Processo de produção de agregado artificial de argila calcinada; processo de identificação, caracterização e preparo da matéria-prima para produção do agregado artificial de argila calcinada; agregado artificial de argila calcinada obtido, para emprego na construção civil

  • Número do pedido da patente:
  • PI 0405979-4 A2
  • Data do depósito:
  • 27/12/2004
  • Data da publicação:
  • 22/08/2006
Inventores:
  • Classificação:
  • C04B 20/06
    Uso de materiais como enchimento, para argamassas, concreto, pedra artificial ou similar, de acordo com mais de um dos grupos e caracterizado pela forma ou distribui??o granular; Tratamento de materiais de acordo com mais de um dos grupos especialmente adaptados para melhorar suas propriedades de enchimento em argamassas, concreto ou pedra artificial; Materiais expandidos ou desfibrados; / Tratamento; / Tratamento t?rmico; / Expandindo argila, perlita, vermiculita ou materiais granulares similares;
    ;

"PROCESSO DE PRODUÇÃO DE AGREGADO ARTIFICIAL DE ARGILA CALCINADA; PROCESSO DE IDENTIFICAÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E PREPARO DA MATÉRIA-PRIMA PARA PRODUÇÃO DO AGREGADO ARTIFICIAL DE ARGILA CALCINADA; AGREGADO ARTIFICIAL DE ARGILA CALCINADA OBTIDO, PARA EMPREGO NA CONSTRUÇÃO CIVIL". A presente invenção refere-se aos processos de obtenção e respectiva produção de agregado artificial de argila calcinada, dotado de propriedades mecânicas similares e por vezes superiores aos agregados naturais provenientes de rochas, para utilização em diversos ramos da engenharia, mais especificamente nos setores da engenharia rodoviária e estrutural, da engenharia civil. De forma integrada, a invenção se refere ao processo de caracterização da matéria-prima a ser empregada na produção do agregado artificial de argila calcinada, em que através de análises físicas, químicas e mineralógicas, as diversas condições ideais da matéria-prima argilosa são estabelecidaS. Na seqüência, a invenção descreve detalhadamente o processo de produção otimizada do agregado artificial de argila calcinada capaz de ser produzido tanto em olarias convencionais, como em usinas pré-fabricadas. A presente invenção propicia a facilidade de fabricação deste tipo de agregado devido a temperatura de queima ser mais baixa, em relação ao agregado de argila expandida, em média de 800C à 900C, e devido ao fato deste agregado de argila calcinada não passar por processo de expansão, não sendo então necessárias características piro-expansivas na constituição química e mineralógica do solo argiloso e desta forma, grande parte dos solos com características argilosas podem ser empregados para este fim.

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Documento

"PROCESSO DE PRODUÇÃO DE AGREGADO ARTIFICIAL DE ARGILA CALCINADA; PROCESSO DE IDENTIFICAÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E PREPARO DA MATÉRIA-PRIMA PARA PRODUÇÃO DO AGREGADO ARTIFICIAL DE ARGILA CALCINADA; 5 AGREGADO ARTIFICIAL DE ARGILA CALCINADA OBTIDO, PARA EMPREGO NA CONSTRUÇÃO CIVIL".

A presente invenção refere-se aos processos de identificação, caracterização e / çbtenção da matéria-prima e respectiva produção de 10 , agregado    artificial de argila calcinada para

utilização em diversos ramos da engenharia, e mais especificamente nos setores da engenharia rodoviária e estrutural, da engenharia civil. A presente invenção também possui sua aplicação na resolução de 15 problemas relacionados à área de construção civil inerentes a determinadas regiões gue apresentem carência de materiais pétreos, devido a sua formação geológica. Da mesma forma a presente invenção é . direcionada a um processo de identificação, 20 caracterização e preparo da matéria-prima, bem como ’ as diversas etapas do processo para a obtenção do agregado sintético, ou seja, desde a prospecção e escolha da matéria-prima necessária à fabricação deste tipo de agregado até a definição das 25 condicionantes relacionadas às unidades de produção providas com a finalidade de atender a todas as etapas de produção, queima, assim como de aplicação do agregado artificial de argila calcinada.

Em condições particularizadas, mas não 30 limitativas, a presente invenção está direcionada

para a aplicação de agregado artificial de argila calcinada na engenharia civil, mais especificamente na pavimentação.

A pesquisa cientifica visando a obtenção e o emprego de agregado artificial na construção civil teve a sua ênfase nos últimos anos, a nivel mundial, em particular naqueles paises onde a carência de jazidas de material pétreo era a principal condicionante para a engenharia local.

No Brasil, os principais estudos voltados para esta tecnologia vêm avançando continuamente em face dos esforços de pesquisas cientificas e estratégicas levados a efeito, principalmente, pelo Instituto Militar de Engenharia (IME) com o interesse de ratificar esta solução para a diminuição de custos com a pavimentação. Mais especificamente, tais desenvolvimentos visam aquelas regiões do pais onde existe a carência de jazidas pétreas e onde estão situados alguns de seus Batalhões de Engenharia de Construção, que freqüentemente estão encarregados da construção ou conservação de diversos corredores rodoviários que agregam valores sócio-econômicos indispensáveis ao

desenvolvimento

regional,

integração

nacional

e

manutenção de

politicas

estratégicas

locais.

A

identificação

da economicidade, praticidade

e

adequação para finalidades estruturais, levaram os pesquisadores da presente invenção a definir a sua melhor e inédita forma de produção, bem como sua aplicação prática em particular, no campo da

engenharia de transportes.

Dessa forma, constitui-se em um objeto da presente invenção na sua fase preliminar, o processo de obtenção e de caracterização elaborado para a escolha da matéria-prima a ser empregada para a fabricação deste tipo de agregado de argila calcinada, ou seja, o processo criterioso que compreende a realização de análises fisicas, quimicas e mineralógicas para identificar e quantificar a propensão de determinada jazida de argila para a fabricação de argila calcinada.

Constitui-se em outro objeto da presente invenção, o processo industrial que se traduz nas etapas de produção do agregado de argila calcinada, compreendendo as fases de preparação da matéria-prima, de obtenção de misturas preferenciais de argilas para fins especificos, as fases de pré-queima e queima propriamente dita do agregado e por último, a adequação granulométrica do agregado de argila calcinada produzido, para a finalidade construtiva ao qual se destina.

Um outro objeto da invenção vem a ser a forma de emprego deste agregado de argila calcinada fabricado de acordo com os processos descritos anteriormente.

Antecedentes da invenção

Os agregados constituem um dos principais componentes de uma obra de engenharia, assim como aquelas relacionadas à pavimentação

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rodoviária, tendo o referido componente, como principais finalidades, neste tipo de construção, a de manter a estabilidade mecânica dos revestimentos ou das camadas que compõem o pavimento, suportar o peso do tráfego e, ao mesmo tempo, transmiti-lo às camadas inferiores com uma pressão unitária reduzida.

Existem vários tipos de agregados granulares que são adequados para a engenharia em geral, tais como:

•    areia;

•    pedregulho;

•    pedra britada;

•    filer (finos <0,075mm).

Para a construção de rodovias, a pedra britada é o agregado natural mais importante, e sua utilização se dá nas diversas camadas que compõem o pavimento.

Em função da escassez desses agregados pétreos em determinadas regiões devido a sua formação geológica, e conseqüentemente das elevadas distâncias de transporte, o que gera um aumento considerável nos custos da construção envolvida, torna-se interessante o estudo da viabilidade de utilização de materiais alternativos existentes no local.

sao


As componentes de custo e qualidade, determinantes nos projetos de engenharia,

evidenciadas neste caso da escolha dos materiais constituintes da execução das referidas obras. É de conhecimento geral que quando empregados materiais mais nobres, atribui-se maior confiabilidade ao projeto e à vida útil do mesmo. Por outro lado, em regiões onde não existem estes materiais com relativa facilidade, tende-se a adequar a escolha destes materiais com os recursos disponiveis para a aquisição dos seus insumos.

Nestes casos, mais especificamente quando da escolha de agregados como material de construção (estrutural ou de pavimentação) são feitas análises do fator transporte desde a jazida destes materiais mais nobres até o local da obra, o que na maioria das vezes inviabiliza a utilização desta alternativa, ou são estudados agregados alternativos que possam substituir a escolha original.

Especificamente em termos regionais, os estudos da engenharia de transportes realizados para a região norte do Brasil, devem considerar certas peculiaridades que a diferenciam do contexto econômico brasileiro e cujas soluções requerem equacionamentos diferenciados também. Uma caracteristica que abrange, por exemplo, grande parte da região da Amazônia legal é que por motivos relacionados à sua formação geológica, existe uma grande dificuldade de se encontrar jazidas de rochas minerais capazes de fornecerem agregados britados naturais.

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Em função dessa escassez de agregados pétreos nessa região e das elevadas distâncias de transporte, que gera um aumento considerável nos custos de construção, é que se justifica o advento da presente inovação tecnológica, ou seja, a utilização do material existente no local para a fabricação do agregado de argila calcinada.

Assim, a presente invenção relacionada a agregados artificiais de argila calcinada para pavimentação, visa colaborar com a redução nos custos das obras rodoviárias, principalmente em regiões com caracteristicas geográficas e geológicas similares àquelas identificadas para a região amazônica.

Da mesma forma, apresenta-se econômico e tecnicamente vantajoso o emprego em regiões com caracteristicas similares, a aplicação de agregados de argila calcinada e não expandida, pois esta última necessitaria de elevadas temperaturas para o inicio do processo de pré-fusão, além de possuir um peso especifico mais baixo, ou seja, tratar-se de um agregado excessivamente leve em comparação ao agregado pétreo natural.

Em relação aos aspectos ambientais, ressalta-se a crescente preocupação com a atividade de exploração e operação de pedreiras em diversas localidades do pais, devido ao uso de explosivos e detonantes, principalmente quando estes estão próximos a áreas urbanas, e também da escassez de alguns tipos de rochas em determinadas regiões, cuja

causa vem a ser a exploração não planejada destas jazidas, o que resulta em impactos irreversiveis ao meio ambiente.

Por outro lado, as matérias-primas para a fabricação do agregado de argila calcinada são bastante abundantes e de simples identificação, conforme será descrito no presente documento. A utilização destas jazidas de matéria-prima de solos argilosos geram ainda uma redução no problema ambiental causado pela disposição inadequada em depósitos e aterros.

O Estado da Técnica

Durante as últimas décadas, foram divulgadas algumas tentativas de se substituir a matéria-prima proveniente de rochas quando da necessidade de emprego de agregados, principalmente na pavimentação. Esta busca por agregados alternativos em geral, está relacionada a alguma ausência deste tipo de matéria-prima nas proximidades da obra, ou onde seu custo de aquisição ou transporte até essa localidade tornasse inviável o seu uso.

Entre outros aspectos, os fatores ambientais são também de grande importância, por ocasião da escolha dos materiais, uma vez que se podem listar diversos impactos que a exploração convencional de jazidas minerais causa ao meio, adicionado ao fato que estes recursos encontram-se cada vez mais escassos e valorizados

financeiramente, em relação às matérias-primas fontes para a fabricação de agregados artificiais, que em alguns casos são o resultado do aproveitamento dos rejeitos de usinas, fábricas ou da própria construção civil.

Como agregados artificiais utilizados podemos citar a argila expandida, a escória siderúrgica, a cinza volante, além dos rejeitos de construção civil (entulho) e da borracha moida de pneu (BMP).

Uma destas soluções empregadas que originou diversas patentes vem a ser o agregado de argila expandida.

O empreiteiro e fabricante de tijolos Stephen J. Hayde, da cidade de Kansas, em Missouri, EUA, é mundialmente reconhecido como o criador da indústria de argila expandida. Tentando resolver um problema de inchamento anormal dos tijolos fabricados com alguns folhelhos argilosos, acabou criando toda uma indústria de agregados leves. Hayde patenteou o seu processo em fevereiro de 1918 e desde então o emprego deste agregado evoluiu e espalhou-se rapidamente.

A argila expandida é produzida em grandes fornos rotativos especiais, transformando a matéria prima em um produto leve, com razoável resistência mecânica, ao fogo e aos principais ambientes alcalinos e ácidos, como os outros materiais cerâmicos.

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Ela se apresenta na forma de pelotas de cerâmica leve e arredondada, com uma estrutura interna formada por uma espuma cerâmica com grande porosidade e com uma casca rigida. Apesar deste envoltório possuir certa resistência, o fato deste agregado possuir elevada porosidade, torna este produto menos apropriado para o emprego na pavimentação, principalmente pelos aspectos da diminuição da resistência mecânica à compressão e da elevada absorção que é obtida principalmente quando presente em misturas asfálticas, o que eleva excessivamente o custo da massa asfáltica.

Nos dias atuais, a tecnologia de produção e emprego de agregados de argila expandida é razoavelmente conhecido pelo meio técnico. No entanto, os elevados custos de produção desse agregado tem limitado o seu emprego, principalmente no Brasil, devido às elevadas temperaturas necessárias ao processo de expansão do agregado e da necessidade de fornos especiais para atingir estas temperaturas, sendo este, então, um outro fator que inviabiliza economicamente o seu emprego em serviços de pavimentação rodoviária.

A fabricação industrial de agregados de argila expandida emprega como matéria-prima argilas e folhelhos argilosos com determinadas caracteristicas quimicas que, depois de beneficiados, são queimados a temperaturas, em média, superiores à 1200°C. Durante a queima, são liberados gases, em um processo de fusão incipiente,

que provocam a expansão do material beneficiado.

Para a fabricação dos agregados de argila expandida, a bibliografia técnica especializada recomenda que a matéria prima deve possuir as seguintes caracteristicas:

— A argila deverá possuir quantidade adequada de substâncias minerais produtoras de gases durante o processo de fusão;

-► A argila deverá conter quantidade adequada de minerais que se vitrifiquem suficientemente para fechar os poros e reter os gases formados durante o processo de fusão incipiente (K20 + Na20) ;

-► Os gases deverão ser liberados no momento em que o material esteja passando da fase sólida para a fase liquida, permitindo a formação de um grande número de bolhas. Estes gases são liberados por reações quimicas complexas da alumina (A1203) , do óxido de silicio (Si02) e do óxido de ferro (Fe203), como por exemplo:

6 Fe203 + CALOR - 4 Fe304 + 02

-*■ A composição mineralógica deverá atender a algumas proporções preferenciais.

É conhecido do estado da técnica corrente que as argilas que melhor atendem a estas caracteristicas são as argilas da familia das ilitas ou montmorilonitas, que se apresentam na natureza sob a forma de folhelhos sedimentares,

estratifiçadas em camadas de coloração variada e

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apresentam grande plasticidade quando moidas e misturadas à água. Possuem também elevado teor de hidróxido de ferro e caulinita e baixo ponto de fusão.

5    Concluiu-se então que embora o

agregado de argila expandida tenha uma aplicação para atendimento de alguns casos muito particulares, sendo estes casos mais especificos de elementos estruturais onde se deseja diminuir o peso próprio 10 da estrutura, pode-se observar pelas exigências na matéria-prima necessária à sua fabricação que apenas determinados tipos de solos são propensos à obtenção deste tipo de agregado. Ou seja, a procura por jazidas que atendam tais requisitos, pode recair no 15 mesmo problema descrito à procura de jazidas de agregados pétreos minerais.

Ressalta-se então que a presente invenção do agregado de argila calcinada vem propiciar a facilidade de fabricação deste tipo de 20 material devido a temperatura de queima ser mais baixa, em média de 850°C à 900°C, o que habilita a queima em fornos menos especiais, ou ainda da fabricação deste tipo de agregado em indústrias cerâmicas convencionais, tais como olarias de 25 fabricação de tijolos e telhas, onde são atingidas temperaturas de queima similares a esta necessária à fabricação do agregado de argila calcinada.

Conseqüentemente,    o custo de

fabricação do agregado de argila calcinada é mais 30 baixo por requerer menor quantidade de combustivel e

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energia na queima dos agregados, por tratar-se de uma temperatura mais baixa relativa à temperatura necessária para o agregado de argila expandida.

Outra vantagem da presente invenção sobre o agregado de argila expandida, é em relação a matéria-prima necessária para a fabricação do agregado de argila calcinada, ou seja, devido ao fato deste agregado de argila calcinada não passar por processo de expansão, não são necessárias caracteristicas piro-expansivas na constituição quimica e mineralógica do solo argiloso e desta forma, a grande parte dos solos com caracteristicas argilosas podem ser empregados para este fim.