Proposição de novas técnicas para a caracterização de cal ...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ CIBELE MAGGIONI MARTINS DÉBORA HARMEL PROPOSIÇÃO DE NOVAS TÉCNICAS PARA A CARACTERIZAÇÃO DE CAL HIDRATADA PARA A CONSTRUÇÃO CIVIL EM CONTRAPARTIDA ÀS ESPECIFICAÇÕES DA NBR 7175 CURITIBA 2012
Transcript of Proposição de novas técnicas para a caracterização de cal ...
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
CIBELE MAGGIONI MARTINS
DÉBORA HARMEL
PROPOSIÇÃO DE NOVAS TÉCNICAS PARA A CARACTERIZAÇÃO DE CAL
HIDRATADA PARA A CONSTRUÇÃO CIVIL EM CONTRAPARTIDA ÀS
ESPECIFICAÇÕES DA NBR 7175
CURITIBA
2012
CIBELE MAGGIONI MARTINS
DÉBORA HARMEL
PROPOSIÇÃO DE NOVAS TÉCNICAS PARA A CARACTERIZAÇÃO DE CAL
HIDRATADA PARA A CONSTRUÇÃO CIVIL EM CONTRAPARTIDA ÀS
ESPECIFICAÇÕES DA NBR 7175
CURITIBA
2012
Trabalho de conclusão de curso apresentado à disciplina Trabalho Final de curso como requisito parcial à conclusão do Curso de Engenharia Civil, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná. Orientadora: Profa. Dra. Marienne do Rocio de Mello Maron da Costa
AGRADECIMENTOS
Aos nossos pais, Nerci M. Maggioni Martins e Jorge Adauto Martins (Cibele) e
Margareth Sonntag Harmel e Cláudio Harmel (Débora), e irmãs, Iara Maggioni
Martins e Betina Harmel, pelo apoio e amor incondicional.
A nossa orientadora, Marienne do Rocio de Mello Maron da Costa, pela orientação, apoio, tempo dedicado a este trabalho e conhecimentos transmitidos.
Ao Alécio Júnior Mattana, pelo apoio, atenção, companheirismo e conhecimento compartilhado. Ao Prof. José Manoel dos Reis Netos por abrir as portas do LAMIR, permitindo a realização dos ensaios que foram fundamentais a este trabalho, e por compartilhar conhecimento e esclarecer algumas dúvidas.
Aos técnicos do LAMIR, Franciele de Oliveira Czervinski, Leandro Keiji Maurer Ozahata, Rodrigo Secchi e Elisiane R. Pescini, pelas reuniões e auxílio na execução dos ensaios. Ao Gabriel Augusto Carvalho pelo apoio, compreensão e pelo auxílio prestado em todos os momentos. À Leticia Scheifer, por abrir mão de seu tempo livre e colaborar na realização deste trabalho. Às nossas colegas de curso de Engenharia Civil, em especial à Kerolyn Postigo Marangoni, Emilly Hirt, Giselle de Fátima Gronovicz e Mayara Arboite Joaquim, pelo apoio durante o desenvolvimento deste trabalho. A todos que contribuíram de alguma forma para a conclusão deste trabalho.
RESUMO
A cal como material de construção vem sendo utilizada desde milhares de anos a.C, seja como reforço de solos na construção de estradas, ou também como aglomerante em argamassas. No Brasil, a maioria das cales fabricadas é resultado da calcinação de calcários/dolomitos metamórficos de idades geológicas diferentes, geralmente muito antigas. Na região sul e sudeste predominam os dolomitos e calcários magnesianos e no restante do país há predominância dos calcários calcíticos. No comércio encontram-se basicamente dois tipos de cal para a construção civil, a cal virgem e a cal hidratada, sendo a primeira o principal produto da calcinação das rochas, e a segunda um produto da reação da primeira com a água. Pode-se fazer outra subdivisão das cales hidratadas, em cal hidratada cálcica, dolomítica e magnesiana, subdivisões estas que são feitas de acordo com o hidróxido presente predominante. O mercado da construção civil incorporou diversos fornecedores deste aglomerante devido à sua facilidade de produção, porém seus produtos devem apresentar requisitos mínimos de aceitação para que sejam comercializados. A NBR 7175:2003 - Cal hidratada para argamassas estabelece exigências químicas e físicas que devem ser respeitadas pelo produto cal hidratada. Estas exigências são obtidas através de ensaios de caracterização propostos nessa norma, alguns necessitando de inovação e de maior representatividade para o produto cal hidratada para a construção civil. Novas técnicas laboratoriais na área de materiais de construção no que se refere à caracterização química e física estão disponíveis, apresentando resultados complementares, ou até mesmo resultados similares aos de norma, sendo executados com maior precisão e facilidade de execução. Dentre essas técnicas complementares, destacam-se a Termogravimetria, Espectrometria de Fluorescência de Raios X e Difratometria de Raios X na análise química e Granulometria a Laser na análise física. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo apresentar novas técnicas de caracterização para o produto cal, ensaiando-se um universo amostral amplo de cales hidratadas comercializadas no Brasil, e verificando-se se estas técnicas apresentam resultados representativos que possam complementar ou substituir ensaios indicados na norma brasileira. A partir dos resultados obtidos foi possível observar que os referidos ensaios demonstram ser uma alternativa mais rápida para a caracterização química e física estabelecida na norma de especificação NBR 7175 , desde que ajustes de procedimento sejam devidamente realizados com base nas características específicas desse produto.
Palavras-chave: cal hidratada, NBR 7175, argamassas.
ABSTRACT
The lime has been manufactured since thousands of years before A.D. It can be use as soil backup for road construction, or also as the complement in mortar. In Brazil, most manufactured lime oxides are result of limestone/metamorphic dolostone from different geological ages, usually very old. In the south and southeast regions, the dolostones and limestones are predominant. In the rest of the country, it’s more common the application of high lime. At local stores, you can find basically two kinds of lime oxides: plain and hydrated. The first one is the product of rock calcinations, while the latter is the result of the first one when mixed with water. You can subdivide the hydrated limes into: hydroxides of lime, dolomitic and magnesium, which are made according with the predominant hydroxide. The construction market has incorporated different providers for those products, since the production is considered easy to achieve. However, it is necessary for them to be into Brazilian rules so that it can be sold. The NBR (Brazilian Norm) 7175:2003 – hydrated lime oxides for lime has some chemical and physical demands that must be respected. Those demands are made after scientific tests so that it is shown the specific characteristics of the elements. Some of those tests are in need of an update and more representation of the empirical use for construction and civil engineering. New techniques are available, bringing complementary data and results, sometimes even similar to the ones from the NBR norm, being executed more precisely and easily. Some of these complementary techniques are: Thermogravimetric analysis, X-Ray Fluorescence Spectroscopy and X-Ray Scattering Techniques in chemistry and Laser Soil Gradation in physics. That being said, this publication has the purpose of presenting new techniques for the characterization of lime oxides, using a vast universe of hydrated lime oxides sold in Brazil and verifying if these techniques present significant results that can complement or replace the essays being used right now on the Brazilian norm. Based on the obtained results, it was possible to conclude that these tests prove to be a faster alternative to the chemical and physical characterization of the NBR 7175 norm, provided that adjustments to the procedures are performed depending on the products characteristics.
Keywords: hydrated lime, NBR 7175, mortars.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................................... 1
1.1 ESCOPO GERAL ............................................................................................................................. 1
1.2 OBJETIVO ...................................................................................................................................... 2
1.3 JUSTIFICATIVA .............................................................................................................................. 3
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO .......................................................................................................... 4
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................................................. 5
2.1 CAL: ORIGEM E FABRICAÇÃO ....................................................................................................... 5
2.2 TIPOS DE CAL PARA CONSTRUÇÃO CIVIL ..................................................................................... 9
2.2.1 Cal Aérea .................................................................................................................................. 9
2.2.2 Cal Hidráulica .......................................................................................................................... 11
2.3 CONTROLE DE QUALIDADE DAS CALES HIDRATADAS ................................................................ 12
2.4 USO DA CAL EM ARGAMASSAS .................................................................................................. 14
2.5 TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO DAS CALES .............................................................................. 18
2.5.1 NORMALIZAÇÃO BRASILEIRA ................................................................................................. 18
2.5.2 ENSAIOS COMPLEMENTARES ................................................................................................. 19
2.5.2.1 GRANULOMETRIA A LASER..................................................................................................... 19
2.5.2.2 DIFRATOMETRIA DE RAIOS-X ................................................................................................. 20
2.5.2.3 ESPECTROMETRIA DE FLUORESCÊNCIA DE RAIOS-X .............................................................. 22
2.5.2.4 TERMOGRAVIMETRIA ............................................................................................................. 23
3. METODOLOGIA ............................................................................................................................... 27
3.1 MATERIAIS UTILIZADOS .............................................................................................................. 28
3.2 MÉTODOS REALIZADOS .............................................................................................................. 29
3.2.1 MASSA ESPECÍFICA E MASSA UNITÁRIA ................................................................................. 29
3.2.2 GRANULOMETRIA A LASER..................................................................................................... 31
3.2.3 DIFRATOMETRIA DE RAIOS-X ................................................................................................. 31
3.2.4 ESPECTROMETRIA DE FLUORESCÊNCIA DE RAIOS-X .............................................................. 32
3.2.5 TERMOGRAVIMETRIA ............................................................................................................. 33
3.2.6 ANÁLISE QUÍMICA PELA NBR 6473:2003 ............................................................................... 34
3.2.7 ANÁLISE DA FINURA PELA NBR 9289:2000 ............................................................................ 35
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ........................................................................................................... 37
4.1 MASSA ESPECÍFICA E MASSA UNITÁRIA ..................................................................................... 37
4.2 ANÁLISE QUÍMICA DA NBR 6473:2003....................................................................................... 38
4.3 ANÁLISE QUÍMICA – NOVAS TÉCNICAS ...................................................................................... 40
4.3.2 RESULTADOS DE TERMOGRAVIMETRIA ........................................................................................ 44
4.3.3 ANÁLISE QUÍMICA COMPLETA PELA ESPECTROMETRIA DE FLUORESCÊNCIA DE RAIOS-X E
TERMOGRAVIMETRIA ............................................................................................................................. 48
4.3.4 DIFRATOMETRIA DE RAIOS-X ................................................................................................. 50
4.3.5 GRANULOMETRIA A LASER - ANÁLISE FÍSICA ......................................................................... 52
5. CONCLUSÕES .................................................................................................................................. 56
6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ...................................................................................... 58
REFERÊNCIAS .......................................................................................................................................... 59
ANEXOS .................................................................................................................................................. 62
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Reservas medidas de Calcários/Dolomitos no Brasil (1990 - em milhões de toneladas)
(GUIMARÃES, 2002) ................................................................................................................................. 4
Figura 2 - Extração de pedra calcária para fabricação da cal (COELHO, et al. 2009) ............................... 5
Figura 3 - Influência da temperatura de calcinação (PAIVA et al., 2007) ................................................. 7
Figura 4 - Esquema de industrialização da cal (GUIMARÃES, 2002) ........................................................ 8
Figura 5 - Benefícios da cal nas argamassas (GUIMARÃES, 2002) ......................................................... 18
Figura 6 - Esquema de leitura de granulometria pelo Granulômetro a Laser ....................................... 20
Figura 7 - Arranjo básico de um difratograma de raios-x (GEMELLI, 2001 apud PEREIRA, 2012) ......... 21
Figura 8 - Figura de Difração de raios x de cal hidratada (HOPPE, J. F, 2008)........................................ 22
Figura 9 – Espectro de fluorescência de raios X de calcário (MATIAS, L., 2007) .................................... 23
Figura 10 - Exemplo de curva TG/DTG de cal CH-III (QUARCIONI, 2008) ............................................... 25
Figura 11 - Resumo da metodologia adotada ........................................................................................ 27
Figura 12 - Figura ilustrando as bombonas de armazenagem das cales (LATECA-UFPR) ...................... 28
Figura 13 - Fluxograma de preparação de amostras para envio aos laboratórios................................. 29
Figura 14 - A) Ensaio de Massa Unitária (LATECA-UFPR); B) Arrasamento de superfície (LATECA-UFPR)
................................................................................................................................................................ 30
Figura 15 - Ensaio de Massa Específica .................................................................................................. 31
Figura 16 – a) Molde para prensagem das amostras; b) Difratômetro de Raios-X (LAMIR, UFPR) ....... 32
Figura 17 – Confecção das pastilhas para o ensaio de FRX. A) Prensa; B) Pastilha de cal (LAMIR/UFPR)
................................................................................................................................................................ 32
Figura 18 - Equipamento utilizado no ensaio de Espectrometria de Fluorescência de Raios-X (LAMIR-
UFPR) ...................................................................................................................................................... 33
Figura 19 - A) Amostra de cal e cadinhos utilizados no ensaio de Termogravimetria; B) Equipamento
de Termogravimetria (LAMIR/UFPR) ..................................................................................................... 34
Figura 20 - Resultados de Massa Específica ........................................................................................... 37
Figura 21 - Resultados de Massa Unitária .............................................................................................. 37
Figura 22 - Comparação de Resultados de Massa Unitária .................................................................... 40
Figura 23 - Correlação entre os resultados de Massa Unitária .............................................................. 40
Figura 24 - Análise NBR 6473 x FRX (Teor de Cao e MgO) ..................................................................... 42
Figura 25 - Correlação entre ensaios...................................................................................................... 43
Figura 26 – Curva TG/DTA da amostra I-A ............................................................................................. 44
Figura 27 – Curva TG/DTAda amostra III-B ............................................................................................ 45
Figura 28 - Difratograma da amostra I-A ............................................................................................... 51
Figura 29 - Difratograma da amostra III-E .............................................................................................. 51
Figura 30 - Curvas Granulométricas ....................................................................................................... 53
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Exigências químicas (Norma Brasileira – NBR 7175:2003) ................................................... 13
Tabela 2 - Exigências físicas (Norma Brasileira – NBR 7175:2003) ........................................................ 14
Tabela 3 - Nomenclatura das cales ........................................................................................................ 28
Tabela 4 - Cálculo do teor de óxidos não hidratados ............................................................................. 35
Tabela 5 - Resultado da Análise Química pela NBR 6473....................................................................... 38
Tabela 6 - Resultados de FRX e PF .......................................................................................................... 41
Tabela 7 - Análise comparativa dos resultados de FRX e dos resultados da NBR 7175 ......................... 41
Tabela 8 - Análises do ensaio de Termogravimetria .............................................................................. 46
Tabela 9 - Caracterizações obtidas pelas análises de FRX e TG ............................................................. 47
Tabela 10 - Cálculos da NBR 7175 para obtenção dos teores de óxidos não hidratados e de óxidos
hidratados .............................................................................................................................................. 48
Tabela 11 - Análise comparativa entre as metodologias ....................................................................... 49
Tabela 12 - Legenda dos gráficos de DRX ............................................................................................... 51
Tabela 13 - Resultados de Finura - NBR 9289 ........................................................................................ 54
Tabela 14 - Comparações da NBR 7175 - Análise Física ......................................................................... 54
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1. INTRODUÇÃO
1.1 ESCOPO GERAL
A história da cal pode ser contada paralelamente à evolução das civilizações,
pois sua presença em construções de suma importância histórica é marcante. O
homem conheceu a cal provavelmente nos primórdios da Idade da pedra
(GUIMARÃES, 1998). Porém sua utilização como aglomerante na construção civil
remonta à civilização egípcia, milhares de anos a. C.
A cal virgem, cal viva ou cal ordinária, é o principal produto da decomposição
térmica do calcário a elevadas temperaturas; esse processo é chamado de
calcinação. Os calcários são rochas sedimentares que possuem minerais de
carbonato de cálcio (calcita) ou carbonato de cálcio e magnésio (dolomita). Depois
de extraído, selecionado e moído, o calcário é submetido ao processo de calcinação
do qual se obtém o óxido de cálcio (CaO) e o óxido de magnésio (MgO), ou seja, a
cal.
A cal hidratada, por sua vez, resulta da hidratação da cal virgem. Esse
mecanismo no qual a cal virgem reage com água convertendo-se em hidrato é
conhecido como hidratação ou extinção. A composição química do hidróxido de
cálcio, ou cal hidratada, varia de acordo com as características da cal viva que lhe dá
origem (GUIMARÃES, 1998). Sendo assim, por definição, cal hidratada é um pó
obtido pela hidratação da cal virgem, constituído essencialmente de uma mistura de
hidróxido de cálcio e hidróxido de magnésio, ou ainda, de uma mistura de hidróxido
de cálcio, hidróxido de magnésio e óxido de magnésio (NBR 7175, ABNT, 2003).
As cales hidratadas são classificadas pela NBR 7175 de acordo com sua
composição química, como: CH I, CH II e CH III, diferenciando-se basicamente pelo
teor de CO2 (RAGO et al, 1999). Outros fatores determinados por norma são os
óxidos não hidratados cujo máximo permitido para CH III é de 15% e para CH I é de
10% e os óxidos totais cujo mínimo é de 88% para CH III e 90% para CH I.
Apesar disso, com a NBR 7175 não é possível obter dados efetivos de
caracterização das cales, limitando assim seu potencial de utilização nas
argamassas, visto que o potencial do produto não é apresentado a partir destes
2
requisitos. Sendo assim, novos e mais precisos conceitos de caracterização das
cales hidratadas devem ser inseridos visando uma avaliação mais precisa e realista
sobre o produto cal para construção civil.
A cal hidratada possui diversas aplicações dentre as quais vale ressaltar sua
utilização como aditivo para asfaltos, pintura, tratamento de água, estabilização
química de solos e aglomerante para argamassas, sendo essa última a mais
relevante para o estudo em questão. O aglomerante é o hidróxido e a capacidade
aglomerante da cal hidratada é quantificada pelo teor dos hidróxidos presentes no
produto. No estado fresco a cal fornece maior plasticidade à argamassa, o que
acarreta numa melhor trabalhabilidade para a mistura. Por possuir baixo módulo de
elasticidade, a cal contribui para a capacidade de absorção de deformações na
argamassa em sua fase endurecida.
1.2 OBJETIVO
Desenvolver um estudo referente à implantação de novas técnicas
laboratoriais a fim de aprimorar o conhecimento sobre a cal hidratada ofertada no
mercado. A NBR 7175:2003 (Cal hidratada para argamassas) estipula determinados
requisitos cuja finalidade está em avaliar as características físicas e químicas do
material em análise. Propõe-se a realização de ensaios complementares aos
especificados na NBR 7175 que permitam uma avaliação mais efetiva sobre as
características da cal hidratada, a fim de tornar possível um diagnóstico mais preciso
em relação à sua qualidade, bem como ampliar o seu potencial para o emprego em
argamassas. Os ensaios complementares sugeridos nesse estudo são o de
Termogravimetria, Espectrometria de Fluorescência de Raios-X, Difratometria de
Raios-X e Granulometria a laser.
3
1.3 JUSTIFICATIVA
Pela diversidade de aplicações, a cal está entre os dez produtos de origem
mineral de maior consumo no planeta. Estima-se que sua produção mundial esteja
em torno de 145 milhões de toneladas por ano. Atualmente, o Brasil é o sexto país
com mais reservas de calcário do planeta e há centenas de produtores distribuídos
em todo o território nacional. Devido a sua ampla utilização, a cal necessita de um
rígido controle de qualidade. Com a finalidade de definir limites aos materiais
empregados na construção civil, a ABNT (Associação Brasileira de Normas
Técnicas) cria normas que devem ser acatadas em todo o Brasil. A NBR 7175:2003,
que rege os parâmetros da cal hidratada, sofreu modificações desde sua criação. A
norma brasileira referente à cal hidratada NBR 7175 (ABNT, 1992) nasceu como EB-
1.53, e se baseou em grande parte nas especificações da ASTM C-110 (ASTM,
1976), após vários estudos sobre a qualidade da cal hidratada brasileira
(CINCOTTO, IPT, 1976), observou-se que certos limites deveriam ser reavaliados. A
quantidade de CO2 no produto final aparece como um dos fatores mais polêmicos no
curso de atualização da referida norma, sendo este o responsável pela atual
classificação dos três tipos de cales, ao lado de teor de óxidos, plasticidade e
retenção de água (RAGO et al, 1999). Assim sendo, a inclusão dos ensaios de
Termogravimetria, Espectrometria de Fluorescência de Raios-X, Difratometria de
Raios-X e Granulometria a laser na NBR 7175 vem a ser de importante contribuição
para a avaliação das cales nacionais. Vale destacar a importância deste estudo para
a região Leste do Paraná, onde se localiza Curitiba, pois se trata de uma área rica
em calcário dolomítico. A figura 1 ilustra a disposição das reservas em todo o país.
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Figura 1 - Reservas medidas de Calcários/Dolomitos no Brasil (1990 - em milhões de toneladas)
(GUIMARÃES, 2002)
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO
A estrutura deste trabalho se divide em 6 capítulos.
O primeiro capítulo apresenta uma breve introdução sobre o assunto, bem
como objetivos e justificativas para o presente trabalho.
O capítulo seguinte, capítulo 02, comporta a revisão bibliográfica, em que
são abordados conceitos sobre cales, sua caracterização a partir de análises
químicas e físicas e sua utilização em argamassas.
O capítulo 03 apresenta uma descrição dos materiais e métodos utilizados
neste trabalho para a obtenção dos resultados, mostrando detalhadamente os
passos realizados para o alcance de resultados representativos.
Já o capítulo 04 expõe os resultados obtidos na pesquisa, através de
tabelas, gráficos e comparações.
No capítulo 05 são definidas as conclusões e considerações finais.
Por fim, no capítulo 06 são apresentadas sugestões para estudos futuros.
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2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 CAL: ORIGEM E FABRICAÇÃO
A cal tem origem mineral, compostos químicos cristalograficamente
organizados, formados desde a época pré-cambriana, entre 4 milhões e 4,5 milhões
de anos atrás até os dias atuais. (GUIMARÃES, 1998). As rochas carbonatadas, que
representam 0,25% do volume da crosta terrestre, estão entre as rochas e minerais
mais utilizadas pelo homem.
As rochas carbonatadas cálcio-magnesianas são constituídas em 50% ou
mais pelos minerais como calcita, aragonita e dolomita. GUIMARÃES, 1998 propõe
uma classificação destas rochas de acordo com a quantidade de carbonato de cálcio
(CaCO3), carbonato de magnésio (MgCO3), cálcio (Ca) e magnésio (Mg) presente
no calcário, classificando-os como calcário magnesiano, calcário dolomítico, dolomito
e pencatito-predazzito. A seguir a Figura 02 ilustra a extração da pedra calcária para
fabricação da cal.
Figura 2 - Extração de pedra calcária para fabricação da cal (COELHO, et al. 2009)
O principal produto derivado dos calcários/dolomitos é a cal, obtida através
de uma reação química simples, a calcinação, mas que requer conhecimentos e
habilidades para o alcance do padrão de qualidade ideal.
A decomposição térmica da dolomita no interior do forno de cal ocorre em
dois estágios de reação (CINCOTTO, 1977), como indicado a seguir:
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1° Estágio de Calcinação
(CaMg)(CO3)2 → MgO + CaCO3 + CO2
2° Estágio de Calcinação
CaCO3 → Cao + CO2
No primeiro estágio, em que a dissociação está em curso, a porosidade
cresce atingindo o máximo, quando se inicia o fenômeno de coalescimento
(tratamento térmico de recozimento com a finalidade de obtenção de carbonetos na
forma esfeirodal). A partir deste momento inicia-se o segundo estágio, de
recristalização, e o perfil dos cristais evolui de arredondado para achatado. Os poros,
analogamente, passam de um perfil arredondado para o poligonal. Na fase de
recristalização já se nota retração da pedra. (CINCOTTO, 1985).
O processo de calcinação condiciona de forma determinante as propriedades
da cal, podendo nos casos em que não haja um controle rigoroso da temperatura
resultar em cristais de cal insolúveis (excesso de temperatura) ou em cristais com o
seu interior carbonatado. (COELHO et al., 2009).
A fabricação da cal ocorre desde fornos rudimentares de pequena produção,
até fornos de alta tecnologia e produção volumosa. Após a extração da jazida, a
pedra calcária é transportada até a fábrica para ser submetida a um processo de
britagem. Em seguida, pode ser moída e embalada para comercialização, ou pode
levar-se até o forno de calcinação para ser transformada. Após a calcinação, a cal
pode ser moída e comercializada na forma de cal virgem, ou pode ainda sofrer um
processo de hidratação e ser finalmente comercializada. (COELHO, et. al. 2009).
A calcinação perfeita das rochas calcárias/dolomíticas depende
particularmente da experiência do operador e do seu principal instrumento, o forno.
Diversos fatores valorizam o papel do operador do forno. Alguns desses fatores
sequer estão relacionados como importantes, mas podem interferir na calcinação,
como a retração da pedra calcinada (inicialmente expandida), a recarbonatação (no
resfriador ou no forno), efeito do vapor, a porosidade, o tamanho dos poros,
densidade e forma dos grânulos, área superficial do grão e compostos químicos
formados com a participação das várias impurezas (GUIMARÃES, 2002).
Dentre esses fatores destaca-se a presença de impurezas, que diminui a
porcentagem de CaO livre (reativa). O problema só é reduzido com calcinação a
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baixa temperatura. A presença de 2% de impurezas, por exemplo, pode ocasionar
perda de até 8% de Cao livre (GUIMARÃES, 2002).
A qualidade da cal está relacionada ao seu processo de fabricação desde o
controle de qualidade do minério até a forma de hidratação. A obtenção da cal pode
ser de uma maneira artesanal ou industrializada. A primeira, sem controle de
tamanho, temperatura de calcinação, volume de água para hidratar entre outros
cuidados, origina uma cal com cristais insolúveis, produzidos com temperaturas
elevadas, ou cristais com o seu núcleo carbonatado por falta de calor, além de
partículas com tamanhos irregulares, produzidos por uma má trituração (PAIVA et
al., 2007). A Figura 03 abaixo mostra a influência da temperatura de calcinação na
produção da cal.
Figura 3 - Influência da temperatura de calcinação (PAIVA et al., 2007)
Uma cal cálcica hidrata com maior facilidade que uma cal dolomítica. O óxido
de cálcio, CaO tem elevada taxa de hidratação na presença de água. O óxido de
magnésio, MgO apresenta uma lenta taxa de hidratação devido às suas partículas
serem mais grossas. (LANAS et. al. 2004)
Fatores como a qualidade da cal virgem – tipo, composição química,
impurezas; granulometria da cal virgem; reatividade da cal virgem; temperatura e
volume de água; qualidade da água; velocidade da reação óxido/água; concentração
– relação óxido/água; agitação; equipamentos; mão de obra especializada, mediante
seleção e supervisão; controle laboratorial tem influencia significativa na hidratação
da cal (GUIMARÃES. 2002).
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Sendo assim, pode-se resumir o processo de fabricação da cal através do
fluxograma apresentado a seguir na Figura 04, em que está representado o volume e
refinamento da tecnologia envolvida na fabricação do mais popular reagente químico
(aglutinante) desde a mineração até o mercado consumidor. Algumas operações, ou
até mesmo etapas, podem ser suprimidas, mas os fundamentos estão presentes em
todos os esquemas, dos mais simples aos mais sofisticados. (GUIMARÃES, 2002)
Figura 4 - Esquema de industrialização da cal (GUIMARÃES, 2002)
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2.2 TIPOS DE CAL PARA CONSTRUÇÃO CIVIL
De acordo com a NBR 7175:2003, a cal hidratada é um pó obtido pela
hidratação da cal virgem, constituído essencialmente de uma mistura de hidróxido de
cálcio e hidróxido de magnésio, ou ainda, de uma mistura de hidróxido de cálcio,
hidróxido de magnésio e óxido de magnésio
Segundo a norma NP EN 459-1:2002 – Cal de Construção, pode-se definir
cal como um material abrangendo quaisquer formas físicas e químicas, sob as quais
pode aparecer o óxido de cálcio (CaO), o óxido de magnésio (MgO) e/ou hidróxidos
de cálcio e magnésio (Ca(OH)2 e Mg(OH)2 (COELHO, et. al. 2009). Na construção
civil utiliza-se um grupo de produtos de cal, constituído apenas por duas famílias: cal
aérea e cal com propriedades hidráulicas (NP EM 459-1 2011).
A cal aérea nada mais é do que a cal que se combina e endurece com o
dióxido de carbono presente no ar e pode ser dividida em duas famílias, a cal cálcica
e a cal dolomítica. Por sua vez, a cal hidráulica tem a propriedade de endurecer
quando misturada com água ou quando imersa em água, o dióxido de carbono
atmosférico é responsável apenas por uma parte do processo de endurecimento (NP
EM 459-1 2011).
2.2.1 Cal Aérea
A cal aérea é um tipo de cal para construção civil que pode ser subdividida
em duas subfamílias, a cal cálcica e a cal dolomítica. A primeira é constituída
principalmente por óxido de cálcio ou hidróxido de cálcio, sem qualquer adição
hidráulica ou pozolânica, e a segunda constituída principalmente por óxido de cálcio
e magnésio ou hidróxido de cálcio ou magnésio, também sem qualquer adição
hidráulica ou pozolânica (NP EM 459-1 2011).
Além disso, a cal aérea pode apresentar-se em duas formas, como cal
virgem e como cal hidratada. A cal virgem é constituída principalmente por óxidos,
que reagem exotermicamente com a água. Está disponível numa gama de
granulometrias, desde grânulos a pó. Já a cal hidratada é constituída principalmente
por hidróxidos, produzida pela extinção controlada da cal aérea. Pode-se encontrar
10
cal hidratada disponível em forma de pó, pasta e lama ou leite de cal (NP EM 459-1
2011).
A cal virgem apresenta-se sob a forma de grãos de diferentes tamanhos, de
cor branca e amorfa. Apresenta uma estrutura porosa e formas idênticas às dos
grãos da rocha original. A cal virgem é ávida de água e quando se mistura com ela,
dá origem à cal hidratada. Libertando grande calor durante a reação e provocando
também um aumento de volume que chega a atingir 3 a 3,5 vezes o seu volume
inicial. Se durante o processo de extinção utilizar-se apenas a quantidade de água
estritamente necessária, a cal hidratada resultante aparece sob a forma de pó
(COELHO et al., 2009).
A operação de hidratação é denominada por extinção e o hidróxido
resultante designa-se por cal extinta ou cal hidratada. Este fenômeno é exotérmico,
isto é, há uma grande liberação de calor, o que torna o processo altamente perigoso
(COELHO et al., 2009).
A cal hidratada é originada em decorrência da reação da cal viva com água
ocasionando o seguinte desprendimento de calor:
+ 63.7kJ/mol de CaO.
As cales extintas são cales aéreas constituídas, principalmente, por hidróxido
de cálcio e, por vezes, contendo hidróxido de magnésio. Estas por sua vez, não
apresentam uma reação exotérmica quando em contato com a água (COELHO et al.,
2009).
Uma cal hidratada de elevada pureza é composta basicamente por hidróxido
de cálcio [Ca(OH)2] e também por hidróxido de magnésio [Mg(OH)2]. A análise
química da cal permite inferir sobre a composição mineralógica do material, o grau
de pureza da matéria prima, parâmetros da produção da cal, acondicionamento e
conservação do produto (QUARCIONI, 2008).
Segundo a NBR 7175:2003, cal hidratada é um pó obtido pela hidratação da
cal virgem, constituído essencialmente de uma mistura de hidróxido de cálcio e
hidróxido de magnésio, ou ainda, de uma mistura de hidróxido de cálcio, hidróxido de
magnésio e óxido de magnésio. Este material deve ser denominado conforme as
11
exigências químicas e físicas indicadas da presente norma e apresentadas no item
2.3 deste trabalho, apresentando as seguintes siglas:
- Cal Hidratada CH-I
- Cal Hidratada CH-II
- Cal Hidratada CH-III
2.2.2 Cal Hidráulica
De modo geral, a cal hidráulica pode ser classificada como um produto
intermediário entre a cal virgem e o cimento Portland. Resulta da calcinação de
calcários argilosos, procedimento que produz a combinação do óxido de cálcio com a
sílica-quartzo e os minerais argilosos, formando relativa alta porcentagem de
compostos com propriedades hidráulicas (GUIMARÃES, 2002).
A cal Hidráulica é fabricada por processos semelhantes aos da fabricação da
cal aérea. Obtém-se por calcinação de calcários margosos (8 a 20% de argilas), a
temperaturas entre 1000°C a 1500°C, preferencialmente em fornos contínuos
verticais de alvenaria e revestimento refratário. Deste processo, obtém-se óxido de
cálcio, silicatos e aluminatos de cálcio, capazes de se hidratarem conferindo
hidraulicidade à cal (COELHO et al., 2009).
A cal com propriedades hidráulicas, quando dosada e misturada com
agregados e com água produz uma argamassa que retém a sua trabalhabilidade
durante certo tempo e, após determinados períodos, atinge uma resistência
especificada e estabilidade volumétrica a longo prazo. (NP EM 459-1 2011).
De acordo com seu poder cimentante a cal hidráulica pode ser caracterizada
por um dos dois índices:
Índice de hidraucilidade = i
i = SiO2 + Al2O3 + Fe2O3
CaO + MgO
Índice de cimentação = CI
CI = 2,8SiO2 + 1,1Al2O3 + 0,7Fe2O3
CaO + 1,4MgO
Com base nessas duas fórmulas, as cales hidráulicas são arbitrariamente
classificadas:
12
Fracamente hidráulica
CI = 0,30 a 0,50 ou i = 0,10 a 0,16
Moderadamente hidráulica
CI = 0,50 a 0,70 ou i = 0,16 a 0,40
Eminentemente hidráulica
CI = 0,70 a 1,10 ou i = 0,40 a 0,50 (GUIMARÃES, 2002).
2.3 CONTROLE DE QUALIDADE DAS CALES HIDRATADAS
O controle de qualidade de cal hidratada para construção inicia-se pela
seleção da matéria prima com pureza adequada, prossegue com manutenção de
condições ótimas de calcinação da matéria prima, terminando na adequação do
produto à finura desejada. (CINCOTTO, 1985)
Diversas cales Hidratadas oferecidas aos usuários da Construção Civil para
preparo de argamassas não apresentam desempenho satisfatório apesar de haver
uma especificação brasileira para este produto (NBR 7175 – Cal Hidratada para
Argamassas). Preocupada com esta situação, a ABPC – Associação Brasileira dos
Produtores de Cal vem implementando, desde novembro/95, o Programa da
Qualidade da Cal Hidratada para a Construção Civil. O objetivo primordial deste
programa é garantir o desempenho satisfatório das cales hidratadas comercializadas
no Brasil. (CUKIERMAN et al., 1999).
A implementação do Programa da Qualidade tem alavancado a revisão de
toda a normalização nacional vigente sobre a cal hidratada, atualizada com base nos
resultados alcançados e no extenso banco de dados revelado pela expressiva
quantidade de análises realizadas. (CUKIERMAN et al., 2001). Desde Julho/2011 a
CE-18:100.06 - Comissão de Estudo de Cal retomou as discussões sobre as normas
vigentes e estudos estão sendo realizados para a melhorias das normas, sendo um
deles esse trabalho de conclusão de curso.
O Programa de Qualidade para Cal Hidratada para Construção está
registrado junto aos principais programas desenvolvidos pelos governos federais e
estaduais que objetivam a melhoria da qualidade dos materiais empregados nas
obras de engenharia no Brasil (CUKIERMAN et al., 2003). Dentre estes programas
governamentais, destacam-se:
13
- O Programa de Qualidade Habitacional do Estado de São Paulo –
QUALIHAB;
- O Programa Brasileiro da Qualidade e Produtividade do Habitat – PBQP-H.
O controle de qualidade é um fator de relevante importância para o produtor
e o consumidor. As características físicas e químicas das cales virgem e hidratada,
assim como os métodos e equipamentos de análise, são controladas por 25 normas
técnicas registradas no INMETRO. (GUIMARÃES, 2002)
As dosagens das características físicas (granulometria, estabilidade,
retenção de água, plasticidade, incorporação de areia, densidade, superfície
específica, ângulo de repouso, razão de sedimentação, e outros), químicas e físico
químicas (reatividade, sílica e insolúveis, óxido de ferro e alumínio, óxido de cálcio,
óxido de magnésio, anidrido carbônico, perda ao fogo, enxofre, óxidos não
hidratados, potássio, sódio, fósforo e outros) são executadas por equipes
especializadas de laboratórios de institutos oficiais e de empresas de grande porte
(GUIMARÃES, 2002).
Existem especificações nacionais para cales, no entanto, as normas
brasileiras estão dirigidas para o uso da cal em argamassas, que é a aplicação mais
comum das cales na construção civil (AGOPYAN, 1985).
A norma NBR 7175:2003 estabelece as exigências químicas e físicas que
devem ser respeitadas pelo produto cal hidratada. Para isso alguns ensaios devem
ser executados com a cal hidratada de forma a verificar se a mesma atinge os
parâmetros mínimos de qualidade indicados por essa norma. As tabelas 1 e 2
apresentam esses parâmetros.
Tabela 1 – Exigências químicas (Norma Brasileira – NBR 7175:2003)
Composto Limites
CH-I CH-II CH-III
Anidrido carbônico (CO2)
Na fábrica ≤ 5% ≤ 5% ≤ 13%
No depósito ≤ 7% ≤ 7% ≤ 15%
Óxido não-hidratado calculado ≤ 10% ≤ 15% ≤ 15%
Óxidos totais na base de não-voláteis (Cao + MgO) ≥ 90% ≥ 88% ≥ 90%
14
Tabela 2 - Exigências físicas (Norma Brasileira – NBR 7175:2003)
Determinações Limites
CH-I CH-II CH-III
Finura (%) retida
acumulada
Peneira 0.600mm (nº 30) ≤ 0.5% ≤ 0.5% ≤ 0.5%
Peneira 0.075mm (nº 200) ≤ 10% ≤ 15% ≤ 15%
Estabilidade Ausência de cavidades ou protuberâncias
Retenção de água ≥ 75% ≥ 75% ≥ 70%
Plasticidade ≥ 110 ≥ 110 ≥ 110
Incorporação de areia ≥ 3.0 ≥ 2.5 ≥ 2.2
Todas as cales que não atenderem aos limites estipulados por norma podem
vir a comprometer a qualidade da argamassa na qual está sendo utilizada.
A pureza da matéria prima deve ser tal que tanto a cal virgem como a cal
hidratada tenham um mínimo de 88% de óxidos de cálcio de magnésio, na base de
material isento de voláteis. Estando atendido este requisito, a reatividade da cal
virgem é o segundo requisito essencial, determinante do grau de hidratação que
poderá ser atingido sob condições contínuas de processo (CINCOTTO, 1985).
A qualidade química do produto depende, primeiro, das características e das
impurezas contidas na rocha que lhe deu origem. Sob outra visão, a qualidade da cal
depende do forno e de seu operador (GUIMARÃES, 2002).
2.4 USO DA CAL EM ARGAMASSAS
As argamassas são misturas de cimento, areia, água e outros materiais,
como cal, saibro, barro, caulim ou outros plastificantes da região, acrescentados à
argamassa, visando ao aumento da plasticidade (MEHTA, 2004). No Brasil, este
material construtivo carece de estudos tecnológicos aprofundados. O conhecimento
técnico que se tem das argamassas inorgânicas até nossos dias, desenvolveu-se de
modo empírico, baseado em alguns conceitos para concreto. Para o concreto, por
15
exemplo, a resistência à compressão é de extrema importância, enquanto que para
uma argamassa, esta propriedade representa apenas um parâmetro de
caracterização (RAGO et al, 1999).
A determinação do traço e, consequentemente, da quantidade de cal que
deve entrar na composição de uma argamassa, deve ser orientada tendo em vista
principalmente o aspecto da mistura, a argamassa deverá apresentar-se como uma
massa coesa, que possua uma trabalhabilidade apropriada para assentamentos e
revestimentos. (PETRUCCI, 1976)
A cal tem utilização frequente na argamassa, seja para argamassa de
assentamento de alvenarias, execução de betonilhas para regularização do
pavimento, ou para revestimentos de alvenarias exteriores e interiores. Pode ser
utilizada como único ligante, em mistura com outros ligantes aéreos (gesso),
hidráulicos (cimento Portland) ou com aditivos pozolânicos. A argamassa com cal
constitui um material de elevada versatilidade. Plásticas e trabalháveis enquanto
frescas e possuidoras de uma certa rigidez após o endurecimento (COELHO et al.,
2009).
A cal hidratada é um dos principais elementos das argamassas, porque
promove benefícios para edificação. Ela tem um excelente poder aglomerante, capaz
de unir os grãos de areia das argamassas. Presentemente, com o emprego de
aditivos, a cal tem deixado de ser utilizada em muitos casos (COELHO et al., 2009).
Nas argamassas, a cal forma com a água e os inertes que a incorporam,
uma mistura pastosa que penetra nas reentrâncias e vazios dos substratos,
cimentando-os, principalmente pela recristalização dos hidróxidos e de sua reação
química com o anidrido carbônico do ar. (GUIMARÃES, 2002).
Durante o endurecimento, as partículas muito finas de hidróxidos se
aglomeram, formando cristais que aumentam em número e tamanho à medida que a
água se evapora. Esses cristais se entrelaçam, formando uma malha resistente que
retém os agregados (GUIMARÃES, 2002).
A cal induz maior coesão inicial das partículas, mantendo-se durante a
evolução da consolidação, ao se comparar com a pasta de cimento. As cales CH-I e
CH-III apresentam comportamentos reológicos diferentes. (QUARCIONI, 2008).
O endurecimento da cal aérea na argamassa inicia-se com a secagem da
água em excesso, a que se segue o endurecimento por carbonatação, quando o
hidróxido de cálcio reage com o dióxido de carbono para formar carbonato de cálcio
16
ou calcita. O processo de endurecimento da cal aérea desenvolve-se em cinco
etapas (JOHANNESSON et. al, 2001):
1) Difusão do CO2 através dos poros da argamassa;
2) Dissolução do CO2 na água dos poros;
3) Dissolução do Ca(OH)2 na água dos poros;
4) Reação entre o Ca(OH)2 e o C02;
5) Precipitação do CaCO3.
O endurecimento que depende do ar atmosférico é muito lento, pois as
camadas espessas no interior mantêm-se frescas durante longo tempo. Assim, ao
adicionar água à cal aérea, obtém-se uma pasta que vai endurecendo lentamente ao
ar. A pasta de cal é muito pouco permeável, mantendo-se por isso cinco ou seis
semanas sem recarbonatar (COELHO et al., 2009).
Entre todos os plastificantes utilizados na preparação das argamassas, o
mais recomendável é a cal hidratada (Ca(OH)2), cujo desempenho como
plastificante é comprovado em vários institutos de pesquisas (PAIVA et al., 2007).
Por causa da sua elevada leveza e finura de seus grãos e consequente
capacidade de proporcionar fluidez, coesão e retenção de água, a cal hidratada
melhora a qualidade das argamassas. As suas partículas muito finas, ao serem
misturadas com água, funcionam como um verdadeiro lubrificante, reduzindo o atrito
entre os grãos de areia. O resultado é uma maior plasticidade da argamassa,
proporcionando melhor trabalhabilidade e, consequentemente, maior produtividade,
com redução do custo do m³ (COELHO et al., 2009).
Outra propriedade importante, no estado fresco da cal, é a retenção de água
por não permitir a sucção excessiva de água pelo suporte. Assim, as argamassas de
cimento, contendo cal, retém mais água de amassamento e garantem resistência
suficiente quanto à compressão e à aderência, tanto para assentamentos como para
revestimentos (COELHO et al., 2009).
Além disso, permite também que as argamassas tenham maiores
deformações, sem fissuração, do que teriam somente com cimento Portland. A
adição de cal hidratada a argamassa de cimento reduz significativamente o módulo
de elasticidade, sem afetar, na mesma proporção, a resistência à tração que, em
última análise, é a máxima resistência de aderência da argamassa. Assim, as
argamassas com cal absorvem melhor as pequenas movimentações das
17
construções, evitando fissuras e até a queda dos revestimentos, aumentando sua
vida útil (COELHO et al., 2009).
A adição de cal hidratada, que obedece às normas técnicas (NBR 7175), às
argamassas mistas (cimento Portland, cal hidratada, agregado/areia-água) ou
simplesmente às argamassas cal/areia/água, deflagra uma série de consequências
favoráveis ao seu uso como material de construção. Por isso não é lógico nem
técnico analisar o comportamento das argamassas e das falsas misturas com o
mesmo nome, sob o enfoque de uma única propriedade, como, por exemplo a
plasticidade ou resistência à compressão (GUIMARÃES, 2002).
No setor ambiental, as argamassas com cal contribuem para o meio
ambiente devido às suas seguintes características (GUIMARÃES, 2002):
- alcalinidade (pH maior que 11,5) transmitida ao meio tornando-o mais
asséptico;
- a cor branca clareia as misturas em que está presente, tornando-as de
tonalidade mais neutra e mais refletiva aos raios solares (menor transmissão de
calor);
- os altos pontos de fusão dos óxidos de cálcio (2570°C) e de magnésio
(2800°C) auxiliam a resistência ao fogo de paredes de argamassas com cal;
- o pequeno teor de álcalis ocasiona sensível redução das eflorescências,
que prejudicam o aspecto visual e danificam a estrutura das argamassas.
É importante salientar que as resistências mecânicas das argamassas de cal
são bem inferiores às de cimento, e que a cal como um aglomerante aéreo não deve
ser utilizada em locais em contato permanente com a água. Por outro lado,
argamassas não plásticas e trabalháveis, não preenchem todos os vazios como
desejado e podem fissurar quando endurecidas devido à retração hidráulica ou
movimentação térmica dos componentes. Por isso argamassas mistas, isto é, tendo
cimento e cal como aglomerantes, em diversas proporções acabam atendendo a
todos os requisitos necessários para um bom desempenho durante a sua vida útil.
Mesmo pequenas quantidades de cal em argamassas de cimento têm um efeito
positivo, melhorando as propriedades físicas das argamassas e aumentando a
capacidade de absorver deformações (AGOPYAN, 1985). O quadro da Figura 5
permite a visualização do conjunto de benefícios proporcionados pelas argamassas
portadoras de cal.
18
Figura 5 - Benefícios da cal nas argamassas (GUIMARÃES, 2002)
2.5 TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO DAS CALES
A cal hidratada, como todo produto comercializado no Brasil, deve atender a
certos limites exigidos por norma. Com base nas técnicas de caracterização é
possível avaliar se a cal apresenta os requisitos necessários para atender às
necessidades do mercado.
2.5.1 NORMALIZAÇÃO BRASILEIRA
A ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas é o Fórum Nacional de
Normalização. As Normas Brasileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos
19
Comitês Brasileiros (ABNT/CB) e dos Organismos de Normalização Setorial
(ABNT/ONS), são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas por
representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte: produtores,
consumidores e neutros (universidades, laboratórios e outros). Os Projetos de Norma
Brasileira, elaborados no âmbito dos ABNT/CB e ABNT/ONS, circulam para
Consultoria Pública entre os associados e demais interessados (ABNT, NBR
7175:2003).
Assim sendo, a NBR 7175 tem, por principal objetivo, a função de especificar
os requisitos exigíveis no recebimento da cal hidratada a ser empregada em
argamassas para a construção civil. Para tanto, a norma em questão leva em
consideração a divisão da cal hidratada em: CH-I, CH-II e CH-III.
A NBR 7175:2003 estabelece parâmetros químicos e físicos que devem ser
respeitados a fim de se assegurar a qualidade da cal presente no mercado que estão
apresentados nas tabelas 01 e 02, respectivamente, deste trabalho.
2.5.2 ENSAIOS COMPLEMENTARES
A seguir são apresentadas técnicas cuja finalidade é fornecer parâmetros
químicos e físicos das amostras analisadas a fim de se compará-los aos limites
estipulados pela NBR 7175.
2.5.2.1 GRANULOMETRIA A LASER
A Granulometria ou Análise Granulométrica é o processo que visa definir,
para determinadas faixas pré-estabelecidas de tamanho de grãos, a porcentagem
em peso que cada fração possui em relação a massa total da amostra.
A técnica de análise de tamanho de partículas por difração de laser é um
método pelo qual as partículas são dispersas num fluído em movimento causando
descontinuidades no fluxo do fluído, que são detectadas por uma luz incidente, e
correlacionadas com o tamanho de partícula. O princípio do método é que o ângulo
de difração é inversamente proporcional ao tamanho da partícula. Ao atingir uma
quantidade de partículas, a luz incidente sofre uma interação segundo quatro
diferentes fenômenos (difração, refração, reflexão e absorção) (Hildebrand, 1999)
20
formando um invólucro tridimensional de luz. O formato e o tamanho desse invólucro
é afetado pelo índice de refração relativo da partícula no meio dispersante, pelo
comprimento de onda da luz, e pelo tamanho e formato da partícula. Detectores
estrategicamente posicionados medem a intensidade e o ângulo da luz espalhada. O
sinal dos detectores é então convertido para a distribuição de tamanho de partícula
através de softwares matemáticos (Allen, 1997) (PAPINI, C. J., 2003). A Figura 6 a
seguir ilustra o esquema de leitura de granulometria a laser.
Figura 6 - Esquema de leitura de granulometria pelo Granulômetro a Laser
2.5.2.2 DIFRATOMETRIA DE RAIOS-X
A difração de raios-X é uma técnica de alta tecnologia, não destrutiva, para
analisar uma larga escala de materiais. Dentre as várias técnicas de caracterização
de materiais, a técnica de difração de raios-X é uma das mais indicadas na
determinação das fases cristalinas presentes nos materiais. Isto é possível porque
na maior parte dos sólidos (cristais), os átomos se ordenam em planos cristalinos
separados entre si por distâncias da mesma ordem de grandeza dos comprimentos
de onda dos raios X. Ao incidir um feixe de raios X em um cristal, o mesmo interage
com os átomos presentes, originando o fenômeno de difração. A seguir a figura 7
apresenta um arranjo básico de difratograma de raios-x. A difração de raios X ocorre
segundo a Lei de Bragg (Equação A), a qual estabelece a relação entre o ângulo de
21
difração e a distância entre os planos que a originaram (característicos para cada
fase cristalina):
nλ = 2d sen θ (A)
n: número inteiro
λ: comprimento de onda dos raios X incidentes
d: distância interplanar
θ: ângulo de difração
Figura 7 - Arranjo básico de um difratograma de raios-x (GEMELLI, 2001 apud PEREIRA, 2012)
Dentre as vantagens da técnica de difração de raios X para a caracterização
de fases, destacam-se a simplicidade e rapidez do método, a confiabilidade dos
resultados obtidos (pois o perfil de difração obtido é característico para cada fase
cristalina), a possibilidade de análise de materiais compostos por uma mistura de
fases e uma análise quantitativa destas fases (Albers, A. P. F., 2002)
A figura 8 a seguir ilustra um resultado de difração de raios-x de uma cal
hidratada.
22
Figura 8 - Figura de Difração de raios x de cal hidratada (HOPPE, J. F, 2008)
2.5.2.3 ESPECTROMETRIA DE FLUORESCÊNCIA DE RAIOS-X
A espectrometria por Fluorescência de raios-X (X-Ray Fluorescence – XRF)
é uma técnica de análise qualitativa e quantitativa da composição química de
amostras. Consiste na exposição de amostras sólidas ou líquidas a um feixe de
radiação para a excitação e detecção da radiação fluorescente resultante da
interação da radiação com o material da amostra (Belmonte, E.P., 2005).
Na realidade, esta técnica possui uma série de características que são
particularmente valiosas para as análises de rotina. Dentre as técnicas analíticas
disponíveis, a análise por fluorescência de raios-X é uma das poucas em que se
pode utilizar as amostras em estado sólido, o que gera vantagem em termos de
economia de tempo na preparação da amostra. As amostras de material geralmente
são apresentadas na forma de pastilhas (fundidas ou prensadas).
A FRX conta com uma justificável reputação no que diz respeito à precisão
analítica das determinações. É recomendada para se analisar os principais
elementos constituintes de rochas e calcários como Na, MG, Al, K, Ca e Fe., onde
são toleradas incertezas na faixa entre 0,2 a 4%. Como toda técnica laboratorial, a
fluorescência de raios-X possui certas limitações. A primeira delas diz respeito ao
número atômico dos elementos analisados e a segunda se refere ao procedimento
normalmente usado para calibração, isto é, a comparação com padrões semelhantes
às amostras e com teores conhecidos. Estas limitações, no entanto, têm sido
superadas com o desenvolvimento de softwares que se utilizam de um conceito de
23
análises semiquantitativas. A análise semiquantitativa de amostras é feita por FRX
sem o auxílio das curvas de calibração (SOUZA, L., 2009).
A espectrometria de fluorescência de raios X por dispersão de comprimento
de onda é uma técnica analítica multielementar, bastante versátil e parcialmente não-
destrutiva, que possibilitou determinar a composição química das amostras de cales.
Esta técnica baseia-se na separação e detecção de raios X característicos emitidos
pelos elementos constituintes da amostra quando irradiados com um feixe de raios x
primário, produzido pelo equipamento.
A seguir na figura 9 tem-se um espectro de fluorescência de raios X de uma
amostra de calcário (cujo constituinte principal é o carbonato de cálcio). Um
pormenor do espectro está ampliado para melhor se visualizarem os picos devidos a
alguns elementos minoritários (MATIAS, L., 2007).
Figura 9 – Espectro de fluorescência de raios X de calcário (MATIAS, L., 2007)
2.5.2.4 TERMOGRAVIMETRIA
A Análise Termogravimétrica é definida como um processo contínuo que
envolve a medida da variação de massa de uma amostra em função da temperatura
(varredura de temperatura), ou do tempo a uma temperatura constante (modo
isotérmico). (BUENO, M.T.N.S., 2007).
24
Datam de muitos anos as tentativas para se chegar a um conhecimento
detalhado sobre as alterações que o aquecimento pode provocar na massa das
substâncias, a fim de poder estabelecer a faixa de temperatura em que se começa a
decompor, bem como para se seguir o andamento de reações de desidratação,
oxidação, decomposição, etc. Neste sentido, desde o início do século passado,
inúmeros pesquisadores se empenharam na laboriosa construção, ponto a ponto,
das curvas de perda de massa em função da temperatura, aquecendo as amostras
até uma dada temperatura e a seguir, após o resfriamento, pesando-as em balanças
analíticas (IONASHIRO, M., 2005).
As balanças utilizadas para o ensaio de termogravimetria são as chamadas
termobalanças que permitem a pesagem contínua de uma amostra em função da
temperatura, ou seja, à medida que ela é aquecida ou resfriada. O equipamento
conta com: balança registradora, forno, suporte de amostra e sensor de temperatura,
programador da temperatura do forno, sistema registrador e controle da atmosfera
do forno.
A termogravimetria é um sistema com vasto campo de aplicação na
caracterização do comportamento térmico dos materiais. A balança de precisão é
acoplada a um forno que permite programar aumento de temperatura de forma linear
com o tempo. A amostra é colocada em uma pequena plataforma acoplada à
balança. Os dados de massa gerados são captados pela saída serial do
microcomputador. Um pequeno forno elétrico envolve a plataforma, de maneira que
a temperatura da amostra pode ser controlada variando-se a potência do forno. Os
resultados são apresentados sob forma de curva termogravimétrica (TG), na qual a
variação de massa é registrada em função da temperatura ou do tempo (ROJAS, B.
J., 2004).
As curvas de variação de massa (em geral perda, mais raramente ganho de
massa) em função da temperatura permitem tirar conclusões sobre a estabilidade
térmica da amostra, sobre a composição e estabilidade dos compostos
intermediários e sobre a composição do resíduo.
Os fatores que podem influenciar o aspecto das curvas TG pertencem a dois
grandes grupos:
- Fatores instrumentais: razão de aquecimento do forno, atmosfera do forno,
geometria do suporte de amostras e do forno. Esses fatores são facilmente
controlados.
25
- Fatores ligados às características da amostra: tamanho de partículas,
quantidade de amostra, solubilidade dos gases, liberados na própria amostra, calor
de reação, compactação da amostra, natureza da amostra, condutividade térmica da
amostra. Estes, por sua vez, são variáveis e difíceis de ser controlados.
Atualmente, ainda há dificuldades em relação a correlacionar os dados
obtidos com diversos sistemas termoanalíticos, visto que, inexiste algum tipo de
amostra padrão ou, melhor ainda, uma termobalança padrão, através da qual
poderiam ser comparados os diferentes aparelhos comerciais.
Na termogravimetria, a massa da amostra (m) é continuamente registrada
como função da temperatura (T) ou tempo (t).
M = f (T ou t)
Portanto, nas curvas TG, os desníveis em relação ao eixo das ordenadas
correspondem às variações de massa sofridas pela amostra e permitem obter dados
que podem ser utilizados com finalidades quantitativas. A figura 10 a seguir ilustra
uma curva de TG/DTG de uma cal CH-III que permite a visualização de como é
extraída a perda de massa de uma amostra a partir deste ensaio.
Figura 10 - Exemplo de curva TG/DTG de cal CH-III (QUARCIONI, 2008)
A análise térmica diferencial (DTA) é uma técnica térmica de medição
contínua das temperaturas da amostra e de um material referência termicamente
inerte, à medida que ambos vão sendo aquecidos ou resfriados em um forno. Estas
26
medições de temperatura são diferenciais, pois registra-se a diferença entre a
temperatura da referência TR, e a da amostra Ta, ou seja (TR – Ta = DT), em função
da temperatura ou do tempo, dado que o aquecimento ou resfriamento são sempre
feitos em ritmo linear (dT / dt = Cte) (IONASHIRO, M., 2005).
A técnica consiste no seguinte processo:
Em um forno aquecido eletricamente coloca-se um suporte ou bloco dotado
de duas cavidades (câmaras, células) idênticas e simétricas. E cada uma destas
cavidades, coloca-se a junção de um termopar (sensor de temperatura); a amostra é
colocada em uma das câmaras, e na outra é colocada a substância inerte, cuja
capacidade térmica seja semelhante à da amostra. Tanto a amostra como o material
referência são aquecidos linearmente, e a diferença de temperatura entre ambos, ΔT
= (Tr – Ta), é registrada em função da temperatura do forno ou do tempo.
Todas as aplicações da Análise Térmica Diferencial se baseiam na
interpretação adequada dos picos endo e exotérmico que aparecem nas curvas DTA.
O número, a forma e a posição destes picos permitem interpretações qualitativas e
as áreas, após a medição adequada, permitem determinação quantitativa. Os dados
experimentais, após o tratamento matemático, permitem também chegar-se a
importantes conclusões sobre a cinética das transformações (IONASHIRO, M.,
2005).
Segundo Canevarolo (2003), existem três análises termogravimétricas mais
habitualmente utilizadas: TG semi-isotérmica, TG isotérmica e TG dinâmica. A TG
isotérmica possibilita aplicação de temperatura constante dentro da faixa de
operação do equipamento, durante um tempo determinado. Na TG dinâmica, a
amostra é submetida a uma variação de temperatura linear previamente
determinada.(BUENO, M.T.N.S.,2007).
27
3. METODOLOGIA
O desenvolvimento do estudo proposto deu-se através da comparação de
resultados de ensaios químicos e físicos presentes na norma brasileira com os
resultados obtidos através de ensaios que dispõe de uma tecnologia mais atual e
que apresenta uma maior rapidez na realização dos ensaios.
O esquema da figura 11 a seguir ilustra a metodologia adotada neste
trabalho.
Figura 11 - Resumo da metodologia adotada
28
3.1 MATERIAIS UTILIZADOS
Para a realização dos ensaios foi selecionado um universo amostral
representativo de 10 cales hidratas comercializadas no Brasil. Dentre essas, 5 cales
do tipo CH-I e 5 cales do tipo CH-III. A nomenclatura adotada neste trabalho está
apresentada na tabela 3 a seguir.
Tabela 3 - Nomenclatura das cales
Cal Empresa Nomenclatura Adotada
CH-III A III-A
CH-III B III-B
CH-III C III-C
CH-III D III-D
CH-III E III-E
CH-I A I-A
CH-I C I-C
CH-I F I-F
CH-I G I-G
CH-I H I-H
Após o recebimento, as amostras foram armazenadas em sacos plásticos e
colocadas em bombonas de armazenagens, uma por amostra, conforme mostra a
figura 12.
Figura 12 - Figura ilustrando as bombonas de armazenagem das cales (LATECA-UFPR)
29
Inicialmente realizou-se o processo de preparação das amostras de acordo
com a NBR 6471:1998 – Cal Virgem e Cal Hidratada – Retirada e preparação de
amostra – Procedimento, para envio de amostras para o laboratório DETECT, onde
foram realizados os ensaios propostos na NBR 7175. Posteriormente seguiu-se o
mesmo procedimento para o envio de amostras ao LAMIR – Laboratório de Minerais
e Rochas, onde foram realizados os demais ensaios. Sendo assim, deve-se levar em
consideração o fato de que os laboratórios utilizaram as mesmas amostras para a
realização de seus ensaios, porém alíquotas diferentes. As alíquotas utilizadas são
diferentes porque as amostras foram retiradas das bombonas de armazenagem em
momentos diferentes.
Figura 13 - Fluxograma de preparação de amostras para envio aos laboratórios
3.2 MÉTODOS REALIZADOS
3.2.1 MASSA ESPECÍFICA E MASSA UNITÁRIA
A Massa específica é a relação entre a massa da amostra e o seu volume,
podendo ser absoluta ou relativa. Na determinação da massa específica absoluta
30
não são considerados os vazios existentes, em contrapartida, para determinação da
massa relativa e/ou unitária, consideram-se os vazios.
A massa unitária de um agregado ou aglomerante é a sua densidade (massa
/ volume) com todos os espaços vazios, ou seja, esses espaços vazios são os "vãos"
entre um grão e outro e seus espaços internamente (poros permeáveis).
Pode-se dizer que a massa unitária é a massa real do agregado, pois
engloba todos os espaços existentes (internamente e externamente). A massa
específica segue o mesmo princípio da massa unitária, porém os espaços/vazios não
são considerados.
O ensaio de massa específica foi realizado de acordo com a NBR NM
23/2000. O ensaio de massa unitária foi realizado adaptando-se a norma NBR NM
45/2006, utilizando o recipiente para determinação do teor de ar incorporado da
argamassa. Os ensaios de Massa Específica foram realizados três vezes para cada
amostra e os de Massa Unitária cinco vezes para cada amostra a fim de se garantir
confiabilidade nos resultados.
Estas análises foram executadas no Laboratório de Tecnologia de
Argamassas da Universidade Federal do Paraná – LATECA-UFPR. A seguir, as
figuras 14 e 15 ilustram a realização dos ensaios.
Figura 14 - A) Ensaio de Massa Unitária (LATECA-UFPR); B) Arrasamento de superfície (LATECA-
UFPR)
31
Figura 15 - Ensaio de Massa Específica
3.2.2 GRANULOMETRIA A LASER
O ensaio de Granulometria a Laser foi realizado no laboratório da escola
politécnica da USP – Universidade de São Paulo. Este ensaio em cal vem sendo
estudado e avaliado durante um ano a fim de se obter um aprimoramento da técnica.
O procedimento de ensaio consiste em dispersar a amostra de cal em água
deionizada, ao agitador de partículas. Em seguida é necessário aguardar o
processamento de dados que será fornecido ao computador do laboratório. Após
esse procedimento é possível analisar a porcentagem de material passante nas
peneiras pré-estabelecidas e, com base nesses dados, determinar a curva
granulométrica de cada amostra.
A análise granulométrica a laser foi necessária, pois a cal apresenta
partículas inferiores a 0,075mm, sendo assim o ensaio granulométrico por peneiras
não seria adequado para tal caracterização.
3.2.3 DIFRATOMETRIA DE RAIOS-X
Este ensaio foi realizado no LAMIR – Laboratório de Minerais e Rochas da
Universidade Federal do Paraná, e o modelo do equipamento utilizado foi Empyrean
da marca PANalytical. O método de execução deste ensaio foi o de pó prensado.
A figura 16 a seguir ilustra o ensaio de Difratometria de Raios-x.
32
Figura 16 – a) Molde para prensagem das amostras; b) Difratômetro de Raios-X (LAMIR, UFPR)
3.2.4 ESPECTROMETRIA DE FLUORESCÊNCIA DE RAIOS-X
O ensaio de FRX, como é chamado a Espectrometria de Fluorescência de
Raios-x, foi realizado de forma semiquantitativa, pois as amostras de cales não se
enquadraram em nenhum padrão analítico existente no laboratório que executou o
ensaio. Para a realização deste ensaio foi necessária a confecção de pastilhas de
cal conforme mostra a figura 17. A pastilha é executada homogeneizando-se 7
gramas de cal com 1,4 gramas de cera e colocando essa alíquota na prensa.
Figura 17 – Confecção das pastilhas para o ensaio de FRX. A) Prensa; B) Pastilha de cal
(LAMIR/UFPR)
33
Este ensaio foi realizado no LAMIR – Laboratório de Minerais e Rochas da
UFPR utilizando-se o equipamento da marca PANanalytical do modelo AxiosMax
(Figura 18).
Figura 18 - Equipamento utilizado no ensaio de Espectrometria de Fluorescência de Raios-X (LAMIR-
UFPR)
3.2.5 TERMOGRAVIMETRIA
Neste trabalho foi realizada a técnica de termogravimetria dinâmica. O
ensaio consiste em preparar a amostra dentro de um pequeno cadinho e colocar
para leitura dentro do equipamento. Foi utilizada atmosfera de nitrogênio com uma
variação de temperatura de 0 a 1000°C. A técnica foi executada no LAMIR/UFPR –
Laboratório de Minerais e Rochas da Universidade Federal do Paraná. A figuras 19 a
seguir apresenta a preparação da amostra para leitura no equipamento e o
equipamento utilizado, marca Metltler Toledo, modelo TGA/SDTA851.
34
Figura 19 - A) Amostra de cal e cadinhos utilizados no ensaio de Termogravimetria; B) Equipamento
de Termogravimetria (LAMIR/UFPR)
3.2.6 ANÁLISE QUÍMICA PELA NBR 6473:2003
A NBR 6473:2003 – Cal virgem e cal hidratada – Análise Química, foi
elaborada a fim de se avaliar a qualidade e características das cales produzidas no
Brasil. Esta Norma prescreve os métodos para as determinações de umidade, perda
ao fogo, sílica mais resíduo insolúvel, óxido de cálcio total, óxido de magnésio, óxido
férrico, óxido de alumínio e enxofre em cal virgem e cal hidratada (ABNT, NBR
6473:2003).
Para a realização do ensaio é necessária a utilização de uma aparelhagem
especial que conta com uma balança analítica com resolução de 0,1 mg, forno
mufla, agitador com barra magnética, peagâmetro, buretas com resolução máxima
de 0,05 mL e material usual de laboratório. Utiliza-se água, sendo esta destilada ou
deionizada, reagentes e soluções, dentre os quais vale destacar o ácido perclórico,
ácido clorídrico, ácido nítrico, nitrato de potássio, solução de hidróxido de potássio,
hidróxido de amônio, solução de acetato de amônio, carbonato de cálcio e etanol
absoluto.
Deve-se fazer a preparação das soluções e indicadores químicos e em
seguida seguir o procedimento para cada método conforme está especificado em
Norma. A NBR 6473:2003 estabelece as fórmulas utilizadas para se obter as
porcentagens referentes a cada propriedade química da cal em análise.
35
A partir das informações obtidas na análise química, executa-se uma
sequência de cálculos (descritos na NBR 7175) que permite determinar os aspectos
químicos das cales:
1) O teor de óxido de Cálcio (CaO) ou óxido de Magnésio (MgO) não
hidratado deve ser calculado como segue:
a) CaO combinado com CaSO4 = % SO3 x 0,70
b) CaO combinado com CaCO3 = % CO2 x 1,27
c) água combinada = % perda ao fogo – (% CO2 + % umidade)
d) CaO hidratado = % água combinada x 3,11
e) CaO não-hidratado = % CO2 – ( a + b + d )
f) MgO hidratado = I e I x 0,72
O teor de óxidos não hidratados é expresso por:
Tabela 4 - Cálculo do teor de óxidos não hidratados
O teor de óxidos totais na base de não-voláteis (CaOtotal + MgOtotal) deve ser
calculado como segue:
% (CaOtotal + MgOtotal), base de não-voláteis = (% CaOtotal + % MgOtotal) x 100
100 - % perda ao fogo
A análise química pela NBR 6473:2003, foi realizada pelo Laboratório
contratado DETECT, localizado na cidade de Colombo-PR.
3.2.7 ANÁLISE DA FINURA PELA NBR 9289:2000
A NBR 9289:00 Cal Hidratada para Argamassas – Determinação da Finura
prescreve o método a ser utilizado para o ensaio de finura de cal hidratada para
argamassas, através do resíduo em peneiras.
Hipóteses Óxido de Cálcio não hidratado calculado
(CaO) Óxido de Cálcio e Magnésio não hidratado
calculado (CaOt + MgOt)
e < 0 0 (zero) % MgO – f
e = 0 0 (zero) % MgO
e > 0 e e + % MgO
36
O processo é realizado colocando-se a peneira nº 30 sobre a peneira nº 200
e transferindo-se 50g de cal hidratada para a peneira nº 30. Em seguida deve-se
lavar o material com jato de água durante 5min. Transferir o material retido em cada
peneira para cápsulas e deixar decantar por 10mim. Secar em estufa os resíduos de
ambas as peneiras até atingirem uma massa constante.
A análise física pela NBR 9289:2000, foi realizada pelo Laboratório
contratado DETECT, localizado na cidade de Colombo-PR.
37
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 MASSA ESPECÍFICA E MASSA UNITÁRIA
As figuras 20 e 21 apresentam os resultados de Massa Específica e Massa Unitária, respectivamente, em g/cm³.
Figura 20 - Resultados de Massa Específica
Figura 21 - Resultados de Massa Unitária
38
A partir da análise dos resultados observa-se, em geral, que as amostras de
cales do tipo CH-III (mais especificamente as cales III B, III-C, III-D e III-E) possuem
uma massa específica e unitária superiores às amostras de cales do tipo CH-I. Isso
se deve ao fato de que as cales CH-III posuem mais calcário “cru” em sua
composição, como poderá ser observado pela análise química, um maior teor de
CO2 para algumas amostras de cales CH-III, o que caracteriza uma cal mal
queimada com a presença de calcários “crus”. A amostra III-A mostrou-se como uma
exceção visto que apresentou resultados semelhantes às cales tipo CH-I.
Possivelmente as amostras III-A, I-A e I-G apresentam partículas menos
densas às demais devido a sua massa específica inferior, e partículas mais finas
com morfologia dos grãos divergentes às outras amostras, devido às suas inferiores
massas unitárias, ocasionadas por uma maior quantidade de vazios existente entre
os grãos.
4.2 ANÁLISE QUÍMICA DA NBR 6473:2003
Na tabela 5 estão apresentados os resultados da análise química (NBR
6473).
Tabela 5 - Resultado da Análise Química pela NBR 6473
AmostraDens.
(g/cm³)
Umidade
(%)
PF
(perda
ao
fogo)
(%)
CO2
(%)
RI +
SiO2
(%)
CaO
(%)
MgO
(%)
SO3
(%)
Ox. Totais
não
voláteis
(%)
Ox. Totais
não
hidratados
(%)
III-A 0,517 0,00 24,80 4,80 2,70 60,80 9,90 0,60 94,02 4,20
III-B 0,700 0,00 23,70 4,70 7,10 45,50 23,50 0,05 90,43 9,39
III-C 0,865 0,50 29,90 16,40 7,60 36,30 25,70 0,04 88,45 7,71
III-D 0,752 0,00 28,40 13,10 4,40 39,30 27,50 0,06 93,30 9,53
III-E 0,905 0,10 33,30 15,50 2,30 38,30 25,70 0,04 95,95 0,00
I-A 0,520 0,10 25,30 6,10 3,60 63,30 6,20 0,40 93,04 3,23
I-C 0,654 0,00 26,40 4,70 4,80 40,40 28,30 0,06 93,34 4,47
I-F 0,747 0,00 25,40 8,40 5,20 40,40 28,30 0,06 92,09 11,61
I-G 0,492 0,00 24,30 1,10 2,90 69,00 2,90 0,20 94,98 0,00
I-H 0,677 0,10 27,40 6,90 3,90 39,80 28,60 0,05 94,21 5,24
ANÁLISES QUÍMICAS E FÍSICAS - NBR 7175
39
A partir desta análise pode-se observar que a maioria das cales analisadas
são classificadas como dolomíticas, devido ao alto teor de óxido de cálcio e de óxido
de magnésio presente nas amostras, e apenas três cales, III-A, I-A e I-G, podem ser
classificadas como cálcicas, obtidas de calcários tipicamente cálcicos.
Uma tendência observada é a variação no teor de CO2 do grupo de cales
CH-I, para as cales CH-III. O primeiro apresenta teores de CO2 inferiores ao
segundo. A cal CH-I é originada de um calcário com maior teor de cálcio onde a
temperatura de queima é constante, o que vem a facilitar a calcinação. Por outro
lado, para um calcário com maior teor de magnésio a faixa de temperatura para
queima é maior, dificultando o processo e dando origem, principalmente, a cales do
tipo CH-III (GUIMARÃES, 2002). Porém, cabe destacar que é provável que o calcário
com mais resíduo insolúvel tenha maior facilidade de calcinação, pois o resíduo
insolúvel, que basicamente é a sílica, age como um catalizador na reação.
Analisando-se concomitantemente as tabelas 01 e 05 observa-se que
algumas amostras de cal não apresentam as exigências químicas mínimas definidas
pela norma. A porcentagem de Anidrido Carbônico (CO2) para cal CH-I deve ser
inferior à 7% e para cal CH-III inferior à 15%. Dentre as cales CH-III, as amostras III-
C e III-E não apresentam esse requisito, e dentre as cales CH-I a que está fora dos
limites de norma é a cal I-F.
Ainda quimicamente, observa-se que a amostra I-F apresenta uma
porcentagem de óxidos totais não hidratados superior a 10%, que é o limite de
norma. Com relação aos óxidos totais não voláteis todas as amostras CH-I e CH-III
estão dentro dos limites estabelecidos.
Outra consideração importante a ser feita é com relação à comparação dos
resultados de Massa Unitária apresentados na Figura 21 com os resultados de
densidade apresentados na Tabela 05 é o fato de que os dados obtidos a partir da
análise realizada no DETECT foram superiores aos dados obtidos pela anáise
realizada no LATECA. Possivelmente isso ocorreu por divergências no procedimento
de ensaio, tendo em vista que no LATECA foi utilizada uma adaptação da NBR NM
45/2006 como mostrado no item 3.2.1 deste trabalho.
40
Figura 22 - Comparação de Resultados de Massa Unitária
Figura 23 - Correlação entre os resultados de Massa Unitária
4.3 ANÁLISE QUÍMICA – NOVAS TÉCNICAS
4.3.1 ESPECTROMETRIA DE FLUORESCÊNCIA DE RAIOS-X EM
COMPARAÇÃO À ANÁLISE QUÍMICA PELA NBR 6473
A tabela 06 mostra os resultados obtidos a partir da análise semiquantitativa
das amostras para o ensaios de Fluorescência de Raios-X e os resultados de perda
ao fogo fornecidos pelo LAMIR.
0,43
0,61 0,73
0,65 0,76
0,43 0,55
0,66
0,43 0,58 0,52
0,70 0,87
0,75 0,91
0,52 0,65
0,75
0,49
0,68
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
III-A III-B III-C III-D III-E I-A I-C I-F I-G I-H
Comparação de Resultados de Massa Unitária (g/cm³)
Ensaio de Massa Unitária Executado no LATECA
Ensaios de Massa Unitária executados pelo DETECT LAB
R² = 0,9894
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Correlação entre Massas Unitárias
41
Tabela 6 - Resultados de FRX e PF
FRX E PERDA AO FOGO
Amostra PF (perda ao fogo)
(%)
RI + SiO2 (%)
CaO (%) MgO (%) SO3 (%)
III-A 25,4 2,1 68,5 3,6 0,5
III-B 26,5 2,8 50,3 20,3 0,1
III-C 31,5 2,4 42,2 23,8 <0,1
III-D 29,5 2,2 43,6 24,6 < 0,1
III-E 31,2 1,2 43,2 24,3 < 0,1
I-A 26,5 2,5 68,6 2 0,4
I-C 27,4 1,9 44,6 25,9 <0,1
I-F 23,6 1,6 47,9 26,9 <0,1
I-G 24,4 1,5 73,6 0,3 0,1
I-H 28,9 1 44,7 25,3 <0,1
Com esse resultado foi possível estabelecer uma comparação com o
resultado obtido a partir da análise química proposta na norma para os teores de
CaO, MgO e perda ao fogo. Esta comparação está apresentada na tabela 07.
Tabela 7 - Análise comparativa dos resultados de FRX e dos resultados da NBR 7175
Amostra
CaO
FRX
CaO
NBR
MgO
FRX
MgO
NBR
P.F.
FRX
P.F
NBR
III-A 68,50 60,80 3,60 9,90 25,40 24,80III-B 50,30 45,50 20,30 23,50 26,50 23,70III-C 42,20 36,30 23,80 25,70 31,50 29,90III-D 43,60 39,30 24,60 27,50 29,50 28,40III-E 43,20 38,30 24,30 25,70 31,20 33,30I-A 68,60 63,30 2,00 6,20 26,50 25,30I-C 44,60 40,40 25,90 28,30 27,40 26,40I-F 47,90 40,40 26,90 28,30 23,60 25,40I-G 73,60 69,00 0,30 2,90 24,40 24,30I-H 44,70 39,80 25,30 28,60 28,90 27,40
A tabela 07 mostra que a porcentagem de óxido de cálcio obtida pela análise
de Fluorescência de Raios-X foi superior à obtida pela análise química proposta na
NBR 7175, por outro lado, a quantidade de óxido de magnésio foi inferior. A perda ao
42
fogo não apresentou significativas diferenças pois o método de obtenção dos
resultados foi semelhante.
Os gráficos a seguir (Figura 24) ilustram essa diferença nas porcentagens de
CaO e MgO entre as técnicas utilizadas.
Figura 24 - Análise NBR 6473 x FRX (Teor de Cao e MgO)
Essa diferença nas porcentagens ocorre pelo fato de que as técnicas são
realizadas de maneira distinta. Neste caso, a diferença entre os teores de CaO e
MgO obtidos pela análise química (NBR 6473) e pelo ensaio de FRX possivelmente
43
R² = 0,9892
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0
CORRELAÇÃO ENTRE FRX E NBR 6473 %CaO
R² = 0,897
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0
CORRELAÇÃO ENTRE FRX E NBR 6473 %MgO
pode ser explicada ao constatar-se que o método da NBR 6473 ataca a amostra com
ácido perclórico, o que não ocorre na Fluorescência de Raios-X. O ácido perclórico
possivelmente impede que todo o calcário seja solubilizado. Sendo assim,
provavelmente há calcita e dolomita presentes no resíduo insolúvel fornecido pela
análise química da NBR 6473.
Além disso, vale ressaltar que a técnica de Fluorescência de Raios-X foi
realizada de forma semi-quantitativa com um padrão analítico de calcário e não de
cal hidratada, que seria o ideal, pois o laboratório que realizou a análise não possui
um padrão analítico internacional de cal hidratada.
Porém, ao correlacionar os dados obtidos com as duas técnicas, é possível
avaliar que para o teor de CaO é alcançado um fator de correlação entre dados de
0,99 e para o teor de MgO 0,89 tendo em vista que, desconsiderando-se a amosta I-
F, esse fator chega a 0,98% como mostram os gráficos da figura 25.
Figura 25 - Correlação entre ensaios
Com os gráficos de correlação pode-se concluir também que há uma
tendência de comportamento muito próxima, os resultados das amostras seguem um
R² = 0,9877
0,00
20,00
40,00
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0
CORRELAÇÃO ENTRE FRX E NBR 6473 %MgO
44
intervalo numérico quase que constante. Ainda pode-se observar a clara divisão de
dois grupos distintos de cales, o grupo de cales CH-I e o grupo de cales CH-III.
Qualitativamente os resultados por Fluorescência de Raios-x e pela NBR
6473 foram iguais, visto que ambas as técnicas apresentaram as cales III-A, I-A e I-G
como cales cálcicas e as demais como dolomíticas. Além disso, a cal que
apresentou-se com maior teor de CaO pela análise da NBR 6473, cal I-G, foi a
mesma quando analisada pela análise de FRX. As diferenças observadas foram
quantitativamente o que pode ser explicado pelas particularidades dos métodos já
citadas acima.
4.3.2 RESULTADOS DE TERMOGRAVIMETRIA
A partir da análise das curvas de Termogravimetria pode-se observar dois
grupos distintos, as cales III-A, I-A, I-G, e um grupo com as demais amostras. O
primeiro apresenta apenas um pico entre 300 e 500°C, indicando grande teor de
hidróxido de cálcio e um pequeno teor de hidróxido de magnésio. Já as demais
amostras apresentam dois picos entre essa mesma faixa de temperatura, que são os
picos de hidróxido de magnésio e cálcio respectivamente, classificando assim essas
cales como dolomíticas.
As figuras 26 e 27 apresentam as curvas TG/DTA de uma amostra de CH-I e
de uma amostra de CH-III, respectivamente. As demais curvas encontram-se nos
anexos.
Figura 26 – Curva TG/DTA da amostra I-A
45
Figura 27 – Curva TG/DTAda amostra III-B
São indicadas a seguir as reações químicas associadas aos eventos
térmicos identificados nas curvas TG/DTA para as cales.
A - Decomposição da Brucita [Mg(OH)2] presente nas cales tipo CH-III:
Mg(OH)2 = MgO + H2O
B - Decomposição da Portlandita [Ca(OH)2] constituinte em todas as cales:
Ca(OH)2 = CaO + H2O
C - Decomposição da Calcita [CaCO3] presente em todas as cales:
CaCO3 = CaO + CO2
Uma informação importante que se pode obter das curvas TG/DTA são os
parâmetros da composição química do material. A partir dos valores de perda de
massa obtidos na curva DTA e considerando-se as equações químicas vinculadas
aos fenômenos térmicos, calculou-se a composição da água de adsorção das cales,
brucita [Mg(OH)2], portlandita [Ca(OH)2] e calcita [CaCO3] (QUARCIONI, V. A.,
2008).
A tabela a 08 representa estes teores calculados.
46
Tabela 8 - Análises do ensaio de Termogravimetria
Amostra
Parâmetros de composição (%), em função das faixas de temperatura de perda de massa (°C)
Perda de
massa total
III-A
EQ Água de adsorção Mg(OH)2 Ca(OH)2 CO2 CaCO3 %
°C 0 - 270 270-360 390-500 500-1000
500-1000
27,91 % 1,206 1,78 60,66 10,14 23,02
III-B
EQ Água de adsorção Mg(OH)2 Ca(OH)2 CO2 CaCO3 %
°C 0 - 270 270-370 370-490 490-1000
490-1000
29,13 % 0,8 18,69 29,72 14,57 33,07
III-C
EQ Água de adsorção Mg(OH)2 Ca(OH)2 CO2 CaCO3 %
°C 0 - 270 270-410 410-480 480-1000
480-1000
33,29 % 0,77 28,45 12,45 19,8 44,95
III-D
EQ Água de adsorção Mg(OH)2 Ca(OH)2 CO2 CaCO3 %
°C 0 - 270 270-400 400-490 490-1000
490-1000
31,26 % 0,96 25,11 21,78 16,44 37,32
III-E
EQ Água de adsorção Mg(OH)2 Ca(OH)2 CO2 CaCO3 %
°C 0 - 270 270-400 400-500 500-1000
500-1000
37,75 % 0,59 21,48 18,33 23,57 53,50
I-A
EQ Água de adsorção Mg(OH)2 Ca(OH)2 CO2 CaCO3 %
°C 0 - 270 270-380 380-510 510-1000
510-1000
27,36 % 1,13 1,88 60,87 9,9 22,47
I-C
EQ Água de adsorção Mg(OH)2 Ca(OH)2 CO2 CaCO3 %
°C 0 - 270 270-400 400-500 500-1000
500-1000
30,1 % 1 33,27 30,46 12,61 28,62
I-F
EQ Água de adsorção Mg(OH)2 Ca(OH)2 CO2 CaCO3 %
°C 0 - 270 270-400 400-500 500-1000
500-1000
30,06 % 1,14 28,38 28,44 10,36 23,52
I-G
EQ Água de adsorção Mg(OH)2 Ca(OH)2 CO2 CaCO3 %
°C 0 - 270 270-410 410-510 510-1000
510-1000
28,33 % 1,35 7,06 60,95 8,6 19,52
I-H
EQ Água de adsorção Mg(OH)2 Ca(OH)2 CO2 CaCO3 %
°C 0 - 270 270-400 400-500 500-1000
500-1000
31,83 % 1,07 32,69 28,98 12,68 28,78
47
Sendo que:
% Mg(OH)2 = Variação de massa x 3,24
% Ca(OH)2 = Variação de massa x 4,11
% CaCO3 = Variação de massa x 2,27
Estes valores que multiplicam as variações de massa dos compostos são
determinados com base no peso atômico de cada elemento químico. A partir do
cálculo do peso molecular de cada composto e analisando-se as reações químicas, é
possível estabelecer esses valores de proporção.
A termogravimetria, por si só, não caracteriza quimicamente de uma forma
completa a cal, porém, combinando-se os resultados de Fluorescência de Raios-X
com Termogravimetria é possível obter as mesmas caracterizações obtidas pela
NBR 6473 que são exigências na NBR 7175.
Resumidamente, a análise termogravimétrica fornece o valor de CO2 das
amostras, e os demais valores são obtidos a partir da técnica de FRX. O teor de
umidade não pode ser utilizado como o teor de água de adsorção obtido pela análise
de TG pois as amostras foram secas em estufas antes da realização dos ensaios. A
tabela 9 apresenta as caracterizações obtidas pela combinação dos dois ensaios,
que serão utilizadas no próximo item deste trabalho para o cálculo completo da
análise pela NBR 7175.
Tabela 9 - Caracterizações obtidas pelas análises de FRX e TG
TG
Amostra
PF (perda ao fogo)
(%) RI + SiO2
(%) CaO (%) MgO (%) SO3 (%) CO2 (%)
III-A 25,4 2,1 68,5 3,6 0,5 10,14
III-B 26,5 2,8 50,3 20,3 0,1 14,57
III-C 31,5 2,4 42,2 23,8 <0,1 19,8
III-D 29,5 2,2 43,6 24,6 < 0,1 16,44
III-E 31,2 1,2 43,2 24,3 < 0,1 23,57
I-A 26,5 2,5 68,6 2 0,4 9,9
I-C 27,4 1,9 44,6 25,9 <0,1 12,61
I-F 23,6 1,6 47,9 26,9 <0,1 10,36
I-G 24,4 1,5 73,6 0,3 0,1 8,6
I-H 28,9 1 44,7 25,3 <0,1 12,68
48
4.3.3 ANÁLISE QUÍMICA COMPLETA PELA ESPECTROMETRIA DE
FLUORESCÊNCIA DE RAIOS-X E TERMOGRAVIMETRIA
A partir da análise termogravimétrica é possível a identificação do teor de
CO2 presente nas amostras. A umidade não pode ser definida a partir desta técnica
pois as amostras foram secas em estufas a uma temperatura de 50°C por um
período de 24 horas antes da realização do ensaio. A água de adsorção apresentada
na tabela 10 representa apenas a água que foi absorvida pela cal durante o
processo de retirada da estufa e colocação para leitura nos cadinhos (recipiente
resistente a temperaturas elevadas).
Sendo assim, assumindo a umidade igual a 0% para todas as amostras,
pode-se aplicar a sequência de cálculos indicada na NBR 7175, apresentados no
item 3.2.6 deste trabalho, utilizando-se o teor de CO2 obtido pela análise
termogravimétrica (tabela 10) e os demais teores, CaO, MgO e perda ao fogo (tabela
08), disponíveis na análise de Fluorescência de raios-x.
A tabela 10 a seguir apresenta os resultados obtidos:
Tabela 10 - Cálculos da NBR 7175 para obtenção dos teores de óxidos não hidratados e de óxidos
hidratados
Amostra a) b) c) d) e) f) Óxido de cálcio não hidratado
calculado
Óxido de cálcio e magnésio não
hidratado calculado (%)
Óxidos totais na base de não voláteis (%)
III-A 0,35 12,878 15,22 47,33 7,94 5,72 7,94 11,54 96,60
III-B 0,07 18,504 11,92 37,07 -5,35 3,85 0,00 16,45 96,04
III-C 0 25,146 11,68 36,32 -19,27 13,87 0,00 9,93 96,32
III-D 0 20,879 13,04 40,55 -17,83 12,84 0,00 11,76 96,71
III-E 0 29,934 7,60 23,64 -10,37 7,47 0,00 16,83 98,07
I-A 0,28 12,573 16,55 51,47 4,28 3,08 4,28 6,28 95,99
I-C 0 13,157 17,07 53,09 -21,64 15,58 0,00 10,32 97,15
I-F 0 16,015 10,95 34,05 -2,17 1,56 0,00 25,34 97,85
I-G 0,07 10,922 15,76 49,01 13,59 9,79 13,59 13,89 97,70
I-H 0 16,104 16,19 50,35 -21,75 15,66 0,00 9,64 98,41
49
Sendo:
a) CaO combinado com CaSO4 = % SO3 x 0,70
b) CaO combinado com CaCO3 = % CO2 x 1,27
c) água combinada = % perda ao fogo – (% CO2 + % umidade)
d) CaO hidratado = % água combinada x 3,11
e) CaO não-hidratado = % CO2 – ( a + b + d )
f) MgO hidratado = I e I x 0,72
A tabela 11 apresenta um resumo da comparação entre os dados obtidos
com a análise indicada pela NBR 7175 e os valores encontrados empregando novas
técnicas de caracterização. Os itens com hachura indicam valores que não estão em
conformidade com os limites da norma brasileira.
Tabela 11 - Análise comparativa entre as metodologias
AMOSTRA
LIMITES DE QUALIDADE ESPECIFICADOS NA NBR 7175
ANÁLISE QUÍMICA – NOVAS TÉCNICAS
ANÁLISE QUÍMICA INDICADA NA NBR 7175
CO2(%)
Óxido de cálcio e
magnésio não
hidratado calculado
(%)
Óxidos totais na base de
não voláteis
(%)
CO2(%)
Óxido de cálcio e
magnésio não
hidratado calculado
(%)
Óxidos totais na base de
não voláteis
(%)
CO2(%)
Óxido de cálcio e
magnésio não
hidratado calculado
(%)
Óxidos totais na base de
não voláteis
(%)
III-A ≤ 15 ≤ 15 ≥ 88 10,14 11,54 96,6 4,8 4,2 94,02
III-B ≤ 15 ≤ 15 ≥ 88 14,57 16,45 96,04 4,7 9,39 90,43
III-C ≤ 15 ≤ 15 ≥ 88 19,8 9,93 96,32 16,4 7,71 88,45
III-D ≤ 15 ≤ 15 ≥ 88 16,44 11,76 96,71 13,1 9,53 93,3
III-E ≤ 15 ≤ 15 ≥ 88 23,57 16,83 98,07 15,5 0 95,95
I-A ≤ 7 ≤ 10 ≥ 90 9,9 6,28 95,99 6,1 3,23 93,04
I-C ≤ 7 ≤ 10 ≥ 90 10,36 10,32 97,15 4,7 4,47 93,34
I-F ≤ 7 ≤ 10 ≥ 90 12,61 25,34 97,85 8,4 11,61 92,09
I-G ≤ 7 ≤ 10 ≥ 90 8,6 13,89 97,7 1,1 0 94,98
I-H ≤ 7 ≤ 10 ≥ 90 12,68 9,64 98,41 6,9 5,24 94,21
Observando-se a tabela acima, é possível constatar uma notável diferença
entre os valores encontrados nas análises. Percebe-se que as porcentagens de
50
CO2, de óxidos não hidratados e de óxidos totais, obtidas através das novas
técnicas, são maiores que os encontrados pelos ensaios da NBR 6473.
Em relação ao anidrido carbônico (CO2), o alto teor encontrado pelas novas
técnicas pode ser explicado pela ocorrência da recarbonatação, ou seja, incorreto
armazenamento da amostra. Como as amostras foram preparadas em momentos
diferentes para envio para os laboratórios, Detect e LAMIR, pode ter ocorrido a
recarbonatação das amostras armazenadas, pois o envio de amostras para o LAMIR
ocorreu em um momento posterior ao envio de amostras ao DETECT.
Em contrapartida, a diferença nas porcentagens de óxidos não hidratados e
óxidos totais na base de não voláteis entre as duas metodologias pode ser
esclarecida tendo em vista que os dados utilizados para a obtenção destes
resultados foram determinados através de aplicações diferentes. Em se tratando da
análise proposta neste trabalho, verifica-se que os dados necessários para o cálculo
dos óxidos foram obtidos pela análise de FRX. Na Fluorescência de Raios-X, a
amostra é colocada em um pequeno molde em formato de pastilha e prensada logo
a seguir sem a utilização de qualquer composto químico. Isso não ocorre nos
ensaios propostos pela norma, onde são utilizados ácidos e diversas soluções a fim
de se obter os dados necessários. Estes ácidos podem, eventualmente, impedir a
total solubilização das amostras o que acarretaria na diferença observada entre os
dados da tabela 11.
4.3.4 DIFRATOMETRIA DE RAIOS-X
Nas Figuras 28 e 29 apresentam-se dois gráficos obtidos com o ensaio de
DRX, um para uma amostra CH-I e um para uma amostra CH-III, definindo os picos
cristalográficos das amostras. Os demais gráficos obtidos encontram-se nos anexos.
Na tabela 12 encontra-se uma legenda para facilitar o entendimento dos gráficos.
51
Tabela 12 - Legenda dos gráficos de DRX
LEGENDA
Br Brucita Mg(OH)2
C Calcita CaCO3
D Dolomita CaMg(CO3)2
M Periclásio MgO
Mg Magnetita Fe3O4
P Portlandita Ca(OH)2
Q Quartzo SiO2
A Ankerita Ca(Mg.Fe)(CO3)2
Figura 28 - Difratograma da amostra I-A
Figura 29 - Difratograma da amostra III-E
52
A partir da análise dos gráficos observa-se que as cales tipo CH-III
apresentam uma maior quantidade de picos com mais elementos químicos definidos
do que as cales tipo CH-I. Por exemplo, cal III-A apresentou-se como uma exceção
visto que, ocorreram poucos picos e apenas alguns elementos foram observados em
seu difratograma. Dentre as cales CH-I a que merece destaque é a cal I-G que
apresentou um número baixo de picos, sendo os dois únicos compostos registrados
a Portlandita e a Magnetita.
As cales III-C, III-D, III-E e I-F apresentaram picos de calcita e dolomita,
enquanto que as demais amostras registraram apenas picos de calcita. Observando
as amostras III-C, III-D e III-E percebe-se, a partir dos dados obtidos com o ensaio
de FRX, que elas apresentam um menor teor de CaO em comparação às demais
amostras de cal tipo CH-III. Em contrapartida seu teor de MgO é maior. Isso explica
a presença de picos tanto de calcita, quanto de dolomita nestas amostras. Com
relação à amostra I-F, ao compará-la com as demais cales tipo CH-I e observando
os dados da tabela 6 de FRX, é perceptível um teor intermediário de óxido de cálcio;
em compensação esta amostra apresenta o maior teor de óxido de magnésio
encontrado dentre todas as cales, o que justifica os picos de dolomita encontrados
através do ensaio de DRX.
Outra observação importante a se fazer é que a amostra III-E apresentou
picos de Ankerita (Ca(Mg.Fe)(CO3)2), elemento que não foi identificado em
nenhuma das outras amostras.
4.3.5 GRANULOMETRIA A LASER - ANÁLISE FÍSICA
Com os dados obtidos através da Granulometria a laser, pode-se verificar a
quantidade de material passante em cada peneira, constituindo-se assim, a curva
granulométrica das amostras. A NBR 7175:2003 avalia a quantidade de material
passante nas peneiras nº 30 (0,600mm) e nº 200 (0,075mm). Assim sendo, o gráfico
da Figura 30 a seguir apresenta as curvas granulométricas das amostras estudadas:
53
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1
Fre
qu
ên
cia
acu
mu
lad
a ab
aixo
(%
)
Diâmetro de partículas (mm)
Curva de Distribuição Granulométrica
III-A III-B III-C III-D III-E I-A I-C I-F I-G I-H
#,075mm (n°200) #0,600mm (n°30)#0,600mm (n°30)
Figura 30 - Curvas Granulométricas
Observando o gráfico, de forma geral, pode-se dizer que as amostras III-A e
III-B e I-H são consideradas mais finas. As amostras III-D, I-C, I-F e I-G podem ser
definidas com um grupo que apresenta uma granulometria intermediária já. As
demais cales são ditas mais grossas.
Como ilustrado no gráfico, nenhuma das amostras intercepta a linha que
representa a peneira de abertura 0,600mm; isso se deve ao fato de que o aparelho
granulométrico utilizado para o ensaio possui certa limitação. A peneira final de
leitura do equipamento é a de 0,5mm. Apesar disso pode-se verificar que todas as
amostras atingiram 100% de material passante antes mesmo da necessidade de
leitura na peneira n° 30.
A NRB 7175 avalia somente as peneiras nº 30 e nº 200 e através de
peneiramento com água. Os resultados estão apresentados na Tabela 13 na
sequência.
54
Tabela 13 - Resultados de Finura - NBR 9289
ANÁLISE FÍSICA - NBR 7175
Amostra #30 (%)
#200 (%)
Fechamento (%)
III-A 0,60 6,90 98,80
III-B 0,00 4,70 99,85
III-C 0,00 7,80 99,54
III-D 0,00 13,60 99,66
III-E 0,10 20,70 99,90
I-A 0,10 2,60 98,80
I-C 0,00 3,90 99,96
I-F 0,00 6,10 99,36
I-G 0,00 2,40 99,30
I-H 0,00 4,10 99,75
Comparado com a granulometria a laser o ensaio de finura pela NBR 9289 é
incompleto, visto que o primeiro apresenta a curva granulométrica da cal e não
apenas a concentração de materiais em apenas duas peneiras.
A tabela 14 apresenta uma comparação entre resultados dos ensaios a laser
e finura pela NBR 9289. Os itens com hachura representam as amostras que
apresentaram-se fora dos limites especificados pela NBR 7175.
Tabela 14 - Comparações da NBR 7175 - Análise Física
AMOSTRA
% retida
# 30 (0,6mm) # 200 (0,075mm)
LIMITE (%) Granulometria a laser NBR 9289 LIMITE (%) Granulometria a laser NBR 9289
III-A ≤ 0,5 0 0,6 ≤ 15 4,43 6,9
III-B ≤ 0,5 0 0 ≤ 15 0,92 4,7
III-C ≤ 0,5 0 0 ≤ 15 36,23 7,8
III-D ≤ 0,5 0 0 ≤ 15 17,31 13,6
III-E ≤ 0,5 0 0,1 ≤ 15 41,22 20,7
I-A ≤ 0,5 0 0,1 ≤ 10 20,16 2,6
I-C ≤ 0,5 0 0 ≤ 10 6,98 3,9
I-F ≤ 0,5 0 0 ≤ 10 10,95 6,1
I-G ≤ 0,5 0 0 ≤ 10 12,66 2,4
I-H ≤ 0,5 0 0 ≤ 10 3,74 4,1
55
Observa-se que a maioria dos resultados de teor de material retido na
peneira 200 são superiores para o ensaio de granulometria a laser, provavelmente
devido ao fato de uma possível ocorrência de aglomeração dos grãos de cal durante
o contato dos mesmos com a água no ensaio de peneiramento.
Observa-se também que as amostras de cales tipo CH-III apresentam, de
um modo geral, partículas mais grossas às amostras de cales CH-I. As amostras III-
A e III-B mostraram-se como uma exceção às demais apresentando partículas mais
finas.
A partir desta análise observa-se que as cales III-A e III-E não atendem às
exigências físicas de norma quando foram realizados os ensaios a partir da norma
NBR 9289. Com relação ao ensaio de Granulometria a Laser apenas as amostras III-
A, III-B, I-C e I-H atendem aos parâmetros de qualificação.
56
5. CONCLUSÕES
As novas técnicas de caracterização química propostas possibilitaram
complementar a metodologia convencional da NBR 7175, e não substituí-la. A
realização de todos os ensaios e a comparação dos resultados obtidos proporcionou
uma breve avaliação dos métodos recomendados por norma. Os ensaios de FRX,
DRX, TG e Granulometria a Laser se mostraram precisos e de rápida execução, o
que os torna técnicas dignas de um estudo mais detalhado quando se fala em cal
hidratada.
De acordo com os dados obtidos neste trabalho, conseguiu-se constatar que
é possível a aplicação de novas técnicas laboratoriais à forma de avaliação das cales
hidratadas presentes no mercado brasileiro. É necessário destacar que apesar de ter
sido feita a comparação entre os resultados das novas técnicas com os sugeridos
pela NBR 7175, não se pode afirmar qual técnica mostrou resultados mais verídicos,
tendo em vista que, foram utilizadas alíquotas diferentes em cada laboratório e não
foi utilizado um padrão analítico para cales hidratadas na FRX. Apesar disso, as
análises químicas apresentaram resultados correlacionáveis, reservando diferenças
numéricas coerentes por se tratarem de técnicas distintas; mas acredita-se que
principalmente o ajuste do padrão analítico na FRX possa reduzir sobremaneira
essas diferenças.
A partir deste estudo, foi possível observar que as técnicas de
Espectrometria de Fluorescência de Raios X e Termogravimetria, analisadas em
conjunto, possibilitam a obtenção dos mesmos parâmetros químicos obtidos através
dos ensaios propostos pela NBR 7175, utilizando uma tecnologia mais moderna e
precisa em termos de análise química das cales.
Os difratogramas obtidos a partir da técnica de Difratometria de Raios-X
podem complementar os resultados obtidos por norma, já que fornecem a
identificação de picos de elementos cristalinos, o que não ocorre através de nenhum
dos ensaios presentes na norma.
O ensaio de Granulometria a Laser mostrou ser bastante útil na análise física
visto que, apresenta a curva granulométrica de cada cal contendo de forma
detalhada a porcentagem de material retido em várias peneiras, não apenas nas
peneiras nº 30 e nº 200 como prevê a NBR 7175. O uso desta técnica torna mais
57
fácil, precisa e representativa a avaliação das partículas que compõe cada cal,
fazendo com que se tenha um maior conhecimento da amostra analisada.
Em suma, este estudo procurou apresentar novas técnicas para a avaliação
das cales hidratadas comercializadas no Brasil com o intuito de enriquecer e
complementar a análise química e o ensaio de finura atualmente vigentes na NBR
7175. Trabalhos futuros poderão complementar os conhecimentos aqui obtidos.
58
6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Com o trabalho desenvolvido foi possível identificar a necessidade dos
seguintes estudos para serem executados em trabalhos futuros, visando
complementar e aprofundar algumas análises aqui apresentadas.
- Definição de um padrão para realização de Massa Unitária para cal
hidratada;
- Realização de ensaios de Espectrometria de Fluorescência de Raios-x de
forma quantitativa a fim de se poder estabelecer um padrão analítico para cal
hidratada;
- Estudo de Termogravimetria para cal hidratada para uma análise mais
detalhada dos gráficos e dados obtidos a partir deles;
- Quantificação dos picos de Difratometria de Raios-x a fim de tornar possível
uma análise minuciosa das amostras estudadas, podendo-se complementar as
análise de Termogravimetria e Espectrometria de Fluorescência de Raios-x;
- Desenvolvimento de um estudo aprimorado da técnica de Granulometria a
Laser para cal com o intuito de se poder utilizar esta técnica como referência para a
análise de finura da cal hidratada.
59
REFERÊNCIAS
ALBERS A. P. F. et al.. Um método simples de caracterização de argilominerais por difração de raios X, Universidade do Vale do Paraíba e Universidade Federal de S. Carlos, 2002. ALLEN, T. Particle Size Measurement, 5th edition, v.l, London: Chapman and Hall, 1997. AGOPYAN, VAHAN. A Cal na engenharia civil, V Reunião Aberta da Indústria da Cal, OUTUBRO 1985 – SÃO PAULO.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 7175:2003 - Cal Hidratada para argamassas – Requisitos. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 6473:2003 - Cal Virgem e Cal Hidratada – Análise Química. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 9289:2000 - Cal Hidratada para argamassas – Determinação da Finura. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR NM 23:2000 – Cimento Portland e outros materiais em pó – Determinação da massa específica. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR NM 45:2006 – Agregados – Determinação da massa unitária e do volume de vazios. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 10007:2004 – Amostragem de resíduos sólidos.
ASTM, 1976 - C110 Standard Test Methods for Physical Testing of Quicklime, Hydrated Lime, and Limestone, 1976.
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62
ANEXOS
63
-4
-3
-2
-1
0
1
2
70
75
80
85
90
95
100
105
25
12
3,3
33
22
1,6
67
32
0
41
8,3
33
51
6,6
67
61
5
71
3,3
33
81
1,6
67
91
0
Tem
pe
ratu
ra (
°C)
Mas
sa (
%)
Temperatura (°C)
I-A
TG
DTA
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
65
70
75
80
85
90
95
100
105
25
12
3,3
33
22
1,6
67
32
0
41
8,3
33
51
6,6
67
61
5
71
3,3
33
81
1,6
67
91
0
Tem
pe
ratu
ra (
°C)
Mas
sa (
%)
Tempaeratura (°C)
I-C
TG
DTA
-3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5
65
70
75
80
85
90
95
100
105
25
12
3,3
33
22
1,6
67
32
0
41
8,3
33
51
6,6
67
61
5
71
3,3
33
81
1,6
67
91
0
Tem
pe
ratu
a (°
C)
Mas
sa (
%)
Temperatura (°C)
I-F
TG
DTA
-4
-3
-2
-1
0
1
2
70
75
80
85
90
95
100
105 2
5
12
3,3
33
22
1,6
67
32
0
41
8,3
33
51
6,6
67
61
5
71
3,3
33
81
1,6
67
91
0
Tem
pe
ratu
ra (
°C)
Mas
sa (
%)
Temperatura (°C)
I-G
TG
DTA
ANEXO I – CURVAS DE TG/DTA DA CALES CH-I E CH-III
-3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5
65
70
75
80
85
90
95
100
105
25
12
3,3
33
22
1,6
67
32
0
41
8,3
33
51
6,6
67
61
5
71
3,3
33
81
1,6
67
91
0
Tem
pe
ratu
ra (
°C)
Mas
sa (
%)
Temperatura (°C)
I-H
TG
DTA
64
65
ANEXO II – DIFRATOGRAMAS DAS CALES CH-I E CH-III
