BR102013028229A2 - processo de produção de produtos e artefatos de cimento à base de solo calcinado e respectivas formulações - Google Patents

Abstract

processo de produção de produtos e artefatos de cimento à base de solo calcinado e respectivas formulações. o invento diz respeito a um processo de produção de artefatos de cimento à base de solo calcinado, bem como, a uma série de formulações contendo o referido solo calcinado. mais especificamente, esta patente propõe o uso dos solos calcinados provenientes dos processos de calcinação de solos contaminados com resíduos de petróleo provenientes do processo de perfuração de poços de petróleo e de extração de petróleo, ambos em terra, e que resultam num material de composição físico-química e morfológica característica, e que é denominado pelas empresas do setor de petróleo como solo calcinado, em substituição parcial ou total aos agregados miúdos, mais especificamente, areias médias e finas, tradicionalmente utilizados em formulações de concreto e de argamassas para a fabricação de artefatos de cimento, mais especificamente, concretos para fundações, concretos estruturais, concretos de alto desempenho, argamassas de regularização, blocos de vedação, blocos estruturais e fundações simples, denominados de artefatos e estruturas de cimento de um modo geral

Description

Patente de invenção para “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PRODUTOS E ARTEFATOS DE CIMENTO À BASE DE SOLO CALCINADO E RESPECTIVAS FORMULAÇÕES” Refere-se a presente patente a um processo de produção de artefatos de cimento à base de solo calcinado, bem como, a uma série de formulações contendo o referido solo calcinado. Mais especificamente, esta patente propõe o uso dos solos calcinados provenientes dos processos de calcinação de solos contaminados com resíduos de petróleo provenientes do processo de perfuração de poços de petróleo e de extração de petróleo, ambos em terra, e que resultam num material de composição físico-química e morfológica característica, e que é denominado pelas empresas do setor de petróleo como solo calcinado, em substituição parcial ou total aos agregados miúdos, mais especificamente, areias médias e finas, tradicionalmente utilizados em formulações de concreto e de argamassas para a fabricação de artefatos de cimento, mais especificamente, concretos para fundações, concretos estruturais, concretos de alto desempenho, argamassas de regularização, blocos de vedação, blocos estruturais e fundações simples, denominados de artefatos e estruturas de cimento de um modo geral. A atividade de exploração e de extração de petróleo gera certa quantidade de solo contaminado com hidrocarbonetos, nas áreas próximas aos poços de petróleo, bem como, no entorno dos locais de manutenção das linhas de transporte de fluídos, sendo classificados como resíduos não inertes e denominados pelas empresas de petróleo como “solos contaminados”. Estes resíduos são monitorados pelas empresas geradoras, coletados de acordo com métodos específicos, sendo que a sua destinação é controlada pelas agências de proteção ambiental. As empresas mais estruturadas destinam tais resíduos para unidades de calcinação que utilizam fornos rotativos para oxidação dos contaminantes orgânicos, provendo, deste modo, a sua inertização. O “solo contaminado” inertizado passa então a ser denominado de “solo calcinado”.

Embora o “solo calcinado” seja classificado como um resíduo inerte, o mesmo tem que permanecer sob monitoramento em aterros industriais, visto que, não pode ser retornado diretamente ao meio ambiente. Isto se deve ao fato de que o processo de calcinação envolve temperaturas na faixa de 800°C até 900°C, eliminando completamente as substâncias e microorganismos que compõem o extrato orgânico dos solos e desta forma, gerando um solo infértil. Deste modo, para que o “solo calcinado”, que é infértil, possa ser retornado para a região de solos férteis da qual se originou é necessário realizar a sua correção, realizada por meio da adição de fertilizantes minerais, ricos em fósforo, potássio e nitrogênio, bem como, pela adição de material vegetal ricos em fibras e esterco ricos em nutrientes, capazes de proporcionar a formação de húmus e de um ambiente bioquímico capaz de sustentar a formação e crescimento de espécies vegetais.

Portanto, além de consumir recursos empresariais para realização do tratamento térmico, o “solo calcinado” gera custos com armazenagem e monitoramento. Deste modo, as empresas exploradoras e produtoras de petróleo demandam por uma solução tecnológica para os resíduos denominados de “solo calcinado”, e que seja viável tecnicamente e economicamente, bem como, operacionalmente segura e ambientalmente correta.

Outro importante motivador para a realização de uma pesquisa aprofundada para aproveitamento do solo calcinado é a necessidade de novas alternativas de matérias-primas industriais. A construção civil é o que mais demanda pesquisas neste tema, visto que, é o setor da economia que consome os maiores volumes de minérios industriais e já enfrenta dificuldades para obter alguns itens para garantir as suas atividades. Os principais minerais que são consumidos por este setor são as areias de sílica (à base de quartzo), as argilas plásticas (cauliníticas, montmoriloníticas, ilíticas etc) que são fundamentais para a manutenção do sistema construtivo brasileiro. No entanto, estes minérios têm suas ocorrências predominantemente em reservas situadas em várzeas e leitos de rios, sendo por isso alvos de um rígido monitoramento e controle pelos órgãos ambientais, o que restringe ou limita a exploração dos mesmos. Por outro lado, a exploração destes minérios é considerada vital, pois são considerados estratégicos para a economia nacional, por serem insumos básicos inseridos no macro setor da construção civil, responsável pela maior parcela da arrecadação do PIB brasileiro.

Num primeiro momento, esta situação de escassez ou de restrição ambiental, motivou pesquisas voltadas ao desenvolvimento de novas opções de matérias-primas naturais. Contudo, esta estratégia perdeu força frente às preocupações com a qualidade, segurança, custo e com a preservação ambiental, fruto de uma visão ambiental mais sofisticada e que considera, idealmente, como fundamental a racionalização do uso dos recursos naturais extraídos de seus locais de origem, sejam estes renováveis ou não. Idealmente, entenda-se por racionalização do uso dos recursos naturais o seguinte: • aproveitamento total destes, ou seja, aproveitamento dos mesmos em 100% de sua totalidade, esgotando completamente os seus conteúdos materiais e/ou energéticos, sejam os mesmos renováveis ou não renováveis; • no caso dos recursos naturais renováveis, o uso dos mesmos deve contemplar a sua reposição em um tempo compatível com as demandas ambientais, garantindo a sua disponibilidade para a geração atual e para as gerações futuras.

Esta visão ambiental mais totalizante conduz, inevitavelmente, ao aproveitamento dos resíduos de um modo geral, que no Brasil já está contemplada por uma legislação específica. Em 02/08/2010, foi sancionada, pelo presidente Luiz Inácio Lula da Silva, a Lei n.° 12.305/10 - denominada Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) e, em 23/12/2010, foi sancionado o Decreto Federal n.° 7.404, que regulamenta a PNRS.

Neste contexto, a utilização de resíduos provenientes de diversas fontes despertou o interesse de pesquisadores e empresários, sendo que, atualmente estes materiais são considerados como insumos ou matérias-primas em potencial. A área de “Ciência e Engenharia de Materiais” contempla os conhecimentos técnico-científicos necessários para a determinação das características físicas, químicas e morfológicas de resíduos sólidos, bem como, as metodologias adequadas para desenvolver produtos e processos industriais que incorporem tais materiais. Esta área da ciência e tecnologia também tem prestado uma grande contribuição na pesquisa e desenvolvimento de novas matérias-primas, tanto naturais como sintéticas, levando em conta as demandas atuais de menor consumo energético, diminuição das reservas naturais, necessidade de aproveitamento de resíduos minerais e industriais e redução dos impactos ambientais. Neste sentido, a área de “Ciência e Engenharia de Materiais” pode contribuir favoravelmente com questões industriais que projetam seus reflexos na sociedade e no meio ambiente. A questão específica da geração de resíduos sólidos provenientes da exploração e produção de petróleo se encaixa perfeitamente nesta área do conhecimento. A solução racional para esta questão exige que cada resíduo específico seja considerado como uma matéria-prima ou insumo em potencial. Deste modo, a partir da realização de um detalhamento das propriedades físico-químicas e morfológicas, e de um estudo em bases científicas do comportamento tecnológico de cada resíduo, poderão ser definidas as possíveis aplicações para os mesmos.

Com este conjunto de informações, cada resíduo poderá ser considerado como uma matéria-prima com atributos técnicos específicos, podendo ser indicada para a obtenção de um determinado produto ou uso em um determinado processo. Este documento leva em conta esta abordagem.

Neste sentido, é fundamental que se encontrem alternativas para as tipologias de resíduos gerados por este setor. Adicionalmente, este documento oferece uma contribuição tecnológica capaz de atender às demandas de natureza ambiental, bem como, de sustentabilidade do setor de exploração de petróleo. O processo objeto da presente patente tem como um dos diferenciais a adequação dos resíduos provenientes do processo de perfuração de poços de petróleo e, em especial, do processo de extração de petróleo, tipicamente provenientes das áreas de exploração de petróleo do Brasil, objetivando com isto garantir que os dados levantados na etapa de pesquisa e desenvolvimento ratificassem a aplicação do resíduo “solo calcinado” em composição para artefatos à base de cimento Portland, em especial, argamassas e concretos. Este processamento, visando à adequação do referido resíduo, será justificado na descrição detalhada da presente invenção. No entanto, a despeito de eventuais especificidades, os resíduos denominados por solos calcinados, de um modo geral, podem ser empregados na formulação de traços de argamassas e de traços para concretos para fabricação de argamassas de nivelamento, argamassas para assentamento, blocos de vedação, blocos estruturais, concretos para fundações, concretos estruturais e concretos de alto desempenho.

Quanto ao estado da técnica, não se tem conhecimento de outros produtos e/ou processos que sejam similares ao ora reivindicado. Entretanto apresentamos, a seguir, uma revisão de patentes a cerca de alguns produtos e/processos para efeitos comparativos e demonstração da novidade do invento ora proposto: O documento MU8601663-6 U2, intitulada “Bloco de areia, cimento e resíduo de gesso para construção civil”, refere-se ao produto bloco para a construção civil com dimensões especificadas em centímetros de 10X20X40 e 09X19X39, com 3 (três) furos retangulares 6X10 e paredes de 1,7 cm de espessura. O referido produto é constituído de areia lavada de rio ou areia artificial de brita, cimento e resíduos de gesso. O inventor destaca que a principal vantagem do referido produto é o fato de ser mais leve que os demais já existentes, propiciando assim maior facilidade no seu manuseio que impulsiona maior produtividade de mão-de-obra. A referida invenção faz o uso de um resíduo industrial, diferindo em sua composição física, química e mineralógica do resíduo utilizado na presente invenção, e especialmente na aplicação pretendida. O documento PI9402311-5 A2, intitulado “Processo de encapsulamento de resíduos através da solidificação em matrizes de cimento”, refere-se a um processo de encapsulamento de resíduos sólidos que compreende etapas laboratoriais de classificação e especificação, visando à determinação da classe do resíduo, bem como sua desagregação, mistura com cimento e água, preparação de argamassas, determinação da trabalhabilidade e índice de consistência. Após as referidas etapas laboratoriais, segue-se o processamento em larga escala, consistindo na desagregação com emprego de betoneira, peneira vibratória, moinho de bolas e equipamentos similares, elaboração da argamassa, mediante parâmetros obtidos laboratorialmente para determinação de traço, moldagem da argamassa, processo de cura da peça e ensaio das amostras obtidas. A referida invenção faz uso de um resíduo não especificado relativamente à sua composição física, química e mineralógica, e difere da presente patente especialmente na aplicação pretendida. O documento PI9302955-1 A2, intitulado “Resíduos do processo de fusão do aço a ser utilizado na construção civil como artefato de cimento”, refere-se à utilização dos resíduos gerados pelos fornos elétricos em misturas com cimento Portland para produção de artefatos para a construção civil, tais como: tijolo, argamassa, manilhas, pisos, mourão de concreto e blocos diversos de cimento. O referido resíduo é composto predominante por Fe203 (óxido de ferro), o qual é misturado com um aglomerante composto por cimento e cal hidradata, sendo esta mistura considerada como um cimento alternativo para a confecção de artefatos. A referida invenção faz uso de um resíduo industrial, diferindo em sua composição física, química e mineralógica do resíduo utilizado na presente invenção, e especialmente na aplicação pretendida. O documento PI0906454-0 A2, intitulado “Processo de estabilização/solidificação de resíduos industriais e aplicação do produto final estabilizado como artefato de concreto”, refere-se a um processo de estabilização/solidificação de resíduos industriais e a aplicação em artefatos de concreto. A patente objetiva a neutralização completa de resíduos industriais das classes 01 e 02, tais como, lodo de estações de tratamento de efluentes, lodo de galvanoplastia, borra de derivados de petróleo, borra de tinta, bauxita impregnada com óleo, solo contaminado e areias de fundição. A patente propõe a neutralização dos resíduos com um aditivo denominado de RC4, no entanto, o documento não descreve ou menciona a composição do referido reagente, mencionado que após a ocorrência de uma etapa de reação exotérmica o resíduo é submetido à moagem e peneiramento, obtendo-se um material adequado para aplicação em artefatos de concreto, afirmando que a presente invenção é vantajosa na eliminação efetiva do passivo ambiental. A referida invenção faz uso de um resíduo industrial, diferindo em sua composição física, química e mineralógica do resíduo utilizado na presente invenção, e especialmente na aplicação pretendida. O documento PI0406035-0 A2, intitulado “Processo de cimentação de resíduos contaminados por hidrocarbonetos derivados de petróleo, metais pesados e detergentes oriundos de sistemas separadores água/óleo”, refere-se a um processo de cimentação de resíduos contaminados por hidrocarbonetos derivados de petróleo, metais pesados e detergentes, para tratamento e neutralização da fonte de contaminação (resíduo perigoso), com o intuito de evitar que a mesma atinja águas subterrâneas e outros cursos de água. A patente consiste na caracterização do resíduo contaminante, na realização de uma mistura para cimentação que depende das características especificas do resíduo, sendo que a mistura consiste basicamente de cimento, areia, brita, aditivos e resíduo, podendo a mistura ser realizada por qualquer tipo de equipamento apropriado, resultando em um concreto para construção de alvenarias, pisos, pré-moldados entre outros produtos utilizáveis na construção civil. A referida invenção faz uso de um resíduo não especificado relativamente à sua composição física, química e mineralógica e que difere da presente patente especialmente na aplicação pretendida. A figura 1 ilustra o difratograma de raios X (DRX) de uma amostra representativa do resíduo de solo calcinado. A figura 2 ilustra as curvas de distribuição granulométricas da areia, solo calcinado (SC) e das composições de areia-SC.

Este documento de patente refere-se ao uso do resíduo “solo calcinado”, resultante da calcinação do resíduo “solo contaminado” proveniente ou de processos de perfuração de poços de petróleo ou de processos de extração de petróleo, como uma matéria-prima adequada para formulação, composição e fabricação de artefatos de cimento, mais especificamente, concretos para fundações, concretos estruturais, concretos de alto desempenho, argamassas de regularização, blocos de vedação, blocos estruturais e fundações simples, denominados de artefatos e estruturas de cimento de um modo geral.

Destaca-se que o referido resíduo “solo calcinado” promove uma elevação das propriedades físicas e mecânicas, desempenhando duplo papel, ou seja, atuando como agregado médio e como aditivo pozolânico. Deste modo, o referido resíduo dispõe de características diferenciadas relativamente aos agregados convencionais de areia silicosa ou de areia calcária.

Verificou-se que o “solo calcinado” atua como um agregado ativo, sendo este efeito proveniente da decomposição térmica dos argilominerais que compõem a formação mineralógica original contida no “solo contaminado”. Deste modo, o solo calcinado se comporta semelhantemente às argilas calcinadas para atuar como aditivos em composições à base de cal ou de cimento que, por apresentarem uma composição à base de sílica (S1O2) e alumina (AI2O3), reagem com cal livre formado silicatos hidratados e silicatos aluminatos hidratados, que são reações pozolânicas.

Esta patente propõe que as fases amorfas contidas no solo calcinado, que são fonte de sílica e alumina, são capazes de reagir com a cal livre originada da decomposição das fases à base de silicato de cálcio do cimento Portland, formando fases adicionais de silicatos de cálcio hidratadas e silicatos aluminatos de cálcio hidratadas, contribuindo para a elevação de resistência mecânica, adicionalmente às reações proporcionadas pela hidratação do cimento Portland. Este efeito se observa em uma série de combinações entre cimento Portland e aditivos naturais ou sintéticos, tais como, pozolanas naturais, pedra pome moída, basalto moído, microsílica, metacaulinita, cinzas de arroz, cerâmicas vermelhas e algumas escórias jndustriais, ressaltando que os aditivos pozolânicos são fontes de sílica ativa, ou de sílica e alumina ativas.

Na presente patente, atribui-se que as fontes de sílica ativa, ou de sílica e alumina ativas, são formadas a partir da decomposição térmica parcial ou total dos minerais caulinita, montmorilonita, ilíta, talco, albita e ortoclásio, presentes na composição do “solo contaminado” que foi calcinado na faixa de temperaturas entre 800°C até 900°C, resultando no “solo calcinado”. É importante destacar que o “solo calcinado” é facilmente destorroado com auxílio de almofariz e pistilo, sugerindo que este poderia ser rapidamente desagregado, misturado e homogeneizado em uma argamassa ou concreto. Este comportamento foi comprovado pelo processamento de alguns lotes pilotos de solo calcinado em uma linha de produção constituída por uma betoneira, moldes metálicos e uma mesa vibratória, que são os equipamentos normalmente utilizados em indústrias de artefatos de cimento. Portanto, a utilização do solo calcinado em composições de argamassas e de concretos não demanda investimentos adicionais em equipamentos.

Algumas características técnicas importantes foram verificadas com os testes, destacando-se a facilidade de desmoldagem e qualidade das superfícies das amostras. Estas características foram verificadas em formulações de argamassas e de concretos sem a adição de aditivos de desmoldagem específicos ou de melhoramento de acabamento superficial. No entanto, os referidos aditivos utilizados com o solo calcinado, proporcionam maior produtividade, redução de perdas e um acabamento mais refinado.

Verificou-se que o “solo calcinado” permite fabricar produtos e artefatos de argamassa ou de concreto com atributos físicos adequados as aplicações na construção civil, contribuindo para a redução da porosidade aberta e para a elevação da densidade específica dos referidos produtos cerâmicos, consolidando os atributos mecânicos absorção de água (AA), porosidade aparente (PA) e massa específica aparente (MEA).

Um aspecto fundamental é que as composições de argamassa ou de concreto contendo o referido resíduo, ou seja, o solo calcinado é compatível com as etapas de processamento tipicamente utilizadas pelas empresas fabricantes de produtos ou de artefatos para a construção civil, ou seja, o referido resíduo é compatível e adequado ao processamento segundo as seguintes etapas gerais de processamento: 1a etapa, beneficiamento por classificação granulométrica do agregado; 2a etapa, dosagem mássica ou volumétrica; 3a etapa, pré-mistura e homogeneização em betoneiras ou misturadores mecânicos; 4a etapa, adição da água de hidratação e homogeneização da mistura; 5a etapa, aplicação na estrutura ou conformação em moldes; 6a etapa, desenvolvimento de pega hidráulica; 7a etapa, finalização ou desmoldagem. A adição de aditivos de processamento, tais como, plastificantes, superplastificantes, hiperplastificantes, retardadores, anti-bolhas, desmoldantes e agentes pozolânicos podem ser introduzidos nas composições entre 2a etapa e a 4a etapa. Os agentes desmoldantes, se não forem adicionados diretamente na mistura, podem ser aplicados diretamente sobre as superfícies dos moldes ou formas, conforme os processos convencionais amplamente adotados na construção civil.

Esta seqüência de etapas gerais de processamento permite integrar o referido resíduo com as matérias-primas tradicionalmente utilizadas pelas indústrias da construção civil, homogeneizando-o fisicamente e quimicamente, elevando a sua reatividade química, ajustando a sua distribuição granulométrica e seu comportamento de conformação, melhorando as propriedades tecnológicas do referido resíduo nas formulações e contribuindo para a consolidação das propriedades físicas e químicas e dos atributos estéticos do produto final, ou seja, dos produtos ou artefatos à base de cimento Portland. Portanto, o resíduo “solo calcinado”, de acordo com as etapas gerais exemplificadas, é uma matéria-prima perfeitamente compatível do ponto-de-vista técnico com as tecnologias atualmente empregadas pelo setor da construção civil do Brasil e mundial. O “solo calcinado”, após devidamente adequado para o uso como matéria-prima industrial, pode ser utilizado diretamente na composição de produtos ou artefatos à base de cimento Portland, em substituição parcial ou total dos agregados médios e/ou finos, ou seja, areias de sílica ou areias produzidas por britagem de rochas graníticas ou calcárias. Na presente patente, a adequação do resíduo solo calcinado consiste numa etapa de classificação granulométrica simples realizada em classificadores industriais como, por exemplo, peneiras vibratórias. Esta etapa de peneiramento permite separar a fração grosseira contida no referido resíduo, proporcionando um controle de processo produtivo adequado para as aplicações pretendidas.

Deste modo, o “solo calcinado” se compatibiliza com as propriedades físicas e químicas típicas das areias médias e finas utilizadas em argamassas ou concretos, mantendo as propriedades reológicas. As misturas, formulações ou traços contendo solo calcinado são submetidos às seqüências de operações de dosagem (balanças ou recipiente), pré-mistura (betoneiras ou misturadores mecânicos), mistura (betoneiras ou misturadores mecânicos), aplicação ou conformação (no local, formas ou moldes), sendo o seu uso compatível com as rotas de processamento utilizadas pelas empresas que atuam no setor da construção civil. O processo objeto de invenção, referente ao uso do “solo calcinado” em misturas, formulações ou traços de produtos ou artefatos, mostrou-se plenamente satisfatório permitindo obter componentes com coloração adequada, facilidade de conformação, com excelente aspecto visual e elevados atributos físicos e conformidade dimensional. O processo objeto da presente patente tem como um dos diferenciais a adequação dos resíduos denominados de “solos calcinados”, produzidos a partir da calcinação do resíduo não inerte “solo contaminado” que é gerado principalmente do processo de extração de petróleo, e provenientes de áreas de exploração de petróleo, objetivando com isto garantir que os dados levantados na etapa de pesquisa e desenvolvimento ratificassem a aplicação do referido resíduo em produtos para o setor da construção civil. A adequação de grandes volumes de “solo calcinado” elimina o risco de se fazer afirmações baseadas em amostras de pequeno volume, não representativas da realidade que será apresentada neste documento.

Ressalta-se que os procedimentos utilizados para a adequação do resíduo solo calcinado, são plenamente estabelecidos e de uso corrente em diversos processos de beneficiamento de matérias-primas naturais ou sintéticas. Neste documento, o procedimento de adequação do referido resíduo pode ser considerado como uma forma de beneficiamento, sendo nominado como 1a etapa do processo de produção. Destacando que este procedimento de adequação mostrou-se bastante efetivo no sentido de transformar o referido resíduo em uma matéria-prima com características reprodutíveis e, portanto, adequada ao uso em processos industriais da construção civil. A constância nas características físicas e químicas desta matéria-prima é fundamental para o controle do processo produtivo de fabricação e, portanto, para garantir a qualidade dos produtos finais.

Neste documento, a “adequação do solo calcinado” deve ser conceituada como: • uniformização prévia dos mesmos em pátios de homogeneização. Este procedimento é muito efetivo na homogeneização de grandes volumes de matérias-primas brutas, sendo realizado com o auxílio de tratores equipados com pás-enchedoras e tratores equipados com lâminas para espalhamento; • classificação granulométrica simples realizada em classificadores industriais como, por exemplo, peneiras vibratórias. Esta etapa de peneiramento permite separar a fração grosseira contida no referido resíduo, proporcionando um controle de processo produtivo adequado para as aplicações pretendidas.

Resulta, deste procedimento de beneficiamento do solo calcinado, uma matéria-prima com características físicas, químicas, morfológicas e granulométricas dentro de uma faixa de parâmetros específicos. Evidentemente, os aspectos apresentados e discutidos neste documento, e que são típicos da bacia petrolífera brasileira, e que foram extensivamente estudados, testados e empregados durante a etapa de pesquisa e desenvolvimento que resultaram e motivaram a composição deste documento.

No entanto, a despeito destas especificidades, os resíduos denominados de “solos calcinados”, de um modo geral, podem ser empregados na formulação traços, misturas e composições de produtos para a construção civil. Tomando estes aspectos em consideração, são apresentados a seguir os dados de caracterização física e química do referido resíduo, para exemplificação de suas características médias, mas sem o intuito de limitação de suas características gerais que podem admitir variações, conforme argumentado anteriormente.

Um aspecto de extrema relevância é a determinação da composição química do solo calcinado, que permite estabelecer as suas possibilidades gerais de aplicações tecnológicas. A Tabela 1 contém os dados de análise química correspondente à média de um conjunto de 10 (dez) amostras estudadas, representando a composição química típica do referido resíduo. Os resultados mostram que o referido resíduo contém um teor elevado de sílica (S1O2 = 40,99 % em massa) e de alumina (AI2O3 = 20,56 % em massa), que são óxidos de elevada inércia química e que atuam como formadores de rede, sugerindo que este pode ser utilizado como uma matéria-prima estrutural. Os resultados mostram, também, que o referido resíduo contém um teor moderado de óxidos alcalinos, óxido de sódio (Na20 = 0,98 % em massa) e óxido de potássio (K2O = 2,22 % em massa), que são teores compatíveis com os valores normalmente encontrados em matérias-primas utilizados na construção civil, tais como, areias, cimentos e calcários, sendo portanto compatível com a aplicação pretendida. Os resultados mostram que o referido resíduo contém um teor apreciável de óxidos alcalinos terrosos, cálcio (CaO = 18,92 % em massa), óxido de magnésio (MgO = 0,71 % em massa) e óxido de bário (BaO = 2,28 % em massa), sugerindo que este pode ser utilizado como uma matéria-prima que exige compatibilidade com ambientes de elevada basicidade, com pH>10, como por exemplo em misturas à base de água e cimento Portland. Deste modo, a combinação de óxidos do solo calcinado permite que este seja utilizado como uma matéria-prima com função estrutural, como por exemplo, em substituição parcial ou total aos agregados médios e finos, ou seja, areias naturais ou sintéticas.

Outro aspecto relevante é a composição de fases mineralógicas do solo calcinado, que conjuntamente com os resultados de análise química permite ratificar as aplicações tecnológicas mais viáveis, bem como, prever os atributos técnicos de processamento do mesmo. A Figura 1 corresponde ao difratograma de raios X (DRX) de uma amostra representativa do referido resíduo. Os resultados mostram claramente que o solo calcinado é constituído por sílica na forma de quartzo (S1O2) como fase majoritária. Este resultado sugere que o referido material pode apresentar um comportamento equivalente ao verificado para os agregados miúdos normalmente empregados em produtos à base de cimento. A caulinita [Al2SÍ205(0H)4], a hematita [Fe203], o ortoclásio (KAISi3C>8) e o calcário calcítico [CaCC>3] como fases secundárias. Considerando que o SC resulta da calcinação do resíduo de solo contaminado em temperaturas na faixa de 800°C até 900°C, pode-se considerar que as fases minoritárias caulinita e ortoclásio são remanescentes mineralógicos do solo original não calcinado, sugerindo que estas fases podem ter resultado na formação de silicatos de alumínio amorfos de alta reatividade. No entanto, estas fases amorfas não podem ser detectadas por difratometria de raios X, mas o seu efeito nas composições à base de cimento validam a sua presença. A barita (BaS04) está presente como fase minoritária. Estes resultados são reforçados pelos dados de análise química da referida amostra, obtidos pela técnica de fluorescência de raios X (FRX), apresentados na Tabela 1 e expressos em base de óxidos. Os resultados de análise química revelam também a presença de oxido de enxofre, que está associada à fase barita. Verificou-se ainda a presença de traços de zircônio, manganês, níquel, cobre, zinco e fósforo, mas não foi verificada a presença de nenhum composto químico cristalino à base destes elementos, ratificando que os mesmos estão presentes em quantidades volumétricas muito baixas, e que, portanto, não podem ser detectadas pela técnica de difração de raios X. Estes elementos químicos estão normalmente presentes nas formações dos solos brasileiros, arenosos e argilosos. A análise gravimétrica (gravimetria) do solo calcinado, determinados a partir de um conjunto de 10 amostras, mostraram que os mesmos apresentam 8,9 +/-1,3 % de perda de massa após tratamento térmico, realizado em um forno do tipo mufla, sob uma taxa de aquecimento de 5°C/minuto até o patamar de temperatura de 1100°C por um período de tempo de 30 minutos. Esta perda de massa pode ser atribuída à água de adsorção, a decomposição térmica de argilominerais e carbonatos que permaneceram após a calcinação. A presença de matéria orgânica é desconsiderada, pois este resíduo foi calcinado na faixa de temperaturas entre 800°C até 900°C em atmosfera rica em ar.

Tabela 1 - Composição química típica do resíduo de solo calcinado.

Os ensaios de densidade revelaram que o solo calcinado apresenta uma massa específica aparente de 2,38 g/cm3, sendo esta muito próxima ao da areia média utilizada para comparação, que apresentou uma massa específica aparente de 2,50 g/cm3. Este resultado é interessante, visto que, em composições de argamassas ou de concretos, grandes diferenças de densidade podem promover segregação entre os constituintes, provocando perda de qualidade nos produtos ou artefatos de cimento.

Seguem exemplos relacionados ao “Processo de Produção de Produtos e Artefatos de Cimento à Base de Solo Calcinado e Respectivas Formulações”, descritos como detalhes ilustrativos da presente invenção, que não devem ser entendidos como limitadores dos campos de abrangências da presente patente.

Para efeito comparativo, são apresentados nesta seção dois exemplos de composições à base de solo calcinado. O primeiro exemplo é referente a um conjunto de composições típicas para concretos, e que são comparadas com uma composição isenta do referido resíduo. O segundo exemplo é referente a um conjunto de composições típicas para argamassas, e que são comparadas com uma composição isenta do referido resíduo. A apresentação das formulações de concretos e de argamassas é antecedida peía descrição da metodologia de preparação das matérias-primas e dos resultados de caracterização granulométrica. A partir desta seção do texto, a expressão “solo calcinado” será representada por SC.

Preparação de Amostras: A areia, a brita 0 e o solo calcinado foram secos a 110°C ± 5°C, em uma estufa elétrica com exaustão de vapor de água, por um período de 24 horas. Este procedimento visa eliminar a umidade estabilizando a massa das matérias-primas estudadas, garantindo, deste modo, que as misturas preparadas correspondam aos valores nominais estudados.

Especificamente para o SC, foi realizado um procedimento adicional de preparação de amostras, que consistiu na realização de um peneiramento em peneira ABNT #3/8 (abertura 9,5mm). Deste procedimento foi tomado o material passante, para realização deste estudo, e descartada a fração retida na referida peneira. Este procedimento reproduz o processo produtivo das empresas produtoras de agregados para o beneficiamento de areias médias.

Preparação das Misturas Areia-SC: Preliminarmente, foram definidas 03 (três) combinações entre areia e SC, objetivando apreciar o seu efeito na substituição parcial de um agregado miúdo, que neste estudo é a areia média. Deste modo, foram preparadas as seguintes misturas: • 75% areia e 25% SC; • 50% areia e 50% SC; • 25% areia e 75% SC. A homogeneização destas misturas foi realizada em um misturador mecânico de bancada.

Foram tomadas amostras representativas de areia, solo calcinado, e das composições areia-SC. Estas amostras foram submetidas à análise granulométrica e determinação das massas específicas, conforme os procedimentos descritos pelas normas ABNT: NBR 7217 (1987) e NBR 9776 (1987), respectivamente.

As massas específicas aparentes foram obtidas pelo método de Arquimedes, baseados na determinação e comparação entre as massas das amostras no estado seco e a diferença entre as massas saturadas e as massas submersas.

As massas unitárias foram obtidas a partir da determinação da razão entre a massa e o volume ocupado pela amostra em um frasco padronizado. A Tabela 2 apresenta os resultados referentes aos índices físicos das matérias-primas estudadas, ou seja, areia, misturas areia-SC e brita.

Os resultados mostram que, relativamente ao índice “módulo de finura”, o solo calcinado apresenta-se como uma matéria-prima com uma granulometria ligeiramente mais fina, comparativamente à da areia pura. Relativamente a este parâmetro, o SC pode ser classificado como um agregado miúdo fino, visto que apresentou um valor abaixo de 2,40, e a areia como um agregado miúdo médio, visto que, se enquadrou na faixa entre 2,40 e 2,90. Este resultado sugere que formulações com maior percentual de SC o concreto, ou argamassa, exigiram um maior percentual de água para promover um melhor recobrimento das partículas finas. Por outro lado, relativamente ao diâmetro máximo, a areia e o SC apresentam-se como matérias-primas equivalentes.

Um resultado interessante é verificado para as composições contendo 25% e 50 de SC, nas quais ocorre um aumento da massa específica aparente, respectivamente 2,73 g/cm3 e 2,61 g/cm3, relativamente a areia pura (2,50 g/cm3) e ao SC puro (2,38g/cm3). Este resultado sugere que o SC combinado com a areia média melhora o empacotamento das partículas, o que é um aspecto muito importante para os produtos do setor da construção civil, visto que, este parâmetro se correlaciona com a diminuição da porosidade aberta, que por sua vez se correlaciona com os mecanismos de absorção de umidade por efeito de capilaridade. A massa unitária obedece à mesma tendência verificada para a massa específica aparente. A composição com 75% de SC apresenta uma massa específica muito próxima ao do SC puro, sugerindo que esta proporção não promoveu um aumento do grau de empacotamento das partículas, conforme sugerido para as demais misturas.

Tabela 2 - índices físicos da areia, mistura areia-SC e da brita.

Deve-se destacar que todas as misturas à base de areia-SC apresentaram módulos de finura característicos de agregados miúdos de granulometria média, visto que, seus valores enquadram-se na faixa compreendida entre 2,40 e 2,90. Evidentemente, as misturas areia-SC apresentaram o mesmo valor de diâmetro médio que as matérias-primas puras.

Para se ter uma visão mais completa da granulometria dos materiais estudados, é importante determinar as curvas de distribuição granulométrica.

Este procedimento foi realizado utilizando o método de classificação em peneiras padronizadas, conforme estabelecido pela norma ABNT NBR 7181. A Figura 2 corresponde às curvas de distribuição granulométricas das amostras de areia, SC e das composições de areia-SC.

Os resultados mostram que o SC apresenta 50% (em massa) de suas partículas com tamanho abaixo de 250 pm, enquanto a areia apresenta apenas 20% (em massa). A natureza mais fina do SC é reforçada pela presença de 10% (em massa) de partículas abaixo de 100 pm, sendo que esta fração está ausente na areia.

Estes resultados sugerem que o SC pode se comportar como uma matéria-prima capaz de reduzir a porosidade de concretos e argamassas, especialmente na faixa de tamanhos de poros compreendida entre 0,1 pm e 100 pm, que correspondem à população de poros que, em produtos da construção civil, responde pela absorção de umidade por efeito de capilaridade. A absorção capilar em edificações e estruturas é um dos maiores desafios enfrentados pela Engenharia Civil, no Brasil e mundialmente, visto que, esta é a primeira etapa da maior parte dos mecanismos de degradação estrutural e estética dos materiais empregados por este setor.

Adicionalmente, a redução desta faixa de poros permite aumentar a resistência mecânica das estruturas e componentes à base de cimento, visto que, podem proporcionar uma diminuição do tamanho de defeito crítico, ou seja, tamanh© da falha crítica.

Deve-se destacar que as misturas à base de areia-SC apresentam distribuições granulométricas intermediárias às da areia pura e do SC puro, conforme esperado.

Exemplo 1: Baseado nos resultados da caracterização das matérias-primas (areia, solo calcinado, brita 0 e misturas de solo calcinado com areia) quanto à granulometria (módulo de finura e diâmetro máximo), distribuição granulométrica e índices físicos (massa específica e unitária), juntamente com outros fatores de dosagem como a resistência de cálculo, chegaram-se aos traços em porcentagem de massa seca apresentados na Tabela 3, com variações gradativamente crescentes de solo calcinado nas misturas.

Deve-se esclarecer que foram feitas correções na dosagem do concreto considerando a distribuição granulométrica e os índices físicos para cada composição, visando com isto atingir o melhor empacotamento para os concretos obtidos. Em todas as formulações, foi empregado 1% do aditivo super plastificante, à base de policarboxilatos, relativamente à massa de cimento. Este aditivo foi adicionado juntamente à água de amassamento, no final da mistura, visando obter uma melhor interação do mesmo com a fase cimentícia. Este tipo de aditivo é amplamente difundido no mercado e é comumente empregado com o intuito de reduzir a água amassamento, aumentar o índice de consistência e melhorar o acabamento das peças, sem interferir significativamente no tempo de pega.

Conforme apresentado na Tabela 3, foram realizadas variações na proporção de areia e SC nas misturas, acompanhadas de ligeiras alterações nas proporções de brita e cimento no concreto. No entanto, o fator água/cimento foi mantido constante, visando com isto avaliar com mais segurança o efeito do SC nos concretos obtidos.

Tahfila 3 — Tranns dns rnnr.rfttns asturiarlos (% Hp massa sara^ Para cada uma das formulações apresentadas na Tabela 3, foram preparados 6 (seis) corpos-de-prova, sendo 2 (dois) utilizados para determinação das propriedades físico-mecânicas relativas a absorção de água e porosidade aparente, e 4 (quatro) para avaliação da resistência mecânica à compressão simples para os tempos de 7 (sete) dias e 28 (vinte e oito) dias de cura. É importante salientar que, em uma etapa preliminar, foi realizada uma bateria de testes para estabelecer a melhor forma de adensamento dos corpos-de-prova. Como cada concreto apresenta variações no seu comportamento reológico, de acordo com o traço, foram testadas três formas de adensamento em cada grupo de 3 (três) corpos-de-prova (vibração, compactação e vibração/compactação). Excetuando-se a formulação A100 que apresentou um comportamento de adensamento satisfatório sob vibração.

Os testes preliminares permitiram verificar que a associação de vibração e compactação mecânica proporciona resultados muito satisfatórios para as formulações estudadas. As práticas industriais aplicam este tipo de mecanismos de adensamento na fabricação de blocos de cimento, bloquetes, peças de pré-moldados e numa série de produtos para o setor da construção civil, justificada pela melhoria do empacotamento das peças de concreto devido à melhor homogeneização da massa e pela promoção de um contato mais íntimo entre os elementos que compõem o concreto.

Uma vez definido o procedimento de adensamento, foram pesados os diferentes constituintes dos concretos, que foram dispostos e misturados em um misturador mecânico de bancada. Foram utilizados moldes cilíndricos de 5 cm de diâmetro por 10 cm de altura. Estes moldes foram posicionados sob uma mesa vibratória. Em seguida, as massas homogeneizadas foram vertidas nos referidos moldes em três camadas, sendo que, para a compactação, foi utilizado um soquete metálico alternadamente à aplicação de vibração.

Uma vez conformados, os corpos-de-prova foram desmoldados após um período de 24 horas, correspondente ao tempo de cura inicial do cimento, em ambiente livre de intempéries. Em seguida, foram divididos em dois lotes e submersos em água pelos períodos de 7 e 28 dias correspondentes aos tempos de cura mais adotados para estudo da evolução da resistência segundo a norma NBR 5738 (ABNT, 2003).

Passados os 7 (sete) dias foram separados 2 dos corpos-de-prova para o ensaio de compressão simples e outros 2 para os ensaios de absorção e porosidade, enquanto que as demais peças permaneceram em água até a período de 28 (vinte e oito) dias.

Para execução do ensaio de compressão, fez-se necessário o capeamento dos corpos-de-prova com enxofre, seguindo as orientações descritas na norma NBR 5738 (ABNT, 2003), no intuito de proporcionar nivelamento e melhor acabamento da superfície das peças para os ensaios mecânicos de compressão.

As propriedades escolhidas para análise das formulações de concreto foram a absorção de água (AA), porosidade aparente (PA) e resistência mecânica à compressão simples (RMC).

Absorção de Água (AA): Esta propriedade refere-se à quantidade de água que o concreto absorve em situações de umidade elevada, ou seja, sob saturação. O ensaio para determinação da absorção de água (AA) foi executado de acordo com a norma NBR 12118 (ABNT, 1991).

As medidas das massas foram efetuadas em balança com precisão de 0,01 g. A absorção de água é expressa pela razão entre a quantidade de água absorvida e a massa seca dos corpos-de-prova de concreto.

Porosidade Aparente (PA): Esta propriedade refere-se ao volume de ar no concreto em relação ao volume aparente destes, ou seja, seu volume externo. O ensaio para determinação da porosidade aparente (PA) foi exeóutado segundo o método de Arquimedes, também conhecido como método da balança hidrostática, no qual é empregada a água como fluido de imersão. Neste procedimento são tomadas as medidas das massas dos corpos-de-prova secos, saturados e imersos em água.

Resistência mecânica à compressão simples (RMC): Esta propriedade refere-se à capacidade de um componente absorver esforços solicitantes, sem ocorrer a ruptura do mesmo. O ensaio para determinação da resistência mecânica foi executado segundo a norma NBR 5739 (ABNT, 1994).

Neste ensaio foi utilizado um paquímetro com precisão de 0,1 mm, para cálculo da área bruta dos corpos-de-prova, e uma prensa hidráulica com aumento progressivo da carga sob uma razão de (0,05 ± 0,01) MPa/s. Conforme mencionado anteriormente, antes da execução dos ensaios mecânicos, foi realizado o nivelamento das bases dos corpos-de-prova com pasta de enxofre, seguindo determinações da norma NBR 5738 (ABNT, 2003).

Na Tabela 4 são apresentados os resultados de absorção de água (AA) referentes às formulações da Tabela 3, na qual são mencionados os modos de adensamento utilizados.

Tabela 4 - Absorção de água (AA) para as formulações de concreto.

Os resultados mostram claramente a formulação à base de 50% de solo calcinado, ou seja, A50-SC50, com apenas 5,0% de AA. Este resultado condiz com o efeito do solo calcinado na distribuição granulométrica e, sobretudo, na elevação da densidade aparente, conforme observado nos resultados apresentados na Tabela 2. Este comportamento pode ser atribuído ao ganho de empacotamento, proporcionado pelo SC, berín como, à modificação da estrutura de poros promovida quando se adiciona um material com partículas eminentemente abaixo de 100pm, que afetam a população de poros capazes de atuar na absorção de água por efeito de capilaridade. A composição com 100% de SC apresentou uma AA equivalente a formulação com 50% de SC, o que pode ser atribuído aos efeitos de redução da absorção capilar proporcionado pelas partículas finas do SC. Este valor é 7,5%, sendo os valores mínimos obtidos na formulação A50-SC50 e os valores máximos na formulação A25-SC75.

As composições A75-SC25 e A25-SC75 apresentaram valores sensivelmente mais elevados aos das composições A50-SC50 e SC100, o que pode ser atribuído a distorções no empacotamento de partículas para estas proporções específicas de SC. A composição A100 apresentou um valor ligeiramente acima aos das formulações A50-SC50 e SC100, evidenciando que as referidas formulações superam as composições à base de areia pura, relativamente a AA.

Na Tabela 5 são apresentados os resultados de porosidade aparente (PA) referentes às formulações da Tabela 3, na qual são mencionados os modos de adensamento utilizados.

Uma vez que a PA e a AA foram determinados pelo método de Archimedes, por imersão em água, estes parâmetros se relacionam diretamente, ou seja, quanto maior a AA de água maior a PA. Desta forma, a discussão do comportamento deste parâmetro é a mesma que realizada para a AA.

Estes resultados são apresentados como uma forma de enxergar os resultados por um parâmetro que contempla mais diretamente a porosidade aberta sujeita a absorção por efeito de capilaridade, o que é bastante significativo em componentes para o setor da construção civil. É importante salientar que os valores de PA observados nas formulações A50-SC50 e SC100, respectivamente 11,2% e 11,0%, são típicos de concretos de alto desempenho.

Tabela 5 — Porosidade Aparente (PA) referentes às composições apresentadas na Tabela 3.

Na Tabela 6 são apresentados os resultados de resistência mecânica à compressão (RMC) relativamente às formulações apresentadas na Tabela 3, obtidos com variações gradativamente crescentes nas porcentagens de solo calcinado e com diferentes formas de adensamento, aos 7 e 28 dias de cura.

Tabela 6 - Resistência Mecânica à compressão simples (RMC). V = Vibração e C = Compactação.

Os resultados mostram claramente que a adição de SC eleva de modo marcante os valores de RMC dos concretos estudados. Deve-se destacar que a composição SC 100, com 100% de SC apresentou os valores mais elevados de RMC tanto aos 7 dias como aos 28 dias de cura. É importante destacar que estes resultados não se correlacionam diretamente com o comportamento verificado para a AA e para a PA dos concretos estudados.

Os resultados obtidos sugerem a ocorrência de interações químicas entre os constituintes do cimento e os constituintes do SC, ou seja, reações cimentícias do tipo que são conhecidas para os materiais pozolânicos. Esta afirmação pode ser sustentada pelo fato de que o SC deriva de um solo contaminado rico em argilominerais que, ao serem calcinados, resultam em fases amorfas reativas com capacidade de interagir com a hidróxido de cálcio formado durante as reações de hidratação do cimento, em especial as resultantes da hidratação da fase alita (3Ca0.Si02), majoritária nos cimentos Portland, conforme representado pela equação 1. (1) Conforme representado na equação 1, a hidratação das fases presentes no cimento Portland liberam um grande quantidade de hidróxido de cálcio, que é um material de natureza básica. Por sua vez, o SC dispõe de fases amorfas à base de silicatos de alumínio, capazes de disponibilizar para o meio de reacional sílica amorfa de alta reatividade, portanto de natureza ácida. Deste modo, a associação do hidróxido de cálcio livre e da sílica reativa proveniente do SC promove uma reação ácido/base do tipo pozolânica, conforme representado pela equação 2. (2) De acordo com a equação 2, a presença de SC proporciona uma redução da quantidade de hidróxido de cálcio livre, o que pode contribuir para a elevação da inércia química dos produtos à base de cimento Portland e SC, bem como, das propriedades mecânicas.

Uma comparação entre os valores de RMC, apresentados na Tabela 6, sugere que esta reação ácido/base pode elevar a velocidade das reações de formação dos compostos cristalinos e amorfos do tipo CSH, visto que, a elevação das propriedades mecânicas para o período de 7 dias de cura em água é bastante distinto entre as formulações A100 e SC100.

Relativamente a aplicação tecnológica dos produtos obtidos, pode-se afirmar que as formulações A50-SC50, A25-SC75 e SC100, são adequadas a fabricação de peças de concreto para pavimentação, conforme descrito na norma NBR 9781 (ABNT, 1987) que estabelece que a resistência mínima aceitável para esta aplicação deve ser > 35 MPa.

Exemplo 2: Adicionalmente foram formuladas composições de argamassas à base de areia média, solo calcinado e cimento Portland. Esta etapa do estudo teve por objetivos confirmar o efeito pozolânico atribuído à mistura de cimento e SC, e identificar aplicações adicionais que possam estender o leque de aplicações ao SC. Neste sentido foram preparadas duas séries de composições, sendo uma à base de areia média e quantidades de cimento de 5%, 10%, 15% e 20% em massa, e a outra à base de SC e quantidades de cimento de 5%, 10%, 15% e 20% em massa. A Tabela 7 contém os resultados de RMC correspondentes às duas séries de formulações de argamassa estudadas. Os resultados mostram que em todas as situações estudadas as argamassas da série SC apresentam propriedades mecânicas superiores as argamassas à base de areia média.

Um resultado muito interessante foi verificado para as composições com 5% (em massa) de cimento, sendo que para a mistura com areia média não foi possível obter corpos-de-prova que pudessem ser desmoldados, enquanto que para a composição à base de SC foram obtidos produtos com RMC de 3,8 MPa e 4,8 MPa respectivamente para 7 e 28 dias de cura, permitindo a obtenção de produtos adequados para a fabricação de blocos de fechamento e argamassas para regularização de pisos. Um resultado comparável, para as formulações à base de areia média, só foi atingido com teores de cimento de 10% (em massa), ou seja, o dobro comparativamente a formulação SC100-C5.

Vale ressaltar que para as formulações à base de SC contendo teores de 10 % em peso de cimento foi possível obter produtos adequados às aplicações em fundações simples e para a fabricação de blocos estruturais, com RMC de 8,7 MPa e 10,9 MPa para os tempos de cura de 7 e 28 dias. Um resultado comparável, para as formulações à base de areia média, só foi atingido com teores de cimento de 15% (em massa), ou seja, 50% a mais de cimento comparativamente a formulação SC100-C10. A mesma tendência geral foi verificada para as formulações à base SC com 15% (SC100-C15) e 20% (SC100-C20) de cimento, comparativamente às formulações de argamassa à base de areia média. Deve-se destacar que a formulação SC100-C15 é adequada à aplicação em fundações e a SC100-C20 adequada à aplicação como concretos estruturais.

Estes resultados ratificam o efeito químico promovido pela adição de SC em composições à base de cimento Portland.

Tabela 7 - Resistência Mecânica a Compressão (RMC) das amostras de argamassa após 7 dias e 28 dias de cura em água.

Para verificação da viabilidade ambiental foram realizados estudos capazes de atestar a inércia química das composições estudadas. Neste sentido foram realizados testes de lixívia, conforme as especificações e procedimentos estabelecidos na seguinte série de normas da ABNT: • NBR 10004 - Classificação de Resíduos Sólidos; • NBR 10005 - Lixiviação de Resíduos - Procedimentos; • NBR 10006 - Solubilização de Resíduos - Procedimento; • NBR 10007 - Amostragem de Resíduos.

Foi escolhida a formulação SC100-C5 para realização dos testes de lixívia. Esta escolha foi feita considerando que esta composição apresentou o menor valor de RMC para a série de misturas à base de SC, bem como, corresponde a composição com o maior teor de SC contido. Pode se esperar que esta formulação seja a mais susceptível ao desgaste mecânico e ataque químico, potencializando a dissolução de seus constituintes químicos na solução lixiviante. Os testes foram realizados em duplicata e os resultados foram comparados com os parâmetros de controle expressos no anexo F da referida série de normas, que estabelece os limites máximos aceitáveis para os parâmetros químicos que devem ser controlados para esta tipologia de produtos. A Tabela 8 contém os resultados obtidos para os dois conjuntos de amostras submetidas aos ensaios de lixívia química.

Os resultados mostram claramente que os parâmetros de controle químico ficaram bem abaixo dos limites máximos estabelecidos no anexo F na série de normas ABNT.

Portanto, os resultados obtidos permitem validar a viabilidade ambiental das composições à base de “Solo Calcinado”.

Tabela 8 - Resultados dos testes de lixívia química realizados para a composição SC100-C5, ou seja, com 100% em peso de solo calcinado e 5% em peso de cimento Portland Como já mencionado, a exposição do presente invento por intermédio deste exemplo é apenas ilustrativa e mudanças podem ser feitas nos detalhes, especialmente no que tange ao tamanho, forma, dimensão, produção, disposição industrial e visual, mas sempre dentro do princípio idealizador, até a extensão indicada pelo conhecimento da reivindicação apresentada com o presente pedido de patente.

Claims (10)

1- “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PRODUTOS E ARTEFATOS DE CIMENTO À BASE DE SOLO CALCINADO E RESPECTIVAS FORMULAÇÕES”, caracterizado por fazer uso dos solos calcinados provenientes dos processos de calcinação de solos contaminados com resíduos de petróleo provenientes do processo de perfuração de poços de petróleo e de extração de petróleo, ambos em terra, e que resultam num material de composição físico-química e morfológica característica, e que é denominado pelas empresas do setor de petróléo como solo calcinado, em I substituição parcial ou total aos agregados miúdos, mais específicamente, areias médias e finas, tradicionalmente utilizados em formulações de concreto e de argamassas à base de cimento Portland.

2- “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PRODUTOS E ARTEFATOS DE CIMENTO À BASE DE SOLO CALCINADO E RESPECTIVAS FORMULAÇÕES”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo resíduo de solo calcinado desempenhar simultaneamente as funções de matéria-prima formadora de estrutura e de matéria-prima com atividade pozolânica.

3- “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PRODUTOS E ARTEFATOS DE CIMENTO À BASE DE SOLO CALCINADO E RESPECTIVAS FORMULAÇÕES”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir oito etapas fundamentais, compatíveis com as etapas de processamento tipicamente utilizadas pelas empresas fabricantes de produtos e artefatos à base de cimento para o setor da construção civil, ou seja, o referido resíduo é compatível e adequado ao processamento segundo as seguintes etapas gerais de processamento: 1a etapa, beneficiamento por classificação granulométrica do agregado; 2a etapa, dosagem mássica ou volumétrica; 3a etapa, pré-mistura e homogeneização em betoneiras ou misturadores mecânicos; 4a etapa, adição da água de hidratação e homogeneização da mistura; 5a etapa, aplicação na estrutura ou conformação em moldes; 6a etapa, desenvolvimento de pega hidráulica; 7a etapa, finalização ou desmoldagem; destacando-se que a adição de aditivos de processamento, tais como, plastificantes, superplastificantes, hiperplastificantes, retardadores, anti-bolhas, desmoldantes e agentes pozolânicos podem ser introduzidos nas composições entre 2a etapa e a 4a etapa; e que os agentes desmoldantes, se não forem adicionados diretamente na mistura, podem ser aplicados diretamente sobre as superfícies dos moldes ou formas, conforme os processos convencionais amplamente adotados na construção civil.

4- “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PRODUTOS E ARTEFATOS DE CIMENTO À BASE DE SOLO CALCINADO E RESPECTIVAS FORMULAÇÕES”, de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por combinar o resíduo de solo calcinado, em percentuais que variam de 0,1% em massa do referido resíduo até 100% em massa do referido resíduo, relativamente a formulação global, ou seja, relativamente ao total das matérias-primas utilizadas na formulação da massa cerâmica para fabricação de produtos ou artefatos a base de cimento Portland, tais como, artefatos de cimento, mais especificamente, concretos para fundações, concretos estruturais, concretos de alto desempenho, argamassas de regularização, blocos de vedação, blocos estruturais e fundações simples, denominados de artefatos e estruturas de cimento de um modo gerâl, e caracterizado por utilizar o resíduo de solo calcinado, após devidamente adequado para o uso como matéria-prima industrial, em composições, misturas ou traços, em substituição parcial ou total aos agregados médios e/ou finos, mais especificamente as areias de sílica ou areias artificiais graníticas óu calcárias produzidas por britagem.

5- “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PRODUTOS E ARTEFATOS DE CIMENTO À BASE DE SOLO CALCINADO E RESPECTIVAS FORMULAÇÕES”, de acordo com as reivindicações 1,2, 3 e 4, caracterizado por realizar o processamento das massas, contendo o resíduo de solo calcinado, combinado às demais matérias-primas constituintes da mistura, composição ou traço em dosadores volumétricos ou mássicos, betoneiras ou misturadores mecânicos, para aplicação no local in loco ou conformação em moldes ou formas, e caracterizado por realizar o processamento das massas, contendo o resíduo de solo calcinado, combinado às demais matérias-primas constituintes da mistura, composição ou traço, em percentuais mássicos de água variando de 5% até 85% relativamente à composição global.

6- “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PRODUTOS E ARTEFATOS DE CIMENTO À BASE DE SOLO CALCINADO E RESPECTIVAS FORMULAÇÕES”, de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4 e 5, caracterizado pelo processamento garantir a homogeneidade da mistura de um amplo espectro de matérias-primas, deixando-as extremamente trabalháveis, objetivando a obtenção de massa de textura fina, reativos e que asseguram uma conformação plástica equilibrada e uma reologia controlada; e caracterizado pelo resíduo de solo calcinado apresentar um tamanho médio de partículas, D50, na faixa de 100 pm até 10.000 pm; e caracterizada pela composição das formulações de argamassa ou de concreto, contendo o solo calcinado, serem compatíveis com o uso de aditivos plastificantes e superplastificantes, a base de lignocelulose, naftaleno sulfonato, melaminas sulfonato ou policarbolixatos, sendo os referidos aditivos utilizados em percentuais na faixa de 0,01 % em massa até 10% em massa relativamente a composição geral.

7- “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PRODUTOS E ARTEFATOS DE CIMENTO À BASE DE SOLO CALCINADO E RESPECTIVAS FORMULAÇÕES”, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pela composição das formulações de argamassa ou de concreto, contendo o solo calcinado, serem compatíveis com o uso de aditivos hidrofugantes ou hidrorepelentes a base de silanos e/ou siloxanos , sendo os referidos aditivos utilizados em percentuais na faixa de 0,01 % em! massa até 10% em massa relativamente a composição geral, e caracterizada pela 5a etapa, conformação em moldes ou formas, ser compatível com o uso de vibro-prensagem em mesa vibratório ou hastes vibratórias.

8- “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PRODUTOS E ARTEFATOS DE CIMENTO À BASE DE SOLO CALCINADO E RESPECTIVAS FORMULAÇÕES”, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pela 6a etapa, desenvolvimento da pega hidráulica, ser realizada ao ar ou em câmaras úmidas, e caracterizado por apresentar uma evolução microestrutural mais homogênea e mais rápida, comparativamente às formulações de argamassas ou de concretos isentas de solo calcinado.

9- “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PRODUTOS E ARTEFATOS DE CIMENTO À BASE DE SOLO CALCINADO E RESPECTIVAS FORMULAÇÕES”, de acordo com as reivindicações 1,2 e 3, caracterizado por promover um ganho significativo das propriedades mecânicas das argamassas ou dos concretos, comparativamente às formulações isentas de resíduo de solo calcinado, sendo este efeito atribuído às reações pozolânicas entre os argilominerais decompostos termicamente, presentes no resíduo calcinado, e a cal livre que se forma durante a interação da água com a superfície das partículas de cimento.

10- “PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PRODUTOS E ARTEFATOS DE CIMENTO À BASE DE SOLO CALCINADO E RESPECTIVAS FORMULAÇÕES”, de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por utilizar o resíduo de solo calcinado com a composição química, para os óxidos principais, compreendida entre os seguintes intervalos de valores: S1O2, entre 5,0% até 75% em massa; AI2O3, entre 1,0% até 75% em massa; Fe203, entre 0,5% até 30% em massa; MgO, entre 0,1% até 45% em massa; CaO, entre 0,1% até 75% em massa; SrO, entre 0,1% até 15% em massa; BaO, entre 0,1% até 35% em massa; Na20, entre 0,1% até 20% em massa; K20, entre 0,1 % até 20% em massa.