CONCRETOS DA CONSTRUÇÃO CIVIL COM ADIÇÕES DE TERMOFIXOS
A.C. de Oliveira(1), V.V. Lemos(1); C.M. Lupianez(1); A.S.F. Siqueira(1); A.C. Leal Jr.(1); R. H .F. Grillo(2); S. C. Maestrelli(1);
(1) Universidade Federal de Alfenas (UNIFAL – MG), Campus de Poços de Caldas Rodovia José Aurélio Vilela, 11999, Cidade Universitária, BR 267, km 533
CEP 37715- 400, Poços de Caldas – MG oliveira.anacarolina19@gmail.com (2) Instituto Federal do Sul de Minas, Pouso Alegre - IFSULDEMINAS
RESUMO
Polímeros termofixos apresentam dificuldade na quebra de sua cadeia carbônica, tornando difícil sua reciclagem, ocasionando seu acúmulo e/ou descarte no meio ambiente. Esse trabalho investigou o reaproveitamento de termofixos na formulação de concretos. Após coleta em cooperativa de reciclagem, lavagem e moagem em moinho de facas, foi realizada a curva de distribuição granulométrica via peneiramento; determinando-se que o polímero seria inserido como agregado miúdo; a técnica de DSC comprovou que a maior parte do polímero é constituído de poliestireno. Corpos substituindo-se 25% e 50% do agregado miúdo da formulação padrão por termofixo foram caracterizados via abatimento (Slump Test) e resistência à compressão aos 7, 14 e 28 dias. Os resultados, comparados com uma formulação padrão, apresentaram menor resistência mecânica, havendo tendência à segregação com o aumento de polímero na massa. Contudo, mesmo com resultados inferiores, as propriedades dos concretos obtidos com adição de polímero estão dentro das normas da ABNT.
Palavras-chave: Concretos, Método Vicat, Slump test, Polímeros, Termofixos INTRODUÇÃO
A reciclagem de materiais poliméricos termoplásticos tem aumentado nos últimos tempos. No ano de 1996 foi estimado um crescimento médio de 15% ao ano desde o início da década, tendo atingido em 2000 um índice de 17,5% (1). Segundo Canevarolo(2), os polímeros termofixos, após formação de ligações em rede, se expostos novamente a aumentos de temperatura e pressão não sofrerão mais
influências, pois se tornam infusíveis, insolúveis e não recicláveis por fusão.
Uma alternativa para o termofixo seria reciclagem química ou energética. A reciclagem química busca reações com algum solvente ou ainda a queima para se obter produtos químicos e até mesmo reconstruir o polímero. A reciclagem energética consiste em utilizar o termofixo para obtenção de energia pelo calor através da sua combustão(3). Entretanto, a queima dos mesmos pode gerar produtos tóxicos, causando sérios problemas ambientais e, nesse sentido, nem sempre essa reciclagem torna-se viável sob o ponto de vista ambiental, o que ocasiona o acúmulo e/ou descarte destes materiais no meio ambiente – caso de carcaças de computadores e celulares, cabos de frigideiras e revestimentos de pisos industriais e decorativos.
O concreto da construção civil é um compósito, sendo formado por agregados particulados (reforço) dispersos em um meio aglomerante contínuo, denominado matriz, cuja característica é de estar presente em maior quantidade. A matriz é composta por cimento hidráulico, água e partículas finas; os agregados são constituídos por diversas granulometrias mais grosseiras, as quais apresentam diversas origens, como por exemplo, a areia natural, brita, pedregulho, pedriscos, escórias de alto forno, entre outros. De acordo com Mehta e Monteiro(4), o concreto é o material de construção mais utilizado; estima-se que seu consumo atual no mundo seja da ordem de 11 bilhões de toneladas métricas ao ano; em alguns países, esse consumo, quando comparado com o aço, chega a ser de dez para um.
Desse modo, esse trabalho investigou o efeito da adição de termofixos em massas de concreto de construção civil e, posteriormente, analisou se o produto obtido segue as especificações mínimas para aplicação de acordo com as normas da ABNT.
MATERIAIS E MÉTODOS Matérias Primas
Para a fabricação dos concretos foram utilizadas as seguintes matérias primas: Cimento tipo CPII E 32 Holcim;
Pó de brita, como agregado miúdo ou matriz, da região de Poços de Caldas (sem fornecedor específico);
Brita 1 (com dimensões máximas de 19 mm), como agregado graúdo, da região de Poços de Caldas (sem fornecedor específico);
Aditivos superplastificantes de terceira geração de nome comercial Glenium 51 do fabricante Basf S.A., cujas características em relação à base química, são classificados como éter policarboxílico, densidade variável de 1,067 a 1,107 g/cm3;
Polímero termofixo oriundo de uma cooperativa de reciclagem da região de Poços de Caldas – MG (cooperativa Ação Reciclar).
Metodologia
Após coleta e limpeza dos termofixos, estes foram inicialmente quebrados através de uso de marreta e então, já em pedaços menores, moído em moinho de facas no DEMa, UFSCar. Para identificação do tipo de termofixo realizou-se ensaio de DSC (execução realizada na empresa M&G, de Poços de Caldas). Determinou-se também a curva de distribuição granulométrica via peneiramento, Determinou-sendo esta última caracterização realizada em triplicata para saber em qual fração da formulação o polímero entraria, se como agregados tipo brita 1 ou brita 2.
Com base em uma formulação padrão de um concreto desenvolvida e otimizada por Grillo(5), foram produzidos corpos de prova (5 para cada formulação) sem e com a adição deste termofixo. nas proporções 25%, 50% e 75%.
A caracterização das peças produzidas foi realizada através dos ensaios de determinação do abatimento (Slump Test), determinação do tempo de início de pega, fim de pega e tempo em aberto (método Vicat) e resistência mecânica à compressão aos 7, 14 e 28 dias. O concreto com o termofixo foi então analisado e comparado às propriedades do concreto não modificado (formulação padrão).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
As Tabela 1 e Figura 1 mostram os resultados do ensaio de distribuição granulométrica do polímero termofixo, realizada seguindo o método para a determinação da composição granulométrica de agregados miúdos e graúdos para concreto, de acordo com a norma NBR NM 248:2001. O ensaio foi realizado em triplicata, com amostras de 1kg cada.
Tabela 1: Média dos resultados do ensaio de distribuição granulométrica. Malha Massa Retida (g) Massa acumulada (g) % Retida % Acumulada
9,5 0 0 0 0 6,35 0 0 0 0 4,75 0,37±0,21 0,37±0,21 0,04±0,02 0,04±0,02 2,36 389±83 389±83 38,9±8,3 38,9±8,3 1,18 527±73 916,3±11 52,7±7,3 91,63±1,13 0,6 60,8±8,6 977,1±2,9 6,08±0,86 97,71±0,29 0,3 13,83±1,55 980,93±1,88 1,38±0,16 99,09±0,19 0,15 4,03±0,55 994,97±1,33 0,40±0,06 99,50±0,13 Fundo 1,2±0,2 996,17±1,16 0,12±0,02 99,62±0,12
Figura 1: Curva de Distribuição Granulométrica do polímero moído.
Pôde-se constatar, de acordo com a norma NBR 7211:2009 e os ensaios realizados, que o polímero termofixo se encaixa na parte de agregado tipo brita 2 do concreto, cujas partículas passam pela peneira de malha de 4,75 mm de abertura.
O laudo emitido pela M&G, com relação ao ensaio de DSC realizado para identificação dos polímeros coletados na cooperativa, indicou a presença de três
cores diferentes de resíduos e as respectivas temperaturas de transição vítrea (Tg), indicados na Tabela 2. Pelos valores de Tg obtidos (Figura 2), a amostra tem características de Poliestireno, cujo valor de literatura situa-se entre 90 e 110°C.
Tabela 2: Resíduos identificados no material coletado da cooperativa Cor do resíduo DSC Tg (°C)
Transparente 96,94
Preto 97,44
Cinza 96,15
Figura 2: DSC dos resíduos transparente (imagem superior esquerda), preto (superior direita) e cinza (inferior central)
A Tabela 3 apresenta os resultados dos ensaios de abatimento (Slump Test) e de resistência mecânica à compressão aos 7, 14 e 28 dias para os corpos de prova com 25% e 50% de substituição do agregado miúdo de sua composição por
polímero termofixo. Além disso, faz uma comparação destes resultados com os obtidos para os corpos de prova tomados como referência.
Tabela 3: Resultados dos ensaios de abatimento (Slump Test) e resistência mecânica à compressão aos 7, 14 e 28 dias.
Referência 25% de substituição 50% de substituição Peso (ton) Resistência Mecânica (MPa) Peso (ton) Resistência Mecânica (MPa) 7 dias 54,80 23,31 29,68 15,41 19,62 44,27 24,61 31,33 14,65 18,65 44,75 21,48 27,35 12,01 15,29 52,57 23,50 29,92 15,63 19,90 50,04 24,79 31,56 12,89 16,41 14 dias 55,99 29,77 37,90 13,54 17,24 45,32 22,21 28,28 15,78 20,09 52,48 21,48 27,35 15,87 20,21 53,30 20,66 26,31 13,45 17,13 54,51 31,70 40,36 18,56 23,63 28 dias 58,79 31,67 40,32 16,68 21,24 58,00 29,63 37,73 17,31 22,04 58,68 30,56 38,91 16,93 21,56 54,80 31,63 40,27 20,65 26,29 57,36 33,95 43,23 18,93 24,10 Slump Test 16,2 cm 20,3 cm 18,5 cm
A Figura 3 a seguir mostra graficamente os resultados de resistência mecânica à compressão aos 7, 14 e 28 dias para os corpos de prova sem adição de termofixo e com 25% e 50% de substituição do agregado miúdo por termofixo em sua composição.
Figura 3: Gráfico de barras ilustrando a resistência à compressão em relação à quantidade de termofixo adicionado ao concreto.
Foi possível observar, para todas as composições investigadas o aumento da resistência mecânica do concreto com o passar dos dias, em função do processo de hidratação do cimento, o que já era esperado. Nota-se ainda que, à medida em que se adiciona o polímero na massa de concreto há uma diminuição da resistência mecânica nos corpos de prova.
Para 25% de substituição, observou-se a tendência do termofixo subir à superfície do concreto; este comportamento é mais fortemente evidenciado na formulação com 50% de substituição. A segregação observada também compromete a resistência mecânica final do corpo de prova.
Apesar dos problemas apresentados, os valores obtidos, tanto para o ensaio Slump Test como de resistência mecânica encontram-se dentro das exigências da
norma ABNT. Torna-se necessário, contudo, um estudo mais detalhado relacionado ao empacotamento de partículas para melhorar a qualidade do concreto.
CONCLUSÕES
A adição de polímeros termofixos em massas de concretos mostrou-se viável, uma vez que as propriedades mensuradas estão em concordância com a norma da ABNT. Todavia, para uma otimização das massas, um estudo mais detalhado envolvendo a distribuição de tamanho de partículas se faz necessário visando a melhoria do produto.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à FAPEMIG pelo apoio a esta pesquisa.
REFERÊNCIAS
(1) SPINACÉ, M.; DE PAOLI, M. A Tecnologia da Reciclagem de Polímeros. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/qn/v28n1/23041>. Acesso em: 8 jul. 2015. (2) CANEVAROLO, S. V. Ciência dos Polímeros. 2. ed. São Paulo: Artliber, 2006. (3) MANCINI, S. D et al. Desafios e Potencialidades da Reciclagem de Plásticos Termofixos. Disponível em: <http://www.cabo.pe.gov.br/pners/CONTEÚDO DIGITAL/RECICLAGEM/RECICLAGEM DE PLÁSTICOS TERMOFIXOS.pdf>. Acesso em: 28 out. 2015.
(4) MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: Microestrutura, Propriedades e Materiais. 2a ed., São Paulo. IBRACON, 2008. 674p.
(5) GRILLO, R.H.F. Estudos da influência de aditivos redutores de água em concretos da construção civil.2014. 73 f. Tese (Mestrado) –Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, 2014.
CIVIL CONCRETE WITH THERMOSET POLYMERS ADDITIONS
ABSTRACT
Thermoset polymers present difficulties on the breaking of their carbon chain, making it difficult the recycling, leading to accumulation and/or disposal on the environment. This paper investigated the reuse of thermoset polymers on the formulation of concretes. After the gathering in recycling cooperatives, washing and milling in slicer, it was made the granulometric distribution curve by sizing, determining that the polymer would be inserted as small aggregate; the DSC technique confirmed that most of the polymer is constituted of polystyrene. Slump test and compression resistance after 7, 14 and 28 days characterized samples substituting 25% and 50% of the small aggregate on the standard formulation by thermoset polymer. The results, when compared to a standard formulation, presented smaller mechanical resistance, and a tendency of segregation with the increase of polymer in the formulation. However, even though the results were inferior, the properties of the concretes with addition of polymer are in accordance with ABNT standards.
