AVALIAÇÃO DA VIABILIDADE DA INCORPORAÇÃO DE POLÍMEROS
PROVENIENTES DE RESÍDUOS DE EQUIPAMENTOS ELETROELETRÔNICOS (REEE) EM CONCRETO PRODUZIDO COM CIMENTO PORTLAND
Flávia Florentino de Almeida, Maria Lúcia Pereira Antunes, Nilson Cristino da Cruz, Elidiane Cipriano Rangel
UNESP, Universidade Estadual Paulista, Instituto de Ciência e Tecnologia/Campus de Sorocaba
UNESP/Sorocaba, Av. três de março, 511 – Sorocaba – S.P., Cep.: 18017-180 eng.flavia@outlook.com
RESUMO
A quantidade global de geração de residuo de equipamento eletroeletronico (REEE) em 2014 foi de cerca de 11,7t nas Américas e 41,8t mundialmente.
Apesar de ser uma minoria, algumas cidades possuem sistemas de captação realizando a separação dos materiais visando a reciclagem, entretanto na maioria dos locais, eles ainda acabam em aterros.
Desta forma é necessário encontrar técnicas para a destinação destes resíduos que sejam menos custosas e sem a necessidade de separação, ou que não consumam tantos recursos no processo.
Visando avaliar o reaproveitamento deste resíduo o presente trabalho o analisa quanto a sua molhabilidade e avalia sua incorporação em concreto através de ensaios de resistência a compressão, absorção de água, índice de vazios e massa especifica. Os resultados de molhabilidade demonstraram se tratar de um material hidrófilo. Isso facilita sua interação com a água e garante a integração entre resíduo, agregado e cimento. No ensaio de compressão, notou-se que a utilização de 8% de resíduo causou queda na resistência a compressão.
Palavras-chave: concreto, Resíduos de Equipamentos Eletroeletrônicos, propriedades mecânicas, molhabilidade, cimento Portland.
INTRODUÇÃO
A quantidade global de geração de lixo eletrônico em 2014 foi de cerca de 11,7t nas Américas e 41,8t mundialmente. Com o total das diferentes categorias que compõe o lixo eletrônico; como equipamentos de grande porte, telas, tevês, equipamentos de troca de calor, celulares, calculadoras e outros; essa quantidade deverá crescer cerca de 49,8t em 2018. Os três principais países da região com a geração de lixo eletrônico mais elevado em quantidades absolutas são: Estados Unidos (7,1 t), Brasil (1,4 t) e México (1,0 t) se analisarmos a geração de lixo percapita nas Américas, a classificação relativa é: Estados Unidos (22,1 kg / hab), Canadá (20,4 kg / hab) e Bahamas (19,1 kg / hab) (1).
Resíduos de equipamentos eletroeletrônicos (REEE), tradução literal de Waste eletronic and electrical equipament (WEEE)”(2), também podem ser
referenciados como e-waste(3), ou comumente falado e-lixo(4).
As informações sobre os REEE ainda são escassas e no Brasil não existe uma avaliação mais completa, o que dificulta a instrução sobre o assunto.
Apesar de ser uma minoria, algumas cidades possuem sistemas de captação do REEE realizando a separação dos materiais visando a reciclagem. Situação que pode ser rentável em se tratando das placas eletrônicas que possuem metais, porem quando se trata de polímeros muitas vezes somente o custo do frete para deslocamento do material, já pode inviabilizar a sua reciclagem, sem considerar o custo efetivo da reciclagem e os recursos como água e energia que serão utilizados. O processo de reciclagem mecânica dos polímeros exige que o material após ser separado passe por etapas de moagem, lavagem, secagem, aglutinação e reprocessamento, originando o grânulo ou uma peça de plástico reciclado. A água residual desse processo necessita passar por um tratamento antes de ser devolvida ao meio ambiente. Quanto a qualidade final do material, essa ira depender de diversos fatores como a qualidade de execução de cada etapa do processo da matéria prima inicial, bem como a adição de aditivos nos polímeros reciclados (5).
Desta forma é necessário encontrar técnicas para a destinação destes residuos menos custosas e sem a necessidade de separação, ou que não consumam tantos recursos no processo.
Apesar de escassos existem alguns trabalhos desenvolvidos com esse objetivo e que demonstraram bons resultados incorporando o residuos em concreto, como Yang(6) que incorporou polipropileno reciclado em substituição do agregado
miúdo e obteve resultados satisfatórios até o valor de 10% de incorporação.
Manatkar(7) realizou a incorporação de e-waste não metálico e constatou que
apesar da queda de resistência a compressão é viável o uso de até 5% deste resíduo. Lakshmi(8) realizou a incorporação do e-waste em concreto e verificou que
na incorporação de até 20%, resultou em aumento da resistência a compressão e tração.
Dentro deste contexto, este trabalho visa caracterizar os resíduos de equipamentos eletroeletrônicos, coletado na região de Sorocaba, e avaliar a sua incorporação em concreto em substituição de parte do agregado graudo. Desta forma dar-se-a uma nova destinação a esse resíduo sem a necessidade de separação e uso de tantos recursos como na reciclagem, facilitando a destinação e diminuindo o custo atrelado a reciclagem, e possibilitando também produzir um concreto mais leve e ecológico.
MATERIAIS E MÉTODOS
Caracterização do resíduo
Para a realização deste trabalho foram coletadas amostras de carcaças de resíduos de equipamentos eletroeletrônicos (REEE) na central de descarte de equipamentos eletrônicos de Sorocaba (S.P.), estas foram fracionadas manualmente até passarem pela peneira de 12mm, conforme mostrado na figura 1.
Figura 1: Resíduo polimérico de equipamento eletrônico fracionado, utilizado neste trabalho.
Este resíduo foi caracterizado quando a sua molhabilidade, sendo utilizado para isso um Goniômetro Ramé-Hart, inc. modelo nº100-000 do Laboratório de Plasmas Tecnológicos (LaPTec) da UNESP de Sorocaba (SP). Foram utilizadas 3 amostras de polímeros para essa análise, em cada amostra foi medico o ângulo de contato entre a gota de agua e a superfície do resíduo. Para cada amostra foram avaliadas 10 gotas de água.
Produção dos corpos de prova
Para fins de comparação das propriedades físicas e mecânicas do concreto produzido com o resíduo, foram moldados 6 corpos de prova com traço na proporção 1:2:2 para cimento, areia e brita, sendo que um segundo traço foi desenvolvido realizando a substituição em 8% do volume do agregado graúdo pelo resíduo e produzidos outros 6 corpos de prova com esse traço. Os corpos de prova foram moldados nas medidas de 10 x 20 cm e desmoldados após 24h, permanecendo sobre cura molhada de acordo com a NBR 5738(9).
Foram realizados dois ensaios de Abatimento do Tronco de Cone segundo a norma NBR NM 67(10), um para cada traço produzido para a avaliação da
consistência e fluidez do material, permitindo que se controle a uniformidade do concreto.
Analise dos corpos de prova
Após a cura realizada em câmara molhada por 7 e 14 dias foi realizado o ensaio de compressão cilíndrica de acordo com a NBR 5739 -2007(11).
Para o ensaio de absorção de água, amostras dos corpos ensaiados foram secas em estufa por 24h, após esse período foram pesadas e submersas em água por 72h quando foram novamente pesadas, de acordo com a NBR 9778(12).
O cálculo da absorção de água foi obtido conforme a equação (A).
Abs = [(Msat – Ms )/ Ms] x 100 (A)
Onde:
Abs = absorção de água
Msat = massa do corpo-de-prova saturado
Ms = massa do corpo-de-prova seco em estufa
Para o cálculo de índice de vazios, massa específica da amostra seca e massa específica da amostra saturada foi necessário medir a massa da amostra saturada imersa em água (Mi), e para obtenção desta medida foi realizada a medição com o dinamômetro.
O índice de vazios (Ivazio), foi calculado pela equação (B).
Ivazio= [( Msat – Ms) / (Msat - Mi )] x 100 (B)
Onde:
Mi = massa do corpo-de-prova saturado, imerso em água
Para o cálculo da massa especifica da amostra seca (Mseca) e massa
Mseca =( Ms) / ( Msat - Mi ) (C) ME = (Msat) / (Msat- Mi ) (D)
RESULTADOS.
Caracterização do resíduo
Para o ensaio de molhabilidade foi obtido o ângulo de contato médio para as 10 medidas e o resultado foi ϴ = (59 ± 12)°. Este valor caracteriza o resíduo como sendo hidrofílico (θ < 90°)(13). Esse resultado é favorável considerando que na
mistura de concreto, a água tem a função de hidratar o cimento e auxiliar na formação dos cristais em torno do agregado.
Análise do concreto no estado fresco
As amostras de concretos foram analisadas pelo ensaio de abatimento tronco de cone, e os resultados desta analise estão apresentados na tabela I. Pode-se dizer de acordo com Neville (1997)(14) que estes resultados mostram uma
característica de trabalhabilidade baixa. Em comparativo entre o abatimento de ambos os traços o concreto com a incorporação do resíduo se mostrou mais fluído, uma vez que teve uma diferença de 2 cm a mais no seu abatimento.
Porcentagem de incorporação no traço
Abatimento
0% 14 cm
8% 12 cm
Tabela I: Índice de abatimento do concreto
Os resultados de resistência à compressão cilíndrica são apresentados na figura 2.
Figura 2: Gráfico de resistência à compressão a 7 e 14 dias de cura
Analisando a figura 2, verifica-se que a resistência à compressão cresce conforme o aumento do tempo de cura, fato esse devido ao processo de cura do concreto. Os compostos anidros do cimento Portland reagem com a água (hidrólise), dando origem a compostos hidratados de duas categorias, os compostos cristalinos hidratados e o gel (15).Esse processo apesar de pequeno foi mais acentuado nos
corpos de prova com incorporação de resíduo.
Nota-se também queda de 16% na resistência à compressão nos corpos de prova com 8% de incorporação de resíduo e cura de 14 dias em comparação aos corpos de prova de 0%.
Os resultados dos ensaios de absorção de água, índice de vazios e massas especificas são apresentados na tabela II e na figura 3
% de incorporação
Tempo de Cura (dias)
Abs (%) Ivazio (%) Mseca ME
0 7 11,1 22,8 2,1 2,3 14 10 21,6 2,2 2,4 8 7 7,6 15,3 2,2 2,3 14 9,3 18,2 2,0 2,1
Tabela II: Índices de absorção, de vazios e massas especificas
Figura 3: Gráfico índices de absorção, de vazios e massas especificas
Os corpos de prova com resíduo absorvem até 7% a menos de água do que os corpos de prova sem resíduo aos 14 dias. Situação similar é observada nos valores dos índices de vazios, indicando que a porosidade é maior nos corpos de prova sem o resíduo.
Desta forma, a utilização do REEE em concreto produz um material com menor índice de absorção de água e com menor resistência a compressão na cura de 7 e 14 dias.
Analisando os corpos fraturadas pode-se observar uma distribuição homogenia do resíduo pelo corpo de prova conforme figuras 3 e 4.
Para os corpos rompidos pode-se observar que apesar do resíduo ter sido incorporado ele não se agregou ao concreto, permanecendo intacto após o rompimento, conforme figura 5.
Figura 5: Agregado incorporado. Figura 3: Distribuição do resíduo pelo corpo
de prova
Figura 4: Comparativo da distribuição do resíduo pelo corpo de prova
CONCLUSÕES
A incorporação do resíduo mostrou um concreto mais fluído e após o endurecimento com os ensaios de resistência a compressão os corpos se mostraram mais frágeis que os corpos sem incorporação.
Os resultados dos ensaios de resistência a compressão, mostram que a resistência diminui com a incorporação de 8% de resíduo com 7 e 14 dias de cura.
Nos ensaios de absorção de água notou-se a diminuição da absorção em relação ao traço não incorporado, o que torna esse material menos poroso, podendo por exemplo ser utilizado como concreto não estrutural, como o usado em guias, contra pisos, lastros e calçadas.
AGRADECIMENTOS
FAPESP, CAPES e Laboratório de Ensaios de Materiais da FACENS.
REFERÊNCIAS
1. AKASAKI, J. L.; SERNAROS, P.; REYES, B.; TRIGO, A. P.M. Avaliação da resistência à flexão do concreto com borracha de pneu com relação ao concreto convencional. In: CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO, 45, 2003, Espírito Santo. Anais... Espírito Santo: Arte Interativa, 2003. (CD ROM).
2. JORNAL OFICIAL DA UNIÃO EUROPEIA. (27 de 01 de 2003). DIRETIVA 2002/96/CE DO PARLAMENTO EUROPEU E DO CONSELHO Diretiva relativa aos resíduos de equipamentos elétricos e eletrónicos (REEE). L 37/24.
3. Baldé, C. W. The Global E-waste Monitor. United Nations University, Institute for advanced study for sustainability, Bonn, Alemanha. (2014).
4. VAL M. Disponível em <http://gizmodo.uol.com.br/a-historia-do-e-lixo-o-que-acontece-com-a-tecnologia-depois-que-e-descartada> Acesso em: 23 de 03 de 2016
5. ZANIN, M. ; MANCINI, S. D. Resíduos plásticos e reciclagem: aspectos gerais e tecnologia– São Carlos : EdUFSCAR, 2004. 143p
6. Shutong Yang; Xiaoqiang Yue; Xiaosong Liu; Yao Tong; Properties of self-compacting lightweight concrete containing recycled plastic particles
Construction and Building Materials 84 (2015) 444–453
7. MANATKAR P. A. et all Use of non-metallic e-waste as a coarse aggregate in a concrete In: International Journal of Research in Engineering and Technology, Maharashtra, India 2015
8. Lakshmi.R et all. Studies on Concrete containing E plastic waste .
International journal of environmental sciences Volume 1, No 3 ,2010 ,Sivagangai India
9. NBR 5738 (2008) - Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova
10. NBR NM 67 96 (1996) - Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone
11. NBR 5739 (2007) - Concreto - Ensaio de compressão corpo de prova cilíndrico
12. NBR 9778 - Argamassa e concreto endurecidos - Determinação da absorção de água por imersão - Índice de vazios e massa específica
13. GENNES, P.G. Wetting: statics and dynamics. Reviews of Modern Physics, v. 57, n. 3, Part I, p. 827- 863, 1985.
14 NEVILLE, A. M. Propriedades do Concreto. Trad. Savador E. Giamusso. Ed. Pini, São Paulo, 1997
15. ROMANO CEZAR A. Apostila de tecnologia do concreto. Centro federal de educação e tecnologia do Parana.- 102 pag
VIABILITY EVALUATION OF THE MERGER OF POLYMERS FROM WASTE ELECTRONIC AND ELECTRICAL EQUIPAMENTO (WEEE) IN CONCRETE PRODUCED WITH PORTLAND CEMENT
ABSTRACT
The overall amount of residue generation of electrical and electronic equipment (WEEE) in 2014 was about 11,7t in the Americas and 41,8t worldwide.
Despite being a minority, some cities have collection systems performing the separation of materials aiming at recycling, however in most places, they still end up in landfills.
Thus, it is necessary to find techniques for the disposal of these residues that are less costly and without the need for separation, or that does not consume so many resources in the process.
To evaluate this reuse, this work analyzes the residue as its wettability and evaluates their incorporation into concrete by compression resistance tests, water absorption, voids and bulk density. Thus the wettability results demonstrated it is a hydrophilic material. This demonstrates their interaction with water which ensures the integration of waste, aggregates and cement. In the compression test, it was noted that the use of 8% of residue caused decrease in compressive strength.
Key-words: Concrete, Waste Electrical and Electronic Equipment, mechanical properties, wettability, Portland cement.
