Matriz Cimentícia

Desenvolvimento e caracterização mecânica Desenvolvimento e caracterização mecânica de matrizes a base de cimentode matrizes a base de cimento

para a produção de laminados de baixo para a produção de laminados de baixo impacto ambientalimpacto ambiental

VELASCO, et al, 2005

COPPE – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil

XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural

COPPE – Universidade Federal do Rio de Janeiro/ Brasil


Elementos laminados de sisal: Elementos laminados de sisal: substituição dos produtos com asbesto substituição dos produtos com asbesto

(cimento-amianto)(cimento-amianto)

Roofing

Construções industriais

Coberturas

Construções rurais



Fibras + hidróxido de cálcio

Mineralização das fibras devido à migração de hidróxido de cálcio para o lúmen e paredes das fibro-células



PLANTA DE PLANTA DE SISALSISAL



FIBRA DE FIBRA DE SISALSISAL



Microestrutura e composição química das fibras vegetais

A fibra vegetal é composta por numerosas fibro-células alongadas

As fibro-células são unidas por meio da lamela média que consiste de hemicelulose, lignina e pectina

Quimicamente as fibras vegetais são compostas de celulose, hemicelulose, lignina e pectina



MorMorfofologlogia da fibra de ia da fibra de sisal sisal



Soluções

Impregnação da fibra com agentes bloqueadores;

Redução do teor de hidróxido de cálcio livre através do uso de adições minerais

Combinação: tratamento da fibra + modificação da matriz



Por quê utilizar argilas calcinadas ?Por quê utilizar argilas calcinadas ?

Menor impacto ambiental

Baixo consumo energético

e

Redução no teor de hidróxido de cálcio presente na matriz do compósito



ObjetivoObjetivoDesenvolvimento de argamassas Desenvolvimento de argamassas

livres de hidróxido de cálcio livres de hidróxido de cálcio

Análise térmicaAnálise térmica

Produção de laminados de baixo impacto Produção de laminados de baixo impacto ambiental com fibras vegetaisambiental com fibras vegetais

Avaliação das propriedades mecânicas dos Avaliação das propriedades mecânicas dos materiaismateriais

Argila calcinada como Argila calcinada como substituto parcial do cimentosubstituto parcial do cimento



MateriaisMateriais

Cimento Portland CPII F-32;

Metacaolinita: Metacaulim do Brasil Indústria e Comércio Ltda;

Resíduo da indústria cerâmica: obtida por moagem

Areia quartzosa – módulo de finura: 2,82

massa específica: 2,67 g/cm3

Superplastificante: Fosroc Reax – 44% de sólidos

Fibras de wollastonita: massa específica de 2900 kg/m3.



Programa Programa experimentalexperimental

Mistura Teor de argila calcinada *

M0 0% (matriz- referência)

M1 20% MC

M2 20% TM

M3 20% MC+ 20% TM

M4 15% MC+25% TM

M5 10% MC + 30% TM

M6 15% MC + 20% TM

M7 10% MC + 25% TM

M8 25% MC + 25% TM

M9 30% MC + 20% TM

M10 30% MC + 25% TM

* MC = metacaolinita* MC = metacaolinita TM = resíduo da TM = resíduo da indústria cerâmicaindústria cerâmica



Análises térmicasAnálises térmicas

0 200 400 600 800 1000 1200-30

-20

-10

0

10

20

30 M0 = matriz pura M3 = 20% MC + 20% TM M4 = 15% MC + 25% TM M5 = 10% MC + 20% TM

M5M4M3

Flu

xo d

e ca

lor

(V

)

Temperatura (ºC)

M0

0 200 400 600 800 1000 1200-30

-20

-10

0

10

20

30M0

M2M1

M7

M0 = matriz pura M1 = 20% MC M2 = 20% TM M6 = 15% MC + 20% TM M7 = 10% MC + 25% TM

Flu

xo d

e ca

lor

(V

)

Temperatura (ºC)

M6

0 200 400 600 800 1000 1200-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5 M0 = matriz pura M1 = 20% MC M2 = 20% TM M6 = 15% MC+20% TM M7 = 10% MC+25% TM

Per

da d

e m

assa

(%

)

Temperatura (ºC)

0 200 400 600 800 1000 1200-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5 M0 = matriz pura M3 = 20% MC+20% TM M4 = 15% MC+25% TM M5 = 10% MC+30% TM

Per

da d

e m

assa

(%

)

Temperatura (ºC)



Análises TérmicasAnálises Térmicas

0 200 400 600 800 1000 1200-30

-20

-10

0

10

20

30

M8

M10M9

M0 = matriz pura M8 = 25C+25M M9 = 30C+20M M10 = 30C+25M

Flu

xo d

e ca

lor

(V

)

Temperatura (ºC)

M0

0 200 400 600 800 1000 1200-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

M8

M10

M9

M0 = matriz pura M8 = 25C+20M M9 = 30C+20M M10 = 30C+25M

Per

da d

e m

assa

(%

)

Temperatura (ºC)

M0

Cálculo do teor de hidróxido de cálcioCálculo do teor de hidróxido de cálcio (CH) (CH)

OHCaOOHCa 22)(

Processo de desidroxilação (a 450-500ºC):

c

TfS

TS

M

MMCH

)(

01.18

09.74(%)

0

Cálculo do teor de hidróxido de cálcio:

MsT0 - é a massa da amostra obtida nos testes de análise

termogravimétrica para uma temperatura correspondente à temperatura inicial de desidroxilação do CH

MsTf - é a massa da amostra obtida nos testes de análise

termogravimétrica para uma temperatura correspondente à temperatura final de desidroxilação do CH e Mc é a massa inicial da amostra.



Resultados teor de hidróxido de cálcioResultados teor de hidróxido de cálcio

Mistura Teor de argila calcinada * Teor de CH (%)

M0 0% (matriz- referência) 14,94

M1 20% MC 8,37

M2 20% TM 9,74

M3 20% MC+ 20% TM 2,37

M4 15% MC+25% TM 3,12

M5 10% MC + 30% TM 3,62

M6 15% MC + 20% TM 4,85

M7 10% MC + 25% TM 4,49

M8 25% MC + 25% TM

M9 30% MC + 20% TM

M10 30% MC + 25% TM



Resultados teor de hidróxido de cálcioResultados teor de hidróxido de cálcio

Mistura Teor de argila calcinada * Teor de CH (%)

M0 0% (matriz- referência) 14,94

M1 20% MC 8,37

M2 20% TM 9,74

M3 20% MC+ 20% TM 2,37

M4 15% MC+25% TM 3,12

M5 10% MC + 30% TM 3,62

M6 15% MC + 20% TM 4,85

M7 10% MC + 25% TM 4,49

M8 25% MC + 25% TM 0,00

M9 30% MC + 20% TM 0,00

M10 30% MC + 25% TM 0,00



Dosagem de argamassas isentas de CHDosagem de argamassas isentas de CH

Misturas :Misturas : M8 = substituição de cimento Portland por 25% de M8 = substituição de cimento Portland por 25% de metacaolinita + 25% de resíduo da indústria cerâmicametacaolinita + 25% de resíduo da indústria cerâmica M9 = substituição de cimento Portland por 30% de M9 = substituição de cimento Portland por 30% de metacaolinita + 20% de resíduo da indústria cerâmicametacaolinita + 20% de resíduo da indústria cerâmica M10 = substituição de cimento Portland por 30% de M10 = substituição de cimento Portland por 30% de metacaolinita + 25% de resíduo da indústria cerâmicametacaolinita + 25% de resíduo da indústria cerâmica

Adição de fibras:Adição de fibras:WollastonitaWollastonitaTeor, em volume: 0; 2,5; 5,0 e 7,5%Teor, em volume: 0; 2,5; 5,0 e 7,5%



Programa Programa experimentalexperimental

Argamassa Wollast. (%) SP (%) Consistência (cm)

W0M0 0 0 30,50

W0M8 0 1,0 30,00

W2.5M8 2,5 1,2 31,00

W5.0M8 5,0 1,4 31,50

W7.5M8 7,5 1,6 32,00

W0M9 0 1,0 30,00

W2.5M9 2,5 1,2 30,00

W5.0M9 5,0 1,4 30,50

W7.5M9 7,5 1,6 30,50

W0M10 0 1,0 28,50

W2.5M10 2,5 1,2 28,50

W5.0M10 5,0 1,4 30,00

W7.5M10 7,5 1,6 31,00



Resultados – compressão Resultados – compressão simplessimples

Argamassa fc (MPa) E (GPa)

W0M0 45,07 23,90

W0M8 52,07 22,30

W2.5M8 57,47 22,23

W5.0M8 57,63 22,93

W7.5M8 63,87 25,27

W0M9 57,33 22,27

W2.5M9 59,30 23,30

W5.0M9 63,37 24,30

W7.5M9 63,40 25,30

W0M10 51,80 20,63

W2.5M10 50,67 20,30

W5.0M10 55,70 21,53

W7.5M10 62,90 23,53



Comportamento tensão x Comportamento tensão x deformaçãodeformação

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000

10

20

30

40

50

60

70

Matriz W0M8 W25M8 W5M8 W75M8

Ten

são

(MP

a)

Deformação ()

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000

10

20

30

40

50

60

70


Ten

são

(MP

a)

Deformação (

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000

10

20

30

40

50

60

70


Ten

são

(MP

a)

Deformação (



ConclusõesConclusões

A utilização de argilas calcinadas como substituto parcial do cimento é eficiente na redução do teor de hidróxido de cálcio em matrizes cimentícias;

A substituição de cimento por argilas calcinadas provocaram acréscimos no valor da resistência à compressão e quase nenhum efeito no módulo de elasticidade;

A adição de fibras de wollastonita ocasionou acréscimos significativos na resistência à compressão e no módulo de elasticidade, em relação a matriz.

Encontram-se em desenvolvimento os estudos para a produção de laminados de baixo impacto ambiental para a aplicação na produção de telhas de fibrocimento.



Produção da laminadosProdução da laminados com substituição de com substituição de cimento portland por argila calcinadacimento portland por argila calcinada

Ensaio de 4 pontos

Parte inferior da placa

Lateral da placa

1a fissura

2a fissura

Documents

Matriz Cimentícia