Produção, Caracterização e Avaliação Da Durabilidade de Compósitos Cimentícios Com Partículas de Pó de Coco

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

PR-REITORIA DE PS-GRADUAO E PESQUISA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM CINCIA E

ENGENHARIA DE MATERIAIS

GISELA AZEVEDO MENEZES BRASILEIRO

PRODUO, CARACTERIZAO E AVALIAO DA

DURABILIDADE DE COMPSITOS CIMENTCIOS

COM PARTCULAS DE P DE COCO

So Cristvo, SE

Agosto de 2013

ii

GISELA AZEVEDO MENEZES BRASILEIRO




Tese apresentada ao Programa de Ps-graduao

em Cincia e Engenharia de Materiais da

Universidade Federal de Sergipe como parte dos

requisitos necessrios para a obteno do ttulo de

Doutora em Cincia e Engenharia de Materiais.

Orientadora: Dra. LEDJANE SILVA BARRETO

So Cristvo, SE

Agosto de 2013

FICHA CATALOGRFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA CENTRAL

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

Brasileiro, Gisela Azevedo Menezes B823p Produo, caracterizao e avaliao da durabilidade de

compsitos cimentcios com partculas de p de coco / Gisela Azevedo Menezes Brasileiro ; orientadora Ledjane Silva Barreto.

So Cristvo, 2013.

168 f. : il. Tese (doutorado em Cincia e Engenharia de Materiais) Universidade Federal de Sergipe, 2013.

O 1. Engenharia de materiais. 2. Compsitos cimentcios. 3.

Partculas de p de coco. 4. Propriedades fsicas e mecnicas. 5. Durabilidade. I. Barreto, Ledjane Silva, orient. II. Ttulo

CDU: 620:666.9.022

iv

AGRADECIMENTOS

A Deus. S por Ele tudo e foi possvel.

Aos meus pais, Guiomar e Gildo, pelo apoio incondicional em tudo na minha vida. A

minha irm, Geisa, pela confiana que sempre depositou em mim. A meu marido,

Luciano, pelo amor, pacincia e compreenso.

A Prof. Ledjane Silva Barreto, minha orientadora, por ter me aceitado como orientanda,

pelo apoio, confiana e dedicao a este trabalho.

Ao IFS pela liberao parcial das atividades, que me permitiu tempo para me dedicar a

esta jornada, principalmente, a Iracildes e Jnia, pelo suporte com a carga horria de

aulas.

A amiga Ana Patrcia pelo apoio constante. Teria sido mais difcil sem voc.

Aos bolsistas, Jhonatas, Isabela, Rodrigo e Alexandro, pelos trabalhos no laboratrio.

A Silvando pela calma, pacincia e eterna disponibilidade para a realizao dos meus

ensaios mecnicos.

A todos os tcnicos que realizaram anlises para este trabalho, Shirlei, Adriana, Aline e

Raquel.

Aos colegas do laboratrio de cermica, mestrandos, doutorandos, mestres e doutores,

Gabi, Edu, Anglica, Genelane, Talita, Eduardo, Thiaguinho, Srgio e Michella.

Aos colegas do IFS que tambm fazem doutorado, David e Carlos Henrique, pela

companhia nesta jornada. Alm de Resende, pelas boas conversas e emprstimo de

acessrios para a caracterizao fsica dos compsitos.

A Michelle pela ajuda na cmara de envelhecimento.

A Kaka, Emanuel, Geocelly e Thais pelo apoio, pacincia e prontido.

A Elza e Josivan pelo apoio com o texto.

A Indufibras Indstria de Fibras Ltda. pela doao das fibras de coco.

A todos que direta ou indiretamente contriburam para a realizao deste trabalho.

v

Resumo da Tese apresentada ao P2CEM como parte dos requisitos necessrios para a

obteno do grau de Doutora em Cincia e Engenharia de Materiais (D.Sc.)




Gisela Azevedo Menezes Brasileiro

Agosto de 2013

Orientadora: Ledjane Silva Barreto.

Programa de Ps-Graduao em Cincia e Engenharia de Materiais

Este trabalho teve como objetivo desenvolver compsitos cimentcios com a adio de

partculas de p de coco, CCC. Inicialmente, foi avaliada a viabilidade da substituio

dos agregados midos pelas partculas de p de coco para produo dos compsitos.

Para melhorar a compatibilidade do p de coco com o cimento Portland, foram

realizados tratamentos qumicos das partculas. Foram produzidos compsitos

cimentcios com as partculas tratadas a fim de avaliar a influncia dos pr-tratamentos

nas propriedades fsicas e mecnicas dos compsitos. Posteriormente, avaliou-se o

efeito da granulometria das partculas nas propriedades fsicas e mecnicas dos

compsitos. A durabilidade dos compsitos foi avaliada pelos mtodos de

envelhecimento natural externo e interno por at 6 meses e pelo envelhecimento

acelerado em cmara de envelhecimento acelerado por ao de raios UV e condensao

por at 180 ciclos. Da anlise geral dos resultados, observou-se que foi possvel utilizar

as partculas de p como substituto total da areia nos compsitos cimentcios. A adio

das partculas de p de coco pasta de cimento resultou em mudanas nas propriedades

mecnicas e fsicas dos compsitos. Os compsitos produzidos apresentaram resistncia

mecnica e densidade aparente que permitem sua utilizao como materiais leves. Os

tratamentos qumicos das partculas de p de coco com pH alcalino e a diminuio da

granulometria influenciaram positivamente a compatibilidade com o cimento e os

compsitos ficaram mais resistentes e mais densos, comparados com os compsitos

com partculas in natura e com granulometria como recebida. Na avaliao da

durabilidade, verificou-se que compsitos com partculas tratadas tambm tiveram

melhor desempenho e que os resultados do envelhecimento natural interno indicaram a

utilizao dos compsitos como material para a produo de elementos construtivos de

vedao interna.

vi

Abstract of Thesis presented to P2CEM as a partial fulfillment of the requirements for

the degree of Doctor in Materials Science and Engineering (D.Sc.)

PRODUCTION CHARACTERIZATION AND EVALUATION OF THE

DURABILITY OF CEMENTITIOUS COMPOSITES

WITH COIR PITH PARTICLES

Gisela Azevedo Menezes Brasileiro

August 2013

Advisor: Ledjane Silva Barreto, D.Sc.

Department: Materials Science and Engineering

This study aimed to develop cementitious composites with the addition of coir pith

particles (CCC). Initially the feasibility of use coir pith particles as a replacement of fine

aggregates for the production of composites was evaluated. Chemical treatments were

conducted on coir pith particles to improve the compatibility with Portland cement.

Cement composites were produced with the treated particles in order to evaluate the

influence of pre-treatment on the physical and mechanical properties of the composites.

Subsequently, the effect of coir pith particle size in physical and mechanical properties

of the composites was evaluated. Composites durability was measured by methods of

external and internal natural aging for up to 6 months and accelerated aging in a

chamber of UV and condensation for up to 180 cycles. From the overall results, using

coir pith particles as a total substitute of sand in cementitious composites was possible.

The addition of coir pith particles to cement paste resulted in changes in mechanical and

physical properties of composites. The composites produced had an apparent density

and mechanical strength that allowed their use as lightweight construction materials.

The chemical treatments of coir pith particles with alkaline pH and the decrease of the

coir pith particle size positively influenced the compatibility with cement and the

composites had higher strength and they were denser, compared with the composites

with in natura and "as received" particles. For the evaluation of durability, the

composites with treated particles also had a better performance and the results from

internal natural aging procedure indicated the use of these composites as material for

production of non-structural building elements for interior walls.

vii

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 Partes do coco, 1 epicarpo; 2 mesocarpo; 3 endocarpo;

4 endosperma................................................................................... 4

Figura 2.2 Partculas de p de coco na frao como recebida.......................... 5

Figura 2.3 a) Esquema de componentes do material lignocelulsico e

b) Arranjo tridimensional da parede vegetal...................................... 6

Figura 2.4 Estruturas parciais dos componentes lignocelulsicos....................... 7

Figura 2.5 a) Estrutura qumica da cadeia de pectina, b) Estrutura caixa de ovo

(pectato de clcio) formada por clcio ligado a ons oxignio em duas

cadeias de pectinas adjacentes, c) Ampliao do detalhe 1 em (b)......... 8

Figura 2.6 Representao da reao de hidratao do cimento Portland pelo

processo de dissoluo-precipitao, em que Ea representa a

energia de ativao para a formao das fases hidratadas (hidratos)

e G representa a variao da energia livre durante a reao............ 16

Figura 2.7 Desenvolvimento da microestrutura durante a hidratao do cimento 17

Figura 2.8 Hidratao do cimento, a) fases aluminato e b) fases silicato............ 18

Figura 2.9 Ligaes de hidrognio entre a partcula de p de coco e o C-S-H... 19

Figura 3.1 Fluxograma do delineamento experimental....................................... 25

Figura 3.2 Absoro de gua das partculas de p de coco por 24 h................... 28

Figura 3.3 Quadro de envelhecimento natural externo........................................ 33

Figura 3.4 Equipamento para ensaios de intemperismo acelerado (modelo

BASS-UUV)....................................................................................... 34

Figura 3.5 Dispositivo para leitura da variao dimensional.............................. 35

Figura 4.1 Curvas granulomtricas da areia natural e do p de coco, onde

LUI limite utilizvel inferior; LOI limite timo inferior;

LOS limite timo superior; LUS limite utilizvel superior.......... 40

Figura 4.2 Microscopia eletrnica de varredura das partculas de p de coco,

a) aumento de 50 X; b) aumento de 500 X e das partculas de areia,

c) aumento de 100 X; d) aumento de 500 X...................................... 41

Figura 4.3 Efeito da adio de partculas de p de coco nas propriedades

mecnicas dos compsitos, a) resistncia compresso, b) mdulo

de ruptura, c) mdulo de elasticidade, d) tenacidade. Letras iguais

indicam grupos homogneos.............................................................. 42

Figura 4.4 Efeito da adio de partculas de p de coco na deformao para a

tenso mxima dos compsitos..........................................................

43


mecnicas especficas dos compsitos, a) resistncia compresso

especfica, b) mdulo de ruptura especfica, c) mdulo de

elasticidade especfica, d) tenacidade especfica. Letras iguais


viii


fsicas dos compsitos, a) densidade aparente, b) absoro de gua,

c) porosidade aparente. Letras iguais indicam grupos homogneos. 45

Figura 4.7 a) Imagens de microscopia eletrnica de varredura da argamassa

cimento-areia (SCM) aos 28 dias, com aumento de 250 X. Pontos

indicam regies da anlise de EDS (regio 1 = partcula de areia e

regies 2 e 3 = matriz cimentcia); b) Mapeamento do elemento

clcio (Ca) e c) Mapeamento do elemento silcio (Si)....................... 46

Figura 4.8 Composio qumica elementar estimada dos compsitos (MEV-EDS) 47

Figura 4.9 Seo transversal do compsito cimento-p de coco (CCC),

20 x 20 mm2....................................................................................... 47

Figura 4.10 Imagens de microscopia eletrnica de varredura dos compsitos

aos 28 dias, com aumento de 200 X e 500 X: compsito cimento-

p de coco , CCC (a, b); compsito cimento-areia-p de coco,

CSCC (c, d). Regies da anlise por EDS sinalizadas pelos pontos.

Em ambas, as regies 1 e 3 = partcula de p de coco e regies 2 e

4 = matriz cimentcia.......................................................................... 48

Figura 4.11 Imagem de microscopia eletrnica de varredura do compsito

cimento-areia-p de coco (CSCC) aos 28 dias, com aumento de

200 X.................................................................................................. 50

Figura 4.12 Espectro de FTIR das partculas de p de coco................................. 50

Figura 4.13 Expectros de FTIR, a) areia natural, b) cimento Portland anidro...... 51

Figura 4.14 Espectros de FTIR das amostras CP, SCM, CCC e CSCC................ 52

Figura 4.15 Difratograma de raios-X da areia natural, onde Q = quartzo............. 53

Figura 4.16 Difratograma de raios-X das partculas de p de coco, onde

Q = quartzo......................................................................................... 53

Figura 4.17 Difratograma de raios-X do cimento anidro, onde: 1 C3S;

2 C2S; 3 C3A; 4 C4AF; 5 C H2; 6 CaCO3......................... 54

Figura 4.18 Difratograma de raios-X dos compsitos aos 28 dias, onde:

1 C3S; 2 C2S; 3 C3A; 4 C4AF; 5 C H2; 6 CaCO3;

7 etringita; 8 Ca(OH)2; 9 C-S-H e Q = quartzo......................... 55

Figura 4.19 Espectros de FTIR das partculas de p de coco in natura (CN) e

das partculas de p de coco tratadas, CW, CPH3, CPH7, CNC,

CCL e CCH, a) nmeros de onda de 1800 a 1160 cm-1

e

b) nmeros de onda de 1160 a 700 cm-1

............................................. 58

Figura 4.20 Difratogramas de raios-X das partculas de p de coco in natura

(CN) e tratadas, CW, CPH3, CPH7, CNC, CCL e CCH, onde

Q = quartzo......................................................................................... 59

Figura 4.21 Anlise trmica das partculas de p de coco in natura e tratadas,

respectivamente, CN, a) CW, CPH3, CPH7 e b) CNC, CCL e CCH. 60

ix

Figura 4.22 Perda de massa na termogravimetria para as partculas de p de coco

in natura (CN) e tratadas, CW, CPH3, CPH7, CNC, CCL e CCH..... 61

Figura 4.23 Deconvoluo das curvas DTG (modelo Gaussiano) das partculas

de p de coco in natura e tratadas, a) CN, b) CW, c) CPH3,

d) CPH7 e) CNC, f) CCL e g) CCH................................................... 62

Figura 4.24 reas relativas dos picos dos componentes na deconvoluo das

partculas de p de coco in natura (CN) e tratadas, CW, CPH3,

CPH7, CNC, CCL e CCH.................................................................. 63

Figura 4.25 Diagrama de predominnia para os ons hidrogenofosfatos em

diferentes valores de pH..................................................................... 65

Figura 4.26 Efeito do tratamento qumico das partculas de p de coco na a)

resistncia compresso e no b) mdulo de ruptura dos

compsitos. Letras iguais indicam grupos homogneos.................... 68

Figura 4.27 Efeito do tratamento qumico das partculas de p de coco nas

propriedades fsicas dos compsitos, a) densidade aparente;

b) absoro de gua e c) porosidade aparente. Letras iguais


Figura 4.28 Curva TG/DTG do cimento no-hidratado........................................ 70

Figura 4.29 Anlise termogravimtrica (TG/DTG) de CP, CCCN e a) CCCW,

CCCPH3, CCCPH7 e b) CCCNC, CCCCL e CCCCH..................... 71

Figura 4.30 rea abaixo do pico de Ca(OH)2 na curva DTG................................ 73

Figura 4.31 Temperatura mxima de decomposio dos picos de Ca(OH)2,

CaCO3 (calcita) e do ombro das fases silicato e aluminato

carbonatadas na curva DTG............................................................... 74

Figura 4.32 Deconvoluo das curvas de DTG (modelo Gaussiano), a) Cimento

anidro e b) Pasta de cimento............................................................... 74

Figura 4.33 Deconvoluo das curvas de DTG (modelo Gaussiano) dos:

a) CCCN; b) CCCW; c) CCCPH3; d) CCCPH7; e) CCCNC;

f) CCCCL; g) CCCCH....................................................................... 75

Figura 4.34 a) reas relativas abaixo dos picos das fases silicato e aluminato

carbonatadas e da fase calcita na deconvoluo das curvas DTG...... 76

Figura 4.35 Difratogramas de raios-X dos compsitos com partculas de p de

coco tratadas quimicamente, pasta de cimento e cimento anidro,

onde: 1 C3S; 2 C2S; 5 gesso; 6 calcita; 7 etringita;

8 Ca(OH)2 e 9 C-S-H, a) 2 = 5-30 e b) 2 = 30-55................. 78

Figura 4.36 Espectros de FTIR dos compsitos cimento-p de coco, pasta de

cimento e cimento anidro na regio de 2000 a 650 cm-1

....................

80

x

Figura 4.37 a) Imagem em microscopia eletrnica de varredura (MEV) da amostra

do compsito cimentcio com partculas de p de coco in natura

(CCCN) com aumento de 200X; b) Ampliao da amostra CCCN,

aumento de 500X. Regies da anlise por EDS sinalizadas pelos

pontos (1 e 2 = partcula de p de coco, 3-5 = matriz cimentcia)..........

81

Figura 4.38 Imagens em microscopia eletrnica de varredura (MEV) e regies

da anlise por EDS sinalizadas pelos pontos, a) CCCW (1 e

2 = matriz cimentcia, 3 e 4 = partcula de p de coco),

b) CCCPH3 (1, 2 e 4 = partcula de p de coco, 3 e 5 = matriz

cimentcia), c) CCCPH7 (1-5 = partcula de p de coco, 6 e

7 = matriz cimentcia), d) CCCNC (1-3 = partcula de p de coco,

4-6 = matriz cimentcia), e) CCCCL (1-3 = partcula de p de coco,

4-6 = matriz cimentcia) e f) CCCCH (1-3 = partcula de p de

coco, 4 e 5 = matriz cimentcia)......................................................... 82

Figura 4.39 Resultados das anlises de EDS das regies sinalizados nas

imagens de MEV: CCCN (1 e 2 = partcula de p de coco,

3-5 = matriz cimentcia); CCCW (1 e 2 = matriz cimentcia, 3 e

4 = partcula de p de coco); CCCPH3 (1, 2 e 4 = partcula de p

de coco, 3 e 5 = matriz cimentcia); CCCPH7 (1-5 = partcula de

p de coco, 6 e 7 = matriz cimentcia); CCCNC (1-3 = partcula de

p de coco, 4-6 = matriz cimentcia); CCCCL (1-3 = partcula de

p de coco, 4-6 = matriz cimentcia); CCCCH (1-3 = partcula de

p de coco, 4 e 5 = matriz cimentcia)............................................... 83

Figura 4.40 Relao entre densidade aparente e propriedades mecnicas em

compsitos cimento-p de coco com diferentes granulometrias e

tratamentos das partculas de p de coco, a) resistncia

compresso; b) mdulo de ruptura e c) mdulo de elasticidade........ 87

Figura 4.41 Retrao livre (a) e perda de massa (b) em compsitos cimento-p

de coco com diferentes tratamentos das partculas de p de coco..... 88

Figura 4.42 Relao entre deformao por retrao e perda de massa em

compsitos cimento-p de coco com diferentes tratamentos das

partculas de p de coco..................................................................... 89

Figura 4.43 Retrao (a) e perda de massa (b) em compsitos cimento-p de coco

com diferentes tratamentos das partculas de p de coco aps estufa.... 90

Figura 4.44 Comparao entre os resultados de MOR aps o envelhecimento

natural externo, interno e envelhecimento acelerado para as

amostras a) CCCN, b) CCCNC e c) CCCCH.................................... 92

Figura 4.45 Comparao entre os resultados de MOE aps o envelhecimento


amostras a) CCCN, b) CCCNC e c) CCCCH....................................

93

xi

Figura 4.46 Comparao entre os resultados de TE aps o envelhecimento



Figura 4.47 Evoluo do MOR de CCCN aps os ciclos e idades de:

a) envelhecimento acelerado, b) envelhecimento natural externo e

c) envelhecimento natural interno...................................................... 96

Figura 4.48 Evoluo do MOR de CCCNC aps os ciclos e idades de: a)

envelhecimento acelerado, b) envelhecimento natural externo e c)

envelhecimento natural interno.......................................................... 97

Figura 4.49 Evoluo do MOR de CCCCH aps os ciclos e idades de: a)

envelhecimento acelerado, b) envelhecimento natural externo e c)

envelhecimento natural interno...................................................... 98

Figura 4.50 Comparao entre os resultados de DA aps o envelhecimento



Figura 4.51 Comparao entre os resultados de AA aps o envelhecimento



Figura 4.52 Comparao entre os resultados de PA aps o envelhecimento



Figura 4.53 Difratogramas de raios-X das amostras do compsito cimento-p de

coco in natura expostas ao envelhecimento acelerado, onde: 1

C3S; 2 C2S; 6 CaCO3; 7 etringita, 8 Ca(OH)2; 9 C-S-H........ 104

Figura 4.54 Difratogramas de raios-X das amostras do compsito cimento-p de

coco in natura expostas ao envelhecimento externo, onde: 1 C3S; 2

C2S; 6 CaCO3; 7 etringita, 8 Ca(OH)2; 9 C-S-H................... 105

Figura 4.55

Difratogramas de raios-X das amostras do compsito cimento-p de

coco in natura expostas ao envelhecimento interno, onde: 1 C3S;

2 C2S; 6 CaCO3; 7 etringita, 8 Ca(OH)2; 9 C-S-H................ 106

Figura 4.56 Imagens de MEV de CP aos a) 28 dias, b) 180 ciclos, c) 6 meses

externo, d) 6 meses interno e de CCCN aos e) 28 dias,

f) 180 ciclos, g) 6 meses externo, h) 6 meses interno........................ 108

Figura 4.57 Imagens de MEV de CCCNC aos a) 28 dias, b) 180 ciclos, c) 6 meses

externo, d) 6 meses interno e de CCCCH aos e) 28 dias, f) 180 ciclos,

g) 6 meses externo, h) 6 meses interno.................................................. 109

Figura 4.58 Resultados da anlise de EDS das regies indicadas nas imagens

para as amostras expostas aos envelhecimentos, a) CP, b) CCCN,

c) CCCNC e d) CCCCH..................................................................... 110

xii

LISTA DE TABELAS

Tabela 3.1 Tratamento qumico das partculas de p de coco, compsitos

produzidos.......................................................................................... 29

Tabela 3.2 Compsitos produzidos para avaliar o efeito da granulometria das

partculas de p de coco nos compsitos............................................ 31

Tabela 4.1 Resultados de temperaturas (C) da anlise de TG/DTG................... 60

Tabela 4.2 Resultados da anlise de fluorescncia de raios-X das partculas de

p de coco (%).................................................................................... 66

Tabela 4.3 Temperaturas nas curvas TG/DTG no intervalo de 20-400 C.......... 72

xiii

LISTA DE SIGLAS

A Seo transversal do corpo de prova

AA Absoro de gua

ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas

AC Cimento Portland anidro

a/c Fator gua/cimento

ANOVA Anlise de varincia

APTS Aminopropiltri-etoxisilano

ASTM American Society For Testing Materials

B Largura do corpo de prova

C2S Silicato biclcico (belita)

C3A Aluminato triclcico

C3S Silicato triclcico (alita)

C4AF Ferro-aluminato tetraclcico

C6H8O7 cido ctrico

Ca(OH)2 Hidrxido de clcio (portlandita)

CaCl2 Cloreto de clcio

CaCO3 Carbonato de clcio (calcita)

CC ou cc Ciclos do envelhecimento acelerado

CCC Compsito cimento-p de coco

CCC#100 Compsito cimento-p de coco retido na peneira 100



CCCCH Compsito cimento-p de coco tratado com hidrxido de clcio

CCCCH100 Compsito cimento-p de coco tratado com hidrxido de clcio retido

na peneira 100


na peneira 30


na peneira 50

CCCCL Compsito cimento-p de coco tratado com cloreto de clcio

CCCCL100 Compsito cimento-p de coco tratado com cloreto de clcio retido na

peneira 100


peneira 30


peneira 50

CCCN Compsito cimento-p de coco in natura

CCCN100 Compsito cimento-p de coco in natura retido na peneira 100


xiv


CCCNC Compsito cimento-p de coco tratado com carbonato de sdio

CCCNC100 Compsito cimento-p de coco tratado com carbonato de sdio retido

na peneira 100


na peneira 30


na peneira 50

CCCPH3 Compsito cimento-p de coco tratado soluo tampo pH 3 de

fosfato dissdico e cido ctrico

CCCPH7 Compsito cimento-p de coco tratado soluo tampo pH 7 de

fosfato dissdico e cido ctrico

CCCW Compsito cimento-p de coco tratado com gua destilada ou

deionizada

CCCW100 Compsito cimento-p de coco tratado com gua destilada ou

deionizada retido na peneira 100





CCCxy Compsitos cimento-p de coco tratado com x e retidas na peneira y,

onde x = N, W, NC, CL ou CH e y = 30, 50 ou 100

CCH Partculas de p de coco tratadas com hidrxido de clcio

CCL Partculas de p de coco tratadas com cloreto de clcio

CN Partculas de p de coco in natura

CNC Partculas de p de coco tratadas com carbonato de sdio

CP Pasta de cimento

CPH3 Partculas de p de coco tratadas com soluo tampo pH 3 de fosfato

dissdico e cido ctrico

CPH7 Partculas de p de coco tratadas com soluo tampo pH 7 de fosfato

dissdico e cido ctrico

CSCC Compsito cimento-areia-p de coco

C-S-H Silicato de clcio hidratado

CW Partculas de p de coco tratadas com gua destilada ou deionizada

D ou d Dias

DA Densidade aparente

DRX Difrao de raios-X

EDS Espectroscopia de energia dispersiva de raios-X

Etapa 1 Estudo da substituio da areia pelo p de coco

Etapa 2 Estudo da influncia do tratamento qumico das partculas de p de

coco nas propriedades dos compsitos cimento-p de coco

xv

Etapa 2.1 Tratamento qumico das partculas de p de coco

Etapa 2.2 Compsitos cimentcios com partculas de p de coco tratadas

Etapa 3 Estudo da influncia da granulometria das partculas de p de coco

nos compsitos cimento-p de coco

Etapa 4 Estudo da durabilidade dos compsitos cimento-p de coco

EXT Envelhecimento natural externo

F Carga mxima atingida

FRX Fluorescncia de raios-X

FTIR Espectroscopia vibracional na regio do infravermelho

INT Envelhecimento natural interno

JCPDS-ICDD Joint Committee On Powder Diffraction Standards-International

Center For Diffraction Data

L Vo utilizado

Lo Comprimento dos corpos de prova inicial aps 24 horas de moldagem

LV Variao da dimenso longitudinal do compsito (retrao)

Lt Comprimento lido a cada data (retrao)

M ou m Meses

mi Inclinao da reta correspondente curva carga-deslocamento

MEV Microscopia eletrnica de varredura

Mi Massa imersa em gua

Mo Massa dos corpos de prova inicial aps 24 horas de moldagem

MOE Mdulo de elasticidade

MOR Mdulo de ruptura

MPTS Metacriloxipropiltri-metoxisilano

Ms Massa seca em estufa

Msss Massa saturada com superfcie seca

Mt Massa lida a cada data (perda de massa)

Mu Massa mida

Na2CO3 Carbonato de sdio

Na2HPO4 Fosfato dissdico

NBR Norma brasileira

PA Porosidade aparente

PC Policarbonato

PET Polietileno tereftalato

RC Resistncia compresso

SCM Argamassa cimento-areia

TE Tenacidade

TG/DTG Anlise termogravimtrica

UV, UVA Ultravioleta

VM Perda de massa devido retrao

W Espessura do corpo de prova

WA Absoro de gua das partculas de p de coco

xvi

SUMRIO

1 INTRODUO...................................................................................... 1

1.1 OBJETIVOS............................................................................................. 2

1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO............................................................. 3

2 REVISO DE LITERATURA.............................................................. 4

2.1 P DE COCO.......................................................................................... 4

2.2 QUMICA DOS MATERIAIS LIGNOCELULSICOS........................ 5

2.3 SUBSTITUIO DA AREIA NATURAL EM MATERIAIS

CIMENTCIOS........................................................................................ 8

2.4 COMPSITOS A BASE DE CIMENTO COM MATERIAIS

VEGETAIS.............................................................................................. 9

2.4.1 Compatibilidade cimento e materiais lignocelulsicos........................ 10

2.4.1.1 Pr-tratamento do material lignocelulsico.............................................. 11

2.4.1.2 Incorporao de aditivos aceleradores da reao de hidratao............... 14

2.4.1.3 Substituio parcial do cimento por adies minerais............................. 14

2.5 CIMENTO PORTLAND: FASES E HIDRATAO............................ 15

2.5.1 Cimento Portland e as adies minerais............................................... 20

2.5.1.1 Mecanismos de retardamento/inibio da reao de hidratao.............. 21

2.6 DURABILIDADE DOS COMPSITOS COM MATERIAIS

LIGNOCELULSICOS.......................................................................... 22

3 MATERIAIS E MTODOS.................................................................. 25

3.1 PRODUO DOS COMPSITOS......................................................... 26

3.1.1 Materiais.................................................................................................. 26

3.1.1.1 Caracterizao prvia dos materiais........................................................ 26

3.1.2 Compsitos cimento-p de coco............................................................ 27

3.1.2.1 Etapa 1 Estudo da substituio da areia pelo p de coco...................... 27

3.1.2.2 Etapa 2 Estudo da influncia do tratamento qumico das partculas de

p de coco nos compsitos cimento-p de coco ..................................... 28

3.1.2.2.1 Etapa 2.1 Tratamento qumico das partculas de p de coco............... 29

3.1.2.2.2 Etapa 2.2 Compsitos cimentcios com partculas de p de coco

tratadas..................................................................................................... 29

3.1.2.3 Etapa 3 Estudo da influncia da granulometria das partculas de p

de coco nos compsitos cimento-p de coco........................................... 30

3.1.2.3.1 Separao das fraes de granulometrias do p de coco........................ 30

3.1.2.3.2 Tratamento qumico das partculas de p de coco................................... 30

3.1.2.3.3 Preparao dos compsitos..................................................................... 31

3.1.2.4 Etapa 4 Estudo da durabilidade dos compsitos cimento-p de

coco.......................................................................................................... 31

3.1.2.4.1 Tratamento qumico das partculas de p de coco.............................. 31

3.1.2.4.2 Preparao dos compsitos..................................................................... 32

xvii

3.1.2.4.3 Envelhecimento natural.......................................................................... 32

3.1.2.4.4 Envelhecimento acelerado...................................................................... 33

3.1.2.4.5 Avaliao dimensional dos compsitos................................................... 34

3.2 CARACTERIZAO DOS MATERIAIS E COMPSITOS.............. 36

3.2.1 Caracterizao mecnica....................................................................... 36

3.2.2 Caracterizao fsica.............................................................................. 37

3.2.3 Caracterizaes qumicas, trmica e microestrutural........................ 37

3.4.3.1 Difrao de raios-X (DRX)...................................................................... 37

3.4.3.2 Espectroscopia vibracional na regio do infravermelho (FTIR)............. 38

3.4.3.3 Anlise Termogravimtrica (TG/DTG).................................................... 38

3.4.3.4 Microscopia eletrnica de varredura (MEV) e espectroscopia de

energia dispersiva de raios-X (EDS) ....................................................... 38

3.4.3.5 Fluorescncia de raios-X (FRX) .............................................................. 39

3.3 ANLISE ESTATSTICA....................................................................... 39

3.3.1 Anlise de varincia (ANOVA) de dois fatores................................... 39

4 RESULTADOS E DISCUSSES......................................................... 40

4.1 AVALIAO DA SUBSTITUIO DA AREIA PELO P DE

COCO....................................................................................................... 40

4.1.1 Propriedades mecnicas e fsicas dos compsitos................................ 42

4.1.2 Anlise da fratura dos compsitos........................................................ 46

4.1.3 Espectroscopia vibracional na regio do infravermelho (FTIR)....... 50

4.1.4 Difrao de raios-X (DRX).................................................................... 52

4.2 INFLUNCIA DO TRATAMENTO QUMICO DAS PARTCULAS

DE P DE COCO NOS COMPSITOS CIMENTO-P DE

COCO....................................................................................................... 57

4.2.1 Caracterizao das partculas de p de coco tratadas........................ 57

4.2.1.1 Espectroscopia vibracional na regio do infravermelho (FTIR) ............. 57

4.2.1.2 Difrao de raios-X (DRX)...................................................................... 58


4.2.1.4 Fluorescncia de raios-X (FRX)............................................................... 66

4.2.2 Caracterizao dos compsitos cimentcios com partculas de p de

coco tratadas........................................................................................... 67

4.2.2.1 Propriedades mecnicas e fsicas............................................................. 67


4.2.2.3 Difrao de raios-X (DRX) ..................................................................... 77

4.2.2.4 Espectroscopia vibracional na regio do infravermelho (FTIR).............. 79


energia dispersiva de raios-X (EDS)....................................................... 81

4.3 INFLUNCIA DA GRANULOMETRIA DAS PARTCULAS DE P

DE COCO NOS COMPSITOS CIMENTO-P DE COCO.................

85

xviii

4.4 AVALIAO DA DURABILIDADE DOS COMPSITOS

CIMENTO-P DE COCO....................................................................... 88

4.4.1 Avaliao dimensional dos compsitos................................................. 88

4.4.2 Relao entre os envelhecimentos acelerado, natural externo e

natural para os compsitos cimentcios com partculas de p de

coco tratadas........................................................................................... 91

4.4.2.1 Propriedades mecnicas e fsicas ............................................................ 91

4.4.2.2 Difrao de raios-X............................................................................. 103


energia dispersiva de raios-X (EDS)....................................................... 107

5 CONCLUSES...................................................................................... 113

6 TRABALHOS FUTUROS..................................................................... 115

REFERNCIAS........................................................................................................ 116

APNDICE A Frequncias vibracionais na regio do infravermelho para o

p de coco, cimento Portland e pasta de cimento.................................................. 126

APNDICE B Anlise estatstica, ANOVA dois fatores e ANOVA um fator,

da Etapa 3 Estudo da influncia da granulometria das partculas de p de

coco nos compsitos cimento-p de coco................................................................ 129

APNDICE C Anlise estatstica, ANOVA dois fatores e ANOVA um fator,

da Etapa 4 Estudo da durabilidade dos compsitos cimento-p de

coco............................................................................................................................. 133

APNDICE D Resultados da anlise de DRX da Etapa 4 Estudo da

durabilidade dos compsitos cimento-p de coco.................................................. 142

1

1 INTRODUO

Atualmente, a busca por novos materiais conduz utilizao de recursos

provenientes de fontes renovveis para reduzir o impacto ambiental e/ou os custos de

produo. As atividades agroindustriais implantadas em vrias regies do Brasil geram

grandes quantidades de resduos que, na maioria das vezes, no tm valor comercial e no

tm destino apropriado para seu descarte, sendo encaminhados para lixes e aterros

sanitrios. Esses resduos podem se converter em matria-prima, com possibilidades de

aproveitamento na produo de elementos direcionados construo civil (KHEDARI et

al., 2001, SAVASTANO JR., 2000). Assim, uma alternativa interessante para o desafio

de disposio dos resduos agrcolas pode ser o seu uso como matria-prima para

substituir agregados minerais em matrizes cimentcias, possibilitando a reduo da

utilizao desse recurso natural no renovvel.

Alm da agricultura, a indstria madeireira gera resduos que, tambm sem valor

econmico, podem ser lanados na natureza ou queimados. Uma alternativa para os

resduos de serrarias so os painis de cimento-madeira, que so amplamente utilizados

em construo civil nos pases da Europa, sia e Amrica do Norte, devido ao baixo

custo e fcil produo, alm de reunir propriedades desejveis da madeira e do cimento,

como resistncia ao ataque de fungos e cupins, bom isolante trmico e acstico,

virtualmente incombustvel, fcil trabalhabilidade (PAINIS..., 2003). A produo de

painis de cimento-madeira no Brasil, ainda inexiste em escala industrial, devido

cultura de priorizar construes em alvenaria. Entretanto, esse cenrio pode ser mudado

gradativamente, por meio de polticas governamentais voltadas para construo de

habitaes sociais e das iniciativas dos profissionais da rea de engenharia civil,

florestal e de materiais.

O processamento do coco maduro (Cocos nucifera L.) para extrao das fibras

longas gera como subproduto o p de coco e as fibras curtas, que representam

aproximadamente 70% da casca do coco. Este material usualmente utilizado como

substrato agrcola (FONTENELE, 2005). Apesar das partculas de p de coco se

constiturem como o principal resduo, at o momento no foi localizada literatura sobre

sua utilizao em matrizes cimentcias.

Devido sua forma e pequenas dimenses (0,075 a 1,2 mm), o p de coco pode

ser considerado como um material particulado. A literatura apresenta diversos estudos

2

com materiais lignocelulsicos na forma de partculas em matrizes cimentcias para a

produo de painis leves de cimento-madeira (AAMR-DAYA et al., 2008, ALMEIDA

et al., 2002, COATANLEM et al., 2006, OLORUNNISOLA, 2009). No trabalho do

OLORUNNISOLA (2009), o material utilizado, partculas da casca de coco,

resultante da moagem das fibras longas e foi adicionado em matrizes cimentcias para a

produo de compsitos leves. No trabalho de ASASUTJARIT et al. (2007), foram

utilizadas fibras de coco cortadas no intervalo de comprimento de 1 a 4 mm para a

produo de painis cimentcios.

Este estudo props agregar valor ao subproduto da cadeia produtiva do Cocos

nucifera L., o p de coco, disponvel e renovvel, atravs da sua incorporao matriz

cimentcia, como matria-prima para substituir os agregados minerais convencionais (a

areia natural, renovvel) para a produo de compsitos verdes base de cimento com

partculas de p de coco e para a reduo de custos de materiais de construo na

produo de construes populares.

1.1 OBJETIVOS

Este trabalho teve como objetivo geral desenvolver compsitos cimentcios com a

adio de partculas de p de coco para aplicao em engenharia civil. Como objetivos

especficos, tomaram-se:

a) Avaliar a viabilidade de uso do p de coco como agregado em compsitos

cimentcios;

b) Analisar o efeito dos tratamentos qumicos nas propriedades das partculas de

p de coco;

c) Analisar a influncia da adio das partculas de p de coco tratadas nas

propriedades dos compsitos-cimento-p de coco;

d) Avaliar a influncia da granulometria das partculas no desempenho dos

compsitos cimento-p de coco;

e) Avaliar a durabilidade dos compsitos cimento-p de coco atravs de

processos de envelhecimento;

f) Caracterizar os compsitos produzidos pelas propriedades mecnicas, fsicas,

qumicas, trmicas e microestruturais.

3

1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO

O trabalho est dividido em seis captulos. O captulo 1 apresentou a justificativa

para o desenvolvimento do trabalho e seus objetivos. O captulo 2 apresenta uma breve

reviso de literatura de temas relacionados com o trabalho, destacando-se: o p de coco

como resduo; os componentes dos materiais lignocelulsicos; a substituio da areia

em materiais cimentcios; os compsitos a base de cimento com resduos vegetais,

enfocando a compatibilidade entre cimento e materiais lignocelulsicos e as estratgias

de processamento para melhorar essa compatibilidade; introduo sobre a hidratao do

cimento e as fases produzidas, abordando tambm as adies minerais, os mecanismos

de retardamento da reao de hidratao. O captulo finalizado com a apresentao de

aspectos da durabilidade dos compsitos cimento-materiais lignocelulsicos.

O captulo 3 apresenta a metodologia utilizada, descrevendo tcnicas e

procedimentos adotados para a caracterizao dos materiais utilizados, o tratamento das

partculas de p de coco, a produo dos compsitos, os processos de envelhecimento, a

caracterizao dos compsitos e a metodologia para a anlise estatstica.

O captulo 4 apresenta os resultados, anlise e discusses do trabalho. Essa

seco foi subdividida de acordo com os estudos realizados: avaliao da substituio

da areia pelo p de coco; influncia do tratamento qumico nas caractersticas das

partculas de p de coco e nas caractersticas dos compsitos cimento-p de coco;

influncia da granulometria das partculas de p de coco nos compsitos cimento-p de

coco e avaliao da durabilidade dos compsitos cimento-p de coco.

No captulo 5, so apresentadas as concluses. As sugestes de trabalhos futuros

esto no captulo 6. As referncias esto apresentadas em ordem alfabtica e os

apndices mostram tabelas de frequncias vibracionais na regio do infravermelho dos

materiais; tabelas e grficos resultantes da anlise estatstica e difratogramas de raios-X

das amostras aps os processos de envelhecimento.

4

2 REVISO DE LITERATURA

2.1 P DE COCO

A cultura do coco (Cocos nucifera L.) tem cerca de 80% da rea plantada

localizada na sia, com ndia, Filipinas, Indonsia como os trs maiores produtores

mundiais de coco. O Brasil se localiza na quarta posio, com uma produo de

2,8 milhes de toneladas. As maiores produes de coco no Brasil se concentram na

faixa litornea do Nordeste at parte da regio Norte, que detm 70% da produo

brasileira de coco. Dos dez maiores estados produtores de coco no Brasil, sete esto na

regio Nordeste. O estado de Sergipe o segundo maior produtor, antecedido pela

Bahia, logo depois vem Cear, Par, Esprito Santo, Pernambuco, Rio de Janeiro,

Paraba, Rio Grande do Norte e Alagoas (MARTINS e JESUS JUNIOR, 2011).

Nos principais pases produtores, o coqueiro explorado para a produo de

copra, que produzida com o endosperma slido (a parte comestvel) desidratado, e

leo. No Brasil, a produo de coco utilizada para o consumo de endosperma fresco

na produo de alimentos, bem como de gua de coco (endosperma lquido)

(FONTENELE, 2005).

As demais partes do coco no-comestveis, endocarpo, mesocarpo e epicarpo,

Figura 2.1, podem se acumular e serem encaminhadas para lixes a cu aberto ou para

aterros sanitrios.

Figura 2.1 Partes do coco, 1 epicarpo; 2 mesocarpo; 3 endocarpo; 4 endosperma.

Fonte: EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECURIA (2012).

A casca do coco maduro e seco (o mesocarpo) pode ser aproveitada para a

produo de fibras longas de coco, utilizadas para enchimento de bancos de carro,

5

tapetes, capachos, vassouras, combustvel para caldeiras, que constituem

aproximadamente 30% da casca do coco (mesocarpo) (FONTENELE, 2005). Alm

desses usos, a fibra de coco pode ser utilizada na produo de compsitos, pois

verstil, renovvel e biodegradvel. A adio de fibras de coco reduz a condutibilidade

trmica dos compsitos e produz materiais leves, uma vez que apresenta os menores

valores de condutibilidade trmica e densidade aparente comparados com outras fibras,

como sisal, juta e bambu (SEN e REDDY, 2011).

Como subproduto do processamento da casca do coco, obtm-se as fibras curtas e

o p de coco (Figura 2.2), que representam aproximadamente 70% da casca

(FONTENELE, 2005). O p de coco utilizado como substrato agrcola

principalmente, mas tambm h estudos em busca de novas aplicaes tecnolgicas

(MACEDO et at., 2006).

Figura 2.2 Partculas de p de coco na frao como recebida.

2.2 QUMICA DOS MATERIAIS LIGNOCELULSICOS

Os materiais lignocelulsicos, ou lignocelulose, so compostos principalmente por

celulose, hemicelulose e lignina. Esses trs componentes esto associados uns aos

outros para formar um complexo celulose-hemicelulose-lignina (LIAO et al., 2011),

Figura 2.3a. Os materiais lignocelulsicos so formados por microfibrilas, ricas em

celulose, que so aglomeradas por hemicelulose, a qual atua como uma conexo entre as

microfibrilas de celulose e a lignina e d mais rigidez a toda rede celulose-hemicelulose-

6

lignina. A lignina atua como um agente enrijecedor do material. A lignina d suporte

estrutural, impermeabilidade e resistncia contra o ataque microbiano.

Alm da lignocelulose, so encontrados compostos inorgnicos e molculas de

baixo peso molecular, extratveis com gua e solventes orgnicos, como pectinas,

carboidratos simples, terpenos, alcalides, saponinas, polifenlicos, gomas, resinas,

gorduras e graxas, entre outros, denominados extrativos (SILVA et al., 2009). A pectina

est associada s celulose, hemicelulose e protenas para a constituio da parede

celular. A lamela mdia, fina camada que separa duas clulas contguas, formada

tambm por pectina, alm de lignina e hemicelulose (Figura 2.3b).

Figura 2.3 a) Esquema de componentes do material lignocelulsico e b) Arranjo tridimensional da

parede vegetal.

Fonte: Adaptada de a) PINGALI et al., 2010 e b) SBIOLOGIA, 2013.

A celulose um polissacardeo que se apresenta como um polmero de cadeia

linear, constitudo por uma unidade repetitiva composta duas molculas de glicose

eterificadas por ligaes -1,4-glicosdicas, chamada de celobiose, que contm seis

grupos hidroxila que estabelecem interaes do tipo ligaes de hidrognio intra e

intermolecular, assim, h uma forte tendncia da celulose formar cristais que a tornam

completamente insolvel em gua e na maioria dos solventes orgnicos (Figura 2.4). A

celulose hidroflica e tem duas regies, uma com estrutura cristalina e outra com

estrutrura amorfa e os feixes de microfibrila esto fracamente ligados por ligaes de

hidrognio (JUNGNIKL et al., 2008, LIAO et al., 2011, SILVA et al., 2009).

A hemicelulose constituda por polissacardeos associados celulose em paredes

celulares, que consistem em vrios monossacardeos polimerizados, incluindo pentoses,

como xilose e arabinose, e hexoses, como galactose, glicose e manose, alm de cido

4-O-metil glucurnico e resduos de cido galactornico (Figura 2.4). A unidade mais

abundante na hemicelulose a xilose, que se une por ligaes glicosdicas nas posies

1 e 4 e constitui a cadeia principal do xilano, que um tipo de hemicelulose. O

7

glucomanano, uma manose, outro tipo de hemicelulose. O xilano e o glucomanano so,

preferencialmente, ligados lignina e celulose, respectivamente. As microfibrilas de

celulose so envolvidas por glucomanano formando as fibrilas de celulose, que so

incorporados na matriz de xilano e lignina. A hemicelulose hidroflica, contm

considervel grau de ramificao entre suas cadeias, com natureza altamente amorfa

(JUNGNIKL et al., 2008, LIAO et al., 2011, PINGALI et al., 2010, SILVA et al., 2009).

Figura 2.4 Estruturas parciais dos componentes lignocelulsicos.

Fonte: Adaptada de FERREIRA et al., 2009.

A lignina um material hidrofbico com estrutura tridimensional, altamente

ramificada, podendo ser classificada como um polifenol, que pode conter grupos

hidroxila e metoxila como substituintes no grupo fenil propano (Figura 2.4). As

ligaes teres dominam a unio entre as unidades da lignina, que apresentam um

grande nmero de interligaes. A fora de adeso entre a celulose e a lignina

ampliada pela existncia de ligaes covalentes entre as cadeias de lignina e os

constituintes da celulose e da hemicelulose (LIAO et al., 2011, PINGALI et al., 2010,

SILVA et al., 2009).

As pectinas so polissacardeos constitudos por polmeros lineares de ligaes

-(14) de cido galacturnico e resduos de ramnogalacturonanas I e II, que

consistem em unidades de cido galacturnico alternadas com unidades especficas de

ramnose (Figura 2.5). Os grupos carboxilato (COO-) carregados de cadeias de pectina

vizinhas so liga, dos (inter e intramolecularmente) pelos ons clcio (Ca2+

), que

formam um complexo estvel com a pectina, e do origem ao pectato de clcio,

8

formando uma rede de pontes de clcio, que responsvel pela estabilidade do

complexo e, consequentemente, da parede celular (YAMAMOTO et al., 2011).

Figura 2.5 a) Estrutura qumica da cadeia de pectina, b) Estrutura caixa de ovo (pectato de clcio)

formada por clcio ligado a ons oxignio em duas cadeias de pectinas adjacentes, c) Ampliao do

detalhe 1 em (b).

Fontes: (a) BRANDAO e ANDRADE, 1999, (b,c) Adaptada de SEDAN et al., 2008.

A composio qumica da fibra de coco 32,5 a 53% de celulose, 14,7 a 17,0%

de hemicelulose, 33,5 a 40,8% de lignina e 3,5 % de extrativos. A fibra de coco

apresenta teores de lignina elevados comparados com outros materiais lignocelulsicos

e, consequentemente, menor teor de celulose (HAN, 1998, ROSA et al., 2010,

SATYANARAYANA et al., 2007).

2.3 SUBSTITUIO DA AREIA NATURAL EM MATERIAIS CIMENTCIOS

Pesquisas foram realizadas a fim de avaliar a viabilidade da substituio do

agregado mido natural por resduos de origem diversa. Agregados alternativos foram

estudados, como resduos de atividades de pedreiras, resduos de construo e

demolio, escria de cobre, partculas de cinza volante (RAMAN et al., 2011).

Resduos de polmeros tambm tm sido utilizados como agregados. Uma

consequncia da substituio da areia por estes agregados leves a reduo da

densidade dos compsitos cimentcios produzidos, indicados para aplicaes que

9

requeiram materiais leves. Alm disso, h o aumento da porosidade, devido ligao

muito fraca entre a matriz e o agregado plstico. A reduo das propriedades mecnicas,

como resistncia compresso, mdulo de ruptura e mdulo de elasticidade pode ser

um resultado conforme estudos de HANNAWI et al. (2010) e FRIGIONE (2010). No

entanto, esses autores registraram um aumento da ductilidade nos compsitos, o que

representa uma vantagem. Ambos os trabalhos utilizaram agregados de polmeros

no-biodegradveis feitos de resduos de PC (policarbonato) e/ou PET (polietileno

tereftalato) como substitutos parciais de agregados midos. HANNAWI et al. (2010)

fez a substituio parcial de argamassas nas fraes volumtricas de 3%, 10%, 20% e

50% e FRIGIONE (2010) produziu concreto com substituio de 5% em massa de

agregado mido.

Alm dos agregados citados acima, a utilizao de agregados vegetais crescente

na literatura em estudos sobre compsitos cimento-material lignocelulsico. O uso de

cinza do bagao da cana-de-acar como substituio de 30% e 50% da areia natural em

concretos foi pesquisado por SALES e LIMA (2010) que concluram que a cinza do

bagao da cana-de-acar pode ser utilizada como um substituto parcial da areia em

concretos com resistncia mecnica de projeto at 30 MPa.

2.4 COMPSITOS A BASE DE CIMENTO COM MATERIAIS VEGETAIS

Os compsitos com materiais lignocelulsicos e aglomerantes inorgnicos, como

o cimento Portland, contm entre 10 a 70% em massa de matria vegetal e

reciprocamente 90% a 30% de aglomerante inorgnico (CAI e ROSS, 2010).

Os chamados compsitos cimento-madeira so uma argamassa de cimento

Portland, na qual parte ou toda a frao do agregado mineral foi substituda por material

orgnico vegetal, obtidos pela fragmentao mecnica do tecido lenhoso de vegetais

superiores ou atravs da coleta de resduos da indstria madeireira (MACEDO et al.,

2011), como serragem, aparas ou flocos, que so utilizados para produzir painis

(ENGLISH et al., 1994).

As fibras lignocelulsicas de origem agrcola, como casca de arroz e palha de

trigo, podem ser facilmente fragmentadas em partculas ou chips, que so semelhantes

s partculas de madeira e podem ser utilizadas como substitutos em compsitos

cimento-madeira (YANG et al., 2003).

10

Alm disso, os compsitos cimentcios com materiais lignocelulsicos podem ser

produzidos com fios, fibras ou partculas vegetais, misturados com cimento Portland e

tambm so fabricados na forma de painis, alm de tijolos e telhas (OKINO et al., 2004).

Nesses compsitos, o material lignocelulsico faz o papel de agregado e de agente

de reforo, enquanto que o cimento de Portland o aglomerante (OKINO et al., 2004).

Devido baixa densidade, os compsitos com materiais lignocelulsicos tm

vrias aplicaes potenciais como isolamento acstico e trmico, revestimento de

resistncia ao fogo (AAMR-DAYA et al., 2008, MACEDO et al., 2011).

STANCATO (2000) apresentou uma argamassa leve com agregado mido vegetal

substituindo em 100% a areia natural. O agregado vegetal leve utilizado foi o p de serra

de madeira. Os compsitos cimento-agregado vegetal produzidos com traos 1:0,4 ou

1:0,6 (cimento:agregado vegetal) apresentaram baixa densidade, 0,73-0,97 g/cm3, baixa

condutividade trmica, 0,203-0,265 W/mK, comparadas com a argamassa convencional.

As mdias de resistncia compresso variaram de 2,35 a 8,86 MPa e de resistncia

trao de 0,37 a 1,41 MPa. Estudo semelhante foi realizado anteriormente por GRANDI

(1995) para produzir placas de argamassa de cimento e p de serra.

Entretanto, esses compsitos so sensveis absoro de gua e, na presena de

umidade relativa varivel, observa-se a instabilidade dimensional (AAMR-DAYA et al.,

2008).

2.4.1 Compatibilidade cimento e materiais lignocelulsicos

A associao de materiais lignocelulsicos em aplicaes com cimento, muitas

vezes, apresenta desempenho no satisfatrio. A durabilidade do material lignocelulsico

na matriz cimentcia, bem como a compatibilidade entre as fases, comprometem a

eficincia dos compsitos cimentcios com fibra ou partcula vegetal (OKINO et al.,

2004, OLORUNNISOLA, 2008).

Os acares solveis, amidos, extrativos, hemicelulose e lignina presentes nas

partculas lignocelulsicos so substncias inibidoras da reao de hidratao do

cimento (WEI et al., 2000). O principal efeito inibitrio sobre o cimento o atraso no

processo de cura. O termo compatibilidade, quando aplicado a compsitos

cimento-material lignocelulsico, refere-se ao grau de endurecimento do cimento aps a

mistura com gua e fibras ou partculas. Se, devido presena das fibras ou partculas,

no houver alterao no processo de cura do cimento, ou se essa alterao for pouco

11

significativa, esses materiais so compatveis. Entretanto, se a cura for retardada ou

inibida pela presena das fibras ou partculas vegetais, h incompatibilidade entre o

cimento e o material lignocelulsico (JORGE et al., 2004).

O modo usual para avaliar a compatibilidade entre o cimento e o material

lignocelulsico pelo mtodo do calormetro, que mede o calor de hidratao. A reao

de hidratao do cimento libera calor (reao exotrmica) e o monitoramento da

temperatura da reao utilizado como parmetro para se determinar o ndice de

inibio da cura decorrente da adio do material vegetal que sem tratamento reduz o

calor de hidratao da mistura cimento-material vegetal, quando comparado com a pasta

de cimento de referncia. Uma temperatura de hidratao baixa e um tempo prolongado

para alcanar a temperatura mxima so manifestaes do atraso ou inibio da reao

de hidratao (WEI et al., 2000, KARADE, 2010).

A eficincia de compsitos cimentcios com material lignocelulsico depende

principalmente da capacidade de transferncia de tenso entre fibra ou partcula e a

matriz. Essa transferncia de tenso tem um papel importante na determinao das

propriedades mecnicas do compsito. A baixa compatibilidade entre fibras ou

partculas e a matriz reduz as propriedades mecnicas, o que se constitui num obstculo

para o uso do material lignocelulsico em matrizes cimentcias (HERRERA-FRANCO

e VALADEZ-GONZLEZ, 2005).

A melhoria da compatibilidade entre cimento e material lignocelulsico pode ser

obtida por meio de tratamentos realizados nas partculas ou fibras vegetais com a

finalidade de reduzir a presena das substncias inibidoras da reao de hidratao. A

literatura apresenta diversas estratgias de processamento dos compsitos cimentcios

com resduos lignocelulsicos para melhorar a compatibilidade cimento-materiais

lignocelulsicos: a) pr-tratamento do material lignocelulsico por meio da remoo de

substncias inibidoras da cura do cimento; b) incorporao de aditivos aceleradores da

pega; c) substituio parcial do cimento por adies minerais etc. (KARADE, 2010,

FRYBORT et al., 2008).

2.4.1.1 Pr-tratamento do material lignocelulsico

Vrias abordagens tm sido propostas na literatura para a remoo de extrativos,

lignina e hemicelulose. A depender das condies de tratamento, pode ser possvel

alterar a porosidade do material original e a cristalinidade das fibrilas de celulose,

12

remover hemicelulose e reduzir a quantidade de lignina presente (LIAO et al., 2011,

PINGALI et al., 2010).

No tratamento alcalino, o material lignocelulsico imerso em soluo alcalina e

posteriormente lavado e seco. Segundo TROEDEC et al. (2008), o tratamento alcalino

promove a remoo parcial de constituintes amorfos, como a hemicelulose, lignina e

leos solveis em solues alcalinas, assim, melhora as caractersticas de adeso da

superfcie, produzindo desse modo uma topografia rugosa da superfcie.

O tratamento de imerso das fibras de coco em gua quente reduziu os teores de

acares, taninos, resina, fenis, compostos qumicos inibidores da cura do cimento, o

que melhorou algumas propriedades fsicas e mecnicas da fibra de coco, formando

uma superfcie spera, com grande nmero de vazios, intensificando a extenso da

adeso fibra-matriz, e proporcionando melhor ancoragem mecnica entre a fibra de coco

e a matriz cimentcia (ASASUTJARIT et al. 2007, 2009). Comportamento semelhante

ocorre quando h a quebra do feixe das fibras (fibrilao), que tambm uma

consequncia dos pr-tratamentos (GU, 2009, KLJUN et al., 2011, RAHMAN e

KHAN, 2007).

A solubilizao dos componentes lignocelulsicos depende da temperatura, pH,

umidade e tambm das caractersticas qumicas do precursor de lignocelulose nativa.

HENDRIKS e ZEEMAN (2009) fizeram uma reviso extensa sobre este assunto, e

afirmaram que o xilano da hemicelulose pode ser extrado efetivamente em um meio

cido ou alcalino, enquanto que o glucomanano dificilmente pode ser extrado em um

meio cido e precisa de um ambiente alcalino mais forte do que o xilano. A

solubilizao de hemicelulose e lignina na gua, em condies neutras, comea em

torno de 150-180C. A solubilidade da lignina fortemente dependente do precursor

(lcool p-coumaril, lcool coniferil e lcool sinapil etc.), que determina a condio de

pH necessria (cido, neutro ou alcalino). Sabe-se que a lignina, em condies cidas,

se condensa e precipita, especialmente em meio cido forte. No entanto, o meio cido

facilmente solubiliza a hemicelulose (PINGALI et al., 2010, YANG e WYMAN,

2004). Esses autores observaram que o sistema experimental em fluxo remove mais

hemicelulose e lignina do que o sistema em banho (imerso), devido condensao e

precipitao de lignina.

Estudos de compatibilidade mostram que h um aumento na compatibilidade dos

materiais lignocelulsicos com o cimento aps extrao em gua fria, em gua quente a

50C, em soluo aquosa de cloreto de clcio (CaCl2) e em soluo aquosa saturada de

13

hidrxido de clcio [Ca(OH)2] (alcalina) (OLORUNNISOLA, 2008, OKINO et al.,

2005).

FAN et al. (2002), atravs da anlise de difrao de raios-X (DRX), mostraram

que os compsitos cimento-madeira tiveram a intensidade dos picos de Ca(OH)2

reduzida significativamente. Esse fato foi atribudo presena de extrativos na madeira,

o que resultou na reduo da formao de Ca(OH)2, que confirmou a inibio das

partculas de madeira no processo de hidratao das misturas. Tal comportamento

tambm foi observado por VAICKELIONIS e VAICKELIONIENE (2006). Quando a

incompatilidade entre o material lignocelulsico e o cimento muito forte, o processo

de hidratao do cimento pode ser paralisado, os picos de Ca(OH)2 no so detectados e

as fases de cimento no hidratado, C3S e C2S, permanecem inalteradas na mistura

curada (WEI et al., 2004).

A modificao qumica da superfcie do material lignocelulsico pela incluso de

novas substncias tambm um procedimento utilizado para melhorar a adeso da

interface matriz-resduo vegetal. A superfcie do material vegetal tratada com um

composto que forma uma ponte de ligaes qumicas entre o material lignocelulsico e

a matriz. Diversos tratamentos podem ser utilizados, como copolimerizao de enxerto

de monmeros, tratamentos com isocianatos e outros agentes de acoplamento. A

absoro de umidade das superfcies tratadas reduzida significativamente pela

hidrofobicidade promovida na superfcie pelas longas cadeias de hidrocarbonetos

fixados, alm disso, os agentes de acoplamento penetram nas paredes celulares e se

depositam restringindo o ingresso de umidade posterior (MISHRA et al., 2004). Este

tipo de tratamento mais utilizado em matrizes polimricas, entretanto, TONOLI

(2009) utilizou agentes de recobrimento silanos para reduzir o carter hidroflico da

polpa de eucalipto para produo de compsitos cimentcios. Como resultado, foi

observado que as fibras tratadas com o silano metacriloxipropiltri-metoxisilano (MPTS)

estavam livres de produtos de hidratao no seu interior, diferentemente das fibras

tratadas com o silano aminopropiltri-etoxisilano (APTS), o que permitiu um melhor

desempenho mecnico, maiores valores de tenacidade, para os compsitos com aquelas

fibras.

14

2.4.1.2 Incorporao de aditivos aceleradores da reao de hidratao

Outro tipo de processamento dos compsitos para melhorar a compatibilidade

utiliza os aceleradores de pega do cimento. So exemplos de substncias qumicas

utilizadas como aceleradores da reao de hidratao: sais de ltio, silicatos, sais de

clcio, compostos alcalinos, carbonatos e sulfatos (GARCIA et al., 2007).

A inibio da reao de hidratao reduzida com a incorporao de CaCl2

diludo na gua de mistura cimento-partculas vegetais (AAMR-DAYA et al., 2008).

Ento a incorporao de aditivos aceleradores na gua de mistura dos compsitos tem a

funo de neutralizar os efeitos inibitrios de muitas espcies vegetais durante a

fabricao dos compsitos. Assim, atuam acelerando o tempo de pega, reduzindo o

tempo de cura do cimento, melhorando a adeso das partculas da madeira ao cimento,

(LATORRACA, 2003), melhorando a estabilidade dimensional dos compsitos

(ALMEIDA et al., 2002) e, consequentemente, influenciando fortemente a resistncia

dos compsitos cimento-madeira (WEI et al., 2000).

2.4.1.3 Substituio parcial do cimento por adies minerais

Alguns estudos apresentaram outra estratgia de processamento para os

compsitos cimento-material lignocelulsico, que foi a incluso de adies minerais

para substituir parcialmente o cimento Portland, como a slica ativa, a escria de alto

forno e outros materiais pozolnicos.

A substituio do cimento por slica ativa tem um efeito significativo nas

propriedades de resistncia dos painis feitos com espcies de baixa compatibilidade

(LATORRACA, 2003). Comportamento tambm observado por SILVA et al. (2006),

ao estudar a adio de diferentes relaes de casca de madeira e slica ativa em

compsitos cimento-madeira. Houve um aumento nas propriedades fsicas e mecnicas

com a adio de 20% de slica ativa na composio dos painis.

SAVASTANO JR. et al. (2000) utilizou escria de alto forno em substituio

parcial e total do cimento Portland, com adio de gipsita e cal, para produzir

compsitos com polpas vegetais. Ele observou que, mesmo com baixos nveis de

hidratao, o cimento de escria proporcionou compsitos de comportamento similar

queles com cimento Portland, especialmente, quanto ductilidade. Alm disso, a

15

hidratao menos pronunciada levou a uma menor mobilidade dos produtos de

hidratao.

A reviso de literatura mostrou que o principal mtodo de processamento dos

compsitos cimentcios com partculas vegetais a incorporao de aditivos

aceleradores da reao de hidratao que so utilizados para contornar os efeitos de

atraso ou inibio da cura dos compsitos. Estudos sobre pr-tratamentos de partculas

vegetais para uso em matrizes cimentcios so raros e h poucos estudos que abordam o

uso de gua fria, gua quente e tratamento em meio alcalino para fibras vegetais

adicionadas em compsitos cimentcios. Entretanto h um avano nos estudos de pr-

tratamentos das fibras vegetais em matrizes polimricas (RAHMAN e KHAN, 2007,

ROUT et al., 2001). Em geral, os estudos sobre compsitos cimentcios com fibras

adotam o uso de fibras vegetais in natura e substituem parte do cimento por adies

minerais para diminuir os efeitos do meio alcalino da matriz na durabilidade dos

compsitos.

2.5 CIMENTO PORTLAND: FASES E HIDRATAO

A composio do clquer do cimento Portland contm como constituintes: silicato

triclcico (C3S); silicato biclcico (C2S); aluminato triclcico (C3A); ferro-aluminato

tetraclcico (C4AF) (MEHTA e MONTEIRO, 2008). Para a produo do cimento

Portland, na moagem do clnquer, o sulfato de clcio adicionado na forma de gesso

(CaSO4.2H2O) ou sob outras formas para controle da hidratao inicial do cimento.

A hidratao do cimento um conjunto de mudanas que ocorre quando o

cimento anidro misturado com a gua, envolvendo reaes qumicas que superam a

simples converso de espcies qumicas anidras em hidratos correspondentes

(TAYLOR, 1997). Os principais produtos de hidratao do cimento Portland comum

so os silicatos de clcio hidratado (C-S-H), o hidrxido de clcio [Ca(OH)2] e os

aluminatos de clcio hidratados (etringita e monosulfato hidratado).

De acordo com ROSSETTO (2007), o processo de hidratao do cimento Portland

um processo de dissoluo-precipitao (Figura 2.6). Quando a partcula de cimento

anidro entra em contato com a gua, a dissoluo dos ons clcio, Ca2+

, e silcio,

H2SiO42-

, provenientes dos principais constituintes do cimento Portland, C3S e C2S, se

inicia. Ao mesmo tempo, o C3A libera os ons Ca2+

e Al(OH)4- em soluo.

16

Figura 2.6 Representao da reao de hidratao do cimento Portland pelo processo de dissoluo-

precipitao, em que Ea representa a energia de ativao para a formao das fases hidratadas (hidratos) e

G representa a variao da energia livre durante a reao.

Fonte: Adaptada de GARCIA et al., 2007.

Assim, so formados os embries das fases hidratadas de silicatos e aluminatos de

clcio, devido diferena de solubilidades em relao da partcula de cimento ainda

anidra. A soluo est supersaturada em relao ao embrio. Entretanto, para que esses

embries passem condio de ncleos estveis eles precisam superar a energia de

ativao (Ea), pela reduo na relao entre rea de superfcie e volume que

proporcione a reduo da energia livre (G). Essa etapa da hidratao denominada

pr-induo, nela a superfcie do prprio gro de cimento que se dissocia oferece uma

grande alternativa para a nucleao heterognea, bem como o aumento da temperatura

que favorece a ocorrncia de um maior nmero de choques (colises) entre os ncleos

nascentes.

A prxima etapa do processo de hidratao a induo, em que a continuidade do

processo de dissoluo favorecida pela reduo dos ons em soluo, devido ao

aumento do nmero de ncleos que precipitam e simultaneamente h um maior

recobrimento da superfcie das partculas de cimento pelos precipitados que agora

atuam como uma membrana (Figura 2.7). A hidratao prossegue e o final do perodo

de induo marcado pelo momento em que a presso osmtica do sistema no

suficiente para o rompimento das partculas de cimento anidro. H uma perda de

trabalhabilidade ou aumento da viscosidade da suspenso e o tempo de hidratao

decorrido at esse momento conhecido como tempo de pega. Em continuidade, dois

17

so os mecanismos responsveis pela reduo da energia livre de Gibbs (G): o

crescimento das fases hidratadas e a densificao. Elevados valores de fator gua-

cimento (a/c) favorecem o crescimento dos silicatos e aluminatos de clcio hidratados e

o empacotamento elevado das partculas de cimento favorece a densificao, em funo

da aproximao dos gros de cimento sobre cujas superfcies as fases hidratadas so

nucleadas (ROSSETTO, 2007).

Figura 2.7 Desenvolvimento da microestrutura durante a hidratao do cimento.

Fonte: Adaptada de TAYLOR, 1997.

A etringita, C3A.3CaSO4.32H2O, a primeira fase hidratada (hidrato) a cristalizar

devido elevada relao sulfato/aluminato na fase aquosa durante a primeira hora de

hidratao. Aps o consumo do sulfato da soluo, a concentrao de aluminato se

eleva devido renovao da hidratao do C3A e do C4AF, a etringita se torna instvel e

gradativamente convertida em monosulfato hidratado, C3A.CaSO4.12H2O.

A hidratao do C4AF em presena de gipsita d origem formao de fases

similares s obtidas na hidratao do C3A, as quais se distinguem pela substituio

parcial do alumnio pelo ferro com composies qumicas variveis, mas com estruturas

similares s da etringita e do monosulfato.

Com a dissoluo do C3S, formam-se fases de C-S-H pouco cristalinas e de

Ca(OH)2. Aps o contato imediato com a gua, ocorre uma intensa liberao de calor.

Somente aps algum tempo, o C2S reage com gua e forma o C-S-H, contribuindo para

o aumento da concentrao de ons Ca2+

e OH- na fase lquida.

As reaes qumicas simplificadas que expressam a hidratao dos aluminatos e

dos silicatos so (MEHTA e MONTEIRO, 2008) (Figura 2.8):

18

AlO4- + 3 SO4

-2 + 6 Ca

+2 + meio aquoso etringita

AlO4- + SO4

-2 + 4 Ca

+2 + meio aquoso monosulfatos hidratados

2C3S + 6H2O C3S2H3 + 3 Ca(OH)2, onde: C3S2H3 = C-S-H

2C2S + 4H2O C3S2H3 + 3 Ca(OH)2

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

Figura 2.8 Hidratao do cimento, a) fases aluminato e b) fases silicato. Nota: Padres de setas

indicam a coliso de duas espcies para formar um produto de hidratao, dis dissoluo, col coliso,

nuc nucleao, * indica espcie em difuso, f([X]) indica que a nucleao ou dissoluo uma

funo da concentrao ou da frao volumtrica da fase.

Fonte: Adaptada de BENTZ, 1995.

O C-S-H o principal componente do cimento Portland hidratado, tem uma

estrutura com baixa cristalinidade e com composio varivel, devido s variaes nas

relaes Ca/Si e no teor de gua quimicamente combinada. O Ca(OH)2 o segundo

produto de hidratao mais abundante, formando agregados cristalinos.

Alm desses compostos, ainda h a carbonatao, devido difuso do CO2

presente na atmosfera atravs dos poros insaturados da matriz cimentcia. Neste

processo, o CO2 sofre dissoluo na fase aquosa presente nos poros transformando-se

em cido carbnico (H2CO3) que, por sua vez, sofre dissociao como ons HCO3- e

CO32-

, juntamente com a dissoluo do Ca(OH)2 que libera ons Ca2+

e OH-, os quais

precipitam e formam fases de hidratadas de silicato carbonatadas (TONOLI, 2009).

No processo de hidratao, enquanto existe gua disponvel para a hidratao das

partculas anidras de cimento e a estabilidade entre a rea superficial e o volume dos

ncleos ou embries no atingida, os ons so dissociados e transportados por osmose

para regies onde a gua dos poros est menos saturada. A formao e precipitao dos

ncleos ou embries naturalmente aproximam as superfcies dos gros adjacentes. A

secagem ou o consumo da gua dos poros da matriz cimentcia cessa o processo de

a) b)

19

dissoluo dos ons dos componentes do cimento (TONOLI, 2009). Nesse ponto, as

molculas de gua confinadas ao redor dos gros de cimento hidratado proporcionam

adeso ao material em funo de pontos discretos de contato, atravs de ligaes de

hidrognio (ROSSETTO, 2007 e ROSSETTO et al., 2009).

Os materiais lignocelulsicos, quando so adicionados ao cimento Portland na

hidratao, tambm so aderidos matriz cimentcia por ligaes fsicas (ancoragens

mecnicas) e por ligaes qumicas (ligaes de hidrognio, Figura 2.9). Uma interao

qumica e fsica combinada formada, quando uma grande quantidade de ons, como

clcio e silcio do cimento so rapidamente dissolvidos na soluo de cimento nos

estgios iniciais da hidratao. Alguns ons penetram a parede celular do vegetal e

promovem a afinidade da superfcie da partcula com o cimento, como uma ligao

qumica. Ento, ligaes qumicas e fsicas se formam quando o cimento comea a se

cristalizar e formar uma matriz em torno da partcula e finalmente a ligao fsica e

pode continuar durante o perodo de vida do compsito (WEI et al., 2004, PEHANICH

et al., 2004).

Figura 2.9 Ligaes de hidrognio entre a partcula de p de coco e o C-S-H.

Fonte: Adaptada de TAYLOR, 1997.

Tanto o material vegetal quanto a matriz cimentcia so porosos. Quanto melhor a

interface, ou seja, quanto menor a distncia entre a superfcie do material vegetal e a

matriz, mais pontos discretos de ligao ocorrem. Superfcies mais prximas tm

menores camadas de gua confinada, ento, h ligaes de hidrognio mais fortes

(ROSSETTO et al., 2009).

20

2.5.1 Cimento Portland e as adies minerais

O cimento Portland composto, na sua produo, contm a adio de pozolanas e

de material carbontico (carbonato de clcio ou calcita, CaCO3).

As pozolanas consomem parte do Ca(OH)2 para formar fases de C-S-H na matriz

cimentcia. Estes hidratos adicionais aumentam a densidade da matriz cimentcia,

refinam a estrutura dos poros e reduzem a permeabilidade. A pozolana aumenta a

resistncia a longo prazo do material (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

As adies de material carbontico no cimento Portland produzem vrios efeitos

no mecanismo e na cintica da hidratao do cimento. A solubilidade dos produtos

um ponto importante para a estabilidade dos produtos de hidratao formados. A

etringita (trisulfoaluminato) formada durante as primeiras 24 horas em pastas de

cimento Portland comum (contendo apenas gesso como adio mineral) e em pastas de

cimento Portland com material carbontico. Pequenas quantidades de etringita ainda

esto presentes aps sete dias, mas praticamente desaparecem aos 28 dias. A converso

de etringita em monosulfoaluminato ocorre devido falta de gesso na pasta. Entretanto,

se h material carbontico presente, ons carbonatos (KspCaCO3 = 8,7 x 10-9

) ficam

disponveis na pasta e a converso da etringita (Kspetringita= 1,1 x 10-40

) para

monosulfoaluminato (Kspmonosulfoaluminato= 1,7 x 10-28

) atrasada ou interrompida. Os

ons carbonatos deslocam os ons sulfatos e ons hidroxila na fase monosulfoaluminato.

Esse fenmeno ocorre porque alguns ons sulfato ou ons hidroxila podem ser

intercambiados por ons carbonato na hidratao do C3A. Assim, o CaCO3 favorece a

substituio do monosulfato por monocarbonato (Ca4Al2(CO3)(OH2)12.5H20) e

hemicarboaluminato (Ca4Al2(SO4)0,5(OH2)13.5,5H20), ento a proporo de monosulfato

diminui e a proporo de monocarbonato (Kspmonocarboaluminato= 1,4 x 10-30

) aumenta,

devido maior insolubilidade e maior estabilidade do carbonato. Ainda na formao

inicial da etringita, ons sulfato podem ser substitudos por ons carbonatos sem

modificar a sequncia da reao de hidratao, formando a etringita carbonatada,

Ca6Al2(CO3)3(OH2)12.26H20 (BONAVETTI et al., 2001, DWECK et al., 2000, GOVIN

et al., 2006, KAKALI et al., 2000, PRA et al., 1999).

O efeito filler dado pelo material carbontico causa a acelerao da hidratao

do cimento, principalmente do C3S para idades iniciais, melhora o empacotamento do

sistema cimentcio, promove novos stios de nucleao e crescimento para o C-S-H e o

Ca(OH)2, o C-S-H produzido incorpora um significante teor de ons carbonato na sua

21

estrutura, formando fases de C-S-H carbonatadas e carboaluminatos de clcio hidratado

tambm so formados como resultado da reao entre o CaCO3 e o C3A do clnquer.

Assim, carboaluminatos e carbosilicatos de clcio hidratados so formados nos

primeiros dias (KAKALI et al., 2000, LOTHENBACH et al., 2008).

2.5.1.1 Mecanismos de retardamento/inibio da reao de hidratao

Em compsitos cimentcios com materiais lignocelulsicos, o ambiente alcalino

da matriz cimentcia favorece a solubilizao dos componentes dos materiais vegetais

durante a hidratao do cimento, quer se difundem e atuam como agentes retardantes.

Os extrativos so geralmente cidos, tm pH entre 6,3-6,4 na fibra de coco

(AGGARWAL e SINGH, 1990) e so os principais inibidores da reao de hidratao

acares solveis, amidos e taninos, resinas e cidos graxos, terpenos e terpenides,

sais, fenis e cidos hidroxi-carboxlicos. Parte da hemicelulose, como solvel em

meio alcalino, tambm se desintegra e aumenta a quantidade de substncias difusas na

soluo de hidratao do cimento (FRYBORT et al., 2008, GOVIN et al., 2006,

VAICKELIONIS e VAICKELIONIENE, 2006, WEI et al., 2000).

O mecanismo de retardamento da reao de hidratao foi explicado por GARCIA

et al. (2007). Os cidos hidroxi-carboxlicos e seus sais causam o retardamento na

hidratao do cimento devido natureza dos nions produzidos por esses compostos em

soluo. Estes nions so formados por grupos RCOO- e ROH que possuem grande

afinidade pelo clcio (Ca). Os nions hidroxi-carboxlicos complexam os ons Ca2+

e

produzem sais insolveis em pH alcalino, diminuindo a disponibilidade de ons Ca2+

em

soluo, o que diminui as concentraes dos ons Ca2+

, deixando a nucleao e o

crescimento dos hidratos de clcio mais lenta. Uma camada formada na interface

slido-lquido que dificulta o prosseguimento da reao do cimento com a gua,

retardando o estgio de saturao da soluo, pois se forma uma camada tanto pela

precipitao do sal formado em soluo, como pela adsoro direta dos nions hidroxi-

carboxlicos sobre a superfcie das partculas de cimento.

Os carboidratos, principalmente os acares, tambm so retardantes que atuam

de modo semelhante ao descrito acima. Uma barreira estrica e/ou eletroestrica

formada ao redor das partculas de cimento anidro, impedindo a aproximao das

mesmas e a consequente agregao, agindo como um agente defloculante, dificultando a

aproximao das molculas de gua, assim, retardando a hidratao. Os compostos

22

cidos tambm retardam a hidratao, pois os ons H+ gerados por esses compostos

podem se ligar aos grupos OH- dos hidratos, bloqueando o processo de nucleao, j

que estes ctions se ligam fortemente a esse grupo dificultando novas ligaes entre o

grupo OH e os tomos de Ca. Ento, quanto maior a dificuldade de formao de

embries estveis, maior o tempo necessrio para que eles se formem e, assim, h um

retardamento da entrada do sistema no processo de precipitao (GARCIA et al., 2007).

2.6 DURABILIDADE DOS COMPSITOS COM MATERIAIS

LIGNOCELULSICOS

Para o desenvolvimento de novos materiais de construo, algumas condies bsicas

devem ser atendidas, como: economia, viabilidade, segurana, trabalhabilidade e

principalmente durabilidade (SENFF, 2004). Assim, estudos para estimativa da vida til

do material devem ser realizados antes da sua insero no mercado.

A norma de desempenho, NBR 15575 (ABNT, 2012), estabelece as definies de

durabilidade e vida til e define requisitos e critrios para que o projeto leve em

considerao as condies de durabilidade e vida til que devem ser asseguradas, visando o

desempenho tcnico e econmico do empreendimento. Para a vida til global do edifcio,

todos os materiais, componentes e sistemas construtivos precisam ter sua vida til

caracterizada diante das condies de uso e manuteno a que estaro sujeitos.

O estudo da durabilidade de um material deve ser iniciado a partir da identificao

dos agentes agressivos relevantes em cada aplicao e dos mecanismos de degradao a

eles associados. A identificao dos agentes requer conhecimento da qumica e da

microestrutura do material. A ao conjunta entre os agentes de degradao tambm deve

ser considerada como fator importante na previso da degradao do material. Em alguns

casos, agentes que por si s no afetam o material, quando atuantes em sinergia com outros,

podem levar a alteraes desfavorveis nas propriedades dos materiais (SILVA, 2002).

Para a avaliao da durabilidade so empregados mtodos q

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Produção, Caracterização e Avaliação Da Durabilidade de Compósitos Cimentícios Com Partículas de Pó de Coco