ANÁLISE DA INCORPORAÇÃO DE MATERIAIS POLIMÉRICOS EM CONCRETOS: UMA ALTERNATIVA PARA A DIMINUIÇÃO DO APORTE DE PLÁSTICOS NO AMBIENTE

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CENTRO UNIVERSITÁRIO CESMAC

PRÓ-REITORIA ADJUNTA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ANÁLISE DE SISTEMAS AMBIENTAIS

ELIAS ALVES FEITOSA JÚNIOR

ANÁLISE DA INCORPORAÇÃO DE MATERIAIS

POLIMÉRICOS EM CONCRETOS: UMA ALTERNATIVA

PARA A DIMINUIÇÃO DO APORTE DE PLÁSTICOS NO

AMBIENTE

Maceió-AL 2019

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ELIAS ALVES FEITOSA JÚNIOR

ANÁLISE DA INCORPORAÇÃO DE MATERIAIS

POLIMÉRICOS EM CONCRETOS: UMA ALTERNATIVA

PARA A DIMINUIÇÃO DO APORTE DE PLÁSTICOS NO

AMBIENTE

Dissertação apresentada como requisito para conclusão do Mestrado em Análise de Sistemas Ambientais, do Centro Universitário Cesmac, sob a orientação do professor Dr. Jessé Marques da Silva Júnior Pavão e coorientação do professor Dr. João Gomes da Costa.

Maceió-AL 2019

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ELIAS ALVES FEITOSA JÚNIOR

ANÁLISE DA INCORPORAÇÃO DE MATERIAIS

POLIMÉRICOS EM CONCRETOS: UMA ALTERNATIVA

PARA A DIMINUIÇÃO DO APORTE DE PLÁSTICOS NO

AMBIENTE

Dissertação apresentada como requisito para conclusão do Mestrado em Análise de Sistemas Ambientais do Centro Universitário Cesmac, sob a orientação do professor Dr. Jessé Marques da Silva Júnior Pavão e coorientação do professor Dr. João Gomes da Costa.

BANCA EXAMINADORA

Prof. Dr. Jessé Marques da Silva Júnior Pavão (CESMAC) Prof. Dr. João Gomes da Costa (CESMAC)

Prof. Dr. Thiago José Matos Rocha (CESMAC) Prof. Dr. Rodney Kozlowiski Azevedo (CESMAC) Prof. Dr. José Antônio da Silva Madalena (IFAL)

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DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho aos meus pais, que, mesmo diante das dificuldades, não mediram esforços para me educar;

À minha esposa, Vilma, meus filhos, Arthur e Bianca, que estiveram ao meu lado em todas as etapas deste estudo, participando efetivamente de todo o percurso, e que, pacientemente, suportaram meus momentos de cansaço, impaciência e angústias.

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AGRADECIMENTOS

Agradeço, primeiramente, a Deus, pela vida, pela saúde e por me agraciar com todas as condições de participar desta jornada;

Ao Centro Universitário CESMAC, representado por seus funcionários e corpo docente, que sempre demonstraram, em seu cotidiano, competência e

responsabilidade;

Aos colegas da turma II – PPGASA, que me proporcionaram um ambiente solidário, prazeroso, o que facilitou a minha rotina de estudos;

Aos funcionários da Empresa POLIMIX CONCRETO, mais especificamente, Eraldo Cavalcante, Ademir Pimentel, Antônio Oliveira, Antônio Júnior e José Ricardo, que foram fundamentais para a elaboração e coleta de dados desta pesquisa;

Aos colegas, servidores do IFAL, mais especificamente, Tassyano Feitosa, Anselmo Lúcio, Ademar Paulino, Rafael Francisco, Ana Galdino, Osvaldo Pereira, Claudivan de Lima, Antônio Madalena, José Olegário, Elton Barros, Jhonnatan Duarte, Jeniffer Duarte, Jonas dos Santos, Sr. Edmilson Mariano (funcionário da Empresa BRA) e aos professores João Gomes e Josivaldo Pinto (CESMAC), pela preciosa ajuda, em seus momentos de disponibilidade e companheirismo;

Agradecimento especial ao meu orientador, professor Jessé Marques, que, sempre acessível, paciente, amigo, através de seus ensinamentos, foi fundamental na condução desta pesquisa, se mostrando como um exemplo a ser seguido.

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LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – Estrutura molecular de derivados do petróleo... 21

Figura 2 – Molécula unitária de PET... 22

Figura 3 – Molécula de poliestireno... 24

Figura 4 – Microscópio Eletrônico de Varredura acoplado a Espectroscopia Dispersiva de Raios-x (MEV-EDS)... 31

Figura 5 – Metalizador Quorum. A: amostras sendo colocadas para metalizar. B: amostras metalizadas com ouro, sendo retiradas... 33

Figura 6 – IFAL – Campus Satuba... 33

Figura 7 – Coleta de resíduos plásticos... 33

Figura 8 – Moinho de lâminas... 36

Figura 9 – Agregados naturais e reciclados, utilizados na confecção dos traços experimentais PET, areia natural, PP/PS, EPS e brita ¾)... 36

Figura 10 – Betoneira... 37

Figura 11A – Corpos de prova frescos e moldados... 38

Figura 11B – Corpos de prova desmoldados em tanque de cura... 38

Figura 12 – Fragmento do concreto padrão (T0)... 38

Figura 13A – Maquinário utilizado no faceamento... 39

Figura 13B – Maquinário utilizado nos ensaios de resistência à compressão... 39

Figura 14 – Imagens a partir de microscópio eletrônico de varredura, utilizando fragmentos do traço padrão (T0) aos 28 dias... 44

Figura 15 – Imagens a partir de microscópio eletrônico de varredura, de fragmentos do T1, T2 e T3, aos 28 dias... 48

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LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1 - Produção de EPS reciclado por região no Brasil (ano base, 2012)... 24

Gráfico 2 - Estudos realizados nos últimos 5 anos... 27

Gráfico 3 - Fator água/cimento dos traços... 42

Gráfico 4 - Análise EDS no T0 a partir de uma região definida... 45

Gráfico 5A - Resistência à compressão (MPa) – média dos corpos de prova (T1 ao T3... 47

Gráfico 5B - Resistência à tração (MPa) – média dos corpos de prova (T1 ao T3)... . 47

Gráfico 6 - Análise EDS nas amostras T1, T2 e T3... 50

Gráfico 7A - Resistência à compressão (MPa) - média dos corpos de prova (T4 ao T6)... 51

Gráfico 7B - Resistência à tração (MPa) – média dos corpos de prova (T4 ao T6)... . 52

Gráfico 9B - Resistência à tração (MPa) – média dos corpos de prova (T7 ao T9)... 56

Gráfico 11B - Resistência à tração (MPa) – média dos corpos de prova (T10 ao T12)... 60

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LISTA DE QUADROS

Quadro 1 – Traços elaborados com substituições parciais dos agregados miúdo e graúdo - em porcentagens... 34 Quadro 2 – Traços elaborados com substituições parciais dos agregados miúdo e graúdo - em kg... 35 Quadro 3 – Traços elaborados com substituições parciais dos agregados miúdo e graúdo - em volume, por metro cúbico (m3) de concreto... 35 Quadro 4 – Distribuição granulométrica dos polímeros e dos agregados naturais... 41

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LISTA DE TABELAS

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LISTA DE SIGLAS

ABCP - Associação Brasileira de Cimentos Portland ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas

ABRELPE - Associação Brasileira de Limpeza Pública e Resíduos a/c - relação água/cimento

EDS - Energia dispersiva por raios x EPS - Poliestireno expandido

PP - Polipropileno

PET - Polietileno tereftalato PS - Poliestireno expandido

WWF - World Wide Fund for Nature MPa - Megapascal

PEV - Pontos de Entrega Voluntária POPs - Poluentes Orgânicos Persistentes

ABIPET - Associação Brasileira da Indústria do PET MEV - Microscopia Eletrônica de Varredura

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RESUMO

Neste estudo, o agregado graúdo foi parcialmente substituído por resíduos de poliestireno expandido – EPS (isopor) e o agregado miúdo, também parcialmente, por resíduos de polipropileno e poliestireno – PP+PS (copos plásticos descartáveis) e resíduos de tereftalato de etileno - PET (garrafas pet). Desse modo, esta pesquisa objetivou avaliar a incorporação de materiais poliméricos em concretos, como uma alternativa para a diminuição do aporte de plásticos no ambiente. Foi usado como referência o traço base T0 com resistência a compressão de 20,25 MPa aos 28 dias de cura, que é mais comum no mercado, onde a relação da proporção dos materiais é: para cada 1 volume de cimento haverá 2 de areia (agregado miúdo) e 3 de brita (agregado graúdo). Foi utilizado o cimento CP V-ARI (Cimento Portland de Alta Resistência Inicial), areia fina e brita ¾. Com base nisso, foram confeccionados 12 traços experimentais, com substituição dos agregados miúdos e graúdos por agregados reciclados (materiais poliméricos), em percentuais de 5%, 10% e 15 %. Inicialmente, foram confeccionados traços, contendo apenas, em cada um deles, um agregado reciclado, de forma isolada segundo os seguintes tratamentos: T1, T2 e T3, respectivamente, com 5%, 10% e 15% de EPS; T4, T5 e T6, com respectivos 5%, 10% e 15% de PP+PS; T7, T8 e T9, respectivamente, com 5%, 10% e 15% de PET. Em seguida, foram elaborados traços com todos os polímeros, juntos, nos mesmos percentuais: T10 – 5% dos polímeros, T11 – 10% dos polímeros e T12 – 15% dos polímeros. Como resultados obtidos nesta pesquisa, ficou evidente, após a elaboração dos traços, que as resistências, à compressão e à tração, variaram de acordo com o tipo de polímero e seu percentual incorporado ao concreto. Todos os materiais poliméricos, quando incorporados de forma isolada, dependendo do percentual mantiveram o concreto em resistências classificadas, de acordo com a normativa NBR 6118:2014, como estruturais. O PET, quando utilizado isoladamente, em todos os percentuais mostrou resultados para concreto estrutural, e o T10, mesmo com todos os polímeros, juntos, apresentou, após 28 dias de cura, resistências superiores ao T0, com resistência à compressão de 21,33 MPa, superando em 6% o T0. Pode-se concluir, portanto, diante dos resultados apresentados, que a incorporação de materiais poliméricos aos concretos, apresenta-se como uma alternativa viável, não apenas pelas vantagens supracitadas, mas também, pelos benefícios atribuídos ao ambiente, uma vez que, os resíduos plásticos (polímeros), tão prejudiciais, quando descartados de forma indevida, com a realização desta pesquisa, passam a ter uma destinação apropriada.

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ABSTRACT

In this study, the bulk aggregate was partially replaced by expanded polystyrene residues (Styrofoam) and the small aggregate, also partially, by residues of polypropylene and polystyrene - PP + PS (disposable plastic cups) and ethylene terephthalate (PET bottles). Thus, this research aimed to evaluate the incorporation of polymeric materials into concrete, as an alternative to reduce the contribution of plastics in the environment. The baseline T0 with compressive strength of 20.25 MPa at 28 days of curing, which is more common in the market, where the ratio of the materials ratio is: for each 1 volume of cement there will be 2 of sand ( aggregate) and 3 grains (aggregate). The CP V-ARI (Portland Cement of Initial High Strength), fine sand and gravel into cement was used. Based on this, 12 experimental traces were made, with replacement of the small and large aggregates by recycled aggregates (polymeric materials), in percentages of 5%, 10% and 15%. Initially, traces were made, containing only, in each of them, a recycled aggregate, in isolation according to the following treatments: T1, T2 and T3, respectively, with 5%, 10% and 15% EPS; T4, T5 and T6, with respective 5%, 10% and 15% of PP + PS; T7, T8 and T9, respectively, with 5%, 10% and 15% of PET. Then, traces were made with all polymers, together, in the same percentages: T10 - 5% of the polymers, T11 - 10% of the polymers and T12 - 15% of the polymers. As results obtained in this research, it was evident, after the elaboration of the traces, that the strengths, the compression and the traction, varied according to the type of polymer and its percentage incorporated to the concrete. All polymer materials, when incorporated in an isolated manner, depending on the percentage, kept the concrete in resistances classified according to NBR 6118: 2014 as structural. The PET, when used alone, in all percentages showed results for structural concrete, and T10, even with all the polymers together, presented, after 28 days of curing, resistances higher than T0, with compressive strength of 21.33 MPa, surpassing T0 by 6%. Therefore, it can be concluded from the results presented that the incorporation of polymeric materials into concretes is a viable alternative, not only for the aforementioned advantages, but also for the benefits attributed to the environment, since the residues plastics (polymers), so harmful, when discarded improperly, with the realization of this research, have an appropriate destination.

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO... 16 2 OBJETIVOS... 18 2.1 Objetivo geral... 18 2.2 Objetivos específicos... 18 3 FUNDAMENTO TEÓRICO... 19 3.1 Polímeros... 19

3.2 Polímeros sintéticos (termoplásticos- plásticos)... 20

3.2.1 Copos plásticos descartáveis... 20

3.2.2 Garrafas PET... 21

3.2.3 Isopor... 23

3.3 Propriedades do concreto com agregados reciclados... 25

3.4 Reciclagem versus sustentabilidade... 27

3.5 Histórico de estudos da microestrutura do concreto... 29

3.5.1 Microscopia eletrônica de varredura... 30

4 MATERIAL E MÉTODO... 33

4.1Tipo de estudo... 33

4.2 Local da pesquisa... 33

4.3 Amostra... 34

4.3.1 Processamento dos materiais poliméricos... 36

4.4 Mistura de materiais e confecção de corpos de prova... 37

4.5 Cálculo do volume de água e abatimento do cone... 38

4.6 Amostra para análise em microscópio eletrônico de varredura com EDS... 38 5 PROCEDIMENTOS... 39

5.1 Analisar ar propriedades mecânicas para bloco de concreto... 39

5.2 Análise da propriedade- resistência à compressão... 39

5.3 Análise da propriedade- resistência à tração... 39

5.4 Fator água-cimento... 40

5.5 Massa específica dos concretos... 40

5.6 Preparação das amostras para Microscopia Eletrônica de Varredura... 40 5.7 Análise estatística dos dados... 41

6 RESULTADOS E DISCUSSÃO... 41

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6.2 Fator água/cimento... 42

6.3 Massa específica dos traços experimentais... 42

6.4 Análise do traço padrão (T0)... 43

6.5 Traços experimentais com a incorporação de polímeros... 45

6.5.1 Análise dos traços experimentais com adições de poliestireno expandido – EPS (5%, 10% e 15%)... 45

6.5.2 Traços experimentais com adições de polipropileno e poliestireno – PP+OS (5%, 10% e 15%)... 50 6.5.3 Traços experimentais com adições de tereftalato de etileno - PET (5%, 10% e 15%)... 54 6.5.4 Traços experimentais com adições EPS, PP+OS e PET (5%,10% e 15%)... 58 7 CONCLUSÃO... 64

8 SUGESTÕES PARA ESTUDOS FUTUROS... 65

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1 INTRODUÇÃO

A partir da Revolução Industrial, foi iniciado o processo de urbanização, com o êxodo do homem, que migrava do campo para as cidades (SOUZA, et al., 2013). Os impactos ambientais, desde então, devido à exploração de recursos ambientais e geração de variados tipos de poluição, inclusive a causada pelos resíduos sólidos, atingiram níveis preocupantes.

De acordo com Felix (2007), os resíduos sólidos, chamados também de rejeito ou de lixo, passam por um processo de descarte. Eles, após serem retirados das casas, precisam ser submetidos a etapas de tratamento que respeitam regras próprias. Dessa forma, não devem ser deixados em locais inapropriados, pois contêm substâncias nocivas à saúde humana e, ao mesmo tempo, degradam o ambiente, fazendo com que, por exemplo, os países que admitem essa prática, sejam chamados de devedores ecológicos.

Segundo o World Wide Fund for Nature (WWF, 2008) - Fundo Mundial da Vida Selvagem para a Natureza, os “países devedores ecológicos” demandam do meio ambiente mais do que seus ecossistemas podem oferecer. Essa constatação aponta para os perigos ambientais e de consumo que o homem vem adotando. O Relatório Planeta Vivo (Living Planet Report), elaborado a cada dois anos pela rede WWF, mostra a situação mundial dos recursos naturais e o impacto exercido a partir das atividades antrópicas. O relatório 2018, por exemplo, afirma que: que no século 20, os peixes de água doce tiveram a maior taxa de extinção entre os vertebrados do planeta; cerca de 200 milhões de pessoas dependem dos recifes de corais para se proteger de tempestades e ondas; nos últimos 50 anos, a taxa de aumento médio da temperatura global foi 170 vezes maior que a variação do período anterior; ao menos 70% das novas moléculas dos remédios introduzidos, nos últimos 25 anos, vieram de uma fonte natural; quase 6 milhões de toneladas de peixes e outros frutos do mar foram retirados dos oceanos, desde 1950 (WWF, 2018).

A cada elaboração de novo relatório, as situações se repetem, mostrando cenários cada vez mais preocupantes. Em sua décima segunda edição, o Relatório Planeta Vivo (Living Planet Report) comprova, com evidências científicas, que a intensa atividade humana está elevando os sistemas naturais do planeta, que sustentam a vida na Terra, até o seu limite. Por meio de vários indicadores, incluindo o Índice do Planeta Vivo (LPI), fornecido pela Zoological Society of London (ZSL), o relatório mostra a necessidade urgente de um novo acordo global, a fim de reverter a crescente tendência da perda de nossa biodiversidade. Para comprovar a seriedade

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da situação, pode-se citar, por exemplo, um fato ocorrido no Brasil, onde foi constatada, em 50 anos, a diminuição de 20% da Floresta Amazônica (WWF, 2018).

No Brasil, o crescimento populacional, os novos padrões de vida e a constante inovação tecnológica, com obsolescência programada, causam um grande aumento na geração de resíduos sólidos urbanos (RSU), potencializando os impactos ao ambiente. De acordo com a Associação Brasileira de Limpeza Pública e Resíduos, (ABRELPE, 2018), no ano de 2017, os números referentes à geração de RSU revelam um total anual de 78,4 milhões de toneladas no país, o que demonstra uma retomada no aumento, em cerca de 1% em relação a 2016.

Ainda de acordo com a ABRELPE (2018), no tocante à disposição final dos RSU coletados, não houve registro de avanços em relação ao cenário do ano anterior, 2017, mantendo praticamente a mesma proporção entre o que segue para locais adequados e inadequados, com cerca de 42,3 milhões de toneladas de RSU, ou 59,1% do coletado, dispostos em aterros sanitários. O restante, que corresponde a 40,9% dos resíduos coletados, foi despejado em locais inadequados por 3.352 municípios brasileiros, totalizando mais 29 milhões de toneladas de resíduos em lixões ou aterros controlados, que não possuem o conjunto de sistemas e medidas necessários para proteção do meio ambiente contra danos e degradações, com prejuízos diretos à saúde de milhões de pessoas.

Em Alagoas, mais precisamente no município de Maceió, é bastante comum o acúmulo inadequado de resíduos sólidos, em especial os plásticos (polímeros sintéticos), em vários pontos da cidade, formando verdadeiros ―lixões‖ a céu aberto (ARAÚJO; PIMENTEL, 2016). Esta problemática pode ser atribuída, ainda de acordo com os autores, ao crescimento urbano desordenado, falta de conscientização da população, carência de infraestrutura e de políticas públicas que visem uma melhor gestão dos resíduos.Emcontrapartida, desde 2017, a Superintendência de Limpeza Urbana de Maceió (SLUM), através da coleta seletiva porta à porta, contribui de forma significativa para mudar essa realidade. São, apenas, 11 bairros contemplados, mas existe a perspectiva de que outras localidades sejam, também, beneficiadas através desse procedimento, e os bairros que ainda não são atendidos possuem Pontos de Entrega Voluntária (PEV); são 11 pontos instalados em locais estratégicos da cidade.

A coleta seletiva é uma das principais alternativas para minimizar os impactos causados pelo descarte de resíduos sólidos na natureza. Desde a extinção do lixão da cidade de Maceió e da criação de seu aterro sanitário, em 2010, a capital

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alagoana passou a ter um local com a capacidade de receber 1.400 toneladas diárias, dos mais variados tipos de resíduos, como por exemplo, animais mortos, resíduos domiciliares, industriais, material de poda, restos de construção civil (metralhas, madeiras, papelão, isopor, etc.) e resíduos plásticos urbanos (polímeros), em especial, copos plásticos e garrafas do tipo PET (tereftalato de etileno) cada um com locais específicos para o tratamento adequado. Ainda assim, aproximadamente 40% do lixo enviado para o aterro sanitário poderia ser reciclado (SLUM, 2017).

Do início do século passado aos dias atuais, o uso dos polímeros tem se tornado cada vez mais frequente na sociedade. Basta um olhar ao redor para se perceber a incrível quantidade de artefatos produzidos pelo homem, nos quais são utilizados polímeros como matéria-prima para suas diferentes elaborações (ROSA, et al., 2016). Como consequência, são produzidas enormes quantidades de resíduos derivados destes polímeros, os quais podem ser reaproveitados, através de processos de logística reversa, em diversas áreas, inclusive nas atividades da Construção Civil, como agregados graúdos ou miúdos dos concretos (MODRO, et al., 2009).

Atualmente, o emprego de materiais alternativos como agregados em concretos utilizados na construção civil, aumenta com a crescente necessidade de se reutilizar o que seria descartado (SILVA, 2017). Pesquisas já comprovaram que a substituição de agregados convencionalmente utilizados por resíduos, em proporções adequadas, pode melhorar algumas propriedades do concreto, além de diminuir a extração de recursos naturais e o descarte de rejeitos em locais inapropriados (SILVA, 2017).

Portanto, este trabalho tem por objetivo analisar a viabilidade do uso de resíduos sólidos originários dos polímeros, mais especificamente os plásticos, como agregados em concretos, favorecendo a preservação dos ecossistemas e, consequentemente, contribuindo para a sustentabilidade.

2 OBJETIVOS 2.1 Geral

Analisar a viabilidade da incorporação de materiais poliméricos como agregados do concreto, como forma de diminuir o aporte de plásticos no ambiente.

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 Avaliar as propriedades dos agregados oriundos de materiais poliméricos comparando-os com o agregado de origem natural;

 Comparar os resultados das análises propostas com as especificações do concreto convencional, segundo a normativa NBR 6118:2014;

 Realizar microanálise estrutural em corpos de prova com concreto convencional e com adição de materiais poliméricos.

3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 3.1 Polímeros

Polímeros são pequenas moléculas chamadas monômeros que se associam para formar macromoléculas (SOUZA, 2017). Estas macromoléculas se caracterizam por seu tamanho, sua estrutura química e interações intra e intermoleculares. Possuem unidades químicas unidas por ligações covalentes, que se repetem ao longo da cadeia. Eles podem ser naturais ou sintéticos. Como polímeros naturais, temos a seda, a celulose, as fibras de algodão, entre outros. No que se refere aos sintéticos, podemos mencionar o polipropileno (PP) e o poliestireno (PS) para copos plásticos; o polietileno tereftalato (PET) para garrafas pet e o poliestireno expandido (EPS) para isopor. Os polímeros podem ser classificados como termoplásticos (plásticos), termofixos, borrachas e fibras (SPINACÉ; PAOLI, 2004).

A reação que forma os polímeros é chamada de polimerização. O primeiro polímero a ser sintetizado em laboratório foi o polietileno em 1934, na Inglaterra. No entanto, esse polímero veio a ficar conhecido, apenas, durante a Segunda Guerra Mundial, quando foi utilizado como isolante elétrico de radares militares. O polietileno foi sendo submetido a diversas experiências e, em 1950, Karl Ziegler, conseguiu produzir, através da química orgânica, um polietileno mais rígido e de alta densidade que, posteriormente, deu origem às garrafas plásticas. Devido à sua grande resistência, esse material originou um dos primeiros brinquedos, o bambolê. Foi através dessa utilização que o polietileno de alta densidade surgiu no mercado. O polietileno de baixa densidade, por sua vez, não ficou sem utilização. Até os dias atuais, é utilizado para a produção de sacolas plásticas que servem para guardar compras e colocar lixo (SOUZA, 2017).

Os utensílios confeccionados a partir dos polímeros sintéticos (plásticos), presentes em diversos segmentos industriais, contribuem de forma significativa para o cotidiano do homem moderno. Em contrapartida, diante desse fato, há um

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aumento na quantidade de resíduos despejados em nosso ambiente. Uma forma de amenizar esse problema é a reciclagem desses produtos que, desde o século passado, ganham cada vez mais espaço no mercado mundial.

3.2 Polímeros sintéticos- termoplásticos (plásticos)

O termoplástico (plástico) é um polímero de origem artificial ou sintética, originado de derivados do petróleo ou de fontes renováveis, como a cana de açúcar ou o milho que, em determinada temperatura, torna-se viscoso, podendo se adequar a moldagens. A palavra plástico vem do grego, plastikós, que significa aquilo que pode ser moldado (ABIPLAST, 2017).

3.2.1 Copos plásticos descartáveis

Segundo Eblin (2017), os copos de plástico são encontrados nos mais diversos lugares, desde estádios de futebol até instituições públicas e privadas, hospitais, escolas, etc. A história dos copos plásticos remonta dos anos 1960, porém, antes de seu surgimento, as pessoas utilizavam, de forma semelhante, copos de papel. Em época anterior ao surgimento dos copos descartáveis, os tipos de copos existentes até então eram compartilhados pela população. Este fato gerava a disseminação de doenças entre os habitantes das mais diversas localidades. As ferrovias, por exemplo, usavam barris de água, onde as pessoas mergulhavam seus copos. Nos hospitais, devido ao uso coletivo destes, as doenças se espalhavam, principalmente através da contaminação cruzada. O advento dos copos descartáveis mudou completamente a maneira como o homem passou a consumir bebidas (EBLIN, 2017).

A primeira patente do copo plástico foi emitida nos Estados Unidos, em 1964. Os anos de 1990 trouxeram uma grande expansão desse produto, com o surgimento do maior número de patentes até aquela década (EBLIN, 2017).

O copo plástico descartável, devido à sua praticidade e baixo custo, é um artigo muito consumido pela população. Possui, ainda, a característica de não provocar acidentes, como por exemplo, os copos de vidro. Segundo dados da Associação Brasileira de Limpeza Pública, no Brasil, são consumidos cerca de 720 milhões de copos descartáveis por dia (ABRELPE, 2011).

Os copos plásticos descartáveis têm algumas características que os diferenciam, entre si, a depender do tipo de material com que são fabricados. Entre

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os materiais utilizados usados na sua produção, pode-se destacar o PP e o PS, objetos desta pesquisa.

O PP, derivado do propeno, é utilizado, também, para fabricar pratos e potes descartáveis, sendo mais resistente e apresentando mais brilho. Entre as suas diversas características físicas, podem ser destacadas, boa resistência térmica, ótima transparência, elevada resistência química e a solventes, alta resistência à fratura por flexão ou fadiga, sendo 100% reciclável (Figura 1A).

O PS, derivado do estireno, é utilizado para produzir a maioria dos copos descartáveis (Figura 1B), no Brasil, tendo menor custo que o PP. Apresenta pouca resistência à fratura - mais quebrável que o PP, baixa resistência a solventes orgânicos, calor e intempéries, podendo ser 100% reciclado (COPOBRAS, 2017).

Figura 1. Estrutura molecular de derivados do petróleo. A: Molécula de PP (Polipropileno). B: Molécula de PS (Poliestireno). Fonte: https://www.crq4.org.br/quimicaviva_plasticos

3.2.2 Garrafas PET

Este polímero termoplástico, PET (Figura 2), é um dos responsáveis por intensificar o despejo de resíduos sólidos no ambiente. É formado pela reação entre o ácido tereftálico e o etileno glicol, tendo sido descoberto em 1941, pelos químicos ingleses Whinfield e Dickson. Sua utilização se destinou, principalmente, à confecção de garrafas para bebidas e indústrias de tecelagem. Apenas no início da década de 1970, este composto químico teve sua utilização iniciada na fabricação de embalagens, chegando ao Brasil em 1988, também para aplicações na indústria têxtil. A partir de 1993, devido aos baixos custos de produção, praticidade e leveza, começou a ser utilizado na fabricação de recipientes para bebidas (ABIPET, 2016).

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Figura 2. Molécula unitária de PET. Fonte: https://www.crq4.org.br/quimicaviva_plasticos

Juntamente com outros plásticos, é o principal poluente dos oceanos. Em algumas regiões marítimas, devido ao seu poder de poluição, os ambientalistas chegaram a considerá-lo como parte integrante do oceano. Situações similares são flagrantes em outras localidades do mundo, como, por exemplo, na região dos Grandes Lagos, na fronteira entre os Estados Unidos e o Canadá (ECYCLE, 2017).

Os microplásticos, pequenas partículas desse material, representam outro grave problema. Eles têm a capacidade de absorver compostos químicos tóxicos, conhecidos como Poluentes Orgânicos Persistentes (POPs). Ao serem ingeridos por animais, os microplásticos podem matá-los por asfixia ou por intoxicação, decorrentes desses poluentes. A intoxicação desencadeada pelos POPs pode, inclusive, causar um desequilíbrio na cadeia alimentar, pois ela possui caráter bioacumulativo e biomagnificado. Isto significa que, ao se alimentar de um animal intoxicado, o predador passa a sofrer do mesmo mal. Este sério problema pode afetar o ambiente e o homem, quando este se alimenta de peixes contaminados (ECYCLE, 2017).

Segundo o 10º Censo de Reciclagem do PET, promovido pela Associação Brasileira da Indústria do PET (ABIPET, 2016), aproximadamente 598 mil toneladas desse material foram absorvidos pelo mercado brasileiro, em 2015, sendo que, em torno de 50% dos resíduos provenientes dessa produção foram encaminhados para as indústrias que utilizam esses insumos para a fabricação de seus produtos. Foi constatado, ainda, neste Censo, que devido à inconsistência da economia brasileira, o percentual de reciclados, que vinha crescendo de 2012 a 2015, diminuiu.

A cadeia de reciclagem do PET desempenha, no Brasil, um importante papel social. Esta atividade envolve diversas cooperativas e pessoas que se encontram em situação econômica desfavorável, muitas vezes tendo nesse ramo, sua única fonte de renda. Mesmo com o funcionamento das cooperativas, o quadro do

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descarte do PET causa extrema preocupação. Entre os diversos problemas existentes nesse mercado, pode ser destacada a má distribuição das cooperativas. Existem, no Brasil, cerca de 11.500 pessoas empregadas, distribuídas em 500 empresas recicladoras, gerando um faturamento anual de 1,22 bilhão de reais. Apesar da atuação das empresas recicladoras, esta atividade se mostra bastante frágil, em nosso país como um todo, pois, 80% desses empreendimentos se encontram na região sudeste (ECYCLE, 2017).

A carga tributária representa outro grave problema enfrentado pelos recicladores, pois estes pagam, ao invés de um, dois impostos relativos às suas atividades. O primeiro, de 10%, se refere ao Imposto sobre Produtos Industrializados (IPI) correspondente à resina virgem, e o segundo, de 12%, sobre a matéria prima reciclável. Segundo a Associação Brasileira da Indústria do PET (ABIPET), anualmente, 50% do material descartado, é reciclado. Um número considerado baixo, se compararmos com a reciclagem das latas de alumínio, que, de acordo com a Associação Brasileira dos Fabricantes de Latas de Alta Reciclabilidade (ABRALATAS), é superior a 90%, índice maior que o dos Estados Unidos, Japão e da Europa (ABIPET, 2016).

Diante da preocupação dos setores industriais com a produção sustentável, Santos (2015), afirma que, em uma pesquisa realizada pela área de Engenharia Ambiental da Universidade do Mato Grosso do Sul, foram utilizados resíduos de garrafas PET na produção de blocos de concreto. Naquela ocasião, o agregado miúdo convencional, areia, foi substituído, num percentual de 15%, pelo pó das garrafas PET.

3.2.3 Isopor

O Poliestireno foi descoberto em 1839, na Alemanha, através de experimentos realizados por Eduard Simon, um boticário, em Berlim. Da estoraque, a resina da árvore turca árvore-do-âmbar, Liquidambar orientalis, ele destilou uma substância oleosa, um monômero ao qual deu o nome de estirol. Vários dias depois, Simon descobriu que o estirol havia engrossado, presumivelmente pela oxidação, tornando-se uma geleia, que ele chamou de óxido de estireno.

Em 1845, os químicos John Blyth e August Wilhelm von Hofmann, inglês e alemão, respectivamente, provaram que a mesma transformação de estirol ocorria na ausência de oxigênio. Eles chamaram a substância de "metastyrol ". Análises feitas posteriormente mostraram que era quimicamente idêntica ao óxido de

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estireno. Em 1866, Marcelin Berthelot identificou corretamente que a formação do "metastyrol" era resultado de um processo de polimerização. Cerca de 80 anos mais tarde, percebeu-se que o aquecimento do estirol desencadeava uma reação que produzia macromoléculas, seguindo a tese do químico orgânico alemão Hermann Staudinger (1881-1965). Esta descoberta levou à substância que conhecemos hoje por poliestireno, Figura 3 (PORTO, 2017).

Figura 3. Molécula de poliestireno. Fonte: https://13moleculasapular.wordpress.com/2014/05/03/poliestire no-expandido-eps-mas-o-que-e-isto/

Este polímero sintético, apesar de não conter nenhum produto tóxico, quando disposto na natureza, de forma inadequada, causa impactos ao ambiente. É produzido repetidamente, em grandes quantidades, sendo consumido, por ano, no mundo, 2,5 milhões de toneladas de isopor. De acordo com estudo da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, só no Brasil, são 36,6 mil toneladas, Gráfico1, (UNIVERSO JATOBÁ, 2015).

Gráfico 1. Produção de EPS reciclado por região no Brasil (ano base, 2012). Fonte: MaxQuim, pesquisa Plastivida.

3,10%

17,30% 0,60% 41,90% 37,10%

CENTRO-OESTE NORDESTE NORTE

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Por ser volumoso, quando aterrado, diminui a vida útil dos aterros, passando até 150 anos para ser degradado. Este material está no cotidiano do homem moderno, apresentando diversas formas de aplicação, onde podemos destacar, por exemplo, a proteção na embalagem de mercadorias e o isolamento térmico. Sua reciclagem é baseada num processo que se inicia com limpeza, passando, em seguida, por um maquinário que retira o gás contido em seu interior. O material é, então, triturado, derretido e granulado, voltando ao estado de matéria prima (DINÂMICA AMBIENTAL, 2014).

A inviabilidade econômica do isopor representa um obstáculo para sua reciclagem. Além de levíssimo, ele ocupa um grande espaço, fato que resulta em baixo preço de venda. Torna-se, então, uma opção pouco viável para catadores e cooperativas. Ainda assim, existem pontos de descarte apropriados que aceitam recebê-lo. Este fato aponta para uma necessidade cada vez mais imediata de conscientização do homem, em relação aos aspectos que se referem à preservação do ambiente (ECYCLE, 2017).

3.3 Propriedades do concreto com agregados reciclados

Observa-se na literatura que, em geral, os concretos confeccionados com agregados reciclados apresentam menor consistência (medida pelo abatimento do tronco de cone) que concretos convencionais de mesmo traço. A trabalhabilidade é afetada por vários fatores (GUIMARÃES, 2005): consumo de água; consumo de cimento; relação água/cimento (a/c); relação agregado/cimento e consumo de cimento; adições; aditivos e agregados.

No caso dos agregados reciclados, a maior presença de grãos mais finos (teor de finos e/ou materiais pulverulentos), a forma mais lamelar ou angular dos grãos, a textura superficial mais rugosa e a maior porosidade (que tanto aumenta a rugosidade das partículas quanto permite o agregado absorver parte da água de mistura) prejudicam a consistência do concreto. Leite (2001) usou um experimento fatorial para analisar a influência da relação a/c e do teor de substituição de agregados naturais miúdos e graúdos por agregados reciclados miúdos e graúdos sobre propriedades do concreto.

A absorção de água dos agregados reciclados foi compensada, mas, mesmo assim fez-se necessário o uso de aditivo superplastificante em vários traços com teor de substituição de agregado igual ou superior a 50%. A autora mediu a consistência através do abatimento do tronco de cone e observou, dentre outras

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coisas, que: os concretos reciclados apresentaram valores de abatimento mais baixos e mais variáveis que o concreto convencional; o teor de substituição do agregado graúdo natural por agregado graúdo reciclado teve efeito significativo sobre o abatimento do concreto, de forma que quanto maior o seu valor, menor foi o valor do abatimento; a relação a/c teve efeito significativo sobre o abatimento do concreto, de forma que houve uma tendência de diminuição deste à medida que a relação a/c cresceu – comportamento atribuído à maior aspereza da mistura em consequência da menor quantidade de cimento nas maiores relações a/c.

Concretos confeccionados somente com agregados miúdos reciclados tiveram o abatimento menos prejudicado; apesar dos concretos reciclados terem apresentado abatimentos mais baixos que os concretos de referência, com exceção dos concretos com grandes teores de substituição dos agregados miúdo e graúdo (88,5%), as demais misturas apresentaram-se bem moldáveis; a alta variabilidade do abatimento dos concretos reciclados exprime certa ineficiência do método em avaliar a consistência tanto destes concretos quanto de concretos convencionais com pequeno consumo de cimento; os concretos reciclados apresentaram menor tendência à segregação e menor exsudação que os concretos de referência, sendo este último efeito atribuído à grande absorção dos agregados reciclados.

Leite (2001), através do ensaio de trabalhabilidade VeBe, com alguns dos traços estudados, verificou que o método avaliava melhor a consistência dos concretos reciclados que o abatimento do tronco de cone.

Com os agregados graúdos separados em faixas de densidade, Carrijo (2005) realizou um estudo no intuito de verificar a influência da porosidade desses agregados sobre propriedades de concretos confeccionados com três relações a/c (0,4; 0,5 e 0,7). Uma quantidade de água igual a 70% da absorção total de cada agregado foi acrescentada à água de mistura dos concretos, sendo adicionada junto com o mesmo à batedeira, permanecendo o material em repouso por um tempo de 10 minutos antes de se iniciar o preparo dos concretos.

Carrijo (2005) fixou uma consistência plástica inicial de 80±10 mm de abatimento e percebeu uma dificuldade em mantê-la. Por isso, resolveu adotar a metodologia de adicionar gradualmente aditivo superplastificante ao concreto até que se verificasse, visualmente, que o mesmo havia atingido o ponto de consistência plástica.

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De acordo com Pietrobelli (2010), a utilização de agregados reciclados de resíduos sólidos se faz cada vez mais necessária, seja pela redução dos impactos ambientais gerados por esses insumos ou por seu baixo custo.

Materiais reciclados são aqueles que, após serem usados, são transformados em novos produtos visando sua reutilização (SIGNIFICADOS, 2014). No gráfico 2, são mostrados os estudos dos últimos 5 anos, envolvendo a utilização de polímeros reciclados em concretos. Levantamento realizado na plataforma Google Acadêmico, com as palavras-chave agregados reciclados - polímeros – concretos; o idioma pesquisado foi o Português.

Observa-se que, mesmo com as ações de conscientização por parte da sociedade, órgãos públicos e privados com relação às boas práticas de conservação do meio ambiente, é nítido que os trabalhos demonstram a utilização de materiais com base no petróleo (polímeros) como forma de substituição parcial de matérias-primas naturais, visto a crescente produção desses materiais que são jogados em locais inapropriados e que muitas das vezes não têm uma destinação adequada. Nesta série histórica de cinco anos, em 2016 foram detectados 25 artigos e observou-se um pequeno declínio, talvez em função do reduzido número de grupos de estudos nas Universidades Brasileiras.

Gráfico 2. Estudos realizados nos últimos 5 anos. Fonte: Google acadêmico.

3.4 Reciclagem versus sustentabilidade

O padrão de desenvolvimento atual segue o capitalismo, onde, se busca, de forma prioritária, o crescimento econômico. Nos últimos duzentos anos, este modelo de expansão que o homem vem empregando, especialmente depois da Segunda Guerra Mundial, é insustentável. Com isso, o ambiente tem sofrido inúmeras

19

15

25

21

15

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alterações, em decorrência da crescente busca dos empreendedores, por recursos naturais (CAVALCANTI, 2003).

Segundo Santos (2012), como resultado desse modelo de desenvolvimento, cresce, nas últimas décadas, o número de problemas socioambientais, decorrentes do acúmulo de resíduos urbanos, fato que traz graves consequências para a humanidade. Dessa forma, as ameaças sobre o ambiente são desencadeadas por uma série de fatores de ordem econômica, política, social, cultural e antrópica, contribuindo para a degradação desse meio, afetando, também, a qualidade de vida do ser humano.

Diante dessa realidade, as empresas estão se conscientizando de que é necessário que funcionem de forma sustentável, e que são, também, responsáveis por seus produtos e por sua cadeia produtiva. A sustentabilidade se caracteriza por um modelo que permite a continuidade das atividades de determinado setor produtivo e de suas adjacências, por um período. A expressão sustentabilidade não está ligada, apenas, às questões ambientais, mas a todos os aspectos que têm relação com o homem. Dessa forma, pode-se considerá-la como sendo a capacidade de interação do ser humano com o mundo (CORRÊA; HEEMAN, 2016).

Estudos da década de 1970 geraram uma maior preocupação com a sustentabilidade, a partir daquele período. Ficou evidenciado que ações antrópicas estariam causando impactos ambientais que alteravam, de forma considerável, o meio ambiente e comprometiam a qualidade de vida atual e futura da humanidade. Diante desse cenário, as empresas passaram a investir em recursos, visando diminuir as agressões ao ambiente, originadas de seu processo produtivo (CORREA; HEEMANN, 2016).

Tendo em vista a importância da sustentabilidade, em suas dimensões - econômica, ambiental e social, e a intensidade dos impactos originários dos resíduos plásticos, exercidos contra o ambiente, torna-se necessário que seja enfatizado o importante papel da reciclagem. As cooperativas de materiais recicláveis representam uma fonte de subsistência para inúmeras famílias, pois, o catador/cooperado encontra, no ―reaproveitamento‖ do lixo produzido nas cidades, uma importante opção de renda, fato que tem relevante significado econômico para esta parcela da sociedade. Além dos benefícios econômicos e sociais, a coleta e tratamento corretos dos resíduos sólidos em uma localidade, contribuem positivamente para a sustentabilidade da mesma, de modo a diminuir, também,

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problemas da esfera ambiental, decorrentes do acúmulo dos resíduos sólidos urbanos (SANTOS, 2012).

A coleta de material reciclável, além da geração de renda para os envolvidos, traz outros benefícios para as comunidades, em diversos setores de estrutura urbana. Esta atividade contribui para a qualidade da saúde pública, para o sistema de saneamento básico, auxilia no fornecimento de material reciclável de baixo custo para a indústria, na redução de gastos municipais, e na diminuição do uso de terrenos utilizados como lixões e aterros sanitários, (WIEGO, 2009).

Assim, visando amenizar, sobre o ambiente, os impactos decorrentes dos resíduos sólidos, em especial os plásticos, e tentando, cada vez mais, alcançar o desenvolvimento sustentável, pode-se enfatizar o papel das cooperativas de catadores de materiais recicláveis, que contribuem significativamente na redução do acúmulo de lixo nos centros urbanos. Esta atividade auxilia, também, na reutilização dos citados resíduos como insumos para os diversos gêneros industriais, onde destacamos, nesse estudo, a construção civil. Este segmento utiliza, também, como materiais alternativos, resíduos plásticos como componentes de concretos.

Esses componentes alternativos substituem, parcialmente, o agregado miúdo - areia e graúdo - brita. Estudos anteriores comprovaram a viabilidade do uso de material polimérico como agregado parcial do concreto (SILVA, 2017). Diante desse quadro, pode-se destacar, por exemplo, Amianti; Botaro (2008), que utilizaram EPS reciclado como agregado do concreto e concluíram que o produto resultante desse composto, em relação ao convencional, teve seu processo mais simplificado, usando menos recursos tecnológicos e menor consumo de energia.

Assim, pode-se entender que a reciclagem e a reutilização de resíduos plásticos, contribuem, de forma significativa, para a produção de materiais não convencionais, minimizando a demanda por recursos naturais, influenciando de forma positiva para o desenvolvimento sustentável de nossa sociedade.

3.5 Histórico de estudos da microestrutura no concreto

Segundo Paulon; Kirchheim (2011), a área de tecnologia do concreto era, até o final da Segunda Guerra Mundial, obsoleta. A partir de então, as pesquisas militares se intensificaram dando espaço a um uso maior de tecnologia com equipamentos, como espectroscópico, fotométrico, entre outros. Desde então, os estudos nessa área vêm sendo feitos em tempo real, com análises no próprio local, na escala micro (10-6) e nanométrica (10-9), utilizando alta tecnologia, alta resolução

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temporal, muitas vezes com equipamentos clássicos modernos, e outras avançando no caminho do uso de equipamentos que utilizam fontes e raios-x ou ultravioleta intensa, como as de sincontron. Técnicas utilizadas em outras áreas de conhecimento, tais como biologia, física, química e medicina são adaptadas aos estudos de materiais cimentícios (PAULON; KIRCHHEIM, 2011).

O progresso no campo dos materiais resultou principalmente no reconhecimento do princípio de que as propriedades têm origem na microestrutura interna, ou seja, as propriedades podem ser modificadas fazendo certas alterações na microestrutura de um material ou em outras vezes realizando misturas totalmente heterogêneas jamais pensadas, como por exemplo, plásticos e até mesmo resíduos de construção civil. Embora o concreto seja o material estrutural mais amplamente usado, sua microestrutura é heterogênea e altamente complexa. As relações microestrutura-propriedade do concreto não estão ainda completamente desenvolvidas; no entanto, certo conhecimento sobre os elementos essenciais da microestrutura é necessário antes de se discutir os fatores de influência nas propriedades importantes para a tecnologia dos concretos, tais como, resistência e durabilidade (MEHTA; MONTEIRO, 2014).

3.5.1 Microscopia eletrônica de varredura

A microscopia eletrônica de varredura (MEV) é uma técnica influente para a caracterização do tamanho, forma e estrutura de nanopartículas, devido à sua capacidade de solucionar características de escala nanométrica. MEV tem sido utilizado, com sucesso, para localizar nanopartículas nas células e nos tecidos por meio da utilização de imagem de elétrons com retroespalhamento (BSE), para distinguir entre as nanopartículas inorgânicas e a estrutura orgânica (KEMPEN et al., 2016) e para imagens das superfícies de quase todos os materiais com uma resolução de até 1nm, (ZANG, 2009).

A determinação estrutural é essencial para a pesquisa dos nanomateriais. As nanoestruturas são geralmente muito pequenas para serem visualizadas com microscópios ópticos convencionais. É importante o uso de ferramentas apropriadas para caracterizar adequadamente sua estrutura e superfície com detalhes em níveis moleculares ou atômicos (ISAIA, 2005). Isto é importante não só para a compreensão de suas propriedades fundamentais, mas também para explorar o seu desempenho técnico. A resolução da imagem oferecida por MEV depende não só da propriedade da onda de elétrons, mas da interação da onda de elétrons com a

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amostra, sendo a imagem gerada pela incidência de um feixe de elétrons na amostra, sob condições de vácuo (ISAIA, 2005). Para Zang (2009) a interação de um feixe de elétrons incidente produz, com a amostra, elétrons secundários, com energias geralmente menores do que 50eV; a eficiência da emissão de sensibilidade depende da geometria da superfície e das características químicas da amostra analisada.

O princípio da emissão do feixe de elétrons baseia-se no aquecimento de um filamento de tungstênio que incide sobre amostra e emite sinais elétricos como elétrons secundários, elétrons retroespalhados e fótons-x, entre outros. Os sinais, emitidos pela incidência de elétrons sobre a amostra, são captados por detectores apropriados, amplificados e convertidos em imagem (ISAIA, 2005). Neste caso, usada para verificação do grau de hidratação, da formação de microfissuras e da zona de transição.

A alta resolução oferecida pelo MEV o torna conveniente para os nanomateriais em que as características estruturais em nanoescala são fundamentais para suas propriedades e funcionalidades de pesquisa (ZANG, 2009). A microscopia eletrônica de varredura associada à técnica de energia dispersiva de raios-x (EDS) permite a semi quantificação e qualificação dos elementos presentes na amostra de concreto auto adensável. Na Figura 4 apresenta-se equipamento MEV-EDS.

Figura 4. Microscópio Eletrônico de Varredura acoplado a Espectroscopia Dispersiva de Raios-x (MEV-EDS). Fonte: pessoal, 2019.

Segundo Costa et al., (2009) as imagens são formadas por um feixe de elétrons, sendo este feixe gerado na parte superior do microscópio, descrevendo

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uma trajetória helicoidal, por meio de campos de lentes eletromagnéticas, onde o mesmo é focado até incidir na superfície da amostra, fazendo sua varredura. A interação deste feixe com o material, conduz à ejeção de elétrons e à emissão de radiação eletromagnética, que constituem os vários tipos de sinais detectáveis.

Os sinais emitidos encontram-se sob a forma de elétrons de tipo secundário, retroespalhados, absorvidos, transmitidos e difratados, e de fótons do tipo de fotoluminescentes e raios X, os quais são captados por detectores apropriados, amplificados e processados em um sistema analisador de cada tipo de sinal (ISAIA, 2005). Isaia (2005) relata cada processo de sinais; os elétrons secundários (SE - secondary electrons) são decorrentes de interações inelásticas e são tipicamente pouco energéticos, sendo menores que 50eV; originam-se próximo à superfície da amostra, úteis na obtenção de informações topográficas, possibilitando a formação de imagens tridimensionais e a visualização de detalhes da microestrutura de poros e de fissuras entre as partículas.

O conjunto de técnicas como difração de raios-x (DRX), microscopia eletrônica de varredura com microanálise por sistema de dispersão de energia de raios-x (MEV-EDS), análise termogravimétrica (TGA) e análise térmica diferencial (ATD), análise química e cálculo mineralógico têm apresentado resultados satisfatórios nas investigações, como mencionam Isaia (2005), Souza, V. et al. (2002), Nochaya et al. (2015). Os minerais não condutores de corrente elétrica devem ser previamente metalizados antes de serem submetidos à análise no MEV-EDS.

A metalização consiste na precipitação, sob alto vácuo, de uma película micrométrica de material condutor, geralmente de ouro ou carbono, sobre a superfície do mineral, possibilitando a condução da corrente elétrica. Na Figura 5 observa-se um metalizador que utiliza o ouro para depositar suas partículas sobre as amostras.

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Figura 5. Metalizador Quorum. A: Amostras sendo colocadas para metalizar. B: Amostras metalizadas com ouro, sendo retiradas. Fonte: pessoal (2019).

4 MATERIAL E MÉTODOS 4.1 Tipo de estudo

Foi desenvolvido, no decorrer deste trabalho, um estudo experimental.

4.2 Local da pesquisa

A pesquisa foi realizada no Instituto Federal de Alagoas, Campus Satuba (Figura 6), localizado na Rua dezessete de agosto, s/n, Zona Rural, Satuba - AL, onde os resíduos foram coletados (Figura 7). Esses resíduos foram processados no Laboratório da Empresa POLIMIX Concreto, localizada na Rua João José Pereira Filho, S/N, Mod. 4 A, Quadra 4 B, Distrito Industrial, Tabuleiro, Maceió- AL, local de confecção dos traços experimentais, moldagem e rompimento dos corpos de prova.

Figura 6. IFAL – Campus Satuba Figura 7. Coleta de resíduos plásticos

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4.3 Amostra

Os traços experimentais foram confeccionados, todos para 12 corpos de prova, a partir do T0 (traço padrão) - sem agregados reciclados. O T0 foi confeccionado segundo os cálculos baseados no método ABCP (Associação Brasileira de Cimentos Portland), e serviu de referência para os traços seguintes. Nos demais traços experimentais, foram introduzidos os seguintes agregados reciclados: copos plásticos descartáveis granulados (PP+PS) e garrafas pet (PET) granuladas, em substituição parcial ao agregado miúdo e isopor (EPS) em substituição parcial ao agregado graúdo, conforme pode ser observado no Quadro 1. Dessa forma, 13 traços experimentais foram confeccionados, os corpos de prova rompidos em 4 idades - 7, 14, 21 e 28 dias (dias de cura), totalizando 156 corpos de prova.

Quadro 1 - Traços elaborados com substituições parciais dos agregados miúdo e graúdo- em porcentagens.

TRATAMENTO

Materiais (%)

Cimento Agregado Miúdo Agregado Graúdo Água (Areia) (PET) (PP + PS) (Brita) (EPS)

T0 100% 100% 0% 0% 100% 0% 100% T1 100% - - 95% 5% T2 100% - - 90% 10% T3 100% - - 85% 15% T4 95% - 5% 100% - T5 90% - 10% 100% - T6 85% - 15% 100% - T7 95% 5% - 100% - T8 90% 10% - 100% - T9 85% 15% - 100% - T10 90% 5% 5% 95% 5% T11 80% 10% 10% 90% 10% T12 70% 15% 15% 85% 15%

No Quadro 2, estão representados os materiais, em massa, onde foi mantido o volume, em quilogramas, do cimento e pequena variação no volume, também em quilogramas, para a água utilizada na confecção dos traços.

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Quadro 2 - Traços elaborados com substituições parciais dos agregados miúdo e graúdo - em kg. TRATAMENTO MATERIAIS EM MASSA CIMENTO (Kg)

Agregado Miúdo Agregado Graúdo

Água (Kg) Areia (Kg) PET (Kg) (PP+PS) (Kg) Brita (Kg) EPS (Kg) T0 13,35 28,29 - - 30 - 7,15 T1 28,29 - - 28,50 (-5%) 0,013 6,98 T2 28,29 - - 27,00 (-10%) 0,025 7,13 T3 28,29 - - 25,50 (15%) 0,038 7,25 T4 26,88 (-5%) - 0,383 30 - 6,60 T5 25,46 (-10%) - 0,766 30 - 7,90 T6 24,04 (-15%) - 1,149 30 - 7,85 T7 26,88 (-5%) 0,584 - 30 - 7,10 T8 25,46 (-10%) 1,168 - 30 - 7,40 T9 24,04 (-15%) 1,752 - 30 - 7,68 T10 25,46 (-10%) 0,584 0,383 28,50 (-5%) 0,013 6,71 T11 22,63 (-20%) 1,168 0,766 27,00 (-10%) 0,025 7,02 T12 19,80 (-30%) 1,752 1,149 25,50 (-15%) 0,038 7,65

No Quadro 3, estão representados os materiais, em volume – por metro cúbico (m3) de concreto.

Quadro 3 - Traços elaborados com substituições parciais dos agregados miúdo e graúdo - em volume, por metro cúbico (m3) de concreto.

TRATAMENTO

MATERIAIS EM VOLUME p/ 1m³

CIMENTO M³

Agregado Miúdo Agregado

Graúdo Água M³ Areia M³ PET M³ (PP+PS) M³ Brita M³ EPS M³ T0 0,126 0,326 0,000 0,000 0,339 0,000 0,209 T1 0,126 0,326 0,000 0,000 0,322 0,017 0,206 T2 0,126 0,326 0,000 0,000 0,305 0,034 0,210 T3 0,126 0,326 0,000 0,000 0,288 0,051 0,213 T4 0,126 0,310 0,000 0,016 0,339 0,000 0,200 T5 0,126 0,293 0,000 0,033 0,339 0,000 0,234 T6 0,126 0,277 0,000 0,049 0,339 0,000 0,236 T7 0,126 0,310 0,016 0,000 0,339 0,000 0,211 T8 0,126 0,293 0,033 0,000 0,339 0,000 0,222 T9 0,126 0,277 0,049 0,000 0,339 0,000 0,232 T10 0,126 0,293 0,016 0,016 0,322 0,017 0,206 T11 0,126 0,261 0,033 0,033 0,305 0,034 0,222 T12 0,126 0,228 0,049 0,049 0,288 0,051 0,246

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4.3.1 Processamento dos materiais poliméricos

Os materiais poliméricos, descritos no item 4.3, foram triturados em um moinho de facas (Micro Moinho) Modelo CE - 430/MICRO - Marca: CIENLAB (Figura 8) e os resultados desse beneficiamento podem ser observados na Figura 9, onde os agregados reciclados apresentaram-se como material pulverulento – garrafas pet (PET) e copos plásticos (PP+PS), semelhante ao agregado miúdo natural (areia), e particulado isopor (EPS), podendo substituir o agregado graúdo natural (brita) nos concretos.

Figura 8. Moinho de lâminas. Fonte: pessoal, 2018.

Figura 9. Agregados naturais e reciclados, utilizados na confecção dos traços experimentais PET, areia natural, PP+PS, EPS e brita ¾). Fonte: pessoal, 2018.

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4.4 Mistura de materiais e confecção de corpos de prova

Foram utilizados, nesses procedimentos, o cimento CPV - ARI 40 - RS, areia fina e brita ¾. O processo de confecção dos traços (mistura dos materiais) foi realizado com o auxílio de uma Betoneira CSM, Modelo CS 120 L (Figura 10).

Figura 10. Betoneira. Fonte: pessoal, 2018.

Com os percentuais de substituições previamente determinados, mediante consulta em literaturas, foram moldados os corpos de prova, em molde cilíndrico (Figura 11A), de acordo com a NBR 7215/1996. Posteriormente, esses corpos de prova foram desmoldados (Figura 11B), após 24 horas de seu preparo. Em seguida, foram calculadas suas massas específicas individuais. Os corpos de prova foram colocados em tanque de cura por 7, 14, 21 e 28 dias até o momento das análises.

Figura 11. Corpos de prova utilizados na pesquisa. A: Corpos de prova frescos e moldados. B: Corpos de prova desmoldados em tanque de cura. Fonte: Pessoal, 2018.

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4.5 Cálculo do volume de água e abatimento do cone

O consumo de água/cimento foi estabelecido em 0,5. Feito isso, o abatimento do tronco de cone foi fixado em 100 mm, para adequação na norma de concreto convencional (80 ± 20mm), e sabendo que a dimensão máxima característica do agregado graúdo é de 19 mm, logo, o consumo de água é de 205 L/m³ (PILEGGI, et al., 1998).

4.6 Amostra para análise em Microscópio Eletrônico de Varredura com EDS

Foram coletados fragmentos dos corpos de prova e realizados ensaios de MEV. As amostras foram coletadas no laboratório de materiais da empresa Polimix. A Figura 12 apresenta o fragmento do concreto T0 e a partir deste, os demais concretos seguiram, aproximadamente, o mesmo tamanho.

Figura 12. Fragmento do concreto padrão (T0). Fonte: Pessoal, 2019.

Utilizou-se, primeiramente, o equipamento Tescan VEGA3 com detector de elétrons secundários, para operação em alto vácuo (ETD), com distância de trabalho (WD) máxima de 10 mm, e tensão do feixe em 20KV. Em seguida, a abertura da lente objetiva de 30µm e também o detector VCD para elétrons retroespalhandos com resoluções iguais ao do detector ETD, possibilitando micrografias com elétrons secundários e elétrons retroespalhados. Posteriormente, através das operações no MEV com os detectores mencionados, obteve-se com o EDS, a confirmação dos elementos químicos presentes nas amostras. O detector EDS acoplado ao MEV define a análise química qualitativa e semi quantitativa dos elementos presentes na amostra, tais como cálcio (Ca), carbono (C), oxigênio (O) e outros.

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5 Procedimentos

5.1. Análise das propriedades mecânicas para bloco de concreto

Foi determinada a composição granulométrica dos areados reciclados, através da NBR 15116 (ABNT, 2004) e da NBR NM 248, e definidas as principais propriedades mecânicas para um bloco de concreto utilizando a NBR 12118:2013 como base.

5.2 Análise da propriedade- resistência à compressão

Os ensaios de resistência à compressão seguiram as Normas NBR 7215/1996 e NBR 6156/1983, para determinação de seus valores. Os corpos de prova foram submetidos a esforços de compressão axial até a sua ruptura, em prensa hidráulica. O cálculo da resistência à compressão, em Megapascal (MPa), de cada corpo de prova, foi feito dividindo-se a carga de ruptura pela área da seção transversal do corpo de prova. Antes de ser rompido, cada corpo de prova foi faceado em uma Retífica Faceadora de Corpo de Prova Semi manual Stuhlert, Modelo 2011 (Figura 13A). A prensa utilizada para fazer os testes do presente trabalho foi aPrensa Eletrohidráulica Digital 100 tf (Figura 13B).

Figura 13. Maquinário utilizado no faceamento (A) e nos ensaios de resistência à compressão (B). Fonte: pessoal, 2018.

5.3 Análise da propriedade- resistência à tração

A resistência à tração considerada foi obtida através da NBR 6118:2014, utilizando-se a fórmula:

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é a resistência média à tração expressa em MPa;

é a resistência característica à compressão do concreto.

5.4 Fator água/cimento

O fator a/c foi calculado seguindo as orientações propostas por Neville, 1997; Neville; Brooks, 2013.

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Onde: corresponde à resistência à compressão do concreto;

e correspondem a constantes empíricas; e corresponde ao fator água/cimento da mistura de concreto.

5.5 Massa específica dos concretos

Massa específica é a relação entre a massa do agregado seco e seu volume, sem considerar os poros permeáveis à água (CLUBE DO CONCRETO, 2013). Foi calculada através da seguinte fórmula:

μ = m/v Onde: μ: massa específica m: massa v: volume

5.6 Preparação das amostras para Microscopia Eletrônica de Varredura

As análises de materiais em um microscópio eletrônico de varredura exigem que a amostra apresente características que não apenas permitam sua colocação segura no interior do equipamento, mas também que possibilitem a observação das imagens desejadas. Segundo a literatura citada por Zang (2009) e Isaia (2005), no

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caso de amostras não condutoras como polímeros, cerâmicas, pastas, argamassas e concretos, é preciso que a superfície a ser observada seja recoberta por uma camada com material condutor de elétrons (metais ou ligas metálicas), cujo processo é denominado metalização das amostras. Isto se torna necessário para evitar um efeito chamado carregamento, que impede a obtenção de imagens satisfatórias durante a análise.

Neste estudo, as amostras foram recobertas com filme de ouro, na espessura de 16nm, como demonstrado no metalizador Quorum (Figura 5A), sob pressão do vácuo de 4 x 10-2 por 60 segundos a uma corrente de 40 mA; em seguida, as amostras são colocadas no porta amostra do equipamento MEV, conforme Figura 5B, e recebem pedaços de fita de carbono para evitar o efeito de carregamento de incidência de elétrons.

5.7 Análise estatística dos dados

Os dados de resistência à compressão e à tração, elencados no item 6, mais precisamente, nos gráficos 5A, 5B, 7A, 7B, 9A, 9B, 11A, 11B foram submetidos à análise de variância, e as médias foram agrupadas utilizando-se o teste de Scott-Knott, a 5% de probabilidade.

6 RESULTADOS E DISCUSSÃO

6.1 Granulometria de agregados naturais e reciclados

A partir dos resultados apresentados no Quadro 4, é possível compreender que, após processados, as garrafas pet (PET) e os copos plásticos descartáveis (PP+PS), mostraram granulometria similar à areia, o que comprova que sua utilização é adequada para confecção de concretos, pois atende ao método ABCP, onde para ser classificado como agregado miúdo, a referido método admite que as especificações granulométricas devam estar compreendidas entre as peneiras #1,2 mm e #0,6 mm. Foi comprovado, também, que os diâmetros das partículas do isopor (EPS), após a trituração, apresentaram especificações que as classificam como agregado graúdo, pois as maiores retenções ocorreram nas peneiras #12,5 mm e #4,8 mm, como observado no Quadro 4.

Quadro 4. Distribuição granulométrica dos polímeros e dos agregados naturais

Peneira Peso retido (%)

(mm) PET PP+PS EPS Areia Brita

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64 50 38 32 25 19 12,5 9,5 6,3 4,8 2,4 1,2 0,60 0,30 0,15 Fundo Total - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 605 200 - - - 1660 90 - 250 - 1830 34,8 15 250 20 545 63,9 28 - 35 225 50 130 - 150 35 48,7 300 -- 545 35 8,2 15 - 165 25 3,8 10 - 65 35 0,6 2 - 20 5 500 500 500 1000 500

6.2 Fator água/cimento (a/c)

Observando os resultados do Gráfico 3, percebe-se que quando comparado ao T0, os demais traços experimentais têm comportamento semelhante, não havendo consumos excessivos de água. Em síntese, o fator água/cimento (a/c) tem uma importância inquestionável para o nível de resistência do concreto e para a vida útil das edificações (PEDROSO, et al., 2016). Geralmente, o fator a/c utilizado em concretos para a construção civil é 0,4-0,7.

Gráfico 3. Fator água/cimento dos traços

6.3 Massa específica dos traços experimentais

Após a realização da moldagem e rompimento dos corpos de prova, foi constatado que, a partir do T10, com a incorporação de todos os materiais poliméricos, juntos, a massa específica dos traços diminuiu (Tabela 1). Os valores de massa específica dos traços se apresentaram no intervalo entre 2065 kg/m³ e

0,53 0,52 0,53 0,54 0,49 0,59 0,59 0,53 0,55 0,57 0,50 0,53 0,57 T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12