ISSN 1517-7076

     

Revista Matéria, v. 9, n. 4, pp. 399 – 410, 2004http://www.materia.coppe.ufrj.br/sarra/artigos/artigo10607

Adição de Poliuretano Expandido para a Confecção de Blocos de Concreto Leve

L. V. MAIA SIQUEIRA; M. R. STRAMARI; M. V. FOLGUERAS.

Universidade do Estado de Santa Catarina

Campus Universitário Prof. Avelino Marcante S/N – CEP 89223-100 – Joinville, SC, Brasil

e-mail: lmaia@joinville.udesc.br; mrstramari@yahoo.com.br; dem2mvf@joinville.udesc.br

RESUMO

Atualmente, o setor industrial vem buscando, através de ferramentas como a norma ISO 14000, promover o desenvolvimento sustentável, remodelando seu processo produtivo. O desenvolvimento de novos materiais pode ajudar neste processo através da busca de alternativas de produtos com maior valor agregado. Sendo assim, apresenta-se como objetivo desta pesquisa o estudo da possibilidade do uso de resíduos de poliuretano expandido, provenientes de indústrias da região norte de Santa Catarina, na obtenção de blocos de concreto. A vantagem do uso do poliuretano reside na possibilidade de obtenção de blocos mais leves, que facilitem a mão-de-obra aplicada nesta técnica construtiva, além de aliviar estruturalmente a edificação. Os experimentos envolveram em uma primeira etapa, a seleção e a caracterização das matérias primas utilizadas, conformação de corpos-de-prova de concreto e caracterização dos mesmos quanto ao comportamento mecânico. As informações obtidas possibilitarão, em uma segunda etapa, a produção de blocos de concreto com teores de poliuretano expandido que atendam a especificação para esta linha de produto. Os resultados obtidos foram representados através de diagramas de variação da resistência mecânica, e outras propriedades, em função do teor e tipo de poliuretano. Ensaios utilizando as técnicas de raio-x e microscopia eletrônica de varredura permitiram demonstrar a influência deste resíduo no processo de hidratação do cimento e consequentemente da resistência final obtida. A dificuldade da proposta está em manter a resistência mecânica e o índice de absorção das peças, em relação ao aumento do teor de poliuretano adicionado, obtendo blocos de concreto com uma diferença de peso significativa e destinando corretamente o maior volume de poliuretano possível.

Palavras chaves:    Blocos de concreto, poliuretano, resíduos sólidos.

Use of Expanded Polyurethane Residues to Fabricate Light Concrete Blocks

ABSTRACT

Nowdays the Industrial sector has been searching, through devices such as ISO 14000 regulation, to promote sustainable development, by remodeling its prodution process. The development of new materials can help this process through the search of product alternatives with higher aggregate value. Thus, the objective of this research is to study the possibility of using expanded polyurethane residues, coming from the industries of the north of Santa Catarina state, in the production of concrete blocks. The advantage of using polyurethane lies in the possibility of obtaining lighter block, facilitating labour used in this constrution technique, as well as, structurally relieving the building. Experiments involved in the first stage, seletion and characterization of raw material used, configuration of concrete samples and their characterization regarding mechanical behavior. Information thus obtained will make it , possiblein a second stage, the produtions   of concrete blocks with expanded polyurethane content, which met required specification for this product line. Obtained results were represented through diagrams of mechanical resistence variation, and other properties, regarding content and type of polyurethane. Tests using x-rays and scanning eletronic microscopy techniques made it possible to demonstrate the influence of this residue in the process of hidration of cement and consequent final resistance achieved. The difficulty of the proposition lies in maitaining mechanical resistance and pieces absorption index, in relation to the increase of added polyurethane content, obtaining concrete blocks with considerable weight difference and correctly designation maximum polyurethane volume possible.

Keywords:    Concrete blocks, polyurethane, solid residues. 

1           INTRODUÇÃO

Um dos principais problemas que afetam a qualidade de vida nos grandes centros urbanos é o volume de resíduos gerados diariamente. E assim, aspectos técnicos e científicos envolvidos nessa questão assumem significativa importância para a minimização dos problemas ambientais. Atualmente, os resíduos de atividades urbanas e industriais constituem um dos maiores problemas para as empresas e administrações públicas, visto que o gerenciamento correto destes resíduos acarretam custos elevados. Nas grandes cidades, o problema é ainda mais grave, devido à quantidade de resíduos gerados e à falta de áreas adequadas, próximas e disponíveis para deposição desses materiais [1]. A cidade de Joinville, parte da região metropolitana do norte/nordeste catarinense, está situada em uma área de 1.080,0 Km² e  possui 429.604 habitantes (Fonte: IBGE – CENSO 2000) [2]. Denominada como uma cidade industrial , Joinville apresenta em seu diagnóstico problemas semelhantes aos dos grandes centros urbanos. A produção de resíduos em quantidades cada vez maiores tem exigido soluções mais eficazes e investimentos por parte de seus geradores e da sociedade de uma forma geral . O controle e a minimização das fontes de poluição e o encaminhamento correto dos resíduos gerados pelas empresas são as duas soluções mais efetivas e eficazes utilizadas para assegurar a qualidade do meio ambiente, por isso o gerenciamento de resíduos sólidos tem-se transformado em um dos temas ambientais mais complexos das últimas décadas [3].

O plástico, devido à sua capacidade de ser moldado, tem sido utilizado no setor industrial na produção de uma grande variedade de artigos. O poliuretano (PU) , também conhecido por poliuretano expandido ou espuma rígida de poliuretano, trata-se de um material plástico celular fabricado com matérias-primas de alta qualidade e aplicado "in situ" por um sistema de mistura das mesmas em estado líquido (Poliois e Isocianatos) através de um equipamento apropriado que os projeta ou vaza nas superfícies a isolar. Após um breve período de expansão, a mistura solidifica, constituindo pequenas células fechadas que resultam em um poder isolante superior a qualquer outro material. Esta informação despertou o interesse nos fabricantes de refrigeradores em substituir a lã de vidro e rocha pelo poliuretano expandido na fabricação de seus produtos, o que possibilitou a redução da espessura de parede do refrigerador [4-5]. O crescente uso deste material trouxe como conseqüência a preocupação com o destino final dos refugos, aparas e rebarbas provenientes dos processos industriais.

Devido às propriedades químico-fisícas do PU, muitas das destinações propostas acabam se tornando onerosas ou inviáveis. O PU é composto por mais de 90% de ar e o restante de plástico e, portanto, economicamente inviável para o reaproveitamento como matéria-prima. Outro processo que se torna demasiadamente caro é o aterro do material, o que se justifica pelo grande volume ocupado, devido à sua baixa densidade, bem como o seu longo tempo de decomposição (cerca de 150 anos) .

A construção civil pode ser considerada um grande reciclador de resíduos provenientes de outras indústrias, resíduos como a escória granulada de alto forno, as cinzas volantes, a sílica ativa, entre outros, são incorporados rotineiramente nas construções [1].

Este trabalho considerou a possibilidade de preparação de um concreto leve, para a conformação de blocos, utilizando como matérias primas cimento, pedrisco, pó de pedra, areia e resíduo de poliuretano expandido triturado. O objetivo final consiste na preparação de blocos de boa qualidade e baixa densidade. Sendo que a adição de poliuretano tem como função reduzir a densidade do bloco, porém pode interferir em inúmeras etapas do processo, desde a adequada homogeneização da mistura até o processo de cura. Assim, o objetivo específico deste trabalho é verificar qual o efeito da adição deste material (PU) nas diferentes etapas de preparação dos blocos, verificando se os  resultados atendem as especificações das normas vigentes, além de buscar características diferenciadas que agreguem valor a este novo produto.

Os blocos vazados de concreto, segundo normas brasileiras regidas pela ABNT, é um elemento de concreto para alvenaria cuja seção transversal média útil (área da seção transversal do bloco, descontadas as áreas vazadas) é inferior a 75% da seção transversal bruta (área total da seção transversal do bloco). Os blocos de concreto são utilizados na construção civil com fins estruturais ou simplesmente para vedação, dependendo da resistência mínima à compressão axial oferecida pelo bloco. Sendo que a norma NBR 6136 especifica as características dos blocos de concreto para a alvenaria estrutural e a NBR 7173 para os blocos sem fins estruturais. As condições gerais exigidas para padronização e qualidades das peças determinam características tais como: classificação (local para os quais estão destinados), materiais utilizados, dimensões das peças, forma de fabricação e cura, aparência e textura. E as condições específicas apresentam requisitos quanto: resistência à compressão, absorção, umidade, retração e tipologia [6].

A pesquisa irá envolver várias etapas de trabalho. Nesta primeira etapa, foram produzidos corpos de prova (CP) cilíndricos (15x30cm) de concreto , adaptando-se um traço utilizado por uma confiável e respeitável empresa produtora de blocos de concreto da região (BLOCAUS PRÉ-FABRICADOS LTDA.), a qual está diretamente envolvida na pesquisa e se responsabilizará pela fabricação dos blocos com adição de PU. A este traço foram adicionados o resíduo de poliuretano expandido triturado com duas granulometrias e com dois teores diferentes de PU , com a finalidade de obter uma base referente ao tipo e a quantidade de PU que poderia

ser adicionado ao concreto, na produção dos blocos. Sendo assim, nesta etapa inicial, os corpos de prova foram submetidos aos ensaios de comportamento mecânico do concreto: ao ensaio de resistência à compressão, a determinação da trabalhabilidade e o índice de absorção. Foram também analisadas a microestrutura dos materiais rompidos.

A partir dos resultados desta 1a etapa, será possível ,em uma segunda etapa, a produção de blocos de concreto com determinadas proporções de PU, em quantidades mais próximas da realidade de mercado.

Além da confecção de um produto diferenciado para a construção civil, devido a diminuição de peso do bloco de concreto, os benefícios obtidos com a adição de resíduos no concreto são diversos, entre os quais destacam-se : a redução do consumo de recursos naturais, redução das áreas de aterro e a redução do efeito de contaminação do meio ambiente pelo descarte indiscriminado de materiais [7].

A reciclagem de resíduos também apresentam dois tipos de risco, primeiramente porque qualquer inovação tecnológica na construção civil enfrenta a natureza empírica do conhecimento e à falta de tradição em inovações, além da exigência de longa durabilidade que implica no inadequado desempenho de muitas novas tecnologias introduzidas no mercado. Aliado a este problema, está a própria reciclagem, de resíduos considerados perigosos [1], que é o caso do PU. E por tudo isso torna-se de extrema importância a  análise cuidadosa da incorporação deste material alternativo, principalmente evitando conseqüências como a obtenção de materiais com propriedades inferiores e de baixa durabilidade, além da contaminação do meio durante a produção e uso do material, tanto da matéria prima (resíduo), quanto do produto final.

 

2           MATERIAIS E MÉTODOS

2.1          Caracterização das Matérias Primas

 O cimento (aglomerante hidráulico) utilizado na confecção do concreto foi o cimento CP-V ARI RS

(Cimento Portland de Alta Resistência Inicial e Resistente a Sulfatos), proveniente da Cia. de Cimento Itambé. A Tabela 1 apresenta alguns resultados das propriedades físico-químicas e da composição química do cimento fornecido pela empresa.

  

Tabela 1: Ensaios Físicos e Químicos do Cimento Portland CP-V ARI RS

CP V-ARI-RS Valores médios Itambé/2002 Especificações ABNT

ENSAIOS FÍSICOS      

Tempo de início de pega (min) 147 >=60 NBR 11581

Tempo de fim de pega (min) 208 <=600 NBR 11581

Finura na peneira # 200 (%) 0,2 <=6 NBR 11579

Finura na peneira # 325 (%) 1,6 - NBR 9202

Consistência normal (%) 29,8 - NBR 11580

Resistência à compressão 1 dia (MPa) 22,7 >=11 NBR 7215

Resistência à compressão 3 dias (MPa) 34,7 >=24 NBR 7215

Resistência à compressão 7 dias (MPa) 40,7 >=34 NBR 7215

Resistência à compressão 28 dias (MPa) 49,6 - NBR 7215

ENSAIOS QUÍMICOS      

Perda ao fogo (%) 3,7 <=4,5 NBR NM 76

Resíduo Insolúvel (%) 11,2 - NBR 11581

Trióxido de enxofre – SO3 (%) 3,2 <=3,5 NBR 11581

Óxido de cálcio livre – CaO Livre (%) 1,5 - NBR 11579

Óxido de magnésio – MgO (%) 5,58 <=6,5 NBR 9202

Óxido de alumínio – Al2O3 (%) 6,5 - NBR 11580

Óxido de silício – SiO2 (%) 21,4 - NBR 7215

Óxido de ferro – Fe2O3 (%) 3,06 - NBR 7215

Óxido de cálcio – CaO (%) 52,3 - NBR 7215

Equivalente alcalino (%) 0,72 - -Fonte: Cia de Cimento Itambé, 2002 [8]. Este cimento caracteriza-se por apresentar, nas primeiras idades, altas resistências (aproximadamente

40MPa, em 7 dias) e por seu ótimo desempenho em ambientes altamente agressivos. Sendo assim, é o mais indicado para fabricação de peças pré-moldadas, como blocos de concreto, devido a logística de distribuição das peças e pelo ambiente característico da região (litoral).

As reações químicas que ocorrem no sistema de fornos de cimento e os produtos da hidratação do cimento podem ser representadas na Figura 1

 

Figura 1: Reações químicas presentes desde a fabricação até a hidratação do cimento Portland.

Os agregados utilizados na mistura do concreto foram adquiridos de empresas da região de Joinville. São originados de depósitos sedimentares, que se formam nos leitos dos rios e, por isso, classificados como agregados naturais. Foram utilizados dois tipo de areia fina , com módulos de finura (MF) diferentes (MF1= 2,13 e MF2=2,29 ), pedrisco (MF=5,74 ) e pó de brita (MF=3,33 ).

Os agregados miúdos, isto é, areia 1 , areia 2 e pó de pedra foram caracterizados quanto à sua distribuição granulométrica, segundo NBR 7217, massa específica pelo método de Chapman, segundo NBR 9776, inchamento médio, segundo NBR 6467,  teor de argila em torrões, segundo norma NBR 7218, teor de materiais pulverulentos, segundo norma NBR 7219, massa unitária em estado seco solto ou densidade aparente, segundo NBR 7251 e impurezas orgânicas húmicas, segundo NBR 7220. O agregado graúdo, ou seja, o pedrisco foi caracterizado quanto à distribuição granulométrica,  diâmetro máximo do agregado, teor de materiais pulverulentos e massa unitária em estado seco solto, utilizando as mesmas normas citadas anteriormente.

O PU, pode ser considerado um agregado artificial leve. Como já foi dito, o PU é obtido através da polimerização do uretano junto com um agente de expansão. O PU em questão é oriundo de indústria produtora de refrigeradores, instalada em Joinville : MULTIBRÁS S.A. E sendo assim, o PU empregado é originalmente utilizado como enchimento do corpo e da porta de refrigeradores e quando são descartados,  o refrigerador é desmontado e o enchimento resulta em materiais na forma de placas de PU. Em seguida, as placas de PU é triturado através de um moedor (construído para esta finalidade) e finalmente é peneirado e separado em determinadas granulometrias, Atualmente, o PU triturado é classificado como PU 1, 2 , 3 e 4 , em ordem crescente de tamanho. Nesta etapa do trabalho foram utilizados PU 2 e PU3. Estas duas opções de PU foram selecionadas em testes preliminares, nos quais foram utilizados PUs com variadas granulometrias e em várias porcentagens diferentes. Sendo que os melhores resultados foram obtidos com o PU2 e PU3. As demais misturas apresentaram resistência a compressão muito baixa ou redução de peso pouco significativa.

Os PU 2 e PU 3 foram caracterizados quanto a sua distribuição granulométrica, segundo norma 7217 e sua densidade aparente, segundo NBR 7251.

Para todos os agregados naturais foram determinados o teor de absorção da seguinte forma: inicialmente o material é seco em estufa, a uma temperatura de 105 oC,até atingir a constância de massa, em seguida é pesado (P1). Então a amostra é submersa na água por 24h ou até alcançar a condição saturada e logo após é retirado o excesso de água e o material é pesado (P2). O índice de absorção é medido por (P2 – P1)/P1. Já para o PU, a absorção foi avaliada através da diferença de água necessária para manter o desempenho de

compactação (ensaio Proctor Normal).

2.2          Produção e caracterização do concreto

A produção do concreto foi executada seguindo condições recomendadas por normas brasileiras. Foram considerados: o Cimento Portland ARI-RS, agregados, na forma de areia, pó de pedra, pedrisco e poliuretano expandido triturado. Todos os materiais utilizados são considerados matérias primas comerciais, de uso comum na indústria da construção civil, exceto o PU que surge como um material alternativo.

Na caracterização do cimento foi utilizada a difratometria de raios-x para a identificação dos componentes e compostos químicos resultantes do processo de hidratação. Para análise da interferência do PU nos tempos de pega do cimento, foram  realizados os ensaios de determinação dos tempos de pega , de acordo com a norma MB 3433, onde foram utilizadas duas amostras : uma pasta de cimento com consistência normal e outra pasta com adição de 5% do peso de cimento de PU, com igual consistência.

O concreto, sem o uso de poliuretano, foi preparado segundo a NBR 12821. O traço padrão empregado foi: 1:1,1:1,65:2,2:0,55, sendo respectivamente cimento, areia 1, areia 2, pó de pedra e pedrisco e este foi baseado em estudos experimentais aliados ao traço comercialmente utilizado no mercado, isto é, pela empresa produtora de blocos de concreto (BLOCAUS PRÉ-MOLDADOS LTDA.) . O fator água/cimento ideal foi definido baseado no princípio do ensaio de compactação para solos, onde buscou-se o teor de umidade ótimo da mistura para atingir a maior densidade do concreto a ser produzido. Para isso, foi realizado o ensaio de compactação segundo a NBR 7182 utilizando o cilindro Proctor Normal com energia de compactação de 26 golpes e 3 camadas, e com o soquete pequeno. Desta forma foi determinado o teor de umidade de 10 % , o que foi utilizado na obtenção dos corpos de prova. Este valor foi corrigido com base na absorção de água dos agregados chegando-se a uma fator água cimento de 0,57. Para o concreto obtido com o uso de PU foi utilizado o mesmo procedimento e o mesmo traço, porém adicionado uma proporção do poliuretano expandido em relação ao peso de cimento da mistura. A umidade ótima, para este caso, chegou a 13%, como conseqüência de que 1 grama de poliuretano absorve 7,2 gramas de água.

O quantitativo de todas as composições preparadas estão apresentadas na Tabela 2. Para cada composição foram moldados CPs cilíndricos, com as dimensões de 100mm de diâmetro e 200mm de altura, utilizados nos ensaios mecânicos de resistência à compreensão. A moldagem dos CPs foi feita em 3 camadas de 26 golpes conforme a NBR 7182 utilizando-se o soquete pequeno, diferenciando do procedimento recomendado por norma específica para o concreto (NBR 5759). O ensaio de compactação (NBR 7182) utilizado na determinação do fator água cimento e na moldagem dos CPs foi usada pois o concreto recomendado para a fabricação de peças pré moldadas, que é o caso dos blocos de concreto, deve apresentar uma consistência bastante seca, isto é, com abatimento ou SLUMP (Determinação da trabalhabilidade através do tronco de cone – NBR 7223) próximo a zero (0). E no decorrer do preparo dos CPs observou-se a relação da resistência a compressão com o grau de compactação do concreto. E assim esta metodologia determinou uma maior compactação do concreto seco. A determinação do SLUMP de todas as misturas, foram feitas seguindo norma brasileira NBR 7223.

Após 24 horas da preparação dos corpos de prova de concreto (cura ao ar), foram feitas as desformas. A partir de então a cura dos CPs foi realizada em meio saturado por 7 e 28 dias para que houvesse uma perfeita hidratação do cimento. Os CPs retirados da cura saturada foram submetidos ao capeamento com enxofre , segundo NBR 5738, e então foram ensaiados para determinar a resistência a compressão. O ensaio seguiu o procedimento definido pela norma brasileira NBR 5739, utilizando-se uma máquina de ensaios mecânicos à compressão axial, isto é, uma prensa universal hidráulica com capacidade de 200 toneladas, marca EMIC.

As amostras dos corpos de prova recuperados do ensaio de compressão axial foram submetidos a caracterização microestrutural com auxílio da técnica de microscopia eletrônica de varredura.

Tabela 2: Composições preparadas para o estudo

  Padrão PU nº1 c/ 5% PU nº1 c/ 10% PU nº2 c/ 5% PU nº2 c/ 10%

Cimento            (g) 13200 13200 10800 10800 10800

Areia 1              (g) 14520 14520 11880 11880 11880

Areia 2              (g) 21780 21780 17820 17820 17820

Pó de Pedra       (g) 29040 29040 23760 23760 23760

Pedrisco            (g) 7260 7260 5940 5940 5940

Água                 (g) 6230 6321 5327 5640 5570

Poliuretano*     (g) - 660 1080 540 1080

Água para PU   (g) - 4752 7776 3888 7776* Quantidade adicionada em função do peso de cimento da mistura

3           RESULTADOS E DISCUSSÕES

O resultados obtidos com a análise da pasta de cimento, submetida a difratometria de raios-x, estão apresentados na Figura 2. Estes resultados mostram que o cimento utilizado apresenta traços de óxido de cálcio, (CaO) residuais, provavelmente proveniente do clínquer; silicato tricálcico e silicato dicálcico, que são os maiores responsáveis pelo processo de hidratação e pega do cimento; quartzo residual; gipsita adicionada para controlar o processo de pega, em termos de velocidade de hidratação. A presença da gipsita é responsável pela formação de diferentes fases na microestrutura do cimento. Como o difratograma inicial do cimento não apresentou nenhuma fase contendo alumínio, acredita-se que o mesmo está presente em fase amorfa ou em fases  presentes em baixa concentração pela não homogeneidade da amostra. Além de que, a determinação das fases presentes através do difratograma é um tanto complexa, porque existe sobreposição de picos característicos.

 

Figura 2: Difratograma de raios-x do cimento Portland CP-V ARI RS.

Para analisar a influência da adição de PU no processo de hidratação do cimento, o primeiro passo consistiu na realização do ensaio da determinação dos tempos de pega para a pasta com e sem adição PU. Os resultados para a pasta sem PU foram: tempo de início de pega de 1 hora e 45 minutos e o tempo de fim de pega de 3 horas e 25 minutos e para a pasta com PU , o tempo de início de pega foi de 2 horas e 15 minutos e o tempo de fim de pega de 5 horas e 15 minutos. Sendo assim , o PU reduziu de forma pouco significativa o tempo de início e fim de pega, já que os intervalos obtidos também estão dentro dos limites especificados por norma. Esta diferença não descaracterizou a amostra, apresentando o mesmo desempenho de endurecimento.

A caracterização dos agregados apresentaram resultados conforme as Tabelas 3, 4 e 5.

Tabela 3. Valores de absorção de água dos agregados utilizados na preparação do concreto.

Agregado Absorção (%)

Areia 1 1,16 %

Areia 2 1,93 %

Pó de Pedra 1,15 %

Pedrisco 0,81 %

Tabela 4: Dados de distribuição Granulométrica dos agregados utilizados na formulação do concreto

Abertura peneira (mm)

% Retida Acumulada Media

  Areia 1 Areia 2 Pó de pedra Pedrisco PU 3 PU 2

             

9,5       0,08    

6,3   0,10   40,90    

4,8 0,025 0,35 1,53 80,25    

2,4 0,475 2,23 39,80 97,58 8,40 1,00

1,2 4,950 9,05 57,58 98,93 25,60 3,67

0,6 34,750 36,75 68,93 99,08 63,70 50,07

0,3 78,450 83,18 77,90 99,08 91,95 80,07

0,15 94,300 97,18 87,35 99,08 98,75 98,67

Fundo 100,000 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00

Tabela 5: Propriedades complementares dos agregados utilizados

Propriedade   Areia 1 Areia 2 Pó de pedra Pedrisco

Módulo de Finura   2,13 2,29 3,33 5,74

Diâmetro Máximo do Agregado   1,2 2,4 4,8 9,5

Classificação Segundo NBR 7211   Areia Fina Areia Fina   Areia Grossa  Brita 0

Massa Específica Método de Chapman g/cm³ 2,598 2,581 2,808 -

Inchamento Médio   1,36 1,41 - -

Teor de Argila em torrões % 0,05 0,03 - -

Teor de Materiais Pulverulentos % 1,20 1,15 7,35 0,45

Massa Unitária em Estado Seco Solto Kg/dm³ 1,447 1,433 1,653 1,425

Impurezas Orgânicas Húmicas   Maior 300ppm Igual 300ppm - -Os dados mostram que das duas areias selecionadas, a denominada por areia dois, apresenta-se como

areia mais grosseira, mas segundo a classificação da norma NBR 7211, ambas podem ser consideradas como areia finas. O pó de pedra é classificado como areia grossa e o pedrisco como brita zero.

Os dados da Tabela 4 complementam a caracterização granulométrica através dos parâmetros de módulo de finura e diâmetro máximo do agregado. Os demais parâmetros apresentados na Tabela 4, são parâmetros comuns de caracterização de agregados, que permitem a classificação destes em termos de qualidade, podendo auxiliar na definição do traço a ser utilizado na composição de concretos e consequentemente influenciando nas propriedades do concreto fresco e endurecido. O uso de diferentes agregados com distribuição granulométrica variada favorece o melhor empacotamento dos grãos de agregado, diminuindo o consumo de cimento e reduzindo o volume de vazios na peça. Consequentemente, aumenta-se a resistência mecânica e diminui-se a absorção dos blocos produzidos.

A diferença entre os PUs empregados está apenas na granulometria e na densidade aparente. As densidades aparentes do PU3 e PU2 são respectivamente 0,0302 e 0,0346 g/cm3. Analisando a granulometria dos grânulos de PUs podemos determinar que o módulo de finura do PU3 (MF=2,88) é maior do que a do PU2 (MF=2,33) e sendo assim o PU2 é mais fino, quanto a densidade de empacotamento, o PU2 apresenta maior densidade que o PU3.

Os CPs produzidos com e sem a adição de poliuretano foram caracterizados quanto ao seu comportamento mecânico, através dos ensaios de resistência à compressão. Os resultados obtidos estão apresentados na Figura 3, que apresenta a resistência à compressão após 7 e 28 dias, para cada tipo de concreto preparado.

 

Figura 3: Resistência à compressão média aos 7 e 28 dias para amostra padrão e amostras com adições de Poliuretano em diferentes proporções e granulometria.

Observou-se que aos 7 dias, a resistência a compressão dos concretos teve uma forte redução, quando utilizado poliuretano expandido em sua composição,. Os corpos de prova com 10 % de poliuretano tiveram uma redução de resistência maior que 10 vezes em relação ao corpo de prova padrão.

Os resultados de resistência à compressão obtidos com as amostras de PU3 e PU2 (nas mesmas proporções) são semelhantes. Este efeito pode ser justificado pela pequena diferença entre os tamanhos de partículas dos dois mateiriais utilizados.

Os ensaios realizados após 28 dias, confirmaram a tendência de redução da resistência mecânica com a adição do poliuretano na mistura. No entanto, os valores de resistência final obtida para os corposde prova, nesta data,  são superiores em relação aos valores obtidos para 7 dias (desempenho esperado em virtude da continuidade do processo de hidratação).

Além da resistência mecânica, outra propriedade de interesse está relacionada com a densidade, visto que o objetivo é obter blocos com baixa densidade, ou densidade inferior à de blocos de concreto convencionais. A Tabela 6 mostra os valores de peso dos CPs estudados, em função da adição do poliuretano. Verifica-se que o aumento na quantidade de PU resulta na redução do peso, em função da baixa densidade deste material, mas o aumento de PU reduz a resistência mecânica da peça. E assim os CPs com 10 % de PU possuem uma boa redução de peso, mas são descartados devido a sua baixa resistência. Já os que possuem 5 % do resíduo, podem ser utilizados para a fabricação de blocos, entretanto, a redução de peso não é tão significativa, não atingindo as expectativas iniciais do projeto. Percebe-se também que as amostras com o PU3 (granulometria maior) apresentou maior redução de peso. A baixa resistência mecânica pode ser explicada, em parte, pelo efeito do próprio PU que é um material com baixa resistência a compressão e pela formação de porosidades ou interfaces de baixa resistência entre poliuretano e a matriz cimentícia. A porosidade pode ser avaliada através dos valores de absorção de água demonstrados na Tabela 6.

Tabela 6: Comparativo entre a redução de peso e a absorção das peças.

CP PESO (g) REDUÇÃO DE PESO % ABSORÇÃO%

Padrão (sem PU) 3320 - 9,58

Com 5% de PU3 2982 11,33 12,20

Com 10% de PU3 2410,25 37,75 21,06

Com 5% de PU2 2983,25 11,29 12,19

Com 10% de PU3 2564,25 29,47 19,30 

Com a adição de PU, a absorção de água dos concretos aumenta, sendo que quanto maior o teor de PU

maior será a absorção. Esta absorção dá uma idéia de porosidade do concreto obtido (descontando a absorção do PU). É desejável que o concreto possua a menor porosidade possível para que a sua vulnerabilidade aos agentes agressivos do meio diminua, já que estes agentes causam a deterioração do concreto fazendo com que perca resistência, perdendo durabilidade e podendo levar a conseqüências negativas para a edificação.

A absorção tem uma relação direta com a redução de peso. Assim, quanto maior a absorção de água, maior a porosidade do material, menor o peso da peça. A porosidade também está associada a elevada capacidade do PU de absorver água, já que ao evaporar a água em excesso, é gerado capilaridades, além da retração do PU com a perda de água.

As características microestruturais da matriz cimentícia e algumas fases resultantes da hidratação do cimento, são mostradas na  Figura 4.  

36 m 6 m

(a) (b)

Figura 4: Micrografia destacando algumas das fases características da matriz cimentícia que compõe o concreto obtido e estudado. Imagem obtida em MEV ( microscópio eletrônico de varredura).

Após alguns minutos de hidratação do cimento aparecem os primeiros cristais aciculares de um sulfoaluminato de cálcio hidratado chamado etringita. A etringita é formada como resultados das combinações entre cálcio, sulfato, aluminato e íons hidroxila,.A micrografia da matriz cimentícia após a pega, apresentada na (Figura 4a), mostra como o esperado, a presença desta etringita. Outra fase identificada com clareza é formada por aluminatos de cálcio hidratados (Figura 4b), os quais se formam em pastas hidratadas de cimento Portland, tanto com baixo teor de sulfato como de elevado teor de C3A.As várias fases presentes não estão uniformemente distribuídas nem são uniformes em tamanho e morfologia.

A presença do PU no concreto e suas características de interação com o cimento são apresentadas nas Figuras 5 e 6.

 

180 m 180 m

Figura 5: Micrografia destacando a morfologia das partículas de poliuretano incorporadas ao cimento em blocos obtidos com a adição de 5% em peso de poliuretano. Imagem obtida em MEV ( microscópio eletrônico de

varredura)

360 m 180 m

Figura 6: Micrografia destacando a morfologia das partículas de poliuretano incorporadas ao cimento em blocos obtidos com a adição de 10% em peso de poliuretano. Imagem obtida em MEV(microscópio eletrônico de

varredura)

As imagens mostram que para algumas amostras, o PU aparece como uma fase intacta, enquanto em outras as partículas de PU aparecem amassadas. Este efeito pode estar relacionado com a quantidade de poliuretano misturada e/ou com o processo de mistura e compactação da massa. Para todas as amostras foi visto que existe uma boa ligação entre os grãos de PU e a matriz cimentícia, o que é um ponto positivo para evitar a redução da resistência mecânica.

4           CONCLUSÕES

A fabricação de blocos de concreto leve, a partir da adição do  resíduo de poliuretano expandido triturado é possível de acordo com esta primeira etapa de ensaios. Os resultados do ensaio de resistência a compressão dos CPs de concreto para a fabricação de blocos, incorporando o PU 2 e 3, mostraram que os blocos de concreto com adição de 5% de PU 2, podem ser produzidos para alvenaria com fins estruturais, isto é, blocos com resistência mínima de 6,0 MPa, pois aos 28 dias alcançou 6,11 MPa. E os CPs com 5% de adição do PU 3, alcançaram, 4,45Mpa aos 28 dias , possibilitando, produção de blocos sem fins estruturais, para os quais são determinados 2,5 MPa de resistência mínima. A redução de peso, para ambos, ficou em torno de 11,30%. Porém , algumas considerações devem ser feitas em relação ao método de ensaio: o grau de compactação, a quantidade e o tamanho de PU, absorção dos grãos de PU, mudança dos agregados naturais, umidade da mistura, forma geométrica das peças. Todas estas variáveis alteram os resultados obtidos.

Senso assim, o método de produção para blocos pode ser melhorado, através de máquinas que proporcionem maior grau de compactação, do uso de aditivos que diminuam a absorção de água pelo PU e que melhore sua resistência, tornando-o menos poroso. Com o método de produção aperfeiçoado, adições mais ousadas poderão ser feitas , reduzindo ainda mais o peso das peças, característica principal almejada ao produto. Importante ressaltar, que a diferença de resistência em relação ao corpo de prova padrão é bastante significativa e o fornecimento das peças pré-moldadas, muitas vezes, é antes dos 28 dias e assim torna-se interessante especificar a pesquisa para os blocos de vedação, sem finalidades estruturais. Os blocos sem fins estruturais ou blocos de vedação são utilizados principalmente para fechamento da alvenaria de galpões pré- moldados, ou nas construções de edifícios ou habitações populares. Para este tipo de blocos, são desejados, além da redução de peso , o conforto térmico e acústico, propriedades nas quais o PU também se destaca.

Enfim, o primeiro passo para se produzir blocos de concreto com menores densidades a partir da utilização do poliuretano foi dado. Contudo, muito ainda precisa ser analisado em termos de qualidade e durabilidade. Mesmo assim, esta experiência bem sucedida está sendo divulgada com o intuito de atingir o interesse das empresas produtoras de blocos de concreto e também das empresas geradoras de resíduos na forma de poliuretano. Além de atender aos objetivos das empresas já envolvidas no projeto.

5           AGRADECIMENTOS

Agradecemos à  FINEP pelo apoio através do projeto MIFRAEL. Ao programa de Pós-Graduação de Ciência e Engenharia de Materiais – UDESC.

6           REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] CASSA, J. C. S. ;CARNEIRO, A. P.; BRUM, I. A. S.. Reciclagem de Entulho para a Produção de

Materiais de Construção – Projeto Entulho Bom. Salvador:  Editora da UFBA,2001. 311p;

[2] FISCHER, Gert Roland. Gestão de resíduos Industriais. Apostila – GRF Treinamento e Gestão Ambiental. 2002. 248p.

[3] INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. Censo 2000. Disponível em :<http//www.ibge.gov.br. Acesso em:20 abril 2004;

[4] MANO, E. B.; MENDES, L.C. Introdução a Polímeros. São Paulo: Editora Edgard Blücher Ltda. 1999.191p.

[5] POLYURETHANE. Poliuretano Expandido. Disponível em: http://www.Poly-Urethane.com.br. Acesso em: 29 set. 2003;

[6] PRUDÊNCIO JR., L.R;OLIVEIRA, A.L.de; BEDIN, C.A. Alvenaria Estrutural de Blocos de Concreto. Florianópolis : Editora Gráfica Palloti,2002.207p.

[7] SANTOS FILHO, M.L.;MOREIRA, A.R.; NÓBREGA, S.M. de S.;BINI, S.C.; ZANETTI, C. Estudo da Viabilidade do Aproveitamento do Poliuretano Expandido Reciclado como Adição ao Concreto de Cimento Portland para Fabricação de Blocos de Concreto. Em : 44o CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - IBRACON- 2002, 2002, Belo Horizonte, Brasil. Anais 2002.16p.

[8] Fábrica de Cimento – Cia. ITAMBÉ. Cimento Portland ARI-RS . Disponível em: <www.cimentoitambe.com.br>.Acesso em: 20 maio 2004.

[9] NEVILLE, Adam M., Propriedades do Concreto, 2a Edição, São Paulo, Editora Pini Ltda,1997,828p;

[10] MEHTA, P. Kumar , MONTEIRO, Paulo J. M. , Concreto- Estruturas, Propriedades e Materiais, 1 a Edição, São Paulo, Editora Pini Ltda, 2000, 573p.

[11] LAUKAITIS, A ; ZURAUSKAS, R. ,KERIENÉ, J. The Effect of Foam Polystyrene Granules on Cement Composite Properties, Cement and Concrete Composites. Lituânia, 2003. Disponível em: <www.elsevier.com>.Acesso em: 18/04/2004;

[12] TROXELL, D.K. Composition and Properties of concrete. McGraw-Hill Civil Engineering Series.2a edição, United States of America: Editora McGraw-Hill, 1968. 529p

[13] ALVES, J. D.. Materiais de Construção. Vol 1. 5ª Ed Revista. Livraria Nobel S.A. São Paulo. 1980.

[14] ALVES, J. D.. Manual de Tecnologia do Concreto. 1a Edição, São Paulo, Editora Livraria Nobel S.A 1978, 156p.

[15] NBR 7217 – Agregados – Determinação da Composição Granulométrica

[16] NBR 9776 – Agregados – Determinação da massa específica de Agregados miúdos por meio de frasco de Chapmam

[17] NBR 6467 – Agregados – Determinação do inchamento de agregados miúdos

[18] NBR 7218 – Determinação do teor de argila em torrões nos agregados

[19] NBR 7219 – Determinação do teor de materiais pulverulentos nos agregados

[20] NBR 7251 – Agregados em estado solto – Determinação de massa unitária

[21] NBR 7220 - Avaliação das impurezas orgânicas das areias para concreto

[22] NBR 12821 – Preparação de concreto em laboratório

[23] NBR 7182 – Ensaio de compactação dos solos

[24] NBR 5738 – Moldagem e cura dos corpos de prova cilíndricos ou prismáticos de concreto

[25] NBR 5739 – Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos de concreto

[26] NBR 7223 – Concreto – Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone

[27] NBR 7173 – Blocos vazados de concreto simples para alvenaria sem fim estrutural

[28] NBR 6136 – Blocos vazados de concreto simples para alvenaria com fim estrutura

[29] NBR MB 3433 – Determinação dos tempos de pega do cimento Portland