Utilização da escória na pavimentação asfáltica

Utilização da escória na pavimentação asfáltica

(Parte 2 de 4)

Esc. = Escória

IBS = Instituto Brasileiro de Siderurgia

PTM = Pensilvânia Testing Method

V&M = Vallourec Mannesman

LISTA DE SÍMBOLOS

hot = Umidade ótima

FeO = Óxido de ferro

MnO = Óxido de manganês

TiO2 = Dióxido de titânio

CaO = Óxido de Cálcio

MgO = Óxido de Magnésio

Al2O3 = Óxido de Alumínio (Alumina)

SiO2 = Dióxido de Silício (Sílica)

kJ/kg = Quilo joule por quilograma

ºC = Graus Celsius

P2O5 = Pentóxido de Fósforo

γdmax = Peso específico aparente seco máximo

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO

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2. JUSTIFICATIVA

14

3. OBJETIVOS

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4. PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA

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4.1. Pavimentação

16

4.1.1 Introdução a pavimentação

16

4.1.2 O Asfalto

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4.2. O asfalto na pavimentação

17

4.2.1 Agregados

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5. ESCÓRIA

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5.1. Definição e histórico

19

5.2. Escória de alto-forno

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5.2.1. Produção da escória de alto-forno

21

5.2.2. Cura e propriedades da escória de alto-forno

22

5.2.3. Escória de alto-forno na pavimentação asfáltica

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5.3. Escória de Aciaria

31

5.3.1. Produção

31

5.3.2. Cura e propriedades da escória de aciaria

33

5.3.3. Escória de aciaria na pavimentação asfáltica

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6. CONCLUSÃO

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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1. INTRODUÇÃO

A escória é considerada como “resíduo silicoso que se forma juntamente com a fusão dos metais” (FERREIRA, 2004, p.364). Segundo o Instituto Brasileiro de Siderurgia (IBS) a produção mundial desse rejeito já supera 945 x 106 t (2004). Até os anos 70, era tudo descartado, sem qualquer tratamento ou cuidado, na natureza. “No Brasil, cada tonelada de aço produz entre 70 e 170 kg de escória de aciaria e por ano são produzidas mais de 4 milhões de toneladas deste material”.( BRANCO, 2004, p. 1).

Percebeu – se então que era necessário dar – se uma destinação correta a todo este “lixo”. As pesquisas são recentes, datadas da década de 70, no Japão e buscam a utilização da escória, seja de aciaria, de alto – forno ou não – ferrosa, na pavimentação asfáltica e em outros setores da construção civil, que se expande diariamente, mediante a necessidade humana de se desenvolver de maneira cômoda e dinâmica.

O presente trabalho busca comprovar a viabilidade do uso da escória em pavimentos rígidos, apresentando desde a história deste resíduo até suas aplicações finais. Fez – se um estudo sobre vantagens, desvantagens, aplicações intermediárias, impasses, custos e benefícios, impactos ambientais, entre outros. São apresentados dados sobre características gerais e específicas, tabelas e figuras para melhor caracterização. Trata – se também sobre o panorama histórico e o contexto atual dos estudos.

A metodologia utilizada foi a pesquisa bibliográfica, realizada através da leitura de textos técnicos e artigos científicos, provenientes tanto de teses e obras impressas quanto da internet. Também foi realizada uma visita técnica à V&M Tubes do Brasil. Procurou – se fazer uma breve descrição e mostrar que os trabalhos ainda podem ser mais desenvolvidos e os investimentos no ramo podem ser maiores.

2. JUSTIFICATIVA

O presente trabalho se firma na necessidade de reaproveitamento de resíduos. Hoje eles ainda são um problema e muitas vezes não recebem a correta destinação. Decidiu-se focar a área siderúrgica, pois ela é uma das responsáveis por mover grande parte da economia mundial e os seus produtos finais, ao longo da cadeia produtiva, geram uma grande e diversificada quantidade de rejeitos. Quanto a estes, estudou-se a escória.

Não se pode esquecer que, além da reciclagem, é nos exigido progresso e lucro. Na tentativa de conciliar estes aspectos, pesquisou-se sobre a utilização da escória na pavimentação asfáltica. Tal uso pode ser vantajoso e gerar um lucro considerável. Esta pesquisa também foi conduzida pois a busca de conhecimento é sempre contínua e necessária. Por fim, queria – se demonstrar que muitos estudos ainda estão caminhando a passos curtos e faltam investimentos e divulgação.

3. OBJETIVOS

* Provar a viabilidade da reciclagem de escória;

* Atentar para a questão de que resíduos podem e devem ser reaproveitados;

* Avaliar as características físico – químicas das escórias de alto – forno e de aciaria, isoladamente e em seus mais diversos usos;

* Conhecer e avaliar os processos de produção que levam à obtenção da escória;

* Pretende-se levantar a questão do aproveitamento da escória, abordando seus benefícios na pavimentação asfáltica;

4. PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA

Antes de iniciar nosso estudo sobre o uso da escória na produção do asfalto, iremos estudar um pouco sobre pavimentação e sobre alguns aspectos do asfalto.

4.1. Pavimentação

4.1.1 Introdução a pavimentação

Pavimento (também conhecido pelo termo menos técnico e menos exacto “chão”) do latim pavimentu designa em arquitectura a base horizontal de uma determinada construção, ou seja, é a camada constituída por um ou mais materiais que se coloca sobre o terreno natural ou terraplenado, que tem como objetivo principal da pavimentação é garantir a trafegabilidade em qualquer época do ano e condições climáticas, e proporcionar aos usuários conforto ao rolamento e segurança. Uma vez que o solo natural não é suficientemente resistente para suportar a repetição de cargas de roda sem sofrer deformações significativas, torna-se necessária a construção de uma estrutura, denominada pavimento, que é construída sobre o subleito para suportar as cargas dos veículos de forma a distribuir as solicitações às suas diversas camadas e ao subleito (Croney, 1977). Os pavimentos podem ser divididos basicamente em dois grupos: flexível e rígido.

Os pavimentos flexíveis são aqueles que são revestidos com materiais betuminosos ou asfálticos estes são chamados "flexíveis", uma vez que a estrutura do pavimento "flete” devido às cargas do tráfego. Uma estrutura de pavimento flexível é composta geralmente de diversas camadas de materiais que podem acomodar esta flexão da estrutura.

Por outro lado, há os pavimentos rígidos que são compostos de um revestimento constituído por placas de Concreto de Cimento Portland (CCP). Tais pavimentos são substancialmente "mais rígidos" do que os pavimentos flexíveis, devido ao elevado Módulo de Elasticidade do CCP. Eventualmente estes pavimentos podem ser reforçados por telas ou barras de aço, que são utilizadas para aumentar o espaçamento entre as juntas usadas ou promover reforço estrutural.

A escolha e emprego de cada um dos tipos de pavimento depende de uma série de fatores. Os pavimentos rígidos são mais freqüentes em áreas de tráfego urbanas e de maior intensidade. Porém, na maior parte das aplicações o pavimento flexível tem menor custo inicial e são executados mais rapidamente.

4.1.2 O Asfalto

Define-se asfalto como sendo um produto orgânico composto por hidrocarbonetos pesados, fuel oil, graxas, carvão e petrolato, oriundos de resíduos da destilação fracionada do petróleo.

Genericamente, podemos dizer tratar-se de um material composto de hidrocarbonetos não voláteis, possuidor de uma elevada massa molecular com propriedades que variam dependendo da origem do petróleo e do processo de sua obtenção. Asfaltos são materiais aglutinantes, de cor escura, sólidos, semi-sólidos ou líquidos obtidos por um processo de destilação. Existem alguns tipos de asfalto, dos quais podemos listar:

1. Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP): uso direto na construção de revestimentos asfálticos.

2. Asfaltos Diluídos de Petróleo (ADP): também conhecido como asfaltos recortados ou cut-backs.

3. Agente Rejuvenecedor: regenera o asfalto envelhecido e oxidado.

4. Emulsão Recicladora: permite reciclar até 100% das misturas envelhecidas fresadas..

5. Tapa Buracos: ideal para reparo de pavimentos asfálticos no caso de pequenas obras urbanas de água, gás, esgoto e eletricidade.

4.2. O asfalto na pavimentação

As funções exercidas pelo asfalto na pavimentação são: aglutinadora e impermeabilizadora. Como  aglutinante  proporciona  uma íntima  ligação entre agregados, capaz de  resistir à ação mecânica das cargas dos veículos. Como  impermeabilizante  proporciona vedação  eficaz  contra  a  penetração da água de chuva às camadas estruturais do pavimento. Também proporciona ao asfalto característica de flexibilidade.

4.2.1 Agregados

Os agregados, formalmente denominados de materiais pétreos, podem ser naturais ou artificiais, os naturais são constituídos de grãos oriundos da alteração das rochas pelos processos de intemperismo ou produzidos por processos de britagem: pedregulhos, seixos, britas, areias, etc. Já os agregados artificiais são aqueles em que os grãos são provenientes de sub produtos de processo industrial por transformação física e química do material natural: escória de alto forno, argila calcinada, argila expandida, etc.

5. ESCÓRIA

5.1. Definição e histórico

Os rejeitos siderúrgicos são oriundos do processo industrial para beneficiamento do aço. Dentre outros, é possível citar como rejeito da indústria do aço: escória de alto-forno, pó de alto forno, lama de alto-forno, escória de dessulfuração, escória de aciaria LD, lama grossa de aciaria, lama fina de aciaria e carepa, Geyer (2001). As escórias são os resíduos de maior geração, mais de 60,0% da geração de resíduos, neste tipo de processo. Existem dois tipos de escórias siderúrgicas produzidos em larga escala:

• Alto-forno: resultante da fusão redutora dos minérios para obtenção do ferro gusa, obtido diretamente do alto forno, em geral com elevado teor de carbono e várias impurezas, obtidas em altos-fornos;

• Aciaria: resultante da produção do aço. São obtidas em fornos elétricos e conversores a oxigênio, durante a conversão de sucata em aço. Estas escórias podem ser tanto oxidantes, produzida pela injeção de oxigênio no aço fundido para oxidar carbono, silício e enxofre, quanto redutoras, essas por sua vez geradas após o vazamento da escória oxidada através da adição de óxido de cálcio (CaO) e de fluorita (CaF2). Estes dois compostos são injetados no processo para dessulfurar o aço líquido e adicionar elementos de liga. (MACHADO apud BRANCO, 2004).

Segundo Branco (2004), durante o processo de produção do aço são eliminados carbono, CaO e os íons de alumínio, silício e fósforo que tornam o aço frágil, quebradiço e difícil de ser transformado em barras. Todos estes elementos e compostos eliminados entram na composição da escória. Dentre as impurezas do processo que formarão a escória estão silicatos de cálcio (CaSiO3), óxido de silício (SiO2), ferrita cálcica (CaFe2O4), óxido de magnésio (MgO) e outros. Os altos teores de CaO e MgO livres, presentes nas escórias, são devidos ao fato de que, depois que o fósforo e o silício se oxidam, estes elementos precipitam porque ultrapassam os limites de solubilidade da escória fundida. As escórias, tanto de alto forno quanto elétrica, depois de beneficiadas tornam-se agregados siderúrgicos.

Os agregados são definidos como material não metálico e podem ser classificados como agregado bruto; graduado de alto forno, oriundo da escória de alto forno; ou como agregado graduado de aciaria, oriundo da escória de aciaria elétrica. Em 2000, cerca de 85×106 toneladas de escória foram geradas no mundo. No Brasil, em 1998, foram produzidas mais de 4×106 toneladas deste rejeito, Branco (2004). Segundo a mesma autora, em média, cada tonelada de aço gera 150 kg de escória. A parte metálica da escória de aciaria, 20,0%, é removida com um imã e recirculada no processo, enquanto que 80,0% ficam sem utilidade e são armazenados em grandes áreas e vendidos como rejeito.

Tanto a produção quanto a composição da escória dependem de alguns fatores, dentre eles: o processo ou tipo de forno utilizado no beneficiamento do aço, o tipo de matéria-prima utilizada, a especificação do aço produzido, o resfriamento do rejeito, etc. Este material sai do forno com uma temperatura, aproximada, de 1500ºC. O tipo de resfriamento deste rejeito afeta também a granulometria deste material, porque é neste momento que ocorre a maior parte das reações químicas. Escórias que são resfriadas ao ar são, geralmente, inertes devido à cristalização de seus óxidos. Escórias resfriadas rapidamente, ar ou vapor, possuem natureza expandida e tornam-se leves. Escórias resfriadas bruscamente, jato d’água, são vítreas, com granulometria semelhante a areia de rio, estrutura porosa e textura áspera. As escórias ácidas costumam ser mais densas, enquanto que as básicas são mais porosas, com estrutura vesicular, Geyer (2001). A composição química de uma determinada escória pode variar, para um mesmo dia de produção, de 30,0% a 60,0% para o CaO, de 0,0% a 35,0% para o óxido de ferro (Fe2O3) e de 15,0% a 30,0% para o SiO2 (MACHADO apud BRANCO, 2004). Segundo o Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER) (1994), a escória para uso em pavimentação deve obedecer aos seguintes limites:

• Máximo de 3,0% de expansão;

• Isentas de impurezas orgânicas, contaminação com escórias de alto forno, solos e outros materiais;

• Granulometria: 40,0% até 12,7 mm e 60,0% entre 12,7 e 50,8 mm de abertura nominal e atender a granulometria de projeto;

• Absorção de água: 1,0% a 2,0% em peso;

• Massa específica: 3,0 a 3,5 g/cm3;

• Massa unitária: 1,5 a 1,7 kg/dm3;

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