DeterminaçÃo da qualidade dos blocos cerâmicos incorporados com resíduo têxtil



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AVALIAÇÃO DA INCORPORAÇÃO DE LODO DE LAVANDERIAS INDUSTRIAIS NA FABRICAÇÃO DE BLOCOS CERÂMICOS DE VEDAÇÃO OU ESTRUTURAIS

RESUMO: O desenvolvimento industrial e comercial das últimas décadas foi acompanhado de um processo acelerado de urbanização e um aumento da concentração populacional. Tanto as indústrias como o comércio, bem como a população em geral, têm aumentado sua procura por matérias-primas, produtos e energia, ocasionando um aumento na geração de resíduos. Assim, faz-se necessário o desenvolvimento de métodos de tratamento alternativos e eficazes, em substituição ao simples descarte desses resíduos em aterros sanitários. O objetivo deste trabalho é estudar a incorporação do lodo de lavanderias industriais têxteis, por meio do processo de Solidificação/Estabilização em blocos cerâmicos de vedação ou estruturais na atenuação do ruído gerado pelo tráfego de veículos. Foram produzidas amostras de blocos cerâmicos, em escala real, utilizando formulação com 20% de lodo, na massa de argila cerâmica. Os ensaios de resistência à compressão e absorção de água dos blocos apresentaram-se dentro dos limites estabelecidos nas normas vigentes.
Palavras-chaves: Bloco cerâmico, resistência, absorção de água.
INTRODUÇÃO
O ramo de lavagem de roupas é um importante setor de serviços na sociedade moderna e responsável por uma parcela significativa no consumo de água no meio urbano. O crescimento da demanda por produtos têxteis impulsiona a expansão das lavanderias industriais e, consequentemente, aumenta-se a geração de efluentes e resíduos. Portanto, é necessário que sejam pesquisadas tecnologias de tratamento que garantam o reaproveitamento desses resíduos (LIU et al, 2007).

A incorporação de resíduos industriais em matrizes sólidas, tais como argila cerâmica e argamassas de cimento, produzindo-se amostras de materiais aplicáveis na construção civil, vem sendo amplamente estudada como alternativa para minimizar o custo do descarte. A argila pode ser moldada facilmente, pela sua alta plasticidade, fornecendo resistência estrutural e estabilidade aos constituintes da massa, após a queima em alta temperatura.

Um dos materiais cerâmicos que atualmente vêm sendo bastante estudados e que atuam como barreira acústica, são os blocos cerâmicos de vedação ou estruturais, chamados de ressoadores de Helmholtz.
OBJETIVOS
O objetivo deste trabalho foi estudar a incorporação do lodo de lavanderias industriais têxteis, por meio do processo de Solidificação/Estabilização, em blocos cerâmicos de vedação ou estruturais na atenuação do ruído gerado pelo tráfego de veículos. Os blocos foram produzidos utilizando formulação com 20% de lodo, na massa de argila cerâmica.
MATERIAIS E MÉTODOS
Inicialmente foi realizada uma caracterização do lodo e das argilas. O lodo foi caracterizado quanto aos seguintes parâmetros: teor de umidade e matéria orgânica total (Método Kiehl, 1985), massa específica (método do picnômetro), pH (Embrapa, 1979), análise química (relacionada aos metais por meio da digestão ácida) e quanto suas características estruturais relacionadas ao ensaio de Fluorescência de raios-X (FRX). Para determinação dos elementos químicos do extrato da digestão ácida foi utilizado o espectrofotômetro de absorção atômica modelo SpectrAA 50B da Varian. O ensaio de FRX foi realizado no Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará (UFC).

A argila cerâmica utilizada neste trabalho foi caracterizada quanto ao teor de umidade e matéria orgânica total (Método Kiehl, 1985), pH (método da APHA, 2005), análise química (relacionada aos metais), análise granulométrica (NBR 7181:1984), limite de plasticidade (NBR 7180:1984), limite de liquidez (NBR 6459:1984), índice de plasticidade (NBR 7180:1984) e massa específica (método do picnômetro). Também foi realizado o ensaio de Fluorescência de Raios-X (FRX).



Os ensaios de resistência à compressão e absorção de água foram realizados conforme procedimento descrito na norma NBR 15270-3:2005 da ABNT. Para o ensaio de resistência a compressão axial, foi utilizada uma prensa de modelo EMU 100 com capacidade para 20.000 Kg, provida de dispositivo que assegurou a distribuição uniforme dos esforços nas amostras ensaiadas e transmitiu a carga de modo progressivo e sem choques.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Tabela 1 apresenta os resultados da caracterização do lodo e da argila, bem como os resultados das análises de metais.
Tabela 1 - Características do lodo e da argila.

Parâmetros

Lodo

Argila

Aspecto

pastoso

seco

pH

6,56

4,81

Massa Específica (g cm-3)

1,86

2,62

Matéria Orgânica Total (%)

41,70

5,33

Umidade (%)

16,87

4,46

Metais (mg Kg-1)







Alumínio




87.520,50

6.435,00

Arsênio




n.d

n.d

Bário




247,50

2.835,90

Cádmio




7,20

5,40

Chumbo




90,00

61,20

Cobre




337,50

196,20

Cromo




n.d

n.d

Ferro




21.231,00

2.486,70

Manganês




675,00

63,00

Mercúrio




0,25

0,58

Prata




63,00

0,90

Selênio




n.d

n.d

Sódio




10.785,50

882,80

Zinco




163,80

40,50

n.d: valor não detectado pelo aparelho.
Por meio da análise de caracterização do resíduo, observou-se que o lodo da lavanderia têxtil possui uma grande quantidade de alumínio, cobre, ferro, manganês e sódio. Provavelmente estes metais são provenientes do processo de tratamento dos efluentes que se fixam no resíduo sólido, que na maioria das indústrias, é feito por processo de coagulação/floculação, utilizando sulfato de alumínio e cloreto férrico como agentes coagulantes.

As características das argilas dependem da sua formação geológica e da localização da extração. A argila estudada é proveniente da Bacia do Ivaí, norte do estado do Paraná, onde predominam as rochas sedimentares, folhetos, arenitos e calcários (MINEROPAR, 2013).

O valor de pH da argila analisada foi de 4,81. Segundo Thomas (1996) geralmente valores de pH do solo de 4 a 6, indicam a presença dos minerais: hematita (Fe2O3), alumina (Al2O3) e quartzo (SiO2), que influenciam muito o comportamento de plasticidade da argila analisada, bem como a capacidade de retenção de água no bloco acústico. Tal fato se confirma ao analisar as Tabelas 2 e 3, na qual são apresentadas as concentrações dos elementos contidos no lodo e na argila cerâmica, respectivamente.
Tabela 2 - Concentração (%) dos elementos contidos no lodo avaliados por fluorescência de raios-X.


Elementos

% massa

MgO

0,756

Al2O3

27,111

SiO2

50,851

P2O5

3,534

SO3

4,204

Cl

0,267

K2O

5,304

CaO

1,483

TiO2

0,755

Cr2O3

0,113

MnO

0,237

Fe2O3

5,268

NiO

0,038

ZnO

0,057

Rb2O

0,021

O ensaio de Fluorescência de Raios-X (FRX) foi realizado para determinar a porcentagem de óxidos presentes no resíduo. O FRX pode ser utilizado para justificar os resultados obtidos com os ensaios de resistência a compressão dos blocos cerâmicos, uma vez que alguns óxidos aumentam a rigidez da estrutura cristalina deste.

Para o estudo proposto, os valores relevantes com relação à resistência a compressão são aqueles que se referem aos teores de sílica (SiO2), óxido de ferro (Fe2O3) e óxido de alumínio (Al2O3).
Tabela 3 - Concentração (%) dos elementos contidos na argila avaliados por fluorescência de raios-X.


Elementos

% massa

Al2O3

17,646

SiO2

66,728

K2O

1,429

CaO

0,493

TiO2

3,229

MnO

0,081

Fe2O3

10,298

CuO

0,028

ZrO2

0,068

Observou-se que os valores encontrados para sílica (SiO2), no lodo têxtil bem como na argila cerâmica estiveram próximos ou acima dos valores de sílica encontrados na fabricação de vidros (> 50%), o que melhora as propriedades das cerâmicas, como dureza e aspecto vítreo.

Outras características do material cerâmico referem-se à análise granulométrica e os limites de consistência da argila utilizada para a fabricação dos blocos cerâmicos acústicos, ou seja, o limite de plasticidade (LP), limite de liquidez (LL) e índice de plasticidade (IP).

Na Tabela 4 são apresentados os valores obtidos quanto à análise granulométrica e os limites de consistência da amostra da argila cerâmica.


Tabela 4 - Análise granulométrica e limites de consistência da amostra de argila.

Parâmetro

(%)

Argila (< 0,002mm)

51

Silte (0,002mm - 0,06mm)

27

Areia fina (0,06mm - 0,2mm)

15

Areia média (0,2mm – 0,6mm)

6

Areia grossa (> 0,6mm)

1

Limite de Plasticidade (LP)

19

Limite de Liquidez (LL)

60

Índice de Plasticidade (IP)

41

A amostra de argila utilizada apresenta características físicas apropriadas para produção de materiais cerâmicos de boa qualidade, visto que, verificou-se que 50% da argila bruta referem-se à fração argila, ou seja, trata-se de um material com alta capacidade de coesão após o umedecimento adequado, contendo principalmente partículas da fração argila e silte, que são preponderantes para formação de rigidez durante a queima em forno.

A argila estudada pode ser considerada um material de alta plasticidade (LP > 15%). O limite de plasticidade indicado para cerâmica vermelha varia entre 17,2 e 32%.

O limite de liquidez (LL) foi superior a 50%, o que indica que esta argila apresenta uma alta compressibilidade. De acordo com Campos (1999) no caso específico da tecnologia cerâmica, para moldagem de blocos cerâmicos por extrusão, as faixas de limite de liquidez (LL) e índice de plasticidade (IP), recomendadas para argilas plásticas, correspondem a: LL variando de 26,50% a 71,60% e IP variando de 4,00% a 47,70%.


Caracterização dos blocos cerâmicos de vedação ou estruturais
Na Figura 1, tem-se uma melhor visualização do ensaio de resistência mecânica dos blocos cerâmicos de vedação ou estruturais testados.


Figura 1. Resistência à compressão em amostras dos blocos cerâmicos.
Nesse ensaio verificou-se a capacidade de carga, que os blocos acústicos suportavam, quando submetidos à forças exercidas perpendicularmente sobre suas faces opostas, determinando se as amostras ofereciam resistência mecânica adequada, simulando a pressão exercida pelo peso da construção sobre os blocos.

Para os ensaios mecânicos das amostras, foram obedecidos os procedimentos descritos na norma NBR 15270-2:2005 da ABNT. De acordo com a norma, os blocos cerâmicos acústicos devem atender ao requisito mínimo de 3,0 MPa.

O não atendimento aos parâmetros normativos mínimos indica que a parede poderá apresentar problemas estruturais, como rachaduras e, consequentemente, oferecerá riscos de desabamento da construção.

Verificou-se que em todas as proporções (blocos somente com argila e com 20% de incorporação de lodo têxtil) utilizadas a resistência característica à compressão dos blocos cerâmicos de vedação ou estruturais produzidos atendeu aos limites mínimos especificados na NBR 15270-2:2005.

O objetivo da determinação do índice de absorção de água é a verificação da porcentagem de água absorvida no período de 24 horas, à temperatura ambiente, isto é, quanto maior a quantidade de água absorvida, maior a porosidade existente na massa cerâmica.

Na Figura 2, tem-se uma melhor visualização do processo de absorção de água, obtido em blocos cerâmicos de vedação ou estruturais.





Figura 2. Índice de absorção de água em amostras dos blocos cerâmicos.
Verificou-se que todos os blocos atenderam as especificações da norma NBR 15270-3:2005 da ABNT.

Os blocos fabricados com o lodo incorporado a massa cerâmica apresentaram maior valor de absorção de água, em virtude da maior área superficial que as partículas de argila ocupam no bloco juntamente com a quantidade de poros, decorrente da volatilização da matéria orgânica durante o processo de queima dos blocos cerâmicos. Blocos cerâmicos com alto índice de absorção água podem sofrer aumento de carga quando expostas à chuva, podendo acarretar problemas estruturais à construção.


CONCLUSÕES
Os blocos incorporados com lodo têxtil apresentaram resultados inferiores aos blocos fabricados somente com argila (controle) por razão da grande quantidade de matéria orgânica verificada na amostra, o que ocasionou aumento de porosidade e diminuição da coesão entre as partículas na estrutura da massa cerâmica, reduzindo substancialmente a resistência mecânica do bloco confeccionado com tal resíduo.

Os blocos incorporados com lodo têxtil apresentaram maiores valores de absorção de água em virtude do aumento de porosidade em sua estrutura.


REFERÊNCIAS
APHA. Standard Methods for the Examination of Water & Wastewater, Método 4500-H+ B, 21ª ed. Washington, 2005.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 15270-2: Componentes cerâmicos. Parte 2: Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural. Rio de Janeiro, 2005.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15270-3: Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural e de vedação – Métodos de ensaio. Rio de Janeiro, RJ, 2005.
KIEHL. E.J. Manual de Edafologia: Relação solo-planta. Ed. Agronômica Ceres, São Paulo, 262p, 1985.
LIU, R.; CHIU, H. M.; SHIAU, C.; YEH, R.Y.; HUNG, Y. Degradation and sludge production of textile dyes by Fenton and photo-Fenton processes. Dyes Pigments, London, v. 73, p. 1-6, 2007.

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