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ESTUDO COMPARATIVO DE CONCRETO COM SÍLICA DE CINZA DA CASCA DE ARROZ E SÍLICA ATIVA

COMPARATIVE STUDY OF CONCRETE WITH SILICA FROM RICE HUSK ASH AND SILICA FUME

Alcéurico Carvalho Santana (1); Henrique Ferreira Lima (1);

Nelson Oliveira do Nascimento Filho (1); Sandro Mendes (2).

(1) Graduandos de Engenharia Civil, Universicade Educacional Araucária – UNIFACEAR. (2) Professor MSc., Universidade Educacional Araucária – UNIFACEAR

Resumo

O emprego de materiais pozolânicos, como as sílicas, na indústria da construção civil, mais precisamente em substituição de parte do cimento na confecção de concretos é uma pratica que auxilia a sustentabilidade do meio ambiente colaborando para a redução de CO2 na atmosfera, pois esses materiais são resíduos de outras indústrias como a metalúrgica e seriam descartados na natureza, contaminando o ar, solo e rios. Por sua vez as sílicas oferecem vantagens, benefícios técnicos e econômicos, pois reduzem a quantidade de cimento utilizada na confecção de concretos, contribuindo para a preservação do meio ambiente duplamente, com a redução na extração do clínquer utilizado para a fabricação do concreto e na utilização desses materiais resíduos de outras indústrias. Entretanto o uso das sílicas não pode ocorrer de forma aleatória, faz-se necessário analisar a reação dessas adições no concreto, e até que proporção pode-se aplicar essas adições em substituição ao cimento sem perda de desempenho, resistência e durabilidade. Este estudo verificou, através de ensaios laboratoriais, a trabalhabilidade do concreto fresco e a resistência à compressão axial do produto final para os traços realizados com adição de sílica ativa e cinza da casca de arroz nas proporções de 5%, 10%, 15% e 20% em substituição a massa de cimento CP-V ARI nas idades de 3, 7 e 28 dias, em um traço bastante utilizado por uma concreteira da região de Curitiba, totalizando a confecção de 196 corpos-de-prova. A viabilidade econômica, custos e quantidade de aditivos também foram analisados levando em consideração os benefícios técnicos inerentes ao uso de ambas às adições. Palavras-chave: Sílica ativa, Cinza da casca de arroz, concreto.

Abstract

The use of pozzolanic materials, such as silica fume, in the construction industry, more precisely replacing part of the cement in concrete making is a practice that helps the sustainability of the environment by helping to reduce CO2 in the atmosphere, since these materials are waste from other industries such as metallurgy and would be disposed of in nature, contaminating air, soil, and rivers. In turn silicas offer advantages, technical and economic benefits, as they reduce the amount of cement used in concrete making, contributing to the preservation of the environment doubly, with the reduction in the extraction of the clinker used for the manufacture of the concrete and in the use materials from other industries. However, the use of silicas cannot occur in a random way, it is necessary to analyze the reaction of these additions in concrete, and the adequate percentage of cement replacement without loss of performance, strength and durability. This study verified, through laboratory tests, the workability of the fresh concrete and the compressive strength of hard concrete mixtures made with addition of silica fume and silica from rice husk ash at the proportions of 5%, 10%, 15% and 20%, replacing the mass of CP-V ARI cement at the ages of 3, 7 and 28 days, in a concrete mixture widely used by a concrete batch plant from Curitiba region, totaling 196 specimens. The economic feasibility, costs and quantity of additives were also analyzed taking into account the technical benefits inherent in the use of both products. Keywords: Active silica, Rice husk ash, concrete.

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1 Introdução Com o objetivo de tornar a indústria da construção civil sustentável, vários estudos foram desenvolvidos ao longo dos anos, buscando empregar materiais antes descartados no meio ambiente que causam a contaminação e degradação da natureza. Dentre estes, podemos destacar a sílica ativa proveniente de resíduos da indústria metalúrgica e já empregado na construção civil, mais especificamente para melhorar o desempenho na confecção de cimentos, concretos e argamassas. Recentemente um novo resíduo vem sendo utilizado também para incrementar o comportamento de argamassas e concretos, a cinza da casca de arroz (CCA), resíduo proveniente da indústria agrícola. (ISAIA e GASTALLDINI, 2003 apud COELHO, 2013). As características da cinza da casca de arroz não são constantes e se diferenciam de acordo com a forma de obtenção do produto e beneficiamento, essas características físicas e químicas influenciam no resultado final da mistura com o concreto. O produto industrializado utilizado nessa pesquisa como um material mais homogêneo e comercial. Todavia é mister analisar a reação dessas adições no concreto, e até em que proporções podem-se fazer essas adições em substituição ao cimento sem perder resistências e durabilidade. O comportamento deste novo produto é alvo deste estudo que têm por objetivo avaliar a influência das adições de sílica ativa (SA) e sílica de cinza da casca de arroz (CCA) na trabalhabilidade e na resistência à compressão axial do concreto convencional, comparando do ponto de vista técnico e econômico.

2 Revisão Bibliográfica

2.1 Sílica de Cinza de Casca de Arroz (CCA)

Atualmente o Brasil produz cerca de 12,7 milhões de toneladas do arroz, ranqueado entre os 10 maiores produtores do mundo. Através desta produção a casca representa cerca de 3% da massa da planta do arroz, gerando até 15% em massa de sílica, ou seja, cerca de 57.000 toneladas de sílica poderiam estar disponíveis para o consumo pelo mercado, isto se aproveitasse as 381.000 toneladas de casca geradas anualmente no país. Este montante poderia dobrar a produção anual de sílica, balanceando o mercado brasileiro e diminuindo o volume de importações deste produto no país. (FERNANDES, 2014) Diante da grande quantia de produção do arroz no país, principalmente no estado do Rio Grande do Sul, o processo de queima para a produção final do arroz gera um passivo ambiental que é a casca do arroz. É necessário o uso de alternativas para consumir esse produto, uma das melhores formas de consumo é a queima da casca do arroz para obtenção de energia junto das beneficiadoras do cereal, a partir de sistemas com controle da temperatura que é utilizado no Brasil, torna-se um material pozolânico se for processado para este fim. (COELHO, 2013) Abaixo a foto da sílica de cinza da casca de arroz fotografada em microscopia eletrônica, podendo observar as características do material ao reagir com outras propriedades do concreto:

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Foto 1 – Micrografia obtida por microscopia eletrônica - Instituto de Química da UFRN (2013).

De acordo com POUEY et al. (2006) apud COELHO et al. (2013), que avaliou vários tratamentos para produção de cinza da casca de arroz com baixo teor de carbono e uso de cimentos compostos ou pozolânicos, também indicou que o teor ótimo de substituição seria de 15% de cinza da casca de arroz para diversos tipos de cimentos Portland. A cinza da casca de arroz é considerada altamente prejudicial para a saúde humana, devido ao elevado teor de sílica que pode ocasionar, quando de grande exposição, uma afecção pulmonar (BEZERRA, 2011). Com relação a resistência à compressão axial, constata-se que nas idades menores todos os traços com sílica de cinza da casca de arroz apresentaram valores de resistência inferiores em comparação ao traço referência moldado somente com cimento. Entretanto com o avanço da idade essa diferença tende a diminuir (FUHR e SOKOLOVICZ, 2014).

2.2 Sílica ativa (SA)

A sílica ativa é uma das adições minerais mais utilizadas em concretos, principalmente em concretos de alto desempenho, onde além de buscar altas resistências mecânicas, busca-se também diminuir a porosidade e a permeabilidade, melhorando e aumentando a durabilidade do material. Utilizada como adição mineral a sílica ativa pode agir de duas maneiras, sendo elas através da ação química com efeito pozolânico, e ação física pelo efeito fíler (HERMANN et al., 2016). Suas partículas (SiO2) são esféricas, e em comparação com a granulometria do cimento pode ser 50 a 100 vezes menor (ACI 234R-96, et al., 2001, apud MENDES et al., 2002). Por ser tão fina, preenche todos os vazios existentes entre as partículas maiores de cimento, colaborando para a densificação tanto da pasta de cimento como da zona de transição, produzindo uma microestrutura mais densa, e com um menor índice de vazios no concreto (HERMANN et al., 2016).

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Foto 2 – Micrografia da sílica ativa obtida por microscopia eletrônica – ALMEIDA (2006).

A sílica ativa pode ser utilizada em teores que variam de 5% a 15% sobre a massa de cimento, nesta proporção a sílica ativa pode contribuir para melhorar a trabalhabilidade da mistura em estado fresco, pois suas partículas ocupam os vazios entre as partículas de cimento, entretanto quando adicionada com teores superiores a 15%, a sílica ativa aumenta o consumo de água e pode ocorrer o chamado efeito de afastamento, onde as partículas maiores são afastadas pelas menores, colaborando para o aumento do volume de vazios e necessitando de aumento no consumo da água (HERMANN, et al., 2016).

3 Programa Experimental O programa experimental foi desenvolvido com o intuito de atender ao objetivo geral e específicos do trabalho, citados a seguir:

▪ Reproduzir o traço referência utilizado com frequência por uma concreteira da região metropolitana, fixando o slump em 80±10mm;

▪ Realizar a dosagem de concreto com adições de sílica ativa e sílica da cinza da casca de arroz nas proporções de 0%, 5%, 10%, 15% e 20% mantendo o abatimento de 80±10mm através da adição de aditivo plastificante, conforme NBR 5739/2007;

▪ Comparar os resultados dos ensaios de resistência à compressão axial dos corpos-de-prova dos concretos que utilizaram adições nas idades de 3, 7 e 28 dias;

▪ Levantar os custos para a produção de concreto com a adição que apresentar melhor desempenho conforme o tipo de adição utilizada.

Os materiais utilizados neste experimento foram fornecidos por uma concreteira da região metropolitana de Curitiba/PR.

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O desenvolvimento do programa experimental foi elaborado em três etapas:

▪ 1° etapa: coleta dos materiais, e produção dos concretos no laboratório da UNIFACEAR, onde os agregados foram colocados em processo de secagem ao tempo. As sílicas foram adquiridas em comércio especializado local; Foram realizadas as moldagens dos corpos-de-prova, com o traço denominado referência (sem adições minerais e aditivos), e os demais traços com adições minerais (sílica ativa e cinza da casca de arroz) respectivamente em substituição a massa inicial do cimento nas proporções de 5%, 10%, 15% e 20% com a adição de aditivos até chegar ao abatimento estabelecido;

▪ 2° etapa: realizou-se uma repetição de todos os traços para a avaliação do comportamento dos materiais utilizados em uma data subsequente à primeira; Realizou-se o ensaio de resistência à compressão axial dos corpos de prova dos concretos no laboratório da concreteira, nas idades de 3, 7 e 28 dias;

▪ 3° etapa: para o aumento da confiabilidade dos resultados, executou-se todos os traços novamente na concreteira.

Os materiais constituintes do concreto utilizados na pesquisa foram:

• O cimento utilizado nos experimentos em laboratório foi o CP-V ARI, da CAUÊ, granel, fornecido do silo da concreteira, coletados em sacos plásticos de 30kg e acondicionado em um tambor grande com tampa, evitando variações de umidade. Os ensaios de caracterização do cimento empregado, fornecidos pelo fabricante, atendem a NBR-5733.

• A sílica ativa (SA) utilizada no experimento foi fornecida pela TECNOSIL, trata-se de um pó fino pulverizado que vem do processo de fabricação do silício metálico ou ferro silício, sendo assim um produto de origem metalúrgica, onde a composição química e física fica mais estabilizada (Catálogo Sílica Ativa – TECNOSIL, 2017).

• A sílica de cinza da casca de arroz (CCA) empregada no experimento foi do fornecedor SILCCA NOBRE, proveniente da queima controlada da casca de arroz em sistema de combustão via leito fluidizado. Sua denominação técnica é Silcca Nobre SBI, composta por sílica amorfa, óxido de ferro, cálcio, magnésio sódio, potássio e carbono (Catálogo SILCCA NOBRE - 2017).

• A areia utilizada no experimento foi a areia fina, proveniente da mineração AVP, coletada e ensaiada no dia 08/11/2017, com as seguintes características: DM:4,8mm; MF: 2,62; ME: 2,62g/cm³.

• A brita utilizada foi a brita zero, proveniente da pedreira VOTORAN, coletada e ensaiada no dia 26/04/2017, com DM: 9,5mm; MF: 5,61; ME: 2,76g/cm³.

• A água utilizada para a realização dos experimentos, como moldagem e cura dos corpos-de-prova do laboratório da UNIFACEAR e da concreteira, é proveniente da empresa responsável pelo abastecimento público do estado, sendo ela denominada SANEPAR (Companhia de Saneamento do Paraná).

• O aditivo utilizado neste estudo é um plastificante polifuncional da marca BASF, utilizado pela concreteira e comercialmente identificado como Master Polyheed 38. Seu pH é de 8 a 10 conforme NBR 10908 e massa específica 1.150 a 1.190g/cm³.

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4 Produção e execução dos concretos 4.1 Traços

O traço referência utilizado nos experimentos para a confecção dos corpos-de-prova foi estabelecido a partir de um concreto convencional utilizado por uma concreteira local, mantendo o mesmo teor de argamassa, slump, proporcionamento dos materiais, sem utilização de aditivo plastificante, conforme a tabela 1.

Tabela 1- Traço referência utilizado no programa experimental.

Aglomerante Ag. miúdo Ag. graúdo Água/ Agl. % Teor de argamassa

Abatimento

1 2,12 2,88 0,625 52% 80±10mm

Fonte: Autores (2017).

Após a definição do traço referência, em substituição a massa inicial do cimento, foi adicionada a sílica ativa (SA) e cinza da casca de arroz (CCA) em proporções de 5%, 10%, 15% e 20% conforme as tabelas 2 e 3.

Tabela 2 - Tabela de traços da sa

Material Traço referência 5% 10% 15% 20%

Cimento CPV-ARI (kg) 8 7,6 7,2 6,8 6,4

SA (kg) 0 0,4 0,8 1,2 1,6

Areia fina (kg) 16,96 16,94 16,96 16,57 16,44

Brita 0 (kg) 23,04 23,04 23,04 23,04 23,04

Aditivo plast. (ml) 0 20 24 43 67

Aditivo plast. (%) 0 0,25 0,30 0,53 0,83

Água (L) 5 5 5 5 5

Fonte: autores (2017).

Tabela 3 - Tabela de traços da cca

Material Traço referência 5% 10% 15% 20%

Cimento CPV-ARI (kg) 8 7,6 7,2 6,8 6,4

CCA (kg) 0 0,4 0,8 1,2 1,6

Areia fina (kg) 16,96 16,92 16,90 16,54 16,41

Brita 0 (kg) 23,04 23,04 23,04 23,04 23,04

Aditivo plast. (ml) 0 8 13 0 23

Aditivo plast. (%) 0 0,1 0,16 0 0,28

Água (L) 5 5 5 5 5

Fonte: Autores (2017).

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4.2 Produção e preparo dos corpos-de-prova

Foi feita a imprimação da betoneira no traço 1:5. Logo após realizou-se a pesagem e separação dos materiais totalmente secos, atendendo a quantidade necessária recomendada para os diferentes tipos traços, conforme foto 3.

Foto 3 – Separação dos materiais

Após pesagem e separação dos materiais, a mistura dos traços de concreto desenvolvidos na pesquisa foi realizada em uma betoneira de eixo inclinado, com capacidade nominal de 120 litros. Após o término de toda a mistura, além de se observar visualmente a homogeneidade e coesão de cada traço, foram realizados os ensaios de consistência pelo abatimento de tronco de cone (NBR-NM-67), conforme foto 4. Para cada betonada foram moldados, conforme a norma NBR-5738, 7 corpos-de-prova cilíndricos em formas metálicas, com dimensões nominais de 100mm x 200mm para resistência à compressão axial aos 3, 7 e 28 dias, conforme a foto 5.

Foto 4 – Slump test Foto 5 – CP’s moldados e identificados

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Após as 24 horas, os corpos-de-prova foram desmoldados, identificados e transportados do laboratório da faculdade até a concreteira e colocados em um tanque de cura com temperatura entre 23 ± 2°C até a data de suas respectivas rupturas, conforme fotos 6 e 7.

Foto 6 – Cura submersa em tanque de água Foto 7 – Rompimento dos cp´s

5 Resultados obtidos Foram confeccionados um total de 196 corpos-de-prova, sendo 2 cp’s para idade de 3 e 7 dias e 3 cp’s para rompimento aos 28 dias de idade, realizados em 3 etapas. As duas primeiras etapas (E1 e E2) realizadas no laboratório da UNIFACEAR, campus Sítio Cercado e a última etapa (E3) no laboratório da concreteira. Nos gráficos 1 a 4 abaixo, cada coluna representa os valores das médias das resistências à compressão axial dos concretos: referência; com adição de 5%,10%,15% e 20% para sílica ativa e sílica de cinza da casca de arroz, nas idades de 3, 7 e 28 dias.

Gráfico 1 – Teor 5% Gráfico 2 – Teor 10%

25.5 26.0 27.0

33.5 32.6 33.8

40.4 39.2 40.2

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

REFERÊNCIA 5 % S.A. 5 % C.C.A.

Resis

tên

cia

(M

Pa)

Teores das adições (%)

Comparativo por idades (SA x CCA) - Teor de 5%

Resistência (MPa) 3 d Resistência (MPa) 7 d Resistência (MPa) 28 d

25.5 26.0 25.1

33.5 33.3 31.8

40.4 41.8 41.5

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

REFERÊNCIA 10 % S.A. 10 % C.C.A.

Resis

tên

cia

(M

Pa)

Teores das adições (%)

Comparativo por idades (SA x CCA) - Teor de 10%

Resistência (MPa) 3 d Resistência (MPa) 7 d Resistência (MPa) 28 d

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Gráfico 3 – Teor 15% Gráfico 4 – Teor 20%

5.1 Análise dos resultados

No gráfico 5 a seguir, apresentam-se todos os resultados obtidos através do ensaio de rompimento à compressão axial dos corpos-de-prova dos concretos realizados com as adições de sílica ativa e de cinza da casca de arroz nas proporções de 5%, 10%, 15% e 20% para as idades de 3, 7 e 28 dias. Gráfico 5 – Resistência x teor de adição

Observa-se que na idade de 3 dias adicionando teores de 5% e 10% das adições minerais, a diferença entre elas é insignificante. A partir do teor de 15% e 20% verifica-se um aumento na diferença de 4,5% e 8% respectivamente, na idade de 7 dias, porém a partir das adições nos teores de 15% e 20% tem-se diferenças de 5% e 9% simultaneamente.

25.5 24.3 23.1

33.5 32.6 30.5

40.443.9

38.4

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

REFERÊNCIA 15 % S.A. 15 % C.C.A.

Res

istê

nci

a (M

Pa)

Teores das adições (%)

Comparativo por idades (S.A x C.C.A) - Teor de 15%

Resistência (MPa) 3 d Resistência (MPa) 7 d Resistência (MPa) 28 d

25.522.1 20.4

33.5 31.7 29.5

40.445.3

39.6

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

REFERÊNCIA 20 % S.A. 20 % C.C.A.

Res

istê

nci

a (M

Pa)

Teores das adições (%)

Comparativo por idades (S.A x C.C.A) - Teor de 20%

Resistência (Mpa) 3 d Resistência (Mpa) 7 d Resistência (Mpa) 28 d

y = -1,364x + 29,376R² = 0,8809

y = -2.1819x + 31.515R² = 0.9914

y = -0.3558x + 33.787R² = 0.4702

y = -1.4212x + 36.35R² = 0.9792

y = 2.0481x + 35.394R² = 0.9837

y = -0.4984x + 41.656R² = 0.2514

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

50.0

55.0

60.0

REFERÊNCIA 5% 10% 15% 20%

Resis

tência

(M

Pa)

Teores das adições (%)

Comparativo de resistência à compressão axial - S.A. x C.C.A nas idades 3,7 e 28 dias

3 Dias S.A 3 Dias C.C.A 7 Dias S.A 7 Dias C.C.A 28 Dias S.A 28 Dias C.C.A

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Por último, aos 28 dias nota-se que para a adições nos teores de 5% a diferença é desprezível, já para as próximas adições com 10%, 15% e 20%, percebe-se um aumento na diferença, em comparação as idades anteriores, de 3%, 9% e 14% respectivamente, obtendo-se uma variação de aproximadamente 4% entre os teores. Conforme o aumento nos teores das adições, percebe-se um acréscimo nas diferenças dos valores podendo variar em relação ao traço referência. Nas adições sequentes o ganho de resistência do concreto com sílica ativa é gradual tendendo sempre a ser positivo, contribuindo para um aumento de desempenho e durabilidade. Já a sílica da cinza de casca de arroz quanto maiores as adições, menores são os valores de resistência à compressão, diminuindo seu desempenho e consequentemente a sua durabilidade. As linhas de tendência apresentam uma similaridade dos concretos com adição de 5% para os dois tipos de sílica, entretanto, o ganho de resistência do concreto com adição de sílica se dá devido a um maior refinamento da estrutura de poros e ao efeito pozolânico, conforme observado no experimento de HOFFMANN (2001). Comparando com MATHIAS e ASSIS (2008), os resultados obtidos nos teores de CCA, para o desempenho das sílicas estão próximo um do outro em menores teores de adição e idades, porém ao adicionar 20%, a sílica ativa tem um acréscimo considerável nas resistências. Esta diferença é devido ao teor de SiO2, que na CCA (moída) atinge-se até 70% e na sílica ativa cerca de 95%, já no experimento atual a CCA (industrializada) atinge 90,6%, e a sílica ativa 95,2%, obtendo-se ainda um distanciamento nos resultados. A cinza da casca de arroz utilizada por MATHIAS e ASSIS (2008), passou por processo de moagem durante o experimento, diferentemente da CCA utilizada neste estudo, apresentando resultados aproximados quanto a resistência à compressão atingindo um distanciamento de 17,5% da CCA moída e 13% da CCA industrializada, ambas em comparação com a sílica ativa para o teor de 20%. Em relação a trabalhabilidade, a CCA empregada por MATHIAS e ASSIS (2008) para teores acima de 10%, pede-se mais aditivo para atingir o slump desejado. Comparando-se a CCA industrializada utilizada neste experimento, com a usada pelos pesquisadores acima, verifica-se um concreto com boa trabalhabilidade, não exigindo maior quantidade de aditivo, demostrando uma evolução da indústria na obtenção do produto final da cinza da casca de arroz. No gráfico 6, é apresentada a diferença de resistência aos 28 dias dos concretos com adições em comparação ao concreto referência (28 dias REF.).

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Gráfico 6 – Comparativo SA x CCA x REF

Para a sílica ativa observa-se que no teor de 5% houve uma diferença insignificante; para o teor de 10% a diferença foi de +3%; para teor de 15% a diferença chega a +7,5% e para teor de 20% a diferença obtida é de +12%. A CCA por sua vez, nos teores de 5% e 10%, percebe-se uma diferença irrelevante; para teor de 15% a diferença foi de -3%; e por fim, no teor de 20% uma diferença de -4%. Verifica-se, portanto, que para todos os teores das adições, a CCA demonstra similaridade ao concreto referência, diferentemente da SA que por sua vez, quanto maior o teor de adição, maior a sua resistência.

5.2 Análise quanto aos custos dos concretos

Para a análise dos custos dos concretos foram levantados, no mês de outubro de 2017, junto aos fornecedores de materiais de construção local, os valores dos insumos já com impostos e custos de transporte incluídos. Os valores apresentados na tabela 4 são para o concreto referência sem as adições de aditivos e sílicas.

TABELA 4 - Traço referência de consumo por m³.

Insumos Massa/m³ Custo

Cimento CPV – ARI 355,9 kg R$ 153,06

Areia Fina 754,6 kg R$ 36,97

Brita 0 1025,1 kg R$ 50,23

Água 222,4 L R$ 1,68

Total do Valor por m³ R$ 241,94

FONTE: Autores (2017).

y = 2,0481x + 35,394R² = 0,9837

y = -0,4984x + 41,656R² = 0,2514

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

REFERÊNCIA 5% 10% 15% 20%

Resis

tência

(M

Pa)

Teores das adições (%)

Comparativo de resistência à compressão axial (SA x CCA) em relação ao referência

28 Dias REF. 28 Dias S.A 28 Dias C.C.A

Linear (28 Dias S.A) Linear (28 Dias C.C.A)

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A seguir na tabela 5, os valores apresentados compreendem as adições minerais em percentagem aos materiais aglomerantes, nas proporções de 5%, 10%, 15% e 20% e aditivo para ambos os traços, onde os valores encontrados no mercado foi de R$ 2,18 para o kg de sílica ativa (SA), R$ 1,74 o kg para a sílica da cinza de casca de arroz (CCA) e R$ 2,61 o litro do aditivo plastificante. Analisando o custo unitário entre as sílicas, observa-se que a cinza da casca de arroz é 79,8% do preço da sílica ativa, ou seja, 20,2% mais barato.

Tabela 5 - Tabela de custos com adições de sílicas.

Tipos de Sílica 5% 10% 15% 20%

S.A. R$ 273,29 R$ 305,50 R$ 349,03 R$ 385,59

C.C.A. R$ 266,16 R$ 289,37 R$ 324,65 R$ 347,37

Fonte: autores (2017).

Considerando o custo por m³, a cinza da casca de arroz é mais viável economicamente em comparação a sílica ativa em todos os teores. Porém percebe-se que nas duas adições, comparando com o valor do traço referência, elevam-se os custos conforme o aumento dos teores, chegando até 10% de diferença na proporção de 20%, conforme o gráfico 7.

Gráfico 7 – Comparativo de custos

Fonte: Autores (2017).

No gráfico 8, evidencia-se a tendência de aumento na quantidade do uso de aditivo para maiores teores de adições minerais para se obter a mesma trabalhabilidade do concreto referência, elevando-se o seu custo/benefício. Verifica-se, portanto, que quanto maior a proporção nos teores das adições minerais, a tendência do aumento da necessidade de aditivo da SA é significativamente superior ao da CCA.

R$0

R$100

R$200

R$300

R$400

R$500

5% 10% 15% 20%

Custo

(R

$)

Teores das adições (%)

Comparativo de custos dos concretos

REF. S.A. C.C.A.

ANAIS DO 60º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2018 – 60CBC2018 13

Gráfico 8 – Consumo de aditivo

Fonte: Autores (2017).

Na tabela 6 é apresentado o custo do m3 e custo/benefício (R$/MPa) dos concretos produzidos.

Tabela 6 – Custo R$/MPa

Resistências aos 28 dias X valor do concreto por M³

Tipo de Sílicas 5% 10% 15% 20%

S.A. R$ 273,29 MPa 39,2

R$ 305,50 MPa 41,8

R$ 349,03 MPa 43,9

R$ 385,50 MPa 45,3

C.C.A. R$ 266,16 MPa 40,2

R$ 289,30 MPa 41,5

R$ 324,65 MPa 38,4

R$ 347,30 MPa 39,6

Valor por MPa S.A. R$ 6,97 R$ 7,30 R$ 7,95 R$ 8,50

Valor por MPa C.C.A. R$ 6,62 R$ 6,97 R$ 8,45 R$ 8,77

Fonte: Autores (2017).

Pode-se observar que nos teores de 5% e 10%, a CCA fica mais favorável quanto ao seu custo/benefício por MPa em comparação a sílica ativa. Porém nos teores de 15% e 20%, verifica-se que a S.A. apresentou um melhor custo/benefício, obtendo-se menor custo por MPa, com uma diferença de 3% em comparação com a sílica da casca de arroz no teor de 20%, conforme gráfico 9 a seguir.

y = 0,02x2 + 0,074x - 0,06R² = 0,9727

y = 0,01x2 - 0,014x + 0,04R² = 0,4052

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

TRAÇO REF. 5% 10% 15% 20%

Média de Aditivo S A (%) Média de Aditivo CCA (%)

Linear (Média de Aditivo S A (%)) Linear (Média de Aditivo CCA (%))

Comparativo do consumo de aditivo

Teor

de a

ditiv

o (

%)

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Gráfico 9 - Custo R$/MPa

Fonte: Autores (2017).

6 Conclusões Considerando os resultados obtidos pelas resistências à compressão axial dos concretos através dos gráficos e linhas de tendências, analisou-se os resultados das proporções de cinza da casca de arroz com sílica ativa, onde verificou-se resultados muito próximos aos 28 dias nos teores de 5% e 10%, diferentemente de outros experimentos já realizados em outras pesquisas, isto se dá pela diferença no processo de fabricação da CCA. Porém a partir do teor de 15% observa-se que a CCA apresenta perda de resistência, diferentemente da sílica ativa que melhora a sua resistência mesmo com maiores proporções, apresentando um melhor desempenho e consequentemente, uma maior durabilidade. Em relação a trabalhabilidade, avaliou-se que as sílicas apresentaram resultados semelhantes, porém aumentando-se a proporção de S.A. houve maior concentração de aditivo que a CCA para atingir o slump estabelecido, porém comparado a experimentos anteriores, obteve-se na CCA uma melhora na trabalhabilidade do concreto. Quanto ao custo, ambas as sílicas superam o concreto referência, contudo observa-se que para teores até 10% a CCA apresentou um resultado positivo de economia em relação a sílica ativa. Para teores de 15% e 20%, verifica-se que a sílica ativa apresentou um melhor resultado em comparação a CCA, pois o seu custo por resistência (MPa) é menor, permitindo ajustes em seu traço para otimização de seu preço. Atingiu-se na sílica da cinza de casca de arroz um melhor desempenho em relação ao histórico apurado na bibliografia corrente, seus resultados têm se apresentado muito próximos aos da sílica ativa em baixos teores de adição, porém ampliando-se as proporções das adições é notório o ganho de resistência da sílica ativa.

6.97 7.37.95

8.5

6.62 6.97

8.45 8.77

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

5% 10% 15% 20%

Custo

(R

$)

Teores das adições (%)

Custo/MPa

Valor por MPa S. A Valor por MPa C.C.A.

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Uma das melhores formas de consumo de cinza da casca de arroz é a obtenção de energia junto das beneficiadoras através de sua queima, enquanto a sílica ativa contribui para a redução de energia e emissão de CO2, pelo simples fato de reduzir o consumo de aglomerante. As duas sílicas além de serem sustentáveis, se forem descartadas de forma clandestina ocasiona-se a poluição ao meio ambiente. Embora no estudo não foram avaliadas propriedades referentes a estes requisitos, sabe-se que a incorporação de SA e CCA melhoram a microestrutura, diminuem a permeabilidade e porosidade, aumentando assim a durabilidade do concreto e pela redução de cimento e reaproveitamento destes resíduos (SA e CCA) se está contribuindo para a sustentabilidade. Portanto não deve ser levado em conta apenas o m³, mas os benefícios técnicos e ecológicos inerentes ao uso das adições.

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