AVALIAÇÃO DE COMPÓSITOS CONSTITUÍDOS DE GESSO, CAL HIDRATADA, FLUIDO DE CRAQUEAMENTO CATALÍTICO (FCC) E
BORRACHA DE PNEUS
P. M. TAKAKI
Universidade Estadual Paulista – FCT/UNESP, Presidente Prudente C. F. Fioriti
Universidade Estadual Paulista – FCT/UNESP, Presidente Prudente J. Payá
Universidad Politécnica de Valencia – UPV, Valencia, Espanha L. M. Pagoto
Universidade Estadual Paulista – FEIS/UNESP, Ilha Solteira L. H. L. D. Matos
Universidade Estadual Paulista – FEIS/UNESP, Ilha Solteira N. Y. Tsutsumoto
Instituto Federal de São Paulo – IFSP, Campus Avançado de Ilha Solteira C. A. Sakamoto
Universidade Estadual Paulista – FEIS/UNESP, Ilha Solteira F. A. Spósito
Universidade Estadual Paulista – FEIS/UNESP, Ilha Solteira
Rua Roberto Simonsen, nº 305, Centro Educacional, CEP: 19060-900, Presidente Prudente/SP, e-mail: fioriti@fct.unesp.br
RESUMO
Neste trabalho foi verificada a influência da incorporação da borracha de pneus de granulometria passante na peneira de abertura de malha #1,19 mm, em teores de incorporação de 3%, 5% e 10% em massa, na confecção de compósitos constituídos de gesso, cal hidratada e pozolana de fluido de craqueamento
densidade de massa, resistência à tração na flexão, resistência à compressão e módulo de elasticidade na compressão. Os resultados indicaram que o compósito FCG-3% (incorporação de 3% de borracha de pneus) apresentou melhores resultados, tendo desempenho mais próximo ao FCG-Controle. Por fim, considera-se, inicialmente, que os compósitos produzidos apresentam potencialidade, evidenciando sua contribuição como material alternativo de construção que favorecem, por exemplo, a leveza do material para a produção de chapas de interiorização de ambientes (forros e paredes divisórias).
Palavras-chave: matriz de gesso, cal, pozolana, borracha de pneus.
INTRODUÇÃO
No que diz respeito aos resíduos da indústria automobilística, os pneus tem grande impacto neste cenário. O processo de recauchutagem é uma das possibilidades para prolongar a vida útil do pneu produzido, entretanto ainda assim gera resíduos de borracha em forma de fibras e pó que são pouco explorados e, assim como os pneus inteiros, estão relacionados a problemas ambientais e de saúde como incêndios e desenvolvimento de vetores de doenças como o mosquito Aedes aegypti, responsável pela transmissão do vírus da dengue, chikungunya e zika.
A produção do compósito resultante da combinação entre cal e pozolana com a incorporação de gesso tem como objetivo tornar este último o catalizador do sistema cal/pozolana, de modo a acelerar as relações pozolânicas com o objetivo de se obter maiores resistências em tempos mais curtos. As reações químicas proporcionadas pela combinação destes materiais contribuem com o aumento da quantidade de cal fixada, a qual está diretamente relacionada com as resistências mecânicas dos corpos de prova.
A mistura de cal e pozolana é utilizada como material cimentante desde o império romano; estas pozolanas eram principalmente de origem vulcânica. O uso da cal com argila calcinada (cal hidratada) foi a precursora da invenção do cimento Portland, que apresenta tempo de endurecimento menor que o sistema cal/pozolana. As pozolanas permanecem sendo utilizadas para a fabricação da indústria de concreto devido a considerações tecnológicas, econômicas e ambiental
(PAYÁ et al., 2003).
O resíduo proveniente do processo de fluido de craqueamento catalítico (FCC) de refinarias de petróleo é um material pozolânico que apresenta uma elevada atividade pozolânica em pastas de cimento e cal (PAYÁ et al., 2004).
Diante do exposto, foi verificada a influência da incorporação da borracha de pneus de granulometria passante na peneira de abertura de malha #1,19 mm, em teores de incorporação de 3%, 5% e 10% em compósitos constituídos de gesso, cal hidratada e FCC, sendo esta mescla doravente denominada de FCG.
MATERIAIS E MÉTODOS
A borracha proveniente do processo de recauchutagem de pneus de caminhões utilizada, tem granulometria passante na peneira de abertura de malha #1,19 mm (ABNT NBR 248:2003), apresenta forma alargada, do tipo fibra, densidade absoluta de 1,15 g/cm e densidade aparente de 0,33 g/cm³ (ABNT NBR 52:2009).
Foi utilizado gesso de construção tipo B1, sem aditivos (CSN EN-13279-1:2008), como reagente do sistema cal/pozolana. Este gesso permite resistência a tração na flexão maior que 2 MPa a 28 dias, apresenta índice de pureza maior que 75%, granulometria entre 0 e 1 mm, densidade de 2,57g/cm³, pH maior que 6 e cor branco pálido.
A cal utilizada foi a comercial tipo CL90 (CSN EN-13279-1:2008), este material apresenta índice de pureza em hidróxido cálcico de 80%, granulometria de 48 μm, densidade de 2,24 g/cm³ e cor branca pura.
O FCC apresenta cor branca acinzentado, diâmetro médio das partículas entre 19-72 μm. A composição química do FCC mostrou ser 48,2% de silício e 46% de óxidos de alumínio, em massa. Os outros componentes principais foram Fe2O3, 0,95%; Na2O, 0,50% e perda de ignição, 1,50%.
Também foi utilizado nos compósitos superplastificante destinado, principalmente, para a produção de concreto na pré-fabricação. Este produto em compósitos cimentícios oferece redução da quantidade de água de amassamento, além de permitir altas resistências inicias e diminuir o processo de
carbonatação. O superplastificante apresenta aspecto líquido e cor marrom amarelado, sua densidade é de 1,09 kg/l e seu pH está entre 4,0 e 5,0.
Compósitos produzidos
Foi utilizada a composição 1:1 em massa dos materiais secos (cal-pozolana) e substituição de 40% em massa de gesso. Considerando resultados de pesquisas com borracha de pneus, em que os teores de incorporação variaram de 3% a 15% (TRIGO et al., 2005; KAZMIERCZAK et al., 2000), a incorporação utilizada foi de 3%, 5% e 10%, em massa. Assim, um total de quatro compósitos foi produzido, sendo que um compósito não teve a incorporação da borracha – denominado FCG-Controle – pois serviu de parâmetro de comparação.
A relação água/sólidos utilizada foi de 0,50. A quantidade de superplastificante adicionado para os compósitos foi de 1%, ambos em massa.
Ensaios do programa experimental
Foi realizada a densidade de massa de acordo com a norma ABNT NBR 9778-2:2009). Resistência à tração na flexão e resistência a compressão, ambos como requerido pela norma ABNT NBR 13279:2005) e módulo de elasticidade na compressão conforme Bastos et al. (2002). Todo o programa experimental foi realizado aos 7 e 28 dias, nas dependências do Laboratório de Materiais de Construção, do ICITECH – Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón, da Universitat Politècnica de Valencia, Espanha.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Densidade de massa
Em geral, a densidade de massa dos compósitos com borracha de pneus diminui com o aumento do teor de incorporação, fato este relacionado com a baixa densidade das partículas de borracha. A elevação do teor de incorporação de borracha aumenta a existência de pequenas camadas de vazios ao redor das partículas, o que também contribui com a redução da densidade de massa dos compósitos produzidos, situação que também é apresentada pelo gesso simples com este tipo de incorporação realizado em corpos de prova prismáticos (PINTO et
al., 2016). Os resultados obtidos nesse ensaio podem ser observados na Figura 1.
Figura 1. Resultados da densidade de massa.
Conforme a Figura 1, apenas o FCG-3% aos 28 dias de idade apresentou resultado de densidade de massa maior que o obtido pelo compósito FCG-Controle na mesma idade, sendo este 0,67% maior, todos os demais apresentaram redução da densidade quando comparado ao FCG-Controle. A incorporação FCG-3% apresentou médias de 1,61 g/cm³, 1,55 g/cm³ e 1,52 g/cm³ no estado fresco, aos 7 e 28 dias, respectivamente, correspondendo a reduções de 1,62%, 0,34% e 0,67%. Para os mesmos estados e idades, o FCG-5% apresentou médias de 1,59 g/cm³, 1,53 g/cm³ e 1,41 g/cm³, respectivamente (reduções de 2,75%, 1,25% e 0,75%), enquanto o FCG-10% apresentou 1,55 g/cm³, 1,46 g/cm³ e 1,41 g/cm³, correspondendo às maiores reduções de densidade quando comparado ao compósito FCG-Controle, respectivamente de 5,39%, 5,96% e 6,22%.
Resistência à tração na flexão
No ensaio de resistência à tração na flexão a maior taxa de incorporação de borracha de pneus foi a menos eficiente, este resultado também condizente com o apresentado pelo gesso simples com incorporação de borracha utilizado na
produção de chapas para interiorização de ambientes (TAKAKI e FIORITI, 2016). Essa redução da resistência à tração na flexão pode estar relacionada com o aumento de vazios no interior do compósito que interfere no desempenho dos elementos cristalinos relacionados às resistências mecânicas. Os resultados obtidos nesse ensaio podem ser visualizados na Figura 2.
Figura 2. Resultados de resistência à tração na flexão.
Os resultados da Figura 2 indicaram uma diminuição da resistência à flexão quando comparado ao compósito FCG-Controle, variando de diminuições de 8,64% até 35,89%. As maiores diminuições foram apresentadas pelos compósitos FCG-10%, sendo de 35,89% aos 7 dias (1,95 MPa) e 31,68% aos 28 dias (2,61 MPa). Respectivamente para as mesmas idades, o FCG-3% apresentou diminuições de 13,83% (2,62 MPa) e 8,64% (3,49 MPa), enquanto FCG-5% demonstrou diminuições de 17,56% e 7,59%, equivalendo a resultados de 2,50 MPa e 3,53 MPa, respectivamente.
tração na flexão dos 7 aos 28 dias de idade: aumento de 41,01% na resistência aos 28 dias se comparado ao resultado apresentado aos 7 dias de idade. Os compósitos FCG-Controle, FCG-3% e FCG-10% apresentaram aumento percentual de 25,80%, 33,38% e 34,08% nesta propriedade, respectivamente.
Resistência à compressão
A Figura 3 apresenta os resultados de resistência à compressão, em que é possível observar que os compósitos com incorporação de borracha de pneus obtiveram resultados inferiores ao apresentado pelo compósito FCG-Controle, este comportamento foi semelhante ao apresentado pelo gesso simples com incorporação de borracha aos 7 dias de idade também realizados em corpos de prova prismáticos (PINTO et al., 2016; TAKAKI e FIORITI, 2016).
Assim como mencionado no ensaio de resistência à tração na flexão, este desempenho esta diretamente relacionado à maior formação de vazios causada pela incorporação do resíduo, uma vez que estes espaços podem ser mais facilmente comprimidos.
Os resultados de resistência à compressão dos elementos com FCC, conforme a Figura 3, indicaram que as incoporações da borracha acarretaram em pioras desta propriedade. Os resultados obtidos pelo FCG-3% foram de 12,01 MPa e 19,06 MPa (reduções de 11,04% e 13,90%); os obtidos por FCG-5% foram de 10,63 MPa e 16,82 MPa (reduções de 21,27% e 24,02%) e os obtidos por FCG-10% foram as maiores reduções: 9,51 MPa e 14,16 MPa (29,59% e 36,06%, respectivamente).
O compósito FCG-Controle apresentou o maior aumento de resistência ganho entre os 7 e os 28 dias de idade, aumento este de 63,99%, enquanto os compósitos com incorporação de 3%, 5% e 10% de resíduo apresentaram, respectivamente, aumentos de 58,71%, 58,26% e 48,92%.
Módulo de elasticidade na compressão
Conforme observado na Figura 4, assim como nos ensaios de resistência à tração na flexão e resistência à compressão, no que diz respeito ao módulo de elasticidade na compressão, os resultados obtidos pelos compósitos com a maior taxa de incorporação foram os mais baixos, também relacionados com a existência de maior número de vazios, os quais quando comprimidos, influenciam de forma menos elástica no desempenho do elemento.
Figura 4. Resultados de módulo de elasticidade na compressão.
No que diz respeito ao módulo de elasticidade na compressão, Figura 4, os resultados obtidos nos compósitos com incorporação da borracha também foram inferiores aos apresentados pelo FCG-Controle. O FCG-3% apresentou 876,30 MPa (redução de 5,31%) e 1107,97MPa (redução de 1,82%) quando comparado ao FCG-Controle. FCG-5% apresentou módulos de 838,99 MPa (redução de 9,34%) e 1061,84 MPa (redução de 5,91%). As maiores reduções ocorreram com FCG-10%, 761,77 MPa aos 7 dias (redução de 17,69%) e 1001,75 MPa aos 28 dias (redução de 11,24%).
O compósito FCG-10% apresentou o maior percentual de aumento do módulo de elasticidade entre as idades estudadas, percentual equivalente a 31,50%, enquanto o compósito FCG-Controle e as incorporações de 3% e 5% de resíduo apresentaram, respectivamente, um percentual de aumento de 21,95%, 26,44% e 31,50%.
Os compósitos produzidos mostraram, de modo geral, potencialidade de contribuir com um novo tipo de material alternativo que incorpora dois diferentes tipos de resíduos: a pozolana de fluido de craqueamento catalítico (FCC) e a borracha de pneus proveniente do processo de recauchutagem. Isso se deve a aspectos como:
(1) De modo geral, o FCG-Controle apresentou os melhores resultados. Dentre os compósitos com borracha de pneus, a incorporação de 3% demonstrou os melhores desempenhos nos ensaios e idades analisados;
(2) A taxa de incorporação de 10% apresentou diferenças e reduções mais consideráveis dentre os compósitos estudados, entretanto, se destaca por permitir a menor densidade dentre os compósitos avaliados;
(3) Na resistência à tração na flexão os maiores resultados apresentados pelos compósitos com incorporação de borracha foram obtidos pelo FCG-5%, o qual apresentou também maior aumento percentual desta resistência dentro do período analisado: aumento de mais de 40% na resistência neste intervalo;
(4) Dentre os compósitos com incorporação de borracha, o FCG-3% apresentou melhores resultados, tendo desempenho mais próximo ao FCG-Controle;
(5) O maior aumento percentual do módulo de elasticidade dentro do período avaliado foi apresentado pelo FCG-10%: aumento de mais de 30%, sendo este o compósito com incorporação de resíduo que apresentou a maior elevação desta propriedade no período.
Desta forma, o uso da borracha de pneus proveniente do processo de recauchutagem e o uso da pozolana em compósitos de gesso mostram potencialidade em contribuir com o desempenho do produto, podendo, por exemplo, favorecer na leveza do material para a produção de chapas de interiorização de ambientes (forros e paredes divisórias) e melhorar seu desempenho em alguns aspectos mecânicos, de forma a contribuir com o aumento da durabilidade do produto e, consequentemente, aumentar sua vida útil. Além disso, estas incorporações proporcionam uma destinação para resíduos que são acumulados em grande proporção atualmente.
AGRADECIMENTOS
FAPESP – Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, pela concessão da bolsa BEPE/IC à autora.
GQUIMA – Grupo de investigación en Química de Materiales de Construcción da Universitad Politècnica de Valencia/Espanha.
REFERÊNCIAS
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EVALUATION OF COMPOSITES CONSISTING OF PLASTER, HYDRATED LIME, CATALYTIC CRACKING FLUID (CCF) AND TIRES RUBBER
ABSTRACT
In this paper, the influence of the incorporation of the rubber of tires of granulometry was verified in the sieve of mesh opening #1,19 mm, in contents of incorporation of 3%, 5% and 10% in mass, in the confection of composites made of plaster , hydrated lime and pozzolan of catalytic cracking fluid (CCF), which were analyzed by means of laboratory tests of mass density, flexural tensile strength, compressive strength and modulus of elasticity in compression. The results indicated that the composite FCG-3% (incorporation of FCG-3% rubber tires) presented better results, having a closer to FCG-Control performance. Finally, it is initially considered that the composites produced have potential, evidencing their contribution as an alternative material of construction that favors, for example, the lightness of the material for the production of interior interiors (linings and partition walls).
