AVALIAÇÃO DA ADIÇÃO DE RESÍDUO À BASE DE POLPA DE CELULOSE EM ARGAMASSSA DE REVESTIMENTO
T. L. A. C. Rocha*, L. M. Gomes, A. Aroche, C. A. M. Moraes,F. A. Brehm
Universidade do Vale do Rio dos Sinos
Av. Unisinos, 950. B. Cristo Rei. Cep 93022-000 – São Leopoldo/RS - BR tlavila@unisinos.br
RESUMO
Resíduos gerados no processo industrial de fabricação de fraldas descartáveis e absorventes higiênicos (RPAHP) são materiais nobres que, com estudos adequados e focados na reutilização, podem gerar ganho econômico e redução do risco de geração de um impacto ambiental negativo. A presente pesquisa visa à caracterização deste resíduo do ponto de vista químico, físico, térmico e estrutural; e avaliação do desempenho na adição em argamassa de revestimento. O resíduo foi submetido a ensaios físicos e químicos e, após adição em argamassa, foi submetido a ensaios no estado fresco e endurecido. A capacidade de absorção do RPAHP é boa em soluções de pH ácido e neutro, e quando alcançado pH 13 essa capacidade diminui. A resistência mecânica da argamassa de revestimento não sofreu variações significativas, com o aumento do teor de adição do resíduo. Infere-se que em determinados percentuais há possibilidade de utilização em revestimentos de paredes internas, externas e tetos.
Palavras-chave: Argamassa de revestimento, Adição de resíduo, Polpa de celulose
Introdução
A caracterização e a construção de alternativas para reciclagem de resíduos gerados no processo industrial é um passo imprescindível para estimar o potencial de reutilização do material. Para reciclar um resíduo é fundamental um estudo de caracterização do material através de ensaios e métodos apropriados, para que se possa conhecer sua composição química, e suas propriedades físicas [1].
Segundo Razera, [5], ao utilizar a metodologia de análise termogravimétrica (TGA) para analisar fibras de celulose, o mesmo verificou uma queda na curva do
gráfico de TGA abaixo de 100°C, nesse ponto a perda de massa, em geral, está associada a perda de água devido à umidade das fibras. Miléo [6] verificou em sua pesquisa que as fibras de celulose possuem estabilidade térmica até aproximadamente 275°C, quando ocorre o início da sua decomposição. Em torno de 350°C, observou o início de outro processo de decomposição, provavelmente envolvendo ligações da lignina, prosseguindo rapidamente com o aumento da temperatura.
Algumas pesquisas já foram realizadas relativas à adição da polpa de celulose e SAP em matrizes cimentícias, dentre elas pode-se citar os experimentos de Kumm [8] que incorporou 0,27% de Superabsorbent polymers (SAP) em relação à massa de cimento para verificar a sua influência, a autora verificou que esse teor de adição pode representar uma melhoria na hidratação do cimento, ainda afirma, que o teor de 0,27% combateu eficientemente a retração autógena aos 3 dias.
Já Santos et al. [9] utilizaram a polpa de celulose com SAP extraído de fraldas descartáveis, para medir sua capacidade de absorção e o seu comportamento em condições agressivas. Eles concluíram que o resíduo é uma alternativa à impermeabilização podendo ser utilizado em argamassa para assentamento, principalmente quando utilizada no capeamento, pois o mesmo formará uma barreira que impedirá a infiltração de água por capilaridade, possibilitando a impermeabilização de elementos construtivos, como embasamento, fundações, etc.
Como alternativa, propõe-se nesta pesquisa verificar a viabilidade do emprego dos resíduos de polpa celulósica com SAP em argamassas de revestimento, tendo em vista as caracterizações no estado fresco e endurecido usuais para este fim.
Materiais e Métodos
Materiais utilizados
Os materiais empregados nesta pesquisa e que compõem a argamassa de revestimento são descritos a seguir:
Adição polimérica: Resíduo de polpa de celulose Agregado miúdo: Areia quartzosa de leito de rio Aglomerante: Cimento Portland CPII F 32 Aglomerante: Cal hidratada CH-I
Caracterização do resíduo polimérico
A difração de Raios-X (XRD) foi realizada em um difratômetro Siemens D5000. Os difratogramas foram obtidos utilizando uma fonte de CuKα , cujas medições foram de 2 a 100°, passo de 0,05 e tempo de 1s em cada passo.
As análises termogravimétrica (TGA) foram realizadas com uma amostra de 5g utilizando-se uma microbalança DP Engenharia, com velocidade de aquecimento de 10°C/min, em uma faixa de temperatura de 21°C a 1000°C.
A espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) realizada utilizando um equipamento Spectrum 100 Perkin Elmer, registrando varreduras de 400 a 4000 cm-1. A análise foi realizada utilizando-se o acessório ATR (Reflectância Total Atenuada) do equipamento
A microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi realizada no Instituto Tecnológico em Ensaios e Segurança Funcional (ITT Fuse), utilizando a técnica chamada de MEV ambiental, onde foi gotejado água destilada sobre a amostra, para que o RPAHP absorvesse o líquido e consequentemente aumentasse o seu tamanho. A amostra foi congelada com adição de Nitrogênio (N2) líquido e feita a observação
através do microscópio, onde foram registradas as imagens com 10 e 20 KV.
Produção das argamassas
Para a produção das argamassas foi utilizado um traço de 1:1:6 em volume. Foi realizada uma pré-mistura de areia, cal, resíduo e água, de 16 a 24 horas antes de adicionar o cimento, baseado na NBR 13276. Para as argamassas com adição do resíduo de polpa de celulose foram utilizados os percentuais de 0,5, 1,0 e 1,5% de adição sobre a massa do cimento. Estes teores provêm de um estudo piloto utilizando 1, 2 e 4% de adição, em que o percentual de 1% foi o que apresentou resultados mais promissores quanto às resistências mecânicas. A preparação da pré-mistura foi realizado numa argamassadeira de eixo vertical, em que areia e a polpa foram misturadas com a cal. Posteriormente, foi adicionada a água, a fim de garantir a hidratação do resíduo e da cal. Este procedimento foi adotado uma vez que a polpa possui absorção elevada.
Após 24 horas de hidratação da pré-mistura, foi adicionado o cimento e água restante para o ajuste do índice de consistência. A fim de manter um mesmo padrão
para todas as argamassas foi fixada a trabalhabilidade através do índice de consistência em 260 ± 5 mm, conforme a NBR 13276. Após a confecção das argamassas foram realizados os ensaios de caracterização no estado fresco e as moldagens para realizar os ensaios no estado endurecido. Durante a cura das argamassas foi realizado o ensaio de variação dimensional NBR 15261, e após 28 dias, os ensaios no estado endurecido.
Apresentação e discussão dos resultados
Difração de raios-X
O difratograma (Fig. 1) apresenta os resultados obtidos para a análise da polpa celulósica com SAP.
Figura 1: Resultado XRD
A XRD da polpa celulósica com SAP (Fig. 2) apresenta um pico cristalino principal (a) entre 22° e 24° que corresponde ao plano (002). Observa-se um pico cristalino (b) entre 14° e 16° que corresponde ao sinal dos planos (101). E um pico (c) entre 30° e 35° que corresponde ao plano (040) todos os picos são característicos de celulose. Os mesmos resultados da XRD foram apresentados pelos autores Miléo [6]; Pereira et al. [10] e Hon [11]. A XRD apresentou apenas resultados da polpa de celulose.
Análise Termogravimétrica (TGA)
A (Fig. 2) apresenta os resultados encontrados na análise de TGA
(a)
(b)
Figura 2: Termograma da fibra de celulose com SAP
É percebida uma perda de massa de 10% entre 54°C e 203°C, isso se dá possivelmente devido à perda de umidade, voláteis e materiais de baixo peso molecular, que possam estar presentes na celulose e mesmo no polímero absorvente utilizado. Entre 203°C e 400°C ocorre uma perda de massa de 70% que corresponde à decomposição da fibra de celulose, resultados que foram encontrados nas pesquisas de outros autores, como Razera [4]; Miléo [6]. Entre 400°C e 500°C ocorre uma perda de 10%, provavelmente devido à degradação do SAP, conforme resultados semelhantes encontrados pelos autores Lopes et al. [12]; Cao et al. [13]. Ao final observa-se um resíduo em torno de 4% provavelmente devido a presença de aditivos inorgânicos presentes no material.
Espectroscopia de infravermelho (FTIR)
A (Fig. 3) apresenta os resultados da análise por FTIR.
Figura 3: Resultado FTIR da polpa de celulose (a)
(b)
(c)
Ao realizar a caracterização da polpa celulósica com SAP, foram observadas bandas características da presença de celulose: (a) estiramento da ligação O-H na região de número de ondas de 3300 a 3700 cm-1; (b) estiramento assimétrico da ligação C-H na região de 2900 cm-1; (c) deformação angular da ligação C-H na região 1290 a 1350 cm-1 e (d) estiramento da ligação C-O na região de 950 a 1200 cm-1. Esses resultados são corroborados pelos resultados também evidenciados no estudo de Botaro [14].
Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
Na (Fig. 4 e Fig. 5) são apresentados os resultados da caracterização da polpa de celulose e SAP.
Figura 4: SEM realizado com a polpa de celulose
Figura 5: SEM realizado para demonstrar a presença do polímero superabsorvente
A figura 4 apresenta a imagem das fibras de celulose com formato longilíneo e achatado e ainda alguns pontos escuros nas fibras (a), que dão um indício da presença do polímero superabsorvente. Na imagem também é verificada a existência de fibras de celulose (b). Na figura 5 pode-se observar a possível presença de SAP, que apresenta indícios de que ao ter inchado, devido à absorção de água na preparação da amostra, teria sido rompida sua estrutura (c), e ainda aparecem algumas fibras de celulose (d). As imagens demonstram-se semelhantes às imagens de fibras de celulose encontradas nas pesquisas dos autores PAN, et al. [15] e Rodrigues [16].
Os resultados obtidos nas análises de XRD, TGA, FTIR e SEM apresentam as características de fibras de celulose que são semelhantes aos estudos de Pereira et
al. [10] e Miléo [6].
(a)
(b)
(c) (d)
Caracterização da Argamassa no Estado Fresco
Na [Tabela 1] são apresentados os resultados dos ensaios de caracterização das argamassas no estado fresco.
Tabela 1: Argamassas no Estado Fresco
Ensaios de caracterização Método
Argamassas Referência Adição de 0,5% Adição de 1,0% Adição de 1,5% Índice de Consistência por
Espalhamento -(mm) NBR 13276 (ABNT, 2005) 264 256 258 257 Teor de Ar Incorporado - (%) NBR 13278 (ABNT, 2005) 4,4 5 4 5,4 Densidade de Massa - (kg/m³) NBR 13278 (ABNT, 2005) 2053 2062 2053 2052 Retenção de Água (%) NBR 13277 (ABNT, 2005) 96,12 97,37 96,61 96,17
Os resultados obtidos no ensaio de retenção de água no estado fresco demonstram que a atuação das argamassas de revestimento, com adição do resíduo, foi bastante próxima à retenção de água da argamassa de referência, apresentando nesse caso uma tendência de acréscimo da retenção de água com o aumento da adição.
A partir dos resultados obtidos, foi observado que o teor de adição do resíduo pode apresentar alguma influência nas propriedades das argamassas, através da distribuição de poros de ar incorporado. A adição do resíduo pode aumentar esta porosidade devido ao maior teor de ar incorporado quando da mistura da argamassa. Observa-se também que o teor de água adicionado para obtenção da mesma trabalhabilidade da argamassa de referência, tem de ser aumentada sua quantidade na medida em que aumenta o percentual de adição do resíduo, possivelmente devido à absorção por suas fibras. O que pode influenciar no aumento do teor de ar incorporado devido aos poros gerados.
O ensaio de squeeze-flow foi realizado de acordo com a NBR 15839, na velocidade de 0,1 mm/s para 15 minutos após a mistura. Na figura 6 são apresentados os resultados do squeeze-flow das argamassas estudadas.
Figura 6: Resultado Squeeze-Flow 15 minutos
Segundo Freitas [29], os resultados do ensaio squeeze-flow permitem realizar uma analogia com a aplicação da argamassa no revestimento. As argamassas que possuem maior deslocamento com menor carga, tendem a ter maior e melhor trabalhabilidade. Isto foi observado na argamassa de referência, que demonstra uma melhor trabalhabilidade. Já a argamassa com teor de 1% apresenta uma trabalhabilidade intermediária em função da carga aplicada, o que pode ser explicado pela pouca variação do teor de água adicionada nas argamassas, sendo as argamassas com teores de 0,5 e 1,5% apresentaram resultados onde foi necessária uma maior aplicação de força para obter o mesmo deslocamento, o que pode prejudicar a sua utilização.
Caracterização da Argamassa no Estado Endurecido
Na tabela 2 são apresentados os resultados dos ensaios de caracterização da argamassa no estado endurecido.
Tabela 2: Argamassas no Estado Endurecido
Ensaios de caracterização Método Argamassas Referência Adição de 0,5% Adição de 1,0% Adição de 1,5% Resistência à Tração na Flexão – (MPa) NBR 15279 (ABNT, 2005) 2,62 2,51 2,64 2,73 Resistência à Compressão – (MPa) NBR 15279 (ABNT, 2005) 4,49 4,57 4,43 4,84
Determinação da Absorção total de Água – (%) NBR 9778 (ABNT, 2005) 14,46 13,61 13,29 13,83 Coeficiente de Capilaridade – (g/dm².min1/2) NBR 15259 (ABNT, 2005) 8,5 9,3 10,2 11,3 Densidade de Massa – (g/cm³) NBR 13280 (ABNT, 2005) 1,86 1,87 1,89 1,87
Índice de Vazios – (%) NBR 9778 (ABNT,
2005) 26,90 25,46 25,19 25,85
Massa Específica Real – (g/cm³)
NBR 9778 (ABNT,
2005) 2,55 2,51 2,53 2,52
Considerando o ensaio de resistência à tração na flexão observa-se a mesma tendência dos resultados obtidos para resistência à compressão, onde se apresenta um aumento de aproximadamente 4% na resistência à tração na flexão, ao aumentar o teor de adição do resíduo. Para o teor de adição de 1,5% observou-se o melhor resultado. Este tipo de comportamento pode ser explicado possivelmente pelo aumento da capacidade de absorção de energia originada pela capacidade de alongamento das fibras, bem como a resistência à tração que a própria fibra de celulose possui.
Os resultados dos ensaios de resistência à compressão demonstraram ser semelhantes comparando as argamassas com e sem adição do resíduo, porém nota-se um aumento da resistência à compressão com adição de 1,5%. Pode-se inferir que o resíduo por apresentar uma capacidade de absorção de água considerável, retém a água adicionada a argamassa não deixando que seja perdida para o meio, essa água retida pode melhorar a cura interna, o que favoreceria o aumento da resistência à compressão. Também é possível dizer que a resistência à compressão existente nas características das fibras de celulose, pode vir a colaborar para o aumento da resistência mecânica da argamassa como um todo.
Conclusões
O comportamento da argamassa de referência e das argamassas com diferentes teores de resíduo, no estado fresco, considerando os ensaios realizados indica que não há diferenças significativas entre as mesmas, possibilitando a utilização das
argamassas com adição de resíduo. O único aspecto relevante é quanto à trabalhabilidade das argamassas, que pode ser comprometida conforme evidenciado pelo ensaio de squeeze-flow, nas argamassas com teores de 0,5 e 1,5%, que apresentaram resultados inferiores.
Quanto aos aspectos analisados no estado endurecido, para as argamassas de referência e todos os teores de adição, evidencia-se novamente a aplicabilidade. Os resultados dos ensaios de resistência à compressão demonstraram ser semelhantes com e sem adição de resíduo, porém nota-se um aumento de 7% da resistência com adição de 1,5% em relação à argamassa de referência. Já no ensaio de resistência a tração na flexão o teor de adição de 1,5% de resíduo demonstrou um aumento de 4% em relação à argamassa de referência.
Assim, conclui-se que há potencial de uso do resíduo de polpa de celulose para obtenção de argamassas de revestimento, considerando o que foi proposto nesta pesquisa.
Referências
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Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Programa de Pós-Graduação em Construção Civil, Universidade Federal do Pará, 2010.
EVALUATION OF THE ADDITION OF CELLULOSE PULP WASTE IM PLASTERING MORTAR
ABSTRACT
The objective of the present study was to assess the properties of plastering mortar that uses cellulose pulp waste as absorbent material. Waste was characterized by thermogravimetric analysis (TGA), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD, and absorption of aqueous solutions with pH variations. The incorporation of 0.5%, 1% and 1.5% of waste in a plastering mortar prepared with Portland cement, lime and sand (1:1:6) was proved viable. Mortars were analyzed and compared with a control mortar. The properties of fresh mortars analyzed were: consistency index, squeeze-flow, incorporated air, water retention and density. The properties of hardened mortars analyzed were (after 28 days): tensile resistance on flexural stress, compression strength, density, absorption by capillarity and capillarity coefficient, total water absorption, void index, specific weight and linear retraction. The addition of waste resulted in improved mechanical properties, compared to the control mortar. An increase of 4% was observed in tensile resistance on flexural stress, and of 7% in compression strength for the mortar prepared with 1.5% cellulose pulp.
