Incorporação de resíduos de borracha no concreto

Os resíduos provenientes de borracha reciclada tem sido empregados no setor da construção civil, na produção de argamassas, concretos e elementos construtivos. Uma das aplicações destes resíduos são na fabricação de peças de concreto para pavimentação.

A norma brasileira ABNT NBR 9781:2013 trata de requisitos e métodos de ensaio para aceitação de peças de concreto para pavimentação intertravada sujeita ao tráfego de pedestres, de veículos dotados de pneumáticos e áreas de armazenamento de produtos. Esta norma defini peça de concreto como componente pré-moldado de concreto, utilizado como material de revestimento em pavimento intertravado. A norma determina que para tráfego de pedestres, veículos leves e veículos comerciais de linha a resistência característica à compressão, aos 28 dias, das peças de concreto deve ser maior ou igual a 35 MPa e, para tráfego de veículos especiais e solicitações capazes de produzir efeitos de abrasão acentuados, deve ser maior ou igual a 50 MPa.

As peças de concreto intertravadas para pavimentação têm sido bastante empregadas em projetos de urbanização. Muitas são as variações de materiais que constituem a composição destas peças de concreto. Os agregados tradicionais podem ser substituídos pelos reciclados e diferentes pigmentos podem ser incorporados ao concreto para torná-los mais atrativos esteticamente. Esse tipo de piso de concreto é muito utilizado em calçadas, parques, estacionamentos etc. Além de serem resistentes e duráveis podem ser moldados facilmente com opções de formatos diversos.

Alguns estudos tem avaliado a influência do emprego de resíduos de borracha no concreto endurecido.

Fioriti et al. (2007) avaliou as propriedades de blocos de concreto para pavimentação intertravada com substituição parcial dos agregados por resíduos de borracha provenientes da recauchutagem de pneus, em volume, nas porcentagens 8%, 10% e 12%. Os resultados mostraram que ocorre queda na resistência à compressão com porcentagens crescentes de borracha na mistura de concreto (23,25 MPa; 22,02 MPa; 19,15 MPa, respectivamente para os teores de borracha de 8%, 10% e 12%). Na absorção de água, essa propriedade não foi afetada de maneira negativa, ficando seus valores abaixo dos 6%. Os blocos demonstraram grande capacidade de absorção de energia (obtido nos ensaios de resistência ao impacto). Apesar de nenhum dos traços estudados atingirem o valor mínimo de 35 MPa prescrito pela norma brasileira para solicitações leves, os blocos estudados possuem resistência suficiente para utilização na pavimentação intertravada de baixa intensidade de sobrecarga.

Segundo Li et al. (2014) e Shu e Huang (2014) o baixo módulo de elasticidade da borracha, em relação aos demais materiais que compõem a mistura, faz com que as partículas de borracha resultem em pontos fracos no interior do concreto, onde há maior concentração de tensões e, consequentemente, redução da resistência.

modificada com ativação alcalina em substituição a areia e adição de 15% em massa de sílica ativa. Os pesquisadores verificaram que a presença de sílica ativa nas misturas de concreto com borracha tratada com hidróxido de sódio favoreceu a redução da porosidade na interface entre os agregados e a pasta de cimento, contribuindo para uma melhor adesão e redução dos pontos fracos no material endurecido. Para o traço de referência em massa 1:3,5 (cimento:agregados) foi obtido o valor de resistência à compressão de 48 MPa e para a mistura com 10% borracha e 15% em massa de sílica ativa houve uma redução de apenas 14% na resistência à compressão.

Segundo Ling (2012) a composição do concreto, a relação a/c e o método de produção utilizados na fabricação de pisos intertravados, determinam a aparência, a qualidade e as propriedades como resistência e durabilidade. Ling (2012) analisou dois tamanhos de partículas de borracha granulada: 1 a 3 mm e de 1 a 5 mm como substituto parcial da areia na produção de blocos de concreto, nas proporções volumétricas 0%, 10%, 20% e 30%. Verificou o aumento da resistência à compressão para os blocos contendo 10% de borracha produzidos em misturadores de alta frequência. O pesquisador atribui este valor a um empacotamento ótimo das partículas, a redução da porosidade e perfeita aderência entre a matriz de borracha e cimento verificada nas imagens da microestrutura do material. Para maiores teores de borracha na mistura foram encontrados valores de resistência à compressão inferiores a mistura de referência (sem borracha). Foi observado também que os blocos com borracha são capazes de absorver maiores quantidades de energia aumentando a ductilidade do concreto.

Ismail et al. (2013) estudaram diferentes traços de concreto com 5%, 10% e 20% de borracha em substituição ao agregado miúdo e também incorporaram em todos os traços 20% de cinza de óleo de palma em substituição de parte do cimento. Os tipos de borracha de pneu empregadas foram: fibras de borracha de partículas de dimensão de 0,84 a 3,36 mm e borracha granulada de 1 a 4 mm. Adicionando-se teores crescentes de borracha nas misturas, observaram diminuição da resistência à compressão, independentemente do tipo de borracha empregada. Os valores de resistência à compressão aos 7 dias, foram mais elevados para os concretos contendo borracha granulada comparando-se com as misturas com fibras de borracha. Aos 28 dias de idade os pesquisadores observaram que, para os resultados da resistência à compressão comparando-se com a mistura de referência, houve redução de cerca de 3,57% ao se incorporar 5% de fibras de borracha e 6,28% para a mistura com borracha granulada. Para as misturas de concreto com 10% de incorporação de borracha houve maior queda da resistência em relação ao traço de referência de 25,02% para fibras de borracha e 26,85% para borracha granulada. E, para as misturas de concreto com 20% de incorporação

de borracha a maior diminuição da resistência em relação ao traço de referência foi para os concretos contendo fibras de borracha sendo de 45,90% e de 34,82% para concretos com borracha granulada. Os pesquisadores atribuem a redução da resistência à compressão devido a dois fatores:

• a falta de uma ligação adequada entre a pasta de cimento e as partículas de borracha;

• a menor rigidez das partículas de borracha em comparação ao agregado natural tende a reduzir a rigidez do concreto e diminuir sua capacidade de carga.

Silvab et al.(2015) estudaram o comportamento de piso tátil de concreto e suas propriedades. O piso tátil é uma peça de concreto utilizada na pavimentação, que permite a percepção do ambiente ou rotas acessíveis, proporcionando mais segurança e autonomia para as pessoas com deficiência visual. A pesquisadora estudou a incorporação de resíduos de borracha de pneus, proveniente do processo de recauchutagem, em substituição parcial ao agregado miúdo natural, na produção dos pisos táteis de concreto. Para o traço de referência utilizou o consumo de cimento de 431 Kg/m3_{. A partir deste traço desenvolveu outros}

substituindo a areia, em massa, nas proporções de 10%, 20%, 30%, 40% e 50%. A pesquisadora investigou algumas propriedades concluindo que:

• quanto a consistência do concreto, quanto maior o teor de borracha na mistura, menor o valor do abatimento;

• quanto a resistência à compressão, houve aumento desta propriedade em relação ao traço de referência para misturas com até 10% de substituição da areia pela borracha; para porcentagens maiores de substituição, de 10% a 50% houve a diminuição da resistência à compressão, porém os valores atendem as especificações da norma brasileira para piso;

• quanto a resistência à tração na flexão, para o concreto com 50% de borracha aos 28 dias houve diminuição desta propriedade de aproximadamente 32%, em relação ao traço de referência;

• a borracha de pneu melhorou significativamente a resistência à abrasão no concreto;

• para todas as misturas verificou-se baixa absorção de água e baixo índice de vazios.

Fronza (2016) investigou a incorporação de resíduos de borracha de pneus inservíveis na produção de pisos intertravados de concreto. Foram estudados traços de concreto sem e com a incorporação de borracha com consumo de cimento de 385 Kg/m3. O resíduo de borracha foi incorporado no concreto substituindo-se a areia, em massa, parcialmente nas porcentagens de 5%, 10% e 20%. A pesquisadora analisou algumas propriedades concluindo que:

• no estado fresco houve a diminuição do abatimento com o uso de teores crescentes de borracha;

• no ensaio de resistência à compressão, aos 28 dias de idade, dos pisos de concreto com 0%, 5% e 10% de incorporação de resíduo de borracha, todos os traços atenderam o limite de 50 MPa imposto pela norma brasileira para peças de concreto para pavimentação destinada a tráfego pesado;

• quanto à resistência à abrasão dos concretos, verificou-se que quanto maior o teor de resíduo de borracha maior a diminuição na resistência à abrasão. Já a amostra de concreto com 10% de borracha apresentou uma melhora na resistência à abrasão, apresentando menor volume de desgaste.

Pacheco-Torres et al. (2018) investigaram o emprego de resíduos de borracha em pavimentos rodoviários rígidos de concreto utilizando o traço de referência 1:1,57:2,90:0,50 (cimento:areia:brita:a/c) com 0,10% do volume de cimento em aditivo plastificante e consumo de cimento de 397,05 kg/m3 de concreto. Foram dosados traços com 10%, 20% e 30% de borracha em relação ao volume de cimento, variando-se a dimensão das partículas de borracha (1 a 4 mm, 10 mm e 16 mm). A resistência à compressão dos concretos com 10% de adição de borracha, independente da dimensão das partículas, corresponderam aos valores entre 79% e 86% da resistência à compressão do traço de referência (38,51 MPa). Para a dimensão de partículas de borracha de 1 a 4 mm, a resistência à compressão correspondeu a 76% da resistência à compressão do traço de referência (38,51 MPa) para os concretos com 20% e 30% de adição de borracha. Para os concretos com 10%, 20% e 30% de borracha de 10 mm, as resistências à compressão foram respectivamente de 80%, 80% e 68% da resistência do traço de referência (38,51 MPa). Para a dimensão de partículas de borracha de 16 mm os valores de resistência à compressão para os concretos com 10%, 20% e 30% de borracha corresponderam a 86%, 73%, 68% da resistência do traço de referência (38,51 MPa).

Silveira et al. (2016) analisaram o comportamento do concreto contendo borracha de pneu triturado em substituição a 10% do volume de areia. Após estudarem 8 traços de concreto

com diferentes quantidades de cimento verificaram que: (a) a incorporação de borracha provocou redução de 44% na resistência mecânica do concreto; (b) aumentando em 30% o consumo de cimento para a mistura com borracha o valor de tensão de ruptura se aproximou do valor do traço de referência (sem borracha) (T1), mas ficando ainda com valor 7% menor; (c) quanto a resistência à flexão observaram um decréscimo de 43% para o concreto com borracha, sendo que para o traço com o acréscimo de 30% de cimento em relação ao traço de referência o valor da resistência à flexão se aproximou do valor dado para o traço de referência. Silva et al. (2017) também verificaram o aumento da resistência à compressão, na ordem de 15%, para os pisos intertravados de concreto contendo 2,5%, 5%, 7,5% e 10% de borracha em substituição ao agregado miúdo em relação ao traço de referência (sem borracha). Para os demais traços estudados com 20% e 50% de borracha, houve a diminuição da resistência à compressão, em 8% e 30% em relação ao valor do traço de referência, respectivamente. Quanto a absorção de água todas as misturas estudadas apresentaram valores inferiores a 6%. Todos os traços de concreto estudados pelos pesquisadores podem ser empregados para pavimentos atendendo as recomendações normativas brasileiras.

Sofi (2018) analisou a incorporação de borracha no concreto de traço em massa 1: 1,48: 2,67 (cimento:agregado miúdo: agregado graúdo). A borracha substituiu a massa da areia natural nos teores de 0% a 20% em múltiplo de 2,5%. Somente o agregado miúdo foi substituído por borracha enquanto todos os outros parâmetros foram mantidos constantes. Para melhorar a fase zona de transição, foi adicionado a mistura 6% de sílica ativa em relação a massa de cimento. Até o teor de 12,5% de substituição observou-se resistência à compressão acima de 54 MPa aos 90 dias de idade.

Outras misturas de concreto foram produzidas onde houve substituição da massa do agregado graúdo nos teores 5%, 7,5% e 10% e da massa do cimento pela borracha. Sofi (2018) observou uma melhora na resistência à compressão, em relação ao concreto controle, para as misturas que substituíram 5% do agregado graúdo pela borracha. Sendo que, para 7,5% e 10% de substituição houve redução de 10% a 23% para misturas que substituíram os agregados graúdos e 20% a 40% para misturas que substituíram o cimento. Os espécimes de controle exibiram falhas frágeis, enquanto o concreto com borracha não mostrou falha frágil sob carga de compressão. Foram verificadas fissuras horizontais nos espécimes com borracha e inclinadas nos espécimes de controle. Segundo Ganjian et al. (2009) as razões para a diminuição da resistência à compressão e flexão do concreto com borracha são: o agregado é envolvido pela pasta de cimento contendo partículas de borracha tornado a pasta mais

maleável facilitando o desenvolvimento de fissuras ao redor das partículas de borracha durante o carregamento; e, existe pouca aderência entre as partículas de borracha e a pasta de cimento causando fissuras devido a distribuição não uniforme de tensões aplicadas.

Sofi (2018) atribui a redução da resistência à compressão em sua pesquisa devido a: (a) substituição do agregado rígido e denso por um agregado de borracha menos denso; (b) menor rigidez do material substituto. Sofi (2018) também verificou um aumento gradual na percentagem de absorção de água, com teores crescentes de borracha nas misturas.

Gerges et al. (2018) estudaram o efeito do emprego de pó de borracha reciclada como um agregado fino alternativo em misturas de concreto. Foram estudadas quatro composições de concreto com relações água/cimento de 0,40, 0,45, 0,50, 0,55. Em cada uma destas composições a areia natural foi parcialmente substituída pela borracha nos teores 5%, 10%, 15% e 20%. Os pesquisadores comprovaram que, embora os concretos emborrachados geralmente tenham uma resistência à compressão reduzida estes possuem várias propriedades desejáveis, como: menor densidade, maior tenacidade e maior resistência ao impacto em comparação ao concreto convencional. Os pesquisadores verificaram que a resistência à compressão de projeto, ou seja, para os traços de concreto sem borracha, variaram entre 30 MPa e 50 MPa, de acordo com as relações água/cimento de 0,40, 0,45, 0,50, 0,55 empregadas. A redução da resistência foi em média de 30%, 35%, 50% e 63% para as seguintes substituições de borracha de agregados finos em 5%, 10%, 15% e 20%, respectivamente. Os autores atribuem esta diminuição devido a dois motivos:

• primeiro, as partículas de borracha são muito mais macias (elasticamente deformáveis) do que os materiais minerais circundantes, e durante o carregamento, as fissuras são iniciadas rapidamente em torno das partículas de borracha na mistura, o que acelera a falha da matriz de borracha-cimento;

• segundo, as partículas de borracha macias podem se comportar como vazios na matriz de concreto, devido à falta de adesão entre as partículas de borracha e a pasta de cimento.

Wanga et al. (2019) avaliaram a substituição da massa de areia pelos teores de 1%, 2% e 3% de borracha para o traço em massa 1:2,52:2,52:0,40 (cimento:areia:brita:a/c) e notaram uma diminuição da resistência à compressão do traço de referência (41 MPa) da ordem de 25%, 31% e 51% para as misturas com 1%, 2% e 3% de borracha, respectivamente. Quanto a absorção de água houve um aumento de 5%, 25% e 50% para esta propriedade, em relação ao traço de referência (3,9%) para as misturas com 1%, 2% e 3% de borracha,

respectivamente.

Na pesquisa desenvolvida por Silva et al. (2019) sobre a influência da incorporação de resíduos de borracha de pneus nas propriedades mecânicas do concreto de alto desempenho foram empregados os teores de 7,5%, 15% e 30% de borracha em relação à massa da areia. As composições de concreto desenvolvidas pelos pesquisadores tiveram um consumo de cimento de 434 kg/m³ e relação a/c de 0,35 para o traço, em massa, de referência de 1: 0,10:2,18:2,31:0,35 (cimento:sílica:areia:brita:a/c). Na análise da resistência à compressão pode-se verificar que, para as composições dos concretos estudados, a diminuição da resistência à compressão é proporcional a crescente incorporação de borracha nas misturas. A queda da resistência para os traços com 7,5%, 15% e 30% de borracha corresponderam respectivamente a 21,8%, 36,7%, 51,7% em relação ao traço de referência (97,4 MPa). Entretanto para o teor de até 15% de borracha na mistura, a resistência foi superior a 50 MPa, dentro da classificação dada para concreto de alto desempenho segundo Aitcin (2000).

Segundo Silva et al. (2019) este comportamento das misturas com borracha se deve à natureza hidrofóbica da borracha que cria uma ligação interfacial fraca entre a pasta de cimento e a borracha, causando diminuição na resistência mecânica. A análise microscópica enfatiza o enfraquecimento da matriz de concreto com inserção de borracha, principalmente na zona de transição entre o agregado e a pasta de cimento. Com relação a absorção de água o aumento da substituição da areia pela borracha causa um aumento do índice de vazios e da absorção de água, devido à natureza hidrofóbica da borracha que gera maior porosidade no concreto. Os valores de absorção de água para os concretos com 7,5%, 15% e 30% de borracha aumentaram 82,35%, 74,38%, 71,17% em relação ao traço de referência (1,53%), respectivamente. Devido à menor densidade da borracha em relação à areia, o aumento do teor de borracha tende a diminuir a densidade do concreto.