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IBRACON Structures and Materials Journal • 2012 • vol. 5 • nº 2
Analysis of chloride diffusivity in concrete containing red mud
1. Introdução
O grande volume de resíduos gerados é um dos maiores proble-
mas da sociedade moderna, com uma geração superior a 25 mi-
lhões de toneladas anualmente apenas em São Paulo
[1]. A lama
vermelha estudada neste trabalho é um subproduto da indústria
de beneficiamento da alumina, a partir do processo Bayer, quando
a bauxita é transformada em alumina calcinada, que é a primeira
etapa até se chegar ao alumínio metálico. Sua grande geração re-
quer possibilidades de reutilização que consumam estas grandes
quantidades, como a construção civil, por exemplo.
A produção mundial de bauxita em 2009 foi de cerca de 205 milhões
de toneladas, e os principais países produtores foram Austrália, Chi-
na, Brasil, Guiné, Índia e Jamaica. Ocupando a 3ª posição no ranking
mundial em 2009, o Brasil produziu 26,6 milhões de toneladas de bau-
xita, possuindo também a terceira maior reserva de minério de bauxita
do mundo (cerca de 3,5 bilhões de toneladas), concentrado principal-
mente no norte do país (estado do Pará)
[2]. Entre 0,3-1,0 tonelada de
lama vermelha são gerados para cada tonelada de alumínio produzido.
Cerca de 10,6 milhões de toneladas de lama vermelha cáustica são
descartadas anualmente durante os últimos anos no Brasil, enquanto
a geração mundial atinge mais de 117 milhões de toneladas/ano
[3].
Aproximadamente 35 a 40% do minério de bauxita são perdidos e
dispostos como uma borra altamente alcalina
[4]. O teor de sólidos
da lama é de cerca de 60% e é constituído por partículas extrema-
mente finas. Como consequência, a área superficial é elevada e a
lama vermelha mostra elevada capacidade de absorção de água.
Matrizes alcalinas como as de cimento Portland são comumente
usadas no acondicionamento de resíduos por serem relativamen-
te baratas, serem bastante conhecidas e de tecnologia facilmente
acessível. Além disso, sua elevada alcalinidade reduz a solubi-
lidade de muitos resíduos inorgânicos tóxicos e perigosos, inibe
os processos microbiológicos e, por necessitarem de água para
a hidratação, podem incorporar resíduos líquidos e pastosos
[5],
como o resíduo gerado no processo de produção de aluminio.
A busca por alternativas ambientalmente e economicamente viá-
veis de reciclagem incluem aplicações da lama vermelha como
adsorvente para a remoção de cádmio, zinco e arsênio, flúor,
chumbo e cromo em soluções aquosas
[6], como componente de
materiais de construção, tais como tijolos
[7], cerâmicas e telhas
[8], esmaltes
[9], como compósitos de base polimérica para subs-
tituir a madeira
[10], cimentos ricos em ferro [11, 12], como um
componente do clínquer [4, 11, 12], e a sua adição às formulações
de argamassa e concreto também foi relatada
[13]. A utilização
como material de construção comum tem sido sugerida como uma
alternativa que garante altas taxas de consumo
[14].
Em estruturas de concreto, é largamente aceito que a presença
dos íons cloreto é responsável por causar uma quebra localizada
na camada passiva e subseqüente corrosão nas barras de aço
da armadura.
Diversas pesquisas [15, 16, 17] vêm utilizando os ensaios de mi-
gração para avaliar a resistência do concreto à penetração de íons
cloreto. Inicialmente, estes ensaios eram utilizados para avaliar a
penetrabilibidade dos íons cloreto por meio da avaliação da carga
total passante, conforme a ASTM C 1202/1992, e o coeficiente de
difusão de cloretos no estado estacionário, conforme a proposta
de ANDRADE
[15]. Mais recentemente, alguns autores têm utili-
zado ensaios de migração para calcular o coeficiente de difusão
também no estado não-estacionário [16, 17]. Em função do obje-
tivo proposto, os ensaios podem apresentar variações no procedi-
mento a ser adotado e nos parâmetros a serem coletados, porém
todos se baseiam na indução do movimento dos íons sob a ação
de um campo elétrico externo
[18].
O ensaio de migração tem como princípio a aplicação de uma dife-
rença de potencial entre duas células: uma contendo uma solução
de cloretos, célula catódica, e outra sem cloretos, célula anódica,
entre as quais é colocada a amostra de concreto a ser analisada.
O potencial elétrico externo aplicado força a passagem dos íons
cloreto através da amostra de concreto da primeira para a segun-
da célula. Neste método, o transporte dos íons cloreto através do
corpo de prova é induzido pela corrente elétrica gerada devido
à diferença de potencial de 12 volts aplicada por uma fonte de
corrente contínua por meio dos eletrodos contidos em cada célula.
A célula positiva, célula anódica, é preenchida com água destilada
para evitar a corrosão induzida pela deposição do cloro. A solução
utilizada na célula negativa, célula catódica, é composta por clore-
to de sódio (NaCl) a uma concentração de 1 M.
2. Materiais e métodos
2.1 Materiais
O concreto foi produzido com um cimento CP II Z-32. Este cimen-
to apresenta pozolanas em sua composição, sendo um dos mais
vendidos no estado de São Paulo, Brasil. O agregado graúdo (bri-
ta) utilizado foi proveniente de rocha granítica e o agregado miúdo
foi uma areia de rio disponível comercialmente em São Carlos, SP.
A lama vermelha utilizada foi proveniente da ALCOA do Brasil, em
Poços de Caldas. É constituída basicamente por 60% de partícu-
las sólidas, tendo sido coletada imediatamente após a produção
de alumina, em seu processo de digestão (Processo Bayer).
2.2 Métodos
2.2.1 Caracterização das Matérias primas e Dosagem
do Concreto
A caracterização dos materiais envolveu a difração de raios-X,
DRX, (Difratômetro Rigaku Geirgeflex ME 210GF2) e análise de
fluorescência por raios-X, FRX, (Philips PW1480 X-ray Fluores-
cence Spectrometer), enquanto os parâmetros físicos tais como
área superficial específica (estimados por BET, usando um equi-
pamento Micrometrics Gemini 2370 V1.02) e peso específico (Pic-
nômetro a Hélio Accupyc 1330 V2.01 da Micrometrics) também
foram determinados.
O traço do concreto utilizado neste estudo foi de 1,0 : 1,5 : 1,3
: 0,5 (cimento : areia : brita : água). O teor de argamassa foi de
75% e o consumo de cimento igual a 526 kg/m
3
. Após a mistura
em betoneira, foi usada mesa vibratória para uma melhor com-
pactação. Concretos contendo distintos teores de lama vermelha
(10, 20 e 30% em relação à massa de cimento) foram preparados
e analisados.
As amostras utilizadas nos ensaios de migração foram discos com
40 mm de espessura, extraídos do interior de corpos de prova
cilíndricos (50 mm de diâmetro e 100 mm de comprimento), com o
objetivo de reduzir os efeitos das heterogeneidades de moldagem.
2.2.2 Ensaio de migração de cloretos