INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA METALÚRGICA E DE MATERIAIS
NATHANY ANGÉLICA DOS SANTOS
INCORPORAÇÃO DO RESÍDUO DE LÃ DE VIDRO PARA PRODUÇÃO DE PLACAS CIMENTÍCIAS
VITÓRIA 2015
NATHANY ANGÉLICA DOS SANTOS
INCORPORAÇÃO DO RESÍDUO DE LÃ DE VIDRO PARA PRODUÇÃO DE PLACAS CIMENTÍCIAS
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica e de Materiais do Instituto Federal do Espírito Santo como requisito parcial para obtenção do Título de Mestre em Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Orientadora: Profª. Dra. Viviana Possamai Della Sagrillo
Co-orientadora: Profª. Dra. Desilvia Machado Louzada
VITÓRIA 2015
(Biblioteca Nilo Peçanha do Instituto Federal do Espírito Santo) S237i Santos, Nathany Angélica dos.
Incorporação do resíduo de lã de vidro para produção de placas cimentícias/ Nathany Angélica dos Santos. - 2015.
88 f. : il. ; 30 cm
Orientadora: Profª. Drª. Viviana Possamai Della Sagrillo. Co-orientadora: Profª. Drª. Desilvia Machado Louzada
Dissertação (mestrado) – Instituto Federal do Espírito Santo, Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica e de Materiais, 2015.
1. Resíduos industriais. 2. Vidro – Reaproveitamento (Sobras, refugos, etc.) 3. Vidro - Produtos. 4. Argamassa. I. Sagrillo, Viviana Possamai Della. II. Louzada, Desilvia Machado. III. Instituto Federal do Espírito Santo. IV. Título.
AGRADECIMENTOS
À Deus pela oportunidade de cursar e concluir o mestrado.
À professora e orientadora Dra. Viviana Possamai Della Sagrillo por todo seu incentivo, orientação e dedicação.
À professora e co-orientadora Dra. Desílvia Machado Louzada, pela dedicação na condução do trabalho, pelos ensinamentos e pela oportunidade de trabalhar ao seu lado.
À professora Dra. Georgia Serafim Araújo pelo grande apoio nesses anos de desenvolvimento do trabalho.
Aos meus pais que sempre me ajudaram a alcançar os meus sonhos.
Aos familiares e amigos que sempre me apoiaram e foram sempre pacientes com a minha ausência, para que pudesse me dedicar à pesquisa.
Ao meu namorado, Moralles, pelo apoio, paciência e incentivo em todas as etapas de desenvolvimento do meu trabalho.
Às minhas amigas, Daniele e Priscila, pelo companheirismo de longos anos.
À todos os meus amigos do mestrado que sempre me incentivaram e ajudaram nos momentos que precisavam.
Finalmente, a todos que de uma maneira ou de outra que sempre me acompanharam nesse grande desafio que é o mestrado.
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA METALÚRGICA E DE MATERIAIS
RESUMO
Resíduos industriais são gerados diariamente em grandes quantidades e por fontes variadas. Devido à alta capacidade de incorporação de resíduos no setor da construção civil, vários estudos vêm sendo realizados em busca do reaproveitamento dos mais diversos resíduos industriais. Utilizada amplamente nas indústrias como isolante térmico, a lã de vidro, material constituído de finas fibras de vidro, com a exposição a elevadas temperaturas por períodos prolongados perde sua capacidade isolante, transformando-se em um resíduo industrial. Em função das características da lã de vidro, essa pesquisa teve como objetivo avaliar o comportamento de placas cimentícias produzidas com a incorporação do resíduo de lã de vidro moído e in natura, de forma desfibrada. Foram realizados os ensaios ambientais conforme a ABNT NBR 10.004:2004 e os ensaios físicos (permeabilidade, variação dimensional por imersão e secagem, absorção de água e densidade aparente) e mecânico (resistência à tração na flexão), conforme a ABNT NBR 15.498:2007. Na argamassa o resíduo de lã de vidro substituiu a fração fina do agregado miúdo, na proporção de 20% e para camada interna da placa cimentícia, 45 gramas de resíduo desfibrado foram adicionados. Os resultados mostram que as placas são impermeáveis, com baixa variação dimensional, apresentam densidade aparente em torno de 2,24 g/cm³ e absorção de água média de 7,75%. Com base no ensaio de tração na flexão as placas foram classificadas como classe A e B, ou seja, para uso externo e interno. Segundo o ensaio ambiental, as placas foram classificadas como resíduo classe II A (resíduo não perigoso e não inerte), ou seja, não oferece risco à saúde humana e ao meio ambiente, porém deve ser destinado a um aterro classe II quando descartado. Com este procedimento buscou-se dar um destino proveitoso para o resíduo de lã de vidro sob o ponto de vista ambiental e tecnológico, reaproveitando um resíduo descartado em aterro e produzindo um produto competitivo comercialmente.
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA METALÚRGICA E DE MATERIAIS
ABSTRACT
Industrial waste is generated daily in large quantities and varied sources. Due to the high waste incorporation of capacity in the construction sector, several studies have been conducted in search of the reuse of various industrial wastes. Widely used in industries like thermal insulation, glass wool, a material consisting of thin glass fibers, with exposure to elevated temperatures for extended periods loses its insulating capacity, turning into an industrial waste. Depending on the glass wool characteristics, this study aimed to evaluate the behavior of cement slabs produced with the incorporation of ground glass wool waste and fresh, the shredded form. Environmental tests were performed according to NBR 10004: 2004 and the physical tests (permeability, dimensional change by soaking and drying, water absorption and apparent density) and mechanical (tensile strength in bending), according to NBR 15498: 2007. In the glass wool mortar residue has replaced the fine fraction of fine aggregate in a proportion of 20% and the inner layer, 45 grams of shredded waste was added. The results show that the plates are impermeable, low dimensional change, exhibit apparent density of about 2.24 g/cm³ and an average water absorption of 7.75%. Based on the tensile test in bending the plates were classified as class A and B, ie for internal and external use. According to the environmental test, the plates were classified as waste class II A (not dangerous and not inert waste), ie no risk to human health and the environment, but must be assigned to a class II landfill when discarded. With this procedure we tried to give a useful target for glass wool waste from an environmental and technological point of view, reusing waste disposed in landfills and producing a commercially competitive product.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Lã de vidro ... 18
Figura 2 - Placa cimentícia utilizada para vedação externa ... 25
Figura 3 - Representação do grampeamento das fissuras...31
Figura 4 - Representação esquemática do comportamento do concreto/argamassa com adição defibras ...32
Figura 5 - Resistência à compressão...34
Figura 6 - Resistência à flexão...34
Figura 7 - Comportamento à flexão da matriz de referência e modificada...36
Figura 8 - Influência da dispersão das fibras na matriz cimentícia...38
Figura 9 - Resistência à flexão (MPa) ...41
Figura 10 - Resistência à tração (MPa)...41
Figura 11 - Comparativo das resistências médias à compressão x idade ... 44
Figura 12 - Desempenho comparativo em relação às resistências das argamassas, de referência e com substituição, aos 91 dias ... 45
Figura 13 - Esquema do trabalho experimental ... 48
Figura 14 - Resíduo desfibrado e moído...51
Figura 15 - Equipamentos de proteção individuais...52
Figura 16 - Resíduo de lã de vidro desfibrado para camada interna da placa ... 53
Figura 17- Preenchimento do molde ... 54
Figura 18 - Estante adaptada (laboratório) ... 55
Figura 19 - Estante adaptada (câmara úmida) ... 56
Figura 20 - Cura saturada com cal em piscinas ... 56
Figura 21 - Corte dos corpos de prova ... 57
Figura 22 - Placas no estado de equilíbrio ... 58
Figura 23 - Placas no estado saturado ... 58
Figura 24 - Medida da espessura dos corpos de prova rompidos...59
Figura 25 - Ensaio de permeabilidade ... 60
Figura 26 - Corpos de prova no dessecador ... 61
Figura 27 – Deflexão da placa ... Figura 28 - Placa rompida na região central ...65
Fi gura 30 - Comparação das densidades das pl acas produzidas com as placas encontradas no mercado...69
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Composição química da lã de vidro, em % de peso ... 19
Tabel a 2 - Quanti dade de resíduo de lã de vi dro gerado no estado do Espíri to Santo ... 21
Tabela 3 - Classificação das placas cimentícias ... 27
Tabela 4 - Diâmetro e resistência aos álcalis das fibras ... 30
Tabela 5. Ensaio de consistência ... 38
Tabela 6 - Ensaios realizados na argamassa ... 49
Tabela 7 - Dosagem de materiais ... 52
Tabela 8 - Resistência à tração na flexão - estado saturado... 65
Tabela 9 - Resistência à tração na flexão - estado em equilíbrio ... 65
Tabela 10 - Variação dimensional por imersão e secagem ... 67
LISTA DE QUADROS
LISTA DE ABREVIATURAS
apud. - Citado por cm - centímetros Elab. - Elaborado et al. - Et alii (e outros) g - gramas
mm - Milímetro MPa - Megapascal m - metro
LISTA DE SIGLAS
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas AR - Álcali resistente
ARI - Alta resistência inicial
BNH - Banco Nacional de Habitação CP - Cimento Portland
CP’s - Corpos de prova
CRFV - Concreto reforçado com fibras EPIs - Equipamentos de proteção individual
EURIMA - European Insulation Manufactures Association GRC - Glass fiber reinforced cement
GFRC - Glass fiber reinforced concrete
IARC - International Agency for Research on Cancer
IEMA - Instituto Estadual de Meio Ambiente e Recursos Hídricos IFES - Instituto Federal do Espírito Santo
IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo ISO - International Organization for Standardization
NBR - Norma Brasileira Regulamentadora RLV - Resíduo de lã de vidro
RS - Resistente a sulfato
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 15 2 OBJETIVOS ... 17 2.1 OBJETIVO GERAL ... 17 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 17 3 REFERENCIAL TEÓRICO ... 18 3.1 LÃS MINERAIS ... 18 3.2 RESÍDUO DE LÃ DE VIDRO (RLV) ... 20
3.3 EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE VEDAÇÃO ... 22
3.4 PLACA CIMENTÍCIA ... 25
3.5 INCORPORAÇÃO DE FIBRAS EM MATRIZ CIMENTÍCIA ... 29
Estabilidade química ... 33
Absorção de água ... 37
Dispersão e diâmetro ... 38
Aderência fibra-matriz e estabilidade química ... 39
4 METODOLOGIA ... 47
4.1 ESQUEMA DAS ATIVIDADES DESENVOLVIDAS ... 47
4.2 PRODUÇÃO DA ARGAMASSA ... 49
4.3 PRODUÇÃO DA PLACA CIMENTÍCIA ... 51
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 64
5.1 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO ... 64
5.2 PERMEABILIDADE ... 66
5.3 VARIAÇÃO DIMENSIONAL POR IMERSÃO E SECAGEM ... 67
5.4 DENSIDADE APARENTE ... 68
5.5 ABSORÇÃO DE ÁGUA ... 69
5.6 CARACTERIZAÇÃO AMBIENTAL ... 70
6 CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 72
6.1 PRODUÇÃO DAS PLACAS CIMENTÍCIAS ... 72
6.2 CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS E FÍSICAS DAS PLACAS ... 73
6.3 CLASSIFICAÇÃO AMBIENTAL... 73
7 ESTUDOS FUTUROS ... 74
REFERÊNCIAS...75
ANEXO A – RELATÓRIO DE ENSAIO DA PLACA CIMENTÍCIA (BIOAGRI)... 85
1 INTRODUÇÃO
O desenvolvimento econômico aliado ao crescimento populacional e ao consumo exagerado da população mundial, é responsável pela grande quantidade de resíduos gerados e dispostos inadequadamente no meio ambiente. Dentre os resíduos, diariamente gerados, merecem destaque os resíduos industriais, pelo fato de serem originados por processos diferentes e por representarem milhões de toneladas por dia de resíduo em todo o mundo (LUCAS E BENATTI, 2008).
Essa geração de resíduos de natureza diversificada aliada a leis ambientais mais rigorosas, impulsiona a comunidade científica a buscar soluções técnicas que possam minimizar o descarte de resíduos no meio ambiente. Uma das soluções é utilizar os resíduos como matéria – prima em outros processos produtivos, o que provoca uma sinergia entre estes e, consequentemente, reduz o volume de aterros para descarte, a quantidade de recursos naturais a serem extraídos e gera maior economia para as empresas.
Neste sentido, a utilização de resíduos industriais em outros processos produtivos já é adotada, principalmente, no ramo da construção civil. Este setor apesar de consumir grandes quantidades de recursos naturais, de energia e gerar uma grande quantidade de resíduos, também tem potencial para absorver uma ampla variedade e quantidade de resíduos sólidos, sendo utilizados tanto para a fabricação do cimento Portland como para incorporação em concretos e argamassas.
Com esta capacidade de absorção de resíduos pelo ramo da construção civil, diversos estudos foram realizados com o objetivo de incorporar resíduos fibrosos ou fibras em argamassas e concretos apresentando resultados satisfatórios nas propriedades mecânicas da matriz cimentícia na qual houve a incorporação. O estudo da incorporação de fibras, tanto naturais quanto sintéticas, em matrizes cimentícias se tornou essencial após a proibição da utilização do cimento-amianto, sendo que diversas fibras já foram estudadas, porém, até o momento, nenhuma apresentou desempenho superior à do amianto.
Dada a importância do assunto apresentado, iniciaram-se estudos com o resíduo de lã de vidro, por se tratar de um resíduo constituído por finas fibras de vidro, volumoso (requer grandes áreas para disposição em aterro) e com geração constante nas indústrias.
Para o estudo foi utilizado o resíduo de lã de vidro, proveniente da indústria siderúrgica, incorporado em argamassas e como camada intermediária para a produção de placas cimentícias, um produto que vêm sendo amplamente utilizado no setor da construção civil em pisos e vedações.
O estudo citado, trata-se de um Projeto de Inovação Tecnológica, que por ser extenso e por possuir diversos experimentos, a serem realizados no prazo de 24 meses, foi dividido em duas etapas, originando duas dissertações de mestrado. No primeiro trabalho foram realizados estudos com a argamassa, em vista de identificar o melhor traço e, posteriormente, foi dado início ao segundo trabalho, ou seja, a produção das placas cimentícias.
Portanto, foram produzidas placas cimentícias conforme a ABNT NBR 15.498:2007, chamadas neste trabalho de placa sanduíche. Os resultados permitiram verificar a viabilidade da incorporação do resíduo de lã de vidro para produção de placas cimentícias, agregando valor a um resíduo que até então era disposto em aterro e visando obter um produto que seja competitivo comercialmente.
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
O objetivo geral deste trabalho foi avaliar as características físicas, mecânicas e ambientais de placas cimentícias (sanduíche), produzidas com a incorporação do resíduo de lã de vidro moído em substituição parcial ao agregado miúdo e desfibrado como camada interna da placa.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Para alcançar o objetivo geral os seguintes objetivos específicos foram desenvolvidos:
a) Avaliar procedimentos para produção de placas cimentícias (sanduíche) a partir de argamassas com incorporação do resíduo de lã de vidro;
b) Avaliar as características mecânicas e físicas das placas cimentícias, comparando os resultados dos ensaios de resistência à tração na flexão, permeabilidade, variação dimensional por imersão e secagem, absorção de água e densidade aparente, às propriedades das placas disponíveis no mercado;
c) Avaliar a classificação ambiental das placas cimentícias a partir de ensaios de lixiviação e solubilização.
3 REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 LÃS MINERAIS
Lã mineral é o termo utilizado para indicar materiais de isolamento compostos por silicatos e fabricados a partir da união de fibras amorfas (BAJCAR et. al., 2007; DOVŽAN et. al., 2012). Esse tipo de material é comumente empregado para isolamento termo acústico, pelo fato de proporcionar economia de energia, proteção contra incêndios e não serem prejudiciais à saúde (ALVES, 2008). Dentre as lãs minerais existentes, as lãs cerâmicas e de amianto se encontram em desuso devido a sua ligação com diversas doenças, entre elas o câncer (EVANGELISTA 2011; EURIMA, 2013).
As lãs de vidro, de rocha e de escória de alto forno destacam-se por não apresentarem tal adversidade e, possuem como principais matérias-primas, respectivamente, a areia, a rocha basáltica e a escória (MARABINI et. al., 1998; BAJCAR et al., 2007; RODRIGUES, 2009; EVANGELISTA, 2011; SCALET et al., 2013). Como visto, existe uma variedade de lãs minerais, sendo estudado nesse trabalho a lã de vidro.
Lã de vidro
Lã de vidro é um material constituído de finas fibras de vidro, com diâmetro aproximado de 3 a 6 μm e de comprimento variado, aglomeradas por resinas sintéticas e obtida por um forte sopro de ar sobre o vidro em fusão (BORGES, 2007). Na figura 1, são apresentadas algumas formas em que a lã de vidro pode ser encontrada no mercado.
Fonte: adaptado de HEMEISOLANTES, 2015. Figura 1 - Lã de vidro
Na tabela 1, é possível visualizar a composição de algumas lãs de vidro encontradas na literatura.
Tabela 1 - Composição química da lã de vidro, em % de peso
COMPOSTOS BUCK (1997) LUOTO et al. (1998) NEVES (2015) SiO2 34,00 – 73,00 64,40 68,54 Na2O 0,50 – 16,00 15,40 12,26 CaO 0,0 – 22,00 7,40 9,27 B2O3 0,0 – 8,50 4,90 - Al2O3 3,00 – 14,50 2,90 2,88 K2O 0,0 – 3,50 1,40 1,10 Fe2O3 0,0 – 2,00 0,30 0,40 TiO2 0,0 – 0,80 0,10 < 0,05
Fonte: BUCK, 1997; LUOTO et al. ,1998; NEVES, 2015.
Pelos dados apresentados na tabela 1, pode ser visto que a lã de vidro apresenta variações em sua composição, tendo como principais componentes o óxido de silício (SiO2), óxido de sódio (Na2O) e o óxido de cálcio (CaO). Segundo a International Agency for Research on Cancer (IARC, 2002), tal variação pode ocorrer devido ao tipo de fabricação e a finalidade/uso que terá a lã.
Cruz (2009) considerou que a lã de vidro é um dos mais tradicionais produtos utilizados para isolamento térmico e acústico em ambientes, podendo ser encontrada no mercado em rolos ou painéis, o que facilita sua aplicação.
O aumento do consumo de lã de vidro, principalmente na construção civil, deve-se ao fato de possuir as seguintes características:
Leveza;
Facilidade de manuseio e corte; Incombustibilidade;
Isolamento térmico e acústico; Insolubilidade em água;
Resistência à proliferação de fungos e bactérias; Resistência à ação de roedores;
Resistência à ação da maresia;
Não atacam as superfícies com as quais estão em contato.
Labrincha (2006) e Borges (2007) esclareceram que a lã de vidro é utilizada para tratamento acústico por se tratar de um material fibroso com grande capacidade de absorção de ruídos. Em complemento, Rodrigues (2009) e European Insulation Manufactures Association (EURIMA, 2013) destacaram a contribuição da lã de vidro para melhoria do conforto térmico em edificações comerciais e residenciais, pois a utilização desta possibilita o uso racional de energia, principalmente nos sistemas de ar condicionado, permitindo o uso de equipamentos de menor capacidade.
Berrigan (2002), Alves (2008) e Evangelista (2011), afirmaram que outra característica favorável à utilização da lã de vidro é o fato de não ser um produto cancerígeno para os seres humanos, como as lãs cerâmicas e de amianto, conforme classificado pela IARC.
Como desvantagem, Jolanki et al. (2002) citaram que a lã de vidro é um material irritante, podendo ocasionar inflamações significativas na pele e, segundo Labrincha (2006) o seu manuseio é considerado perigoso e nocivo às vias respiratórias. Jaigobind et al. (2007) e Isover (2013), complementaram que o manuseio desse tipo de material deve ser realizado sempre em ambiente ventilado e por pessoas com equipamentos de proteção individual (EPIs), como: luvas, calça comprida, camisa de manga longa, sapato fechado, óculos e máscara para pó.
3.2 RESÍDUO DE LÃ DE VIDRO (RLV)
A lã de vidro é um material amplamente utilizado em revestimento de equipamentos industriais devido às suas características termo-acústicas, porém, dependendo da temperatura de uso do equipamento industrial em que é aplicada, a lã tende a perder sua capacidade de isolamento, sendo trocada periodicamente e destinada para aterro.
Achchag et al. (2009) realizaram um estudo com a lã de vidro, a fim de analisar o comportamento desse material frente à elevação de temperatura. A faixa de
temperatura considerada crítica no estudo foi de 210º a 550ºC, temperatura em que ocorre a decomposição das resinas ligantes. Karamanos et al. (2008), obtiveram resultado semelhante no seu estudo com lã de rocha e afirmaram que com a decomposição das resinas ligantes provoca a separação das fibras e, por esse motivo, a função de isolante desses materiais é alterada.
Os mesmos autores também ressaltaram a dificuldade de controlar o funcionamento dos isolantes térmicos (lã de rocha e de vidro) em vasos, fornos, caldeiras e tubulações, portanto, a troca desses materiais passou a ser realizado periodicamente independente das condições de funcionamento.
Salienta-se, que o resíduo de lã de vidro (RLV), fornecido pela empresa mineradora Vale S.A., objeto de estudo deste trabalho, era utilizado como isolante térmico nos fornos de pelotização. Segundo Mendes (2009), os fornos de pelotização podem atingir temperaturas de até 1350ºC, o que ocasiona a perda das características isolantes da lã de vidro acarretando a necessidade da troca dos forramentos dos fornos a cada 18 e 24 meses, durante paradas frias das usinas de pelotização.
Sendo esse trabalho realizado por um grupo de pesquisa, Zucoloto et al. (2014), integrantes da equipe de iniciação científica do projeto, realizaram o levantamento pela análise dos Inventários de Resíduos das empresas geradoras, disponíveis no Instituto Estadual de Meio Ambiente e Recursos Hídricos (IEMA), no período de 2010 – 2013, conforme apresentado na tabela 2.
Tabela 2 - Quantidade de resíduo de lã de vidro gerado no estado do Espírito Santo
Resíduo de lã de vidro (toneladas/ano)
Empresa 2010 2011 2012 2013
Mineradora A 3,44 0,013 0,028 -
Mineradora B 6,02 1,05 16,87 28,27
Celulose 138,98 26,85 34 25,56
Total 148,44 27,913 50,9 58,83
Fonte: ZUCOLOTO et al., 2014.
Em análise ao quantitativo apresentado na tabela 2, pode-se afirmar que o resíduo de lã de vidro tem geração contínua e é encontrado em grande quantidade no ramo
industrial, portanto, a reciclagem ou reaproveitamento deste resíduo é uma alternativa para reduzir os custos das empresas com disposição adequada e diminuir a quantidade de resíduos dispostos em aterros, favorecendo o meio ambiente.
Com relação à classificação e disposição adequada do resíduo, Evangelista (2011) afirmou que o resíduo lã de vidro, inclusive aqueles gerados por sobras, são classificados como Classe II A (não perigoso e não inerte), conforme ABNT NBR 10.004:2004. A autora afirmou ainda, que devido a sua classificação, este resíduo não pode ser descartado em terrenos baldios, em sistemas de esgoto ou próximo a cursos d’água, sendo a melhor opção de descarte os aterros industrias classe II. Já as embalagens usadas para o acondicionamento da lã de vidro podem ser encaminhadas para reciclagem, desde que, não contenham sobras da lã.
3.3 EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE VEDAÇÃO
A evolução dos sistemas de vedação, conforme citado por Bender (1976 apud CAMILLO, 2010), teve início com a produção de tijolos cerâmicos vazados e, evoluiu posteriormente, para produção de blocos vazados e blocos de concreto. Segundo o mesmo autor, no setor da construção civil houve a necessidade de otimizar o tempo das construções, surgindo então elementos de vedação maiores e industrializados, como os painéis e as placas cimentícias.
Com base na literatura (SABBATINI, 1989; PARADELA, et al., 1991; BARROS, 1998; SILVA et al., 1998; KRÜGER, 2000; HOLANDA, 2003, ENFEDAQUE et al., 2011; EIRAS, et al., 2014 e KALIL, et al., 2015) foi possível elaborar o histórico evolutivo dos sistemas de vedação utilizados em obras, sendo este:
1500 a 1808: o método de construção adotado era artesanal, sendo as paredes constituídas por gradeados armados com paus roliços e enchimento de barro, galharias, palmas trançadas, ou ainda, taipa e terra;
1808 a meados de 1920: o método construtivo artesanal foi substituído por tijolos, ainda que precariamente produzidos. Com o passar do tempo, ocorreu um
aperfeiçoamento na produção de tijolos, na produção da cal e na incorporação de materiais como ferro, madeira e cimento no sistema construtivo;
1928 a 1960: novos tipos de componentes de alvenaria apareceram no mercado, como os tijolos cerâmicos de oito furos (1935), os blocos de concreto celular autoclavados (1948) e os blocos de concreto (1950);
1964: ocorreu a criação do Banco Nacional de Habitação (BNH), considerado um marco na construção civil. Esta instituição buscava suprir a demanda por habitações e a produção em massa de unidades habitacionais, proporcionando a expansão do subsetor de edificações e do setor de materiais e componentes, uma vez que, o mercado de construção de edificações habitacionais encontrava-se paralisado já que as políticas governamentais implantadas e voltadas para esses programas haviam fracassado;
1964 a 1970: ocorreu a busca pela mecanização intensiva e o emprego de novos processos construtivos, direcionando o mercado construtivo para a industrialização. O setor manteve-se em expansão até 1970, quando começou a dar sinais de “queda”;
1970: surgiu um novo processo construtivo para produção de vedação vertical, denominada alvenaria estrutural. Nesse sistema construtivo, as paredes têm a finalidade de resistir ao carregamento da edificação, ou seja, as paredes possuem função estrutural.
1972: surgiu no mercado brasileiro a vedação de gesso acartonado, que são paredes constituídas de placas de gesso revestidas em ambos os lados com folhas de papel cartão, com função exclusiva de divisão de ambientes internos (secos e úmidos), porém não houve grande aceitação do produto pelo mercado consumidor da época;
1980: ocorreu a intensificação da crise no mercado construtivo e as empresas do ramo para enfrentar a concorrência, buscaram a racionalização na produção de edifícios construídos pelo processo tradicional, visando torna-lo menos oneroso.
1993: foram desenvolvidos novos sistemas de vedação, como a vedação com blocos de concreto autoclavado, de argamassa armada e de componentes pré-fabricados;
1995 a 1997: ocorreu a consolidação das placas de gesso acartonado no mercado brasileiro com entrada de três grandes empresas estrangeiras do setor, sendo estas: a empresa do grupo francês Lafarge (atualmente usa a marca Gypsum Drywall), a empresa inglesa BPB (atualmente a Placo do Brasil) e a empresa do grupo alemão Knauf (Knauf do Brasil);
1998: teve início a utilização da técnica do GRC (Glass Fiber Reinforced Cement) para produção de painéis de vedação no mercado brasileiro de construção civil. O GRC é um material cimentício com presença de fibras de vidro álcali-resistentes (AR), sendo incorporados altos teores de fibras que possuem como principal função o reforço do material. Como vantagens pode-se citar a boa resistência mecânica, a baixa densidade e a alta resistência à ação do fogo, o que justifica sua grande utilização em fachadas. Como desvantagem tem-se a durabilidade do material pois as fibras utilizadas como reforço sofrem deterioração com o passar do tempo.
1999: ocorre o início da utilização do sistema de vedação modular (SVM) no mercado brasileiro. Esse sistema de vedação consiste em blocos de alvenaria pré-moldados, com regularidade geométrica e a alvenaria é entregue pronta para receber as instalações hidráulicas, elétricas, portas e janelas.
2000 até os dias atuais: foram introduzidos, nesse período, outros tipos de vedações (internas e externas), dentre elas: os painéis arquitetônicos de fachadas (fabricado em concreto comum ou armado com incorporação de fibra de vidro), estruturais (autoportante), concreto celular autoclavado, poliestireno expandido, pré-moldados de concreto e as placas cimentícias.
Segundo Peruzzi (2007), os tipos de vedação introduzidos no mercado brasileiro a partir de 2000 podem ser definidos como painéis/placas utilizados para substituir a alvenaria em construções, devendo sempre ser estanques à umidade e à chuva, podendo ou não ser autoportante, ser isolante térmico e acústico.
Dentre os diversos tipos de vedações apresentados neste trabalho, foram objeto de estudo as placas cimentícias.
3.4 PLACA CIMENTÍCIA
Crasto (2005) e Oliveira (2009) definiram placa cimentícia como uma chapa delgada composta por uma mistura de cimento Portland, fibras (sintéticas ou naturais) e agregados (areia e brita), utilizadas como pisos e para fechamento (interno e externo). Estas placas podem ser encontradas na coloração natural, com presença de pigmentos misturados à matriz ou com camada de acabamento aderido à face externa. A figura 2 mostra algumas placas cimentícias utilizadas para vedação externa.
Fonte: OLIVEIRA, 2009.
Segundo Nakamura (2012) as placas cimentícias são sistemas de vedação muito utilizados no hemisfério Norte, como divisórias, forros e também como opção de fechamento de áreas molháveis. A grande precisão dimensional e a possibilidade de executar juntas invisíveis fizeram com que os placas cimentícias chegassem às fachadas, sobretudo em associação com o light steel framing (estrutura com perfis leves de aço) e com wood framing (estrutura com perfis de madeira).
Ainda, segundo Nakamura (2012), no Brasil, a história de utilização desse material é recente, sendo que as primeiras placas começaram a ter uso como forros de beirais e somente na última década as empresas brasileiras passaram a investir na produção industrial de placas cimentícias.
Loturco (2003), Crasto (2005), Chaves e Cunha (2009) e Nakamura (2012) elencaram as principais vantagens da utilização das placas cimentícias, sendo estas:
Baixo consumo homem.hora/m², o que torna a utilização de placas mais pertinentes em épocas com escassez de mão de obra;
Baixo peso próprio, o que torna esse sistema construtivo adequado para recuperação de fachadas, diminuindo as cargas sobre as estruturas e fundações e facilitando tanto o transporte como o manuseio;
Resistência a impactos e a intempéries, o que possibilita o seu uso em fechamentos externos;
Incombustibilidade;
Compatibilidade com a maioria dos acabamentos ou revestimentos;
Rapidez na execução da montagem, o que possibilita a redução de prazos e custos;
Facilidade na manutenção de instalações embutidas e na introdução de isolamentos;
Menor geração de resíduos durante a obra, obtendo maior organização e limpeza dos canteiros;
Menor número de atividades realizadas nos canteiros; Emprego de materiais recicláveis.
No Brasil, as placas planas cimentícias são normatizadas, desde 2007, conforme a ABNT NBR 15.498 – Placa plana cimentícia sem amianto: requisitos e métodos de ensaio, que estabelece os requisitos, os métodos de ensaio e as condições de recepção de placas cimentícias reforçadas com fios, filamentos ou telas. Segundo a mesma norma, as placas cimentícias são classificadas conforme a sua utilização em:
a. Classe A: são as placas utilizadas para aplicações externas, ou seja, que estão sujeitas à ação direta do sol, da chuva, do calor e da umidade;
b. Classe B: são as placas direcionadas para uso interno ou externo, desde que não sujeito à ação direta do sol, da chuva, do calor e da umidade.
A tabela 3 mostra as categorias normatizadas de placas existentes, com base na tensão de resistência à tração na flexão.
Tabela 3 - Classificação das placas cimentícias
Tensão de ruptura por flexão (MPa)
Categoria Placa Classe A (1) Placa Classe B (2)
1 -* 4 2 4 7 3 7 10 4 13 16 5 18 22 Fonte: ABNT NBR 15.498:2007. *-: sem especificação na norma.
(1) As especificações das resistências para as placas classe A compreendem somente à condição de corpos de prova saturados. As amostras no estado saturado são aquelas que permanecem imersa em água à temperatura de ao menos 5 ºC, por um período de 24 – 48 horas (varia conforme alteração da espessura da placa).
(2) Já as especificações das resistências para as placas classe B compreendem somente à condição de corpos de prova no estado de equilíbrio, ou seja, corpos de prova que permaneceram durante 7 dias em atmosfera com temperatura controlada de (23±5) ºC e umidade relativa de (50±10)%, dispostos de tal modo que todas as faces sejam ventiladas.
Placas cimentícias encontradas no mercado
Em levantamento bibliográfico foram identificadas quatro empresas conhecidas no mercado que produzem placas cimentícias conforme a ABNT NBR 15.498:2007, sendo estas: Bricka, Eternit, Infibra e Brasilit. O quadro 1 apresenta as características das placas cimentícias encontradas no mercado.
Fonte: Adaptado de FONTENELLE (2012) e do site da INFIBRA (2015), BRASILIT (2015), ETERNIT (2015) E BRICKA (2015). NI: Não informado pela empresa.
*Requisitos de resistência à flexão de acordo com a Tabela 3.
Fabricante Placa (categoria) Variação dimensional (mm/m) Densidade (g/cm³) Resistência à tração na flexão (MPa)
Absorção de água
Infibra Placa NT Econoflex 2,0 mm/m 1,80 7 – 10 (A3* e B3*) NI
Brasilit NI 2,7 mm/m 1,70 NI Absorção máxima
de 30%
Eternit Eterplac wool
Eterplac Standard 2,0 mm/m 1,70 11 – 14 (A3*) NI
Bricka
Placa plus NI 1,40 5,9 (A2* e B1*)
< 5% em peso Placa light NI 0,81 5 (A2* e B1*) NI 0,96 Placa heavy NI 2,00 7 (A3* e B2*) NI 1,90
_____________________________
Ludwing Hatschek:1 foi o engenheiro austríaco responsável pelo desenvolvimento do método de fabricação de produtos de fibrocimento em 1907. O princípio básico de funcionamento da máquina Hatschek envolve a filtragem de uma suspensão diluída de cimento em um cilindro rotativo para obter a espessura desejada da placa (DELAVASTANO et al., 2010; ETERNIT, 2014).
3.5 INCORPORAÇÃO DE FIBRAS EM MATRIZ CIMENTÍCIA
Na construção civil, produtos de seção fina reforçados com fibras são conhecidos desde o século XVIII, quando Ludwing Hatschek1 desenvolveu o método para a produção de placas de cimento com fibras de amianto, que se tornou, com o aperfeiçoamento do processo, o principal produto utilizado na construção civil sob a forma de telhas, caixas d’água, painéis e divisórias (MELO FILHO, 2005).
Essa utilização ocorreu em função do material apresentar características importantes para o mercado produtivo, tais como (PYE, 1979):
Resistência a ação do calor e do fogo, chegando a suportar temperaturas em torno de 600ºC;
Resistência ao ataque químico e biológico;
Resistência ao ataque químico do cimento durante o seu período de hidratação; Baixo custo quando comparado a outros tipos de fibras.
Apesar de todas as características positivas apresentadas, o amianto passou a ser substituído por materiais alternativos a partir de 1980, devido a relatos de trabalhadores que em período longo de exposição às fibras amianto apresentaram casos de doenças no pulmão, conhecida como asbestose (STUDINKAT, 1989; IKAI et al. 2010).
Em 1989, Tezuka apresentou uma tabela com o diâmetro e a resistência a álcalis de algumas fibras quando incorporadas às matrizes cimentícias, conforme tabela 4.
Tabela 4 - Diâmetro e resistência aos álcalis das fibras
Tipo Diâmetro (µm) Resistência aos álcalis
Amianto 0,02 a 20 Boa
Aço 5 a 500 Boa
Vidro E* 9 a 15 Pobre
Vidro AR** 10 a 20 Razoável
Carbono 8 Boa
Polipropileno fibrilado 4 a 30 Boa
Coco 100 a 400 Pobre
Sisal 7 a 47 Pobre
Juta 20 a 100 Pobre
Fonte: adaptado Tezuka, 1989.
Vidro E*: Fibras de vidro compostas por vidros borossilicatos, ou seja, vidros com presença de trióxido de boro. São vidros comumente utilizados, porém menos resistentes aos álcalis do cimento (LARNER, et al., 1976).
Vidro AR**: Fibras de vidro com presença de dióxido de zircônia em sua composição, são chamadas de fibras de vidro álcali-resistentes, ou seja, resistentes aos álcalis do cimento (LARNER, et al., 1976).
Na tabela 4 apresentada, é possível verificar que poucas fibras são resistentes aos álcalis do cimento. Lima (2004) e Fontenelle (2012), afirmaram que a boa estabilidade química e a aderência fibra-matriz são os principais fatores que dificultam a substituição das fibras de amianto no mercado.
Com isso, muitos tipos de fibras foram estudadas, porém poucas conseguiram exibir performance satisfatória ao ser comparada com a atuação da fibra de amianto em matriz cimentícia (JAMSHIDI et al., 2011).
Influência das fibras em matriz cimentícia
O concreto e a argamassa convencionais são materiais considerados frágeis que se apresentam sempre susceptíveis às concentrações de tensões com o surgimento de fissuras e, quando a tensão aplicada supera a resistência da matriz, ocorre a ruptura (FIGUEIREDO, 2000).
Visando reduzir a fragilidade na ruptura, aumentar a durabilidade e conferir propriedades mecânicas relacionadas à capacidade de deformação e absorção de
energia, é realizado o reforço com fibras (FIGUEIREDO, 2000; PERUZZI, 2002; PERUZZI, 2007).
Bentur e Mindess (2007) afirmaram que o reforço com fibras controla a quebra da matriz, servindo como “ponte” entre as fissuras e redistribuindo os esforços. Os mesmos autores comentam que devido a esse mecanismo, a velocidade de propagação das fissuras é reduzida, conferindo certa ductilidade e resistência à matriz. Observa-se também a necessidade da aderência entre a fibra e a matriz para que o grampeamento ocorra efetivamente. Na figura 3 é apresentado o “grampeamento” realizado pelas fibras.
Fonte: PERUZZI, 2007.
Segundo Lima (2004) e Araújo (2005) a alta aderência entre a fibra e a matriz reduz o tamanho das fissuras, ou seja, ao invés de ocorrer a abertura de uma macrofissura, ocorrerá o aparecimento de microfissuras distribuídas pela matriz. Esse mecanismo é ilustrado na figura 4, em que a figura 4(a) apresenta um esquema de uma macrofissura em corpo sem fibras e a figura 4(b) apresenta um esquema de microfissuras em corpo com fibras.
Fonte: adaptado PERUZZI, 2007.
Lima (2004) e Bentur e Mindess (2007) afirmaram que para haver eficiência da aderência fibra–matriz, é necessário que sejam analisadas as características da matriz cimentícia (composição, propriedades físicas e mecânicas) e das fibras. Quanto às características das fibras, é importante analisar (FIGUEIREDO,2000; ARAÚJO, 2005; GARCEZ, 2005; BENTUR e MINDESS, 2007; e LAMEIRAS,2007):
Tipo de fibra: muitas fibras vegetais tem a capacidade de reter água podendo comprometer a trabalhabilidade e a aderência fibra-matriz, devido a variação de volume;
Volume: um elevado teor de fibras irá conferir maior resistência pós-fissuração e menor dimensão das fissuras, desde que a fibra possua capacidade para absorver as cargas exercidas na matriz;
Estabilidade química: a fibra, quando não compatível quimicamente com a matriz à base de cimento Portland, sofre degradação durante a etapa de hidratação do cimento;
Orientação e tamanho das fibras: os reforços são usualmente realizados com fibras curtas e dispersas na matriz (orientação aleatória). As fibras curtas agem diretamente nas microfissuras dificultando o aparecimento de fissuras com grandes dimensões e devem ser distribuídas aleatoriamente, pois, se a tensão for aplicada de forma multidirecional existirá fibra distribuída na matriz para realizar o reforço.
Figura 4 - Representação esquemática do comportamento do concreto/argamassa com adição de fibras
a) Corpo sem fibras.
Devido a necessidade de atender a todas essas características para realização do reforço em matriz cimentícia, Borges (2007) e Evangelista (2011) mencionaram que uma variedade de fibras é estudada para este fim, tais como: fibras de metal (de aço carbono e aço inox), fibras de vidro, fibras de carbono, fibras de polímero (como o polipropileno) e fibras vegetais (sisal, juta, coco, bambu, banana e madeira, dentre outras).
Estudos realizados com fibras
Na pesquisa realizada constatou-se que um dos principais problemas relatados pelos autores para a incorporação de fibras em matriz cimentícia é a questão da estabilidade química (durabilidade da fibra), devido a reação do meio alcalino do cimento com as fibras. A seguir, serão apresentados estudos que avaliaram a incorporação de diversas fibras e que destacaram características relevantes à produção de materiais cimentícios com fibras.
Estabilidade química
Ramakrishna e Sundararajan (2005) analisaram o comportamento de matrizes reforçadas com fibras naturais de coco, sisal, juta e Hibiscus cannabinus. Para isso, as fibras passaram por um processo de envelhecimento acelerado por ensaio de imersão e por ensaio de imersão e secagem, durante um período de 60 dias, em três ambientes diferentes, sendo estes: água limpa e fresca (pH 7), solução de cal saturada (pH 14) e solução de hidróxido de sódio (pH 13). No ensaio de envelhecimento por imersão, as fibras foram mantidas imersas nas soluções citadas por 60 dias contínuos. Já no ensaio de imersão e secagem, as fibras foram mantidas nas soluções citadas por 24 horas, após esse período, eram retiradas das soluções, lavadas em água e secas à temperatura de (28 ± 3)ºC, após secagem repetia-se o ciclo de imersão e secagem, sendo realizados um total de 30 ciclos. Após passarem pelo ensaio de envelhecimento, as fibras foram incorporadas à matriz cimentícia e os resultados dos ensaios de resistência à flexão e compressão foram comparados às matrizes cimentícias sem fibras (de referência) e com as fibras secas (que não passaram pelo ensaio de envelhecimento). As matrizes de referência (sem fibra) obtiveram 27 N/mm²
e 6,9 N/mm² como resultado dos ensaios de resistência à compressão e de resistência à flexão, respectivamente. Nas figuras 5 e 6 são apresentados os resultados obtidos nos ensaios de resistência à compressão e resistência à flexão.
Fonte: adaptado Ramakrishna e Sundararajan, 2005.
Fonte: adaptado Ramakrishna e Sundararajan, 2005.
Com base nos gráficos, pode-se concluir que tanto a adição de fibras secas quanto de fibras envelhecidas, não melhoraram a resistência da matriz cimentícia, uma vez que, para ambos os ensaios a matriz de referência obteve melhores resultados.
Figura 5 - Resistência à compressão
Envelhecimento por imersão e secagem Envelhecimento por imersão Sem envelhecimento Envelhecimento por imersão e secagem Envelhecimento por imersão Sem envelhecimento
Os autores, também verificaram que as matrizes compostas pelas fibras que passaram pelo ensaio de envelhecimento apresentaram resistência à compressão e flexão inferiores à matriz com presença de fibras secas (sem envelhecimento), sendo inferior em torno de 30-60%. Com base nesses resultados, os autores concluíram que a redução da resistência nas matrizes indica o efeito da degradação de fibras naturais quando expostas a meios alcalinos, logo, são fibras que seriam degradadas ao serem incorporadas em matrizes cimentícias, reduzindo assim suas propriedades de reforço na matriz.
Silva et al. (2009) e Filho et al. (2009) realizaram uma série de estudos com placas produzidas com fibra de sisal, em que analisaram a influência deste tipo de fibra na matriz e o comportamento da matriz com adição de materiais pozolânicos em relação a ação do tempo, realizando o envelhecimento acelerado. O cimento utilizado foi o Cimento Portland (CP) II F- 32 e as adições pozolânicas foram de 30% de metacaulim e 20 % de resíduo de tijolo moído, em substituição a uma parcela do cimento. O reforço foi realizado com dois tipos de fibras: as fibras longas de sisal com 400 mm de comprimento e a fibra de volastonita, utilizada para o controle das microfissuras da matriz. Silva et al. (2009) verificaram que as fibras auxiliaram a matriz a resistir aos esforços exercidos durante os ensaios de tração e flexão, uma vez que, diversas fissuras apareciam na matriz antes de seu rompimento total. Já Filho et al. (2009), complementaram o estudo analisando a durabilidade das fibras de sisal incorporadas à matriz.
Na figura 7, são apresentadas as curvas força-deslocamento obtidas no ensaio de flexão das placas produzidas no trabalho de Filho et al. (2009), sendo chamadas de placas M0 (produzidas apenas com fibras) e placas M1 (produzidas com as fibras e adições).
*Obs.: os números após o hífen indicam os ciclos de imersão e secagem que as placas passaram. Por exemplo, M0-25 (corpo de provas com fibras, sem materiais pozolânicos e que passou por 25 ciclos de imersão e secagem).
Fonte: adaptado FILHO et al., 2009
Na figura 7 (a), as placas com fibra após o envelhecimento apresentaram um comportamento dúctil que foi drasticamente reduzido com o processo de envelhecimento, corroborando com os estudos de Ramakrishna e Sundararajan (2005). No gráfico da figura 7 (b), é possível verificar um comportamento dúctil tanto nas placas que não sofreram envelhecimento como nas placas envelhecidas, fato que
é explicado pela adição das pozolanas à matriz, gerando neste caso, uma eliminação total do hidróxido de cálcio e mantendo as propriedades de reforço das fibras por um período de tempo maior.
Absorção de água
Silva et. al. (2010) complementaram os estudos realizados em 2009, citados no item anterior, avaliando a retração e a estanqueidade das placas produzidas com fibra de sisal. Para a realização das análises utilizaram placas planas e corrugadas, as quais passaram por processo de envelhecimento acelerado durante seis meses, a uma temperatura de 60ºC. Foi constatado que as fibras de sisal são fibras porosas, favorecendo o surgimento de caminhos de umidade na matriz, fato que contribuiu para a maior retração da matriz após a secagem. Quanto à estanqueidade foi verificado que as placas se apresentaram estanques, durante os sete dias de realização dos ensaios. Os autores atribuíram esses resultados ao fato das fibras naturais possuírem grande capacidade de absorção de água e à diminuição dos poros da matriz com o envelhecimento.
Islam (2011) realizou o estudo das matrizes reforçadas com fibras de aço e fibras de coco, com 30 mm de comprimento e adicionadas nas proporções de 0,5% e 1% do peso do cimento. O autor verificou, que os compósitos reforçados com fibra de coco apresentaram resistência à compressão e à flexão inferiores à fibra de aço e concluiu, que a consistência e resistência da matriz são comprometidas devido a absorção de água pelas fibras vegetais, corroborando com Silva et. al. (2010).
Chakraborty et al. (2013), também analisaram a influência da absorção de água em compósitos reforçados com fibra natural, neste caso a fibra de juta. Para realização do estudo foi utilizado o cimento comercial com adição de pozolana e adição de fibra de juta em relação ao peso de cimento (foram adicionados 1%, 2%, 3% e 4%), sendo as fibras cortadas com comprimento de 5 a 20 mm. As fibras de juta foram adicionadas de três formas: secas misturadas ao cimento (PS1), junto com a água (PS2) e após saturação das fibras (PS3). A tabela 5 mostra os resultados obtidos nos ensaios de consistência, com adição de 1% de fibra de juta, para os três casos.
Tabela 5. Ensaio de consistência
Matriz Consistência (mm) Sem adição de fibras 154±9
1% fibra PS1-5* 135±8
1% fibra PS2-5 127±9
1% fibra PS3-5 156±6
Obs.: *o número 5 após refere-se ao tamanho (mm) da fibra utilizada Fonte: adaptado Chakraborty et al., 2013.
A tabela 5 permitiu verificar que o modo como a fibra foi incorporada influenciou no ensaio de consistência, sendo que a matriz PS3 foi a que obteve melhor resultado. Devido a porosidade da fibra de juta, a água utilizada nas matrizes PS1 e PS2 foi absorvida pela fibra, reduzindo a consistência e afetando a trabalhabilidade. O mesmo foi observado para maiores teores de incorporação de fibras citados.
Dispersão e diâmetro
Wang et al. (2008) analisaram a influência da dispersão de fibras de carbono na matriz. Para o estudo foram utilizadas fibras curtas, com 5 mm de comprimento, 12% de sílica ativa e 0,03% de superplastificante, ambos em relação à massa de cimento. Na figura 8 é possível verificar a influência da dispersão das fibras no ensaio de compressão.
Fonte: adaptado WANG et al., 2008.
Na figura 8 (a) é apresentada uma matriz com boa dispersão das fibras e na figura 9 (b) é apresenta uma matriz com concentrações pontuais de fibras. Ao analisar o gráfico da figura 8 (a) pode–se verificar que a boa dispersão das fibras aumentou a resistência a compressão da matriz, sendo o ponto ótimo de adição deste tipo de fibra foi de 0,6%. Já no gráfico 8 (b), devido à baixa dispersão das fibras na matriz quanto maior o número de fibras adicionadas menor a resistência obtida devido à aglomeração das fibras, oferecendo reforço pontual à matriz.
Em 2012, Pereira-de-Oliveira et al. realizaram estudos com a incorporação de fibras de acrílico, verificando a influência do aumento do diâmetro da fibra e do modo de mistura da fibra, em busca de uma melhor distribuição na matriz. Com relação ao aumento do diâmetro da fibra foi verificado que influenciava na melhoria da resistência da matriz, devido ao aumento da área de contato entre a fibra e a matriz. Quanto à realização da mistura a seco da fibra com os outros constituintes da argamassa foi verificado uma melhor homogeneidade da matriz, ou seja, uma melhor dispersão das fibras e, consequentemente, melhor resposta aos esforços exercidos na matriz, corroborando com o estudo de Wang et al. (2008).
Aderência fibra-matriz e estabilidade química
Em 2010, Ikai et al. apresentaram um estudo realizado pela empresa Brasilit com as fibras de polipropileno (PP) e de álcool polivinílico (PVA) visando substituir a fibra de amianto em sua linha de produção. As fibras de PVA são bastante utilizadas em substituição ao amianto, porém, devido ao seu custo elevado, optou-se por produzir uma fibra de polipropileno com um menor caráter hidrofílico e mais resistente, sendo que para isso, as fibras de (PP) receberam tratamento superficial com resinas, que melhoraram a aderência da fibra com a matriz.
Foram produzidas placas onduladas e após a etapa de produção, as placas foram submetidas a um ensaio de impacto, sendo que as placas com polipropileno foram as únicas que resistiram. Também foram produzidos painéis, classificados conforme a ISO 8336:1933 Fiber cement flat sheet na categoria A3/B3 (uso interno e externo), com resistência à flexão de 12 MPa e 8 MPa, para as placas no estado em equilíbrio e saturado, respectivamente. Segundo os mesmos autores a linha de produção já
adota a fibra de polipropileno em substituição ao amianto, por se tratar de um material barato quando comparado ao custo das fibras de PVA e por apresentar, além da boa aderência fibra-matriz atingida, boa estabilidade química.
Estudos realizados com a fibra de vidro
Na bibliografia pesquisada observou-se que as fibras de vidro foram utilizadas picadas, moídas ou na forma contínua e, normalmente, como substituto parcial do cimento ou adicionados a matriz.
Majundar (1974) realizou a análise da interação entre a fibra de vidro e a matriz cimentícia por um período de dois anos. Foram analisados o comportamento da fibra de vidro convencional (E-glass) e da fibra de vidro álcali–resistente (AR), sendo que ambas possuíam comprimento de 34 mm. A matriz analisada era composta por 60% de cimento, 40% de cinza volante e 4% de fibra, em relação ao volume da mistura. O referido autor concluiu que apesar da adição da pozolana, a fibra de vidro E-glass é atacada quimicamente pelo meio alcalino gerado na hidratação do cimento e o material produzido com esse tipo de fibra apresentou menor resistência à absorção de impactos e ruptura, quando comparado à fibra AR.
Litherland et al. (1984) estudaram a fibra de vidro AR, analisando o seu comportamento em meio alcalino por um período estimado de 20 a 30 anos, realizando o ensaio de envelhecimento acelerado. Como resultado final foi confirmado que apesar da fibra ser considerada álcali-resistente, ocorre perda da resistência da fibra devido a ação do tempo e do meio alcalino.
Devido às constatações de degradação das fibras de vidro, estudos focando a modificação da matriz através de adições, como as pozolanas, tem sido realizados visando reduzir a alcalinidade.
Marikunte et al. (1997) observaram a influência de adições, como o metaculim e a sílica ativa, em uma matriz cimentícia reforçada com 5% de fibra de vidro (em relação ao peso total do composto). Os corpos de prova foram analisados nas idades de 28 dias em cura padrão (ambiente com temperatura de 20ºC e umidade relativa de 100%)
e, nas idades de 28 e 84 dias, em condição de umidade (imersos em água à temperatura de 50ºC). As figuras 9 e 10 mostram os resultados obtidos nos ensaios.
Figura 9 - Resistência à flexão (MPa)
Fonte: adaptado MARIKUNTE et al., 1997.
* CRFV: Concreto Reforçado com Fibra de Vidro ou GRFC (Glass Fiber Reinforced Concrete).
Figura 10 - Resistência à tração (MPa)
Fonte: adaptado MARIKUNTE et al., 1997.
A análise das figuras 9 e 10 permite verificar que apenas a incorporação das fibras sem a presença de adições pozolânicas melhora significativamente o comportamento à flexão e à tração da matriz cimentícia, quando comparada a matriz referência, porém, não garante a durabilidade das fibras e com isso as resistências tendem a diminuir com o envelhecimento.
Quanto às adições, pode-se concluir que o metacaulim, conferiu um melhor comportamento à matriz para resistir aos esforços após o envelhecimento. Já a adição da sílica ativa não melhorou o comportamento do composto com o envelhecimento e tal fato pode ter ocorrido devido ao tamanho das partículas (<1,0 µm), que pode ter ocupado os espaços intersticiais das fibras gerando a fragilização das fibras e, consequentemente, da matriz.
Peruzzi (2002) realizou estudo da incorporação de fibra de vidro convencional em matriz cimentícia modificada com látex estireno-butadieno e sílica ativa (10% de substituição, em massa, de cimento). Foi analisado o comportamento das matrizes produzidas com os cimentos CP II E 32, CP III e CP V ARI e incorporação de 2% de fibra de vidro contínua (em relação ao volume de argamassa). Nas matrizes sem modificação foi verificado que após ensaio de envelhecimento acelerado as matrizes com cimento CP II E 32 e o CP III apresentaram melhor desempenho no ensaio de resistência à compressão axial, quando comparado ao CP V ARI. Foi verificado uma elevação na resistência à compressão de 9,3%, 5,4% e 0,6% para os cimentos CP II E 32, CP III e CP V ARI, respectivamente. Para o ensaio de compressão diametral todas as matrizes sem modificação apresentaram redução na resistência. O autor também verificou aumento no módulo de ruptura à flexão da matriz com CPIII e fibras. Com relação às modificações das matrizes foi verificado que a matriz CPIII com adição de sílica apresentou melhor comportamento nos dois ensaios de compressão (axial e diametral) e de resistência à flexão. Com estes resultados, Peruzzi (2002) concluiu que o cimento CP III é o mais indicado para produzir a matriz a ser reforçada com fibra de vidro e afirmou que este comportamento ocorre pelo fato do CP III conter uma grande quantidade de escória granulada de alto forno em sua composição, cerca de 35% a 70%, em substituição ao clínquer, ocasionando uma redução na produção de Portlandita durante a hidratação do cimento. Já o cimento CP II E é um cimento que pode ser considerado intermediário, também por conter escória granulada em
substituição ao clínquer, na faixa de 6 a 54% e o CP V foi considerado o mais desfavorável pois é composto quase que totalmente por clínquer moído, produzindo uma maior quantidade de hidróxido de cálcio [Ca(OH)2].
Em 2007, o mesmo autor, realizou estudos com a fibra de vidro convencional encontrada no mercado e com a fibra de vidro AR (álcali-resistente) e constatou que ambos os dois tipos de fibra sofrem degradação de suas propriedades mecânicas, sendo o ataque à fibra AR mais lento, confirmando Litherland et al. (1984).
Payá et al. (2007), Enfedaque et al. (2010) e Sujivorakul et al. (2011) também realizaram estudos com adições pozolânicas como a sílica ativa, o metacaulim, a cinza volante e a cinza de casca de arroz, visando conferir melhor durabilidade e resistência mecânica. Os autores concluíram que as adições pozolânicas melhoraram a resistência à compressão e à flexão da matriz, principalmente após os ensaios de envelhecimento acelerado corroborando com os outros estudos realizados com adições comentados anteriormente. Enfedaque et al. (2010) concluíram ainda que com a adição de material pozolânico, a matriz tornou-se mais compacta favorecendo a redução da absorção de água. Mesmo com estudos realizados na área comprovando a maior durabilidade da fibra de vidro AR, Peruzzi (2002) afirmou que o estudo da incorporação da fibra de vidro convencional em argamassas e concretos é interessante devido ao custo reduzido da fibra, cerca de três vezes menor que o valor da fibra AR.
Jamishidi et al. (2011) em seu trabalho visando realizar a substituição da fibra de asbesto, fez estudos com a incorporação da fibra de vidro para avaliar se seria um substituto adequado ao asbesto. Para produção do material foram adicionadas fibras de vidro com 6 mm de comprimento e misturadas a matriz (dispersa) durante o processo de preparação da massa. O resultado final foi satisfatório e o material cimentício reforçado com fibra de vidro apresentou um melhor desempenho à flexão e módulo de ruptura maior, ao ser comparado com o material produzido com a fibra de asbesto.
O mesmo autor afirmou ainda que a fibra de vidro é uma fibra inorgânica e com tenacidade similar à fibra de asbesto, possuindo alta resistência, elevada capacidade
de suporte de carga e boa aderência à matriz cimentícia. Apesar dos bons resultados, vale ressaltar, que para este estudo Jamishidi et al. (2011) não realizou a análise da degradação da fibra, como realizado por Peruzzi, nos anos de 2002 e 2007 e, portanto, não serve de parâmetro quanto a durabilidade.
Estudos realizados com lã de vidro
Borges (2007), realizou a incorporação de lã de vidro em concreto. O resíduo foi estudado na forma de adição e substituição do cimento, nas frações de 2,5%, 5%, 7% e 10%, na forma de in natura ou pulverizado. O referido autor constatou que a melhor forma de incorporação do resíduo de lã de vidro é na forma pulverizado. Os melhores resultados com relação a resistência à compressão e trabalhabilidade foram obtidos ao realizar a substituição de 2,5% de resíduo, porém, com a adição foi verificado que quanto mais lã pulverizada é adicionada melhor a resistência obtida. Todas essas observações podem ser analisadas na figura 11 abaixo.
Figura 11 - Comparativo das resistências médias à compressão x idade
PS - Traços com resíduo pulverizado em substituição ao cimento; NS - Traços com resíduo natural em substituição ao cimento; PA - Traços com resíduo pulverizado adicionado ao cimento. Fonte: adaptado BORGES, 2007.
Borges (2007), ainda verificou que na idade de 28 dias ocorria uma melhoria na resistência à compressão e sugeriu que tal melhora pode ter ocorrido devido a pozolanicidade do resíduo de lã de vidro. Em 2011, Evangelista afirmou que a avaliação até a idade utilizada por Borges (2007) não pode ser considerada uma idade
de cura conclusiva para avaliar a influência do envelhecimento da matriz na variação da resistência mecânica do material. Com isso, Evangelista (2011) realizou estudo com o resíduo lã de vidro, visando verificar seu caráter pozolânico e o comportamento do resíduo de lã de vidro em matriz cimentícia produzida com o CP III e o CP V ARI, baseando-se no estudo de Peruzzi (2002).
Com relação ao cimento e à questão da pozolanicidade, Evangelista (2011) concluiu que o reforço com o resíduo de lã de vidro apresentou maior eficiência na matriz com cimento CP III, corroborando com o estudo realizado por Peruzzi (2002) e que a lã de vidro não possui comportamento pozolânico, como sugerido por Borges (2007). A resistência em idades avançadas, ocorre devido ao resíduo lã de vidro possuir alta concentração de óxido de cálcio e o cimento CP III possuir como componente a escória de alto forno. A cal é um ativador da escória de alto forno e devido a essa reação ocorre a melhora da resistência mecânica ao longo das idades.
Na figura 12 é possível analisar o desempenho da matriz com CP III e com CP V ARI no ensaio de resistência à compressão simples do material. Os ensaios foram realizados na idade de 91 dias, sendo verificado que as matrizes produzidas com cimento CP V ARI, com a substituição de 25% e 35% do cimento pelo resíduo, obtiveram respectivamente, 82% e 69% da resistência à compressão da argamassa de referência. Ao analisar o comportamento das matrizes com cimento CP III verifica-se melhor deverifica-sempenho, uma vez que, com as mesmas substituições de cimento citadas, foram obtidos, respectivamente, valores equivalentes à 88% e 73% da resistência à compressão da matriz de referência (sem fibras).
Fonte: adaptado EVANGELISTA, 2011. * RLV: resíduo de lã de vidro.
Figura 12 - Desempenho comparativo em relação às resistências das argamassas, de referência e com substituição, aos 91 dias
Quanto ao mesmo estudo realizado em concreto, Evangelista (2011) justificou que a incorporação e a substituição não apresentaram diferença na resistência do concreto devido a existência do agregado graúdo, que já confere resistência ao material.
Nos estudos analisados foi verificado que a fibra e a lã de vidro não apresentaram características pozolânicas quando utilizadas em substituição/adição ao volume de cimento, por este motivo, no presente trabalho optou-se em realizar o estudo da substituição parcial da fração fina de areia pelo resíduo de lã de vidro.
4 METODOLOGIA
O programa experimental realizado buscou verificar a viabilidade técnica da incorporação do resíduo de lã de vidro na produção de placas cimentícias. Os procedimentos experimentais relacionados a este trabalho foram realizados no Laboratório Bioagri Ambiental e nos Laboratórios de Materiais Cerâmicos, de Concreto e de Ensaios Mecânicos Destrutivos do Instituto Federal do Espírito Santo – Campus Vitória (IFES).
4.1 ESQUEMA DAS ATIVIDADES DESENVOLVIDAS
A figura 13 mostra o esquema da metodologia adotada na produção de placas cimentícias e os ensaios realizados.
Legenda:
CP’s: Corpos de prova
Fonte: Elaborado pela autora, 2015.
4.2 PRODUÇÃO DA ARGAMASSA
Por se tratar de um trabalho amplo e com diversos experimentos, a pesquisa foi dividida em duas etapas. Na primeira etapa, Vieira (2014), estudou a incorporação do resíduo de lã de vidro, na forma de fíler, em substituição parcial à fração fina do agregado miúdo em argamassas. Foram produzidos traços com teores de incorporação de 20%, 40%, 60%, 80% e 100% de resíduo de lã de vidro e, para identificar o traço de melhor desempenho, foi realizada a comparação dos traços produzidos com um traço de referência (sem resíduo).
Para verificar o comportamento da argamassa a ser utilizada na produção das placas cimentícias foram realizados os ensaios apresentados na tabela 6.
Tabela 6 - Ensaios realizados na argamassa
Norma Ensaio
ABNT NBR 7215:1997 Cimento Portland - Determinação da resistência à compressão. ABNT NBR 7222:2011 Concreto e argamassa - Determinação da resistência à tração por
compressão diametral de corpos de prova cilíndricos. ABNT NBR 9779:2012 Argamassa e concreto endurecidos - Determinação da absorção de
água por capilaridade.
ABNT NBR 15577-4:2009 Agregados - Reatividade álcali-agregado. Parte 4: Determinação da expansão em barras de argamassa pelo método acelerado. Fonte: Elaborado pela autora, 2015.
Para a produção da argamassa foi adotado o traço 1:3 (cimento: areia) e a relação água/cimento de 0,48, conforme especificado pela ABNT NBR 7215:1997.
Os materiais utilizados para a preparação da argamassa foram: areia proveniente do Rio Doce, cimento Portland Nassau CP III 40 RS, água fornecida pela concessionária de abastecimento local (CESAN), resíduo de lã de vidro e aditivo (hiperplastificante do tipo Glenium 61) cedido pela empresa CONCREVIT.
