do provete (mm2). Figura 37 – Ensaio de Resistência à Compressão 3.3.10. Absorção de água por Capilaridade O ensaio de absorção de água por capilaridade, segundo a norma EN 1015-18, é um procedimento que avalia o aumento de massa dos corpos de prova com a base imersa em 1 cm de água. Foram utilizadas duas metades de provetes intactos de cada mistura resultante do ensaio de resistência à flexão aos 28 dias. Os provetes foram secos em estufa à 60°C até obter massa constante, tida quando após duas pesagens consecutivas, no intervalo de 24 horas, não houver uma variação da massa acima de 0,2%. Em seguida 68
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes procedeu-se à impermeabilização das laterais com silicone, para que a água seja absorvida apenas pelas faces não impermeabilizada. Os provetes são pesados e o resultado é considerado como a massa seca (M3). São então, colocados verticalmente em um recipiente com água até altura 1cm e tampado para evitar a evaporação (Figura 38). Os provetes foram pesados aos 5, 10, 15, 30, 60, 90, 120, 240, 1.440 e 10.080 minutos. A velocidade de absorção de água nos momentos iniciais é caracterizada pelo coeficiente de absorção de água por capilaridade, expresso em kg/m² x (min)½. O coeficiente foi determinado, conforme a norma, entre 10 e 90 minutos e seu valor foi obtido pela média dos resultados. O restante do tempo foi utilizado para construir as curvas de absorção capilar. O resultado absorção de água por capilaridade é dado pela seguinte equação: (9) C - Absorção de água por capilaridade kg/m² x (min)½ M1 – Massa do provete em 10min (g) M2 – Massa do provete em 90min (g) M3 – Massa do provete seco (g) Figura 38 – Ensaio de Capilaridade 3.3.11. Absorção de água por Imersão O ensaio de absorção de água por imersão mede a porosidade aberta de um material, comparando sua massa seca e saturada. Essa medida é crucial para avaliar sua durabilidade, pois materiais mais porosos são geralmente menos resistentes à umidade e a outros agentes degradantes. 69 C=0 ,1 x ( M2−M 1 )
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes Neste ensaio de absorção de água por imersão, os provetes utilizados foram os mesmos do ensaio de capilaridade. Com base na especificação LNEC E394 (1993) os provetes são saturados num recipiente com água a uma temperatura ambiente de 20±5ºC, até atingirem a massa constante, ou seja, uma variação de massa inferior a 0,2% em medições sucessivas no intervalo de 24 horas. Em seguida, são realizadas duas pesagens, uma após ser retirado do recipiente de saturação e retirado (M1) e a segunda, quando o provete é mergulhado na balança hidrostática (M2) (Figura 39). O resultado absorção de água por imersão é dado pela seguinte equação: (10) A – Absorção de água por imersão (%) M1 - Massa do provete saturado no ar (g) M2 – Massa hidrostática do provete saturado (g) M3 – Massa do provete seco (g) Figura 39 – Ensaio de Imersão 3.3.12. Carbonatação Acelerada A carbonatação é um processo químico em que o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) presente na mistura reage com o dióxido de carbono (CO₂) do ar, formando carbonato de cálcio (CaCO₃), através da Equação 11. Ca(OH) ₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O (11) 70 A=M1− M 3 M1− M 2x100
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes A carbonatação ocorre mesmo em ambientes rurais, com baixas concentrações de CO2 na atmosfera, na ordem de 0,03% em volume e em grandes cidades, esta concentração pode variar entre 0,30% e, excecionalmente, 1% (Neville, 1997). É um processo lento, que pode ser influenciado por inúmeras variáveis como, por exemplo, a humidade, a composição da mistura e a concentração de CO₂. O ensaio de carbonatação acelerada foi realizado na metade de 1 provete de cada argamassa, resultante do ensaio de flexão (40x40x160mm³) aos 28 dias. Os provetes passaram por um período de 14 dias em ambiente de laboratório (±22ºC/60-70%HR) antes do início do ensaio. Em seguida, a fim de limitar as superfícies de exposição, 4 das 6 superfícies foram cobertas com parafina. Os provetes foram colocados na câmara de carbonatação (60 ± 5% HR, 20 ± 2ºC, 5 ± 0,5% CO2, LNEC E391, 1993) e mantidos até as datas de avaliação: 7, 14 e 21 dias. Para avaliar a evolução da carbonatação, foi cortado cerca de 2cm de amostra do provete ao final de cada período. A superfície fraturada na qual se pretendia determinar a profundidade de carbonatação foi pulverizada com uma solução com 1% de fenolftaleína (indicador) e 70% de álcool etílico (RILEM-CPC-18, 1988). A solução de fenolftaleína em meio com o pH inferior a 9, material carbonatado, permanece incolor. Ao contrário, quando a solução entra em contacto com um meio de pH superior a 9, apresenta uma tonalidade cor-de-rosa, Figura 40. Figura 40 – Ensaio de Carbonatação Acelerada 71
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes 4.3. Caracterização no Estado Endurecido Com o objetivo de avaliar o desempenho das amassaduras, foram realizados ensaios mecânicos e de durabilidade. Foram caracterizadas quanto às suas propriedades mecânicas, avaliar a capacidade das argamassas de suportar cargas. Já os ensaios de durabilidade, incluindo absorção de água por capilaridade e imersão, visaram avaliar a resistência dos provetes em contato com a água e sua durabilidade em ambientes húmidos. Para tanto, as dimensões e a massa dos provetes foram medidas antes dos ensaios, para fins de comparação e cálculo da densidade. 4.4. Comportamento Mecânico 4.4.1. Densidade Aparente Resultado da densidade aparente apresenta-se na Tabela 19. Os dados mostram que a maior parte das argamassas apresentam densidades superiores às argamassas de referência, sendo as argamassas com poeiras aquelas que apresentam os valores mais elevados (ligeiramente superiores às argamassas com conchas em pó). Em geral, as argamassas mais densas tiveram menos retração e/ou ficaram mais pesadas. Tabela 19 – Determinação da densidade aparente ARGAMASSAS AOS 28 DIAS MÉDIA DENSIDADE APARENTE (Kg/m³) REF CAL 1531 REF CAL_A 1446 P25% 1556 P50% 1741 P90% 1799 P100% 1790 PQ100% 1790 PQ100%_A 1755 C25% 1572 C50% 1558 C90% 1687 C100% 1734 CQ25% 1486 CQ50% 1529 CQ90% 1639 CQ100% 1646 CQ100%_A 1581 78
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes 4.4.2. Resistência a Flexão Foram preparados 3 provetes de 40x40x160mm³ de cada argamassa, para cada idade, 28 e 60 dias. Para cada argamassa e cada idade, foram ensaiados 3 provetes, e o valor obtido foi a média dos três provetes, na sua respetiva idade. A Tabela 20 resume os resultados médios da resistência à flexão. Os resultados indicam uma baixa resistência à flexão e apresentam valores bastante dispersos entre as diferentes misturas. A consistência dos resultados é confirmada pelos baixos valores do desvio padrão. As argamassas feitas apenas com resíduos não calcinados, apresentaram resultados irrisórios nos ensaios de compressão e flexão, e foram desconsiderados nas comparações, assim como, não foram testadas em outros ensaios. Tabela 20 – Resultado do ensaio de Flexão aos 28 e 60 dias ARGAMASSAS AOS 28 DIAS AOS 60 DIAS MÉDIA RESISTÊNCIA À FLEXÃO (MPa) DESVIO PADRÃO (K) MÉDIA RESISTÊNCIA À FLEXÃO (MPa) DESVIO PADRÃO (K) REF CAL 0,76 0,07 0,94 0,06 REF CAL_A 0,55 0,03 0,52 0,02 P25% 0,49 0,08 0,73 0,09 P50% 1,17 0,11 1,65 0,08 P90% 0,91 0,11 0,83 0,06 P100% 0 0 - - PQ100% 1,33 0,07 1,31 0,07 PQ100%_A 0,37 0,02 0,33 0,04 C25% 0,84 0,13 1,60 0,01 C50% 0,86 0,15 1,10 0,03 C90% 1,01 0,05 0,89 0,07 C100% 0,15 0,01 - - CQ25% 0,57 0,02 1,23 0,16 CQ50% 0,75 0,15 1,12 0,16 CQ90% 0,69 0,07 0,84 0,14 CQ100% 0,56 0,03 - - CQ100%_A 0,51 0,1 0,50 0,08 A Figura 48 apresenta, em formato gráfico, os resultados dos ensaios de flexão realizados aos 28 e 60 dias. A evolução da resistência ao longo do tempo é comparada com a resistência das misturas de referência constituídas exclusivamente de cal como ligante, permitindo avaliar o efeito da adição dos demais componentes na resistência das argamassas. 79
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes A maioria das composições ecoeficientes estudadas apresenta desempenho similar, ou superior, ao desempenho das argamassas de referência com cal viva (REF CAL_A), conforme a posição relativamente às linhas de referência a tracejado aos 28 e 60 dias de cura. Este resultado geral é um bom indicador do potencial de valorização destes resíduos na produção de argamassas. Figura 48 – Resultado do ensaio de Flexão Há uma diferença de comportamento consoante o líquido utilizado, solução V e água. Na maioria das situações, as argamassas produzidas com recurso à solução V e com apenas 1 ligante (REF CAL, PQ100%, CQ100%) apresentaram um comportamento superior quando comparadas as mesmas argamassas produzidas utilizando água (REF CAL_A, PQ100%_A, CQ100%_A). No caso das argamassas com poeiras de cal calcinada (PQ100% x PQ100%_A) os valores de resistência à flexão são 72,18% superior aos 28 dias e 76,33% superior aos 60 dias. Este comportamento pode estar relacionado com a menor necessidade de líquido verificada para produção das argamassas que utilizaram solução V (ver Tabela 14). Observa-se que as argamassas feitas apenas com poeiras de cal calcinada apresentam o melhor e o pior comportamento quando comparadas as argamassas feitas apenas com cal viva, a referência base deste trabalho. A argamassa feita com poeiras de cal calcinadas e água (PQ100%_A) apresenta um comportamento à flexão que é 32,73% inferior ao comportamento da REF CAL_A aos 28 dias e 36,54% inferior aos 60 dias. Já a argamassa feita apenas com poeiras de cal calcinadas e solução V (PQ100%) apresenta um comportamento que é 42,86% superior ao comportamento da REF CAL aos 28 dias e 28,24% superior aos 60 dias. 80
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes No que se refere à utilização dos resíduos como substituto parcial da cal viva e solução V como agente reação, a argamassa P50% foi a que apresentou comportamento à flexão superior a argamassa produzida exclusivamente com cal (REF CAL), sendo 35,04% superior aos 28 dias e 43,03% superior aos 60 dias. Observa-se que não há uma tendência linear entre o aumento na percentagem de substituição e a redução na resistência à flexão (Figura 49). Os resultados dos ensaios das argamassas P25% e P90% apresentaram valores inferiores e próximos da referência, respetivamente. Este comportamento pode estar associado com a quantidade de líquido utilizado na fase de produção das argamassas. A relação Lq/L indica que a argamassa P25% possui um valor elevado (1,57), enquanto a P90% apresenta um valor baixo (0,80), porém obteve uma consistência fluida. Embora a quantidade de líquido tenha sido reduzida, a argamassa não atingiu a trabalhabilidade desejada, o que pode ter comprometido a sua qualidade e desempenho. Figura 49 – Relação entre argamassas de Referência e Poeiras (ensaio de Flexão) As argamassas com substituição parcial da cal viva por conchas em pó também apresentaram resultados superiores quando comparadas a argamassa REF CAL (Figura 50). A argamassa C25% apresentou melhor resultado com um comportamento à flexão que é 9,52% superior ao comportamento da REF CAL aos 28 dias e 41,25% superior aos 60 dias. 81
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes Figura 50 – Relação entre argamassas de Referência e Conchas (ensaio de Flexão) Todas argamassas com substituição parcial da cal viva por conchas em pó calcinadas obtiveram comportamento à flexão inferior a REF CAL aos 28 dias, somente as argamassas CQ25% e CQ50% vieram a superar os valores aos 60 dias (Figura 51). Observa-se que as argamassas produzidas com conchas em pó não calcinadas apresentaram melhor desempenho à flexão do que aquelas calcinadas. Este resultado é muito relevante uma vez que a calcinação exige a exposição à elevadas temperaturas, no caso a 800ºC, o que é ambientalmente desfavorável. Deve-se destacar que esse comportamento foi influenciado pela maior quantidade de água que necessitou nas argamassas CQ, o que também demonstra que a calcinação das conchas causou uma modificação nesse pó o que fez essas argamassas demandarem mais água. Figura 51 – Relação entre argamassas de Referência e Conchas calcinadas (ensaio de Flexão) 82
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes 4.4.3. Resistência à Compressão Os resultados de resistência à compressão são apresentados na Tabela 21. Embora a resistência à compressão seja inferior às argamassas convencionais, os resultados demonstram uma boa consistência, confirmada pelos baixos desvios padrão, no entanto, observa-se uma grande dispersão dos resultados entre as diversos argamassas. Tabela 21 – Resultado do ensaio de compressão aos 28 e 60 dias ARGAMASSAS AOS 28 DIAS AOS 60 DIAS MÉDIA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (MPa) DESVIO PADRÃO (K) MÉDIA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (MPa) DESVIO PADRÃO (K) REF CAL 1,86 0,15 2,18 0,10 REF CAL_A 0,83 0,10 1,16 0,05 P25% 1,34 0,09 2,01 0,06 P50% 2,04 0,04 3,11 0,24 P90% 1,14 0,29 1,35 0,11 P100% 0,14 0,07 - - PQ100% 2,02 0,40 2,27 0,13 PQ100%_A 0,86 0,03 2,00 0,39 C25% 1,20 0,29 1,90 0,15 C50% 1,37 0,03 2,07 0,05 C90% 1,30 0,11 1,62 0,05 C100% 0,36 0 - - CQ25% 0,87 0,05 2,00 0,05 CQ50% 1,18 0,13 1,94 0,22 CQ90% 1,01 0,03 1,29 0,24 CQ100% 0,76 0,22 - - CQ100%_A 0,88 0,03 1,27 0,13 A Figura 52 apresenta graficamente os resultados dos ensaios de compressão realizados aos 28 e 60 dias. Como no ensaio de flexão, de igual modo são apresentadas linhas de referência a tracejado aos 28 e 60 dias de cura, em que compara com a resistência das argamassas de referência constituídas exclusivamente de cal viva como ligante. Mostra também a evolução da resistência ao longo do tempo, permitindo uma análise detalhada do efeito da adição dos demais componentes na resistência das argamassas Tendo em vista, a argamassa de referência de cal (REF CAL_A) como base para as outras argamassas, percebe-se que a maioria das argamassas obtiveram resultados similares (PQ100%_A, CQ25%, CQ100%, CQ100%_A) ou mais elevados aos 28 dias, mas aos 60 dias obtiveram mais resistência e todos tiveram valores maiores que as argamassas de cal com água. 83
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes Figura 52 – Resultado do ensaio de Compressão Percebe-se que há uma diferença de comportamento consoante o líquido utilizado, solução V e água. Nas argamassas produzidas com recurso à solução V e com apenas 1 ligante (REF CAL e PQ100%) apresentaram um comportamento superior quando comparadas as mesmas argamassas produzidas utilizando água (REF CAL_A e PQ100%_A), porém na comparação entra as argamassas com conchas em pó calcinadas (CQ100% x CQ100%_A) não houve discrepância de valores. Assim como no ensaio de flexão, é possível perceber a relevância do emprego do vinagre nas composições, com destaque para as argamassas de referência de cal (REF CAL) e de poeiras (PQ100%), e as argamassas com percentagens de substituição. Todas as argamassas ganharam mais resistência com passar do tempo, destacam-se as argamassas PQ100%_A e CQ25% que duplicaram os valores. As argamassas com substituição parcial da cal viva por conchas em pó apresentaram resultados semelhantes as de conchas calcinadas, e isso acontece também com as poeiras, reafirma-se então, que não há necessidade de calcinar os materiais para que tenham aplicabilidade em argamassas ecoeficientes. No que se refere à utilização dos resíduos como substituto parcial da cal viva e solução V como agente reação, mais uma vez, a argamassa P50% obteve o melhor resultado nas duas idades quanto a resistência à compressão, reafirmando a boa relação das poeiras com o vinagre. Apresentou comportamento à compressão superior a argamassa produzida exclusivamente com cal (REF CAL), sendo 8,82% superior aos 28 dias e 29,90% superior aos 60 dias. Observa-se que também não há uma tendência linear entre o aumento na percentagem de substituição e a redução na resistência à compressão (Figura 53). Já as argamassas P25% e P90% apresentaram valores inferiores e abaixo da referência, respetivamente. 84
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes Uma explicação para a baixa resistência poderá ser o facto da presença de fósforo nas poeiras de cal (confirmada na análise química FRX, com 15,85% de fósforo) que prejudica a calcinação ou obtenção de CaO. Logo, justifica-se que as resistências tenham sido menores, tal como aconteceu com a argamassa P100% e PQ100%_A que obtiveram resultados ínfimos e na 1ª Etapa exploratória deste trabalho, em que se misturaram poeiras com água e os provetes não tiverem coesão suficiente para serem ensaiados. Figura 53 – Relação entre argamassas de Referência e Poeiras (ensaio de Compressão) As argamassas com substituição parcial da cal viva por conchas em pó apresentaram resultados inferiores quando comparadas a argamassa REF CAL (Figura 54). Observa-se que há uma relação direta entre o aumento na percentagem de substituição e a redução na resistência à compressão tanto aos 28 dias quanto aos 60 dias. Também pode-se justificar menos resistência nas conchas pelo teor de fósforo presente na composição de 7,72%. (confirmada na análise química FRX). Figura 54 – Relação entre argamassas de Referência e Conchas (ensaio de Compressão) 85
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes Todas argamassas com substituição parcial da cal viva por conchas em pó calcinadas obtiveram comportamento à compressão inferior a REF CAL nas idades correspondentes (Figura 55). Mais uma vez, observa-se que as argamassas produzidas com conchas em pó não calcinadas apresentaram melhor desempenho à compressão do que aquelas calcinadas, o que reforça a utilização deste resíduo sem a necessidade de calcinar. Figura 55 – Relação entre argamassas de Referência e Conchas calcinadas (ensaio de Compressão) 4.5. Durabilidade 4.5.1. Absorção de Água por Capilaridade O ensaio de absorção de água por capilaridade avalia a capacidade de um material absorver água através de seus poros e está diretamente relacionada à durabilidade do material, pois influencia a penetração de agentes agressivos. O objetivo principal do ensaio é determinar o coeficiente de absorção de água por capilaridade, que representa a quantidade de água absorvida por unidade de área e tempo. Diversos fatores influenciam a absorção por capilaridade, como a finura do ligante, a razão Lq/L, a idade do provete e o grau de compactação. A finura do ligante, por exemplo, estabelece uma relação inversa com a absorção por capilaridade, ou seja, quanto maior a granulometria, menor a absorção. Já a relação Lq/L exerce influência oposta, uma vez que um aumento nessa relação resulta em um maior volume de poros e, consequentemente, em maior absorção de água. De modo geral, valores baixos de absorção por capilaridade são desejáveis, pois indicam menor conectividade entre os poros e maior resistência à penetração de água e agentes agressivos, contribuindo para aumentar a durabilidade do material. 86
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes Os valores alcançados são indicados na Tabela 22. Observa-se valores elevados para todas as argamassas, quando comparados aos valores limite apresentados na EN 998-1 (2003), Tabela 1. Contudo, a utilização das poeiras e das conchas em pó nas argamassas proporcionaram uma redução no coeficiente de absorção de água por capilaridade em comparação as argamassas de referência, independentemente de percentagem de substituição utilizada. Considerando os fatores apresentados anteriormente, pode-se indicar que o emprego dos materiais com granulometria fina (poeiras e conchas em pó) colaboraram para menor absorção de água, já na razão Lq/L, indicado na Tabela 22, que não é possível perceber de que forma essa relação teve influência, visto que, o menor coeficiente não foi o utilizou menos líquido. Além disso, provetes com o mesmo valor 2 kg/m² x (min)½ de coeficiente, nomeadamente, P25% e C50%, tiveram proporções bem distintas na quantidade de líquido empregue na mistura em relação aos ligantes, que pode ser visualizado na Tabela 22 a seguir: Tabela 22 – Coeficiente de absorção de água por capilaridade (28 dias) e relação a razão Lq/L Argamassa Capilaridade Trabalhabilidade Provete Coeficiente de absorção kg/m² x (min)½ Razão Lq/L (1ª) Razão Lq/L (2ª) Razão Lq/L (1ª+ 2ª) REF CAL 2,3 0,50 1,10 1,60 REF CAL_A 2,5 0,50 1,29 1,79 P25% 2 0,52 1,05 1,57 P50% 2,1 0,55 0,38 0,93 P90% 1 0,60 0,21 0,80 P100% - 0,62 0,62 PQ100% 1,4 0,60 0,60 PQ100%_A 0,9 0,84 0,84 C25% 1,8 0,52 0,84 1,36 C50% 2 0,55 0,10 0,65 C90% 0,5 0,60 0,16 0,76 C100% - 0,58 0,58 CQ25% 1,1 0,54 1,06 1,60 CQ50% 2,1 0,59 0,99 1,57 CQ90% 1,8 0,68 0,44 1,13 CQ100% 0,1 0,68 0,68 CQ100%_A 1,6 0,90 0,90 Outro fator que pode ter influenciado com resultado em sua maioria com valores altos, é a idade dos provetes. Os provetes ensaiados tinham pouco mais de 28 dias e percebe-se que nos ensaios de flexão e 87
Utilização de conchas de ostras e pó de forno de cal na composição de argamassas ecoeficientes O tempo de cura desempenha um papel fundamental na evolução das propriedades das argamassas. Portanto, investigações com tempos de cura mais longos são essenciais para um melhor entendimento do comportamento dessas argamassas ao longo do tempo. Paralelamente, a otimização das dosagens e o estudo de possíveis aditivos para melhorar ainda mais o desempenho destas argamassas é fundamental, pois a proporção dos componentes influencia diretamente as reações químicas e nas características finais do material. Do ponto de vista da sustentabilidade, a utilização de conchas de ostra e pó de forno de cal na produção de argamassas demonstra um compromisso com a economia circular, promovendo a reutilização de resíduos e reduzindo a demanda por recursos naturais. Além disso, a pesquisa comparou a eficiência de diferentes processos, incluindo a calcinação do material, contribuindo para o desenvolvimento de soluções mais sustentáveis. 5.2. Sugestões para trabalhos futuros O trabalho com materiais residuais exige estudos aprofundados e a vários níveis. Com base nos resultados deste trabalho e considerando o potencial para futuras investigações, destacam-se: Estudo sobre as conchas de ostra e poeiras de cal empregues numa mesma argamassa; Estudo detalhado sobre as reações químicas existentes, principalmente a relação entre o ácido acético e os outros materiais; Estudo sobre a carbonatação acelerada mais aprofundado; Estudo sobre o emprego de aditivos que melhorem os aspetos de durabilidade, nomeadamente absorção por capilaridade e imersão; Estudos de aderência a diversos tipos de suporte das argamassas desenvolvidas. 94
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