CINZAS DE DEJETOS DE SUÍNOS COMO ADIÇÃO EM PRODUTOS À BASE DE CIMENTO

L.S. MARTELLO1, C.E.F. CASADO2, H. SAVASTANO JÚNIOR3

RESUMO: A deposição de dejetos de suínos no solo, de forma aleatória e continuada, tem acarretado conseqüências graves ao ambiente. Portanto, torna-se importante o desenvolvimento de maior número de pesquisas sobre a util ização adequada e novas alternativas para o uso desse resíduo. O objetivo desse trabalho foi investigar a cinza dos dejetos de suínos como material pozolânico e o potencial de sua util ização como substituto parcial do cimento. Os trabalhos foram divididos em duas fases. A primeira foi composta pela obtenção e caracterização das cinzas e a segunda pela análise da argamassa resultante, por meio da sua resistência à compressão (RC), absorção de água (AA), densidade (DS) e porosidade aparente (PA), realizados após 28 dias de cura imersa. Foram moldados 12 corpos-de-prova (CPs) cilíndricos, com 0, 10, 20 e 30% de cinzas em substituição ao cimento com três repetições para cada nível. A RC apresentou um efeito quadrático (p<0,01) em função dos níveis de cinzas, com redução a partir de 20% de substituição. Também foi observado um efeito quadrático entre níveis de cinza e AA, DS e PA (p<0,01). AA e PA aumentaram à medida que se elevou o nível de adição de cinzas, enquanto a DS reduziu a partir de 10% de substituição. Os resultados indicam que a cinza de dejetos de suínos não possui pozolanicidade, mas sugerem seu uso como material inerte (“fill er” ). PALAVRAS CHAVES: cimento alternativo, construção sustentável, reciclagem de resíduos.

ASHES FROM INCINERATION OF SWINE DEJECTS AS ADDICTION IN CEMENT BASED MATERIALS

ABSTRACT: The continuos deposition of swine dejects on soil has become a serious environmental problem. Therefore, more studies concerning to the correct use and new alternative to residues use became important. The objective of this work was to investigate the incinerated ashes from dejects swine as an eventual pozzolanic material and its potential use as a partial substitute of cement. This studies were divided in two phases. The first phase was composed by production and characterization of ashes and the second one by the evaluation of the resultant mortar and its compression strength (CS), water absorption (WA), bulk density (BD) and apparent void volume (AV), after 28 days of cure by immersion. Twelve hardened specimens were prepared with 0, 10, 20 and 30% ashes by mass of cement and with three repetitions for each level. The CS presented a quadratic effect (p<0,01) with ash levels, decreasing for 20% addition and upper. A quadratic effect (p<0,01) between ash levels and WA, BD and AV was observed. WA and AV increased with the increase of ash levels and BD decreased with the addition of 10% of ash over. The results obtained on this work showed that swine dejects ash has no pozzolanic activity but could be interpreted as a fil ler effect in the produced mortars. KEYWORDS: alternative cement, sustainable construction, wastes recycling. INTRODUÇÃO: O dejeto do suíno tem sido motivo de preocupação dos pesquisadores e ambientalistas, sobretudo em regiões de grande concentração da suinocultura com métodos de produção intensiva. A deposição aleatória e continuada desses dejetos no solo gera problemas ambientais, o que tem ocorrido em regiões do Sul do Brasil , como Santa Catarina. Países como

1 Mestranda da Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos da Universidade de São Paulo, Bolsista Capes, C.P.23, 13635-900 Pirassununga, SP, fone 19 3565 4176, fax 19 3565 4114, lumarte@uol.com.br. 2 Engenheiro de Materiais, Técnico de Nível Superior, FZEA/EP USP, 13635-900 Pirassununga, SP. 3 Professor Associado, Bolsista PQ CNPq, FZEA USP, 13635-900 Pirassununga, SP.

Bélgica e Holanda estão tomando medidas restritivas à deposição desses dejetos no solo (SEGANFREDO, 2000). É necessário o desenvolvimento de maior número de pesquisas sobre a util ização adequada desses dejetos, bem como novas alternativas para o seu uso. Nesse sentido, destacam-se as indústrias de cimento e concreto, as quais têm procurado cada vez mais util izar materiais inertes ou com atividade pozolânica em suas linhas de produção. Ao substituírem parte do cimento, essas pozolanas geram, além de economia de energia, a diminuição da poluição produzida durante a fabricação do cimento Portland, pela menor emissão de dióxido de carbono (JOHN, 2000). Vários subprodutos industriais e agrícolas apresentam características pozolânicas, com destaque para as cinzas volantes provenientes da queima do carvão em usinas termoelétricas. FERREIRA et al. (1997) enfatizaram a utili zação da cinza da casca de arroz como substituto parcial do cimento Portland, como adição mineral em concretos e na fabricação de outros tipos de material de construção. Vários trabalhos demonstraram o potencial de utili zação desse material (GUEDERT, 1989; FARIAS, 1990; ISAIA, 1995; PRUDÊNCIO JR., 1996). GEYER et al. (2000) demonstraram que a utili zação da cinza de lodo altamente poluente proveniente de esgoto urbano, pode ser uma alternativa segura e econômica, em substituição parcial de até 20% do cimento Portland. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi investigar a cinza dos dejetos de suínos como material pozolânico, bem como o potencial de sua uti li zação como substituto parcial do cimento. METODOL OGIA: Os trabalhos foram divididos em duas fases. A primeira foi composta pela obtenção e caracterização das cinzas e a segunda pela análise dos ensaios mecânicos e físicos. Na primeira, coletaram-se os dejetos da lagoa de decantação presente no setor de suinocultura do Campus USP em Pirassununga. Em seguida, os dejetos foram desidratados na estufa a 105oC. A queima foi programada para aumentar 10oC/min até atingir 800oC, permanecendo nessa temperatura por 30 minutos. O resfriamento foi gradativo, natural, até a temperatura baixar a 500oC. A seguir o material foi rapidamente resfriado. A moagem do material incinerado foi feita em um almofariz. Procedeu-se a análise granulométrica da cinza, tendo sido caracterizada com dimensão máxima de 0,30 mm, com mais de 92% do material passante pela malha #0,15 mm. Também se realizou o exame de difração de raios-X da cinza. Na segunda fase foram moldados 12 corpos-de-prova (CPs) cilíndricos, com 0, 10, 20 e 30% de cinzas em substituição ao cimento (quatro tratamentos) com três repetições para cada nível. Para a moldagem dos CPs, seguiu-se a metodologia da Associação Brasileira de Normas e Técnicas (ABNT), NBR 5751. A relação água/aglomerante util izada foi de 45%. Areia natural com módulo de finura de 2,12 e dimensão máxima de 2,4 mm foi utili zada como agregado miúdo (NBR-7217). Foram calculados os índices de consistência e massa específica de cada mistura. Após 28 dias de cura imersa, foram realizados os ensaios físicos e mecânicos, de acordo com a NBR 7215. Para os ensaios de resistência à compressão, util izou-se a prensa Emic DL 30000, com velocidade de carregamento igual a 5 mm/min e monitoramento pelo programa computacional M-Test, versão 1.01/96. A célula de carga empregada foi de 300 kN. A análise estatística foi realizada por meio do programa SAS (1990). RESULT ADOS E DISCUSSÕES: Os resultados obtidos na primeira fase se encontram na Tabela 1. O teste de difração de raios-X das cinzas identificou o quartzo (SiO2) como o material mais abundante, provavelmente proveniente de minerais presentes nos dejetos e oriundos da lagoa de decantação. Os resultados médios do ensaio mecânico de resistência à compressão estão apresentados na Figura 1. Observa-se que os corpos-de-prova moldados com adição de 10% de cinzas de dejetos de suínos tiveram aumento de 2,3% na resistência à compressão em comparação aos controles (35,08 e 34,25 MPa, respectivamente). Houve decréscimo na resistência à compressão a partir de 20% de substituição de parte do cimento pelas cinzas (31,86 e 24,28 MPa para 20 e 30%, respectivamente). Comparados com os resultados do controle, observa-se que a adição de 20% de cinzas apresentou resistência 7% menor e a de 30% de cinzas reduziu a resistência em 29%. GEYER et al. (2000), em trabalho com adição de cinzas de lodo de esgoto urbano em substituição parcial ao cimento, observou aumento de 20% nos resultados de resistência à compressão de concreto com a adição de até 20% de cinzas, comparado com as amostras sem cinza. Os valores relatados por eles foram 14,7, 17,8 e 17,7 para 0, 10 e 20% de cinza, respectivamente. Por outro lado, FERREIRA et al. (1997), trabalhando com cinzas

de casca de arroz em substituição ao cimento, em nível de 10%, encontraram valores de resistência à compressão em torno de 35 MPa, após 28 dias de cura. Ainda segundo os autores, essa adição de 10% de cinza de casca de arroz resultou aumento de 27% na resistência à compressão do concreto em comparação ao controle. As Figuras 2, 3 e 4 apresentam os resultados dos ensaios físicos, os quais apresentaram efeito quadrático (p<0,01) para as três características avaliadas. Houve aumento da absorção de água, a partir do grupo controle, sendo o maior valor registrado para 20% de cinzas. Na Figura 3, observa-se o comportamento da densidade dos materiais analisados. A adição de 10% de cinzas aumentou a densidade do material, com posterior redução para os níveis de 20 e 30%. Observam-se, na Figura 4, os resultados da porosidade aparente dos materiais. A partir do grupo controle, a porosidade aparente aumentou até o nível de 20%, e apresentou tendência de estabil ização para o teor de 30% de cinza. Esses resultados indicaram que a adição de até 10% de cinzas de suínos pode não apresentar problemas de empacotamento, podendo ser verificado pelo aumento da densidade até esse nível. Segundo PANDOLFELLI et al. (2000), um fator que pode alterar a condição de empacotamento das partículas é a sua morfologia (forma). À medida que se aumenta a concentração de partículas não esféricas, a estrutura de empacotamento é destruída e ocorre a diminuição da densidade, o que resulta maior porosidade. Por fim, a morfologia das partículas está intrinsecamente relacionada com a moagem do material, o que sugere estudos adicionais a respeito, principalmente com relação ao tipo de equipamento util izado e tempo de moagem. CONCLUSÕES: Os resultados obtidos neste trabalho indicam que a cinza de dejetos de suínos coletados na lagoa de decantação não possui atividade pozolânica, tendo apresentado alto teor de sílica na forma cristalina. Porém, sugerem que a adição de até 10% de cinzas em substituição ao cimento pode ser utili zada como material inerte de enchimento. Entretanto a util ização desse resíduo necessita estudos adicionais relacionados à metodologia de coleta dos dejetos, ao tempo e temperatura de queima, tipo e tempo de moagem da cinza. Tabela 1. Resultados obtidos nos diversos níveis de substituição do cimento pelas cinzas.

% de cinzas na mistura Características avaliadas 0 10 20 30

Índice de consistência (mm) 258,8 215,96 204,86 214,4 Massa específica (g/cm3) 2,23 2,21 2,19 2,05

y = 8.4420 + 2.1998x - 0.4275 x2

R2 = 0.74318.0

9.0

10.0

11.0

12.0

0 10 20 30Cinzas (%)

Abs

orçã

o de

Águ

a (

% e

m m

assa

)

Figura 1. Efeito dos níveis de cinza em substituição parcial ao cimento sobre a resistência à compressão (MPA).

Figura 2. Efeito dos níveis de cinza em substituição parcial ao cimento sobre a absorção de água.

y = 34.238 + 0.2993x - 0.021x2

R2 = 0.999920

25

30

35

40

0 10 20 30Cinzas (%)

Res

istê

ncia

à C

ompr

essã

o

(MP

a)

Figura 3. Efeito dos níveis de cinza em substituição parcial ao cimento sobre a densidade.

Figura 4. Efeito dos níveis de cinza em substituição parcial ao cimento sobre a porosidade aparente.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR-7217. Agregados Determinação da

composição granulométrica. Rio de Janeiro: ABNT, 1987. ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR-5751. Materiais Pozolânicos -

Determinação da atividade pozolânica – Índice de atividade pozolânica com cal. Rio de Janeiro: ABNT, 1992.

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR-7215. Cimento Portland Determinação da resistência à compressão. Rio de Janeiro: ABNT, 1996.

FARIAS, J. A. Cimento para alvenaria util izando cinza de casca de arroz. Porto Alegre, 1990. Dissertação (Mestrado) - Curso de Pós-Graduação em Engenharia Civil , Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

FERREIRA, A. A.; SILVEIRA, A. A.; DAL MOLIN, D.C.C. A cinza da casca de arroz: possibil idades de util ização como insumo na produção de materiais de construção. In: I ENCONTRO NACIONAL SOBRE EDIFICAÇÕES E COMUNIDADES SUSTENTÁVEIS, 1997, Canela. Anais..., Assoc. Nac. de Tec. do Ambiente Construído: Canela, 1997. p. 293-298.

GEYER, A. L. B., MOLIN, D. D, CONSOLI, N. C. Recycling of sewage sludge from treatment plants of Porto Alegre city, Brazil , and its use as a addition in concrete. In: INTERNATIONAL CONF. SUSTAINABLE CONSTRUCTION INTO THE NEXT MILLENNIUM: ENVIRONMENTALLY FRIENDLY AND INNOVATIVE CEMENT BASED MATERIALS, 2000, João Pessoa. Proceedings…, Universidade Federal da Paraíba/The University of Sheffield: João Pessoa, 2000. p. 464-473.

GUEDERT, L. O. Estudo da viabil idade técnica e econômica do aproveitamento da cinza de casca de arroz com material pozolânico. Florianópolis, 1989. Dissertação (Mestrado) - Programa de pós-graduação em Engenharia de Produção e Sistemas, Universidade Federal de Santa Catarina.

ISAIA, G. C. Efeito de misturas binárias e ternárias de pozolanas em concreto de elevado desempenho: um estudo de durabilidade com vistas à corrosão da armadura. São Paulo, 1995. Tese (Doutorado) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo.

JOHN, V.M. Reciclagem de resíduos na construção civil. São Paulo, 2000. Tese (Livre-Docência) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo.

PANDOLFELLI, V.C.; OLIVEIRA, R. I.; STUDART, A. R. et al. Dispersão e empacotamento de par tículas – Pr incípios e aplicações em processamento cerâmico. São Paulo: Fazendo Arte, 2000. 224 p.

PRUDÊNCIO JÚNIOR, L. R.; SANTOS, S. Influência do grau de moagem na pozolanicidade da cinza da casca de arroz. In: WORKSHOP RECICLAGEM E REUTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS COMO MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL, São Paulo. Anais..., 1996, p 53-62.

SAS/STAT User’s Guide, Version 6, 4 ed., v.2, Cary, North Carolina: SAS Intitute Inc. SEGANFREDO, M. A. Equação de dejetos. EMBRAPA-CNPSA (Informe Técnico), 2000. 3p.

y = 17.0958 + 4.7867x - 1.0295x2

R2 = 0.77815.0

17.5

20.0

22.5

25.0

0 10 20 30Cinzas (%)

Por

osi

dade

Ap

aren

te

(% e

m v

olu

me)

y = 2.0262 + 0.0321x - 0.0156 x2

R2 = 0.52121.9

2.0

2.0

2.1

2.1

0 10 20 30Cinzas (%)

Den

sida

de

(g

/cm

3)

y = 17.0958 + 4.7867x - 1.0295x2

R2 = 0.77815.0

17.5

20.0

22.5

25.0

0 10 20 30Cinzas (%)

Por

osi

dade

Ap

aren

te

(% e

m v

olu

me)