ICTR 2004 – CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
Costão do Santinho – Florianópolis – Santa Catarina
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PRÓXIMA
COMPORTAMENTO DE MATRIZES CIMENTÍCIAS COM FIBRAS DE BORRACHA PROVENIENTES DO PROCESSO DE RECAPAGEM DE PNEUS
Macedo, Deyse Crhistina Barbosa de Tubino, Rejane Maria Candiota
COMPORTAMENTO DE MATRIZES CIMENTÍCIAS COM
FIBRAS DE BORRACHA PROVENIENTE DO PROCESSO
DE RECAPAGEM DE PNEUS
MACEDO, Deyse Crhistina Barbosa de(2) TUBINO, Rejane Maria Candiota (3)
Resumo
A possibilidade de transformar o resíduo da borracha de pneu em subproduto é um dos
principais enfoques dados aos estudos com este material. Inovar e aperfeiçoar
características de produtos já existentes como, por exemplo, painéis pré-moldados que utilizem borracha em sua composição possibilitam a obtenção de um material mais deformável e leve, além de atuar no isolamento térmico e acústico. Desta forma, o uso do descarte proporciona a conservação do meio ambiente, soluciona graves problemas de saúde pública e diminui o custo devido à substituição de parte do agregado por um material mais barato na utilização da borracha de pneu como subproduto na construção civil.
O objetivo deste artigo é a análise e escolha do melhor tipo de matriz cimentícia a ser utilizada com fibras de borracha, tendo em vista a utilização em placas pré-moldadas de vedação. Analisou-se a substituição em volume de parte do agregado miúdo por uma porcentagem de borracha de pneu (fibras de pneu proveniente do processo de recapagem) iniciando com o teor de 15% como forma de definição para quatro dosagens com dois tipos de matrizes diferentes (argamassa e concreto). As propriedades analisadas no estado fresco foram: ar incorporado, abatimento do tronco de cone (slump), massa específica e no estado endurecido foram: resistência à compressão axial, tração por compressão diametral, tração direta, módulo de elasticidade, tração na flexão.
Dentre os resultados obtidos observou-se que as matrizes cimentícias com borracha
incorporaram mais ar que as matrizes de referência e o teor de borracha deverá ser
diminuído em dosagens futuras para que se comprove a sua influência sobre a incorporação de ar e perda de resistências mecânicas.
Palavras-chave: borracha de pneu, meio ambiente, concreto e argamassa
(2)
Mestranda em engenharia civil pela Universidade Federal de Goiás. e-mail: deysecbm@yahoo.com.br
(3)
Professora Doutora do Curso de Mestrado em engenharia civil – Universidade Federal de Goiás.Praça universitária,s/n, CEP 74605-220,Goiânia-GO
1.Introdução
Os problemas ambientais ocasionados pelo acúmulo de pneus vêm mobilizando diversos organismos nacionais e internacionais com o intuito de viabilizar o consumo deste excedente que ainda não é reciclado. A borracha de pneu apresenta-se como uma alternativa entre os rejeitos que podem ser reaproveitados em argamassas e concretos. Um aspecto interessante quanto ao uso do material é ecológico, já que serão reduzidos os problemas de estocagem de pneus velhos e usados, diminuindo o impacto ambiental ocasionado pelo acúmulo dos pneus.
Hoje, além do aspecto ecológico, segundo a Resolução 258-99 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) os importadores e produtores de pneumáticos deverão destinar adequadamente todo o descarte produzido. Esta resolução, deixa clara a necessidade do desenvolvimento de estudos sobre a viabilidade da utilização da borracha de pneu.
Este artigo compõe a primeira etapa do projeto de pesquisa sobre “Viabilidade técnica de painéis pré-moldados utilizando borracha de pneu em argamassa ou concreto”, no qual será abordado qual matriz apresentou melhor desempenho com a fibra de borracha tendo em vista o uso em pré-moldados.
Foram analisadas propriedades da argamassa e do concreto no estado fresco e endurecido, com uma avaliação comparativa dos resultados dos corpos-de-prova de ambas matrizes com e sem borracha, determinado se a porcentagem ideal de substituição do agregado por borracha deverá ser superior ou inferior a 15%.
1.2 Revisão da literatura
A inclusão de borracha de pneu se realizada a partir de um estudo que defina os principais parâmetros de sua utilização, pode melhorar características dos concretos e argamassas, como flexibilidade, elasticidade e capacidade de absorção de energia e impacto. Pesquisas realizadas até então mostram que o concreto e a argamassa com adição de borracha de pneu representam materiais ideais em situações sujeitas aos efeitos de impacto, isolamento térmico, acústico e onde uma grande resistência mecânica não é tão importante.
Outro ponto positivo relativo ao uso de resíduos de borracha é o fato das fibras atuarem como obstáculos no aparecimento e desenvolvimento de fissuras, pois quando interceptam as microfissuras que surgem durante o endurecimento do concreto,
impedem a progressão das mesmas (FIORITI, AKASAKI e NIRSCHL1, 2002, p. 2).
O grande problema apresentado pela maior parte dos autores foi a fraca adesão entre
partículas de borracha e matriz de cimento. Rostami et al.2 (1993,p.396)
experimentaram melhorar essa aderência através de tratamentos superficiais com água, tetracloreto de carbono (CCl4) e látex aplicados à borracha. Os resultados obtidos
em relação à resistência à compressão encontram-se na Figura 1. Os autores observam que a borracha contém uma significante quantidade de impurezas e contaminações superficiais, oriundas do processo de trituramento. O simples fato de lavar a borracha com água melhorou a resistência em 16% em relação à borracha não tratada.
A lavagem com água, no entanto, não foi capaz de eliminar todos os resíduos
superficiais; por isso utilizou-se um solvente de tetracloreto de carbono (CCl4). Um
aumento de 57% em relação à borracha não tratada foi observado. A adição de látex, que funcionou mais como um agente de acoplamento, melhorou a resistência em 42%.
Li et al.3 (1998, p.301) e Segre e Joekes4 (2000, p.1423) também experimentaram
outros tipos de tratamento, obtendo resultados que indicam melhor adesão entre matriz de cimento e borracha.
A fraca adesão entre a matriz cimentícia e a superfície da borracha é explicada pela presença do esterato de zinco, um composto presente na superfície da borracha de pneu que dificulta a adesão da matriz à superfície da borracha, o que pode ser melhorado através do tratamento da superfície com uma solução saturada de hidróxido de sódio (SEGRE, et al.5, 2002, p.521).
0 5 10 15 20 25 0 20 40 60 80 100 % de borracha R esi s tên ci a à co m p res
são sem tratamento
água látex CCl4
Figura 1 – Comportamento da borracha tratada (ROSTAMI et al., 1993)
Quanto à resistência mecânica, Bauer et al.6 (2001) estudaram a resistência à tração na
argamassa e no concreto, no qual se pode verificar que à medida que aumenta a quantidade de aparas de pneu no concreto, tanto substituindo agregado graúdo quanto miúdo, a resistência à tração diminuiu. Além disto, constataram que apesar da argamassa com adições de apara de pneu apresentar queda da resistência à compressão simples em relação à argamassa convencional, para utilização de painéis de alvenaria em argamassa a resistência à compressão exigida pela norma para blocos de vedação é 1,0 MPa, indicando a viabilidade do uso da argamassa com adição de
aparas de pneus para painéis de vedação, o que também foi constatado por Lima et al.7
(2000,p.7).
Apesar do concreto com borracha apresentar uma resistência menor na flexão, observa-se uma maior deformação dos corpos-de-prova e uma fratura dúctil, comparada ao concreto convencional, indicando uma maior absorção de energia (Li et al.3; TOPÇU8,1995,p.1138; TOUTANJI9,1996,p.137). Segundo Huynh et al.10(1996,p.11) ocorre uma menor redução na resistência à flexão com uso de fibras comparada aos grânulos de borracha.
Topçu e Avcular11 (1997,p.1897) verificaram que a substituição de parte do agregado miúdo por borracha provoca uma queda substancial do módulo de elasticidade da ordem de 50%.
Segundo Segre et al.12 (2004,p.3319) substituindo parte do agregado miúdo por
borracha tem-se corpos-de-prova com menos porosidade, o que explica a diminuição em 16% da absorção de água.
O material proveniente da recauchutagem já vem sendo utilizado na construção civil com várias finalidades dentre elas, a substituição pela areia, na confecção de placas pré-moldadas de concreto, já vem sendo desenvolvidas em municípios americanos como Dakota do Sul e brasileiros como Santa Cruz do Sul (KAMIMURA e ROCHA, 200213,pg.11).
2. Materiais e métodos
A fibra de borracha proveniente do processo de recauchutagem, assim como foi recolhida da empresa de recapagem, apresentava um pouco de poeira, fibras de aço e de nylon, então a mesma passou por um processo de peneiramento e o passante na peneira 4,8 mm foi a parcela do material utilizada. Após o processo de peneiramento a borracha foi lavada com água por 10 minutos em betoneira, a água escoada e então a mesma foi seca ao ar livre espalhada sobre uma lona. A diferença entre o material utilizado antes e após o peneiramento pode ser notada nas Figuras 2 e 3, respectivamente. Na Figura 2 estão separados ao lado da amostra alguns resíduos encontrados.
Figura 2 – Borracha antes do peneiramento Figura 3 – Borracha após peneiramento e
lavagem
Os materiais utilizados nas dosagens foram submetidos aos ensaios de granulometria, absorção e massa específica, conforme pode ser visualizado na Tabela 1.
Tabela 1- Caracterização do material utilizado
Método utilizado Ensaios realizados Brita 0 Areia
natural Areia artificial Fibra de borracha NBR 9937/87 Absorção(%) 0,5 0,6 0,3 - NBR 7217/87 Granulometria (MF) 5,95 2,12 2,86 2,87 NBR 9937/87 Massa específica S.S.S (g/cm3) 2,74 - - - NBR 9776/87 M. específica – Chapman (g/cm3) - 2,64 2,64 1,11
Fonte: Laboratório de Furnas Centrais Elétricas S.A.
O cimento utilizado foi o CP II Z – 32 RS e a caracterização física do cimento está na Tabela 2.
Tabela 2 - Caracterização do cimento Ensaio físico Propriedades determinadas Valores encontrados Massa específica (g/cm3) 3,0 Resíduo na # 200(%) - Resíduo na # 325(%) - Finura Área específica (cm2/g) 5.300 Início Tempo de pega Fim 2:40 4:20
Água de consistência – pasta (%) 29,4
3 dias 20,0
Resistência à
Compressão(MPa) 7 dias 25,6
Fonte: Laboratório de Furnas Centrais Elétricas S.A.
O método de dosagem utilizado foi o do módulo de finura utilizado nos Laboratórios de Furnas Centrais Elétricas S.A. Foram realizadas quatro dosagens, sendo duas em concreto e duas em argamassa, os traços utilizados estão descritos nas Tabelas 3, 4, 5 e 6.
Tabela 3 – Traço de referência do concreto (em massa)
Tabela 4 – Traço do concreto com 15% de borracha (em massa)
Cimento Areia natural Areia
artificial
Brita 0 Água Aditivo
1 1,05 2,46 2,99 0,78 0,006
Cimento Areia
natural Areia
artificial
Borracha Água Aditivo
Brita 0
Tabela 5 – Traço de referência da argamassa (em massa)
Tabela 6 – Traço da argamassa com 15% de borracha (em massa)
Optou-se pelo estudo com dois tipos de matrizes cimentícias para verificar o comportamento de ambas, quando tem parte do agregado miúdo substituído em volume por borracha. Foi mantido o abatimento do tronco de cone em torno de 60 a 70 mm para evitar a exsudação, uma vez que a matriz escolhida será utilizada para moldagem de placas pré-moldadas espessas. Decorrente disto, as relações água/cimento nas matrizes sofreram pequenas alterações.
As matrizes foram analisadas através de ensaios no estado fresco e endurecido para que se pudesse verificar qual tipo atenderia melhor pré-moldados com função de vedação. Foram moldados três corpos-de-prova nas idades de 3, 7, 28 e 90 dias para cada ensaio no estado endurecido, com exceção da resistência à tração por flexão que foram moldados dois.
Ensaios no estado fresco
• Ar incorporado segundo a NBR 9833/87;
• Abatimento do tronco de cone segundo a NBR NM 67/1998;
• Massa específica.
Ensaios no estado endurecido
• Resistência à compressão axial segundo a NBR 5739/94: o corpo-de-prova é submetido a um carregamento axial até a ruptura.
• Resistência à tração por compressão diametral segundo a NBR 7222/94: o corpo-de-prova é apoiado em duas taliscas de madeira e uma tensão de compressão é aplicada na geratriz do cilindro até ruptura.
• Resistência à tração por flexão segundo a NBR 12142/91: o prisma é posicionado nos elementos de apoio de forma que a carga atue no terço médio. • Resistência à tração direta segundo método de Furnas: o corpo-de-prova é
confinado e recebe carga de tração até sua ruptura.
• Módulo de elasticidade segundo a NBR 8522/84: o corpo-de-prova é colocado em uma prensa submetido ao carregamento axial e são medidas as deformações do concreto ou argamassa.
Cimento Areia natural Areia artificial Água Aditivo
1 1,36 3,16 0,79 0,006
Cimento Areia natural Areia
artificial
Borracha Água Aditivo
3. Resultados
Os resultados dos ensaios no estado fresco podem ser analisados nas Figuras 4 e 5.
Ar incorporado 0 1 2 3 4 5 6 7 8 dosagens ar i n c or por ado ( % ) Concreto dereferência Concreto com 15% de borracha Argamassa de referência Argamassa com 15% de borracha Massa específica 1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300 dosagens m a s s a es p e c íf ic a (K g /m ) Concreto de referência Concreto com 15% de borracha Argamassa de referência Argamassa com 15% de borracha
Figura 4 – Ar incorporado nas dosagens Figura 5 – Massa específica nas dosagens
Os resultados dos ensaios no estado endurecido aos 3 dias podem ser analisados nas Figuras 6, 7,8,9 e10. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 C onc re to de r ef . C onc ret o co m 1 5 % Ar g a m a s s a ref . Ar g a m a s s a c o m 15% T ens ão (M P a) CP 1 CP 2 CP 3 Média 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 Conc re to de r ef . Co nc re to c om 15% Ar g a m a ssa re f. Ar g a m a ssa co m 1 5 % T e ns ão( M P a) CP 1 CP 2 CP 3 Média
Figura 6 – Resistência à tração direta Figura 7 – Resistência à tração por
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 Conc ret o de r ef . Conc ret o c om 15% A rgam as s a re f. A rgam as s a c om 15% T ens ão( M P a) CP 1 CP 2 Média 0 2 4 6 8 10 12 Co nc re to de r ef . Con c re to co m 1 5 % Ar g a m a ss a re f. Ar g a m a ss a co m 1 5 % T e ns ão (M P a ) CP 1 CP 2 CP 3 Média
Figura 8 – Resistência à tração na flexão Figura 9 – Resistência à compressão axial
0 2 4 6 8 10 12 14 16 Co nc re to de r ef . C onc ret o c om 15% A rgam a s s a re f. A rgam a s s a co m 1 5 % T ens ão (G P a) CP 1 CP 2 CP 3 Média
Figura 10 – Módulo de elasticidade
4. Discussão
A partir dos resultados dos ensaios com matrizes cimentícias no estado fresco percebeu-se um aumento significativo do ar incorporado naquelas com fibras de borracha (Figura 4), porém sendo valores inferiores aos alcançados por Cardoso et
al14.(2002) e Huynh et al.10(1996,p.11) utilizando borracha granular. Analisando-se a Figura 4 pode-se notar que tanto a argamassa com borracha quanto o concreto apresentaram incorporação de ar superior as matrizes de referência.
Quanto à massa específica (Figura 5), houve diminuição em todas as misturas com borracha (como era esperado), em função da mesma apresentar massa específica inferior.
No estado endurecido, quanto à resistência à tração na flexão (Figura 8), a matriz de argamassa de referência foi superior em 9,1% ao valor apresentado pela matriz com borracha; e o concreto de referência apresentou valor inferior em 45% em relação ao com borracha.
Quanto ao módulo de elasticidade (Figura 10), a matriz de argamassa de referência foi superior em 32% ao valor apresentado pela matriz com borracha; e o concreto de referência apresentou valores praticamente iguais em relação ao com borracha.
A queda das resistências mecânicas nas matrizes com fibra de borracha (Figura 6,7e 9) pode ser explicada em parte devido a fraca adesão entre a superfície da borracha e a
matriz conforme explicitado por Segre e Joekes4 (2000, p.1423), além da quantidade de
ar incorporado a mais nas matrizes com borracha e massa específica da borracha inferior em relação ao agregado miúdo ao qual foi substituída.
5. Conclusão
As principais conclusões sobre os resultados apresentados são:
• As matrizes com borracha incorporaram mais ar que as matrizes de referência; • Ocorreu uma queda de 56% na resistência à compressão axial na matriz de
argamassa com borracha em relação à referência.
Portanto, o teor de borracha deverá ser diminuído em dosagens futuras para que se comprove a sua influência sobre incorporação do ar e perda de resistências mecânicas. Dentre as matrizes utilizadas a que melhor se comportou quanto perdas menores de resistência mecânica foi o concreto, apresentando excelente desempenho quanto a resistência à tração na flexão utilizando a fibra de borracha.
6. Agradecimentos
Recapagem de pneus moreira LTDA e Laminação Araguaia;
A Furnas Centrais Elétricas S.A. em nome da Eng.ªAlbéria Cavalcanti de Albuquerque
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Abstract
The possibility to transform the residue of the tire rubber into by-product is one of the
main approaches given to the studies with this material. Improve characteristics of
existing products, such as premolded panels wich use rubber in its composition can create a lightweight and deformable material and also act in thermal and acoustic isolation. On the other hand, the use of provides the environment conservation, solves serious problems of public health and diminishes the cost due to substitution of part of the aggregate for the tire rubber as by-product in civil construction.
The objective of this article is to analyse and choose of the best type of cimentitious matrix to be used with rubber fibres, to use as a premolded panel. It was analyzed the substitution, in volume of part of the fine aggregate for a tire rubber percentage (tire fibres proceeding from recovering process) starting with 15% as form of definition for four dosages with two types of different matrix (mortar and concrete). The properties analyzed at the fresh concrete were: incorporated air, slump test, specific mass and in the hard state were: compressive strength, tensile strength, modulus of elasticity.
Amongt the results it was observed that the matrix with rubber incorporated more air that
the reference matrix and the rubber proportion will have to be diminished in future
mixtures so that if it proves its influence on incorporation of air and loss of mechanical strength.
