TIJOLO ECOLÓGICO COM RESINA POLIMÉRICA E RESÍDUO DE … · tijolo Calcário/Resina foi 280% e 350% superior quando comparada ao tijolo solo cimento e à exigência da norma, respectivamente

FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA OESTE MESTRADO PROFISSIONAL EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATERIAIS

TIJOLO ECOLÓGICO COM RESINA POLIMÉRICA E RESÍDUO DE ROCHA ORNAMENTAL

MAICCON MARTINS BARROS

Rio de Janeiro

2018

ii

FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA OESTE

MESTRADO PROFISSIONAL EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATERIAIS

TIJOLO ECOLÓGICO COM RESINA POLIMÉRICA E RESÍDUO DE ROCHA ORNAMENTAL

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-

graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais–PPCTM

da UEZO como parte dos requisitos para obtenção do

grau de Mestre em Ciência de Materiais, sob a orientação

da professora Daniele Cruz Bastos, D.Sc. (UEZO) e

orientação externa de Marcia Gomes de Oliveira, D.Sc.

(INT).

Rio de Janeiro

Setembro de 2018

iii

FICHA CATALOGRÁFICA

Autorizo a reprodução e divulgação total ou parcial deste trabalho, por qualquer meio

convencional ou eletrônico, para fins de estudo e pesquisa, desde que citada a fonte.

BARROS, Maiccon Martins, 2018- TIJOLO ECOLÓGICO COM RESINA

POLIMÉRICA E RESÍDUO DE ROCHA ORNAMENTAL.

Tijolo ecológico com resina polimérica e resíduo de

rocha ornamental/ Maiccon Martins Barros – Rio de

Janeiro - UEZO, 2018.

Orientadoras: Daniele Cruz Bastos e Marcia Gomes

de Oliveira.

Dissertação (Mestrado) - Fundação Centro

Universitário Estadual da Zona Oeste, 2018.

Referencias Bibliográficas: p. 64-72.

1. Resina poliéster 2. Construção civil. 3. Solo

cimento. I. Bastos, Daniele Cruz. II. Fundação Centro

Universitário Estadual da Zona Oeste, Rio de Janeiro,

UEZO, Programa Pós-Graduação em Ciência e

Tecnologia de Materiais. III. Titulo.

iv

v

Agradecimento

Agradeço a Deus pela oportunidade, saúde e capacidade que me foi transmitida, muitos

acharam “impossível” a realização simultânea de uma engenharia, trabalho e mestrado. Mas

quando Deus abre portas, temos que agarrá-las com toda Força, Foco e Fé do mundo.

Podemos ter a certeza que o desafio que nos foi concedido, por maior que sejam as

dificuldades, será possível de realizar. Deus não permite uma cruz maior do que possamos

carregar. Também sou muito grato a minha chefa e coorientadora Marcia Gomes de Oliveira

por todo ensinamento, pelos momentos de compreensão e por todas as orientações até

então que me fizeram crescer, como pessoa e como profissional nestes quatro anos juntos.

Agradeço ao Instituto Nacional de Tecnologia pela infraestrutura para que esta pesquisa

pudesse ser realizada, ao Laboratório de Tecnologia de Materiais Poliméricos pelo qual

exerço minha função e a todos os funcionários, bolsistas e terceirizados que fazem parte

desta instituição e em especial aos meus amigos Alan Amorim, Renato de Barros e Marcelo

Oliveira por todo apoio no desenvolvimento do produto. Agradeço a minha orientadora

Daniele Cruz Bastos, que foi minha professora na primeira graduação e membro da minha

banca de trabalho de conclusão de curso e após alguns anos pudemos reatar esta parceria,

com realização deste projeto de mestrado, que foi e está sendo de ótimo proveito, obrigado

pelos ensinamentos. Sou grato também a Fundação Centro Universitário Estadual da Zona

Oeste, local no qual me formei em Tecnologia em Polímeros e me permitiu realizar este

mestrado, aos professores e a infraestrutura cedida para aulas teóricas e práticas das

disciplinas ao decorrer do curso. Agradeço imensamente a minha família, meus pais Eduardo

e Ana e meu irmão Marllon que nos piores momentos mantiveram-se firmes e sempre

dispostos a realizar qualquer desafio, meus afilhados que amo demais, Bernardo e Benicio, a

Giselle Franco por todos os anos de companherismo. Aos verdadeiros amigos, que torcem

pela vitória e sucesso do próximo como para ti mesmo e a todos envolvidos neste projeto.

‘’ Brasil acima de tudo, Deus acima de todos.‘’

vi

RESUMO

BARROS, Maiccon. TIJOLO ECOLÓGICO COM RESINA POLIMÉRICA E RESÍDUO DE

ROCHA ORNAMENTAL. 2018. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de

Materiais – Centro Universitário Estadual da Zona Oeste.

Os tijolos ecológicos solo cimento tem despertado a atenção do setor da construção

civil por serem considerados sustentáveis e econômicos, uma vez que eliminam o passo de

queima, utilizado no tijolo de argila convencional. Visando a sustentabilidade, o objetivo

deste trabalho foi à obtenção de um tijolo ecológico, à base de resíduo de calcário e resina

poliéster, produzido à temperatura ambiente, assim como o tijolo ecológico solo cimento. O

Brasil é um dos maiores produtores e exportadores de rochas ornamentais do mundo.

Dentre elas, destaca-se o mármore e o granito. Durante a extração e corte de pedras

ornamentais, são geradas enormes quantidades de resíduos. Dentre os diversos ramos de

aplicação desses resíduos aparece o setor polimérico, que há muitos anos recebe cargas

minerais para diminuição dos custos de produção. Primeiramente, o calcário foi

caracterizado por espectroscopia de infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA),

difração de raios-X (DRX), espectrometria de fluorescência de raios-X (FRX) e microscopia

eletrônica de varredura (MEV). A resina poliéster e o catalisador peróxido de metil etil cetona

foram analisados por FTIR e TGA. Posteriormente, foram preparadas, por mistura mecânica

à temperatura ambiente, as seguintes composições Calcário/Resina: 70/30, 80/20, 85/15 e

90/10, porcentagem em massa (% m/m). A quantidade de catalisador utilizada para cada

composição citada foi 0,6; 0,4; 0,3 e 0,2 mL, respectivamente. Após a etapa de mistura, os

corpos de prova foram moldados em forma cilíndrica para o ensaio de compressão (ASTM

D695). A composição 70/30 apresentou maior resistência à compressão com valor de

aproximadamente 54 MPa (2700% superior a resistência exigida pela norma), seguida por

80/20 (50 MPa), 85/15 (39 MPa) e 90/10 (12 MPa), ou seja, quanto maior a porcentagem de

resina, maior a resistência mecânica do compósito, este fato está associado ao elevado valor

de resistência à compressão da resina poliéster ortoftálica e uma maior quantidade para

envolver as partículas do agregado(calcário). Todos os resultados estão de acordo com o

que a norma ABNT NBR 8492 estabelece para resistência de tijolos solo cimento (> 2,0

MPa). A composição 90/10 apesar de apresentar um resultado inferior aos demais

compósitos, encontra-se acima do valor exigido pela norma em 600%, sua utilização

vii

implicará em menor custo, devido à utilização de apenas 10% de resina, sendo 90% de um

resíduo (calcário) que deixará de ser descartado no meio ambiente. Devido a esses fatores,

o compósito 90/10 foi selecionado para dar continuidade aos estudos do tijolo ecológico à

base de resina poliéster e calcário, sendo produzido em escala real e devidamente

caracterizado. Os tijolos assim obtidos foram submetidos a ensaios de compressão,

absorção de água (NBR 8492), ensaio de inflamabilidade (ASTM D635), análise

termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura. A resistência à compressão do

tijolo Calcário/Resina foi 280% e 350% superior quando comparada ao tijolo solo cimento e à

exigência da norma, respectivamente. O valor médio de absorção de água para o tijolo solo

cimento foi de aproximadamente 16,3 %, bem próximo ao limite exigido pela norma de 20%,

em contrapartida o tijolo Calcário/Poliéster foi de apenas 4%, possivelmente devido à baixa

permeabilidade a água característica da resina poliéster. Quanto à inflamabilidade, a resina

poliéster pura tem uma tendência à propagação de chamas, porém na mistura com 90/10

(Calcário/Resina) não ocorreu propagação, pois a matéria inorgânica possivelmente agiu

como inibidor de chamas.

Palavras-chave: Tijolos ecológicos; construção civil; solo cimento; resina poliéster; calcário.

viii

ABSTRACT

BARROS, Maiccon. ECOLOGICAL BRICK WITH POLYMER RESIN AND ORNAMENTAL

ROCK RESIDUE. 2018. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais

– Centro Universitário Estadual da Zona Oeste.

Ecological bricks cement soil has attracted the attention of the construction industry

for being considered sustainable and economical, since they eliminate the burning step, used

in the conventional clay brick. Aiming at sustainability, the objective of this work was to obtain

an ecological brick based on residual limestone and polyester resin, produced at room

temperature, as well as ecological brick cement. Brazil is one of the largest producers and

exporters of ornamental stones in the world. Among them, marble and granite stand out.

During the extraction and cutting of ornamental stones, huge amounts of waste are

generated. Among the various branches of application of these residues appears the polymer

sector, which for many years receives mineral loads to reduce production costs. First,

limestone was characterized by infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis

(TGA), X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence spectrometry (FRX) and scanning electron

microscopy (SEM). The polyester resin and the methyl ethyl ketone peroxide catalyst were

analyzed by FTIR and TGA. Subsequently, the following Limestone / Resin compositions

were prepared by mechanical mixing at room temperature: 70/30, 80/20, 85/15 and 90/10,

mass percentage (w / w%). The amount of catalyst used for each quoted composition was

0.6; 0.4; 0.3 and 0.2 mL, respectively. After the mixing step, the specimens were cylindrically

shaped for the compression test (ASTM D695). The 70/30 composition presented higher

compressive strength with a value of approximately 54 MPa (2700% higher than the

resistance required by the standard), followed by 80/20 (50 MPa), 85/15 (39 MPa) and 90/10

(12 The higher the resin strength, the greater the mechanical strength of the composite, this

fact is associated with the high compressive strength value of the orthophthalic polyester

resin and a greater amount to wrap the aggregate (limestone) particles. All results are in

accordance with what ABNT standard NBR 8492 establishes for resistance of bricks only

cement (> 2.0 MPa). The 90/10 composition, despite presenting a lower result than the other

composites, is above the value required by the standard at 600%, its use will imply a lower

cost due to the use of only 10% resin, being 90% of a (limestone) that will no longer be

disposed of in the environment. Due to these factors, the composite 90/10 was selected to

ix

continue the studies of the ecological brick based on polyester and limestone, being

produced in real scale and properly characterized.The bricks thus obtained were submitted to

compression tests, water absorption (NBR 8492), flammability test (ASTM D635),

thermogravimetric analysis and scanning electron microscopy. The compressive strength of

the Limestone / Resin brick was 280% and 350% higher when compared to the brick soil

cement and to the standard requirement, respectively. The mean value of water absorption

for the brick soil cement was approximately 16.3%, close to the limit required by the 20%

standard, in contrast the Limestone / Polyester brick was only 4%, possibly due to the low

permeability to water characteristic of the polyester resin. As for flammability, pure polyester

resin has a tendency to propagate flames, but in the 90/10 mixture (Limestone / Resin) no

propagation occurred because inorganic matter possibly acted as a flame inhibitor.

Keywords: Ecological bricks; civil construction; soil cement; polyester resin; limestone.

x

SUMÁRIO

RESUMO v

ABSTRACT viii

SUMÁRIO

LISTA DE SIGLAS

x

xiii

LISTA DE FIGURAS xv

LISTA DE TABELAS xviii

1. INTRODUÇÃO 1

2. OBJETIVOS 3

2.1. Objetivo geral 3

2.2. Objetivos específicos 3

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 4

3.1. Tijolo tradicional de argila 4

3.2. Tijolo ecológico solo cimento 6

3.3. O setor de rochas ornamentais

3.4. Rochas Ornamentais

3.5. Principais Tipos de Rochas Ornamentais

9

10

11

3.5.1. Rochas silicáticas 11

3.5.2. Rochas carbonáticas 11

3.6. Resíduos de rochas ornamentais

3.7. Aproveitamento de resíduos de rochas

3.8. Cargas no setor polimérico

3.9. Resinas termofixas

12

13

14

15

3.9.1. Resina poliéster 18

3.9.2. Resina poliéster insaturada 21

4. RELEVÂNCIA E VIABILIDADE 24

5. MATERIAIS E MÉTODOS 25

5.1. Materiais 25

5.2. Métodos 26

5.3. Caracterizações dos materiais 28

xi

5.3.1. Espectroscopia de Infravermelho com transformada de

Fourier (FTIR)

28

5.3.2. Termogravimetria (TG/DTG) 28

5.3.3. Difração de raios-x (DRX) 28

5.3.4. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) 28

5.3.5. Espectroscopia de Fluorescência de Raios-x (FRX) 29

5.4. Processamento dos compósitos 29

5.4.1. Preparação dos corpos de prova – Etapa 1 29

5.4.2. Preparação dos corpos de prova - Etapa 2 30

5.5. Caracterização dos compósitos 33

5.5.1. Ensaio de resistência à compressão – Norma ASTM D

695

33

5.5.2. Ensaio de resistência à compressão – Norma NBR 8492 34

5.5.3. Ensaio de absorção de água – Norma NBR 8492 37

5.5.4. Ensaio de inflamabilidade – Norma ASTM D 635 40

5.5.5. MEV 41

5.5.6. TG/DTG 42

6. RESULTADOS E DISCUSSÕES 43

6.1. Caracterização dos materiais 43

6.1.1. FTIR - resina 43

6.1.2. TG/DTG - resina 44

6.1.3. FTIR - peróxido 46

6.1.4. FTIR - calcário 47

6.1.5. DRX - calcário 47

6.1.6. TG/DTG - calcário 48

6.1.7. MEV - calcário 50

6.1.8. FRX - calcário 51

6.2. Caracterização dos compósitos 51

6.2.1. Ensaio de resistência à compressão – Norma ASTM D

695

51

6.2.2. Ensaio de resistência à compressão – Norma NBR 8492 53

6.2.3. Ensaio de absorção de água – Norma NBR 8492 56

xii

6.2.4. Ensaio de Inflamabilidade – Norma ASTM D 635 57

6.2.5. MEV 60

6.2.6. TG/DTG 60

7. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS 62

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 64

xiii

LISTA DE SIGLAS

INT – Instituto Nacional de Tecnologia

UEZO – Fundação Centro Universitário Estadual da Zona Oeste

TGA – Análise Termogravimétrica

MEV - Microscopia eletrônica de varredura

EDS – Espectroscopia por dispersão de energia de raios-X

FRX - Espectroscopia de fluorescência de raios-X

FTIR - Espectroscopia de Infravermelho com transformada de Fourier

DRX - Difração de raios-X

IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas

ANAB - Associação Nacional de Arquitetura Bioecológica

ABIROCHAS - Associação Brasileira da Indústria de Rochas Ornamentais

EMIC – Equipamentos e sistemas de ensaios

ASTM – American Society for Testing and Materials

ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas

NBR – Norma Brasileira

MEKP – Peróxido de metil etil cetona

PVC - Poli(cloreto de vinila)

PP - Polipropileno

PA 6 - Poliamida 6

PA 66 - Poliamida 66

EVA - Copolímero de etileno, acetato de vinila

PEAD - Polietileno de alta densidade

PS - Poliestireno

POM - Poli(óxido de metileno)

xiv

PET - Poli(tereftalato de etila)

EPDM - Borracha de etileno-propileno-dieno

NR - Borracha nitrílica

SBR - Borracha de estireno-butadieno

NBR - Borracha de butadieno-acrilonitrila

CR - Borracha de policloropreno

FPM - Borracha fluorada

xv

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Tijolo tradicional maciço (a) e tijolo tradicional furado (b) (Fonte:

Construtora Cosmos).

4

Figura 2 – Fluxograma do Processamento do tijolo tradicional até sua

comercialização (Fonte: Fonte: Cruz, 2016).

5

Figura 3 – Composição do tijolo solo cimento (Fonte: Verde Equipamentos). 6

Figura 4 – Modelos de tijolos solo cimento(Fonte: Ribeiro e Holanda, 2013). 7

Figura 5 – Prensa Manual (a) e Hidráulica (b) (Fonte: Verde Equipamentos e Eco

Brava).

9

Figura 6 – Exemplos de policondesação (Fonte: Gorninski, Molin e Kazmierczak,

2002).

19

Figura 7 – Estrutura molecular da resina poliéster insaturada (Fonte: Castro e

Pires, 2003).

21

Figura 8 – Esquema com princípios básicos para tornar os polímeros resistentes

à temperatura(Fonte: Castro e Pires, 2003).

22

Figura 9 – Esquema de um processo de reticulação a partir de anidrido ftálico,

propileno glicol e anidrido maleico (Fonte: Castro e Pires, 2003)..

23

Figura 10 – Resina Poliéster Insaturada Ortoftálica. 25

Figura 11 – Catalisador Peróxido de Metil Etil Cetona. 25

Figura 12 – Calcário cinza. 26

Figura 13 – Fluxograma da metodologia de caracterização do calcário, resina

poliéster e catalisador.

26

Figura 14 – Fluxograma do processamento. 27

Figura 15 – Fluxograma dos ensaios após a mistura. 27

Figura 16 – Molde de Silicone para confecção dos corpos de provas (a) e corpo

de prova cilíndrico (b).

30

Figura 17 – Mistura dos materiais. 31

Figura 18 – Preparação (a),(b) e (c) e moldagem por compressão dos materiais

(d).

32

Figura 19 – Tijolo ecológico Calcário/Resina com pigmento marrom, cor natural

cinza e com pigmento verde.

33

Figura 20 – Ensaio de Resistência à compressão ASTM D 695 na Máquina de 34

xvi

Ensaios Universal – EMIC.

Figura 21 – Corpo de prova cortado ao meio (Fonte: NBR 8492:2012). 34

Figura 22 – Corpos de prova devidamente capeados (superior três unidades solo

cimento e inferior três unidades calcário/resina) para o ensaio de resistência à

compressão.

35

Figura 23 – Corpos de prova imersos em tanque de água. 36

Figura 24 – Corpos de prova centralizados para início do ensaio de resistência à

compressão, (a) solo cimento e (b) calcário/resina.

37

Figura 25 – Preparação para o ensaio de absorção de água. 38

Figura 26 – Imersão em tanque de água dos tijolos, (a) solo cimento e (b)

calcário/resina.

39

Figura 27 - Câmara de inflamabilidade (Fonte: Ficha Técnica Flammability Meter

– CEAST).

40

Figura 28 - Molde de silicone para confecção dos corpos de prova para o ensaio

de inflamabilidade.

41

Figura 29 - Espectro de Infravermelho com Transformada de Fourier da resina

Poliéster.

43

Figura 30 – TGA da resina poliéster. 45

Figura 31 - DTG da resina poliéster. 45

Figura 32 – FTIR do catalisador peróxido de metil etil cetona. 46

Figura 33 – FTIR do calcário. 47

Figura 34 – DRX do calcário. 48

Figura 35 – TGA do calcário. 49

Figura 36 – DTG do calcário. 49

Figura 37 – MEV do Calcário com aumento de 300 x (a) e aumento de 1500 x

(b).

50

Figura 38 - EDS do calcário. 50

Figura 39 - Valores de resistência à compressão das composições estudadas e

da norma NBR 8492.

52

Figura 40 - Valores de resistência à compressão segundo a norma NBR 8492,

dos tijolos ecológicos solo cimento e calcário/resina.

54

Figura 41 - Força máxima do limite da máquina, dos tijolos ecológicos solo 55

xvii

cimento e calcário/resina.

Figura 42 – Gráfico de força máxima versus deformação do tijolo ecológico

Calcário/Resina.

55

Figura 43 – Valores de absorção de água dos tijolos solo cimento, calcário/resina

(90/10) e da norma NBR 8492.

56

Figura 44 – Corpos de prova 100% resina antes (a) e após o ensaio de

resistência à propagação de chamas (b), Corpos de prova Calcário/Resina

(90/10) antes (c) e após o ensaio de resistência à propagação de chamas.

58

Figura 45 - Corpos de prova da resina pura ensaiados. 59

Figura 46 - Corpos de prova calcário/resina ensaiados. 59

Figura 47 - MEV do calcário/resina com aumento de 200 x (a) e aumento de 500

x (b).

60

Figura 48 – TGA do calcário/resina. 61

Figura 49 – DTG calcário/resina. 61

xviii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Vantagens e limitações de algumas resinas poliméricas termofixas

(Fonte: Adaptado de Aguiar e da Silva, 2016).

16

Tabela 2 - Vantagens e desvantagens de algumas resinas poliméricas

termofixas (Fonte: Ferreira, 2002).

17

Tabela 3 - Vantagens e desvantagens com base na média aritmética ponderada

das resinas termofixas pré-selecionadas.

18

Tabela 4 - Composições estudadas para o preparo dos compósitos. 29

Tabela 5 - Bandas de FTIR características dos grupos funcionais da resina

poliéster.

44

Tabela 6 - Bandas de FTIR características dos grupos funcionais do catalisador

peróxido de metil etil cetona.

46

Tabela 7 - Bandas de FTIR características dos grupos funcionais do calcário. 46

Tabela 8 - Elementos químicos por FRX. 51

Tabela 9 - Valores de resistência à compressão dos corpos de prova

calcário/resina segundo a norma ASTM D 695.

52

Tabela 10 - Valores do ensaio de resistência à compressão referente à norma

NBR 8492, dos tijolos ecológicos solo cimento e calcário/resina.

53

1

1. INTRODUÇÃO

Os tijolos tradicionais são cozidos em fornos com temperaturas entre 900 e 1.100ºC,

gerando grande queima, fumaça e poluição no meio ambiente com emissão de gases de

efeito estufa, além da derrubada de cerca de dez árvores para a fabricação de mil tijolos.

A busca por materiais sustentáveis na área de construção vem trazendo diversos

benefícios como designers diferenciados, versatilidade de produtos e agregação de valor ao

imóvel. Neste contexto, o tijolo solo cimento, também conhecido como ecológico, tem

ganhado destaque cada vez maior por ser considerado ecológico e econômico, uma vez que

não é necessário executar o passo de queima, realizado na obtenção do tijolo de argila

convencional (SIQUEIRA et al., 2016).

Construções feitas com solo cimento resultam em ambientes com ótimo conforto

térmico (devido à grande massa da parede que lhe confere inércia térmica, ou seja, demora

a esquentar durante o dia, e demora a esfriar durante a noite), bom comportamento acústico,

além de apresentar aspectos ligados à reciclagem da construção, já que não há produção de

entulhos (PEREIRA; PEZUTO, 2010 apud SIQUEIRA et al., 2016).

O tijolo solo cimento é basicamente uma mistura de solo, cimento e água devidamente

homogeneizados e prensados. Trata-se de um processo físico-químico de estabilização,

onde ocorre uma estruturação resultante da reorientação das partículas sólidas com a

deposição de substâncias cimentadas nos contatos intergranulares, alterando a qualidade

relativa de cada uma das três fases: sólidos, água e ar que constituem o solo (MIELI, 2009

apud SIQUEIRA et al., 2016).

O uso de tijolo solo cimento e também a busca por novas tecnologias se apoia no fato

já comprovado da escassez de recursos e do inadequado descarte de resíduos sólidos

urbanos no meio ambiente. Portanto, a utilização dos tijolos de solo cimento permeia todo

esse contexto mencionado e contempla em diferentes esferas a adaptação tecnológica que

tanto urge na sociedade atual. E isso se deve à infinidade de vantagens que o tijolo solo

cimento apresenta, como material e técnica construtiva (PRESA, 2011 apud SIQUEIRA et al.,

2016).

O Brasil é um dos maiores produtores e exportadores de rochas ornamentais do

mundo. Dentre elas, destaca-se o mármore e o granito. O Brasil é responsável por uma forte

atividade industrial de extração e beneficiamento de rochas ornamentais, tais como granito,

mármore, gnaisse, ardósia, entre outras. Esta atividade tem dado grande contribuição à

2

economia nacional, gerando riquezas e desenvolvimento social. Ressalta-se que o Brasil é o

centro produtor de rochas ornamentais mais rico em granitos (CHIODI, 2005 apud RIBEIRO;

HOLANDA, 2013). De acordo com a Associação Brasileira da Indústria de Rochas

Ornamentais (ABIROCHAS, 2013b apud RIBEIRO; HOLANDA, 2013), no ano de 2011, o

Brasil se situou como o quarto maior produtor e sétimo maior exportador mundial de rochas

ornamentais, em volume físico e como terceiro maior exportador de blocos de granito e de

produtos de ardósia. Esta atividade de extração e beneficiamento de rochas gera enormes

quantidades de resíduos sólidos, que podem causar consequências negativas à segurança

do meio ambiente e à saúde das pessoas. Estes resíduos não têm uma aplicação prática

definida. Por este motivo, eles são em grande parte descartados em rios, lagoas, lagos,

córregos e no meio ambiente, resultando em impactos ambientais negativos (ALMEIDA et

al., 2007 apud RIBEIRO; HOLANDA, 2013).

Dentre os diversos ramos de aplicação desses resíduos aparece o setor polimérico,

que há muitos anos recebe cargas minerais para diminuição dos custos de produção. Este

trabalho tem como objetivo a formação de tijolos ecológicos vazados (dois furos) à base de

resina poliéster substituindo o cimento e o calcário no lugar do solo, produzidos à

temperatura ambiente assim como o tijolo ecológico solo cimento.

3

2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GERAL

Desenvolver tijolos ecológicos a base de resina poliéster e calcário no modelo do tijolo

solo cimento com cura à temperatura ambiente e prensagem.

2.2. Objetivos específicos

● Caracterizar quimicamente o calcário; a resina poliéster e o catalisador peróxido

de metil etil cetona;

● Avaliar a melhor composição Calcário/Resina para a confecção de tijolos;

● Realizar ensaio de resistência à compressão;

● Absorção de água;

● Termogravimetria;

● Microscopia eletrônica de varredura;

● Inflamabilidade.

4

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1. Tijolo tradicional de argila

O tijolo tradicional é um produto cerâmico, fabricado com argila e avermelhado devido

ao cozimento. Geralmente, em forma de paralelepípedo pode ser maciço ou furado (vide

Figura 1). É amplamente usado na construção civil, artesanal ou industrial, sendo um dos

principais materiais de construção.

(a) (b)

Figura 1: Tijolo tradicional maciço (a) e tijolo tradicional furado (b).

(Fonte: Construtora Cosmos)

A cerâmica tem origem no grego “keramos”, que significa algo queimado, indicando

que as características desejáveis destes materiais são obtidas por meio de processo de

tratamento térmico em altas temperaturas, chamado de queima (NASCIMENTO, 2007). A

indústria da cerâmica utiliza como matéria-prima a argila para confecção de artefatos

cerâmicos, pois é um material muito prático, de fácil manuseio e moldagem, quando

umedecido. Depois de moldado, o artefato produzido é levado à secagem, onde a maior

parte da água é removida, e em seguida é submetido a altas temperaturas para adquirir

resistência e rigidez, pela fusão de alguns materiais presentes na composição da massa

argilosa (CRUZ, 2012). Conforme Anfacer (2017), a cerâmica é a indústria mais antiga.

Iniciou a partir do momento que o homem, nos primórdios da humanidade, começou a utilizar

o barro endurecido pelo fogo e este processo, obtido casualmente, espalhou-se e evoluiu. As

primeiras cerâmicas encontradas são da pré-história, vasilhas feitas de frutas, pedra talhada

e madeira foram substituídas por produtos cerâmicos (ROSSI; PEDROZO, 2017).

5

Segundo Obermeier e Vieira (1998), a primeira queima de argila ocorreu por volta de

23.000 anos a.C. Há cerca de 6.000 anos a.C., os primeiros vestígios de produção de tijolos

foram encontrados com a descoberta de cavernas grafadas com desenhos representando o

processo da época de produção de tijolos e outras peças. A durabilidade dos materiais

encontrados pode ser verificada pelo aspecto dos produtos quase inalterados de

construções das antigas civilizações (ABIKO, 1988). Ao longo dos anos, o desenvolvimento

da humanidade em todos os continentes constata que a versatilidade do uso da argila foi

inserida em diferentes culturas (CRUZ, 2012). Cada cultura foi desenvolvendo seus próprios

estilos, com o passar do tempo novas tendências foram surgindo e sendo consolidadas,

evidenciando o aprimoramento e crescimento artístico daquela sociedade. A grande

importância desses registros é possibilitar o conhecimento de todo o saber cultural de uma

civilização, somente com o estudo dos artefatos cerâmicos que confeccionavam (ANFACER,

2017 apud ROSSI; PEDROZO, 2017).

Devido às características que tornaram os materiais cerâmicos superiores a outros

materiais, hoje continuam sendo largamente relacionados a um alto padrão de vida, nas

mais variadas aplicações (PETRUCCI, 1979 apud ROSSI; PEDROZO, 2017).

O processamento do tijolo consiste no esquema identificado na Figura 2.

Figura 2: Fluxograma do Processamento do tijolo tradicional até sua comercialização (Fonte: Cruz, 2016).

6

Segundo Grigoletti (2001), a arquitetura apresenta o valor estético e afirma o porquê do

material cerâmico ser ainda largamente aceito em todas as classes sociais. Está presente

em obras espalhadas ao redor do mundo e adaptado as mais diversas necessidades da

humanidade, de edifícios comercias a residências populares (ROSSI; PEDROZO, 2017).

De acordo com o Ministério de Minas e Energia calcula-se que 70% dos produtos

confeccionados são tijolos e blocos e os 30% restantes são telhas, de um total de 84,8

bilhões de peças cerâmicas produzidas (BRASIL, 2011).

3.2. Tijolo ecológico Solo Cimento

De acordo com Barbosa e Ghavami (2010), o histórico do costume de construir com

solo cimento surgiu a partir do desenvolvimento da agricultura, devido à necessidade de

estocar a colheita e do sedentarismo resultante. Assim, os materiais utilizados eram aqueles

que podiam ser encontrados na natureza, como, madeiras, pedras e terra.

As paredes construídas com tijolos de solo cimento prensadas têm comportamento

térmico e durabilidades compatíveis com paredes confeccionadas com tijolos cerâmicos, e

podem ser utilizadas tanto em alvenaria de vedação como alvenaria estrutural, desde que

atendam as resistências compatíveis às exigidas dos materiais convencionais, assim como

devem seguir as mesmas indicações de cuidados e manutenção (BARBOSA; GHAVAMI,

2010).

Ainda, segundo Barbosa e Ghavami (2010), os tijolos de solo cimento têm a

vantagem de poder incorporar outros materiais em sua composição, como agregados

reciclados e rejeitos industriais.

Para Buriol (2002), o solo cimento é um material endurecido que resulta da mistura

entre solo, cimento e água, em suas devidas proporções (Figura 3).

Figura 3: Composição do tijolo solo cimento (Fonte: Verde Equipamentos).

7

Portanto os tijolos e blocos de solo cimento (Figura 4) são fabricados por meio desta

mistura e posterior prensagem.

Figura 4: Modelos de tijolos solo cimento (Fonte: Ribeiro e Holanda, 2013).

Segundo Segantini e Alcântara (2010) a produção desses blocos é favorável ao

desenvolvimento sustentável, já que gasta pouca energia por dispensar a queima, e pelo

material poder ser obtido no local da obra, economizando com transporte.

As questões ambientais tornaram-se nos últimos tempos, um assunto de grande

preocupação, e isso têm colaborado muito no interesse por práticas sustentáveis. Segundo

Associação Nacional de Arquitetura Bioecológica - ANAB o setor da construção civil se

8

destaca pelo autoconsumo de recursos naturais bem como água, argilas e madeiras não

certificadas uma vez que é extraída sem reposição provocando degradação ambiental

(SANTANA et al 2013).

Diante deste contexto, para um desenvolvimento sustentável do setor da construção

civil, vem sendo incorporada no mercado uma alternativa sustentável e econômica: a

produção de tijolos ecológicos ou modular (VALADÃO et al., 2015).

Uma vez que pode ser considerada uma das opções que minimiza os impactos

negativos ao meio ambiente no âmbito da construção civil, as vantagens de sua utilização

vão desde a fabricação do tijolo até a fase final da obra. No processo produtivo são

empregados equipamentos e maquinários de baixo custo e de pequeno porte, que não

necessitam de mão de obra qualificada e possuem fácil processo de fabricação, permitindo

produzir um quantitativo considerável em poucas horas de trabalho.

O processo produtivo dos tijolos ecológicos difere do tijolo comum, pois dispensa a

etapa de queima, como acontece em olarias tradicionais, evitando assim o autoconsumo de

madeira ou qualquer outro combustível bem como o bagaço da cana de açúcar e a palhada

de arroz, impedindo o lançamento de gases tóxicos oriundos da queima na atmosfera,

contribuindo assim com o meio ambiente (MOTTA et al.,2014).

Apesar de funcionar perfeitamente bem em climas secos, os tijolos ecológicos,

quando aplicados em locais de climas úmidos ou de maior exposição à umidade, ainda não

são totalmente indicados (SILVA, 2015).

Segundo Grande (2003) depois das pesquisas do IPT na década de 70 no Brasil

vários fabricantes desenvolveram prensas manuais e hidráulicas voltadas para a confecção

de blocos de solo cimento.

De acordo com Uchimura (2006) uma prensa manual (Figura 5 à esquerda) pode

chegar a produzir por volta de 1500 tijolos por dia, e as prensas hidráulicas (Figura 5 à

direita) existentes no mercado têm uma capacidade de produção grande em relação às

prensas manuais.

9

Figura 5: Prensa manual (a) e hidráulica (b).

(Fonte: Verde Equipamentos e Eco Brava).

As prensas manuais têm como vantagem o baixo custo, tanto para aquisição quanto

para manutenção, a facilidade de transporte, e a não necessidade de energia, já que se

utiliza de força manual. Porém a utilização da força manual acarreta uma baixa taxa de

compactação, exigindo maiores cuidados na escolha do solo (NEVES et al., 2011).

A fabricação dos tijolos de solo cimento requer que a mistura do solo cimento seja

colocada dentro dos moldes, para então ser prensada. Depois de retirados dos moldes,

devem ser mantidos em local coberto, e nos primeiros sete dias devem receber a cura

adequada, por meio de sucessivas molhagens (BURIOL, 2002).

3.3 O setor de rochas ornamentais

O setor de rochas ornamentais é uma das áreas mais promissoras do setor mineral e

apresenta grande importância para a economia nacional. Cerca de 2,50 milhões de

toneladas rochas ornamentais foram exportadas no ano de 2016, sendo 1,17 milhões de

toneladas de chapas polidas, capitalizando US$ 1.138,3 milhões. Destaca-se o Estado do

Espírito Santo como o maior produtor de rochas ornamentais do Brasil, correspondendo a

75% do volume físico de rochas e 81% do faturamento total das exportações nacionais

(ABIROCHAS, 2017).

10

O Brasil, apesar de ter apresentado uma significativa melhora na qualidade

operacional de seu parque industrial, principalmente relacionadas às técnicas de

beneficiamento primário (serragem) e secundário (polimento), ainda não tem investido, de

uma forma mais intensa, em pesquisas nesse importante setor produtivo. Alguns trabalhos

foram desenvolvidos no Brasil, desde o início da década passada, com o enfoque na

melhoria contínua da qualidade nas etapas de beneficiamento de rochas ornamentais,

considerando a influência das propriedades intrínsecas das rochas nesse processo industrial

Coimbra Filho (2006), Silveira (2007), Silveira (2008).

3.4 Rochas Ornamentais

O termo rochas ornamentais tem as mais variadas definições. A Associação Brasileira

de Normas Técnicas define rocha ornamental como material rochoso natural, submetido a

diferentes graus ou tipos de beneficiamento ou afeiçoamento (bruta, aparelhada, apicoada,

esculpida ou polida) utilizado para exercer uma função estética (Vidal et al., 2014).

Rocha para revestimento é definida pela ABNT, como rocha natural que, submetida a

processos diversos e graus variados de desdobramento e beneficiamento, é utilizada no

acabamento de superfícies, especialmente pisos e fachadas, em obras de construção civil.

Essa definição pode ser considerada similar à que a American Society for Testing and

Materials (ASTM, 2001) propõe para dimension stone: pedra natural que foi selecionada,

regularizada ou cortada em tamanhos e formas especificados ou indicados, com ou sem

uma ou mais superfícies mecanicamente acabados.

As rochas para revestimento podem ser, dessa forma, consideradas produtos do

desmonte de materiais rochosos em blocos e de seu subsequente desdobramento em

chapas, posteriormente polidas e cortadas em placas (Vidal et al., 2014).

11

3.5 Principais Tipos de Rochas Ornamentais

As duas grandes categorias comerciais de rochas ornamentais e de revestimento são

os “granitos”, que comercialmente englobam rochas silicáticas (ígneas ácidas e

intermediárias plutônicas e/ou vulcânicas, charnockitos, gnaisses e migmatitos), e o

“mármore”, comercialmente entendido como qualquer rocha carbonática, tanto de origem

sedimentar, como metamórfica, passível de polimento.

Ardósias, quartzitos e alguns outros materiais relativamente recentes no mercado,

como metaconglomerados, também são largamente utilizados como rochas para

revestimento. Técnica e comercialmente não devem ser englobadas nos dois grupos acima,

mas ainda não se dispõe de uma denominação comercial para elas.

Atualmente, as rochas ornamentais têm sido bastante utilizadas na construção civil,

constituindo os revestimentos verticais (paredes e fachadas) e horizontais (pisos) de

exteriores e de interiores de edificações. Respondem pela proteção das estruturas e dos

substratos contra o intemperismo e agentes degradadores, domésticos e industriais, além de

exercerem funções estéticas (Vidal et al., 2014).

3.5.1 Rochas silicáticas

Nesse grupo, encontram-se principalmente os granitos, rochas ígneas e

metamórficas, gnaisses e similares, rochas silicosas como quartzitos, ultramáficas como

serpentinitos e pedra sabão e sílico-argilosas foliadas (ardósias) (Vidal et al., 2014).

3.5.2 Rochas Carbonáticas

Nesse grupo, encontram-se principalmente os mármores, rocha metamórfica,

constituída sobretudo de calcita e/ou dolomita recristalizada e os calcários ornamentais, foco

principal desse trabalho.

O calcário ornamental encontra-se em boa parte no Nordeste brasileiro, sendo um

dos mais conhecidos o mármore bege Bahia. O calcário ornamental é um material do tipo

“calcrete’ ou caliche, abundante na região Nordeste. Esta rocha é tipificada na formação

Caatinga, de ambiente continental, o calcrete provém de alteração de calcários de formação

12

salitre, de ambiente marinho. É identificado como mármore quando, além do padrão estético

tão apreciado no Brasil, evidenciam-se as propriedades físicas e tecnológicas do material

utilizado como rocha ornamental.

As jazidas e ocorrências do calcário ornamental se distribuem entre Bahia, Rio

Grande do Norte e Ceará, principalmente.

Os métodos de extração variam desde manuais, sem o mínimo cuidado ambiental, à

avançados. As técnicas de transformação de blocos em peças ornamentais são também

variáveis (Vidal et al., 2014).

3.6 Resíduos de rochas ornamentais

No entanto, ao longo de toda a cadeia produtiva de rochas ornamentais, desde a

lavra até as etapas de beneficiamento industrial, são geradas toneladas de resíduos, grossos

(casqueiros, blocos trincados, com falhas, aparas de chapas) e finos (lama abrasiva ultrafina,

gerada durante o desdobramento do bloco em chapas, que é realizado com água), que em

muitos dos casos representam quase 50% de todo o processamento. Esses resíduos são

depositados em aterros e todo o setor de rochas ornamentais apresenta custos mensais

para a retirada desses resíduos de suas empresas e destinação nos aterros disponibilizados

pelas prefeituras.

Com isso, tem-se configurado a composição final do resíduo como pó de rocha, água,

cal e materiais abrasivos, como limalhas de ferro e granalha, que são descartados pelas

empresas do setor de rochas ornamentais e podem ser responsáveis por graves problemas

ambientais como assoreamento de rios, poluição visual, além de problemas respiratórios

devido a presença de material particulado. No entanto, os mesmos apresentam

granulometria ultrafina caracterizando-o com elevado potencial para aplicação como carga

mineral.

As técnicas atuais de lavra e extração de rochas ornamentais ainda produzem

quantidade apreciável de resíduo mineral sem valor comercial apreciável a ponto de ser

reconduzido para um processo produtivo. Segundo Matta (2003) a produção anual de cerca

de três milhões de toneladas de rocha implica na remoção de pelo menos sete milhões de

toneladas de material em forma de resíduo.

13

Após a evaporação da água, o pó resultante se espalha, contaminando o ar e os

recursos hídricos, sendo em alguns casos canalizados diretamente para os rios e lagos, ou

são acumulados nas serrarias e pedrarias. No caso de lançamento direto nos rios há

problemas no fluxo hídrico, assoreamento, desoxigenação, turbidez e destruição das

condições biológicas naturais da região. No que tange à correta disposição em aterros são

encontrados problemas ligadas ao correto acondicionamento e espaço físico, além do custo

dessas operações.

A crescente preocupação com o meio ambiente e a busca por formas menos

agressivas de exploração e uso dos recursos naturais em todo o mundo torna ainda mais

necessária à busca por uma destinação apropriada para os resíduos de exploração e pela

racionalização dos processos e meios de exploração e produção. Neste sentido a utilização

desse tipo de resíduo, contendo muitas vezes materiais indesejáveis como a granalha,

limalha de ferro, cal dentre outros, como carga mineral em compostos poliméricos, ou seja,

em composições de termoplásticos, borrachas e termo fixos, pode ser uma alternativa viável

técnica e economicamente de reaproveitar os resíduos de rochas ornamentais, agregando

valor e reduzindo o impacto ambiental; mas principalmente, está relacionado ao fato que não

ocorrem reações adversas dos constituintes indesejáveis do resíduo, como a cal, a granalha

e as limalhas, permitindo a boa interação entre o mineral, que corresponde a boa parcela do

resíduo, e o termoplástico (Campos et al., 2014).

3.7 Aproveitamento de resíduos de rochas

O setor de rochas ornamentais apresentou e vem apresentando crescimento notável

de produção de chapas e blocos e, consequentemente, a geração de resíduos é substancial,

fazendo com que os espaços destinados pelas prefeituras sejam escassos. Dessa forma,

estudar métodos de aproveitamento desses resíduos é uma condição sine qua non para que

o setor possa tornar os resíduos em subprodutos para o mercado como carga em diversos

setores industriais.

Diversos estudos desenvolvidos por Ribeiro et al. (2013), Ribeiro et al. (2016), Ribeiro

et al. (2011a), Ribeiro et al. (2011b), Ribeiro et al. (2013), Ribeiro et al. (2015a), Ribeiro et al.

(2015b), Ribeiro et al. (2016a), Ribeiro et al. (2016b) e Ribeiro et al. (2017) indicam

14

processos e produtos que podem ser gerados utilizando resíduos de rochas como cargas

reforçantes ou que melhoram alguma propriedade do produto formado.

Dentre os diversos ramos de aplicação, aparece o setor polimérico (Lima, 2007), que

há muito anos recebe cargas minerais para diminuição dos custos de produção. No entanto,

além de diminuição de custos de produção, a utilização de determinados minerais pode ser

vantajosa devido às características particulares de alguns minerais.

3.8 Cargas no setor polimérico

As cargas são incorporadas aos polímeros com o objetivo de modificar suas

propriedades ou de reduzir o custo dessas composições. De acordo com a capacidade de

reforço as cargas são classificadas como: carga inerte ou enchimento e carga ativa ou

reforçante. As cargas inertes são partículas sólidas, substancialmente inertes quimicamente,

que são adicionadas aos polímeros em quantidades suficientes para diminuir custos. Já as

cargas reforçantes propiciam a modificação de propriedades, como por exemplo, o aumento

da resistência à tração, ao impacto, à flexão, podendo ainda contribuir para a melhoria da

estabilidade térmica, do retardamento de chama e controle da densidade (Wiebeck e

Harada, 2005).

Atualmente, o setor de transformação de polímeros utiliza como principais cargas

incorporadas aos polímeros: carbonato de cálcio, negro de fumo, sulfato de bário, feldspato,

alumina tri-hidratada, sílica natural, caulim, talco, agalmatolito e sílica sintética. Estas cargas

são adicionadas a diversos polímeros, tais como: poli(cloreto de vinila) - PVC, polipropileno -

PP, poliamida 6 - PA 6, poliamida 66 - PA 66, copolímero de etileno, acetato de vinila - EVA,

polietileno de alta densidade - PEAD, poliestireno - PS, poli(óxido de metileno) - POM,

poli(tereftalato de etila) - PET, borracha de etileno-propileno-dieno EPDM, borracha nitrílica -

NR, borracha de estireno-butadieno SBR, borracha de butadieno-acrilonitrila NBR, borracha

de policloropreno - CR, borracha fluorada – FPM, dentre outros.

15

3.9 Resinas termofixas

Para Gorni (2003), os materiais poliméricos não são novos e têm sido usados pelo

homem desde a antiguidade. Portanto, nessa época, eram usados somente materiais

poliméricos naturais. A síntese artificial de materiais poliméricos é um processo que requer

tecnologia sofisticada, pois envolve reações de química orgânica, ciência que só começou a

ser dominada a partir da segunda metade de século XIX. Nessa época, começaram a surgir

polímeros modificados a partir de materiais naturais. Somente no início do século XX os

processos de polimerização começaram a ser viabilizados, permitindo a síntese plena de

polímeros a partir de seus meros. Tais processos estão sendo aperfeiçoados desde então,

colaborando para a obtenção de plásticos, borrachas e resinas cada vez mais sofisticados e

baratos, graças a uma engenharia molecular cada vez mais complexa.

A matriz, além de ser responsável pelo aspecto externo do compósito e pela proteção

do reforço contra ataques químicos e físicos, tem como principal função dispersar ou

aglomerar o reforço, e, quando submetida a uma tensão, deve ser capaz de distribuir e

transferir as tensões para o componente do reforço. A escolha de uma matriz para uma

aplicação estrutural deve ser limitada, inicialmente, ao nível de deformação que ela sofre em

relação ao reforço, quando submetida a uma solicitação. A deformação da matriz deve ser

compatível com a deformação máxima do reforço.

As matrizes poliméricas podem ser termofixas, termoplásticas ou elastoméricas. Para

os compósitos avançados, a maior parte das matrizes poliméricas é à base de resinas

termofixas, destacando-se as resinas époxi, fenólicas e poliéster (HULL e CLYNE, 1996).

As resinas epóxi, apesar de apresentarem excelentes propriedades mecânicas, são

penalizadas por custos elevados e baixa resistência a intempéries. O processo de cura

destas resinas é bem mais complexo do que o da resina poliéster. No caso das resinas

fenólicas, sua principal desvantagem perante as resinas poliéster e epóxi é que, durante a

sua cura, ocorre o surgimento de água como subproduto. Portanto, sua aplicação em

compósitos é mais complexa, pois a retirada da umidade passa a ser um importante fator

durante o processo de fabricação. As resinas poliéster são usadas em compósitos de uso

geral, baixo custo e não tão sofisticados. Depois de curadas, apresentam boas propriedades

elétricas e oferecem boa resistência à corrosão e a ataques químicos. Por outro lado, a

resina pura é pouco resistente e quebradiça. A cura da resina de poliéster é um processo

exotérmico e exige um sistema de cura à base de peróxido orgânico como catalisador

16

(CAVALCANTI, 2006). A Tabela 1 apresenta alguns tipos de resinas poliméricas termofixas,

juntamente com suas vantagens e limitações de acordo com Aquino (2003).

Tabela 1 – Vantagens e limitações de algumas resinas poliméricas termofixas (Fonte:

Adaptado de Aguiar e da Silva, 2016)

Resina Vantagens Limitações

Epóxi

- Excelentes propriedades em

compósitos

- Boa resistência química

- Boas propriedades elétricas e

térmicas

- Baixa contração na cura

- Longos ciclos de cura

- Melhores propriedades com

altas temperaturas de cura

Fenólica

- Ótimas propriedades térmicas

- Boa resistência ao fogo

- Boa propriedade elétrica

- Cor

Poliéster

- Amplamente utilizada

- Fácil uso

- Cura a temperatura ambiente

- Ótimas propriedades em compósitos

- Boa resistência química

- Boas propriedades elétricas

- Emissão de estireno

- Contração durante a cura

- Inflamável

Poliuretano

- Boas propriedades em compósitos

- Ótima resistência química

- Alta dureza e resistência ao impacto

- Boa resistência à abrasão

- Cor

-Isocianetos como agentes

de cura

Silicone

- Ótimas propriedades térmicas e

elétricas

- Excelente resistência química

- Resistente à hidrólise e oxidação

- Boa resistência ao fogo

- Não tóxico

- Adesão

- Longos ciclos de cura

17

A Tabela 2 mostra algumas vantagens e desvantagens de algumas resinas poliméricas

termofixas no entendimento de Ferreira (2002).

Tabela 2 – Vantagens e desvantagens de algumas resinas poliméricas termofixas

(Ferreira, 2002).

Prop. da resina Poliéster Epóxi Metacrilato Poliuretana

Custo V D D D

Toxidade V D D D

Aplicação N N V D

Odor D D D V

Cura a Baixa T(°C) N D V N

Utilização V N D V

Desgaste - - - -

Retração D V D V

As matrizes poliméricas termoplásticas, embora reduzam enormemente o custo de

fabricação do compósito, não têm sido usadas em compósitos avançados, pois têm como

limite, a temperatura de uso. A grande ênfase dos estudos atuais com relação às matrizes

termoplásticas é desenvolver resinas termoplásticas com resistência térmica elevada. As

matrizes elastoméricas são muito importantes na fabricação em sistemas compósitos

resistentes ao impacto (HULL e CLYNE, 1996; AGUIAR e DA SILVA, 2016).

Com base nas tabelas anteriores sobre vantagens e desvantagens das resinas

termofixas, foi desenvolvida uma nova tabela (Tabela 3) apenas com as resinas mais viáveis

para o projeto, sendo considerados alguns fatores, como: custo, resistência, toxidade,

sustentabilidade, odor, cura à baixa temperatura e retração. Para cada item foi determinado

um peso (x1, x2 ou x3) e multiplicado pelo valor fixado de 2, 1 ou 0 de acordo com a

avaliação, bom, neutro ou ruim, respectivamente. Através de uma média aritmética

ponderada de acordo com a aplicação final do produto, a resina poliéster obteve maior

pontuação.

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Tabela 3 – Vantagens e desvantagens com base na média aritmética ponderada das

resinas termofixas pré-selecionadas.

Fatores Poliéster Epóxi Poliuretana

Custo (x3) 2 0 0

Toxidade (x3) 2 0 0

Odor (x2) 0 0 2

Cura a Baixa T(°C) (x3) 1 0 1

Retração (x1) 0 2 2

Resistência (x1) 1 1 1

Sustentabilidade (x3) 0 0 0

Total de Pontos 16 3 10

*Bom +2/Neutro +1/Ruim 0 **Peso por importância = custo x 3 + toxidade x 3 + odor x 2 + cura em baixa T(°C) x 3 +

retração x 1 + resistência x 1 + sustentabilidade x 3

3.9.1 Resina poliéster

Conforme Morrison e Boyd (1990), várias combinações de reagentes e processos

estão potencialmente disponíveis para sintetizar poliésteres. Poliésteres podem ser

produzidos por esterificação direta de um diácido com um diol ou pela própria condensação

de um ácido hidroxi carboxílico.

Os ácidos carboxílicos reagem com os álcoois formando ésteres. Se o ácido contiver

mais de um grupo carboxílico (-COOH), e o álcool mais de um grupo -OH, formam-se, como

produtos de reação, poliésteres (MORRISON e BOYD 1990).

Segundo Morrison e Boyd (1990), os poliésteres classificam-se em poliésteres

saturados termoplásticos, poliésteres termoestáveis, poliésteres não saturados (insaturados)

endurecidos por condensação e poliésteres não saturados endurecidos por copolimerização.

Os poliésteres saturados termoplásticos são obtidos pela policondensação a 200 oC de

ácidos dibásicos saturados como ácido malônico, succínico, adípico, sebácico, ftálico, com

álcoois bivalentes também saturados como glicóis etilênico, propilênico, butilênico, entre

outros. São polímeros que apresentam cadeias lineares e podem apresentar-se no estado

líquido ou sólido de baixo ponto de fusão, e geralmente são solúveis em solventes orgânicos.

19

De acordo com Hawley (1971), os poliésteres saturados termoestáveis são obtidos

pela condensação de um diácido saturado, geralmente anidrido ftálico com glicerina, de onde

vem o nome de resina gliceroftálica. Estas resinas, pela sua fragilidade e pouca solubilidade

em solventes orgânicos, têm um emprego limitado.

Os poliésteres não saturados endurecidos por copolimerização ou resinas poliésteres

são os poliésteres lineares obtidos pela policondensação de um glicol saturado com um

diácido insaturado, dissolvidos num monômero do tipo vinílico, como o estireno, capaz de

copolimerizar com o poliéster (HAWLEY, 1971).

A reação a seguir (Figura 6) mostra exemplo de policondensação, que produz o

poli(tereftalato de etileno) (PET), também conhecido comercialmente com o nome de

Terylene quando se trata de fibras.

Figura 6 - Exemplos de policondesação

(Fonte: Gorninski, Molin e Kazmierczak, 2002)

De acordo com Carvalho e Filho (1975 e 1986), a resina poliéster insaturada pertence

aos sintéticos termoestáveis e é geralmente fornecida no estado líquido. São endurecidas ou

"curadas" por meio de polimerização, durante a qual forma-se uma estrutura molecular

tridimensional. Da reação química do processo resulta uma ligação molecular rígida insolúvel

e infusível, tornando assim o processo irreversível. As resinas após curadas, não amolecem

quando expostas ao calor. Aumentando-se a temperatura de uma resina curada termofixa,

pode-se chegar a queimá-la, porém não fundi-la ou despolimerizá-la. As matérias primas

para a fabricação das resinas poliéster são:

20

a) os ácidos orgânicos insaturados como o ácido maleico ou anidrido maleico ou o

isômero ácido fumárico;

b) os ácidos orgânicos saturados como o ácido ortoftálico ou o anidrido ftálico, o

ácido isoftálico ou o ácido tereftálico;

c) os glicóis como o etileno glicol, propileno ou neopentil glicol;

d) os monômeros bifuncionais como o estireno ou vinil benzeno;

e) inibidores como terc-butil catecol.

Os ácidos insaturados são utilizados para fornecer as insaturações ao polímero, sem

as quais não há formação das ligações cruzadas ou formação do retículo tridimensional, que

é o que caracteriza uma resina poliéster insaturada (GORNINSKI; MOLIN; KAZMIERCZAK,

2002).

O ácido insaturado fornece os pontos reativos para formação das ligações cruzadas. O

ácido saturado, além de determinar o grau de espaçamento ou contração das moléculas do

ácido insaturado ao longo da cadeia, determina também o tipo de resina. Se fossem

empregados apenas ácidos insaturados na produção do poliéster, o espaçamento entre as

duplas ligações seria muito pequeno e daria como resultado um poliéster muito quebradiço,

de pouca utilidade prática (GORNINSKI; MOLIN; KAZMIERCZAK, 2002).

Os glicóis desempenham um papel fundamental nas caraterísticas do produto final.

Flexibilidade, cristalinidade, sensibilidade à água e ao calor, inércia química, entre outras,

são particularmente afetadas pela escolha do glicol. Dióis são também utilizados para

controlar o comprimento da cadeia molecular (GORNINSKI; MOLIN; KAZMIERCZAK, 2002).

Os monômeros insaturados são utilizados para formar as ligações cruzadas (interligar)

com os pontos de insaturação presentes na cadeia molecular do poliéster, formando uma

"ponte" entre os mesmos. Esta copolimerização transforma a massa do poliéster do estado

líquido em estado sólido, liberando calor, formando um retículo tridimensional insolúvel e

infusível (GORNINSKI; MOLIN; KAZMIERCZAK, 2002).

Esta reação química é iniciada por radicais contidos no iniciador. Estes iniciadores,

porém, exigem uma ativação mediante aplicação de calor, ou por meio de aceleradores

(GORNINSKI; MOLIN; KAZMIERCZAK, 2002).

21

3.9.2. Resina poliéster insaturada

Outros tipos de resinas poliéster são aquelas baseadas em ácido insaturado do tipo

ácido maleico, ou ácido fumárico. Um segmento da cadeia formada pela reação com etileno

glicol é apresentado a seguir na Figura 7.

Figura 7 - Estrutura molecular da resina poliéster insaturada

(Fonte: Castro e Pires, 2003).

Esta condensação é feita com anidrido maleico, em temperatura elevada e usualmente

em atmosfera de nitrogênio (prevenindo reação prematura na dupla ligação). Estes

poliésteres insaturados são geralmente líquidos viscosos, sendo miscíveis com o estireno,

que é frequentemente utilizado na proporção de 30 a 50% em peso (CHANDA, 1987), mas

também podem ser sólidos, dependendo do tipo de material empregado na sua obtenção.

Estas resinas são capazes de fazer uma subsequente reação de adição semelhante às que

ocorrem com o monômero de estireno, na qual as moléculas se ligam formando sólidos com

alta resistência mecânica. As propriedades das resinas poliéster insaturadas são muito

dependentes da quantidade de estireno (SANCHEZ, ZAVAGLIA e FELISBERTI, 2000).

Devido à reticulação, o produto polimérico resultante não dissolve e não pode ser

amolecido pelo calor. A conversão de resinas não reticuladas em uma rede é o que

denominaremos de processo de cura. A cinética do processo de cura depende de fatores

como temperatura e incidência de luz. Como os poliésteres insaturados são suscetíveis à

inibição da reação de polimerização em presença de ar, superfícies de laminados manuais

podem permanecer não curados, macios e em alguns casos pegajosos se expostos

livremente ao ar durante a cura. Uma forma simples de evitar este problema é misturar uma

pequena quantidade de parafina (ou outro material incompatível) à resina, que sobe para a

superfície e forma uma camada protetora sobre a resina durante a cura (CASTRO; PIRES,

2003).

22

Alguns fatores, tais como grau de cristalinidade, grau de polimerização e grau de

reticulação do polímero podem influir nas propriedades mecânicas do produto final

(CASTRO; PIRES, 2003).

Três princípios básicos para tornar os polímeros resistentes à temperatura estão

esquematizados na Figura 8, os quais são relacionados pela extremidade do triângulo,

sendo que os lados e o centro do triângulo indicam as possíveis combinações (CHANDA,

1987).

Figura 8 - Esquema com princípios básicos para tornar os polímeros resistentes à

temperatura (Fonte: Castro e Pires, 2003).

A Figura 9 mostra o esquema de um processo de reticulação a partir de anidrido ftálico,

propileno glicol e anidrido maleico (CHANDA, 1987).

Na preparação e cura de uma resina poliéster insaturada, a presença da insaturação

etilênica permite a reticulação, por um mecanismo de reação em cadeia. A presença de

23

anidrido ftálico aumenta a flexibilidade do polímero, diminuindo o grau de reticulação

(CASTRO; PIRES 2003).

Figura 9 - Esquema de um processo de reticulação a partir de anidrido ftálico, propileno

glicol e anidrido maleico (Fonte: Castro e Pires, 2003).

24

4. RELEVÂNCIA E VIABILIDADE

Devido ao grande apelo sustentável que o planeta necessita para sobrevivência,

diversas medidas vêm sendo tomadas visando essa questão. Este trabalho teve como

relevância desenvolver um produto que fosse amigável ao meio ambiente desde sua

produção, sem grandes gastos energéticos, como destacado o tijolo ecológico solo cimento

encontrado comercialmente. Para utilização da matéria prima foi determinado que fossem

utilizados resíduos, justamente para dar um destino a tal. Sabendo que o Brasil é um dos

maiores produtores de rochas ornamentais do mundo, o que acaba por gerar muitos

resíduos totalmente agressivos ao meio ambiente e de difícil estocagem, foi utilizado o

resíduo calcário gerado por meio de cortes de rochas ornamentais na região do Nordeste,

mais especificamente no Rio Grande do Norte - RN, além do fácil acesso em parceria com o

Centro de Tecnologia Mineral e para um primeiro estudo sobre a possibilidade de agregar um

resíduo de rocha ornamental a um aglomerante de resina polimérica termorrígida.

Para a determinação da resina polimérica termofixa foram considerados diversos

fatores, como: custo, resistência, toxidade, sustentabilidade, odor, cura à baixa temperatura

e retração. Para cada item foi considerado um peso (média aritmética ponderada)

correlacionando com a aplicação final do produto. Feito isso foi determinada a utilização da

resina poliéster para este trabalho.

Outro fator importante e determinante para escolha de resina polimérica termofixa foi

sua baixa permeabilidade a água, podendo assim solucionar uma deficiência existente no

tijolo solo cimento, a alta absorção de água, que limita seu uso em algumas regiões mais

úmidas.

25

5. MATERIAIS E MÉTODOS

5.1. Materiais

Aglomerante:

▪ Resina Poliéster Insaturada Ortoftálica (Figura 10), densidade: 1,10 – 1,20

g.cm-3, adquirida na empresa LOKAL FIBRA.

Figura 10 - Resina Poliéster Insaturada Ortoftálica.

Aditivo:

▪ Catalisador de metil etil cetona (MEKP) (Figura 11), densidade: 1,17 g.cm-3;

oriundo da empresa LOKAL FIBRA.

Figura 11 - Catalisador Peróxido de Metil Etil Cetona

Material agregado:

26

▪ Calcário cinza (Figura 12), oriundo do corte de rochas ornamentais,

densidade: 2,76 g.cm-3 cedido gentilmente pelo Centro de Tecnologia Mineral

(CETEM).

Figura 12 – Calcário cinza.

5.2. Métodos

As Figuras 13, 14 e 15 mostram fluxogramas das principais atividades desenvolvidas e

cada etapa está descrita em detalhes ao longo do texto.

Figura 13 – Fluxograma da metodologia de caracterização do calcário, resina poliéster e

catalisador.

27

Figura 14 – Fluxograma do processamento

Figura 15 – Fluxograma dos ensaios após a mistura.

28

5.3. Caracterização dos Materiais

5.3.1. Espectrocopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR)

Esta técnica foi utilizada para caracterizar os grupos funcionais presentes nas

amostras. O calcário, a resina poliéster e o catalisador peróxido de metil etil cetona foram

analisados em um espectrômetro na região de infravermelho da Thermo Electron

Corporation modelo Nicolet Nexus 470 FTIR com transformada de Fourier. Os espectros

foram obtidos pela técnica de pastilha de KBr (brometo de potássio), realizada no modo

transmissão com 64 leituras, intervalos de 1cm-1 de varredura e faixa de número de ondas

entre 4.000 a 400 cm-1.

5.3.2. Termogravimetria (TG/DTG)

O calcário e a resina poliéster foram analisados em um analisador termogravimétrico

da NETZSCH, modelo STA 409C, utilizando aproximadamente 12 mg de amostras pesadas

em cadinho de platina e aquecidas entre 40 a 900°C sob atmosfera de nitrogênio com fluxo

de 60 mL.min-1 e taxa de aquecimento de 10 °C.min-1

5.3.3. Difração de Raios-X (DRX)

O difratograma do calcário foi obtido em um difratômetro de raios –X BRUKER, modelo

S8 TIGER com radiação Kα do cobre (comprimento de onda λ = 1,5418 Å), tensão de 40 kV,

corrente de 40 mA, velocidade do goniômetro de 2θ 0,03º por passo com tempo de

contagem 1 segundo por passo entre 2θ de 5 a 60°, para verificar o comportamento da

estrutura cristalina.

5.3.4. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

A morfologia das amostras foi investigada em um microscópio eletrônico de varredura

FEI Company, modelo Inspect S50, em alto vácuo, voltagem de 20 kV e detector de elétrons

secundários para investigar a topografia dos materiais. Antes das análises, as amostras

foram recobertas com uma fina camada de ouro.

29

5.3.5. Espectrometria de Fluorescência de Raios X (FRX)

Caracterizou-se o calcário quanto à composição química por espectrometria de

fluorescência de raios X da X BRUKER, modelo S8 TIGER pelo método semi quantitativo,

numa atmosfera de vácuo. Os resultados obtidos são apresentados na forma dos óxidos

mais estáveis dos elementos químicos presentes. A etapa de queima dos corpos de prova foi

realizada em forno mufla da Provecto analítica com temperatura máxima de queima de 700°

C, a taxa de aquecimento foi de 10° C.min-1 e patamar de 60 minutos na temperatura

máxima. O resfriamento ocorreu de forma natural, com as amostras dentro do forno

desligado, até alcançar a temperatura ambiente.

5.4. Processamento dos compósitos

Os compósitos foram preparados em duas etapas como mostram os tópicos 5.4.1 e

5.4.2.

5.4.1. Preparação dos corpos de prova - Etapa 1

O calcário foi previamente seco em estufa com circulação forçada de ar na temperatura

de 80°C por 24 horas para a retirada de umidade. Após essa etapa foi armazenado em

dessecador por mais 24 horas antes do processamento.

As misturas foram realizadas manualmente em um bécher plástico com o auxílio de

um bastão de vidro. A Tabela 4 mostra as formulações estudadas de porcentagem em massa

para o preparo dos compósitos de resina poliéster e calcário.

Tabela 4 – Composições estudadas para o preparo dos compósitos:

Amostras

Poliéster/ MEKP

(%)

Calcário (%)

A 30 70

B 20 80

C 15 85

D 10 90

30

Os corpos de prova foram moldados por meio de um molde de silicone com 10

cavidades como indica a Figura 16, na forma de cilindro nas dimensões 12,7 mm de

diâmetro por 25,4 mm de comprimento, conforme estabelecido pela norma ASTM D 695 para

a realização do ensaio de resistência a compressão para polímeros rígidos.

(a)

(b)

Figura 16 - Molde de Silicone para confecção dos corpos de provas (a) e corpo de prova

cilíndrico (b).

5.4.2. Preparação dos corpos de prova (protótipo) - Etapa 2

Após a primeira etapa, foi determinado que para a preparação do corpo de prova do

protótipo (tijolo ecológico) seria utilizada a mistura Calcário/Resina 90/10, devido sua

composição conter a maior quantidade de resíduo de calcário.

O calcário foi previamente seco em estufa com circulação forçada de ar na temperatura

de 80°C por 24 horas para a retirada de umidade. Após essa etapa foi armazenado em

dessecador por mais 24 horas antes do processamento.

As misturas foram realizadas manualmente com o auxílio de dois bastões de madeira

e um balde plástico como mostra a Figura 17, apenas para o compósito 90/10.

Foram realizados testes para coloração dos tijolos, utilizou-se 5% da massa total do

calcário de pigmento em pó XADREZ na cor marrom e verde, que foram adicionados e

misturados junto ao calcário e a resina poliéster.

31

Figura 17 - Mistura dos materiais.

Os corpos de prova foram moldados com o auxílio de um molde metálico adaptado a

uma máquina universal de ensaios EMIC, modelo DL-3000 com célula de carga de 30 kN

como indica a Figura 18. Este possui a forma de um paralelepípedo retangular do tijolo

ecológico vazado (dois furos) tipo B nas dimensões 24 x 12 x 7 cm de acordo com a norma

ABNT NBR 8491:2012, com auxílio de um pistão fazendo a prensagem do material para

compactação no molde.

32

Figura 18 – Preparação: (a),(b) e (c); moldagem por compressão dos materiais: (d).

Os tijolos foram produzidos após um tempo total de cura de aproximadamente 12

horas a temperatura ambiente, visto na figura 19.

(a) (b)

(c) (d)

33

Figura 19 – Tijolo ecológico Calcário/Resina com pigmento marrom, cor

natural cinza e com pigmento verde.

5.5. Caracterização dos compósitos

5.5.1. Ensaio de Resistência à Compressão – Norma ASTM D 695

Os ensaios de resistência à compressão para os corpos de prova cilíndricos foram

realizados em máquina universal de ensaios EMIC, modelo DL-3000 (Figura 20). A

velocidade de deformação durante o ensaio foi de 1,0 mm.min-1 com célula de carga de 10

kN e temperatura de 23°C.

34

Figura 20 - Ensaio de Resistência à compressão ASTM D 695 na Máquina de

Ensaios Universal – EMIC.

5.5.2. Resistência à compressão – Norma NBR 8492

Os ensaios de resistência à compressão para os tijolos foram realizados seguindo a

norma ABNT NBR 8492:2012 em máquina universal de ensaios INSTRON, modelo 3380

com capacidade de 100 kN. A velocidade de deformação durante o ensaio foi de 500 N.s-1

com célula de carga de 100 kN e temperatura de 23 °C.

Foram preparados seis corpos de prova, sendo três de solo cimento e três de

Calcário/Resina para comparação, da seguinte maneira:

a) Cortou-se o tijolo ao meio, perpendicularmente à sua maior dimensão (Figura 21)

com o auxílio de uma Serra Circular de Bancada Makita 1.500 W MLT100;

Figura 21 - corpo de prova cortado ao meio (Fonte: NBR 8492:2012)

35

b) Foi superposto, por suas faces maiores, as duas metades obtidas e as superfícies

cortadas invertidas ligando-as com uma camada fina de pasta de cimento portland, pré-

contraída, onde foi deixada em repouso de aproximadamente 30 min;

c) Foi aguardado aproximadamente 24 h antes de proceder à etapa seguinte;

d) Para realização do ensaio, os corpos de prova devem apresentar suas faces planas e

paralelas para que haja perfeito contato com a superfície de trabalho, por meio do

capeamento foi coberta a superfície do tijolo com uma camada de pasta de cimento

PORTLAND CPV-ARI, pré-contraída. Logo que a pasta começou a endurecer, retirou-se o

corpo de prova do sistema de guias e com o auxilio de uma placa de vidro foram feitos

movimentos circulares sobre a camada de pasta, com a finalidade de se dar um acabamento

final na superfície e retirou-se o excesso de pasta não excedendo uma espessura de 3 mm

(Figura 22).

Figura 22 - Corpos de prova devidamente capeados (superior três unidades solo cimento e

inferior três unidades calcário/resina) para o ensaio de resistência à compressão.

e) Após o endurecimento os corpos de prova foram identificados e imersos em água por 24 h

(Figura 23).

36

Figura 23 - Corpos de prova imersos em tanque de água.

f) Os corpos de prova foram retirados logo antes do ensaio e enxugados superficialmente

com um pano, respeitando o tempo máximo de 3 minutos até o início do ensaio.

g) As dimensões das faces de trabalho foram determinadas com uma régua de precisão de 1

mm.

h) Os corpos de prova foram colocados diretamente sobre o prato inferior da máquina de

ensaio de compressão, ficando centralizado em relação a ele (Figura 24).

37

Figura 24- Corpos de prova centralizados para início do ensaio de resistência à compressão,

(a) solo cimento e (b) calcário/resina.

i) Aplicou-se a carga de maneira uniforme e anotaram-se os resultados dados em Newton.

j) A carga foi elevada até ocorrer a ruptura do corpo de prova.

l) A tensão de ruptura à compressão foi obtida dividindo a carga de ruptura pela área da

seção transversal do corpo de prova, onde a resistência média foi obtida a partir da média

aritmética das três repetições de cada material.

5.5.3. Ensaio de Absorção de água – Norma NBR 8492

Os tijolos escolhidos constituíram os corpos de prova desse ensaio e foram secos em

estufa, entre 105 oC e 110 oC, até massa constante. As pesagens foram realizadas após os

tijolos atingiram a temperatura ambiente, obtendo-se assim a massa m1 do tijolo seco, em

gramas, como mostra a Figura 25.

38

Figura 25 - Preparação para o ensaio de absorção de água.

Na sequência os corpos de prova foram imersos em um tanque de água durante 24 h

(Figura 26). Passado esse período foram retirados da água, enxugados superficialmente

com um pano e pesados antes de passar 3 minutos, obtendo-se assim a massa do tijolo

saturado m2, em gramas.

39

(a)

(b)

Figura 26 - Imersão em tanque de água dos tijolos, (a) solo cimento e (b) calcário/resina.

A diferença percentual entre a massa saturada e a massa seca do corpo de prova

corresponde ao valor de sua capacidade total de absorção de água, calculada em base

seca. Os valores individuais de absorção de água de cada corpo de prova, expressos em

porcentagem, foram obtidos pela Equação 1, enquanto que a absorção média foi

determinada pela média aritmética de 3 repetições.

Equação 1

Onde:

40

5.5.4. Ensaio de inflamabilidade – Norma ASTM D 635

A resina poliéster pura (100%) e o compósito calcário/poliéster (90/10%) foram

avaliados quanto à inflamabilidade para a produção de tijolos.

O ensaio foi executado de acordo com os procedimentos da norma ASTM D635-14

através de uma câmara de inflamabilidade da CEAST (Figura 27). Os corpos de prova com

dimensões de 125 ± 5 mm de comprimento por 13,0 ± 0,5 mm de largura e 5,0 ± 2 mm de

espessura foram produzidos através de um molde de silicone, como mostra a Figura 28.

Figura 27 - Câmara de inflamabilidade (Fonte: Ficha Técnica Flammability Meter –

CEAST).

41

Figura 28 - Molde de silicone para confecção dos corpos de prova para o ensaio de

inflamabilidade.

Para os corpos de prova que continuaram a queimar após a chama alcançar a marca

de referência de 25 mm, foi calculada a taxa de queima linear (V) de acordo com a Equação

2:

Equação 2

Sendo:

L = Extensão de queima a partir da marca de 25mm, em milímetros;

t = tempo de queima a partir da marca de 25mm, em segundos.

5.5.5. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

A análise de Microscopia eletrônica de varredura da mistura Calcário/Resina foi

realizada com intuito de avaliar a interação entre a resina poliéster e o resíduo de calcário.

Foi investigada em um microscópio eletrônico de varredura FEI Company, modelo Inspect

S50, em alto vácuo, voltagem de 20 kV e detector de elétrons secundários. Antes das

análises, as amostras foram recobertas com uma fina camada de ouro.

42

5.6.6. Termogravimetria (TG/DTG)

Para avaliação da estabilidade térmica do compósito foi utilizado um analisador

termogravimétrico da NETZSCH, modelo STA 409C, com aproximadamente 12 mg de

amostras pesadas em cadinho de platina e aquecidas entre 40 a 900 °C sob atmosfera de

nitrogênio com fluxo de 20 mL/min e taxa de aquecimento de 10 °C/min.

43

6. RESULTADOS E DISCUSSÕES

6.1. Caracterização dos materiais

6.1.1. FTIR - Resina Poliéster Insaturada Ortoftálica

A Figura 29 mostra o gráfico referente ao infravermelho da resina poliéster com bandas

de adsorção características dos grupos funcionais indicados. A relação entre cada grupo

funcional e sua região está descrita na Tabela 5 e estão de acordo com as bandas

características da resina poliéster, também encontradas por Castro e Pires (2003).

Figura 29 – Espectro de Infravermelho com Transformada de Fourier da resina poliéster.

44

Tabela 5 – Bandas de FTIR características dos grupos funcionais da resina poliéster,

conforme indicadas Figura 29.

Número de Onda (cm-1) Grupo funcional

3000-3100 Estiramento C-H aromático

3079 Estiramento = CH2 assimétrico

3020 Estiramento = CHR assimétrico

2850-2990 - CH3 e -CH2

1730 Estiramento C=O éster

1645 RCH = CH2

1285 Estiramento C–O éster

735-770 Benzeno orto substituído

690-710 Benzeno mono substituído

6.1.2. Termogravimetria - resina poliéster insaturada ortoftálica

As Figuras 30 e 31 mostram a curva térmica de TG e a primeira derivada DTG da

resina poliéster, respectivamente. É possível observar a Tonset (temperatura de início de

decomposição) em torno de 335 °C, Tendset (temperatura final de decomposição) em torno de

445 °C, com pico de 390 °C na curva de DTG, e um total de perda de aproximadamente 95%

de sua massa total, com massa residual 5,57 %, faixas típicas deste material (SANCHEZ et

al., 2010).

45

Figura 30 – Curva de TG da resina poliéster.

Figura 31 – Curva de DTG da resina poliéster.

46

6.1.3. FTIR - Peróxido de metil etil cetona

A Figura 32 apresenta o FTIR do catalisador peróxido de metil etil cetona, que é

produzido pela reação entre metiletil cetona e peróxido de hidrogênio. As bandas

encontradas estão sumarizadas na Tabela 6 e estão conforme o espectro padrão do

catalisador MEKP, compreendido por Coates (2000).

Figura 32 – FTIR do catalisador peróxido de metil etil cetona.

Tabela 6 – Bandas de FTIR características dos grupos funcionais do catalisador peróxido de

metil etil cetona.

Número de Onda (cm-1) Grupo Funcional

3400-3200 Estiramento O-H

2960-2850 -C-H

1725-1705 Cetona

1470-1430/1380-1370 Estiramento C-H

1300-700 Vibrações do esqueleto C-C

890-820 Estiramento - peróxidos C-O-O-C

750-720 Balanço (CH2)n- n>3

47

6.1.4. FTIR - calcário

A Figura 33 e a Tabela 7 mostram o FTIR do calcário, os resultados estão em conformidade

com as principais bandas características do calcário (ABDUL KHALIL et al., 2018).

Figura 33 – FTIR do calcário.

Tabela 7 – Bandas de FTIR características dos grupos funcionais do calcário.

Número de Onda (cm-1) Grupo funcional

2960-2850 Estiramento C-H

1490-1410/880-860 Estiramento íon carbonato

6.1.5. Difração de raios – X (DRX) – calcário

Na análise do difratograma do calcário observa-se que os picos predominantes são

os da calcita (CaCO3). Sua composição é característica de rochas carbonáticas calcíticas. A

Figura 34 apresenta picos característicos, além dos carbonatos calcita (CaCO3) em maior

quantidade, também há picos de dolomita (CaMg(CO3)2) e do quartzo (SiO2), reportado por

48

Soares (2010). O pico de maior intensidade está localizado em ângulo 2θ igual a 29,4°

relacionado ao calcário calcítico, reportado por BORGWARDT (1989).

1-Calcita 2-Dolomita 3-Quartzo

Figura 34 - DRX do calcário.

6.1.6. Análise Termogravimétrica - Calcário

As Figuras 35 e 36 mostram a curva térmica de TG e a primeira derivada DTG do

calcário, respectivamente. É possível observar a Tonset (temperatura de início de

decomposição) em torno de 700 °C, Tendset (temperatura final de decomposição) em torno de

810°C, com pico de 783,4 °C na curva de DTG, com massa residual de 60,52 %, faixas

típicas deste material (ABDUL KHALIL et al., 2018).

49

Figura 35 – TG do calcário.

Figura 36 – DTG do calcário.

50

6.1.7. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) – calcário

A Figura 37 mostra as micrografias o calcário, obtidas em MEV, com proximidade de

300 e 1500 x, respectivamente. Observa-se que o calcário apresenta tamanho e morfologia

angular. A presença de partículas que se destacam pelo tamanho e pela morfologia, estão

relacionadas aos grãos de carbonato de cálcio. O resultado do EDS (Figura 38) revelou os

elementos esperados para o resíduo de calcário, tais como Ca, Mg, e Si. A presença desses

elementos é também apontada pelos minerais encontrados na análise química (tabela 8) e

esse resultado confirma a presença dos elementos Ca e Mg citados na difração de raios-X,

reportado por Aguiar e da Silva (2016).

Figura 37 – MEV do Calcário com aumento de 300 x (a) e aumento de 1500 x (b).

Figura 38 – EDS do calcário.

51

6.1.8. Espectrometria de fluorescência de raios X (FRX) - calcário

A amostra de calcário foi caracterizada por FRX. Os resultados médios encontrados

para os principais elementos químicos estão relacionados na Tabela 8.

Tabela 8 – Elementos químicos por FRX

Óxidos Concentração

(%)

CaO 89,49

MgO 2,60

SiO2 1,08

Fe2O3 0,48

P2O5 0,10

K2O 0,07

PF 5,98

Estes valores também são vistos em Gilberto e de Lima (2012). Observou-se na tabela

que o óxido de cálcio constitui a maior parte da composição do calcário e o óxido de

magnésio abaixo de 5%, caracterizando-se como calcário calcítico (Brasil, 2004). A

composição química do calcário, exibe características típicas de rochas carbonáticas, sendo

composto predominantemente de CaO. Vestígios são identificados, entre eles ferro, alumínio

e sais de metais alcalinos (K e P) também fazem parte do calcário (SOUZA e BRAGANÇA,

2013).

6.2. Caracterização dos compósitos

6.2.1. Resistência à compressão – ASTM D 695

Os resultados de resistência à compressão dos compósitos analisados e do valor

mínimo exigido pela norma para tijolos ecológicos estão apresentados na Tabela 9 e na

Figura 39.

52

Tabela 9 – Valores de resistência à compressão dos corpos de prova calcário/resina

segundo a norma ASTM D 695

Calcário/Resina

(% mássica)

Resistência à Compressão

(MPa)

70/30 54±4

80/20 50±2

85/15 39±2

90/10 12±1

Figura 39 - Valores de resistência à compressão das composições estudadas e da norma

NBR 8492.

Observou-se que a composição 70/30 (Calcário/Resina) apresentou o maior valor de

resistência à compressão (mais de 50 MPa) comparada com as outras composições,

seguido por 80/20, 85/15 e 90/10, ou seja, quanto maior a porcentagem de resina, maior a

resistência mecânica do compósito, este fato está associado ao elevado valor de resistência

à compressão da resina poliéster ortoftálica cerca de 91,44 MPa segundo Presa e Martin

(2011). Acredita-se que o fato do teor de 10% de resina ter mostrado valores inferiores na

resistência à compressão axial seja em função do aglomerante (resina) não estar em

quantidade suficiente para envolver todas as partículas do agregado (calcário), visto também

70/30 80/20

85/15

90/10

NBR 8492

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Compósitos

Re

sist

ên

cia

à co

mp

ress

ão (

MP

a)

53

por Gorninski, Molin e kazmierczak (2002). Todos os valores médios dos compósitos foram

superiores ao exigido pela norma NBR 8492 para tijolos ecológicos (2,0 MPa). A composição

90/10 apesar de apresentar um resultado inferior aos demais compósitos, encontra-se acima

do valor exigido pela norma em 600%. De modo geral, os compósitos produzidos com

aglomerantes poliméricos possuem resistência à compressão axial bastante elevada, de

acordo com Gorninski, Molin e kazmierczak (2002). Os valores de resistência à compressão

observados no estudo de Gorninski, Molin e kazmierczak (2002) com concretos poliméricos,

apesar das composições terem baixos teores de resina, são bastante elevados, até mesmo

se comparados a concretos de cimento Portland de alta resistência (SENSALE, 2000).

A utilização desta formulação (90/10) implicará em menor custo, devido à utilização de

apenas 10% de resina, sendo 90% de um resíduo (calcário) que deixará de ser descartado

no meio ambiente. Devido a esses fatores, o compósito 90/10 foi selecionado para dar

continuidade aos estudos do tijolo ecológico à base de resina poliéster e calcário, sendo

produzido em escala real e devidamente caracterizado.

6.2.2. Resistência à compressão – NBR 8492

Os resultados de resistência à compressão dos compósitos analisados e do valor

mínimo exigido pela norma para tijolos ecológicos estão apresentados na Tabela 10 e na

Figura 40 e os resultados de força máxima nas Figuras 41 e 42.

Tabela 10 – Valores do ensaio de resistência à compressão referente à norma NBR 8492,

dos tijolos ecológicos solo cimento e calcário/resina.

Tijolos Resistência à Compressão

(MPa)

NBR 8492 2,0 ± 0,0

Solo cimento 2,5 ± 0,2

Calcário/Resina 7,0 ± 0,0

54

Figura 40 - Valores de resistência à compressão segundo a norma NBR 8492, dos tijolos

ecológicos solo cimento e calcário/resina.

Os resultados de resistência à compressão dos tijolos solo cimento (2,5 MPa) foram

superiores, porém bem próximos ao exigido pela norma (2,0 MPa) para valores médios e 1,7

MPa para valores individuais e estão de acordo aos encontrados por Presa e Martin (2011)

de 2,2 MPa para valores médios de resistência à compressão, havendo o rompimento dos

corpos de prova e finalização do ensaio. Em contrapartida os valores encontrados para os

tijolos de Calcário/Resina (7,0 MPa) foram superiores em 350% em relação à norma NBR

8492. Ao contrário do solo cimento não houve rompimento dos corpos de prova, os valores

computados foram até onde a máquina universal de ensaios com capacidade para 100 KN

ou 100000 N conseguiu suportar (Figura 40). A Figura 41 mostra que, com uma margem de

segurança, o ensaio para os corpos de prova de Calcário/Resina chegaram ao limite da força

máxima permitida para sua realização. Por meio do gráfico na Figura 42, pode-se perceber

que a linha estava em uma crescente sem indícios que pudesse haver o rompimento do

corpo de prova breve. Pelos resultados prévios obtidos pelo ensaio de resistência à

compressão ASTM D 695 (Figura 39), provavelmente para o compósito 90/10

(Calcário/Resina) tivesse sido obtidos resultados na faixa de 12 MPa.

NBR 8492

Solo Cimento

Calcário/Resina

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Compósitos

Resis

tên

cia

à c

om

pre

ssão

(M

Pa)

55

Figura 41 - Força máxima do limite da máquina, dos tijolos ecológicos solo cimento e

calcário/Resina.

Figura 42 – Gráfico de força máxima versus deformação do tijolo ecológico

Calcário/Resina.

Limite Máquina Calcário/Resina

Solo Cimento

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

Compósitos

Fo

rça M

áxim

a (

N)

56

6.2.3. Absorção de água

Foi calculada a absorção de água do tijolo solo cimento comercializado e do tijolo à

base de calcário/resina poliéster na proporção 90/10, utilizando-se a Equação 1 apresentada

no item 5.6.3.

Além dos resultados dos tijolos ecológicos solo cimento e calcário/resina, a Figura 43

mostra o valor máximo de absorção de água permitido pela norma NBR 8492.

Figura 43 - Valores de absorção de água dos tijolos solo cimento, calcário/Resina (90/10) e

da norma NBR 8492.

Foi possível notar que o tijolo solo cimento tem valor de absorção de água (16,3 %)

que condizem com valores médios encontrados por Presa e Martin (2011) também de 16,3 %

e por Mieli (2009) de 13,72 %. Estes valores para o tijolo solo cimento são bem próximos do

limite exigido pela norma (20%) para valores médios e de 22% para valores individuais, em

contrapartida o tijolo à base de calcário/Resina tem valores bem inferiores (4%) comparados

a ambos, possivelmente devido à presença da resina poliéster que tem caráter hidrofóbico e

NBR 8492

Solo Cimento

Calcário/Resina

0

5

10

15

20

25

Compósitos

Ab

so

rção

de Á

gu

a (

%)

57

possui baixa permeabilidade a água, confirmado por Ferreira (2002). Cabe ressaltar que o

aumento no teor de resina tende a diminuir ainda mais a absorção de água (GORNINSKI;

MOLIN; KAZMIERCZAK, 2002).

6.2.4 Ensaio de Inflamabilidade

Todos os corpos de prova com 100% de resina poliéster queimaram com grande

intensidade após a retirada da chama ignitora. Em todos os corpos de prova a chama

ultrapassou a marca de referência de 25 mm antes dos 30 segundos, levando a

carbonização total, conforme mostra a Figura 44(b). Foi constatado gotejamento e grande

emissão de fuligem. Para o compósito de Calcário/Resina (90/10), todos os corpos de prova

tiveram a interrupção da chama no exato momento da retirada da chama ignitora. Em todos

os corpos de prova a chama não ultrapassou a marca de referência de 25 mm, conforme

mostra a Figura 44(d). Não foi constatado gotejamento. Foi constatada pequena emissão de

fuligem.

A resina poliéster pura vista na Figura 45 está susceptível aos danos causados pelo

fogo, devido à matriz polimérica ter baixa resistência ao mesmo, foi possível observar a

resina poliéster totalmente consumida pela chama. Segundo Gorninski, Molin e kazmierczak

(2002) o poliéster, como a maioria dos compostos orgânicos contendo carbono e hidrogênio,

queimam com facilidade, liberando no processo grande quantidade de fumaça (presença de

grupos aromáticos).

58

Figura 44 - Corpos de prova 100% resina antes (a) e após o ensaio de resistência à

propagação de chamas (b), Corpos de prova Calcário/Resina (90/10) antes (c) e após o

ensaio de resistência à propagação de chamas.

(b)

(a)

(c) (d)

59

Figura 45 - Corpos de prova da resina pura ensaiados.

Para todos os corpos de prova da amostra calcário/resina (90/10) (Figura 46) foi

constatada a não propagação de chamas, possivelmente devido à presença de matéria

inorgânica, o calcário, em alto percentual, que atua como um agente retardante de chamas,

reportado por Abirochas (2013).

Figura 46 - Corpos de prova calcário/resina ensaiados.

60

6.2.5. MEV

As amostras para as micrografias obtidas em MEV do compósito Calcário/Resina 90/10

foram por meio do corte de um pedaço do compósito de forma não muito adequada,

esperava-se que no ensaio de resistência à compressão houvesse o rompimento do tijolo e

desta forma a obtenção da amostra para realização da microscopia, devido a este imprevisto

os resultados apresentados na Figura 47, sugerem que houve o descolamento de parte da

resina do calcário (espaços vazios nas micrografias); entretanto, os valores encontrados no

ensaio de compressão para os tijolos de calcário/resina (7,0 MPa) foram bem superiores ao

solo cimento e à norma NBR 8492.

(a) (b)

Figura 47 – MEV do calcário/resina com aumento de 200 x (a) e aumento de 500 x (b).

6.2.6. TG/DTG

As Figuras 48 e 49 mostram a curva térmica de TG e a primeira derivada DTG do

compósito calcário/resina (90/10), respectivamente. É possível observar que existem dois

eventos, possivelmente um relacionado ao calcário e outro à resina poliéster. A primeira Tonset

identificada como Tonset1 (temperatura de início de decomposição 1) em torno de 335 °C está

diretamente relacionada com a Tonset da resina poliéster visto na figura 30, assim como a

Tendset1 (temperatura final de decomposição 1) em torno de 425°C, valor próximo ao

encontrado na caracterização da resina poliéster. Para Tonset2 e Tendset2 os valores

aproximados são correlacionados com as temperaturas de início (700°C) e fim (810°C) de

decomposição do calcário caracterizado na figura 35. O pico de 365 °C na curva de DTG

61

está associado à resina poliéster e o pico de 778 °C ao calcário, valores aproximados

encontrados nas figuras 31 e 36 respectivamente. A massa residual encontrada para o

compósito foi de 49,41 %, valor próximo ao identificado para o calcário puro (figura 35),

supostamente devido sua alta proporção (90%) na mistura.

Figura 48 - TGA do compósito Calcário/Resina

Figura 49 – DTG do compósito Calcário/Resina

62

7. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS

Conclusões

● Visando a sustentabilidade, neste trabalho foi possível desenvolver tijolos

ecológicos à base de resíduo de calcário e resina poliéster, utilizando-se como

catalisador o peróxido de metil etil cetona, produzidos à temperatura ambiente.

● O ensaio de compressão (ASTM D695) apresentou os seguintes resultados: a

composição 70/30 apresentou maior resistência à compressão, seguida por

80/20, 85/15 e 90/10. Todos os resultados estão de acordo com os requisitos da

norma ABNT NBR 8492. O melhor compósito determinado para produção em

escala foi 90/10 em decorrência da maior utilização do resíduo de calcário.

● Pelo ensaio de compressão verificou-se que a resistência do tijolo

calcário/resina (90/10), de 7,0 MPa, foi superior em 350% em relação à norma

NBR 8492. Ao contrário do solo cimento, não houve rompimento dos corpos de

prova, os valores computados foram até onde a máquina universal de ensaios

com capacidade para 100 KN conseguiu suportar.

● A morfologia do compósito Calcário/Resina (90/10) na região de fratura,

revelada pelas micrografias eletrônicas obtidas por MEV, sugerem que houve o

descolamento de parte da resina do calcário (espaços vazios nas micrografias)

possivelmente devido à improvisação no corte do compósito.

● No ensaio de absorção de água (NBR 8492) o tijolo à base de calcário/resina

tem valor inferior (4%) quando comparado à norma (não devem ultrapassar

20%), possivelmente devido à presença da resina poliéster que tem caráter

hidrofóbico e possui baixa permeabilidade a água.

● A análise termogravimétrica da mistura (90/10) mostrou a existência de duas

Tonset(1 e 2) e duas Tendset(1 e 2) características da resina poliéster (1) e calcário

(2), respectivamente. A massa residual foi próxima ao valor encontrado para o

calcário puro, supostamente em virtude de sua alta proporção no compósito.

● Quanto ao ensaio de inflamabilidade (ASTM D635), a resina poliéster pura tem

uma tendência à propagação de chamas, porém na mistura com 90/10

(calcário/resina) não ocorreu propagação, pois a matéria inorgânica

possivelmente agiu como inibidor de chamas.

63

Sugestões para trabalhos futuros:

● Realizar análise químico-ambiental nos tijolos: ensaio de lixiviação e

solubilização a partir das normas ABNT NBR 10005 e ABNT NBR 10006:2004.

● Realizar um estudo de análise de custo do tijolo ecológico calcário/resina.

64

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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TIJOLO ECOLÓGICO COM RESINA POLIMÉRICA E RESÍDUO DE … · tijolo Calcário/Resina foi 280% e 350% superior quando comparada ao tijolo solo cimento e à exigência da norma, respectivamente