Revista Brasileira de Cincias Ambientais nmero 126

Lia Lorena PimentelEngenharia civil, doutoranda do programa de Ps-

Graduao em Construes Rurais e Ambincia daFaculdade de Engenharia Agrcola / Unicamp.

lialp@agr.unicamp.br

Gladis CamariniProfessora Doutora da Faculdade de Engenharia Civil /

Unicamp.camarini@fec.unicamp.br

RESUMO

A utilizao de cimentos especiais, adies minerais e qumicas na produo de concretos eargamassas, com o objetivo de alterar suas propriedades fsico-qumicas, cada vez mais freqente,visando melhorar o desempenho desses materiais em relao durabilidade. Este trabalho teve porobjetivo analisar o comportamento fsico e mecnico de compsitos biomassa vegetal-cimentomodificados com polmeros. Foram utilizadas disperses de polmeros de base acrlica e a base deestireno butadieno. Determinou-se o teor de slidos dos ltex polimricos, e realizaram-se ensaiosde determinao do tempo de incio de pega para dosagens de 5%, 10% e 15% de polmero slidoem relao massa de cimento (relao P/C). Essas determinaes resultaram nas dosagenstimas de 5% e 10% para ltex base de SBR e 5% e 15% para ltex de base acrlica. Observaram-se as seguintes propriedades do compsito: absoro total e por capilaridade, as resistnciasmecnicas compresso simples e trao por compresso diametral e a velocidade de propagaode onda ultra-snica. Os resultados obtidos permitiram concluir que a utilizao de polmeros podevir a melhorar a durabilidade dos compsitos biomassa vegetal-cimento, uma vez que reduz sensi-velmente suas propriedades de transferncia.

ABSTRACT

Special Portland cement, chemical and mineral additions used for concrete and mortar productionhave the purpose to modify its physical and chemical properties. This is important to improve theirperformance and their durability. The aim of this work was to observe the physical and mechanicalperformance of vegetal fiber-cement composites modified by polymers. For this, it was used dispersionsof acrylic polymer and styrene-butadiene polymer. It was determined the solid content for allpolymers used. Setting time was determined to observe the polymer influence on this property. Theresults showed that the best performances were the addition of 5% and 10% of SBR latex, by weightof cement, and 5% and 15% of acrylic latex, by weight of cement. The composite propertiesobserved were total absorption by immersion and absorption by capilarity, compressive strength,tensile strength by brazilian test, and ultrasonic wave determination. The tests results showed thatthe use of latex polymer could improve the performance and the durability of vegetal fiber-cementcomposites when compared to the conventional mortar because of the improvement of its transferproperties.

AVALIAO DECOMPSITOS

BIOMASSAVEGETAL-CIMENTO

MODIFICADOS PORPOLMERO

Gesto de Resduos

agosto 2005 27

INTRODUOCompsitos biomassa vegetal -

cimento (CBVC) podem ser utilizadospara as mais diversas finalidades em vistade suas caractersticas especiais, taiscomo, baixa massa especfica, isolamentotrmico, resistncia ao fogo,impermeabilidade e resistncia mecnicaque, embora no seja to alta quanto do concreto, no chega a serdesprezvel.

As utilizaes mais comuns do CBVCso na fabricao de: painis anti-rudo,revestimentos, forros, vedao deequipamentos industriais, pisos e blocosno-estruturais.

Produtos base de aglomerantesinorgnicos e madeira comearam a serproduzidos a partir da dcada de 30,sob forma de painis leves de madeirae magnesita. O desenvolvimento datecnologia para a utilizao de resduosde madeira com aglomerantesorgnicos efetuou-se mais rapidamentedo que a utilizao dessa matria-primavegetal com aglomerantes minerais(BERALDO, 1997).

Atualmente, devido ao encarecimentodos aglomerantes orgnicos e proibio da utilizao do amianto emalguns pases, pesquisas sobre aviabilidade da utilizao de compsitosbiomassa vegetal-cimento voltaram a serdesenvolvidas. Outro fator queimpulsiona a ampliao dessa linha depesquisa a preocupao com o meioambiente, buscando-se, por meio dautilizao de resduos provenientes daagroindstria, minimizar o gasto de

energia para a produo de elementosconstrutivos e evitar danos ao meioambiente causados pela queima dessesresduos.

Em todo o mundo essesfibrocimentos alternativos j fazem partede programas de transfernciatecnolgica, especialmente no que serefere aos sistemas de cobertura debaixo custo (GRAM et al, 1994)(SAVASTANO, 2000).

O surgimento dos concretosmodificados com polmeros ocorreu naInglaterra, em 1923, quando a primeirapatente foi criada por Cresson, com aadio de borracha natural ao concretopara aplicao em calamentos. Durantea dcada de 20 apareceram as primeiraspublicaes e outras patentes usandoborracha natural. Na dcada de 30, oalemo Rodwell utilizou pela primeira vezum ltex sinttico em concreto, o ltex deacetato de polivinila. Nas dcadas de 40e 50 continuaram aparecendo outrospolmeros na Europa e no Japo, onde,em 1978, ocorreu a primeira publicaode norma de ensaio. Hoje, a normajaponesa a mais completa sobreconcretos modificados com polmeros(CESTARI, 2001).

Existem trs classes principaisde concretos utilizando polmeros: oconcreto impregnado por polmero,quando, aps o endurecimento, oconcreto de cimento Portland recebeimpregnao de resina polimrica;concreto modificado por polmero,quando o polmero empregado naforma de uma disperso em gua(ltex), com a gua de amassamento no

processo de mistura do concreto; e oconcreto polmero neste caso, oaglomerante uma resina polimrica,podendo o cimento Portland serempregado como filler ou no.

Neste trabalho se optou pelo uso datcnica do concreto modificado comltex. A utilizao dessa tcnica visamelhorar propriedades como ligaoentre o concreto e o substrato, melhorara resistncia ao impacto, penetraode gua e sais dissolvidos e a ao decongelamento e degelo (ACI, 1997).

A indstria Faber Castell, situada emSo Carlos estado de So Paulo, geracom a produo de lpis umaquantidade de aproximadamente2,16 mil t/ms de resduos, constitudosbasicamente por partculas de Pinuscaribaea, madeira de reflorestamentoutilizada pela indstria.

A opo pelo uso desse tipo deresduo foi definida pela diminuio nonmero das possveis variveis queinfluenciam na questo daincompatibilidade qumica entrebiomassa vegetal e o cimento, como apadronizao da idade de corte e dagranulometria do resduo, regular emcada etapa de fabricao. Alm disso,no ocorre mistura entre as espcies.

O desenvolvimento de compsitosbiomassa vegetal-cimento passa poruma srie de questes bsicas a seremsolucionadas: a necessidade de umestudo geoeconmico para verificar apotencialidade do resduo como matria-prima para fabricao de compsitos;minimizar a incompatibilidade qumicaentre o resduo e a matriz cimentcia;

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fazer com que o elemento construtivoatenda s especificaes fsicas emecnicas e de durabilidade deelementos construtivos similaresexistentes no mercado. Este trabalhovisou, com a adio de polmeros,melhorar a durabilidade das fibras e,conseqentemente, do compsito.

MATERIAIS E MTODOS

Caracterizao dos materiaisOs materiais utilizados foram os

agregados formados pelas partculas dePinus caribaea, e pela areia lavada, derio. O aglomerante empregado foi ocimento Portland de alta resistnciainicial; CP V-ARI, da marca CIMINAS. Ospolmeros utilizados foram o ltex debase acrlica e o ltex base de estirenobutadieno, ambos marca FOSROC-REAX.

Agregado vegetal e mineralO resduo vegetal e a areia natural

tiveram suas curvas granulomtricasdeterminadas conforme recomenda aNBR 7217 (1987). No entanto, oresduo vegetal no foi avaliado como oagregado mineral, pois suas partculas

no apresentam gros arredondadoscomo os agregados convencionais.

O resduo vegetal utilizado tinhapartculas curtas e de cor avermelhadadevido ao processo qumico deimpregnao da madeira com parafina ecorante.

A Figura 1 apresenta a curvagranulomtrica das partculas do resduovegetal.

A anlise granulomtrica do agregadomineral apresentada na Figura 2.

Segundo a NBR 7211 (1983), queestabelece limites granulomtricos parao agregado mido em funo dasporcentagens retidas acumuladas, essematerial pode ser classificado comoareia mdia.

PolmerosOs polmeros empregados no

trabalho experimental foram de baseacrlica (CHAPIX AR) e base deestireno-butadieno (CHAPIX SBR) damarca FOSROC-REAX. Esses produtosso facilmente encontrados no mercadoe foram caracterizados peladeterminao do teor de slidos. Oensaio foi executado secando a amostrado ltex at constncia de massa temperatura de 100 C. Esse

procedimento foi adaptado doACI548.3R (1997) a indicar trstemperaturas e tempos de secagem. Osvalores obtidos foram de 20% para oCHAPIX AR (base acrlica) e de 13%para o CHAPIX SBR (base estirenobutadieno).

Para a determinao do consumo depolmero em relao massa decimento foram adotados valores iniciaisde 5, 10, e 15%. Com o objetivo deavaliar as porcentagens mais adequadas,determinaram-se os tempos de incio depega das pastas com esses teores, paraobservar se havia interferncia do teorde ltex nessa propriedade. Oprocedimento foi baseado naNBR 11581 (1991) para adeterminao do tempo de incio e fimde pega. Com o teor de slidos de cadaum dos ltex fez-se a correo darelao gua/cimento (a/c) da mistura.A gua da pasta de consistncia normalpara o cimento CP V ARI foi de 29,5%.

Como ocorreu um atraso no tempode incio de pega de 60 minutos para autilizao de 15% de ltex base deSBR, optou-se por trabalhar, nesse caso,com dosagens inferiores, ou seja, de 5%e 10%. Para o ltex de base acrlica setrabalhou com dosagens de 5% e 15%.

Figura 2 Distribuio granulomtrica do agregado mineralFonte: Autoras

Areia Lavada

Abertura Malha (mm)

% R

etid

a Ac

umul

ada

Figura 1 Distribuio granulomtrica Resduo vegetalFonte: Autoras

Resduo Vegetal

Abertura Malha (mm)

% R

etid

a Ac

umul

ada

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METODOLOGIA

Misturas experimentaisDefiniu-se pela utilizao da

proporo de mistura em massa1:1:0,15 (cimento: areia: resduo) erelao a/c = 0,63. Essa proporo foiescolhida em funo de j ter sidoempregada em trabalho anterior(PIMENTEL, 2000), visando aoaproveitamento do mesmo resduo. Anomenclatura empregada paraidentificar as misturas est detalhada noQuadro 1.

A mistura dos materiais foi executada,manualmente, em cuba de aoinoxidvel. Primeiro misturaram-se ocimento e a areia natural. Aps ahomogeneizao desses materiaisadicionaram-se as fibras de madeira,realizando-se nova homogeneizao.Finalmente, aps a mistura dos materiaissecos, adicionou-se a gua previamentemisturada ao ltex.

Moldagem, cura e ruptura doscorpos-de-provaA cura e ruptura dos corpos-de-

prova tiveram como referncia a normaNBR 7215 (1996). A moldagem doscorpos-de-prova foi efetuada em trscamadas, compactadas com golpes deesptula de 2 cm de largura e 1 mm deespessura. Esse procedimento foiutilizado de forma a permitir a ligao

entre as camadas pelo posicionamentodas fibras, o que no ocorreria com ouso do soquete normatizado. Oprocesso de cura consistiu em,imediatamente aps a moldagem,colocar as frmas em cmara mida porum perodo de 24 horas. Aps esseperodo, os corpos-de-prova foramdesmoldados e permaneceram emcmara mida at atingirem a idade de7 dias. A partir dessa idade a curaprosseguiu ao ar livre at que oscorpos-de-prova atingissem as idades deensaio.

Os corpos-de-prova foram ensaiados compresso axial, aos 7 e 28 dias deidade, em mquina universal de ensaios,marca VEB Werkstoffprfmaschinen, doDepartamento de Mquinas Agrcolas daFEAGRI Unicamp.

A resistncia trao foi determinadapor compresso diametral, segundoNBR 7222 (1994), para corpos-de-prova com idade de 28 dias.

AbsoroAos 21 e aos 56 dias de idade os

corpos-de-prova foram submetidos aoensaio de absoro total, conforme aNBR 9778 (1987) e ao ensaio deabsoro por capilaridade com adeterminao dos ndices de resistncia penetrao de gua e soro,determinados conforme procedimentosestipulados no manual CYTED (1998),no que concerne ao ensaio de

Quadro 1 Nomenclaturadas misturas experimentais

argamassa. Os corpos-de-prova foramsecos em estufa at constncia demassa; em seguida, sua face lateral foiimpermeabilizada. Aps a secagemdo impermeabilizante, os corpos-de-prova foram dispostos sobre suportesque permitiam o contato da gua com aface inferior do mesmo. O nvel de guafoi mantido constante em 1 cm acima daface inferior do corpo-de-prova. Ocoeficiente de absoro por capilaridade(K) foi calculado como sendo:

(g /cm2 . s1/2) (1)

Onde:

A = Massa do corpo-de-prova depois dedeterminado perodo detempo (g);

B = Massa do corpo-de-prova seco (g);

S = rea da seotransversal do corpo-de-prova (cm2);

T = Tempo do ensaio (s).

O coeficiente de resistncia penetrao da gua (M) foi calculadocomo sendo:

(h/mm2) (2)

Onde:

T = Tempo do ensaio (h);

Z = Profundidade depenetrao da gua (mm).

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Ultra-somNa medio do tempo de

propagao da onda ultra-snica atravsdos corpos-de-prova cilndricos, utilizou-se o equipamento Ultrasonic Tester,modelo BP-7, da STEINKAMP, comtransdutores exponenciais comfreqncia de ressonncia de 45 kHz.Mediu-se o tempo de propagaoda onda ultra-snica atravs dos corpos-de-prova, no sentido longitudinal,antes de submet-los aos ensaios paraa determinao das resistncias compresso axial e trao porcompresso diametral. Assim, procurou-seobservar a existncia de correlao entre

os resultados dos ensaios (tenses deruptura) e os resultados obtidos noensaio de ultra-som (velocidade depropagao da onda).

RESULTADOS E DISCUSSO

AbsoroCom relao ao ensaio de absoro

por imerso, no se observaramdiferenas significativas na capacidadede absoro entre as misturasempregadas no trabalho experimental.A mdia da absoro foi de 14,03%.

A Soro capilar (S) (capacidade deascenso da gua por capilares depequeno dimetro) foi calculada comosendo:

(mm/h1/2) (3)

Onde:

M = Coeficiente deresistncia penetrao degua (h/mm2)

Figura 4 Resultados de absoro por capilaridade emfuno da t para 56 diasFonte: Autoras

Absoro por Capilaridade 56 dias

Figura 6 Resultado de resistncia penetrao de guaem funo do tratamentoFonte: Autoras

Resistncia penetrao de gua 56 dias

Tratamentos

(h/m

m^

2)

Figura 5 Resultado de resistncia penetrao de guaem funo do tratamentoFonte: Autoras

Resistncia penetrao de gua 28 dias

Tratamentos

(h/m

m2 )

Figura 3 Resultados de absoro por capilaridade emfuno da t para 28 diasFonte: Autoras

Absoro por Capilaridade X (t)1/2

Raiz do tempo

Abso

ro

(g/c

m2 )

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para a argamassa testemunho,como pode se observar no grfico daFigura 4.

A resistncia penetrao de gua foisignificativamente superior para ocompsito modificado com 10% de ltex base de estireno butadieno, conformese pode observar na Figura 5 para amdia das repeties idade de21 dias.

Aps 56 dias, a resistncia penetrao da gua reduziu para todasas argamassas, porm a que sofreumenor reduo foi a argamassa tratadacom 15% de ltex acrlico (AC15), comose pode observar na Figura 6.

A Figura 7 apresenta a fotografia dassees dos corpos-de-prova apsensaio de absoro por capilaridade.

Segundo os critrios de avaliao doCYTED (1998), concreto com sorocapilar at 6 mm/h pode ser utilizadoem ambientes medianamente severos.Os valores obtidos para as argamassasem estudo variaram de 2,64 a 3,78 paraa idade de 21 dias. A Figura 8 apresentaos resultados dos valores de soro.

Aps 56 dias, a soro aumentoupara todas as argamassas, porm a quesofreu menor alterao foi a argamassatratada com 15% de ltex acrlico (AC15),como se pode observar na Figura 9.

Figura 7 Aspecto doscorpos-de-prova em funodo tratamento; daesquerda para a direita oscorpos-de-prova seguem aseguinte ordem detratamento: SBR10, SBR5,AC15, AC5, TCrdito: Autoras

Cumpre ressaltar que esse valor estabaixo do valor mximo normatizadopara blocos e artefatos de concreto(20%).

Os resultados do ensaio de absorocapilar em funo da raiz quadrada dotempo (t) para a mdia das repetiesde cada tratamento so apresentadosna Figura 3. Observou-se que otratamento com ltex base de estirenobutadieno a 10% apresentou a menorcapacidade de absoro.

Aps 56 dias de idade, observou-seuma perda na capacidade deimpermeabilizao, tanto para asargamassas tratadas com ltex como

Figura 8 Resultados de soroFonte: Autoras

Soro 28 dias

Tratamentos

(mm

/h^

1/2)

Figura 9 Resultados de soro 56 diasFonte: Autoras

Soro

Tratamentos

(mm

/h^

1/2)

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Resistncia mecnicaAos 7 dias de idade notou-se

melhora da resistncia apenas para otratamento com 15% de ltex acrlico,conforme pode ser observado naFigura 10.

Os melhores resultados de resistnciaaos 28 dias foram obtidos para ostratamentos de base acrlica e de SBR nadosagem de 5%; a resistncia mdiapara estes tratamentos da ordem de26 Mpa (Figura 11).

Observou-se pequena superioridadeda resistncia trao por compressodiametral para o tratamento com ltexacrlico a 15%. A Figura 12 apresenta osresultados desse ensaio.

Ultra-somOs resultados obtidos com a

velocidade de propagao da ondaultra-snica atravs dos corpos-de-provaforam relacionados com aspropriedades mecnicas obtidas com osdiversos tratamentos dos compsitosbiomassa vegetal polimrica.

Os valores obtidos de R2 calculadospara uma regresso linear esto listadosno Quadro 2 e indicaram no havercorrelao entre a velocidade e aresistncia compresso e a resistncia trao por compresso diametral.

Quadro 2 Resultados da regresso linear

Figura 11 Valores de resistncia compresso, em funo dotratamento do compsitoFonte: Autoras

Resistncia Compresso 28 dias

Tratamentos

(MPa

)

Figura 10 Valores de resistncia compresso em funodo tratamento do compsitoFonte: Autoras

Resistncia Compresso Simples 7 dias

Tratamentos

(MPa

)

Figura 12 Valores deresistncia trao porcompresso diametral,em funo dotratamento docompsitoFonte: Autoras

(MPa

)

Tratamentos

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ANLISE E CONCLUSESA partir das condies nas quais se

desenvolveu o presente trabalho, asanlises permitiram concluir que autilizao de polmeros em compsitosbiomassa vegetal-cimento pode vir amelhorar a durabilidade destescompsitos, assim como vemcontribuindo para a durabilidade doconcreto. Esse resultado possveldevido capacidade de reduzirsensivelmente sua permeabilidade. Oensaio de absoro por capilaridademostrou-se mais sensvel para adeterminao das propriedades detransferncia do que o ensaio deabsoro por imerso.

A resistncia compresso foi melhorpara argamassas tratadas com 5 e 15%de ltex de base acrlica, e para aargamassa tratada com 5% de ltex base de estireno butadieno.

A partir desses resultadospreliminares, observa-se que a adio depolmeros aos compsitos biomassavegetal-cimento apresentou resultadosinteressantes. No entanto, pesquisasmais aprofundadas so necessrias paraavaliar o desempenho dessescompsitos, tanto macro comomicroscopicamente. Nesse sentido,ensaios de envelhecimento natural e

acelerado, a utilizao de microscopiaptica e eletrnica de varredura deveroser executados para avaliar maisdetalhadamente a durabilidade docompsito e da fibra vegetal utilizada.

BIBLIOGRAFIAACI 548.3R-95. Manual of concrete practice.EUA: American Concrete Institute, Part 4,p. 1-48, 1997.

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMASTCNICAS, ABNT. NBR 7211 Agregados paraconcreto, especificao, Rio de Janeiro: ABNT,1983. 5p.

. NBR 7217 Agregados: Determinao dacomposio granulomtrica, mtodo deensaio. Rio de Janeiro: ABNT, 1987, 3p.

. NBR 9778 Argamassa e concretoendurecido Determinao da absoro degua ou imerso ndice de vazios e massaespecfica. Rio de Janeiro: ABNT, 1987, 3p.

. NBR 11581 Cimento Portland Determinao dos tempos de pega Mtodode ensaio. Rio de Janeiro: ABNT, 1991, 5p.

. NBR 7222 Argamassa e Concreto Determinao da resistncia trao porcompresso diametral de corpos de provacilndricos, Mtodo de Ensaio. Rio de Janeiro:ABNT, 1994, 3p.

. NBR 7215 Cimento Portland:Determinao da resistncia compresso,

mtodo de ensaio. Rio de janeiro: ABNT,1996, 8p.

BERALDO, Antonio Ludovico. CompsitosBiomassa Vegetal-Cimento. In: SIMPSIOSOBRE MATERIAIS NO CONVENCIONAISPARA CONSTRUES RURAIS, CampinaGrande, UFPB, Editores Romildo Dias ToledoFilho, Jos Wallace Barbosa do Nascimento,Khosrow Ghavami, 1997, p. 01-48.

CESTARI, Daniel. O efeito da adio docopolmero vinil veova em argamassas derevestimento. 2001. 154p. Dissertao(Mestrado) FEC Universidade de Campinas,Campinas, SP, 2001.

CYTED, Manual de inspeccion, evaluacion ydiagnostico de corrosion en estructuras dehormigon armado. Programa Iberoamericanode Ciencia y Tecnologia para el Desarrollo.p. 28 - 47, 1998.

GRAM, H; CUT, P. Directives pour lecontrole de qualite. St. Gallen: SKAT/BIT,Serie Pedagogique TFM/TVM, Outil 23,p. 69, 1994.

PIMENTEL, L. P. Telhas onduladas base decimento Portland e resduos de Pinuscaribaea. 2000. 67p. Dissertao (Mestrado)FEAGRI Universidade de Campinas,Campinas, SP, 2000.

SAVASTANO, H. J., PIMENTEL, L. L. Viabilidadedo aproveitamento de resduos de fibrasvegetais para fins de obteno de material deconstruo. Revista Brasileira de Eng.Agrcola e Ambiental, Campina Grande PB,DEAg / UFPB, v. 4, n. 1, p. 103-110, 2000.