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II JORNADAS DA INDÚSTRIA MINERAL PORTUGUESA LISBOA,

11 E 12 DE ABRIL DE 1996

A IMPORTÂNCIA DO ENSAIO DE ADSORÇÃO DE AZUL DE METILENO NO CONTROLO DA QUALIDADE DOS AGREGADOS
F. Castelo Branco

(APORBET, Associação Portuguesa de Fabricantes de Misturas Betuminosas)

Resumo
A grande necessidade de avaliar o estado de limpeza dos agregados e a evidente insuficiência dos métodos tradicionalmente usados neste contexto levam a que se encare com grande receptividade a introdução de novas técnicas que possam constituir métodos alternativos aos existentes. Na presente comunicação expõe-se, de modo sucinto, um método de avaliação do estado de limpeza dos agregados, designado por "ensaio de adsorção de azul de metileno" e faz-se uma síntese das vantagens e limitações deste ensaio, tendo como termos de comparação o ensaio de equivalente de areia e a determinação dos limites de consistência.
l.INTRODUÇÃO
O "estado de limpeza" de um agregado, que pode ser definido pela quantidade relativa de elementos finos de natureza argilosa ou orgânica, no caso dos agregados de granulometria extensa, ou de qualquer natureza, no caso das britas ou dos balastros, é um aspecto sobre o qual importa ter especial atenção, uma vez que, para a grande maioria das aplicações, é a característica que pode interferir de forma mais significativa sobre a qualidade dos produtos onde são incorporados.
Enquanto que a presença de matéria orgânica é facilmente evitada através de uma adequada exploração do maciço rochoso, já a presença de minerais argilosos no agregado pode ser, em muitos casos, inevitável. É pois importante dispor de meios para avaliar a quantidade de argila que ocorre nestes materiais.
Muito embora existam vários e eficazes métodos para determinação e caracterização dos minerais argilosos, como as análises químicas, a difractometria de raios X, a sedimentometria ou a observação ao microscópio electrónico entre outros, estes são, no entanto, técnicas que implicam a utilização de equipamentos muito sofisticados e dispendiosos, pouco adequadas ao controlo da qualidade dos agregados a executar em obra ou na pedreira.
A prática corrente no controlo da qualidade dos agregados, no que respeita ao seu estado de limpeza, tem sido baseada em métodos empíricos como o ensaio de equivalente de areia ou, menos frequentemente, a determinação dos limites de consistência.
Embora estes dois ensaios estejam já muito rotinados e difundidos, muito particularmente na sua aplicação aos solos, têm, no entanto, suscitado algumas interrogações quanto à sua adequação para a caracterização da nocividade dos finos dos materiais granulares.
As principais limitações que podem ser apontadas à determinação dos limites de consistência como método de avaliação do estado de limpeza dos agregados são:
- alguma dispersão de resultados associada à forma de operar do executante do ensaio;
- reduzida sensibilidade do ensaio quando aplicado a materiais pouco argilosos [1], como é habitualmente o caso dos agregados;
- dificuldade em transpor o resultado obtido, sobre a fracção ensaiada (< 0,420 mm), para o comportamento global do material a caracterizar [2].

Relativamente ao ensaio de equivalente de areia podem referir-se como principais limitações:


- uma significativa sensibilidade dos seus resultados à granulometria das partículas

inertes de diâmetro inferior a 10 mm [3];


- uma forte influência do teor em partículas finas (< 75 mm) sobre os resultados do ensaio [4;], quer se trate de partículas argilosas ou inertes;
- alguma tendência para obtenção de resultados anormalmente elevados quando, as partículas de argila se apresentam aglomeradas, permitindo a aceitação de materiais inadequados [4];
- a dificuldade em transpor o resultado obtido, sobre a fracção ensaiada (0/4,75 mm ), para o comportamento global do material a caracterizar [2].
De entre as limitações referidas, aquela que torna o ensaio de equivalente de areia menos adequado à caracterização dos agregados é a que se relaciona com a forte influência do teor em finos sobre os seus resultados. Para eliminar esta limitação do ensaio, foi adoptada em França uma versão modificada do ensaio, correntemente designada por "equivalente de areia, com 10% de finos" [5]. Relativamente à versão original, concebida pelo laboratório rodoviário da Califórnia, na qual se baseia a versão adoptada em Portugal, foram introduzidas duas alterações principais:
- a fracção ensaiada passou a ser 0/2 mm, quando era 0/5 mm;
- fixou a percentagem de finos, relativamente à fracção 0/2 mm, em 10%.
Com esta metodologia de ensaio, os resultados obtidos permitem já uma leitura mais directa da nocividade dos finos. Contudo, as restantes limitações do ensaio continuam a verificar-se.
Para suprir as limitações dos ensaios de equivalente de areia e dos limites de consistência, referidas anteriormente, foi introduzido, em França, o ensaio de adsorção de azul de metileno que, por si só ou conjuntamente com os anteriores, permite, de forma expedita, caracterizar o estado de limpeza dos agregados.
2. ENSAIO DE ADSORÇÃO DE AZUL DE METILENO
O mecanismo da adsorção de azul de metileno pelas partículas consiste na permuta iónica entre os catiões existentes na superfície dessas partículas, como por exemplo os catiões de cálcio, sódio, magnésio e potássio, e os catiões resultantes da dissociação da molécula de azul de metileno em solução aquosa. Em consequência desta troca catiónica forma-se à volta da partícula uma camada monomolecular de azul de metileno [6].
Conhecidas as dimensões da molécula de azul de metileno e admitindo ser monomolecular a camada adsorvida, pode então estimar-se a superfície específica das partículas adsorventes.
Segundo Kipling e Wilson [7] a determinação da superfície específica das partículas com base neste mecanismo foi primeiramente proposto por Paneth e Radu em 1924.
Desde então, têm sido várias as aplicações dadas à adsorção de azul de metileno, entre as quais se destacam as seguintes:
- determinação da capacidade de troca catiónica dos minerais argilosos;
- determinação da superfície específica de minerais argilosos e de outras substâncias;
- determinação da quantidade de bentonite existente nas lamas de perfuração usadas na indústria petrolífera;
- avaliação do estado de alteração das rochas e o seu potencial de expansibilidade;
- caracterização dos solos quanto à sua argilosidade;
- como critério de classificação de solos para fins rodoviários e;
- como método de avaliação do estado de limpeza dos agregados.
O grande impulso dado à divulgação da utilização da adsorção de azul de metileno como forma de caracterização dos solos e agregados ocorreu em França nos finais dos anos 70 e durante os anos 80. Este impulso verificou-se quando Tran Ngoc Lang adaptou, a estes materiais, o método da mancha, concebido por Jones [8] para determinação da quantidade de bentonite existente nas lamas de perfuração usadas na indústria petrolífera. Como alternativa e complemento ao método da mancha, Tran Ngoc Lang introduziu também o método turbidimétrico [9].
2.1. Ensaio pelo método da mancha
O princípio do ensaio consiste em introduzir quantidades crescentes de solução de azul de metileno, por doses sucessivas, até que a superfície das partículas que têm capacidade de adsorção esteja coberta. Nesse momento passa a existir um excesso de azul de metileno na preparação, correspondendo ao ponto de viragem que marca o fim do ensaio, e que pode ser detectado pelo teste da mancha. Este teste consiste em colocar uma gota da preparação num papel de filtro e verificar se existe uma auréola azul mais clara no bordo da mancha. A presença de auréola traduz a existência de azul de metileno livre na preparação, evidenciando que todas as partículas susceptíveis de adsorverem azul de metileno estão cobertas por uma camada de moléculas daquela substância.
O ponto de viragem pode ainda ser detectado por um outro método, denominado de turbidimétrico.
A principal diferença entre os dois métodos, em termos da característica analisada, reside no facto de o método da mancha avaliar a superfície específica total (interna + externa) e o turbidimétrico a superfície específica externa.
O equipamento específico necessário à realização do ensaio é simples e pouco dispendioso, limitando-se a uma bureta graduada, um agitador electromagnético ou de palhetas e papel de filtro normalizado. O restante equipamento e utensílios existem habitualmente nos laboratórios de obra ou de pedreira.
Segundo a norma francesa NF P 18-592 [10], que especifica o procedimento de ensaio pelo método da mancha, o valor de adsorção de azul de metileno VAm, expresso em gramas, é calculado para a fracção fina do agregado (0/0,075 mm), e não para a amostra integral. Este valor, VAm, corresponde à quantidade de azul de metileno adsorvido por 100 g de material ensaiado.
Embora o ensaio se realize sobre a fracção referida, é, no entanto, possível converter o valor obtido num valor que corresponda à amostra integral, ou a uma das suas fracções (0/d mm). Para a amostra integral de um material com granulometria 0/D mm o valor de adsorção, VAm(0/D) , é obtido, por conversão do valor VAm , através da expressão:
VAmf

VAm(O/D) = -------------

100
em que f é a percentagem de finos (< 0,075 mm) existentes no material 0/D mm.

3. VANTAGENS E LIMITAÇÕES DO ENSAIO
Do que foi dito anteriormente podem depreender-se algumas vantagens deste ensaio, na sua aplicação aos agregados, relativamente aos ensaios de equivalente de areia e de limites de consistência.
O ensaio de adsorção de azul de metileno pode ser efectuado sobre qualquer fracção do material a caracterizar, fazendo-se depois a transposição do resultado para a amostra integral. O resultado obtido pode, assim, caracterizar a totalidade do material e não somente a fracção ensaiada, como acontece com os ensaios clássicos.
Contrariamente ao equivalente de areia, as partículas inertes, mesmo que em abundância e muito finas, pouco influenciam o seu resultado. Esta particularidade confere ao ensaio grande adequação aos materiais granulares britados de granulometria extensa.

O grau de poluição argilosa do agregado não retira precisão ao ensaio. Assim, a reduzida discriminação que fazem os ensaios clássicos para materiais com fracção argilosa importante, no caso do equivalente de areia, e para materiais pouco argilosos, no caso dos limites de consistência, fica resolvida com este ensaio.


A limitação apontada ao ensaio de equivalente de areia para os materiais em que as argilas se apresentam aglomeradas não se verifica com o ensaio de adsorção de azul de metileno uma vez que o procedimento de ensaio prevê a sua desagregação, e quando esta não se verifica totalmente a adsorção ocorre no interior desses aglomerados.
Pelas características já referidas e pela sua rapidez de execução, o ensaio de adsorção de azul de metileno é um meio muito útil para controlar a evolução da limpeza dos agregados durante o seu processo de fabrico, permitindo atempadamente uma intervenção correctiva. Este ensaio pode ainda ser útil na caracterização do maciço que se vai explorar, através da caracterização do pó resultante da perfuração efectuada em sondagens destrutivas, na fase de pesquisa preliminar, ou para o desmonte da rocha, já na fase de extracção.
Sendo inúmeras as vantagens deste ensaio, existem no entanto algumas limitações associadas ao método.
Como já foi referido, o método da mancha avalia a superfície específica total das partículas, que engloba a superfície interna (entre as camadas da partícula de argila ou dos poros acessíveis da partícula) e a superfície externa, e o método turbidimétrico avalia a superfície externa. Assim, os resultados obtidos com os dois métodos podem ser muito díspares consoante os tipos de argila presentes na amostra.
Para os minerais argilosos como a caulinite, em que a sua superfície específica é fundamentalmente externa, os dois métodos tendem a dar resultados próximos, enquanto que para os minerais do grupo da montmorilonite, caracterizados por elevadíssimas superfícies internas, o método da mancha tende a dar resultados muito mais altos que o método turbidimétrico.
O que acaba de ser dito representa uma limitação do ensaio, uma vez que quando ensaiamos um material não conhecemos, à partida, a natureza das suas partículas, ficando por isso a dúvida relativamente ao que traduz o resultado obtido: se a quantidade de argila presente no material ensaiado ou, pelo contrário, a nocividade desta. Este aspecto toma-se ainda mais evidente quando se está em presença de vários tipos de minerais argilosos.
Em termos mais práticos, a limitação apontada pode ser pouco relevante já que aquilo que importa em geotecnia é, a maioria das vezes, a influência que as argilas exercem sobre o comportamento global do material, e esta é determinada pela conjugação dos dois factores: quantidade e nocividade da argila. O método da mancha tem demonstrado ser uma boa forma de avaliar a conjugação destes dois factores.
Uma outra limitação do ensaio prende-se com o facto de ser pouco adequado a materiais com elevados teores em matéria orgânica. Esta limitação, no caso dos agregados, é pouco relevante pois estes teores são quase sempre nulos ou muito reduzidos.

4. CONCLUSÕES
O ensaio de adsorção de azul de metileno constitui um método simples, económico e eficaz de avaliar o estado de limpeza de um agregado, permitindo estimar a quantidade e tipo de argilas presentes na sua fracção fina.
A introdução deste ensaio no controlo da qualidade dos agregados vem colmatar algumas das limitações sentidas na aplicação dos ensaios clássicos, tendo como principais vantagens a possibilidade de:
- discriminar entre quantidade e nocividade dos finos do agregado;
- caracterizar agregados de diversa natureza, desde pouco a muito argilosos;
- fazer a transposição do resultado obtido sobre a fracção ensaiada para a amostra total.
No contexto da produção de agregados são ainda de referir como vantagens do ensaio, por um lado o facto de constituir um meio muito útil para controlar a evolução da limpeza dos agregados durante o seu processo de fabrico, e por outro lado o de permitir a caracterização do maciço a explorar, através da caracterização do pó resultante da perfuração efectuada em sondagens destrutivas, na fase de pesquisa preliminar, ou para o desmonte da rocha, já na fase de extracção.
Bibliografia
[1] Tourenq, C. et Tran Ngoc Lang (1989) - "Mise en évidence des argiles par l'essai au bleu de méthylêne. Application aux sais, roches et granulats". Bull. Liaison Lab. Ponts et Chaussées, 159, pp. 79-92.

[2] Rat, M. (1989) - "Essai au bleu de méthylène". BulI. Liaison Lab. Ponts et Chaussées, 159, pp. 77-78.

[3] Campanac, R. (1980) - "Equivalent de sable et mesure de la nocivité des sables concassés". BulI. Liaison Lab. Ponts et Chaussées, 107, pp. 122-129.

[4] Tourenq, C. (1980) - "La propreté des sables". BulI. Liaison Lab. Ponts et Chaussées, 107, pp. 121.

[5] AFNOR NF P 18-597 (1990) - "Granulats. Détermination de la propreté des sables: équivalent de sable à 10% de fines".

[6] Hang, P. T. and Brindley, G. W. (1970) - "Methylene bleu absorption by clay mineraIs. Determination of surface areas and cation exchange capacities (clay-organic studies XVIII)". Clays and clay mineraIs, voI. 18, pp. 203-212.

[7] Kipling, J. J. and Wilson, R. B. (1960) - "Adsorption of methylene bleu in the determination of surface areas". J. AppI. Chem., 10, pp. 109-113.

[8] Jones, F. O. (1964) - "New fast, accurate test measures". The Gil and Gas Joumal, 62, pp. 76-78.



[9] Tourenq, C. et Denis, A.,(1982) - "Les essais de granulats". Lab. Cent. de Ponts et Chaussées. Rapport de Recherche LPC N° 114.

[10] AFNOR NF P 18-592 (1990) - "Granulats. Essai au bleu de méthylêne. Méthode à la tache"

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