A porcelana que vira concreto
Engenheiro substitui areia e pedra
por
componente de isolador elétrico
CARMO
GALLO NETTO
Na cidade de Pedreira, a 40 km de Campinas, estão os dois
maiores fabricantes de isolantes elétricos de porcelana branca
do país, com produção anual estimada em 30 mil toneladas.
Cerca de 80% dessa produção se destina à substituição periódica
de isoladores instalados em hidrelétricas e principalmente
em redes de distribuição de energia, sendo o restante utilizado
em novas usinas e ampliação de redes. A troca dos isoladores
ocorre em média a cada dez anos devido ao desgaste e à dificuldade
em substituir a parte metálica interna ao corpo cerâmico.
A legislação brasileira obriga os produtores a recolher as
peças substituídas, o que gera um resíduo de aproximadamente
25 mil toneladas por ano, pois apenas 3% do material recolhido
é reutilizado na produção de novos isoladores. Em decorrência,
as fábricas mantêm pátios de peças obsoletas. Empresas sucateiras
compram estes isoladores inservíveis de porcelana, principalmente
em leilões das concessionárias de distribuição de energia,
apenas para reciclagem dos metais, sem nenhuma utilização
do corpo cerâmico, não raro descartado indevidamente na natureza.
Pesquisas de materiais recicláveis
e inservíveis para utilização na construção civil são desenvolvidas
no mundo há seis décadas e no Brasil nos últimos anos. Um
problema que espera solução é o da utilização da cerâmica
branca, caso dos isoladores elétricos. Essa lacuna levou o
engenheiro civil Marco Antonio Campos a desenvolver análise
microestrutural e de propriedades mecânicas e de durabilidade
em argamassas e concretos em que os agregados areia e pedra
são substituídos pelos obtidos na moagem de isoladores de
porcelana.
A porcentagem de substituição
dos agregados comuns por resíduos cerâmicos varia principalmente
entre 20% a 50%, mas há casos que recomendam a substituição
total. Constituiu objetivo do trabalho a criação de uma metodologia
para a utilização dessa porcelana em substituição à areia
e à brita na argamassa e no concreto, em vista da similaridade
desta cerâmica com os agregados miúdos e graúdos tradicionalmente
utilizados. Os testes realizados pelo pesquisador com corpos
de prova fabricados com a substituição total dos agregados
comuns pelos cerâmicos revelaram um aumento de 50% da resistência
do novo material em relação ao convencional.
O corpo de prova produzido
a partir da porcelana suportou 100 toneladas antes de romper,
o que corresponde ao peso de duas carretas com carga máxima.
O corpo de prova produzido a partir do concreto comum suporta
no máximo 70 toneladas. Os estudos, orientados pelo professor
Vladimir Antonio Paulon, foram desenvolvidos no Laboratório
de Materiais e Estrutura da Faculdade de Engenharia Civil
e Arquitetura (FEC) da Unicamp e a tese que lhe deu origem
foi apresentada ao Departamento de Recursos Hídricos, Energéticos
e Ambientais da Faculdade.
Nova mistura
O
trabalho de Campos, iniciado no mestrado, orientou-se, à época,
particularmente para a verificação das propriedades mecânicas
dos produtos em que a areia e a brita foram substituídas por
pó e pedrisco obtidos da moagem da porcelana. Diante dos bons
resultados, o pesquisador resolveu no doutorado continuar
e expandir a pesquisa com o objetivo de explicar o aumento
da resistência conseguida com o emprego da nova mistura. Passou
então a dedicar-se mais especificamente ao estudo da microestrutura
para entender a durabilidade e a resistência da argamassa
e do concreto obtidos.
Verificou, também, o efeito
da camada de esmalte que recobre os isoladores que, segundo
alguns estudiosos, seria responsável por efeitos que impediriam
a utilização desse material. O autor esclarece que a porcelana
é durável e altamente resistente a agentes químicos, biológicos
e a forças de degradação física. Sua utilização em concretos
e argamassas visa potencializar diversas propriedades, além
da redução de custos. Constituídas basicamente por silício
e alumínio, responsáveis pela hidraulicidade potencial, melhora
o índice de atividade pozolânica – relativa ao endurecimento
– quando utilizada em concretos e argamassas.
Perseguindo maiores durabilidades
e resistências, o pesquisador realizou ensaios que permitissem
chegar à melhor proporção entre cimento Portland, pó cerâmico
e pedrisco de cerâmica, que é a de 1:2:3, respectivamente.
Esta é também a proporção mais empregada no Brasil na produção
do concreto que utiliza cimento, areia e brita (pedra). Para
efeito de comparação, Campos preparou e testou concretos obtidos
através dos dois processos. Os resultados se revelaram melhores
ao utilizar pó de porcelana de granulação fina, em substituição
à areia, e pedrisco de porcelana, que corresponde à brita
número zero.
Além de testar esse novo
tipo de concreto, ele fez alguns ensaios com argamassa. “Verifiquei
que quanto mais fino o pó resultante da moagem da cerâmica,
melhor o concreto. Empregando uma granulometria semelhante
ao cimento consegui melhorar as propriedades da argamassa
e cheguei à conclusão que a cerâmica finamente granulada poderia
ser adicionada ao cimento em determinadas proporções sem lhe
comprometer as propriedades”, afirma.
O pesquisador explica que
o cimento comercializado já recebe adição de uma série de
materiais que possuem propriedades pozolânicas, assim chamadas
por contribuírem para o seu endurecimento. A cerâmica também
tem propriedades pozolânicas e, por isso, sua adição ao cimento
comum na proporção em torno de 5% mantém suas características
de endurecimento quando em contato com a água, garantindo
a resistência. Ele explica que, na verdade, seguindo exigências
das normas técnicas, verificou preliminarmente a resistência
da mistura de cimento com o pó de cerâmica.
Diante da constatação do real
efeito pozolânico da cerâmica finamente dividida, pode prever
sua ação na dureza da mistura resultante do pó cerâmico, do
pedrisco de cerâmica e do cimento comum. Esta constatação
o levou a propor então a comercialização de um novo tipo de
cimento que recebe a adição de pó de porcelana. O efetivo
aumento da resistência nos concretos por ele obtidos o leva
a sugerir a produção desse cimento como contribuição para
o descarte dos resíduos de isoladores de cerâmica empilhados
nos pátios dos fabricantes. Segundo Campos, “considerando
5% de substituição do cimento por pó cerâmico e as 25 mil
toneladas de isoladores descartados anualmente, a quantidade
do novo cimento obtido seria suficiente para a produção de
um milhão de m³ de concreto, que corresponde praticamente
a todo o concreto consumido na região metropolitana de Campinas
durante um ano”.
Resultados
A análise da microestrutura
mostra como se dá a união dos vários tipos de materiais que
compõem o novo concreto e permite uma comparação com o que
ocorre no concreto convencional, já sobejamente estudado.
Ela permite entender o aumento da durabilidade e da resistencia
mecânica, além da influência da camada de esmalte superficial
do isolador. Com efeito, constata Campos, o processamento
da cerâmica aumenta as propriedades pozolânicas do material,
relacionadas ao endurecimento e posterior aumento de resistência.
Com base na microestrutura, o pesquisador concluiu que o processo
de endurecimento do concreto comum tem similaridade, em termos
de composição e união dos componentes, com o que se verifica
na nova mistura proposta. Com a vantagem do aumento da resistência.
Paralelamente, o emprego do novo cimento proposto conduziu
aos mesmos resultados que o cimento Portland. Estas constatações
o levam a afirmar que “os materiais testados são eficientes
e podem ser usados. Há disponibilidade de matéria-prima, basta
que sejam definidos os nichos de mercado economicamente mais
viáveis”.
Campos conclui dizendo que
a reutilização de um material pozolânico como a porcelana
traz vantagens econômicas devido ao menor consumo de energia
na produção do cimento, já que o isolador quando queimado
adquire propriedades similares ao cimento; e reduz as emissões
de gás carbônico – devido à substituição parcial do cimento,
cuja produção exige queima; reutiliza os isoladores que acabam
descartados na natureza. Entre as vantagens técnicas, ele
menciona melhora das propriedades mecânicas de resistência
e deformação; resistência aos ataques químicos; aumento da
impermeabilidade devido à menor porosidade; menores tempos
de início e fim da cura; e constatação de que a camada de
esmalte dos isoladores não apresenta problemas, ao contrário
do que consta da bibliografia disponível.
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■ Publicação
Tese: “Análise
microestrutural e das propriedades mecânicas e de durabilidade
de argamassas e concretos com isoladores elétricos de porcelana”
Autor: Marco Antonio Campos
Orientador: Vladimir Antonio Paulon
Unidade: Faculdade de Engenharia Civil e
Arquitetura (FEC)
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