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UNIVERSIDADE DO VALE DO RIO DOS SINOS
CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
CONCRETO POLÍMERO COM RESINA RECICLADA DE PET: INFLUÊNCIA NA
COMBUSTIBILIDADE FRENTE À ADIÇÃO DE RESÍDUOS INDUSTRIAIS
Dissertação submetida ao Programa de
Pós-Graduação em Engenharia Civil da
UNISINOS como requisito parcial para a
obtenção do grau de Mestre em
Engenharia Civil.
Orient. Prof
a
. Dr
a
. Jane Proszek Gorninski
KARINA GUERRA TONET
SÃO LEOPOLDO
2009
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2
CONCRETO POLÍMERO COM RESINA RECICLADA DE
PET: INFLUÊNCIA NA COMBUSTIBILIDADE FRENTE À
ADIÇÃO DE RESÍDUOS INDUSTRIAIS
KARINA GUERRA TONET
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Civil, Àrea de Concentração: Gerenciamento de Resíduos,
da Universidade do Vale do Rio dos Sinos (UNISINOS), como parte dos
requisitos para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil.
SÃO LEOPOLDO
Abril 2009
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4
TERMO DE APROVAÇÃO
CONCRETO POLÍMERO COM RESINA RECICLADA DE
PET: INFLUÊNCIA NA COMBUSTIBILIDADE FRENTE À
ADIÇÃO DE RESÍDUOS INDUSTRIAIS
KARINA GUERRA TONET
Esta Dissertação de Mestrado foi julgada e aprovada pela banca examinadora no Programa
de Pós-Graduação em Engenharia Civil da UNISINOS como parte dos requisitos
necessários para a obtenção do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL.
Aprovado por:
_____________________________ _____________________________
Profª. Jane Prozek Gorninski Prof. Claudio de Souza Kazmierczak
Dra. pela UFRGS Dr. pela Universidade de São Paulo
Orientadora Coordenador do PPGEC/UNISINOS
BANCA EXAMINADORA
_____________________________
Prof. Cláudio de Souza Kazmierczak
Dr. pela Universidade de São Paulo
_____________________________
Profª. Denise Carpena C. Dal Molin
Dra. pela Universidade de São Paulo
_____________________________
Prof. João Marciano Laredo dos Reis
Dr. pela Universidade do Porto
SÃO LEOPOLDO, RS – BRASIL
Março/2009
5
F
ONTES FINANCIADORAS E COLABORADORAS
A presente pesquisa teve apoio da CAPES e da empresa Reichhold S/A, a
qual contribuiu com o aglomerante reciclado e com o retardante de chamas
comercial. O agregado utilizado foi adquirido junto às indústrias da construção civil
da região, bem como o resíduo utilizado como retardante de chamas, que foi doado
pela Leitz Ferramentas Para Madeira Ltda., com sede em São Sebastião do Caí/RS.
A cinza volante, originada nas termelétricas de Candiota/RS, foi concedida pela
empresa de cimentos Votorantin, com sede em Esteio/RS.
Os ensaios mecânicos e de durabilidade foram realizados com equipamentos
disponíveis no Laboratório de Materiais de Construção da Unisinos. Os ensaios de
combustibilidade foram realizados no LABELO (Laboratórios Especializados em
Eletro-eletrônica) da Pontifícia Universidade Católica (PUC-RS), bem como o ensaio
de análise da microestrutura (MEV), realizado no Centro de Microscopia e
Microanálises da mesma universidade. O ensaio de fluorescência de raios-x foi
executado no GEPSI (Grupo de Estudos de Propriedades de Superfícies e
Interfaces – PUC-RS), e a distribuição granulométrica por difração a laser no
Laboratório de Tecnologia Mineral e Ambiental na UFRGS, campus do vale.
6
Dedico este estudo a minha ainda
não nascida mas já muito amada afilhada
Mariana e ao meu afilhado Luccas,
com o meu sincero
desejo de que eles possam usufruir
de um mundo melhor, meu humilde
objetivo com este trabalho.
7
A
GRADECIMENTOS
Primeiramente, gostaria de agradecer à minha querida e dedicada orientadora,
professora Dra. Jane Proszek Gorninski, que acreditou nesta idéia desde nosso
primeiro encontro e que me transmitiu, de forma doce e gentil, seu precioso
conhecimento.
À coordenação do Programa de Pós-graduação da Engenharia Civil da UNISINOS,
pela realização deste lindo curso.
A CAPES, pela bolsa de estudos que me permitiu iniciar neste mundo da pesquisa.
À empresa Leitz, especialmente ao Eng. João Batista, pela confiança e
disponibilidade em incentivar a pesquisa.
Ao pessoal do laboratório de Materiais de Construção da UNISINOS, Daiana,
Jefferson, Maurício, Angélica pela grande compreensão e à Catiane e ao Matheus
pela ajuda tão importante.
Ao Sr. João da maquetaria pela ajuda e disponibilidade.
Ao Luis Dalbem e toda equipe do LABELO (PUC) pela incansável dedicação e
entender e executar meus ensaios.
À Solange e ao Luiz do LMT da UFRGS pela imensa ajuda e atenção.
Ao professor Dr. Carlos Moraes e Rodrigo pela permissão e auxilio no uso de seus
equipamentos no laboratório de Metalurgia.
À Geilma, por permitir que eu “atrapalhasse” as suas férias e tivesse acesso ao seu
precioso conhecimento.
8
À Christa e à Cristiane Pauletti as quais, mesmo à distância, foram de extrema
importância para a concretização de etapas importantes desta pesquisa.
Ao Prof. Dr. Roberto Huber e ao André Vargas do GEPSI (PUC-RS) pela incrível
seriedade, conhecimento e disponibilidade em auxiliar o presente estudo.
Ao CEMM (PUC-RS), especialmente à profa. Berenice Dedavid, ao Eduardo e ao
Maurício pela grande contribuição a este estudo.
Ao Prof. Renato Carlson da Unisinos pela ajuda na compreensão de algumas
análises para a versão final deste trabalho.
À minha amiga Vanessinha, que eu vi crescer e brilhar dentro deste mundo da
pesquisa, o que acabou “contagiando” a mim de forma tão especial.
Às minhas amigas de coração, Nani, Carin, Lisi e Ro que participaram e aplaudiram
cada etapa desta conquista, desde o dia da aprovação do projeto de pesquisa até a
apresentação.
À Dra. Sandra R. S. M. Wolffenbuttel, por ter me ajudado a levantar em um momento
tão difícil, e a quem eu devo o mérito de ter chegado ao final desta conquista.
De maneira muito especial, agradeço a Deus por me dar a oportunidade de realizar
este sonho. Ao meu grande pai, que literalmente vibrou com cada passo desta
caminhada e à minha mãe, que sempre foi incansável em não me deixar esquecer
que todo este esforço valeria a pena. E aos meus amados irmãos, com o desejo de
ter plantado a “sementinha” da sustentabilidade em vocês.
E, por fim, ao meu amado companheiro felino Chivas de muitas noites, feriados e
finais de semana, o qual trouxe muita vida e esperança para os momentos mais
difíceis.
9
S
UMÁRIO
LISTA DE ABREVIATURAS XI
RESUMO XII
ABSTRACT XIII
1. INTRODUÇÃO 1
1.1 Relevância da pesquisa 1
1.2 Objetivos 6
1.3 Estrutura da Pesquisa
7
2. REVISÃO DA LITERATURA 8
2.1 Processo de resistência ao fogo 8
2.1.1 Conceituações e aspectos relevantes 8
2.1.2 Normatização mundial 12
2.2 Compósitos Poliméricos 15
2.2.1 Histórico e aplicações 15
2.2.1.1 Concreto Impregnado por Polímeros 16
2.2.1.2 Concreto Modificado por Polímeros 18
2.2.1.3 Concreto Polímero 18
2.3 Polímeros 22
2.3.1 Nomenclatura e histórico 22
2.3.2 Tipos de polímeros – quanto ao tipo de aplicação 24
2.3.2.1PET 26
2.3.3 Processo de combustão em polímeros 28
2.3.4 Resinas poliméricas em composições de PC 31
2.3.4.1 Resina poliéster e epóxi
31
2.3.4.2 Resina poliéster reciclada do PET 34
2.3.4 Aditivação em polímeros 40
10
2.3.4.1 Retardantes de chamas 41
2.4 Sustentabilidade Ambiental 46
2.4.1 Aspectos gerais 46
3. PESQUISA EXPERIMENTAL 49
3.1 Escolha e caracterização dos materiais 49
3.1.1 Materiais 49
3.1.1.1 Resina 49
3.1.1.2 Agregado 51
3.1.1.3 Filer 52
3.1.1.4 Adições 55
3.1.2 Massa unitária – areia e cinza volante 62
3.2 Mistura, moldagem e cura 63
3.3 Metodologia dos ensaios para o PC 64
3.3.1 Ensaios de resistência mecânica 64
3.3.1.1 Resistência à compressão axial 64
3.3.1.2 resistência à tração na flexão 65
3.3.2 Ensaios de Combustibilidade 65
3.3.2.1 Ensaio de resistência ao calor 65
3.3.2.2 Ensaio de propagação de chama 66
3.3.3 Ensaios de microestrutura 68
3.3.3.1 Porosimetria por intrusão de mercúrio 68
3.3.3.2 Análise de imagens em microscópio eletrônico de varredura (MEV) 69
3.4 Análises preliminares para determinação das composições do PC 72
3.4.1 Considerações gerais 72
3.4.2 Resultados obtidos nas análises preliminares do PC 74
3.5 Dosagens do programa experimental
75
4. PROGRAMA EXPERIMENTAL – Apresentação e análise dos resultados 77
4.1 Ensaios de resistência mecânica
78
11
4.1.1 Resistência à compressão – Resultados e discussão 78
4.1.1.1 Resistência à compressão – Análise estatística 81
4.1.2 Resistência à tração na flexão – Resultados e discussão 84
4.1.2.1 Resistência à tração na flexão – Análise estatística 86
4.2 Ensaios de combustibilidade 8
8
4.2.1 Ensaio de resistência ao calor – Resultados e discussão 88
4.2.1.1 Ensaio de resistência ao calor – Análise estatística 90
4.2.1.2 Ensaio de resistência ao calor – Aspecto físico e análise das
densidades antes e pós calor 95
4.2.2 Ensaio de propagação de chama – Resultados e discussão 98
4.2.2.1 Ensaio de propagação de chama – Análise estatística 102
4.3 Ensaios de microestrutura 104
4.3.1 Porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM) – Resultados e discussão 104
4.3.1 Microscopia eletrônica de varredura (MEV) – Resultados e discussão 108
5. CONCLUSÕES 120
5.1 Referente aos resultados obtidos nos ensaios de resistência mecânica 12
0
5.1.1 Resistencia à compressão 120
5.1.2 Resistência à tração na flexão 121
5.2 Referente aos resultados obtidos nos ensaios de combustibilidade 121
5.2.1 Ensaio de resistência ao calor 121
5.2.2 Ensaio de propagação de chama 122
5.3 Referente aos resultados obtidos nas análises de microestrutura 123
5.3.1 Porosimentria por intrusão de mercúrio 123
5.3.2 Análise de imagens obtidas através do MEV 123
5.4 Considerações gerais 124
5.5 Sugestões para trabalhos futuros 124
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 126
12
L
ISTA DE ABREVIATURAS
ABIPET Associação Brasileira da Indústria do PET
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
Al Alumínio
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
ANOVA Análise de Variância
BHET Tereftalato de 2-hidroxietila
BS British Standards
C Carbono
Ca Cálcio
CEMM Centro de Microscopia e Microanálises
Cl Cloro
CLP Controlador Lógico Programável
CV Coeficiente de Variação
DTA Análise Térmica Diferencial
EDS Energy Dispersive x-ray Detector
EDXRF Energy dispersive X-ray fluorescence
EMC Cimento Energeticamente Modificado
EN European Normatization
EPA Environmental Protection Agency
Fe Ferro
GEPSI Grupo de Estudos de Propriedades de Superfícies e
Interfaces
GNFSC Global Natural Fire Safety Concept
ISO International Standards Organization
K Potássio
LABELO Laboratórios Especializados em Eletro-eletrônica
LMT Laboratório de Tecnologia Mineral e Ambiental
MEV Microscopia Eletrônica de Varredura
Mg Magnésio
Na Sódio
NBR Norma Brasileira Registrada
O Oxigênio
P Fósforo
PC Concreto Polímero
PEEK Poli-éter-éter-cetona
PMEK Peróxido de metil etil cetona
PET Poli (Tereftalato de Etileno)
PPO Polióxido de Fenileno
PPS Polissulfeto de Fenileno
PTFE Politetrafluoretileno
PVC Policloreto de vinila
S Enxofre
Si Silício
Sr Estrôncio
TGA Análise Termogravimétrica
THA Alumina Trihidratada
Ti Titânio
Zr Zircônio
WCED World Commission on Environment and Development
WDXRF Wavelength dispersive X-ray fluorescence
13
R
ESUMO
A reciclagem e a reincorporação de um rejeito em um processo produtivo são
as soluções mais indicadas para o manejo da grande maioria dos resíduos,
reduzindo assim custos, além de preservar recursos naturais não renováveis. A
construção civil tem absorvido parte destes resíduos, transformando-os em
subprodutos importantes, os quais podem ser igualmente eficientes, além de
ecologicamente corretos. Dentre as aplicações mais comuns, destacam-se a
incorporação de rejeitos em matrizes cimentícias e poliméricas. O concreto polímero,
o qual tem como aglomerante uma resina polimérica, tornou-se uma boa opção para
construção civil em aplicações onde são solicitados alto desempenho mecânico,
durabilidade e cura rápida, propriedades importantes para materiais que visam a
sustentabilidade das edificações. Apesar dos já comprovados elevados valores
mecânicos encontrados nestes compósitos, torna-se necessário estimar e adequar
as propriedades de combustibilidade com os tipos de demandas do mercado, pois
tal propriedade pode comprometer sua aplicação. Para tanto, esta pesquisa tem
como objetivo produzir compósitos de concreto polímero de elevada resistência
mecânica, durabilidade e resistentes à ação do fogo. Os compósitos serão
produzidos com uma resina poliéster insaturada reciclada a partir do PET, com
incorporação de resíduos industriais, comparando-os com componentes comerciais.
Para tanto, as propriedades dos compósitos serão estudadas através de ensaios de
caracterização mecânica, durabilidade e microestrutura, compreendendo: resistência
à compressão, resistência à tração na flexão, porosimetria por intrusão de mercúrio
e MEV. Além disso, os corpos-de-prova foram submetidos a ensaios de análise
térmica, com a finalidade de avaliar o comportamento das adições frente à ação do
fogo e sua contribuição para a redução da flamabilidade destes compósitos. Os
resultados obtidos mostraram que, as composições com 60% de adição de
retardante de chamas resíduo apresentaram uma redução de 85% em relação ao
tempo de propagação da chama dos compósitos sem adição de retardantes, bem
como um acréscimo na sua resistência mecânica em comparação aos mesmos.
Palavras-chave: resina reciclada de PET, concreto polímero, cinza volante, alumina
de polimento, combustibilidade.
14
A
BSTRACT
POLYMER CONCRETE WITH RECYCLED PET RESIN: COMBUSTIBILITY
INFLUENCE IN ADDITION OF INDUSTRIAL WASTES.
Recycling and the reincorporation of a waste in a production process are the most
indicated for the management of the vast majority of waste, thus reducing costs, and,
of course, preserving non-renewable natural resources. The civil construction has
absorbed these wastes, turning them into important products, which can also be
efficient, and environmentally correct. Among the most common applications, it can
emphasize the incorporation of tailings in cementations and polymer matrices. The
polymer concrete, which binder is a polymeric resin, has become a good option for
construction where are required applications with high mechanical performance,
durability and rapid healing, important properties for materials aimed at the
sustainability of buildings. Despite the already proven high mechanical values found
in these composites, it is necessary to estimate and adjust the properties of
combustibility to the kinds of demands of the market, once this property may
jeopardize your application. Thus, this research aims to produce polymer concrete
composites of high mechanical strength, durability and resistance to the action of fire.
The composites were produced with an unsaturated polyester resin from recycled
PET, with the addition of industrial waste in comparison to commercial items, making
them more attractive economically, and environmentally sustainable. Thus, the
properties of the composites were studied by mechanical tests durability, including:
compressive strength test, tensile strength, mercury intrusion porosimetry and SEM.
Moreover, the samples were tested for thermal analysis in order to know the behavior
of the action items with the fire and its contribution to reducing the flammability of
these composites. The results obtained in the tests described above showed that, the
composites with 60% in addition of waste had a reduction of 85% in the time of
spread of flame, and an increase in its mechanical resistance in comparison to
composite reference, with no addition of retardants.
Keywords: recycled PET resin, polymer concrete, fly ash, alumina polishing,
combustibility.
15
1. INTRODUÇÃO
1.1 Relevância da pesquisa
A interdependência dos conceitos de meio ambiente, saúde e saneamento é
hoje bastante evidente, o que reforça a necessidade de integração das ações do
setor da construção civil em proveito da melhoria da qualidade de vida. O
desenvolvimento de novos materiais que possuam maior resistência, durabilidade e
melhor ciclo de vida está se tornando uma das principais exigências deste crescente
mercado.
Segundo a EPA (Environmental Protection Agency – USA), a avaliação do
ciclo de vida é uma das principais ferramentas para avaliar, de forma holística, um
produto ou uma atividade durante todo o seu processo, deste a extração da matéria-
prima, produção, distribuição, consumo, uso até sua transformação em resíduo
(VIGON et al., 1993). Esta análise envolve não somente o impacto que este produto
gera no momento de sua utilização, mas até mesmo a energia que demanda a sua
produção e transporte (CARMODY et al., 2007). Com base nesta visão global do
processo, pode-se avaliar a magnitude do impacto gerado e, até mesmo, adaptá-lo a
nova demanda de mercado.
O concreto polímero, de sigla PC (Polymer Concrete), pode ser considerado
um exemplo de material com alta durabilidade devido ao fato de apresentar bons
resultados frente a esforços mecânicos, intempéries e a meios agressivos
(GORNINSKI et al., 2004), reduzindo a necessidade de manutenção,
freqüentemente requerida pelo concreto convencional, princípio importante na
análise do ciclo de vida de um produto. O concreto polímero, no que diz respeito à
composição química, difere-se do tradicional pela substituição do aglomerante,
cimento Portland, por uma resina que vai polimerizar com o auxilio de aditivos
(UNITED NATIONS, 2002). O PC consiste, via de regra, em agregados ligados por
uma resina polimérica, e suas propriedades estão diretamente ligadas às
características dos seus componentes, como o tipo e quantidade de resina e de
adições utilizadas.
Os compósitos produzidos a partir de matrizes poliméricas podem ser
alternativas eficientes ao uso do concreto convencional e ao aço, produtos que
geram impactos ambientais importantes na sua fabricação, além de grande extração
16
de recursos naturais. Entretanto, os compósitos obtidos com resinas poliméricas
apresentam uma propriedade que limita sua utilização em determinadas aplicações
na construção civil, a sua combustibilidade (TYBERG et al., 1999; MARÍN et al.,
2003; DAVIES et al., 2006). Esta preocupação se deve ao fato de que o
desenvolvimento e duração de um incêndio são influenciados, entre outros fatores,
pela quantidade e natureza dos materiais combustíveis na edificação (IT 02/2001 –
Instrução Técnica).
Apesar da intensa aplicação do concreto polímero em diversos países, no
Brasil ele não tem tido uma utilização considerável. Isso se deve, provavelmente, ao
custo do compósito final pela utilização do aglomerante resina e o desconhecimento
de suas propriedades e aplicações (GORNINSKI et al., 2004). Em função disso,
alguns estudos estão sendo desenvolvidos visando a disponibilização de alternativas
mais econômicas. Uma destas alternativas baseia-se na substituição da resina
virgem por composições que utilizam resíduos, como é o caso da resina reciclada a
partir do PET (REBEIZ, 1995; JO et al., 2007; MAHDI et al., 2007).
Segundo Fowler (2001), os poliésteres insaturados produzidos a partir da
reciclagem do PET podem ser uma fonte de resina com custo mais baixo, além de
contribuir para a economia de energia. A utilização da reciclagem deste polímero
para tal fim é bastante vantajosa, pois sua limpeza e a separação por cores de
garrafas não precisa ser tão criteriosa, já que o produto final absorve estes
componentes. Além disso, podem-se aproveitar até mesmo as unidades já
depositadas nos lixões e que, por apresentarem sinais de sujeira, não serão
recicladas, pois o processo de limpeza pré-reciclagem é oneroso (IGNÁCIO, 2003).
As principais propriedades do PET que justificam a sua grande utilização em
embalagens são: alta transparência, boa vedação e barreira a gases e alta
resistência mecânica. O processo de injeção-estiramento-sopro, ao qual a resina é
submetida na produção das embalagens, promove uma bi-orientação molecular,
contribuindo para aumentar suas características físicas. Por tais propriedades, o
PET também se insere no mercado das resinas com maiores índices de crescimento
nacional nos últimos anos. Segundo estatísticas da Associação Brasileira da
Indústria do PET (Abipet), este crescimento aumentou cerca de 350%, de 1994 a
2007. Primeiramente, substituiu o vidro nas bebidas carbonatadas, conquistando, a
partir deste marco, aplicações em diferentes segmentos de mercado e, hoje, é
17
responsável por índices importantes de consumo como: 95% das embalagens de
maionese, cerca de 90% das de vinagre e 100% dos isotônicos (RETO, 2008).
O considerável aumento de utilização do PET acaba por acarretar um
incremento no descarte pós-consumo, gerando problemas ambientais severos.
Segundo a Abipet, o consumo de PET para embalagens foi estimado em 348.000
toneladas no ano de 2006. Destes, apesar de estar crescendo a cada ano, 51,3%,
ou seja, 194.000 toneladas, passaram por um processo de reciclagem. O restante
ainda tem como destino final os aterros sanitários (ABIPET, 2007). Neles, os
produtos plásticos, como é o caso do PET, acabam por prejudicar a decomposição
dos produtos orgânicos, criando uma “camada” que impede a aeração e a infiltração
de água necessária para o processo de compostagem.
Quanto à fase inorgânica do PC, o agregado frequentemente utilizado é a
areia de rio (ORAK, 2000; MARÍN et al., 2003; GOPAL, 2006; JO et al., 2007;
GORNINSKI et al., 2007; JO et al., 2008). A areia é um material já consagrado na
utilização em matrizes cimentícias e poliméricas, especialmente por apresentar
partículas arredondadas, o que proporciona uma melhor interação entre aglomerante
e agregado (MEHTA e MONTEIRO, 1994), além de ser facilmente encontrada na
maioria das regiões.
A adição de filers é normalmente associada aos compósitos poliméricos,
principalmente, porque contribui tanto no aspecto mecânico quanto no químico, pois
o filer colabora para a redução da porosidade do produto final (GORNINSKI, 2002).
Dentre os materiais incorporados para este fim, destacam-se o carbonato de cálcio e
a cinza volante.
De acordo com Jo et al. (2008), a incorporação das partículas finas e
esféricas do carbonato de cálcio na composição do PC garante ao composto fresco
uma maior plasticidade e lubrificação. Além disso, os autores afirmam que, no
estado endurecido, o compósito produzido apresenta maiores propriedades de
resistência mecânica e superfície com melhor acabamento.
A cinza volante já é considerada um residuo com utilização consagrada na
indústria da construção civil, principalmente em matrizes cimentantes. Sua
incorporação em substituição ao cimento na produção do concreto já se tornou uma
18
prática comum, agregando um aspecto ambiental menos impactante à indústria
produtora do cimento Portland.
Segundo Isaia e Gastaldini (2004), para diminuir o impacto ambiental da
fabricação do cimento, desde a segunda metade do século XX, parte deste
aglomerante tem sido substituída por uma ou mais adições minerais, geralmente
subprodutos industriais inicialmente depositados como rejeito, como é o caso da
cinza volante. A indústria da construção civil é o setor que mais emprega
subprodutos da combustão do carvão, onde se destacam, além da incorporação no
cimento, aplicações em concretos e argamassas, em processos de estabilização sob
pressão, aterro sem funções estruturais, solos modificados para rodovias, pistas e
edificações, além de ser utilizado como filer em misturas betuminosas (ROCHA,
1999).
Apesar de ser um subproduto da queima do carvão, este rejeito apresenta
características constitucionais propícias para incorporação em compostos
poliméricos, reduzindo a sua porosidade, o que torna o compósito mais durável
(GORNINSKI, 2002). No caso dos compósitos poliméricos, a inserção de cinza
volante em detrimento ao carbonato de cálcio, normalmente utilizado, contribui para
a produção de concretos poliméricos igualmente eficientes, porém com caráter
ecológico.
Além destas adições, os compósitos poliméricos podem conter outros tipos de
aditivos de acordo com as suas aplicações e propriedades. Quanto à resistência ao
fogo, por exemplo, sabendo-se que os compósitos poliméricos em geral são
suscetíveis à propagação de chamas, a adição de compostos como alumina e
sulfato de cálcio a matrizes poliméricas propiciam, além de um melhor desempenho
mecânico e resistência química, uma melhor performance frente às situações de
incêndio, pois reduz a flamabilidade do material (CORREIA, 2007).
Relacionado ao assunto em foco, o estudo de Grijó e Baasch (2008)
investigou a possibilidade de recuperar resíduos provenientes da indústria do surfe
(polímeros) utilizando-os como substituto parcial da areia média lavada, em traços
de concreto de cimento Portland, para produção de artefatos. Com o avanço dos
estudos, constatou-se a necessidade de se incorporar um antichama, a fim de se
reduzir a sua flamabilidade e ser possível utilizá-lo com segurança. O componente
19
adicionado neste estudo foi a alumina hidratada, a qual garantiu que as amostras
submetidas a temperaturas acima de 100°C ficassem ú midas, inibindo a chama-
piloto do aparelho.
A alumina trihidratada é um produto comercialmente utilizado como retardante
de chamas para polímeros. Quando adicionada ao polímero e em contato com o
fogo, a alumina se decompõe em uma reação que absorve calor e contribui com a
redução da temperatura do material. A água liberada dilui os gases combustíveis na
chama. A formação de óxido de alumínio (Al
2
O
3
) age como uma camada protetora
na superfície do material, reduzindo a difusão do oxigênio para o meio reativo, o que
dificulta a troca de calor e, portanto, a propagação do fogo (RABELLO, 2000).
Frente ao exposto, e sabendo-se da existência no mercado de produtos
patenteados que, quando adicionados à resina, tornam o material mais resistente ao
fogo, esta pesquisa se propõe a avaliar a eficiência da adição do resíduo alumina de
polimento (Al
2
O
3
) para análise da combustibilidade em compósitos poliméricos (PC).
A possível utilização de um resíduo como retardante de chamas, além de dar
destinação a um rejeito atualmente descartado em aterros industriais, irá
proporcionar à empresa geradora a possibilidade de transformá-lo em um co-produto
e assim, comercializá-lo. Além disso, a empresa deixará de ter um custo mensal
para o descarte deste rejeito, já que a indústria local fornecedora tem enviado cerca
de 1 tonelada/mês a um aterro industrial.
Os resultados obtidos com a incorporação do resíduo alumina de polimento
serão então comparados com as amostras contendo retardante de chamas de uso
comercial (alumina trihidratada), a fim de obterem-se parâmetros de eficiência
confiáveis.
Desta forma, os compósitos propostos neste estudo serão elaborados com
elementos residuários, como é o caso do PET (resina), cinza volante (filer) e alumina
de polimento (retardante de chamas), acreditando-se que esta composição possa
contribuir para os estudos de novos materiais, os quais venham a colaborar para o
desenvolvimento sustentável da indústria da construção civil.
20
1.2 Objetivos
a) Geral:
Esta pesquisa tem como objetivo geral produzir compósitos de concreto
polímero de elevada resistência mecânica, durabilidade e resistentes à ação do
fogo. Os compósitos serão produzidos com uma resina poliéster insaturada reciclada
a partir do PET, com incorporação de resíduos industriais em subtituição a adições
comerciais (retardante de chamas), tornando-os economicamente mais atrativos,
além de ambientalmente sustentáveis.
b) Específicos:
1°) Estudar a viabilidade de utilização do resíduo industrial alumina de polimento
como retardante de chamas em substituição à alumina trihidratada comercial;
2°) determinar as propriedades mecânicas das compos ições propostas através dos
ensaios de resistência à compressão e tração na flexão;
3°) relacionar a porosidade obtida nos compósitos d e concreto polímero com estas
adições, analisando-se a influência desta nas propriedades mecânicas das
diferentes composições;
4°) analisar a velocidade de propagação da chama na s amostras compostas pelos
dois retardantes propostos neste estudo, bem como em amostra referência, sem
adições de retardantes;
5°) avaliar a influência do calor nas resistências mecânicas dos compósitos após
permanência em forno nas temperaturas de 125°C, 225 °C e 325°C;
6°) determinar parâmetros comparativos gerais de ef iciência entre os dois
retardantes de chamas do estudo, através da análise microscópica em MEV,
analisando a interação entre o aglomerante, agregado e adições antes e após o
contato com o fogo.
21
1.3 Estrutura da pesquisa
Este trabalho foi estruturado em cinco capítulos, os quais apresentam os
seguintes conteúdos:
O capítulo 1 apresenta uma introdução do assunto desta pesquisa, com
ênfase na relevância do estudo em questão e da utilização de resíduos em
compósitos poliméricos, bem como os objetivos e estrutura da pesquisa proposta.
O segundo capítulo é composto pela revisão da literatura a qual trata dos
processos de resistência ao fogo dos materiais, sobre o histórico e as aplicações
dos compósitos poliméricos, bem como o processo de combustão em polímeros e os
aditivos habitualmente utilizados nestes compósitos. Por fim, a última parte deste
capítulo trata da sustentabilidade ambiental e sua relação com a indústria da
construção civil.
O capítulo 3 apresenta a pesquisa experimental, onde são abordadas a
escolha e caracterização dos materiais sugeridos para esta pesquisa, bem como os
processos de mistura, moldagem e cura dos compósitos e a metodologia de ensaios
adotada para o PC. Por fim, este capítulo trata das análises preliminares para a
determinação das composições do programa experimental definitivo, onde foram
então propostas as dosagens estudadas.
No capítulo 4 são apresentados e analisados os resultados obtidos no
programa experimental para os ensaios de resistência mecânica, de
combustibilidade e da microestrutura dos compósitos.
O capítulo 5 mostra as conclusões obtidas nesta pesquisa, além das
sugestões para os trabalhos futuros com relação ao tema proposto neste estudo.
22
2. REVISÃO DA LITERATURA
Neste capítulo serão revisados os conceitos de concreto polímero, os
componentes e especificações da composição, bem como as suas propriedades
gerais e aspectos de resistência ao fogo, reciclagem e aproveitamento de resíduos
sólidos.
2.1 Processo de resistência ao fogo
2.1.1 Conceituações e aspectos relevantes
Assim como o concreto produzido a partir de um aglomerante convencional,
cimento Portland, necessita ser estruturado com barramento metálico para resitir aos
esforços de tração, o PC também apresenta suas deficiências. Seu excelente
comportamento mecânico fica prejudicado em caso de incêndio, devido a sua baixa
resistência a chamas e tendência a propagar o fogo. Sendo esta característica
comum a grande maioria dos polímeros, já existem produtos patenteados
(retardantes de chamas) que, quando adicionados à matriz do polímero, conferem
ao produto final uma maior resistência à ignição e propagação de chamas (Han et
al., 2001).
A combustibilidade dos polímeros abrange também uma questão ecológica
indiretamente, pois a maioria dos retardantes comerciais adicionados aos polímeros
são compostos aromáticos, os quais contêm halogêneos (clorados e bromados) e
metais pesados, podendo ser poluentes. Quando acontece a combustão dos
polímeros com estas adições, estes produtos, como os dioxanos, emitem gases
tóxicos para a atmosfera (LOMAKIN et al., 1999).
A tabela 2.1 apresenta o consumo de alguns tipos retardantes de chamas em
algumas regiões do mundo (TROMBINI, 2004), o que demonstra a grande
preocupação das principais potências mundiais em relação à segurança e
prevenção de incêndios.
23
Tabela 2.1: consumo de retardante de chamas por região e tipo de
componente e valores investidos.
TIPO DE
COMPONENTE
Estados
Unidos
Leste
Europeu
Japão
Asia Quantida-
de total
Valor
(milhões de
dólares)
Compostos
bromados
68,3 51,5 47,8 97 264,6 790
Compostos
organofosforados
57,1 71 26,0 19 175,1 435
Compostos clorados
18,5 24,7 2,1 20 65,4 116
Alumina trihidratada
(ATH)
259
160
42
>9
>470
260
Óxidos de antimônio
28 23 15,5 >20 >86,5 327,5
outros
42,7 29,8 10,5 >83 >149,5 -
TOTAL
474,6 360 143,9 >165 1.444,5 2.078
FONTE: TROMBINI, 2004
Segundo Berto (1988), para que se conheça o verdadeiro perigo que cada
elemento construtivo oferece à integridade da edificação, é necessário qualificar
estes elementos, determinando seu desempenho e sua resistência frente ao fogo.
Dentre outros fatores determinantes para a segurança contra o incêndio, a escolha
dos materiais de construção e acabamentos torna-se essencial, pois a grande
maioria dos acabamentos e mobiliários necessitam de um nível baixo de calor para
iniciar o seu processo de ignição (KATO et al., 1988).
Além da ignição, a evolução do incêndio depende de outros fatores
determinados pelas condições locais, como o tamanho da edificação, a existência ou
não de aberturas ou passagens de ar, visto que sem o oxigênio, a reação térmica
cessa, acabando-se o fogo (KATO et al., 1988). De acordo com Berto (1988), os
fatores que influenciam na evolução da temperatura e no desenvolvimento do fogo
são:
a) quantidade, tipo e distribuição dos materiais de construção (carga térmica);
b) suprimento de ar no ambiente, conforme já citado;
c) porosidade e forma dos materiais combustíveis;
d) formato do recinto;
e) características térmicas dos materiais empregados neste projeto.
24
Para previnir estes fatores, é necessário entender-se o processo do incêndio.
Na medida em que o fogo se espalha sobre a superfície do material após a ignição,
o processo de combustão torna-se cada vez mais influenciado pela ambiente como
um todo. O calor necessário para que o incêndio se propague é proveniente do fogo
dos objetos constituintes, aumentando a razão da queima dos materiais. À medida
que uma camada de gases e fumaça se armazena próxima ao teto, surgem fluxos
de energia radiante. O autor garante que se a razão de queima for suficiente para
elevar o nível de radiação de entre 1,7 e 2,1 W/cm
2
, todos os materiais combustíveis
do ambiente irão entrar em ignição. Este momento é chamado de flashover ou
estado de inflamação generalizada, conforme esquematizado na figura 2.1. O tempo
que decorre até que ocorra o flashover é extremamente importante, pois indica o
tempo máximo de escape para os ocupantes do prédio (KATO et al., 1988).
A figura 2.1 apresenta a elevação da temperatura através do tempo,
determinando uma curva-padrão para um incêndio genérico.
TEMPERATURA
C
ENSAIO DE PROPAGAÇÃO
SUPERFICIAL DE CHAMAS
FLASHOVER
INÍCIO
CRESCIMENTO
FASE ESTÁVEL DECLÍNIO
TEMPO
Figura 2.1 – curva-padrão tempo x temperatura para um incêndio genérico.
Fonte: KATO et al., 1988.
Nesta figura, determinada para um incêndio genérico, está posicionado o
momento de flashover, o qual está relacionado com o ensaio de propagação
superficial de chamas, realizado em laboratório. Estes tipos de ensaios demonstram
o comportamento do material ensaiado, determinando se o mesmo será ou não
contribuinte para o aumento do incêndio.
25
Os estudos iniciais que determinaram a curva-padrão de elevação da
temperatura em função do tempo de incêndio foram criados, no início do século XX,
no National Bureau Standards e no British Fire Prevention Committee (BERTO,
1988). Estes estudos constituíram-se de uma série de experimentos de fogo em
verdadeira grandeza. Com as temperaturas encontradas nestes experimentos e com
os valores observados em incêndios reais, foi então estabelecida uma curva de
elevação padronizada de temperatura em função do tempo, que se trata de uma
simplificação das reais condições de um incêndio.
A figura 2.2 mostra a elevação padronizada da temperatura em função do
tempo (curva-padrão), em comparação com as características de incêndios reais.
Figura 2.2 – comparação entre a curva padronizada de temperatura (_._._._) x
tempo e uma curva típica de um incêndio real (_____).
FONTE: BERTO, 1988.
Segundo Berto (1988), a área sob a curva padrão representa a quantidade de
calor transferida da superfície exposta ao fogo para o interior do elemento, isso se
tomando como parâmetro que a troca de calor entre dois corpos é proporcional à
diferença de temperatura entre eles e à duração do fenômeno.
Braun (2007) explica que, em uma situação real de incêndio, na primeira fase
do fogo, após a ignição e anteriormente ao flashover, existe a propagação do fogo e
26
a temperatura aumenta e atinge entre 300ºC e 500ºC. Na segunda etapa, após o
flashover, a temperatura do ambiente aumenta rapidamente, chegando a atingir
1000 ºC, tornando-se uniforme pelo compartimento. Depois desta fase, o fogo
regride, o que reduz a temperatura do ambiente como um todo.
Atualmente, discute-se, mundialmente, a questão dos códigos e
regulamentações baseados em desempenho (performance-based codes), entre os
projetistas e especialistas em segurança contra incêndio. O atual desenvolvimento
tecnológico disponibiliza a adoção de novos materiais e sistemas construtivos, novas
alternativas e soluções técnicas, que não estão descritos nos tradicionais códigos
prescritivos, o que prejudica a sua avaliação de desempenho (Ono, 2007).
2.1.2 Normatização mundial
A flamabilidade dos materiais de construção tornou-se uma precupação
latente dos órgãos governamentais, afinal esta propriedade pode ser responsável
por acidentes fatais, tanto por gerar colapsos na estrutura da edificação quanto pela
emissão de possíveis gases tóxicos, impedindo o escape dos ocupantes da
edificação.
O National Building Code (NBC) do Canadá apresenta restrições importantes
relacionadas ao controle da ignição do fogo em materiais de construção. Segundo a
norma CBD 249 – Control of ignition in Building Materials (CLARK, 2008), algumas
definições são importantes de serem esclarecidas para que se conheça a dinâmica
do processo de incêndio. Dentre elas, pode-se destacar:
● ignição: a iniciação de uma combustão sustentada;
● combustibilidade: consiste na propensão de um material a queimar;
●temperatura de ignição: temperatura mínima onde uma amostra irá inflamar-
se espontaneamente sem a presença de chamas ou faíscas;
● ponto de flash: temperatura onde um material inflama-se e mantém
combustão;
● chama: fonte de ignição mais comum. Quanto maior a chama, maior se
torna radiativa a sua ignição. Uma chama de partida transfere o calor primeiramente
por convecção
1
. Chamas maiores, com 0,5 metros ou mais, transferem o calor em
27
um primeiro momento por radiação e pode provocar ignição em materiais sem entrar
em contato diretamente com eles.
● faíscas: geram temperaturas muito altas em pequenos espaços de tempo,
principalmente quando provoca ignição em contato com um gás;
● tempo de exposição: este tempo é bastante critico para o processo de
incêndio, já que o fogo pode ser gerado por uma intensa fonte de calor em um curto
espaço de tempo, ou também, por um calor bem menos intenso, mas por um longo
espaço de tempo;
● ignição secundária: propagação do fogo gerado pela ignição dos materiais
que circundam o elemento que primeiro foi inflamado. Nesta segunda ignição, a
fonte de calor é maior que a primeira, o que torna o ambiente ainda mais perigoso.
Segundo esta norma, as estratégias de prevenção de incêndio podem ser
dividas em duas classes:
a) proteção ativa: trata-se de técnicas de prevenção ativadas após a ignição
do fogo. Dentre as mais utilizadas, podem ser citadas: os sprinklers, os extintores a
base de dióxido de carbono, por exemplo, ajudando a dissipar o oxigênio necessário
para propagar o fogo;
b) proteção passiva: são medidas tomadas durante o processo de construção
da edificação as quais não necessitam ativação. São exemplos destas técnicas:
salas corta-fogo, revestimentos para proteção de materiais combustíveis,
retardantes de chamas e, cuidado com a localização dos elementos construtivos
combustíveis.
De acordo com as orientações da CBD-249, a adição de substâncias
químicas a materiais pode controlar o comportamento do fogo. Estes retardantes,
segundo a sua tipologia, podem simplesmente absorver o calor ou causar a
liberação de vapores de água.
1
CONVECÇÃO: A convecção é um processo de transporte de massa caracterizado pelo
movimento de um fluido devido à sua diferença de densidade, especialmente por meio do calor.
Outras formas de transmissão de calor são a condução térmica e a irradiação térmica. Disponível em:
< http://pt.wikipedia.org/wiki/Convec%C3%A7%C3%A3o> acesso em 12/abril/2008.
28
Esta norma cita como exemplo de material geralmente utilizado para estes
fins, a alumina. Outros retardantes com fósforo em sua composição, por sua vez,
derretem com a presença do calor, formando uma “camada” sobre o material,
dificultando a passagem deste calor para o interior do material (CLARK, 2008).
De acordo com Berto (1988), os ensaios de resistência ao fogo, onde
amostras representativas dos elementos avaliados são submetidas a altas
temperaturas, são capazes de predizer o desempenho do material em questão
frente às condições de um incêndio real. Desta forma, os ensaios propõem que os
materiais apresentem parâmetros comparativos entre si, classificando os materiais
de construção, neste caso, quanto a sua estabilidade (elementos estruturais),
integridade (elementos sem função portante), estanqueidade e isolamento térmico.
No Brasil, segundo a NBR 14432:2001, os elementos estruturais devem
atender a certas condições para que, em situação de incêndio, seja evitado o
colapso estrutural, atendendo requisitos de estanqueidade e isolamento, para que
possa possibilitar a fuga dos ocupantes da edificação em condições de segurança.
Além disso, a edificação deve suportar os danos do fogo por tempo suficiente para
que as operações de combate ao incêndio possam ser efetuadas de forma segura e
para que as edificações do entorno e a área pública sejam resguardadas.
Nesta norma, para a análise das estruturas, o incêndio é baseado na relação
entre a temperatura dos gases produzidos e o tempo, expressa por uma curva, a
qual permite determinar a temperatura máxima do elemento estrutural que este deve
suportar. Já a severidade do incêndio depende da geometria e do uso da edificação,
variando de acordo com os tipos de ocupação e dos materiais empregados.
As instruções técnicas (IT) do corpo de bombeiros de São Paulo, referentes
ao decreto 46.076/2001 cita, em diversas situações, a necessidade de controle nas
utilizações de materiais que possuam baixa combustibilidade, a fim de minimizarem-
se os danos e a propagação do incêndio. Dentres as IT, destaca-se:
● IT 02/2001: Esta instrução técnica ressalta que as medidas passivas de
prevenção de incêndio incluem o controle e a escolha correta dos materiais
especificados para a edificação. Além disso, enfatiza que estes materiais são os
responsáveis pelo tempo que o incêndio gasta até alcançar o flashover, momento
crítico do incêndio. Esta norma aponta ainda que a possibilidade de um foco de
29
incêndio extinguir-se ou evoluir depende de três fatores principais: natureza,
distribuição e quantidade de materiais combustíveis.
Na Europa, por outro lado, o GNFSC (Global Natural Fire Safety Concept),
desenvolvido em 1994, e estabelecido por 11 países europeus e hoje agregado às
normas européias, destaca princípios de segurança para os ocupantes da
edificação. Estes princípios baseiam-se na otimização do uso dos materiais e no
comportamento de cada material frente à sua resistência ao fogo, acreditando-se,
com isso, reduzir os investimentos em ações preventivas de incêndios nas
edificações. Desta forma, de acordo com a análise de incêndios reais para a criação
de modelos de fogo, as normas européias apresentam maneiras de se conhecer o
real efeito das medidas de segurança adotadas para as construções na prevenção
ao fogo (BRAUN, 2007).
Conforme a harmonização de ensaios feita pela Comissão de Normalização
Européia, o desempenho dos materiais de construção em relação ao fogo é dividido
em três classes: (a) a reação ao fogo; (b) a resistência ao fogo; (c) a reação à
exposição externa à chama. No primeiro grupo, o parâmetro escolhido para
caracterizar a reação ao fogo dos materiais é a sua combustibilidade, medido por
várias grandezas que, em geral, visam à determinação do tempo de um processo de
combustão e da velocidade de propagação superficial de chama (INEGI, 2007).
Dentre elas, destacam-se as normas EN ISO 1182:2002 e a ISO 9705, as quais
verificam a capacidade dos materiais sofrerem a ignição e contribuirem para o
desenvolvimento do incêndio.
Frente ao exposto, e com base nas normas referidas, verifica-se que o
conhecimento das propriedades dos materiais empregados na construção civil torna-
se essencial para a avaliação geral da segurança, tanto como medida de
conservação da edificação, quanto para a vida do usuário.
2.2 Compósitos Poliméricos
2.2.1 Histórico e aplicações
De acordo com Silva Filho e Garcez (2007), o desenvolvimento de compósitos
de alto desempenho é considerado uma das áreas de maior interesse do século XXI,
30
segundo pesquisa desenvolvida em 2001 pela National Science Foundation. Os
compósitos são considerados como produtos formados pela combinação inteligente
de dois ou mais materiais, com propriedades diferentes, que podem ser facilmente
identificáveis, mesmo após a combinação.
Os concretos poliméricos têm recebido uma considerável atenção pelo
mercado da construção civil nos últimos 60 anos. Estes compósitos, basicamente,
são constituídos pela substituição parcial ou total do aglomerante, cimento Portland,
por resinas poliméricas. De acordo com suas propriedades, composições e
conseqüentes aplicações, os compósitos podem ser classificados em três categorias
diferentes: PIC (concreto impregnado por polímero) e PIM (argamassa impregnada
por polímero, PMC (concreto modificado por polímero) e PMM (argamassa
modificada por polímero), PC (concreto polímero) e PM (argamassa polimérica).
2.2.1.1 Concreto impregnado por polímero
O PIC foi o primeiro compósito polimérico divulgado para o mercado da
construção civil, após pesquisas realizadas pelo Brookhaven National Laboratory e
pelo Bureau if Reclamation nos Estados Unidos, em 1965, apesar dos russos
garantirem tê-lo inventado anteriormente. Este tipo de compósito consiste em um
concreto de cimento hidratado e curado, o qual recebe um monômero de baixa
viscosidade, geralmente metil metacrilato, que polimeriza por radiação ou catálise
térmica. Via de regra, o PIC apresenta resistência à compressão de 3 a 4 vezes
maior do que o concreto convencional, além de excelente resistência à tração na
flexão, ótima durabilidade, resistência frente a meios ácidos, por conta,
principalmente, da sua baixa permeabilidade (FOWLER, 1999).
Por se tratar de um compósito de alta resistência mecânica e grande
durabilidade frente a meios agressivos, até mesmo abrasivos, este material tem sido
bastante aplicado em dormentes para estradas de ferro, pavimentação de pontes e
fábricas, tubulações de esgoto, flutuadores, tanques de armazenagem para água do
mar, piscinas, entre outros (UNITED NATIONS, 2002).
O processo produtivo do PIC consiste, basicamente, na secagem e cura do
concreto de cimento Portland no seu método convencional, e após, a remoção a
vácuo do ar nos poros da superfície do produto e a posterior injeção de monômeros
31
de baixa viscosidade. Estes monômeros serão polimerizados por meio de radiação,
calor ou iniciação química, resultando na formação de uma segunda matriz, se os
poros forem interconectados através do material (GEMERT et al., 2005).
O processo de impregnação do concreto pode ser completo ou parcial.
Segundo Gorninski (1996), a impregnação completa consiste em 4 etapas:
secagem, remoção de ar aprisionado no concreto, saturação com o monômero e
impermebilização final do compósito.
A secagem do concreto, neste caso, determina a quantidade de água livre
que ocupa os vazios incorporados, os quais serão preenchidos pelos monômeros.
Desta forma, é importante que a secagem seja realizada por vácuo ou através da
indução com calor, para a remoção desta água.
A remoção do ar incorporado também é uma etapa importante para ampliar a
eficiência da penetração do monômero, pois este ar pode reduzir a sua velocidade
de penetração, prejudicando a saturação de concreto convencional, a qual consiste
em envolver a peça totalmente pelo monômero utilizado.
Após o processo de impregnação do concreto, as peças são
impermeabilizadas, recebendo um filme de polietileno ou sendo envolvidas por
folhas de alumínio, a fim de reduzir a evaporação do monômero durante o seu
processo de polimerização. Esta evaporação ocorre quando os monômeros
utilizados na impregnação são aqueles de alta pressão de vapor.
Já o processo de impregnação parcial é normalmente utilizado em situações
onde a durabilidade do composto é prioritária para o produto final, e não a
resistência mecânica. Com esta técnica de impregnação, obtem-se um produto
impermeável à água e muito resistente a meios ácidos e à abrasão (GORNINSKI,
1996).
Neste caso, para garantir-se a proteção desejada com menor quantidade de
impregnação de monômeros, a sua viscosidade e pressão de vapor são
determinantes na escolha do monômero. O poliéster e o epóxi, por exemplo,
apresentam baixa velocidade de difusão, o que torna o processo de penetração mais
controlável, pois a profundidade desta penetração é, normalmente, determinada pela
viscosidade deste monômero e da superfície da peça onde será aplicado.
32
Apesar de ser de 60 a 80% mais caro do que o concreto convencional, o PIC
aumenta a qualidade do concreto, podendo ter alta resistência mecânica com peças
mais esbeltas e, portanto mais leves. Além disso, a alta durabilidade reduz seu
processo de manutenção, além de viabilizar o uso do concreto em ambientes
deteriorantes (UNITED NATIONS, 2002).
2.2.1.2 Concreto modificado por polímero
O PMC consiste em um concreto convencional com adição de monômero
antes da sua cura, ou seja, um compósito que possui dois tipos de aglomerantes, o
cimento Portland e um polímero. Geralmente, os monômeros utilizados são o SBR
(borracha de butadieno-estireno), o acetato polivinílico e o polimetil metacrilato.
Além disso, o PMC assemelha-se ao processo produtivo do concreto convencional,
podendo ser moldado in loco, o que aumenta a sua aceitação no mercado da
construção civil (FOWLER, 1999).
O processo de produção do PMC consiste na adição de um polímero
(dispersão polimérica em água) à mistura do concreto no seu estado fresco, o qual
fica assim formado por dois aglomerantes ativos. Desta forma, durante a hidratação
e cura do cimento, ocorre a formação do filme polimérico (GEMERT et al., 2005).
Segundo Fowler (1999), se comparado a outros compósitos, como o concreto
polímero, este tipo de concreto torna-se mais viável economicamente, já que utiliza
componentes poliméricos em menor quantidade. Além das questões econômicas, a
utilização de monômeros como o poli metil metacrilato permite ainda que o
compósito fique colorido, o que o torna atrativo para acabamentos e composições
arquitetônicas.
2.2.1.3 Concreto polímero
Primeiramente, o concreto polímero foi utilizado para fazer reparos em
estruturas de concreto convencional, sendo então inserido no mercado norte
americano por volta de 1950. Hoje, o concreto polímero tem diversas aplicações,
principalmente nos países desenvolvidos. Segundo alguns autores, (TYBERG et al.,
1999; FOWLER, 1999), os compostos de matrizes poliméricas podem ser
33
alternativas eficientes no futuro para a substituição ao concreto armado, ao aço e em
muitos elementos estruturais da construção civil.
O concreto polímero difere-se dos outros compósitos poliméricos, pois neste
caso, ocorre a substituição total do aglomerante, cimento Portland, por uma resina
polimérica. Esta resina aglomerante é um monômero catalisado, podendo ser do tipo
poliéster, epóxi, acrílico, poliuretano, entre outros. Dentre estas, as resinas
comumente utilizadas na indústria da construção civil são a resina epóxi e a
poliéster, sendo esta mais economicamente vantajosa (CZARNECKI et al., 1999).
Muitas são as aplicações possíveis do concreto polímero, até mesmo para a
produção de bases para máquinas industriais. Isso se deve, principalmente, ao seu
alto poder de amortecimento da vibração, o que torna a estrutura mais durável,
resistente, e, principalmente, o ambiente muito menos ruidoso, agregando qualidade
ao trabalho dos operários. Podem-se citar, entre outras aplicações, os blocos
resistentes para pisos, devido sua alta resistência ao impacto, resistência química, e
baixa permeabilidade, proporcionando grande resistência ao tráfego pesado, aos
agentes químicos e à água (ORAK, 2000; BIGNOZZI et al., 2000).
Sabe-se que o concreto polímero apresenta, além do bom desempenho
mecânico e resistência à oxidação se comparado ao concreto armado, uma maior
durabilidade para estruturas que sofrem processo de congelamento, diferente do
concreto convencional. Além das propriedades citadas, as quais reduzem a
necessidade de manutenção das estruturas em concreto polímero, o seu rápido
tempo de cura também pode ser considerado como uma grande vantagem na
produção de pré-moldados, já que as peças podem ser retiradas das fôrmas em
poucas horas. Quando a utilização é destinada aos revestimentos e aos reparos, a
estrutura pode voltar ao uso de um dia para o outro, pois estudos mostraram que
com um dia de cura, argamassas poliméricas adquiriram mais de 90% da resistência
final (GORNINSKI et al., 2004).
Nos Estados Unidos, por exemplo, o concreto polímero está sendo utilizado
em pavimentações, pontes e indústrias petroquímicas. Já no Canadá e Japão, o PC
vem sendo aplicado nas construções subterrâneas e em pavimentações. Na Europa,
destina-se, principalmente, para a produção de estruturas pré-moldadas,
reservatórios, tubulações e revestimentos para as indústrias químicas e de
34
alimentos. Além disso, por se tratar de um material com capacidade de reproduzir o
acabamento proposto em sua forma, incluindo texturas e possibilitando até o uso de
cores através dos pigmentos, o concreto polímero também vem sendo aplicado em
lajes, painéis para fachadas e balcões para estabelecimentos comerciais (FOWLER,
1998; DAVIES et al., 2006).
De acordo com Czarnecki (1999), o PC é um material heterogêneo, portanto,
suas propriedades podem ser variáveis. Esta variabilidade se deve, principalmente,
pela heterogeneidade das partículas dos agregados, polidispersão do agente
aglomerante (distribuição de cadeias longas), interface entre aglomerante e
agregados, entre outros.
Em geral, o desempenho dos compósitos de PC está diretamente ligado às
propriedades da resina utilizada. Entre outros fatores, a resina por si somente é
responsável pelo melhor desempenho mecânico do compósito. Entretanto, é com a
incorporação dos agregados que o PC adquire um melhor módulo de elasticidade,
além de torná-lo viável para a comercialização, já que a resina é responsável pelo
alto custo do produto final (GORNINSKI et al., 2004).
Quanto aos agregados, eles devem ser razoavelmente resistentes, atribuindo
rigidez e resistência ao PC (ORAK, 2000). Além disso, a sua granulometria e a forma
das partículas são muito importantes, pois irão determinar o consumo de resina no
compósito, o que poderá torná-lo mais ou menos acessível (SILVA et al., 2005).
Outro componente normalmente incorporado ao PC é o filer, o qual se trata
de um agregado de baixa granulometria, pulverulento. O filer é responsável pela
melhor união entre os agregados e a resina, os quais possuem massas específicas
substancialmente diferentes, além de conferir ao compósito uma maior resistência
mecânica. No estado fresco, entretando, o filer é responsável por uma melhora
considerável na trabalhabilidade da mistura (GORNINSKI et al., 2008).
Na tabela 2.2, pode-se conferir as propriedades comuns aos compósitos de
concreto polímero formados pelos aglomerantes polimetilmetacrilato, epóxi e
poliéster.
35
Tabela 2.2: Propriedades dos PC produzidos com as resinas poli metil
metacrilato, epóxi e poliéster.
RESINA
Densidade
(kg/dm
3
)
Absorção de
água (%)
Resistência à
compressão
(MPa)
Módulo de
elasticidade
(GPa)
Resistencia
a tração na
flexão (MPa)
POLI METIL
METACRILATO
2,0-2,4 0,05-0,60 70-210 35-40 30-35
EPÓXI
2,0-2,4 0,02-1,0 50-150 20-40 15-50
POLIÉSTER
2,0-2,4 0,30-1,0 50-150 20-40 15-45
FONTE: UNITED NATIONS, 2002.
Frente às propriedades apresentadas, fica claro que o PC possui
características próprias para aplicações onde são solicitados materiais de alto
desempenho e grande durabilidade.
Na tabela 2.3, pode-se observar as propriedades do PC em comparação ao
PIC e ao PMC.
Tabela 2.3: Tabela de propriedades típicas do PIC, PMC, PC.
COMPÓSITO
Resistência à
tração (MPa)
Módulo de
elasticidade
(GPa)
Resistência à
compressão
(MPa)
Absorção de
água (%)
PIC
10,5 42 140 0,6
PMC
5,6 14 38 -
PC*
22 28 120 -
FONTE: UNITED NATIONS, 2002.
Notas: - indica os dados não disponíveis.
* fonte: (GORNINSKI et al., 2004 e 2007).
Nesta tabela, observa-se que o comportamento mecânico dos compósitos
poliméricos apresentados pode ser considerado elevado, principalmente nas
resistências à compressão apresentadas pelo PIC e pelo PC. Estes tipos de
materiais são boas alternativas em situações onde são solicitadas maiores
resistências, principalmente na tração à flexão, propriedade não favorável do
concreto de cimento Portland. Por conta destas diferenças entre o concreto
polimérico e o concreto de cimento Portland, as avaliações referentes aos custos
devem ser avaliadas em função das propriedades e aplicações requeridas para cada
material.
36
2.3 Polímeros
2.3.1 Nomenclaturas e histórico
Polímeros são materiais compostos por macromoléculas, as quais se
constituem de cadeias compostas pela repetição de uma unidade básica, chamada
mero. O mero, por sua vez, é originado a partir de uma unidade chamada
monômero, matéria-prima rica em carbono, obtida do petróleo, gás natural, madeira,
álcool, carvão, e até do CO
2
. A polimerização trata-se das reações onde estas
moléculas se agrupam, onde seu grau determina o número de meros presentes na
cadeia polimérica (GORNINSKI e KAZMIERCZAK, 2007).
Segundo Callister (2002), os polímeros podem ser classificados quanto a
quantidade de tipos de meros na sua composição, sendo assim chamados de
copolímero, se for formado por mais de um tipo de mero, ou homopolímero, quando
a cadeia é constituída por apenas um tipo de mero.
Os copolímeros são ainda classificados quanto a sua ordenação, sendo
chamados estatísticos, quando não possuem qualquer ordenação. Por outro lado,
quando existe uma repetição de meros, porém de modo alternado, este é chamado
copolímero alternado. Entretando, se no caso alternam-se seqüências de unidades
químicas iguais, denomina-se copolímero em bloco. Porém, quando estes blocos
são ramificações ligadas à raiz da macromolécula, este copolímero é chamado
grafitizado ou enxertado, conforme ilustra a figura 2.3 (GORNINSKI e
KAZMIERCZAK, 2007).
Figura 2.3 – desenho ilustrativo dos tipos de copolímeros.
FONTE: ORÉFICE, 2008.
37
Quanto ao processo de polimerização, as reações se dividem em: por adição
ou por condensação ou policondensação. As polimerizações por adição são aquelas
formadas pelas reações sucessivas de monômeros contendo dupla ligação carbono-
carbono, chamados monômeros vinílicos. São exemplos deste tipo de reação, o
PVC (policloreto de vinila), o PP (polipropileno), PE (polietileno), entre outros
(CALLISTER, 2002).
Na policondesação, por sua vez, as reações químicas acontecem por etapas,
e, na maioria das vezes, envolvem mais de um tipo de monômero. Além disso, este
tipo de polimerização sempre gera uma pequena molécula que é eliminada durante
o processo, normalmente água, álcool, entre outros. São exemplos deste tipo de
reação: PET (poli tereftalato de etileno), ER (resina epóxi), PU (poliuretano), entre
outros (GORNINSKI e KAZMIERCZAK, 2007).
De acordo com as características referentes à fusibilidade, os polímeros
podem ainda ser divididos em dois grupos distintos: os termoplásticos, os quais
possuem cadeias lineares ou ramificadas, e os termofixos, os quais apresentam uma
estrutura tridimensional.
● Polímeros termoplásticos: Os termoplásticos são formados com moléculas
lineares as quais possuem uma ligação forte entre si, mas as forças de ligação
intermoleculares com as cadeias adjacentes são fracas, tipo Van der Waals, as
quais podem ser rompidas facilmente. Por conta desta estrutura, este tipo de
polímero acaba torna-se frágil com processos de aquecimento e resfriamento
(CALLISTER, 2002).
De acordo com estas propriedades, tais materiais possuem a capacidade de
amolecerem e fluirem quando submetidos à certa temperatura e pressão, permitindo
a sua moldagem. Após este ciclo, este tipo de polímero apresenta a vantagem de
poder ser remoldado, sendo assim recicláveis (ANDRADE, 2007).
De acordo com Gorninski e Kazmierczak (2007), os polímeros termoplásticos
podem possuir estrutura cristalina (estrutura química das cadeias em forma regular,
organizada) ou estrutura amorfa (moléculas com menor grau de orientação).
Naturalmente, seria muito difícil moldar-se um polímero com estrutura totalmente
cristalina, por conta da sua complexa natureza física. O grau de cristalinidade de um
polímero pode variar desde completamente amorfo, até 95% cristalino. O Nylon é
38
considerado um exemplo de sistema semicristalino. Já o polimetilmetacrilato é um
exemplo de polímero termoplástico de estrutura amorfa.
Para Andrade (2007), os polímeros termoplásticos são materiais de baixo
custo, alta produção, com fácil processamento, quando comparados a outros grupos
de materiais poliméricos.
São exemplos deste tipo de polímeros: o polietileno (PE), usado em
embalagens de brinquedos, vasilhames para líquidos corrosivos, entre outros; o
polipropileno (PP), usado em pára-choques de automóveis, carpetes,
eletrodomesticos, etc.; poli (cloreto de vinila) (PVC), vastamente utilizado na
construção civil, em esquadrias, tubulações, revestimentos; poli (acetato de vinila)
(PVA), componente principal de tintas de paredes e diversos adesivos, entre outros
exemplos.
● Polímeros termofixos: Este grupo de polímeros são materiais fluídos e que
podem ser moldados quando submetidos à certa temperatura e pressão, formando
ligações cruzadas entre as cadeias, e conseqüente solidificação. Porém, após atingir
sua rigidez, novas aplicações de calor e pressão não exercem influência sobre o
material, o que os torna infusíveis, insolúveis e, portanto, não capazes de sofrer
reciclagem para a produção de novos polímeros (ANDRADE, 2007).
O poliéster insaturado (UP) é um exemplo clássico deste tipo de polímero.
Este polímero é muito utilizado em embarcações (cascos), piscinas, resinas
aglomerantes para concreto polímero, entre outros. Além deste, a resina epóxi
também é um exemplo de polímero termofixo muito utilizado na indústria da
construção civil. Esta resina também tem sido utilizada para compósitos de concreto
polímero, além de ser empregada em tintas com alta resistência a ambientes
agressivos, como em banheiros, em substituição a azulejo e cerâmicas (GORNINSKI
e KAZMIERCZAK, 2007).
2.3.2 Tipos de polímeros – quanto ao tipo de aplicação
Os polímeros, naturais ou sintéticos, dividem-se, quanto a sua aplicação, em
3 grandes grupos: os elastômeros, as fibras e os plásticos. Os elastômero,
comumente conhecidos por borrachas, são materiais macromoleculares que exibem
39
elasticidade mesmo em temperatura ambiente. As fibras, por sua vez, são
compostas por macromoléculas lineares que, sendo estiradas, formam longos
filamentos. Já o termo plástico vem do grego e significa “adequado à moldagem”,
conforme será exposto abaixo (GORNINSKI e KAZMIERCZAK, 2007).
a) Elastômeros: Segundo Andrade (2007), nos elastômeros (borracha),
para sua melhor utilização, é necessário submete-lo a um processo de vulcanização,
ou seja, a formação de cadeias cruzadas, o qual torna o material mais resistente a
deformações. A adição de enxofre (maioria das vulcanizações), o qual liga-se às
cadeias poliméricas “amarrando-as”, tornando-as menos deslizantes, e por isso,
menos pegajosas e moles. As principais propriedades das borrachas vulcanizadas
são: a flexibilidade em baixas temperaturas, a resiliência e a alta resistência a óleos,
graxas, ácidos e bases.
A estrutura dos elastômeros é similar àquelas dos plásticos termofixos, porém
com menor quantidade de ligações cruzadas entre as cadeias. Existem também as
borrachas termoplásticas, as quais são compostas de partículas de borracha em
matriz termoplástica, possuindo características de flexibilidade e ainda, facilidade
para sofrerem processo de reciclagem (GORNINSKI e KAZMIERCZAK, 2007).
b) Fibras: As fibras são macromoléculas orientadas longitudinalmente,
tendo relação entre seu comprimento e diâmetro bastante elevada. As fibras são
normalmente adicionadas aos compósitos para aumentar propriedades da sua
matriz. No caso da construção civil, a fibra mais comumente utilizada é a fibra de
polipropileno. A fibra de carbono também tem vasta utilização neste setor, também
em compósitos híbridos, em conjunto com a fibra de vidro. Esta adição garante
maior rigidez ao compósito (SILVA FILHO e GARCEZ, 2007), visto que auxiliam na
resistência à ruptura da matriz.
As fibras de carbono são produzidas através do estiramento para que as cadeias
moleculares possam ficar alinhadas paralelamente ao eixo das fibras, que deve ser
preservado durante o processo de carbonização. Para Hollaway (1990), o seu
processo de produção inicia com um aquecimento das fibras a 250°C para previnir a
sua retração. Durante este aquecimento, dentro de uma atmosfera inerte, as fibras
40
absorvem oxigênio, mudando sua coloração de branca para amarela, e então para
marrom. Esta etapa é conhecida por carbonização e deixa a fibra livre de átomos de
hidrogênio e nitrogênio.
c) Plásticos: O plástico é, hoje em dia, a principal matéria-prima de muitos
produtos, embalagens e recipientes que utilizamos diariamente (CHÁVEZ et al.,
2002). Os plásticos são materiais compostos, principalmente, por um polímero
orgânico sintético que, mesmo apresentando solidez em temperatura ambiente, são
fluídos no momento do seu processamento, permitindo a sua moldagem, por ação
do calor e pressão (GORNINSKI e KAZMIERCZAK, 2007).
Dentre os diversos polímeros utilizados no mundo, o PET (poli tereftalato de
etileno) se destaca pela sua vasta utilização na indústria, principalmente na
fabricação de garrafas de refrigerante descartáveis, por sua leveza, transparência e
resistência a impactos. Sendo um polímero termoplástico, quando reciclado se
destaca por produzir resinas de poliéster não saturadas quimicamente que, segundo
Rebeiz (1994), Mahdi et al., (2007) e Jo et al., (2007) se corretamente formuladas,
podem ser misturadas com agregados inorgânicos para produzir concretos de
excelentes propriedades mecânicas.
2.3.2.1 PET
O PET apresenta boa resistência mecânica e química, além de ser excelente
barreira para gases e odores, preocupação básica da indústria de alimentos. Com
estas propriedades e massa específica (peso) menor que as embalagens
tradicionais, o PET mostrou ser o recipiente ideal para a indústria de bebidas em
todo o mundo, reduzindo custos de transporte e produção.
41
A equação 1 apresenta a formação do PET.
(1)
(Equação 1). – Equação de formação do PET
Fonte: ORÉFICE, 2008.
Na equação 1
acima,
percebe-se que
a seqüência entre colchetes se repete
como uma função do número de moléculas reagidas. Essa seqüência é usualmente
chamada de unidade de repetição (mero) e é uma característica básica de cada
polímero. O número de unidades de repetição n é denominado de grau de
polimerização e define a massa molar (ou peso molecular) da cadeia polimérica
(
GORNINSKI e KAZMIERCZAK, 2007).
A primeira amostra do PET foi desenvolvida pelos ingleses Whinfield e
Dickson, em 1941. As pesquisas que levaram à produção em larga escala do
poliéster começaram somente nos anos 50, em laboratórios dos EUA e Europa e
baseavam-se, quase totalmente, nas aplicações têxteis. Em 1962, surgiu o primeiro
poliéster pneumático. No início dos anos 70, o PET começou a ser utilizado pela
indústria de embalagens e sua chegada ao Brasil foi em 1988, primeiramente na
indústria têxtil. A partir de 1993, o PET passou a ser empregado em diversas
embalagens, mas principalmente em refrigerante (ABIPET, 2007). Atualmente, o
PET tem sido o principal polímero utilizado na indústria de alimentos para uso em
embalagens. Sua produção mundial foi estimada em 26 milhões de toneladas no
ano de 2000, com previsão de alcançar a marca de 55 milhões de toneladas em
2010 (FRADET e TESSIER, 2003). No Brasil, a produção de PET para garrafas vem
crescendo consideravelmente. Segundo a ABIPET (2007), a atividade de reciclagem
é crescente no país (tabela 2.4) apesar de recente, pois acontece somente a cerca
42
de 10 anos. Hoje, 30% dos mais de 5 mil municípios brasileiros não contam com
nenhum tipo de coleta e cerca de 200 possuem um sistema de coleta seletiva.
Estes, entretanto, são responsáveis pelo crescente índice de reciclagem
apresentado na tabela a seguir.
Tabela 2.4: Percentual de reciclagem de PET pós-consumo por ano no Brasil.
ANO
RECICLAGEM PÓS-CONSUMO
(mil ton)
ÍNDICE (%)
1994
13 18,8
1995
18 25,4
1996
22 21,0
1997
30
16,2
1998
40 17,9
1999
50 20,42
2000
67 26,27
2001
89 32,9
2002
105 35,0
2003
141 43,0
2004
167 47,0
2005
174 47,0
2006 194 51,3%
FONTE: ABIPET, 2007.
Segundo estimativas, em 2004, as embalagens de refrigerantes absorveram
70% da demanda nacional de PET (FERRO, 2002). Com isso, o PET tornou-se um
problema ambiental, por conta da grande quantidade produzida e de sua alta
descartabilidade. Sua reconstituição é de extrema necessidade, mas por muitas
vezes o PET deixa de chegar à indústria da reciclagem por ser descartado de forma
inadequada no meio ambiente, unindo-se ao lixo orgânico em aterros sanitários,
tornando estas áreas impossibilitadas de serem reaproveitadas para agricultura ou
construção (SISSINO e OLIVEIRA, 2000).
43
2.3.3 Processo de combustão em polímeros
Os materiais poliméricos são vastamente utilizados na indústria da construção
civil, transporte, alimentos, entre outros, onde a segurança em relação ao fogo é
crucial para a sua utilização. Para isso, estes polímeros muitas vezes recebem
adições que irão alterar e interferir em propriedades essenciais a formação do fogo,
como calor, combustível e oxigênio (TROMBINI, 2004).
De acordo com Rabello (2000), a combustão pode ser considerada como uma
seqüência de reações físicas e químicas onde substâncias reagem com o oxigênio,
liberando calor e formam produtos como a água e gás carbônico. O processo de
combustão dos polímeros envolve cinco estágios: aquecimento, pirólise, ignição,
propagação e extinção.
A figura 4 apresenta uma representação esquemática do processo de
combustão nos polímeros, em relação ao tempo e a temperatura.
Figura 2.4: Representação esquemática do processo de combustão.
Fonte: GALLO e AGNELLI, 1998 (apud RABELLO, 2000).
De acordo com o esquema representado na figura 7, as 5 fases apresentadas
possuem características diferentes, são elas:
a) aquecimento: a evolução desta etapa depende, basicamente, da
temperatura da chama e do tipo de polímero exposto. A velocidade do aumento da
temperatura do material depende do calor específico, da condutividade térmica, do
44
calor latente e do calor de vaporização. Neste estágio, polímeros termoplásticos, por
exemplo, amolecem ou fundem-se e começam a fluir.
b) pirólise: também chamada de decomposição, na pirólise ocorrem
liberações de pequenas moléculas, formando-se gases combustíveis
(hidrocarbonetos e hidrogênio), e gases não combustíveis, como dióxido e monóxido
de carbono. A decomposição térmica é um processo exotérmico, o que acaba por
elevar a temperatura do material polimérico.
c) ignição: a ignição poderá ocorrer se a produção de gases combustíveis for
suficiente e com isso, possivelmente, haverá a propagação da chama formada pela
superfície do produto. A combustão ocorre pela liberação de radicais livres, e a
velocidade de sua propagação depende do aumento da temperatura. Para tal, a
temperatura de ignição depende da temperatura do ar ambiente, da exotermia da
decomposição e velocidade de fluxo do ar.
Além disso, a temperatura de auto-ignição sempre é maior do que a
temperatura de decomposição, e depende do tipo de polímero empregado. São
exemplos de materiais poliméricos e suas temperaturas de decomposição (TD) e
auto-ignição (TI):
● polipropileno: TD= 320°C e TI= 350°C;
● polietileno: TD= 340°C e TI= 350°C;
● PVC: TD= 200°C e TI= 450°C;
● PET: TD= 400°C e TI= 500°C.
d) propagação: a propagação do fogo no material depende da fonte de calor e
do suprimento de oxigênio. Por tanto, a propagação da chama não irá ser mantida
se o polímero necessitar de mais calor do que o disponível para manter o seu
processo de decomposição (produção de gases combustíveis) ou se houverem
substâncias não inflamáveis na superfície do polímero que impeçam o contato do
material com a fonte de calor.
e) extinção: com a propagação da chama, a disponibilidade de material
polimérico e oxigênio são reduzidos, até que o calor gerado pelo processo de
combustão não seja mais suficiente para manter a temperaturas elevada. Com isso,
a chama se reduz, até sua extinção.
45
Segundo Davies et al. (2006), em termos qualitativos, os compósitos
poliméricos, como é o caso do concreto polímero, reagem ao fogo de maneira
similar a madeira, a qual apresenta relação de resistência ao fogo direta com suas
dimensões. Quando o material é muito esbelto, o fogo se propaga de maneira
rápida, necessitando, via de regra, de alguma proteção contra incêndio.
Desta forma, para que se possa modificar o comportamento dos compósitos
poliméricos frente à ação do fogo e adequá-los às exigências das normas de
segurança vigentes, são necessários o uso de retardantes de chamas. Com este
sistema preventivo, estará reduzindo-se assim as possibilidades destes materiais
contribuírem para o aumento da temperatura do local, o que aumenta, de forma
gradativa, o foco do incêndio.
2.3.4 Resinas nas composições do PC
Os aglomerantes poliméricos apropriados para uso em concreto polimero são
escolhidos a partir do uso que será dado a este material. Em geral, as resinas
utilizadas para compósitos poliméricos são: poliéster, epóxi, fenólica, poli metil
metacrilato, resina de uréia-formaldeído, entre outras
(
GORNINSKI e
KAZMIERCZAK, 2007). Porém, por serem mais utilizadas em PC, as resinas
tratadas neste item serão: poliéster e epóxi. Além destas resinas virgens e
industrialmente processadas, alguns trabalhos já apresentam resultados
promissores com aglomerantes reciclados.
2.3.4.1 Resina epóxi e poliéster
Algumas propriedades dos compostos de concreto polímero estão
relacionadas ao tipo de resina utilizada, sendo as mais comuns: resina epóxi e a
resina poliéster.
a) resina epóxi: a resina epóxi é formada basicamente pela reação do
bisfenol e da epicloridrina. Quimicamente, os epóxidos se caracterizam por
possuírem um grupo epóxi, onde um átomo de oxigênio é ligado lateralemente a
átomos de carbono da cadeia polimérica. Desta forma, a quantidade de epóxi
46
existente na composição irá determinar a sua viscosidade, podendo variar de muito
líquida até o estado sólido (MORRISON e BOYD, 1990).
De acordo com Silva Filho e Garcez (2007), as resinas de base epóxi são as
mais utilizadas na formação de compósitos da construção civil, pelas suas
consideráveis resistências mecânicas e elétricas, grande adesividade, elevada
rigidez e resistência a ambientes agressivos, bem como a possibilidade de cura em
temperatura ambiente. Por outro lado, mesmo com todas estas propriedades
atraentes, esta resina apresenta um custo elevado e, como a maioria das resinas
poliméricas, uma suscetibilidade a altas temperaturas.
A resina epóxi é uma das mais importantes classes de polímeros termofixos
usados para aplicações estruturais ou como adesivos, pois mostra alta força de
tensão e módulo, fácil processamento, boa resistência química e térmica. Entretanto,
em muitas aplicações, sua baixa resistência à fratura é a sua maior deficiência. Após
a cura, os sistemas epóxi apresentam pequena contração, em média na ordem de
2%. Este comportamento indica que para formar o sistema curado é necessário um
baixo grau de rearranjo molecular. Quanto à estabilidade química, o epóxi é um dos
termofixos mais inertes e possui boa estabilidade dimensional em suas aplicações
(PIRES et al., 2005).
b) resina poliéster: Segundo Morrison e Boyd (1990), os poliésteres
podem ser adquiridos por esterificação de um diácido com um diol ou pela própria
condensação de um ácido hidróxi-carboxílico. Desta forma, podem-se dividir os
poliésteres em 4 diferentes tipos:
● poliésteres saturados termoplásticos: obtidos pela policondensação de
ácidos dibásicos saturados à 200°C;
● poliésteres saturados termoestáveis: processados através da condensação
de um diácido saturado;
● poliésteres insaturados curados por condensação: obtidos pela
policondensação de um glicol saturado com um diácido não saturado,
dissolvidos em um monômero do tipo vinílico;
● poliésteres insaturados curados por copolimerização: obtidos por meio de
polimerização, formando uma estrutura molecular tridimensional;
47
Em concreto polímero, normalmente, utiliza-se resina do tipo poliéster
insaturada dissolvida em estireno. A tabela 2.5 apresenta, sinteticamente, as
características gerais e as aplicações dos concretos poliméricos produzidos com as
resina acima citadas, a resina epóxi e a poliéster.
Tabela 2.5: Tabela de propriedades gerais e aplicações do PC, produzidos
com aglomerantes do tipo poliéster insaturado ou epóxi.
AGLOMERANTE
Caracteristicas gerais Aplicações comuns
Epóxi
• Alta resistência
química;
• Ótima aderência a
outros materiais;
• Baixo índice de
retração;
• Baixa absorção de
água e alta resistência
mecânica;
• Custo alto.
Utilizado em situações especiais, como
pisos para indústria e rodovias, para
restauração de estruturas deterioradas
e como recobrimento para paredes
internas.
Poliéster
• Boa aderência a outros
materiais;
• Alta resistência química
e ao processo de gelo-
degelo;
• Alto índice de retração;
• Custo relativamente
baixo;
• Alta resistência a meios
agressivos.
Vastamente utilizado em painéis, pisos
e em pré-moldados e moldados no
canteiro de obras para diversos fins na
construção civil. Além disso, tem sido
empregado em cascos de barcos, silos
e tubulações industriais.
FONTE: UNITED NATIONS, 2001.
Sendo a resina a maior responsável pelo custo dos compósitos poliméricos,
estão surgindo no mercado algumas soluções com melhor relação custo/benefício,
além de menor consumo de energia de produção. Um novo reagente está sendo
obtido através do processo de reciclagem a partir do PET, permitindo a produção de
uma resina poliéster insaturada, com propriedades similares às encontradas nas
resinas poliésteres virgens.
48
2.3.4.2 Resina poliéster reciclada a partir do PET
A resina poliéster reciclada a partir do PET já está sendo investigada em
diversos países onde o uso do concreto polímero se tornou consagrado. Rebeiz
(1995) e Jo et al. (2007) afirmam ser possível obter-se um PC de alta qualidade
utilizando-se esta resina reciclada e, além da redução no custo de produção e na
energia empregada, contribui-se para a redução do grande volume de plásticos
descartados.
Atualmente, diversas indústrias utilizam poliésteres reciclados, algumas
destas, já realizam a reciclagem química, obtendo a resina que é utilizada como
matéria-prima na produção. Dentre os produtos que apresentam o PET reciclado na
composição, encontram-se:
• Indústria automotiva e de transportes – estofamentos, carpetes, peças de barcos,
carrocerias;
• Indústria de pisos – carpetes, capachos, pisos;
• Indústria da construção civil – divisórias, esquadrias;
• Indústria de embalagens – garrafas, containers, bandejas;
• Indústria têxtil – calçados, mochilas, malas;
• Indústria de piscinas e reservatórios
• Indústria química – resinas alquídicas. A Basf, por exemplo, utiliza o “flake" de PET
e outras matérias primas e transforma em resina alquídica, substituindo o anidrido
ftálico, matéria-prima não renovável. Em cada galão de tinta de 3,6 litros retira das
ruas, em média, seis garrafas de PET de dois litros. Na produção de tintas nos
últimos 3 anos, após desenvolvimento da tecnologia de reciclagem química, a Basf
garante ter economizado cerca de R$ 3 milhões (PLÁSTICO MODERNO, 2007).
A reciclagem do PET ocorre através de um processo químico, baseada na
sua despolimerização, a qual permite reutilizar os monômeros obtidos como matéria-
prima para reproduzir novos produtos em PET ou para produzir resina, como é o
caso da poliéster insaturada (UP). Para aplicar esta técnica em PET, direcionado
para a construção civil, é necessário decompô-lo quimicamente, rompendo a sua
cadeia e separando as moléculas. A nova cadeia, chamada de poliéster insaturado,
diferente da anterior, possui algumas moléculas que podem unir-se a outras três (ao
49
invés de apenas duas). Esta nova cadeia possui a característica de se ligar
formando uma espécie de rede tridimensional, resultando em uma estrutura grande,
interconectada e resistente (CHÁVEZ et al., 2002).
De acordo com Spinacé e Paoli (2005), a reciclagem química ocorre através de
processos de despolimerização por solvólise (hidrólise, alcoólise, amilose), ou por
métodos térmicos (pirólise à baixa e alta temperatura, gaseificação, hidrogenação) ou
ainda métodos térmicos/catalíticos (pirólise e a utilização de catalisadores seletivos).
Os processos de despolimerização por hidrólise e glicólise de polímeros foram
patenteados nos anos 60 e 70 e, de modo geral, a solvólise é utilizada para polímeros
como os poliésteres, as poliamidas e as poliuretanas. Estes métodos se caracterizam
da seguinte forma:
a) Hidrólise: Este método conduz à recuperação dos monômeros de partida
através de uma reação com excesso de água à alta temperatura na presença de um
catalisador. No caso do PET, através da reação de hidrólise, é possível obter os
reagentes: o etileno glicol e o ácido tereftálico, os quais podem ser utilizados para
obtenção do polímero novamente (MANCINI e ZANIN, 2002).
b) alcóolise: o material é tratado com excesso de metanol. Em um típico
processo de metanólise o PET fundido é misturado com metanol na presença de um
catalisador ácido ou básico, aquecendo-se a mistura entre 160 e 240 ºC por 1 h, a
pressão de 2,03 a 7,09
MPa. Neste método, também é possível obter-se a
despolimerização do PET até a obtenção dos monômeros, utilizando o metanol no
seu estado supercrítico
2
. O grau de despolimerização e a seletividade do tereftalato
de dimetila aumentam com o aumento da razão metanol/PET e com a temperatura e
tempo da reação (SPINACÉ e PAOLI, 2005).
c) glicólise: a glicólise ocorre quando o polímero é tratado com excesso de
glicol, através de uma reação de transesterificação. Neste caso, a quebra da cadeia
do PET com excesso de etileno glicol é realizada em atmosfera de nitrogênio a 4 MPa
de pressão e na presença de acetato de zinco como catalisador.
2
SUPERCRÍTICO: Os fluídos supercríticos são produzidos pelo aquecimento de um gás, acima de
sua temperatura crítica ou compressão de um líquido acima de sua pressão crítica. A temperatura
crítica de uma substância é a temperatura acima da qual a fase líquida não pode existir,
independente da pressão. Sob pressões e temperaturas superiores, porém próximas de sua
temperatura e pressão críticas, ou seja, o ponto crítico, uma substância é conhecida como fluído
supercrítico (DAMBISKI, 2007).
50
O principal produto formado é o oligômero de tereftalato de 2-hidroxietila
(SPINACÉ e PAOLI, 2005). A resina poliéster insaturada reciclada (POLYLITE 10316
– 10) utilizada nesta pesquisa foi concedida pela empresa Reichhold, a qual produz a
mesma através deste processo.
No estudo conduzido por Mahdi et al. (2007), a resina reciclada a partir das
garrafas de PET pelo método da glicólise foi obtida com uso do catalisador acetato de
zinco, em uma temperatura de 190°C. A despolimeriza ção do PET pelo uso do
catalisador produziu 2-hidróxi tereftalato de etileno (BHET), conforme equação 2
abaixo:
(2)
(Equação 2). – Equação de formação do BHET
FONTE: MAHDI et al., 2007.
Com a inserção de anidridos maleicos e ftálicos, ocorre a polimerização por
condensação, originando assim a resina poliéster insaturada (UPE), conforme
equação 3.
(3)
(Equação 3). – Equação de formação da UPE
FONTE: MAHDI et al., 2007.
As resinas utilizadas em compósitos poliméricos são obtidas pelas reações
entre a resina acima obtida e o estireno. A reação é iniciada pela adição de um
51
radical orgânico livre, com é o caso do peróxido de benzoina ou o peróxido de metil
etil cetona (PMEK), como iniciador e N, N-dietil anilina ou naftenato de cobalto (NC),
como promotor. O PMEK e o NC são os aditivos utilizados no estudo proposto por
esta dissertação. A cura da resina insaturada acontece porque o estireno é
combinado com as cadeias da resina, formando uma estrutura tridimensional,
característica dos polímeros termofixos, conforme equação abaixo:
(4)
(Equação 4). – Equação de formação da cadeia da resina poliéster insaturada
FONTE: MAHDI et al., 2007.
Esta reação completa está representada, de forma esquemática, na figura 2.5
abaixo:
PET + etileno glicol →
BHET
↓
BHET + anidridos (maleicos e ftálicos) →
UPE
↓
UPE (dissolvida em estireno) + PMEK + NC
↓
Resina Poliéster Insaturada com ligações
cruzadas (POLÍMERO TERMOFIXO)
Figura 2.5 – Representação esquemática do processo de obtenção da resina
reciclada a partir do PET por glicólise e de formação do poliéster termofixo.
52
d) pirólise: a pirólise é uma reação endotérmica, portanto é necessária a
adição de calor, que pode ser fornecido diretamente (oxigênio-ar) ou indiretamente
(troca de calor). Quando ocorre em baixa temperatura se trata da degradação térmica
onde ocorre, principalmente, a despolimerização e formação de pequena quantidade
de compostos aromáticos e gases leves, como o metano, obtendo-se líquidos de alta
temperatura de ebulição, como ceras. Na pirólise à alta temperatura ocorre a
decomposição térmica na ausência de ar ou deficiência de oxigênio, obtendo-se óleos
e gases que, posteriormente, serão purificados por métodos petroquímicos padrões.
Em poucos casos é possível recuperar os monômeros como produto principal. A
vantagem da pirólise em relação à combustão é a redução de 5 a 20 vezes no volume
do produto gasoso, conduzindo a uma considerável economia na purificação do gás
obtido. Além disso, é possível obter hidrocarbonetos e, em alguns casos, produtos
químicos brutos com alto valor comercial (SPINACÉ e PAOLI, 2005).
e) gaseificação: a gaseificação é um processo onde é inserido oxigênio
insuficiente para que ocorra a combustão completa, ocorrendo simultaneamente a
pirólise e a combustão no interior do leito. Neste processo que ocorre na presença de
oxigênio e vapor d'água em temperaturas entre 1200 e 1500 ºC são recuperados CO
e H
2
e pequenas quantidades de CH
4
, CO
2
, H
2
O e alguns gases inertes (BRANDUP
et al., 1996).
f) hidrogenação: na hidrogenação, a qual ocorre em temperaturas entre 440 a
480 ºC e pressão de 15 a 25 GPa, a quebra das cadeias poliméricas é inicialmente
feita termicamente, resultando em radicais livres altamente reativos, os quais são
posteriormente saturados com hidrogênio, obtendo-se hidrocarbonetos leves como
metano, etano, propano e mistura de hidrocarbonetos na faixa de gasolina e diesel
(BRANDUP et al., 1996).
Independente dos métodos existentes, os resultados já obtidos com o uso da
resina poliéster insaturada obtida a partir da reciclagem do PET comprovam que a
sua utilização, em comparação ao uso de resinas virgens, pode produzir concretos
poliméricos com propriedades mecânicas e de durabilidade igualmente eficientes,
com um menor custo final para o produto (REBEIZ et al., 1994).
Algumas pesquisas já foram realizadas com a resina reciclada do PET em
substituição à resina virgem, como é o caso de Rebeiz (1995), Jo et al. (2007),
53
Mahdi et al. (2007). De acordo com Rebeiz (1995), a grande vantagem da
reciclagem do PET em resina é o fato de não necessitar processos de purificação,
incluindo remoção de cores, podendo ainda ser utilizados residuos que já foram
desprezados há muito tempo, 30 anos, por exemplo, o que limitaria a sua reciclagem
para outros fins. Além disso, o autor afirma que, quando comparada ao
processamento da resina poliéster virgem, a resina reciclada necessita de 50%
menos tempo para sua produção.
No trabalho de Rebeiz (1995) foi utilizado como agregado areia e, como filer,
cinza volante em amostras de concreto reforçadas e não reforçadas com barras de
aço. Os resultados obtidos para os ensaios de resistência mecânica (compressão,
tração na flexão e módulo de elasticidade) demonstraram ser semelhantes aos
obtidos com resina poliéster insaturada virgem.
Além dos ensaios de resistência mecânica em temperatura ambiente, o autor
ainda procedeu os mesmos ensaios após os corpos-de-prova terem sido submetidos
a temperaturas de 25°C e 60°C por 28 dias. Os ensai os foram realizados
imediatamente após a retirada das amostras de dentro do forno. Com isso, foi
observado que as amostras tiveram seu desempenho mecânico reduzido por volta
de 40%(REBEIZ, 1995).
Segundo Mahdi et al. (2007), as análises térmicas do PC favorecem não
somente o conhecimento do comportamento dos compósitos, mas também como
auxílio na seleção de materiais adequados para cada uso específico. Sabe-se que
este comportamento está diretamente ligado aos tipos de agregados, filers e adições
que compõem o compósito, podendo apresentar variações importantes na
propriedade de resistência ao fogo.
Finalmente, vale salientar que os estudos citados foram realizados em outros
países. No Brasil, ainda não existem registros de trabalhos desenvolvidos com esta
resina poliéster reciclada como alternativa para aglomerante em compósitos de
concreto polímero, onde este estudo pretende contribuir.
54
2.3.5 Aditivações em polímeros
Com a ampliação do volume de aplicações possíveis para os polímeros, os
aditivos têm exercido uma função técnica importante na criação destes novos
produtos, desde a etapa da sua polimerização até a alteração de propriedades finais
em polímeros existentes (ANDRADE, 2007).
De acordo com Moraes (2008), os estabilizantes térmicos como aditivos em
polímeros são responsaveis pela movimentação de 15 mil toneladas por ano em
volumes consumidos.
Para a sua aplicação, os tipos e quantidades de aditivos adicionados
dependem, diretamente, do polímero em si, do processo de transformação desejado
e da aplicação a que se destina o produto final. De modo geral, os aditivos
existentes no mercado para atender a indústria dos polímeros podem ser dividos em
quatro categorias:
a) auxiliares de polimerização: aditivos que alteram a velocidade das reações
de polimerização ou ainda como fontes de radicais livres. São exemplos:
● catalisadores;
● iniciantes;
● agentes de reticulação.
b) auxiliares de processamento: empregados para facilitar o processamento
dos polímeros, auxiliando no processo de mistura. São exemplos:
● lubrificantes;
● auxiliares de fluxo poliméricos;
● solventes.
c) estabilizantes: são aqueles adicionados aos polímeros-base para aumentar
a sua resistência à degradação resultante da ação do tempo ou por microrganismos.
São exemplos:
● antioxidantes;
● estabilizantes térmicos;
● desativadores de metais;
55
● estabilizantes de ultravioleta;
● preservativos.
d) aditivos modificadores de propriedades: esta categoria inclui aditivos
responsáveis por alterações em diversas propriedades dos polímeros, conforme
exemplos abaixo:
● antiestáticos: aumentam a extinção de cargas elétricas na superfície do
produto;
● pigmentos: responsáveis por cores e brilho no produto final;
● plastificantes: aumentam a flexibilidade, ductilidade e tenacidade dos
polímeros frágeis;
● cargas: responsáveis por melhorar as propriedades finais dos produtos com
custo reduzido;
● agentes de reticulação: aumentam a temperatura de uso dos polímeros e
sua resistência química;
● agentes de expansão: conferem ao produto final, geralmente plástico, poros
para a liberação de voláteis durante o seu processamento;
● nucleantes: aceleram a velocidade de cristalização e alteram a estrutura
cristalina dos polímeros;
● retardantes de chama: reduzem a combustibilidade dos polímeros,
conforme será tratado no item 2.3.5.1. (ANDRADE, 2007; CALLISTER, 2002;
RABELLO, 2000; TROMBINI, 2004).
2.3.5.1 Retardantes de chamas em polímeros
Como a maioria dos produtos orgânicos, os polímeros são, com maior ou
menor intensidade, inflamáveis, visto que, com a presença do calor, ocorre a
liberação de pequenas moléculas que atuam como combutíveis. Desta forma,
diversos produtos estão sendo desenvolvidos para reduzir a probabilidade de
combustão em produtos poliméricos, bem como com a finalidade de diminuir a
velocidade de propagação das chamas (ANDRADE, 2007).
56
Segundo Rabello (2000), alguns polímeros possuem baixa velocidade de
queima e rápida extinção da chama quando a fonte de calor é removida, sendo
chamados então de polímeros intrinsecamente auto-extinguíveis. Estes polímeros
são os halogenados, como o PVC (poli cloreto de vinila) e o PTFE
(Politetrafluoretileno), e os polímeros de alta aromaticidade, como o PEEK (Poli-éter-
éter-cetona), PPO (Polióxido de Fenileno), PPS (Polissulfeto de Fenileno) e
polisulfonas. Sendo assim, nos demais tipos, esta característica pode ser adquirida
com a adição de retardantes de chamas à sua composição. Para o autor, os
incêndios comprovaram que os polímeros com adição destes retardantes
apresentam tempo de escape 15 vezes mais longo, geração de calor 75% menor,
além de 67% menor de geração de monóxido de carbono, altamente tóxico para os
ocupantes da edificação.
No entanto, a incorporação de retardantes de chama aos polímeros deve
obedecer a algumas exigências básicas:
• ser de fácil incorporação ao produto base;
• não apresentar efeitos corrosivos aos equipamentos de mistura e
processamento;
• fornecer um efeito duradouro com adição de pequenas quantidades;
• não reagir ou decompor quando em processamento com o polímero base;
• não apresentar características de migração dos componentes químicos para
fora do compósito, para evitar uma contaminação química (ROSA et al.,
2006);
• não alterar a estabilidade do produto base;
• não apresentar propriedades tóxicas, nem tampouco gerar grande quantidade
de fumaça quando em combustão (TROMBINI, 2004).
Conforme suas propriedades, microestruturas e composições, os retardantes
podem ser divididos em 3 grupos principais: os inorgânicos, os retardantes
orgânicos não reativos e os orgânicos reativos.
57
a) retardantes inorgânicos: este tipo de retardante é basicamente representado
por 3 exemplos principais, os quais representam mais de 50% do consumo
mundial. São eles:
• alumina trihidratada (THA): este composto é largamente empregado em
materiais cujo processamento ocorre abaixo de 200°C , pois na faixa entre
250-300°C, a alumina se decompõe endotermicamente, conforme equação 5
abaixo:
2Al
2
(OH)
3
→ Al
2
O
3
+ 3H
2
O (5)
(Equação 5) – Equação da reação endotérmica da THA
FONTE: TROMBINI, 2004.
Por tratar-se de uma reação que absorve calor (cerca de 1,17J/Kg), acaba
contribuindo com a redução da temperatura do material. A água liberada, em torno
de 35% dos produtos da reação, acaba por diluir os gases combustíveis na chama.
A formação de óxido de alumínio (Al
2
O
3
) age como uma camada protetora na
superfície do substrato polimérico, reduzindo a difusão do oxigênio para o meio
reativo, o que dificulta a troca de calor e, portanto, a propagação do fogo
(TROMBINI, 2004).
No entanto, deve-se ter cuidado com a quantidade incorporada ao polímero
base, pois pode acabar prejudicando a sua resistência mecânica. Desta forma,
Rabello (2000) sugere tratamentos químicos, com silanos ou titanatos, antes mesmo
da adição do retardante, para aumentar a aderência ao polímero. Segundo Souza et
al. (2006), os retardantes de chama convencionais, tais como alumina trihidratada ou
os compostos contendo halogênios são muito eficientes. Entretanto, as propriedades
mecânicas e o processamento dos polímeros com retardantes de chama são
geralmente influenciados negativamente pelas grandes quantidades que são
necessárias. Além deste aspecto, o alto teor de reforço pode trazer desvantagens
nas propriedades do compósito, tais como, aumento na densidade do produto e
perda de tenacidade devido à possível incompatibilidade interfacial entre o polímero
e o reforço inorgânico. Além disso, a processabilidade do material com o elevado
58
teor de aditivo inorgânico torna-se mais difícil, necessitando de equipamentos de
mistura mais potentes, gerando maior dificuldade de dispersão do reforço
inorgânico, e maior desgaste de equipamento.
Comercialmente já consagrada, a alumina trihidratada confere ao produto
polimérico uma boa resistência ao fogo. Segundo a Alcoa, fornecedora do aditivo
retardante de chama comercial chamado Hydrogard GP, por exemplo, o efeito
retardante do produto deve-se principalmente à reação de decomposição
endotérmica do hidróxido de alumínio, que elimina o calor necessário para a pirólise
dos polímeros e consequentemente a formação dos gases combústiveis. A eficiência
do uso desta adição em polímeros pode ser conferida na figura 2.6.
Figura 2.6 - Termogramas de compostos de poliéster insaturado com e sem
retardante de chama do tipo Hydrogard GP.
FONTE: ALCOA, 2004.
• hidróxido de magnésio (Mg(OH)
3
): possui comportamento semelhante ao
hidróxido de alumínio, porém com a vantagem de apresentar uma
temperatura de decomposição superior (330°C), sendo adequado para
polímeros com altas temperaturas de processamento.
• trióxido de antimônio (Sb
2
O
3
): normalmente, adicionado a compostos
halogenados, porém em grandes quantidades, o que o deixa
economicamente em desvantagem. Sua composição formada por trióxido de
antimônio e compostos de bromo acabam formando o tribrometo de antimônio
que, durante o processo de combustão, se decompõe em oxibrometo de
59
antimônio (SbOBr) e ácido bromídrico, que reage com os radicais livres
propagadores, reduzindo o processo de combustão. O antimônio, dentro
desta mesma composição, ainda pode ser substituído por outros óxidos,
como: dióxido de titânio, óxido de zinco e óxido de molibdênio (RABELLO,
2000; ROCHA e CIMINELLI, 2001).
b) retardantes orgânicos não reativos: trata-se de compostos orgânicos que não
se ligam quimicamente com a cadeia do polímero base. Podem ser divididos
em 2 grupos:
• compostos halogenados: já que para ocorrer a combustão continua é
necessário a presença de radicais livres
3
e oxigênio suficientes, com o
bloqueio destes radicais, função dos compostos halogenados, a combustão
será interrompida ou retardada. Sendo que a atuação do retardante ocorre
somente através da reação com os gases gerados na combustão, o
funcionamento independe do tipo de polímero, podendo ser aplicado em
poucas quantidades, alterando minimamente as propriedades mecânicas do
polímero base. Porém, apresentam conseqüências corrosivas aos
equipamentos de processamento, bem como a geração de vapores tóxicos
(TROMBINI, 2004).
São exemplos consagrados, comercialmente, os compostos de cloro e
de bromo que, em forma de dibromo pentaeritritol (alifático), é normalmente
utilizado em adições com resinas poliéster e PU (poliuretano).
• compostos com fósforo: segundo Rabello (2000), o processo de atuação do
retardamento deste tipo ainda não é muito bem compreendido, mas acredita-
se que este se decompõe e o ácido fosfórico obtido, no caso não volátil,
reage com o polimero base, formando uma camada protetora superficial,
liberando ainda gases não inflamáveis e água. Geralmente, este tipo de
aditivo é adicionado ao PVC, pois atuam também como plastificantes
primários.
3
RADICAIS LIVRES: Frente ao processo de combustão, ocorre a decomposição da cadeia
polimérica, e consequentemente, a liberação de radicais livres que, associados ao oxigênio do ar, são
responsáveis pelo processo de combustão do produto (RABELLO, 2000).
60
c) retardantes orgânicos reativos: neste caso, os componentes são os mesmos
dos não reativos, porém são quimicamente ligados a cadeia polimérica. Sendo
assim, não apresentam características de migração e melhores propriedades
mecânicas. Estes tipos de retardantes são normalmente associados a polímeros
como poliuretano, epóxi e poliéster insaturado, e possuem um custo mais elevado
além de poder interferir no processamento do polímero.
2.4 Sustentabilidade ambiental
2.4.1 Aspectos gerais
O conceito de desenvolvimento sustentável tornou-se conhecido em 1987,
com a publicação de um estudo chamado “Our commom future”, o qual defendia o
avanço do progresso, porém com a redução dos impactos ao meio ambiente (WCED
apud GONZÁLEZ e KERN, 2007). Analisado através de três aspectos básicos,
ambiental, econômico e social, o desenvolvimento sustentável visa um equilibrio
entre os diversos setores da economia, do qual é parte integrante a indústria da
construção civil. Na Europa, segundo o GNFSC, as edificações sustentáveis são
aquelas que utilizam de maneira otimizada materiais naturais e energia durante todo
o seu ciclo de vida, reduzindo ao mínimo os efeitos agressivos ao meio ambiente
(BRAUN, 2007).
De acordo com Brown (2003), no início do século XXI, nossa economia
apresenta sinais de destruição lenta dos sistemas de apoio da sociedade,
consumindo as reservas de capital natural. Isso ocorre porque as demandas da
economia em expansão estão se sobrepondo à produção sustentável dos
ecossistemas. Com isso, o desafio preeminente das novas gerações é planejar uma
eco-economia, onde haja uma relação estabilizada entre estes dois focos,
permitindo que o progresso econômico continue, mas com respeito aos princípios da
ecologia.
O setor da construção civil é um grande explorador dos recursos naturais e,
além disso, um gerador importante de resíduos e desperdícios, tanto no canteiro de
obras como também nos agentes fornecedores de produtos e serviços. Este setor de
beneficiamento de produtos, em especial, já está em processo de adaptação do
61
novo mercado, procurando otimizar seus processos e fabricar produtos cada vez
mais baratos e melhores (KLOTER, 2000).
De acordo com John (2007), a indústria da construção civil, por seu grande
potencial gerador de resíduos, tem como desafio diminuir a intensidade de uso de
materiais de construção, especificando corretamente os produtos para cada tipo de
solicitação. Para tal, torna-se importante conhecer as suas propriedades com base
em um conhecimento sistêmico da questão ambiental. Sabe-se que uma obra civil
pode envolver centenas de materiais distintos na sua execução, o que demonstra
que, dentro deste sistema, os materiais fornecidos e seu processo produtivo têm
grande impacto nesta indústria.
De acordo com Placet e Fowler (2002), alguns produtos da indústria da
construção podem ser considerados como inovações, do ponto de vista da atual
preocupação mundial com a sustentabilidade ambiental. Com intuito de auxiliar na
minimização dos impactos gerados pela indústria do cimento, o livro “Como as
inovações podem ajudar a indústria do cimento a aproximar-se das práticas
sustentáveis”, dos autores acima citados, apresenta diversas práticas que, de modo
geral, trariam benefícios para a indústria da construção civil. Dentre elas, destacam-
se:
a) reutilização de resíduos como cinza volante e cinza de casca de arroz,
além de resíduos de componentes para concreto, como superpozolânicos;
b) produção de cimentos com maior reatividade e menor conteúdo de cálcio,
como o Cimento Energeticamente Modificado (EMC) e cimento com maior conteúdo
de belita;
c) concretos de alto desempenho com maior durabilidade, visando possibilitar
uma menor manutenção da estrutura, gerando menos resíduos e menos emissões
na produção do clinquer;
d) utilização de métodos que potencialmente reduzam a necessidade de
reparo ou troca das estruturas existentes, como a criação de películas protetoras,
como bases poliméricas;
e) criação de materiais produzidos através de novos processos, como
geopolimeros ou concretos polímeros feitos a partir de resina reciclada do PET;
62
f) desenvolvimento de produtos mais baratos e técnicas que utilizam cimentos
alternativos, como estruturas de bambu-cimento e uso de produtos locais, entre
outros.
Nesta abordagem, observa-se que o concreto polimérico está sendo apontado
como alternativa para substituir o concreto de cimento Portland, em determinadas
aplicações, principalmente com a resina reciclada a partir do PET, como será
utilizada neste estudo. Além disso, os autores destacam a importância da inserção
de resíduos na composição destes novos materiais, a fim de priorizar o consumo de
subprodutos das indústrias, os quais são, na maioria das vezes, simplesmente
descartados em aterros específicos.
Segundo Brown (2003), além dos materiais utilizados, a adaptação aos novos
tempos será na estrutura do setor propriamente dito, ao sair do modelo econômico
linear, em que os materiais vão da mina ou floresta para os lixões, para o modelo da
reutilização e reciclagem. O autor acredita que, nesse sistema de ciclo fechado, que
espelha a natureza, as indústrias de reciclagem substituirão, em grande parte, as
indústrias extrativas. Desta forma, além da preservação dos recursos naturais, o
reaproveitamento estará colaborando para a redução do volume de descartes em
aterros.
A gestão de resíduos, responsável pela qualidade de vida e pela consciência
de preservação ambiental está assegurada por lei, conforme demonstra o artigo 225
da Constituição da República Federativa do Brasil de 1988 (1995:100):
“... todos têm direito ao meio ambiente ecologicamente equilibrado, bem de
uso comum do povo e essencial à sadia qualidade de vida, impondo-se ao
Poder público e à coletividade o dever de defendê-lo e preservá-lo para as
presentes e futuras gerações...”
Desta forma, observa-se que esta pesquisa deverá contribuir para o
desenvolvimento sustentável, procurando desenvolver conhecimento no que tange o
uso de resíduos para a geração de novos matériais, os quais possuam propriedades
aprimoradas de durabilidade e resistência, a fim de aumentar seu ciclo de vida.
63
3. PROGRAMA EXPERIMENTAL
3.1 Escolha e caracterização dos materiais
Neste capítulo são apresentados os materiais que fazem parte da composição
do concreto polímero deste estudo, além de suas caracterizações. Logo após, são
descritos os parâmetros adotados para mistura, moldagem e cura, bem como os
ensaios que foram realizados no concreto polímero. Por fim, são apresentadas as
análises preliminares desenvolvidas para a determinação dos teores definitivos
(traços) das composições do programa experimental.
Neste item foram estudados os seguintes materiais empregados na
composição do PC: areia natural utilizada como agregado, cinza volante como filer,
alumina de polimento como resíduo retardante de chamas e alumina trihidratada da
empresa Reichhold, como retardante de chamas comercial adotado como
referência. O aglomerante utilizado neste estudo foi a resina poliéster insaturada
reciclada a partir do PET, também fornecida pela Reichhold.
3.1.1 Materiais
3.1.1.1 Resina
Para a realização deste trabalho foi utilizada a resina poliéster insaturada
obtida a partir da reciclagem do PET. De acordo com Marín et al. (2003) e Gorninski
et al. (2007), a resina poliéster é um dos polímeros mais utilizados na produção de
compostos poliméricos devido ao seu alto desempenho, além de resultar em um
material com grande resistência mecânica e durável frente a meios agressivos, com
baixa permeabilidade e de custo inferior ao da resina epóxi, também comumente
utilizada em PC.
A utilização de resina reciclada a partir do PET na produção do PC tem
mostrado resultados semelhantes aos compósitos de resina poliéster virgem, porém
com a vantagem de apresentar um custo reduzido na sua produção e na energia
empregada para seu processamento além, é claro, de contribuir para a redução do
grande volume de plásticos descartados (MAHDI et al., 2007, KARAYANNIDIS et al.,
2005).
64
Para a composição de concreto polímero com resina reciclada, uma das
propriedades a ser considerada no aglomerante é a sua viscosidade. Esta
propriedade proporciona um maior poder aglomerante à resina a qual tem bom
poder de malhabilidade e aglomeração ao agregado e filer, tornando a composição
menos porosa, portanto com maior durabilidade e mecanicamente mais resistente.
Para tal, é de fundamental importância que a resina tenha viscosidade similiar à das
resinas já adotadas anteriormente para este tipo de estudo. Neste caso, a
viscosidade da resina obtida do resíduo PET é igual à da resina ortoftálica utilizada
em estudos por Gorninski et al. (2007). As principais propriedades da resina
reciclada a partir do PET que será utilizada como aglomerante neste estudo podem
ser observadas na tabela 3.1, cujos dados foram fornecidos pelo fabricante
Reichhold.
Tabela 3.1 - Características da resina poliéster insaturada reciclada
(POLYLITE 10316 – 10)
CARACTERÍSTICAS
MÉTODO DE
ANÁLISE
ESPECIFICAÇÃO
Viscosidade Brookfield à 25ºC – (60 rpm, Sp3 / cp)
PP 01 – 124 250 – 350
Índice de Tixotropia
PP 01 – 124 1,15 – 1,40
Densidade (g/cm
3
)
ASTM D1475 1.0955
Índice de Acidez (mgKOH/g)
PP 01 – 003 30 máx.
* Curva Exotérmica à 25ºC
Tempo de gel (minutos)
Intervalo simples (minutos)
Temperatura máxima (º.C)
PP 01 – 296
9 – 13
8 – 13
140 – 180
* 100,0 g de Resina + 1,0 ml de Peróxido de Metil Etil Cetona (PMEK –
iniciador)
FONTE: REICHHOLD, 2004.
Nas resinas, grande parte dos monômeros contém algum tipo de inibidor que
evita a polimerização prematura, o qual desativa o radical livre (impedindo o
crescimento da cadeia polimérica) e também previne a polimerização por oxidação
durante a estocagem ou transporte. Para que ocorra a polimerização, são então
adicionados à resina os iniciadores, os quais são agentes que iniciam a reação de
formação da cadeia polimérica por decomposição dos radicais livres. Os iniciadores
(catalisadores) mais utilizados nas polimerizações são os peróxidos orgânicos ou
65
compostos nitrogenados (GORNINSKI, 2002). Neste estudo, o sistema de catálise
será feito a partir da adição de Peróxido de Metil Etil Cetona.
3.1.1.2 Agregado
Como agregado, selecionou-se para este estudo a areia de rio, pois seu
emprego já é consagrado em concretos poliméricos em diversas pesquisas pelo
mundo (ORAK, 2000; GOPAL, 2006; JO et al., 2007; GORNINSKI et al., 2007; JO et
al., 2008). Nestes trabalhos, fica claro que, devido à forma arredondada dos seus
grãos, a interação entre o aglomerante polimérico e o agregado é evidenciada. Esta
interação será responsável pelo desempenho mecânico apresentado pelo concreto
polimérico, além da presença de mais ou menos poros, aos quais está diretamente
ligada a questão da sua durabilidade e, consequentemente, do seu comportamento
frente à sua resistência ao fogo, foco desta pesquisa.
A areia utilizada neste estudo é proveniente da região metropolitana de Porto
Alegre/RS. Esta areia foi classificada através do ensaio de determinação da
composição granulométrica, de acordo com a norma NBR NM 248:2001, e então
trabalhada até obter-se uma areia classificada dentro da zona ótima, conforme
sugere a NBR 7211:2005. Este procedimento foi adotado para que o agregado
apresentasse uma boa distribuição granulométrica, pois se acredita que, deste
modo, a avaliação do comportamento dos parâmetros em estudo, como a resina
reciclada do PET e as adições retardantes fiquem melhor demonstradas.
A figura 3.1 mostra a distribuição granulométrica da areia a ser utilizada neste
estudo, após a correção da distribuição granulométrica, além da zona utilizável, a
zona ótima sugeridas pela norma NBR 7211:2005.
66
CURVA GRANULOMÉTRICA DA AREIA - NBR 7211/2005
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,1 0,15 0,3 0,6 1,2 2,4 4,8 6,3 9,5
Abertura das Peneiras em mm
Porcentagem Acumulada em Peso
ZONA UTILIZÁVEL
ZONA ÓTIMA
Figura 3.1: Curva granulométrica da areia (- - - -) que foi utilizada como
agregado das composições do PC.
Além desta análise, a areia foi submetida ao ensaio de massa específica, de
acordo com a NM 52:2002, o qual determinou o valor de 2,72 g/cm
3
.
3.1.1.3 Filer
A cinza volante, sugerida neste estudo como filer, é um resíduo gerado pela
combustão do carvão mineral em usinas termoelétricas, separados e recolhidos em
precipitadores eletrostáticos ou coletores mecânicos. A combustão do carvão
pulverizado, geralmente para a produção de energia elétrica, se dá em altas
temperaturas, entre 1200 e 1600 ºC, em um ambiente gasoso oxidante, condição
suficiente para a fusão total ou parcial da matéria mineral, formando dois tipos de
cinza: a cinza pesada e cinza volante (SILVA et al., 1999).
As propriedades das cinzas podem variar consideravelmente em função da
sua procedência e até mesmo, entre diferentes remessas da mesma central
termelétrica. Estas diferenças devem-se, fundamentalmente, aos diferentes tipos de
carvão utilizados na queima, aos diferentes procedimentos de combustão e ao modo
como as cinzas são recolhidas e armazenadas (AZEVEDO, 2002). Além disso, para
que o mesmo possa ser incorporado no concreto polímero, este resíduo precisa ter
67
propriedades uniformes e baixa umidade. As cinzas de carvão compõem-se
basicamente por óxidos de silício e alumínio, baixos teores em ferro e menores
quantidades de Mg, Ca, Ti, P, S, Na e K (SILVA et al., 1999).
De acordo com Rocha (1999), a utilização das cinzas para fins de aplicações
na construção civil deve-se às boas propriedades físico-químicas, caracterizadas por
uma alta capacidade de reação com aglomerantes do tipo cal. As cinzas também
podem ser utilizadas sem função aglomerante, como material inerte, em cerâmicas,
concretos e compostos poliméricos, onde auxilia na compacidade do agregado,
diminuindo os vazios deste material.
Segundo Zowonok et al. (2006), quase 100% do carvão fóssil já conhecido
localizam-se nos estados do sul do Brasil, gerando em torno de 4.000.000
toneladas/ano de cinza, das quais são aproveitadas em torno de 50%. Com o
provável início da operação de usinas de Seival-RS, Cachoeira do Sul-RS e de
Treviso-SC, estima-se que a geração de cinza volante poderá ficar superior a
10.000.000 t/ano até 2010. Além disso,
outro fator a ser considerado é que, embora
a cinza volante não apresente toxicidade, a grande quantidade originada a partir da
queima do carvão nas usinas geradoras de energia elétrica ocasiona problemas
relacionados ao seu custo de destinação e armazenamento (ATZENI et al., 1990).
O interesse pela utilização destas cinzas cresce com o investimento no setor
termoelétrico nos estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina, anunciados pelo
governo federal através da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica). Estão
previstos investimentos, ainda nesta década, para criação de novas unidades
térmicas de carvão que devem gerar cerca de 2000 MW a mais de potência
(ZOWONOK et al., 2006).
De acordo com os estudos de GORNINSKI e KAZMIERCZAK (2008), a
adição da cinza volante em concretos polímeros resulta em ganhos substanciais nas
propriedades mecânicas deste material. A cinza volante melhora a trabalhabilidade
da mistura fresca do concreto polímero e a resistência do material endurecido, além
de produzir concretos com superfície de bom acabamento superficial. Estas
características são provenientes do seu formato esférico que contribui com um maior
fator de empacotamento entre os agregados, reduzindo a porosidade, que inibe a
penetração de agentes agressivos.
68
Considerando-se os aspectos relevantes acima dissertados, a cinza volante
foi adotada neste estudo. Para tal, e por se tratar de um resíduo de baixa
granulometria, a cinza volante foi submetida ao ensaio de distribuição
granulométrica por difração a laser, no equipamento Cilas 1064, do Laboratório de
tecnologia mineral e ambiental, da UFRGS.
A figura 3.2 ilustra o resultado obtido no ensaio de distribuição granulométrica
da cinza volante utilizada neste estudo.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro (µm)
Passante Acumulado (%)
0
1
2
3
4
5
Histograma (%)
CINZA VOLANTE
Figura 3.2 - Distribuição granulométrica do filer cinza volante.
A cinza volante adotada neste trabalho foi concedida pela empresa de
cimentos Votorantin, e é proveniente da queima do carvão mineral das termelétricas
de Candiota-RS. Conforme sua distribuição granulométrica apresentada na figura
3.2, observa-se que a cinza volante apresenta maior concentração de grãos na faixa
entre 10 e 100 µm, o que a caracteriza como um material pulverulento.
A cinza volante teve sua massa específica determinada conforme a norma
NM 23:2000, cujo valor é 2,11 g/cm
3
.
69
3.1.1.4 Adições
a) Retardante de chamas Alumina Trihidratada (referência comercial)
A incorporação do retardante de chama do tipo hidróxido de alumínio em
matrizes poliméricas inibe a sua ignição, bem como a formação de gases
combustíveis, os quais cooperam para a propagação do incêndio. Além disso, este
produto garante a redução de formação de fumaça e monóxido de carbono, pois o
hidróxido de alumínio apresenta uma degradação endotérmica. De acordo com Fu et
al. (2008), a alumina trihidratada em matrizes poliméricas com base epóxi, por conter
partículas pequenas, além do poder retardante, apresenta ainda uma maior proteção
e resistência a fraturas, atuando como filer na composição.
Quanto ao retardante comercial que fará parte da análise comparativa deste
estudo, segundo a ficha técnica disponibilizada pelo fabricante, trata-se de um
hidróxido de alumínio (2Al
2
(OH)
3
) desenvolvido, especificamente, para ser
incorporado em sistemas poliméricos como retardante de chama e supressor de
fumaça, servindo simultaneamente como material de enchimento, em substituição às
cargas minerais convencionais. Além disso, este produto também apresenta
significativo efeito inibidor da degradação em sistemas poliméricos utilizados como
isoladores elétricos (ALCOA, 2004).
A composição e propriedades disponibilizadas pelo fabricante podem ser
conferidas na tabela 3.2.
Tabela 3.2: Propriedades do retardante de chamas referência (Albemarle -
Reichhold).
ANÁLISE QUÍMICA %
CARACTERÍSTICAS TÍPICO
Al(OH)
3
99,6
Na
2
O – solúvel 0,04
Umidade (105°C) 0,25
Perda ao fogo (1200°C)
34,5
FONTE: ALBEMARLE, 2007.
70
Além destas características, o hidróxido de alumínio apresenta massa
específica de 2,40 g/cm
3
, e distribuição granulométrica conforme figura 3.3.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro (µm)
Passante Acumulado (%)
0
1
2
3
4
5
Histograma (%)
ALUMINA TRIHIDRATADA
Figura 3.3: Distribuição de granulométrica da alumina trihidratada.
Conforme figura 3.3, observa-se que a alumina trihidratada apresenta uma
faixa de distribuição granulométrica ainda menor do que a cinza volante, entre 1 e 50
mµ, o que justifica o seu uso como filer, conforme estudo de Fu et al. (2008) e
sugestão do fabricante.
b) Resíduo Retardante de Chama Alumina de Polimento
A alumina (Al
2
O
3
), obtida por meio de um processo controlado de calcinação
do hidróxido de alumínio, apresenta grande inércia química, sendo considerada um
óxido refratário pela sua capacidade de resistir a elevadas solicitações térmicas,
mantendo sua natureza química. Na indústria, a alumina é utilizada em diversas
aplicações, como: na indústria de refratários, cerâmicas e como elemento abrasivo
utilizado para polimentos (ALCOA, 2007).
A alumina de polimento, propriamente dita, é composta por pequenas esferas
utilizadas, principalmente, pela indústria siderúrgica, na etapa de polimento dos seus
produtos (Figura 3.3). No entanto, essa etapa do processamento gera grande
71
quantidade de resíduo, pois ao longo da sua utilização, estas esferas vão se
desgastando, adquirindo um tamanho menor do que o recomendado para o
processo. Além disso, as esferas acabam perdendo seu formato arredondado,
criando arestas e sendo então inapropriadas para o processo de polimento. Com
isso, a alumina torna-se um resíduo e necessita ser descartada adequadamente em
aterros industriais.
A figura 3.3 demonstra as peças metálicas produzidas na indústria siderúrgica
antes e após o processo de polimento com a alumina.
Figura 3.3 - Peças metálicas antes e após o polimento com a alumina de
polimento.
De uso consagrado como retardante de chamas, a alumina trihidratada
(2Al
2
(OH)
3
) é adicionada a polímeros para reduzir sua combustibilidade, umas das
propriedades limitantes do uso deste tipo de material em aplicações estruturais.
Dentro da composição deste retardante, segundo Rabello (2000), formado por água
e óxido de alumínio (Al
2
O
3
), este elemento, quando em contato com o calor em uma
situação de incêndio, age formando uma camada protetora na superfície do
substrato a ser protegido, reduzindo a difusão do oxigênio para o meio reativo, o que
dificulta a troca de calor e, portanto, a propagação do fogo.
A alumina utilizada para este estudo foi cedida pela empresa Leitz que a
utiliza para polimento de seus produtos, mas que, após o desgaste das esferas,
capta este material residuário por um filtro (figura 3.4), armazenando-o em caixas
(figura 3.5) e então encaminha este resíduo para um aterro industrial. Segundo a
empresa, somente a sua atual produção é capaz de gerar cerca de 1 tonelada por
72
mês deste resíduo, o qual acaba sendo descartado, gerando ainda mais despesas
para a empresa.
Figura 3.4 - Sistema de captação do resíduo da alumina de polimento que
suga o residuo após o polimento das peças metálicas.
Figura 3.5 - Container com resíduo de alumina de polimento gerado na
empresa Leitz que será encaminhado para aterro industrial.
Frente ao exposto, o resíduo da alumina de polimento foi então adicionado
aos compósitos poliméricos propostos neste estudo, para testar sua eficiência como
retardante de chamas. Para tal, este resíduo foi submetido a ensaios de
73
caracterização física de análise granulométrica e caracterização química. A sua
distribuição granulométrica foi executada por difração a laser no mesmo
equipamento utilizado para a realização deste ensaio para a cinza volante, Cilas
1064, do Laboratório de tecnologia mineral e ambiental, da UFRGS. O resultado
obtido está demonstrado na figura 3.6.
Alumina (original)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro (µm)
Passante Acumulado (%)
0
1
2
3
4
5
Histograma (%)
Figura 3.6: Distribuição granulométrica do resíduo alumina de polimento antes
da peneiração.
Em comparação com a granulometria da alumina trihidratada (referência
comercial) apresentada na figura 3.3, fica claro que, apesar de ser um material muito
fino, o resíduo da alumina de polimento apresenta uma maior fração de grãos
concentrados em uma faixa granulométrica maior, neste caso, entre 50 e 500 mµ.
Considerando-se esta diferença entre as granulometrias apresentadas pelos dois
retardantes, o resíduo e o comercial, optou-se por peneirar a alumina de polimento.
Com isso, somente o volume passante pela peneira de 75µm. Esta peneira foi
adotada para que fosse possível ampliar a semelhança entre os retardantes de
chama que foram comparados, bem como com o filer, com a intenção de gerar o
menor volume possível de resíduo não utilizado, e que foi então descartado (acima
de 75
µm).
74
Após o processo de peneiramento, o resíduo alumina de polimento foi
submetido novamente à distribuição granulométrica por difração a laser, no mesmo
equipamento supracitado, e apresentou a seguinte curva, conforme figura 3.7.
Alumina
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro (µm)
Passante Acumulado (%)
0
1
2
3
4
5
Histograma (%)
Figura 3.7: Distribuição granulométrica do resíduo alumina de polimento após
peneiramento.
Após o peneiramento, a curva granulométrica da alumina de polimento
apresentou maior concentração de grão entre 10 e 100 mµ, ainda maior que a
alumina trihidratada, mas similar à distribuição granulométrica da cinza volante.
Além deste, a alumina de polimento teve sua massa específica determinada
conforme a norma NM 23:2000, cujo valor é 4,54 g/cm
3
. Em comparação com a
alumina trihidratada, cujo valor obtido é de 2,40 g/cm
3
, observa-se que o valor da
massa específica da alumina de polimento é consideravelmente maior. Esta
diferença pode estar relacionada à presença de metais na composição deste
resíduo.
Para conhecimento da composição química do resíduo alumina de polimento,
este componente foi submetido ao ensaio de fluorescência de raios X. A
fluorescência de raios X é um método analítico quali-quantitativo, o qual baseia-se
nas medidas das intensidades dos raios X emitidos pelos elementos que constituem
75
a amostra. Os raios incidentes excitam os átomos constituintes da amostra, os quais
emitem linhas de espectro com energias características dos elementos, e cujas
intensidades estão então relacionadas com as suas concentrações. Estas energias
podem ser medidas por dois sistemas: dipersão por energia (EDXRF) ou dispersão
por comprimento de onda (WDXRF), o qual, quando comparado com o sistema
EDXRF, apresenta uma maior sensibilidade aos elementos leves, tais como: cloro,
enxofre, fósforo, silício, alumínio, magnésio, flúor, oxigênio, carbono e boro
(SCAPIN, 2004).
No caso desta pesquisa, este ensaio foi realizado pelo sistema de dispersão
por comprimento de onda, no laboratório do GEPSI (Grupo de Estudos de
Propriedades de Superfícies e Interfaces) da PUC-RS. A preparação das amostras
foi realizada em bolachas sinterizadas em resina epóxi (aralditeTM), e então
analisadas no aparelho Shimadzu Lab Center XRF 1800 Spectrometer.
Os resultados obtidos no ensaio de fluorescência de raios X está
demonstrado na tabela 3.3, onde são apontados os elementos componentes do
resíduo, bem como as quantidades encontradas neste.
TABELA 3.3: Análise química da alumina de polimento antes e após o processo de
polimento, obtida através do ensaio de fluorescência de raios X.
Elemento
químico
% ANTES do processo
de polimento
% APÓS o processo
de polimento
Alumínio 54,5 63,2
Zircônio 18,9 10,9
Sódio 13,8 8,9
Enxofre 0,8 3,9
Silício 1,7 3,6
Ferro 0,8 3,3
Potássio 1,9 2,2
Cloro 4,2 1,9
Titânio 1,4 1,1
Cálcio 0,6 0,6
Estrôncio 1,4 0,4
76
Observa-se na tabela 3.3 que os elementos encontrados nas amostras de
antes do processo e depois do processo de polimento das ferramentas nas
máquinas da empresa Leitz são os mesmos. Porém, alguns elementos como
alumínio, enxofre, ferro, silício e potássio apresentaram um aumento de quantidade
após o processo de polimento, o que corresponde, provavelmente, à incorporação
no resíduo dos elementos presentes nas ligas metálicas ou impurezas das
ferramentas polidas. Vale salientar que as percentagens dos elementos
apresentados neste ensaio referem-se aos metais constituintes do resíduo, mas que,
na sua composição, aparecem na forma de óxidos, como por exemplo: alumínio
(Al
2
O
3
), sódio (Na
2
O), ferro (Fe
2
O
3
), etc.
De acordo com o fabricante da alumina de polimento, este material apresenta
0,2% de umidade (300°C) e perda ao fogo de 0,5% (30 0-1000°C) (ALCOA, 2004).
Em comparação com as propriedades da alumina trihidratada apresentada na
tabela 3.2, observa-se que ambos são compostos por óxido de alumínio em grande
parte, e por outros óxidos em menor quantidade. Porém, a alumina trihidratada
apresenta água em sua composição, diferente da alumina de polimento que não a
possui. A água existente na composição da alumina trihidratada é responsável pela
alto valor obtido no ensaio de perda ao fogo em comparação com o resultado da
alumina de polimento.
3.1.2 Massa unitária – areia e cinza volante
As misturas entre a areia e a cinza volante levaram à determinação da massa
unitária em estado compactado seco, a qual determinou sua compacidade máxima,
segundo a NBR 7810:1983. A compacidade máxima auxilia a escolha do teor de
cinza volante a ser adotado para os compósitos, a fim de propiciar o melhor
fechamento dos vazios entre os grãos de areia utilizada.
Os resultados obtidos no ensaio de compacidade máxima estão relacionados
na tabela 3.4.
77
TABELA 3.4: Massa unitária da areia x cinza volante em estado compactado
seco.
% de cinza em relação à massa do agregado
Massa unitária (g/cm
3
)
0 2,76
2 2,83
4 2,86
6 2,89
8 2,87
10 2,81
De acordo com o resultado demonstrado na tabela 3.4, observa-se que a
maior compacidade entre o agregado e o filer ficou estabelecida com a adição de
6% de cinza volante em relação à massa da areia. Desta forma, pode-se presumir
que o uso de um teor maior do que 6% de cinza volante não irá contribuir para
aumentar o preenchimento dos vazios entre os grãos do agregado, passando a
promover um possível afastamento entre os grãos de areia (GORNINSKI, 2002).
Este afastamento poderá interferir na resistência mecânica dos compósitos, bem
como na geração de vazios e poros, prejudicando a durabilidade dos mesmos.
3.2 Mistura, moldagem e cura
Primeiramente, o agregado, filer e adições foram mantidos em estufa à 60°C
por 24 horas para secagem. Após, iniciaram-se as misturas das composições as
quais foram realizadas no laboratório de materiais de construção da Unisinos, com o
auxílio de uma argamassadeira de eixo vertical, modelo: Emic, 5 litros, por 120
segundos. No processo de mistura, inicialmente foram misturados todos os materiais
inorgânicos (agregado, filer e adição) e então foi colocada a resina a qual já foi
previamente misturada ao catalisador.
A moldagem foi executada em corpos-de-prova cilíndricos (5x10cm) e
prismáticos (4x4x16cm), confeccionados em aço, os quais foram previamente
tratados com cera carnaúba e desmoldante PVA (álcool polivinilico), a fim de facilitar
a desmoldagem. Estas moldagens seguiram as especificações da NBR 5738:1994,
onde o adensamento manual foi executado com auxílio de um soquete metálico de
78
17cm de comprimento. Para os corpos-de-prova cilíndricos, a compactação foi feita
em 4 camadas iguais, cada uma submetida a 30 golpes, e os prismáticos em 2
camadas, com 25 golpes cada.
Neste estudo, utilizou-se a estufa para processo de cura a fim de manterem-
se controlados os parâmetros de temperatura e umidade, descartando-se a cura em
temperatura ambiente. Após moldagem, os corpos-de-prova foram colocados em
estufa a 50°C por 3 horas, e então foram desmoldado s. Voltando à estufa, os
corpos-de-prova foram mantidos por mais 7 dias, e então retirados e mantidos em
temperatura ambiente (± 23°C) até serem então ensai ados. Esta metodologia
baseou-se em Gorninski e Kazmierczak (2008) a qual concorda com Rebeiz (1995),
que comprovou em seu estudo que o concreto polímero atinge mais de 80% da sua
resistência final em um dia. Entretanto, para este estudo, optou-se por manter as
amostras por 7 dias em estufa a fim de garantir-se uma cura completa dos corpos-
de-prova.
3.3 Metodologia dos ensaios para o PC
Para atingir os objetivos deste estudo, principalmente no que diz respeito ao
comportamento dos compósitos poliméricos frente à ação do fogo, foram
selecionados os seguintes ensaios que compuseram o programa experimental desta
pesquisa: ensaios de resistência mecânica (resistência à compressão axial e à
tração na flexão), ensaios de combustibilidade (ensaio de resistência ao calor e à
propagação de chamas) e ensaios de microestrutura (porosimetria por intrusão de
mercúrio e MEV).
O programa experimental foi desenvolvido nos seguintes laboratórios:
Materiais de Construção (UNISINOS), LABELO (PUC/RS), e na CEMM (PUC/RS).
3.3.1 Ensaios de resistência mecânica
3.3.1.1 Resistência à compressão axial
Os corpos-de-prova foram submetidos ao ensaio de resistência à compressão
no laboratório de materiais da Unisinos, executado em uma prensa (modelo: Emic,
79
cap. 2.000 KN), de acordo com a norma brasileira NBR 5739:1980. O resultado foi
obtido da média de três amostras individuais.
3.3.1.2 Resistência à tração na flexão
Este ensaio foi executado no mesmo laboratório e prensa (modelo: Emic, cap.
2.000 KN), de acordo com a norma NBR 12142:1990. Para cada teor de adição
investigado foram ensaiadas três amostras.
3.3.2 Ensaios de combustibilidade
3.3.2.1 Ensaio de resistência ao calor
Para que as composições de concreto polímero fossem avaliadas frente à
ação do calor progressivo, conforme ocorre em um incêndio real, os corpos-de-prova
foram submetidos ao calor, onde se obteve como resposta a perda de resistência
mecânica, conforme metodologia proposta por Hammell et al. (2000). Neste estudo,
o autor expôs os compósitos poliméricos a temperaturas altas por 1 hora, neste caso
à 800°C, por estar trabalhando com geopolímeros de alta resistência. Após este
período, mediu a resistência mecânica remanescente. Com o conhecimento prévio
das resistências à tração na flexão dos compósitos, pode-se ter conhecimento da
influência do calor nestas estruturas, bem como obterem-se parâmetros
comparativos entre eles.
Para a determinação das temperaturas de exposição do concreto polímero,
realizaram-se ensaios preliminares em forno. Primeiramente, foram ensaiadas
amostras representativas em temperaturas intervaladas, a cada acréscimo de
100°C, até estabelecerem-se as temperaturas máximas de suporte ao calor
imediatamente antes de apresentarem sinais de degradação ou emissão de fumaça
e gases. Desta forma, a amostra de referência, sem adições de cargas retardantes,
iniciou a propagação de fumaça aos 350°C. Apesar das amostras com adições
terem suportado temperaturas maiores (aproximadamente 470°C), para que
nenhuma amostra apresentasse sinais evidentes de combustão, as temperaturas
adotadas para este ensaio foram: 125°C, 225°C e 325 °C, sendo que para cada
temperatura, foram ensaiadas duas amostras de cada composição.
80
O ensaio preliminar e o ensaio definitivo foram conduzidos no laboratório de
metalurgia (UNISINOS), em um forno tipo câmara, marca Brasimet, modelo K250n2.
A velocidade de aquecimento utilizada foi de 10 a 15°C por minuto, e uma potência
de 7,7 Kw.
3.3.2.2 Ensaio de propagação de chama
O ensaio baseou-se em estudos onde foram analisados os comportamentos
de compósitos poliméricos frente a temperaturas elevadas e à ação do fogo,
propriamente dito. Adotou-se a metodologia utilizada por Marín et al. (2003), os
quais avaliaram um compósito polimérico frente à ação do fogo, com base nas
normas espanholas UNE 23.721 -1990 (Ensaios de reação ao fogo dos materiais de
construção – Teste de radiação aplicado a materiais rígidos) e UNE 23.727 – 1990
(Ensaios de reação ao fogo dos materiais de construção – Classificação para
materiais de construção).
A norma UNE 23.727:1990 é solicitada para aprovação das construções na
Espanha, pois necessariamente os materiais empregados devem apresentar a sua
classificação que indica o quanto o material pode cooperar no desenvolvimento do
fogo em caso de incêndio. Na pesquisa de Marín et al. (2003), os materiais podem
ser classificados da seguinte forma:
● M0 – material não combustível em condições térmicas correspondentes ao
ensaio da norma UNE 23.721- 1990;
● M1 – material combustível, mas não inflamável, o que significa que a chama
cessa após a interrupção da chama externa;
● M2, M3 e M4 – os materiais assim classificados são, respectivamente,
moderadamente, medianamente e altamente inflamáveis.
Segundo a pesquisa, as amostras de concreto polímero ensaiadas,
compostas por resina poliéster insaturada e agregado areia natural, foram
classificados como M4, podendo somente ser utilizado como material de
revestimento, sem função estrutural. Ainda segundo os autores, o material necessita
de algum tipo de adição de retardante de chamas para que possa ter então uma
variedade maior de utilização.
81
Para a execução do ensaio desta pesquisa, o qual foi realizado em um
protótipo reduzido do equipamento especificado pela norma 23.721:1990, foram
moldados corpos-de-prova no formato prismático, nas mesmas medidas das
amostras adotadas para o ensaio de resistência à tração na flexão.
A norma UNE 23.721 - 1990 avalia o tempo de propagação da chama após
contato de 20 segundos diretamente com a chama produzida com gás propano. Este
parâmetro foi avaliado para todas as composições propostas, no LABELO, na
PUC/RS. A figura 3.8 abaixo mostra o equipamento utilizado para a execução do
ensaio.
Figura 3.8 - Protótipo para realização do ensaio de propagação de chama
(LABELO – PUC/RS).
A amostra foi colocada em contato com a chama e, após 20 segundos em
contato direto, a chama é afastada. O tempo de propagação da chama é então
medido. Assim que o fogo é extinto, a chama foi colocada novamente em contato
com a amostra e o procedimento foi então repetido por 3 vezes.
82
3.3.3 Ensaios de microestrutura
Para o conhecimento da morfologia e porosidade dos compósitos, as
amostras foram analisadas em ensaios de porosimetria por intrusão de mercúrio
realizados no laboratório de materiais de construção da Unisinos e por microscopia
eletrônica de varredura (MEV), ensaio este realizado na CEMM (PUC/RS).
3.3.3.1 Porosimetria por intrusão de mercúrio
De acordo com Amianti e Botaro (2008), estes ensaios são, normalmente,
aplicados aos compósitos para conhecimento de sua durabilidade, já que a redução
de poros é um indício importante de menor permeabilidade e, portanto, menor
degradação dos materiais. Além disso, a porosidade do material é um dos fatores
que influencia na evolução da temperatura e no desenvolvimento do fogo (BERTO,
1988).
Mesmo considerando que a porosidade total em compósitos poliméricos seja
muito menor se comparada aos concretos convencionais de cimento Portland, a
distribuição de poros complementa a análise das variáveis estudadas, neste caso,
as adições de retardante de chamas propostos. Esta afirmação baseia-se no estudo
de Mehta e Monteiro (1994), os quais afirmam não ser a porosidade total, mas a
distribuição do tamanho de poros que controla efetivamente a resistência e a
durabilidade do compósito. Segundo os autores, para estudos em pastas de cimento
endurecidas, os poros grandes geram influência na resistência à compressão e na
permeabilidade, enquanto os poros menores influenciam na retração e na fluência.
Consideram-se macro poros aqueles maiores do que 50 µm.
Para este ensaio, os corpos-de-prova foram cortados com serra diamantada,
marca Buehler, modelo Isomet 1000, nas dimensões do porta-amostra
(aproximadamente 7mmx7mmx25mm), para a realização do ensaio de porosimetria
por intrusão de mercúrio. Após o corte, as amostras passaram por um processo de
limpeza por imersão em álcool isopropílico, e secagem em estufa sob 50 ºC por 24h,
sendo então mantidas no dessecador. As amostras foram ensaiadas no porosímetro,
marca Pore Master 33.
83
O tamanho equivalente dos poros preenchidos pelo mercúrio durante o ensaio
pode ser associado à pressão aplicada pela equação de Washburn (CNUDDE et al.,
2009), onde:
d = - 4 . Υ. (Cos θ) (6)
p
d = diâmetro do poro
Υ = tensão superficial do mercúrio = 0,485 N/m
θ = ângulo de contato entre o mercúrio e a parede do poro 140°
p = pressão aplicada, neste caso: 250 MPa
(Equação 6) – Equação de Washburn
FONTE: CNUDDE et al., 2009.
A pressão vai sendo aplicada sobre a amostra, podendo chegar a 400 MPa. A
cada mudança de pressão, o volume de mercúrio introduzido é registrado. Assim
são realizadas as leituras de pressurização e intrusão. Com o contínuo aumento da
pressão, o volume de mercúrio introduzido e a pressão absoluta são registrados.
Com o uso da equação 6, a pressão absoluta é convertida em diâmetro do poro
aparente introduzido.
3.3.3.2 Análise de imagens em microscópio eletrônico de varredura (MEV)
A análise microscópica de imagens é um instrumento importante para análise
qualitativa e comparativa dos componentes e de suas interações nas diferentes
composições estudadas.
Neste estudo, as amostras utilizadas para a visualização em microscópio
foram retiradas dos corpos-de-prova utilizados no ensaio de propagação de chamas,
de dimensões 4x4x16cm. As amostras foram cortadas com serra diamantada, nas
dimensões de aproximadamente 1x1x0,5cm, uma correspondente ao local que teve
contato com a chama (borda), e outra no centro do corpo-de-prova, a qual se
84
apresenta na sua forma original. O esquema de corte está apresentado na figura 3.9
abaixo.
Figura 3.9 - Esquema demonstrativo do local onde foram cortadas as
amostras para análise em MEV em cada corpo-de-prova.
Após o corte, as amostras foram mantidas em estufa por 12 horas à 50°C, e
então submetidas ao processo de metalização com ouro para obtenção de uma
superfície condutora, necessária para visualização no MEV.
A figura 3.10 apresenta, resumidamente, um diagrama esquemático dos
ensaios realizados nesta pesquisa.
85
Figura 3.10 - Organograma da execução dos ensaios propostos.
Através dos ensaios preliminares foram estudados os teores de resina, filer e
adições para a definição das composições a serem utilizadas no programa
experimental.
Os resultados obtidos nos ensaios do programa experimental foram
analisados, estatisticamente, com aplicação de software específico para análise
estatística (SPSS), utilizando o método Tukey HSD para análise de variância
(ANOVA). Esta análise compara, de forma estatística, a influência de cada fator
estudado na experiência, ao mesmo tempo em que confere qualquer interação
existente entre eles. Neste estudo, a análise estatística adotou-se um nível de
confiança de 95%.
PROGRAMA EX
PERIMENTAL
ENSAIOS PRELIMINARES
TEORES DE
ADIÇÃO (Residuo e
comercial)
ENSAIO MECÂNICO
(resistência à compresssão)
ENSAIOS
RESISTÊNCIA
MECÂNICA:
●Resistência à
compressão;
● Resistência à tração na
flexão.
ENSAIOS
MICROESTRUTURA:
● Porosimetria por
intrusão de mercúrio;
● MEV.
ENSAIOS DE
COMBUSTIBILIDADE:
● Ensaio de resistência ao
calor;
● Ensaio de de propagação
de chama.
TEOR DE FILER
(cinza volante)
TEORES DE
RESINA
(15% a 20%)
86
3.4 Análises preliminares para determinação das composições do PC
3.4.1 Considerações gerais
Após a caracterização física e a preparação do agregado para
enquadramento na zona ótima, foram desenvolvidas as análises preliminares para a
determinação dos traços (teor de resina e aditivos) utilizados no programa
experimental deste estudo. Estes traços foram testados através de um ensaio de
resistência mecânica, parâmetro usualmente utilizado na avaliação do desempenho
dos materiais de construção. As composições foram moldadas em corpos-de-prova
cilíndricos e submetidas ao ensaio mecânico de resistência à compressão, segundo
a NBR 5739:1994.
De acordo com estudos realizados em concretos poliméricos, os teores
comumente empregados para o aglomerante variam entre 10 e 20% em relação à
massa total do agregado e filer (ATZENI et al., 1990; REBEIZ, 1995; GORNINSKI,
1996; ORAK, 2000; ABDEL-FATTAH e EL-HAWARY, 1999; BINOZZI, et al., 2000;
GOPAL, 2006; MAHDI et al., 2007; GORNINSKI et al., 2007). Porém, sendo o
aglomerante polimérico o maior responsável pela flamabilidade do PC, quanto
menor o teor utilizado na composição, melhor deverá ser seu desempenho frente à
ação do calor. Desta forma, os teores selecionados para os ensaios preliminares
partiram do parâmetro de 15% de resina em relação à massa do agregado + filer,
levando-se em consideração a compacidade máxima de 6% do filer em relação à
massa do agregado. O teor de resina foi sendo acrescido em 1% até apresentar
uma trabalhabilidade aceitável em estado fresco e um provável bom desempenho
mecânico no concreto endurecido, já que a perda da resistência mecânica de um PC
é um indicativo importante na avaliação das adições empregadas, para
conhecimento e então escolha dos teores adequados.
Além da determinação do teor de aglomerante, para que ocorra o processo de
polimerização da resina e seu consequente endurecimento, é necessário adicionar-
se o iniciador (catalisador). Neste caso, o produto a ser adicionado ser o Peróxido de
Metil Etil Cetona (PMEK), cujo teor de 1% foi escolhido conforme adotado em
pesquisas semelhantes (REBEIZ, 1995; ORAK, 1999; BIGNOZZI et al., 1999; JO et
al., 2007; GORNINSKI et al., 2004 e 2007). Este teor deve ser adequado, conforme
citam as pesquisas supracitadas, para que a mistura dos componentes e a sua
87
moldagem possam ocorrer sem que inicie o processo de gelatinização do
aglomerante prematuramente.
De acordo com as dosagens de adições já estudadas na metodologia
apresentada por Trombini (2004), os teores de adição dos retardantes de chama não
devem ultrapassar a porcentagem de 60% (no caso da resina pura) em relação à
massa do aglomerante para que não comprometa a resistência mecânica do
compósito. Porém, como não se tem registros do comportamento do residuo alumina
de polimento em PC, o valor máximo adotado para este estudo preliminar foi de
40%, visto que no caso do PC existem outros componentes inorgânicos além da
adição do retardante de chamas. Para que se comprove a função filer da cinza
volante, o estudo preliminar também averiguou o desempenho mecânico de
compósitos sem sua adição.
A tabela 3.5 apresenta, de forma esquemática, as dosagens das composições
adotadas para o programa experimental. Para este estudo foram adotadas as
seguintes siglas:
R – Resíduo retardante de chamas alumina de polimento
F – Composição com filer cinza volante
N – Agregado areia de rio
C – Filer cinza volante
P – Aglomerante resina reciclada à partir do PET
Os valores 10 e 40 correspondem aos teores de adição de retardante resíduo
em relação à massa da resina.
Tabela 3.5: Dosagens das composições de PC propostas para o programa
experimental.
COMPOSIÇÃO
AGLOMERANTE(P)
AGREGADO (N)
FILER (C)
ADITIVO
RETARDANTE (R)
R10 - F
15 à 20% da massa
total (N) + (C)
Massa referência
(N)
6% da massa
referência (N)
10% da massa do
aglomerante (P)*
R40 - F
15 à 20% da massa
total (N) + (C)
Massa referência
(N)
6% da massa
referência (N)
40% da massa do
aglomerante (P)*
R10
15 à 20% da massa
total (N) + (C)
Massa referência
(N)
-
10% da massa do
aglomerante (P)*
R40
15 à 20% da massa
total (N) + (C)
Massa referência
(N)
-
40% da massa do
aglomerante (P)*
* valores utilizados em outros estudos, conforme Trombini (2004).
88
3.4.2 Resultados obtidos nas análises preliminares do PC
A tabela 3.6 apresenta os resultados e as médias obtidas dos ensaios
preliminares para determinação dos teores de adição a serem incorporados e da
influência da incorporação do filer na resistência mecânica dos compósitos. As siglas
S e CV apresentadas na tabela correspondem, consecutivamente, a desvio padrão e
coeficiente de variação.
TABELA 3.6 - Resistência à compressão em MPa – ensaios preliminares.
CP
A
mostra
01
(MPa)
Amostra
02
(MPa)
Amostra
03
(MPa)
MÉDIA
(MPa)
S (MPa) CV (%)
R10
-
F
79,2 80,1 82,1 80,5 1,48 2,20
R40
-
F
71,9 69,7 69,5 70,4 1,33 1,77
R10
65,5 67,6 66,9 66,7 1,07 1,14
R40
61,8 60,9 60,0 60,9 0,90 0,81
Primeiramente, em virtude da trabalhabilidade da massa fresca, o teor de
resina adotado para todos os compósitos foi fixado em 17% referente à massa de
agregados + filer. Esta porcentagem refere-se à menor quantidade de resina
necessária para obter-se uma mistura homogênea, visto que, quanto menor a
quantidade de resina (material orgânico) incorporada melhor sugere ser o
desempenho do compósito frente aos ensaios de resistência ao calor.
Conforme análise dos dados obtidos para este ensaio de resistência à
compressão, observa-se que os resultados nos compósitos de PC com uso do filer
apresentaram um melhor desempenho, o que sugere que, mesmo com a
granulometria pulverulenta do residuo, a cinza volante atuando como filer tem um
papel importante na resistência mecânica dos compósitos. O filer, neste caso,
ocupa o espaço entre os grãos de agregado, o que torna o conjunto mais compacto
e, portanto, mais resistente.
Constatou-se também que o aumento da adição do retardante de 10% para
40% fez com que os compósitos apresentassem uma perda aproximada de 10% na
resistência à compressão. Entretanto, o valor obtido de 70,4 MPa ainda apresenta-
89
se dentro dos limites já obtidos em outras pesquisas com componentes semelhantes
(REBEIZ et al.,1991 e 1992; JO et al., 2008).
Com a constatação de que os valores da resistência mecânica encontram-se
dentro dos limites apresentados pela literatura consultada, optou-se por averiguar o
comportamento do PC com a adição máxima sugerida pelo fabricante do retardante
de chamas comercial e por Trombini (2004), os quais sugerem que as dosagens
deste tipo de adição devam ser de até 60%, para casos onde é utilizada a resina
pura. Sendo assim, estabeleceu-se que os compósitos para o programa
experimental sejam testados nas seguintes dosagens de adições de retardantes de
chama: 15, 30, 45 e 60% referente à massa da resina.
Após determinado o teor de resina e de adição de retardante de chamas a ser
empregado nesta pesquisa, bem como a confirmação do uso da cinza volante como
filer, iniciou-se o programa experimental. Esta etapa tem como objetivo principal
avaliar os compósitos com incorporação de resíduos industriais em subtituição a
adições comerciais em sua resistência frente à ação do fogo.
Com isso, os compósitos propostos foram compostos por 17% de resina em
relação à massa do agregado + filer e avaliados quanto a sua eficiência frente à
variação dos teores de retardantes de chama (residuo ou comercial) entre 15 e 60%.
As amostras foram submetidas aos ensaios de resistência à compressão, tração na
flexão, porosimetria por intrusão de mercúrio, ensaios de resistência calor e de
propagação de chama, além de MEV.
3.5 Dosagens do programa experimental
Após análises prelimines apresentadas no item 3.4, o programa
experimental se propôs a avaliar as seguintes composições do PC, conforme
demonstra a tabela 3.7.
90
Tabela 3.7 - Composições de concreto polímero utilizadas
Componentes do
concreto polímero
Composição Massa (%)
(a)
Resina Poliéster não saturado de PET reciclado
17
b
Promotor
Iniciador
1.0
a
Naftenato de cobalto
Peróxido de metil etil cetona (PMEK)
1.0
a
(b)
Agregado Areia de rio 100% dos demais materiais
c) Filer
Cinza volante 6
c
d) Adições
Resíduo Alumina de polimento
Alumina trihidratada
0,15, 30, 45 e 60
a
0,15, 30, 45 e 60
a
a – representa a percentagem em massa do aglomerante
b – representa a percentagem em massa do total de agregado + filer
c – representa a percentagem da massa do agregado
91
4. PROGRAMA EXPERIMENTAL - Apresentação e análise dos resultados
Neste capítulo serão apresentados os resultados obtidos nos ensaios de
resistência mecânica, de combustibilidade e a análise da microestrutura, bem como
a discussão destes dados e análise estatistica dos mesmos. Para a compreensão
dos valores obtidos, serão utilizadas as seguintes convenções:
● REF. – amostras produzidas sem adições de retardantes, somente com agregado
e filer.
● R – amostras produzidas com agregado, filer e adição de Resíduo alumina de
polimento.
● A – amostras produzidas com agregado, filer e adição de Alumina trihidratada.
Nas tabelas que apresentam os resultados, os números 15, 30, 45 e 60
correspondem ao percentual de adição em relação à massa da resina empregados
nas composições. As siglas S e CV correspondem a desvio padrão e coeficiente de
variação, consecutivamente.
Neste item, são também discutidos os resultados dos dados analisados
estatisticamente com aplicação de software específico para estatísticas (SPSS),
utilizando o método Tukey HSD para análise de variância (ANOVA).
O método de análise de variância (ANOVA) baseia-se em dividir a variância
total de uma determinada resposta (variável dependente) em duas partes: a primeira
devida ao modelo de regressão e a segunda devida aos resíduos (erros). Se forem
efetuadas replicações de determinadas experiências, a ANOVA também permite
decompôr a variação dos resíduos numa parte relacionada com o erro do modelo e
outra parte relacionada com o erro de replicação. A magnitude numérica destas
variâncias é comparada formalmente através do teste de Fisher (teste F),
geralmente utilizado para comparar variâncias e decidir se são ou não
significativamente diferentes (LOPES, 2004).
Neste trabalho, são consideradas variáveis dependentes os dados gerados
nos ensaios de resistência mecânica, na avaliação de perda de resistência e
densidade após a permanência das amostras em forno, bem como o tempo de
propagação de chamas. Para a análise, foi adotado um nível de significância (
α)
igual a 0,05. Nas tabelas apresentadas a seguir, são utilizadas a siglas abaixo:
92
● SQ = soma quadrada
● GDL = grau de liberdade
● MQ = média quadrada (= SQ/GDL)
● F = MQ/MQErro (efeito da interação entre os fatores)
● S = significância
● SI = significativo
● NS = não significativo
Através do fator S pode-se conhecer a significância dos fatores ou da
interação entre os mesmos. Se o valor obtido para este fator for menor do que 0,05,
a interação é considerada significativa, exercendo então um efeito sobre a resposta.
4.1 Ensaios de resistência mecânica
4.1.1 Resistência à compressão – Resultados e discussão
Na tabela 4.1 são apresentados os três resultados parciais e as médias
obtidas para os ensaios de resistência à compressão das composições de concreto
polímero com os 4 teores de retardantes de chamas (15, 30, 45 e 60%) para o
resíduo e o comercial e o compósito referência, bem como o desvio padrão e os
coeficientes de variação encontrados.
TABELA 4.1 - Resistência à compressão – programa experimental
CP
01
02
03
MÉDIA
S (MPa)
CV (%)
R
-
15
70,9 69,7 70,4 70,3 0,60 0,36
R
-
30
74,7 72,4 74,9 74,0 1,38 1,93
R
-
45
69,1 68,8 67,7 68,5 0,73 0,54
R
-
60
81,1 79,1 80,6 80,3 1,04 1,08
A
-
15
66,2 65,5 64,6 65,4 0,80 0,64
A
-
30
77,6 77,8 77,1 77,5 0,36 0,13
A
-
45
71,6 71,1 70,6 71,1 0,50 0,25
A
-
60
79,1 76,9 78,3 78,1 1,11 1,24
REF.
70 70,3 70,3 70,2 0,17 0,03
93
A figura 4.1 ilustra as médias apresentadas na tabela 4.1 para os compósitos
com adição de retardante resíduo, retardante comercial e sem retardante de chamas
(REF.), em seus correspondentes teores.
Tipo e teor das adições
68,5
80,2
65,4
77,5
71,1
78,1
70,2
70,3
74
0
20
40
60
80
Resistência à compressão (MPa)
R-15 R-30 R-45 R-60 A-15 A-30 A-45 A-60 REF.
Figura 4.1 – Resistência à compressão de acordo com o tipo e teor da adição.
De acordo com os resultados obtidos para o ensaio de resistência à
compressão, constata-se que os maiores valores foram observados para os
compósitos que possuem a maior adição de retardante, independente do tipo de
adição utilizada. Este acréscimo de resistência deve-se, provavelmente, ao maior
empacotamento dos grãos do compósito, onde a adição pode ter atuado como um
filer.
No estudo de Gorninski et al. (2007), os valores encontrados para a
resistência à compressão com 13% de resina poliéster ortoftálica virgem (mesma
viscosidade da resina de PET) e 8% de cinza volante foram similares aos
encontrados neste estudo. A autora obteve o valor de 72,5 MPa, similar ao valor do
compósito de referência deste estudo, o qual apresentou resistência de 70,2 MPa.
Conforme os autores aumentaram os teores de cinza volante na composição do PC,
a resistência aumentou para 86,8 MPa, neste caso, com 20% de cinza volante em
relação à massa do agregado. Desta mesma maneira, os valores de resistência
mecânica encontrados neste estudo para os compósitos com 60% de adição de
retardante também foram superiores ao compósito referência, sendo 80,2 MPa e
78,1 MPa, para os compósitos com retardante residuo e para os compósitos com
94
retardante comercial, consecutivamente. Desta forma, sugere-se que as adições
contribuíram para o aumento do desempenho mecânico em relação à resistência à
compressão por proporcionarem ao conjunto um maior empacotamento dos grãos,
confirmando o efeito filer das adições nas composições.
Deste modo, observa-se que os compósitos com resina poliéster reciclada a
partir do PET comportaram-se de forma similiar aos compósitos com resina poliéster
virgem, sugerindo que seu uso é viável em concreto polímero. Com o uso da resina
reciclada, além de obterem-se compósitos com boa resistência mecânica, pode-se
colaborar para o desenvolvimento sustentável da indústria da construção civil,
através da produção de materiais ecologicamente corretos e adaptados à realidade
do mercado e às necessidades do meio ambiente.
Os valores de 80,2 MPa e 78,1 MPa encontrados para os compósitos com
60% de adição de retardante residuo e retardante alumina trihidratada,
consecutivamente, podem ser considerados satisfatórios quando comparados aos
valores encontrados por Rebeiz et al. (1991 e 1992), os quais também utilizaram a
resina poliéster reciclada a partir do PET em seus experimentos. Os autores relatam
terem utilizado seis diferentes composições contendo diferentes resinas
comercialmente recicladas de diferentes empresas. Os valores obtidos variaram
entre 42,1 MPa e 87,3 MPa no ensaio de resistência à compressão. A pesquisa
concluiu que esta diferença de valores na resistência final das composições pode
ser atribuída à diferença de pesos moleculares das resinas. De acordo com os
autores, a preparação da resina reciclada em escala industrial certamente induz a
uma maior distribuição do peso molecular quando comparadas às resinas obtidas
em escala de laboratório. De acordo com Montserrat et al. (2004), as propriedades
finais dos polímeros dependem diretamente dos seus pesos moleculares médios, da
largura da distribuição de peso molecular, o qual normalmente é expressa através
da polidispersão e também da forma desta distribuição. Desta forma, esta
característica específica de cada resina utilizada poderá sugerir o comportamento
mecânico final dos concretos poliméricos.
Jo et al. (2008), em sua pesquisa com a mesma porcentagem de resina
poliéster reciclada a partir do PET (17%), agregado natural e 17% de filer carbonato
de cálcio encontrou resultados de resistência à compressão na média de 62 MPa e
para a tração na flexão, 20 MPa. Sendo assim, contatou-se que os valores
95
encontrados nesta pesquisa foram superiores aos observados por Jo et al. (2008),
principalmente para os compósitos com 60% de adição de resíduo retardante de
chamas, o qual apresentou resistência de 80,2 MPa no ensaio de resistência à
compressão.
4.1.1.1 Resistência à compressão – Análise estatística
Com os dados apresentados na tabela 4.1, foi realizada a análise de variância
para o conhecimento dos fatores signifcativos (efeito do tipo e teor da adição) na
análise da resistência à compressão. Os resultados estão relacionados na tabela 4.2
e na figura 4.2.
TABELA 4.2 – Análise de variância da resistência à compressão axial.
VARIÁVEL GLD SQ MQ F S SIGNIFIC.
Teor de
adição (A)
4 42,94969 5,94277763 7,227208 0,04073 SI
Tipo
de
adição (B)
2 3,952161 31,2775917 0,126358 0,883584 NS
Interação
(AB)
5 23,64611 7,88204 0,376653 0,639536 NS
Erro
12 21,94312 3,45841 - - -
A análise estatística para a resistência à compressão mostra que somente
existe significância no teor de adição de retardante (α= 0,04073), e não no tipo de
adição (α= 0,883584) ou na interação entre os fatores (α= 0,639536). Este fato pode
ser facilmente observado na figura 4.2, onde se constata que tanto os compósitos
com retardante de chamas resíduo como os compósitos com retardante comercial
apresentaram um comportamento similiar, e a variação entre os resultados obtidos,
não se mostrou significativa.
Quanto aos teores utilizados, os dados estatísticos mostraram que a variação
do percentual de adição é significativa no efeito sobre o comportamento mecânico
dos compósitos. Aqueles com adição de retardante resíduo alumina de polimento
com adição de 15%, por exemplo, exibiram a resistência mecânica de 70,3 MPa. Já
para os compósitos com 60% de adição do mesmo retardante resíduo, o valor obtido
foi 80,2 MPa, representando um aumento de aproximadamente 12% na resistência
final do PC.
96
No caso do aditivo retardante de chamas alumina trihidratada (comercial),
observa-se que os compósitos apresentaram resistência à compressão de 65,4 MPa
quando produzidos com 15% deste material. No caso dos compósitos com 60% do
mesmo retardante comercial, o valor obtido aumentou para 78,1 MPa,
representando um acréscimo de aproximadamente 16% na resistência à
compressão.
Entretanto, este aumento de resistência não se mostrou linear. O percentual
de 45% de adição apresentou uma redução no seu desempenho mecânico quando
comparado aos compósitos com adição de 30 e 60%, conforme se observa na figura
4.2.
Figura 4.2 – Médias obtidas no ensaio de resistência a compressão dos
compósitos com adição de resíduo, retardante comercial e amostra referência.
De acordo com a figura 4.2, contata-se que compósitos com adição dos dois
tipos de retardante de chamas apresentaram um comportamento semelhante em
relação à resistência à compressão. Observa-se que, mesmo com a redução da
resistência mecânica nos compósitos com 45% de adição de retardante de chamas,
os valores das composições apresentaram-se satisfatórios e superiores se
comparados ao estudo de Jo et al. (2008), independente do tipo de adição utilizado.
Além disso, vale salientar que, apesar das adições terem sido incorporadas
no PC com objetivo de retardar a sua combustibilidade, bem como reduzir a
97
propagação das eventuais chamas em caso de incêndio, estas adições também
trouxeram benefícios à resistência mecânica do concreto polímero. Este fato sugere
que este tipo de adição pode ser empregado no PC para melhorar seu desempenho
mecânico além de contribuir para sua resistência ao fogo e, consequentemente,
aumentar sua durabilidade, fator importante nas questões de sustentabilidade.
Em relação aos tipos de adição empregados, observa-se que o
comportamento apresentado pelos compósitos com adição de retardante residuo
alumina de polimento apresentou-se similiar aos compósitos com adição de
retardante alumina trihidratada (comercial), conforme constatado na análise
estatística relacionada na tabela 4.2. Desta forma, sugere-se que a adição
retardante resíduo alumina de polimento pode ser utilizado no PC, pois apresenta a
mesma tendência de comportamento apresentada pela alumina trihidratada, já
consagrada e de vasto uso comercial.
A figura 4.3 ilustra a tendência de comportamento dos compósitos através da
análise múltipla das médias dos mesmos.
Figura 4.3 – Tendência de comportamento da resistência à compressão dos
compósitos deste estudo de acordo com ANOVA.
De acordo com a análise estatística de comparação múltipla das médias, a
tendência de comportamento dos compósitos deste estudo mostra que as adições
98
influenciaram positivamente na resistência mecânica, com incremento nesta
propriedade, apesar de não ser esta a função principal das adições.
Desta forma, salienta-se a importância da utilização de um resíduo em
detrimento a um material industrializado tanto pela contribuição para a vazão de um
subproduto sem atual destinação, como para a criação de um compósito
ecologicamente correto para o emprego na construção civil.
4.1.2 Resistência à tração na flexão – Resultados e discussão
Na tabela 4.3 e na figura 4.4 estão apresentados os três resultados parciais e
as médias para os ensaios de resistência à tração na flexão, bem como o desvio
padrão e os coeficientes de variação encontrados.
TABELA 4.3 - Resistência à tração na flexão – programa experimental.
CP
01
02
03
MÉDIA
S (MPa)
CV (%)
R
-
15
34,8 29,2 30,7 31,6 2,89 8,40
R
-
30
23,6 29,6 24,4 25,9 3,25 10,61
R
-
45
31,9 31,9 31,1 31,6 0,46 0,21
R
-
60
32,2 32,2 29,2 31,2 1,73 3,00
A
-
15
31,5 31,5 29,6 30,9 1,09 1,20
A
-
30
25,5 22,5 25,5 24,5 1,73 3,00
A
-
45
31,5 31,9 31,2 31,9 0,35 0,12
A
-
60
31,9 * 39,2 30,5 1,90 3,64
REF.
30,4 31,1 30,0 30,5 0,55 0,31
* falha na ruptura do corpo-de-prova
99
Tipo e teor das adições
31,6
31,2
30,9
24,5
31,9
30,5 30,531,6
25,6
0
10
20
30
40
Resistência à tração na flexão (MPa)
R-15 R-30 R-45 R-60 A-15 A-30 A-45 A-60 REF.
Figura 4.4 – Dados obtidos no ensaio de resistência à tração na flexão de
acordo com o tipo e teor da adição.
Assim como apresentado nos resultados de resistência à compressão, os
compósitos apresentaram comportamentos semelhantes independente do tipo de
adição empregado neste ensaio de tração na flexão. Em geral, os valores
encontrados na literatura pesquisada para esta resistência apresentam-se em torno
dos 20 MPa, dependendo da composição proposta (REBEIZ, 1995; GORNINSKI et
al., 2007; RODRIGUES, 2007; GORNINSKI e KAZMIERCZAK, 2008, JO et al.,
2008). Observa-se, entretanto, que os valores encontrados neste estudo foram
superiores aos encontrados na literatura, inclusive para os compósitos com 30% de
retardante, os quais neste caso, apresentaram os menores valores para os esforços
de tração na flexão.
No estudo de Gorninski et al. (2007), os compósitos com 13% da resina
poliéster ortoftálica virgem (mesma viscosidade da resina de PET) e 8% de cinza
volante apresentaram valores inferiores (17,9 MPa) para a resistência à tração na
flexão se comparado aos resultados obtidos neste estudo. Conforme os autores
foram adicionando cinza volante ao PC, a resistência de tração na flexão aumentou
para 20,5 MPa, com 20% de adição deste filer. De qualquer maneira, observa-se
que, no caso deste estudo, os valores apresentaram-se, na média, em 30 MPa,
exceto pelos compósitos com 30% de adição de retardante, os quais mostraram
100
uma resistência mecânica aproximadamente 15% inferior. Apesar deste fato, nota-se
que, mesmo demonstrando 15% a menos de resistência à tração na flexão, tanto os
compósitos com adição de retardante resíduo alumina de polimento quanto os PC
com adição de retardante comercial obtiveram resultados superiores aos
encontrados na literatura perquisada (REBEIZ, 1995; GORNINSKI et al., 2007;
GORNINSKI e KAZMIERCZAK, 2008, JO et al., 2008).
Bignozzi et al. (2000) desenvolveram um estudo com concreto polimérico
composto por resina poliéster ortoftálica, agregado areia natural, carbonato de cálcio
e resíduos poliméricos para utilização como filer. Neste estudo, os autores
obtiveram valores similiares aos apresentados nesta pesquisa, variando entre 25 e
31 MPa, conforme o tipo de material polimérico utilizado como filer. De qualquer
maneira, vale salientar que, no caso do presente estudo, além de tratar-se de uma
composição com uso de uma resina reciclada, a qual colabora para o
desenvolvimento de materiais ecologicamente corretos para a indústria da
construção civil, os compósitos ainda apresentam uma resistência à ação do calor e
do fogo, propriedade deficitária dos concretos poliméricos.
4.1.2.1 Resistência à tração na flexão – Análise estatística
A tabela 4.4 apresenta os resultados originados na análise de variância onde
poderam ser conhecidos os fatores significativos na propriedade de resistência à
tração na flexão.
TABELA 4.4 – Análise de variância da resistência à tração na flexão.
VARIÁVEL GLD SQ MQ F S SIGNIFIC.
Teor de
adição (A)
4 14,25844 0,35434029 40,23939 0,001735 SI
Tipo de
adição (B)
2 0,631285 9,53142357 0,066232 0,936588 NS
Interação
(AB)
5 0,646493 0,21549769 0,596872 0,894872 NS
Erro
12 8,713628 1,002373 - - -
A figura 4.5 ilustra o comportamento dos compósitos com adição de
retardante resíduo e retardante comercial, bem como o compósito referência no
ensaio de resistência à tração na flexão.
101
Figura 4.5 – Médias observadas no ensaio de resistência à tração na flexão
dos compósitos com adição de resíduo, retardante comercial e amostra referência.
A análise estatística apresentada na tabela 4.4 indica que há diferenças
significativas entre os teores das adições utilizadas (α= 0,001735), porém demonstra
que não há significância quanto ao tipo de adição utilizado (α= 0,936588), bem como
na interação entre estes fatores (α= 0,894872). Este comportamento também pode
ser notado no caso da resistência à compressão dos compósitos, conforme
explanado no item 4.1.1.
Conforme se observa na figura 4.5, as duas adições de retardantes de chama
utilizadas, tanto o residuo alumina de polimento quanto o retardante comercial
(alumina trihidratada) apresentaram um comportamento semelhante, sem muita
variação entre os teores, exceto no teor de 30%. Por este motivo, acredita-se que a
análise de variância tenha apresentado significância quanto ao teor de adição
empregado, independente do tipo de adição utilizado.
Desta forma, e tendo-se em vista a similaridade de comportamento
apresentada pelos compósitos com os dois diferentes tipos de adição, sugere-se
que o retardante resíduo alumina de polimento possa ser utilizado em substituição
ao retardante comercial alumina trihidratada, mantendo a eficiência do mesmo, no
que diz respeito ao comportamento mecânico do PC.
102
4.2 Ensaios de combustibilidade
4.2.1 Ensaio de resistência ao calor – Resultados e discussão
Após ensaios preliminares para a determinação das temperaturas limites de
exposição dos compósitos neste estudo apresentado no item 3.2.2.1, os corpos-de-
prova foram submetidos às temperaturas de 125°C, 22 5°C e 325°C, sendo
ensaiadas duas amostras de cada composição para cada temperatura. Cada duas
amostras de cada composição (R15, R30, R45, R60, A15, A30, A45, A60 e REF.)
foram mantidas em cada uma das temperaturas por uma hora. Após serem
retirados, os corpos-de-prova foram colocados em sala climatizada por 72 horas e
então avaliados no ensaio de resistência à tração na flexão. A tabela 4.5 e a figura
4.6 apresentam as médias obtidas neste ensaio de resistência mecânica para cada
composição após permanência em forno nas temperaturas supracitadas. A figura 4.6
apresenta ainda a média obtida para o ensaio de resistência à tração na flexão para
os compósitos não submetidos ao forno, apenas mantidos em sala climatizada, os
quais foram denominados, na legenda, como tração na flexão ambiente.
TABELA 4.5 – Médias obtidas para a resistência à tração na flexão de cada
composição após as amostras serem submetidas às temperaturas de 125°C, 225°C
e 325°C – programa experimental.
CP
MÉDIA EM
TEMP.
AMBIENTE
MÉDIA À
125°C
MÉDIA À
225°C
MÉDIA À
325°C
Perda de Ft
da
temperatura ambiente
para 325
°
C
(%)
R
-
15
31,6 31,1 20,8 18,7 40,8
R
-
30
25,9 29,2 22,5 22,9 11,5
R
-
45
31,6 32,6 24,7 21,4 32,2
R
-
60
31,2 34,5 29,1 23,0 26,3
A
-
15
30,9 31,5 25,7 20,4 33,9
A
-
30
24,5 31,5 26,8 17,2 29,8
A
-
45
31,9 28,9 27,3 25,9 18,8
A
-
60
30,5 35,2 27,0 22,8 25,2
REF.
30,5 29,2 22,3 16,3 46,5
103
0
5
10
15
20
25
30
35
40
R-15 R-30 R-45 R-60 A-15 A-30 A-45 A-60 REF.
Tipo e teor de adição
Resistência à tração (MPa)
Tração na flexão
ambiente
Tração na flexão
após 125 graus
Tração na flexão
após 225 graus
Tração na flexão
após 325 graus
Figura 4.6 – Médias obtidas no ensaio de resistência tração na flexão dos
compósitos com adição de resíduo, retardante comercial e amostra referência antes
e após permanência em forno nas temperaturas de 125, 225 e 325°C.
De acordo com a tabela 4.5 e a figura 4.6, observa-se que os compósitos
R30, R45, R60, A15, A30 e A60 apresentaram um aumento na resistência à tração
na flexão após terem sido expostos à temperatura de 125°C por 1 hora. Sugere-se
esta temperatura tenha submetido as amostras a um processo de pós-cura, o que
geralmente favorece o aumento da resistência dos polímeros. Esta conclusão
também foi apresentada na pesquisa de Pinto et al. (2005) o qual observou que a
exposição térmica de seus compósitos poliméricos, em estufa de circulação forçada
de ar operando a 110 ºC em tempos curtos (até 4 dias), promoveu aumentos na
resistência mecânica, os quais foram atribuídos a reações de pós-cura
4
.
Os fabricantes de resinas poliésteres insaturadas sugerem que o processo de
pós-cura nos compósitos deva ser feito, via de regra, à temperatura de 60 a 80°C
(ARAASHLAND, 2008; REICHHOLD, 2004). Esta especificação dos fabricantes
aplica-se à resina quando utilizada de forma pura, sem agregados, diferente do caso
do PC. Neste estudo, os elementos inorgânicos, incluindo agregado, filer e adições,
elevam a temperatura de pós-cura dos compósitos. De qualquer maneira, observa-
se que na temperatura de 125 ºC, este processo de ganho de resistência mecânica
ocorreu somente nos compósitos com adição de retardante, pois o mesmo manteve
a temperatura dos compósitos reduzida, tornando a condição ideal para que
104
ocorresse a pós-cura nestes casos. Este fato não ocorreu no compósito referência, o
qual apresentou perda de resistência já após a exposição à 125ºC.
A partir da temperatura de 225ºC constata-se que a perda da resistência
mecânica inicia-se, apresentando uma perda ainda maior na temperatura de 325°C.
Observando a tabela 4.5, exceto pelos compósitos R30 e A45, nota-se que a perda
de resistência mecânica aumenta nas amostras que apresentam menores
quantidades de retardante de chamas, tanto no caso do retardante resíduo, como no
caso do retardante comercial. Sugere-se que esta redução considerável da perda de
resistência mecânica à temperatura de 325°C deva-se à volatização do aglomerante
polimérico, maior responsável pelo desempenho mecânico dos compósitos,
entretanto o material mais suscetível à ação do calor.
Além disso, sugere-se que as adições de retardante de chamas agregaram
aos compósitos uma resistência maior frente à ação do calor, especialmente quando
comparados ao compósito referência.
De qualquer maneira, vale salientar que, apesar das perdas de resistência à
tração na flexão ocorridas após a submissão das amostras à temperatura de 325°C,
os valores remanescentes, após permanência em forno, encontram-se próximos aos
valores apresentados nos estudos consultados (REBEIZ, 1995; GORNINSKI et al.,
2007; RODRIGUES, 2007; GORNINSKI e KAZMIERCZAK, 2008, JO et al., 2008),
salientando-se que os mesmos não foram submetidos ao calor nestas pesquisas.
4.2.1.1 Ensaio de resistência ao calor – Análise estatística
Os dados da análise estatística, cujos resultados foram apresentados no item
4.2.1, estão demonstrados na tabela 4.6 e nas figuras 4.7, 4.8 e 4.9. Os resultados
foram analisados quanto à influência do teor e do tipo de adição nos compósitos
utilizados no estudo, bem como quanto às temperaturas as quais as amostras foram
submetidas. Além disso, avaliou-se a interação entre as variáveis acima listadas, a
fim de conhecerem-se os fatores significativos para o comportamento dos
compósitos neste ensaio.
4
PÓS-CURA Segunda cura ao qual o polímero é submetido, em uma temperatura alta, para
aumentar propriedades específicas como resistência, impermeabilização, entre outras.
(http://www.whitfordww.com.br/glossary.html, acessado em abril/2009).
105
TABELA 4.6 – Análise de variância da resistência à ação do calor, conforme dados
apresentados na tabela 4.5.
VARIÁVEL GLD SQ MQ F S SIGNIFIC.
Te
or de adição
(A)
3 118,240 39,413 10,924 0,000 SI
Tipo de adição
(B)
1 11,455 11,455 3,175 0,081 NS
Temperatura
(C)
3 1021,571 340,524 94,380 0,000 SI
Interação (AB)
3 6,127 2,042 0,566 0,640 NS
Interação (AC)
9 153,228 17,025 4,719 0,000 SI
Interação (BC)
3 30,289 10,096 2,798 0,050 NS
Erro
49 176,793 3,608 - - -
De acordo com a tabela 4.6, os resultados indicam que os fatores variação da
temperatura, do teor de adição e a interação entre estes fatores exerceram
influência sobre as composições em estudo (α= 0,000000) no que se refere ao
ensaio de resistência ao calor. Os tipos de adição de retardante de chamas inseridos
nos compósitos não mostraram ser influentes neste ensaio. Além disso, as
interações entre os fatores, tipo de adição e temperatura e tipo de adição e teor de
adição não se mostraram significativos no comportamento das amostras.
As figuras 4.7 e 4.8 demonstram o comportamento dos compósitos com
adição de retardante de chamas resíduo e retardante comercial consecutivamente,
em todas as temperaturas trabalhadas e sem exposição ao calor, aqui denominado
ambiente.
106
Figura 4.7 – Médias obtidas no ensaio de resistência tração à flexão dos
compósitos com adição de retardante de chamas resíduo e amostra referência após
permanência em forno nas temperaturas de 125, 225 e 325°C, bem como em
temperatura ambiente.
Através da figura 4.7, verifica-se que, com relação ao PC com retardante
resíduo, ocorreu um aumento de resistência mecânica referente ao processo de pós-
cura, principalmente nos compósitos com maior teor de adição: 30, 45 e 60%. Desta
forma, e quando comparado com o comportamento do compósito referência, nota-se
que o retardante resíduo apresentou influência importante na proteção dos
compósitos frente ao calor, visto que, sem adição de retardante, o mesmo perdeu
resistência, como já era esperado. Este fato ocorreu também em pesquisa de
Browne et al. (1975), onde os autores expuseram amostras de concreto polimérico a
longos períodos de exposição a altas temperaturas e concluíram que o limite seguro,
sem perdas de resistência, seria em torno de 60°C e m caso de exposição contínua.
Temperaturas entre 100 e 120°C seriam aceitáveis pa ra períodos curtos, ou
poderiam apresentar perda de resistência mecânica.
Davies et al. (2006) testaram a influência da temperatura em painéis de
plástico reforçado com fibras de vidro, produzidos com resina fenólica, e os
submeteram as temperaturas de 60, 90, 120, 150, 200 e 250°C. Da temperatura
ambiente para a temperatura de 250°C, a perda de re sistência mecânica ficou na
ordem de 91%. De acordo com este estudo que incluía um comparativo com um
107
modelo numérico de comportamento deste tipo de compósitos, os autores
comprovaram que ocorreu uma concordância entre os resultados obtidos dos
ensaios e os resultados calculados. No caso desta pesquisa, a perda de resistência
mecânica não foi tão expressiva, pois os compósitos apresentam uma quantidade
maior de elementos inorgânicos, agregado e filer, que conferem a eles uma maior
eficiência frente à ação do calor.
Nesta pesquisa, com base nos dados apresentados na tabela 4.5, observa-se
que o compósito referência apresentou uma perda de 46,5% na sua resistência
mecânica à temperatura de 325°C, quando comparado c om o resultado obtido em
temperatura ambiente. Em relação às composições com o retardante resíduo, a
menor perda de resistência mecânica foi observada para o compósito R30, o qual
sofreu um decréscimo de apenas 11,5% na sua resistência. Sugere-se que este fato
possa ser devido a sua ausência de poros maiores do que 10µm (figuras 4.16 e
4.17), os quais seriam responsáveis pela condução do calor ao interior da estrutura,
enfraquecendo-a. Entretanto, observa-se que a maior perda de resistência mecânica
observada nos compósitos com adição de retardante resíduo foi apresentada pelo
compósito com 15% de adição. De qualquer maneira, o compósito R15 teve uma
perda de resistência ainda inferior à apresentada pelo compósito referência, o que
comprova a eficiência da adição do retardante resíduo para o fim proposto.
A figura 4.8 apresenta um gráfico comparativo entre o comportamento do PC
com adição de retardante comercial nas três temperaturas estudadas em
comparação com o seu comportamento em temperatura ambiente.
108
Figura 4.8 – Médias obtidas no ensaio de resistência tração na flexão dos
compósitos com adição de retardante comercial e amostra referência após
permanência em forno nas temperaturas de 125, 225 e 325°C, bem como em
temperatura ambiente.
Conforme comprovado pela análise estatística, o tipo de adição de retardante
de chamas, resíduo ou comercial, não se mostrou significativo. Desta forma,
observa-se que ambas as adições apresentaram um comportamento semelhante
frente à ação do calor, principalmente quando comparadas ao compósito referência.
No caso do retardante comercial, exceto pelo teor de 45% de adição, as outras
composições também apresentaram um acréscimo de resistência mecânica após
serem submetidas à temperatura de 125°C, como foi o caso dos compósitos com
adição de retardante resíduo.
Conforme ocorrido com o PC com adição de retardande resíduo, os
compósitos com 15% de adição de retardante comercial também apresentaram a
maior perda de resistência mecânica, o que confirma a significância apresentada
pela análise estatística em relação à influência dos teores de retardante de chamas
adicionados aos compósitos. Porém, conforme também ocorrido com a adição
retardante resíduo, a perda de resistência do A15 (33,92%) também foi inferior à
perda do compósito referência, o qual apresentou 46,5% de perda em relação ao
seu comportamento sem submissão ao calor.
109
A figura 4.9 mostra, segundo os resultados obtidos pela comparação múltipla
das médias, a tendência de comportamento geral dos compósitos frente à ação do
calor, onde a análise utiliza como base para cálculo as médias obtidas neste ensaio
entre todos os compósitos, independente do tipo ou teor de adição empregado.
Figura 4.9 – Tendência de comportamento da tração na flexão dos compósitos após
a submissão às temperaturas de 125, 225 e 325°C obt ida na análise estatística.
De forma geral, a figura 4.9 demonstra que a resistência mecânica diminui
com o aumento da temperatura, fato também concluído na pesquisa de Rebeiz
(1995). Neste estudo, onde o autor também utilizou a resina reciclada a partir do
PET, areia e cinza volante, os corpos-de-prova foram submetidos às temperaturas
de -10°C, 25°C e 60°C. O autor observa que, no aume nto da temperatura de 25 para
60°C, a resistência à compressão dos compósitos sem nenhuma adição de
retardantes apresentou um decréscimo de 40%, o que comprova a importância das
adições de retardantes de chamas nas composições com resinas poliméricas.
4.2.1.2 Ensaio de resistência ao calor – Aspecto físico após exposição ao
calor
Além dos fatores de resistência mecânica medidos neste ensaio de
resistência ao calor, o aspecto físico superficial das amostras também apresentaram
diferenças consideráveis após terem sido mantidas no forno. As figuras 4.10 (a), (b),
(c), (d) mostram, nesta ordem, as amostras antes de ir ao forno, depois de
submetidas à temperatura de 125°C, após 225°C e apó s 325°C.
110
(a) (b)
(c) (d)
Figura 4.12 – Aspecto físico dos compósitos com adição de retardante
residuo, retardante comercial e amostra referência antes (a) e após permanência em
forno nas temperaturas de 125°C (b), 225°C (c) e 325°C (d).
De acordo com a figura 4.10, é possível observar que, em relação às
amostras antes de ir ao forno, independente do tipo de adição ou sem ela, no caso
da amostra referência, as amostras que foram submetidas às temperaturas de
125°C e 225°C, aparentemente, não apresentaram sina is de degradação ou queima.
As amostras apresentadas na figura 4.10 (d), em compensação, apresentaram
sinais de queima, tendo sua superfície escurecida e parte de suas bordas
consumidas, com aparência de desgastadas, como se pode observar em detalhe na
figura 4.11. Durante o ensaio, somente os corpos-de-prova que ficaram no forno a
325°C apresentaram liberação de fumaça.
111
(a) (b)
(c) (d)
Figura 4.11 – Aspecto físico dos compósitos após permanência em forno nas
temperaturas de 325°C (a), (b), (c) e (d).
Todas as amostras, independente do tipo ou teor de adição apresentaram
algum tipo de queima nas bordas (figura 4.11 (a) e (b)) e superfície com “buracos”
(figura 4.11 (c) e (d)), o qual provavelmente deve-se à volatização da resina
concentrada em alguns pontos. Notou-se, também, que as amostras mais
queimadas, com aspecto mais escurecido, foram os compósitos referência, sem
adições de retardante.
Desta forma, sugere-se que ambos os retardantes adicionados ao PC,
independente do tipo, contribuíram para a preservação dos compósitos, tanto na
manutenção da sua resistência mecânica após submissão ao calor, como no
aspecto físico, mantendo um pouco mais a integridade da estrutura.
112
4.2.2 Ensaio de propagação de chama – Resultados e discussão
Primeiramente, para uma análise preliminar do comportamento do
aglomerante polimérico em contato com o fogo, submeteu-se uma amostra moldada
somente com resina pura, sem qualquer adição de agregado, filer ou retardante de
chamas ao ensaio de contato com a chama no equipamento apresentado no item
3.3.2.2. A figura 4.12 mostra a reação da amostra após 20 segundos em contato
com a chama.
Figura 4.12 – Ensaio de propagação da chama em andamento em uma
amostra de resina reciclada a partir do PET pura.
A amostra de resina pura entrou em ignição nos primeiros 20 segundos,
mantendo a propagação da sua chama até o consumo final de todo o corpo-de-
prova. A figura 4.12 demonstra que a altura da chama produzida é maior que o
dobro da altura da amostra, comprovando o seu alto poder de flamabilidade, pois
mesmo após o afastamento da chama, o fogo manteve sua propagação pela
amostra.
113
Logo após, os compósitos referência (compostos por agregado e filer, sem
adição de retardantes de chama) e os PC com as duas adições sugeridas neste
estudo, retardante residuo alumina de polimento e retardante comercial alumina
trihidratada foram submetidos ao mesmo ensaio. A tabela 4.7 apresenta os
resultados obtidos para o ensaio de propagação de chamas para estes compósitos,
em segundos. Conforme item 3.3.2.2, as amostras foram expostas por 20 segundos
à chama, e então afastadas para a contagem dos tempos de propagação da chama
formada. No decorrer do ensaio, observou-se que, para a maioria dos compósitos, a
primeira aplicação da chama não foi suficiente para formação de uma chama
concisa, duradoura. Desta forma, a tabela 4.7 apresenta os resultados obtidos para
as três etapas do ensaio, porém, para que fossem obtidos dados mais homogêneos,
a média apresentada nesta tabela corresponde aos tempos medidos na segunda e
terceira etapas.
TABELA 4.7 – Tempo de propagação de chama, em segundos, nos
compósitos.
CP
1
ª
etapa
2
ª
etapa
3
ª
etapa
MÉDIA EM
SEGUNDOS
S (s)
CV (%)
R
-
15
4 9 9 9 0 0
R
-
30
2 5 6 5,5 0,71 0,5
R
-
45
4 8 9 8,5 0,71 0,5
R
-
60
1 3 4 3,5 0,71 0,5
A
-
15
1 7 12 9,5 3,53 12,5
A
-
30
1 4 5 4,5 0,71 0,5
A
-
45
0 3 6 4,5 2,12 4,5
A
-
60
0 2 3 2,5 0,71 0,5
REF.
0 23 24 23,5 0,71 0,5
Observa-se que, tanto os compósitos com a adição do retardante resíduo
como os compósitos com retardante comercial reduziram consideravelmente o
tempo de propagação de chamas das amostras, independente do teor utilizado,
quando comparados com o compósito referência. Do corpo-de-prova referência para
o menor teor de adição, 15%, observa-se que a redução foi de aproximadamente
60% do tempo de propagação da chama, o que comprova a eficência e a relevância
do uso das adições à base de alumínio nos compósitos poliméricos.
Além disso, diferente da amostra produzida com a resina pura, fica
comprovado que o concreto polimérico é um material combustível, mas não
114
inflamável, pois o fogo se extingue após cessar o contato com a chama, fato
também concluído na pesquisa de Marin et al. (2003). De qualquer maneira, a
redução do tempo de propagação do fogo é importante para que a estrutura em
chamas não seja um fator agravante para o processo de incêndio, e por
consequência, auxilie no aumento do tempo de escape das vítimas.
A figura 4.13 apresenta o comportamento dos compósitos em relação ao
tempo de propagação do fogo, conforme dados da tabela 4.11.
8,5
3,5
9,5
4,5 4,5
2,5
23,5
9
5,5
0
5
10
15
20
25
TIPO DE AGREGADO
Tempo de propagação (s)
R-15 R-30 R-45 R-60 A-15 A-30 A-45 A-60 REF.
Figura 4.13 – Média de tempo de propagação de chama entre os compósitos.
Comparando o comportamento entre os compósitos com os dois diferentes
retardantes de chamas, o resíduo e o comercial, constatou-se que eles apresentam
uma tendência similar de reação frente ao fogo. Conforme se aumenta o teor de
adição, reduziu-se o tempo de permanência da chama na amostra. Apesar da
eficiência apresentada com o menor teor de adição do retardante, 15%,
independente do tipo de adição empregado, observam-se que, em relação aos
compósitos referência, os compósitos com adição de 60% de retardante
apresentaram uma redução de, aproximadamente, 87% no tempo de propagação da
chama.
A figura 4.14 apresenta os resultados referentes à resistência à compressão
demonstrados no item 4.1.1 e sua relação com os tempos de propagação de chama
115
das composições com retardante resíduo, retardante comercial e no compósito sem
uso de adições retardantes (referência).
70,3
74
68,5
80,2
65,4
77,5
71,1
78,1
70,2
9
5,5
8,5
3,5
9,5
4,5 4,5
2,5
23,5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
R-15 R-30 R-45 R-60 A-15 A-30 A-45 A-60 REF.
Tipo e teor de adição
Resistência (MPa) e Tempo de
propagação (s)
RESISTÊNCIA À
COMPRESSÃO
TEMPO DE
PROPAGAÇÃO
Figura 4.14 – Médias obtidas para resistência à compressão e tempo de
propagação de chama para os compósitos.
Na figura 4.14 constata-se que os maiores valores obtidos para a resistência à
compressão foram para os compósitos R60 e A60, os quais também apresentaram
os melhores resultados em relação ao menor tempo de propagação de chama.
Desta forma, sugere-se que a adição dos retardantes agiu como elementos de
densificação do compósito, ou seja, como filer. Além disso, como a quantidade de
aglomerante nestas composições (R60 e A60) é menor do que nos outros
compósitos, acredita-se que esta redução de elemento orgânico (resina) tenha
também favorecido para a redução do tempo de propagação da chama.
Finalmente, é importante salientar que, com o uso do retardante resíduo em
detrimento ao uso do retardante comercial no PC, pode-se garantir ao compósito,
além da eficiência frente à ação do fogo comprovada neste ensaio, um material com
caráter ecológico.
116
4.2.2.1 Ensaio de propagação de chama – Análise estatística
A tabela 4.8 apresenta a análise estatística desenvolvida a partir dos dados
obtidos na ensaio de propagação de chama, onde foram verificadas as influências
dos fatores: tipo de adição e teor de adição das amostras, bem como a interação
entre estes.
TABELA 4.8 – Análise de variância do ensaio de propagação de chama.
VARIÁVEL GLD SQ MQ F S SIGNIFIC.
Teor de
adição (A)
4
78,94097 2,28125 34,60426 0,002322
SI
Tipo de
adição (B)
1
3,78125 7,822917 0,483356 0,512918
NS
Interação
(AB)
4
42,88764 5,33459 1,333877 0,82545
NS
Erro
20
46,9375 1,236546
- - -
De acordo com a análise de variância apresentada na tabela 4.8, observa-se
que as duas adições utilizadas neste estudo, tanto o retardante resíduo quanto o
retardante comercial, apresentaram um comportamento semelhante no ensaio de
propagação de chama. Este fato comprovou-se, pois a análise estatística constatou
que o tipo de adição empregado nos compósitos não se mostrou significativo no seu
desempenho frente à ação do fogo.
Entretanto, na tabela 4.8, nota-se que o teor de adição de retardante tem
influência significativa no aspecto de resistência térmica das amostras, conforme
também demonstrado na figura 4.14. Observa-se que, quanto maior o teor de adição
empregado, menor o tempo de propagação apresentado pelo compósito, ficando
claro, principalemnte, no caso da adição do resíduo. A figura 4.15 ilustra a tendência
de comportamento de todos os compósitos ensaiados, onde foram consideradas as
médias obtidas por todas as amostras, independente do tipo de adição empregado,
em comparação com o comportamento apresentado pelo compósito referência, ou
seja, sem adição de retardante de chamas.
117
Figura 4.15 – Tendência de comportamento dos compósitos com adição em
comparação com compósito referencia, através das médias obtidas nos resultados
de tempo de propagação de chama.
Através da figura 4.15, fica clara a tendência de comportamento dos
compósitos com a adição de retardante de chamas, o que demonstra que, o
aumento da segurança das estruturas contra o incêndio e à propagação do fogo é
maior com a adição de retardantes, neste caso, independente do tipo, resíduo
alumina de polimento ou comercial alumina trihidratada. Além disso, observa-se que
o menor teor de adição de retardante de chamas empregado, 15%, já atribuiu aos
compósitos uma redução considerável na sua tendência de propagar as chamas em
caso de incêndio.
Por fim, destaca-se que não foram encontrados na literatura trabalhos
referentes ao uso de retardantes alternativos além dos já comercialmente utilizados.
Com o uso de resíduos para este fim, além da eficiência frente à ação do fogo
comprovada neste estudo, pode-se contribuir para a vazão de materiais descartados
em aterros sanitários, bem como colaborar para o aumento da produção de
materiais ecologicamente corretos, necessários para o desenvolvimento sustentável
da indústria da construção civil.
118
4.3 Ensaios de microestrutura
4.3.1 Porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM) – Resultados e discussão
As Figuras 4.16 e 4.17 apresentam as relações entre a distribuição do
tamanho dos poros e o volume dos poros para os quatro tipos de compósitos
estudados com a adição do retardante resíduo alumina de polimento em relação ao
compósito referência. As figuras 4.18 e 4.19, por sua vez, demonstram estas
mesmas relações supracitadas, porém para os compósitos com adição de retardante
comercial alumina de polimento em relação ao compósito referência.
0,00
0,01
0,02
0,03
0,0010,010,11101001000
Diâmetro dos Poros ( µm )
Volume Acumulado
( cm
3
/g )
Referência
R15
R30
R45
R60
Figura 4.16 - Relação entre o diâmetro de poros e o volume acumulado obtido
por PIM para compósitos com adição de resíduo alumina de polimento e compósito
referência.
0,000
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,0010,010,11101001000
Diâmetro dos Poros ( µm )
Distribuição do Volume de
In trusão ( cm
3
/g )
Referência
R15
R30
R45
R60
Figura 4.17 - Relação entre o diâmetro de poros e a distribuição do volume
obtido por PIM para compósitos com adição de resíduo alumina de polimento e
compósitos referência.
119
0,00
0,01
0,02
0,03
0,0010,010,11101001000
Diâmetro dos Poros ( µm )
Volume Acumulado
( cm
3
/g )
Referência
A15
A30
A45
A60
Figura 4.18 - Relação entre o diâmetro de poros e o volume acumulado obtido
por PIM para compósitos com adição de alumina trihidratada e compósito referência.
0,000
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,0010,010,11101001000
Diâmetro dos Poros ( µm )
D istribuiçã o do V olum e de
Intrusã o ( cm
3
/g )
Referência
A15
A30
A45
A60
Figura 4.19 - Relação entre o diâmetro de poros e o volume acumulado obtido
por PIM para compostos com adição de alumina trihidratada.
A análise de poros é um dado importante para o entendimento do
comportamento mecânico e, conforme já citado no capítulo 2, é uma propriedade
fundamental para o controle da maior ou menor propagação das chamas nos
compósitos em situação de incêndio. A porosidade por ser um caminho para o
acesso do calor ao interior das estruturas compromete-as mecanicamente.
Não foram encontrados na literatura pesquisa dados a respeito da análise da
porosimetria em concretos poliméricos, provavelmente devido ao baixo teor de poros
normalmente observados neste tipo de concreto. Sabe-se, porém, que a
120
conformação dos compósitos e a sua maior ou menor permeabilidade pode
comprometer não somente sua resistência mecânica, durabilidade, além de torná-lo
mais suscetível ao ataque do fogo em caso de incêndio.
Nas figuras 4.16 e 4.18, observa-se que, independente da adição empregada
no compósito, as composições com 60% de adição apresentaram uma maior
quantidade de volume intrudido e, portanto, maior quantidade de poros. Acredita-se
que este comportamento deve-se ao fato destas composições terem, no seu total,
uma quantidade menor de resina para recobrimento dos elementos inorgânicos
incorporados. Isto porque a quantidade de resina foi adotada como fixa em 17% em
relação à massa total do agregado + filer, independente da quantidade de adição
incorporada.
De qualquer maneira, vale salientar que a quantidade de poros apresentada
pelos compósitos A60 e R60 não foram suficientes para comprometer a sua
resistência mecânica. Isso se comprova com os próprios resultados obtidos para os
ensaios de comportamento mecânico, os quais indicaram os teores de 60% como
maiores, independente do tipo de adição incorporada. Esta comprovação também
pode ser observada no ensaio de propagação de chama, onde os compósitos com
60% de adição apresentaram os menores tempos de propagação do fogo.
Dentre os compósitos pesquisados, destaca-se a composição com 30% de
adição de retardante resíduo, que apresentou um comportamento diferenciado dos
demais compósitos, conforme observado na figura 4.16 e 4.17. Este compósito
apresentou um menor volume acumulado de intrusão de mercúrio, concentrado,
principalmente, nos poros de diâmetro entre 1 e 10µm, não apresentando, diferente
dos outros compósitos, poros com diâmetros maiores que este. De acordo com os
resultados apresentados no item 4.2.1, onde o compósito R30 apresentou a menor
perda de resistência após exposição à 325°C, sugere -se que deva-se ao fato deste
compósito apresentar uma menor concentração de poros, e ausência de poros
maiores do que 10µm, o que dificultaria a entrada do calor ao interior da amostra.
As figuras 4.20 e 4.21 demonstram um comparativo entre os compósitos R60,
A60 e o compósito referência, na análise das relações entre a distribuição do
tamanho dos poros e o volume dos poros obtidos nos ensaio de PIM.
121
0,00
0,01
0,02
0,03
0,0010,010,11101001000
Diâmetro dos Poros ( µm )
Volum e A cum ulado
( cm
3
/g )
Referência
A60
R60
Figura 4.20 – Relação entre o diâmetro de poros e o volume acumulado
obtido por PIM para compostos com adição de residuo, retardante comercial e
referência.
0,000
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,0010,010,11101001000
Diâmetro dos Poros ( µm )
D istribuiçã o do Volum e de
Intrusã o ( c m
3
/g )
Referência
A60
R60
Figura 4.21 - Relação entre o diâmetro de poros e a distribuição do volume de
intrusão obtido por PIM para compostos com adição de residuo, retardante comercial
e referência.
As figuras 4.20 e 4.21 mostram que o compósito com maior presença de
poros foi a composição com 60% de retardante alumina comercial. Observa-se
também que o compósito R60 apresentou um comportamento similar ao compósito
referência em relação à porosidade. Acredita-se que este fato deva-se à quantidade
de retardante incorporado, já que ambos foram adicionados 60% em relação à
massa da resina, que por sua vez teve seu teor fixado em 17%. Porém, como os
retardantes possuem massas específicas diferentes, a quantidade de retardante
comercial, por apresentar menor densidade, foi maior para a mesma quantidade de
122
aglomerante, o que pode ter gerado uma maior porosidade às composições com
este tipo de adição.
Recentemente, Pipilikaki e Beazi-Katsiot (2009) investigaram a porosidade
das argamassas de cimento Portland, avaliando a influência da substituição de parte
do aglomerante por calcário. Esta alternativa, que visa minimizar a emissão de CO
2
da indústria do cimento, teve como parâmetro de avaliação a porosimetria do
compósito gerado, pois o aumento da porosidade implica, entre outras coisas, na
redução da durabilidade do mesmo. Com substituições de 0%, 15%, 25% e 35%, os
autores concluíram que as amostras apresentaram um aumento linear de poros
capilares (0,02 µm a 0,04 µm) conforme se aumentou o teor de substituição por
calcário.
Desta forma, o melhor resultado obtido no estudo dos autores foi para a
amostra com 0% a qual apresentou um volume de 0,8 cm
3
/g. Vale salientar que para
as amostras do presente estudo os valores ficaram entre 0,016 cm
3
/g (R60) e 0,022
cm
3
/g (A60), ou seja, consideravelmente menores. Quanto à análise dos poros
capilares, no estudo de Pipilikaki e Beazi-Katsiot (2009), os autores obtiveram, para
a amostra com 0%, 1 cm
3
/g, sendo que, no presente estudo, os valores se
aproximaram a 0,0005 cm
3
/g, ou seja, visivelmente inferiores.
4.3.2 Microscopia eletrônica de varredura (MEV) – Resultados e discussão
Além dos aspectos analisados, os parâmetros obtidos através da análise da
microestrutura dos compositos são importantes para o entendimento do
comportamento apresentado pelos mesmos. Dentre estes fatores, o uso do auxílio
da miscroscopia eletrônica de varredura (MEV) torna possível o conhecimento da
morfologia das partículas adicionadas aos compósitos, bem como das suas
interações com os outros elementos constituintes. Além disso, as partículas foram
analisadas pelo EDS (Energy Dispersive x-ray Detector) do equipamento, cujos
gráficos gerados serão apresentados a seguir.
Segundo Degeo (2009), o EDS é um acessório de identificação dos
compósitos analisados no MEV. Quando o feixe de elétrons incide sobre um mineral,
os elétrons mais externos dos átomos e os íons constituintes são excitados,
mudando de níveis energéticos. Ao retornarem para sua posição inicial, liberam a
123
energia adquirida a qual é emitida em comprimento de onda no espectro de raios X.
Um detector instalado na câmara de vácuo do MEV mede a energia associada a
esse elétron. Como os elétrons de um determinado átomo possuem energias
distintas, é possível, no ponto de incidência do feixe, determinar quais os elementos
químicos estão presentes naquele local e assim identificar o mineral que está sendo
observado.
As figuras 4.22 e 4.23 apresentam a morfologia da partícula de cinza volante,
utilizado como filer, bem como a sua caracterização química efetuada pelo EDS.
Figura 4.22 – Imagem obtida por MEV do PC com 60% de adição retardante
resíduo, com magnitude de 10000x.
124
Figura 4.23 – Gráfico originado após caracterização química do MEV na
partícula de cinza volante.
De acordo com a figura 4.22, observa-se que a cinza volante apresenta um
formato esférico, conforme citado no estudo de Gorninski et al. (2007). A pesquisa
de Fu et al. (2008) aponta que o efeito dos tamanhos das partículas esféricas, como
é o caso do filer cinza volante, está diretamento ligado ao comportamento mecânico
dos compósitos. De acordo com os autores, as partículas menores têm uma maior
área superficial total, o que aumenta a eficiência de transferência do mecanismo de
tensão aplicado no compósito. Esta afirmação está em conformidade com os
resultados obtido no ensaio preliminar de resistência à compressão, onde se
observou que os compósitos com adição de cinza volante apresentaram um
aumento médio de 15% na resistência mecânica quando comparado aos compósitos
sem adição deste filer.
A figura 4.23 demonstra o gráfico gerado pelo EDS para a identificação da
cinza volante, cuja composição indicada está de acordo com a caracterização
química conhecida e relatada por Silva et al. (1999), o qual observa que as cinzas
volantes provenientes da queima do carvão mineral compõem-se, basicamente, por
óxidos de silício e alumínio, baixos teores em ferro e menores quantidades de Mg,
Ca, Ti, P, S, Na e K.
125
As figuras 4.24 e 4.25 apresentam a morfologia da partícula de alumina de
polimento, utilizado como retardante de chamas nos compósitos deste estudo, bem
como a sua caracterização química efetuada pelo EDS.
Figura 4.24 – Imagem obtida por MEV do PC com 60% de adição retardante
resíduo, com magnitude de 5000x.
Figura 4.25 – Gráfico originado após caracterização química do MEV na
partícula de alumina de polimento.
126
Conforme se observa na figura 4.24, o resíduo alumina de polimento
apresenta um grão irregular, com a presença de arestas. Este formato de partícula
deve ser reponsável pelo bom empacotamento dos grãos nos compósitos
elaborados com esta adição e, consequentemente, com seus bons resultados
mecânicos. De acordo com San-José et al. (2008), os formatos irregulares dos
agregados aumentam o efeito de ancoragem e aderência a aglomerantes como a
resina, o que torna a estrutura mais resistente e durável.
De acordo com a análise apresentada pelo EDS na figura 4.25, concluiu-se
que o componente está de acordo com a composição encontrada no ensaio de
fluorescência de raios X, portanto trata-se de alumina de polimento, composta por
altos teores de óxidos de alumínio, bem como silício e ferro.
As figuras 4.26 e 4.27 apresentam a morfologia da partícula de alumina
trihidratada, utilizado como retardante de chamas comercial nos compósitos deste
estudo, bem como a sua caracterização química efetuada pelo EDS.
Figura 4.26 – Imagem obtida por MEV do PC com 60% de adição retardante
comercial, com magnitude de 5000x.
127
Figura 4.27 – Gráfico originado após caracterização química do MEV na
partícula de alumina trihidratada.
Conforme Fu et al. (2008), a aderência e interface entre a matriz e as
partículas que compõem o PC é um dos fatores mais importantes que podem afetar
as propriedades mecânicas. Além deste, o tamanho das partículas da adição
também interferem na resistência mecânica dos compósitos. Desta forma, por sua
distribuição granulométrica similiar à cinza volante, a alumina trihidratada pode atuar
como filer ao compósito, agregando trabalhabilidade no estado fresco do concreto e
maior compacidade do compósito no estado endurecido.
Além disso, conforme demonstrado na figura 4.26, a partícula de alumina
trihidratada apresenta um formato irregular, porém com bordas arredondadas, de
acordo com especificação da ficha técnica da alumina trihidratada Hydrogard
(ALCOA, 2004).
A figura 4.27 apresenta o gráfico gerado pelo EDS, o qual comprova a
identificação do componente alumina trihidratada, pois sua caracterização está de
acordo com a ficha técnica fornecida pelo fabricante, a qual determina que a
composição deste material é de 99,6% de hidróxido de alumínio.
As figuras 4.28, 4.29 e 4.30 apresentam, nesta ordem, imagens obtidas no
MEV para os compósitos referência, compósito com 60% de retardante resíduo
(R60) e com 60% de retardante comercial (A60), antes de serem expostas ao
contato com a chama do ensaio de combustibilidade.
128
Figura 4.28 – Imagem obtida por MEV do PC referência antes do contato com
o fogo, com magnitude de 450x.
Figura 4.29 – Imagem obtida por MEV do PC com 60% de adição de
retardante de chamas resíduo antes do contato com o fogo, com magnitude de 450x.
129
Figura 4.30 – Imagem obtida por MEV do PC com 60% de adição de
retardante de chamas comercial antes do contato com o fogo, com magnitude de
450x.
Em relação aos compósitos, a uniformidade da microestrutura apresentada
pelo concreto polímero, por conta do aglomerante polimérico e do elemento filer,
proporciona à estrutura uma proteção contra as condições atmosféricas, corrosões e
ataques químicos, e é claro, um melhor comportamento mecânico (SAN-JOSÉ et al.,
2008). Desta forma, com base na aderência e nas interfaces entre os elementos
inorgânicos e o aglomerante pode-se entender o bom comportamento mecânico e a
baixa porosidade apresentados pelos compósitos.
De acordo com as figuras 4.28, 4.29 e 4.30 observa-se que, em relação à
aderência do agregado com o aglomerante polimérico, os compósitos apresentam,
aparentemente, uma ligação forte entre o agregado e a resina, o que confere ao
compósito uma boa resistência mecânica, conforme comprovado com os resultados
apresentados no item 4.1.
No caso da presença das adições de retardantes de chamas, comercial e
resíduo, e com a consequente redução da quantidade de resina em relação ao total
do PC, quando comparado com o compósito referência, sugere-se que estas
adições possam ter atuado como filers nos compósitos, compensando a “falta” do
aglomerante, ocupando os espaços entre os grãos do agregado, contribuindo assim
130
para uma maior compactação do PC e um consequente bom comportamento
mecânico.
As figuras 4.31, 4.32 e 4.33 apresentam, nesta ordem, imagens obtidas no
MEV para os compósitos referência, compósito com 60% de retardante resíduo
(R60) e com 60% de retardante comercial (A60), após serem expostas ao contao
com a chama do ensaio de combustibilidade.
Figura 4.31 – Imagem obtida por MEV do PC referência após contato com o
fogo, com magnitude de 900x.
131
Figura 4.32 – Imagem obtida por MEV do PC com 60% de adição retardante
resíduo (R60) após contato com o fogo, com magnitude de 900x.
Figura 4.33 – Imagem obtida por MEV do PC com 60% de adição retardante
comercial (A60) após contato com o fogo, com magnitude de 1800x.
As imagens das figuras 4.31, 4.32 e 4.33 foram obtidas em amostras
submetidas ao ensaio de propagação de chamas, nos compósitos referência, R60 e
A60, conforme esquema de corte demonstrado na figura 3.9. Segundo a figura 4.31,
observa-se que, após o contato com o fogo, o compósito não apresenta diferenças
132
consideráveis se comparada à figura 4.28, que demonstra o compósito antes do
contato com o fogo. Aparentemente, a resina parece estar mais uniforme, o que
pode estar ligado ao fato do aglomerante ter sofrido um processo de decomposição
e quebra das cadeias poliméricas com a ação do fogo. Este fato está de acordo com
Laoutid et al. (2009), os quais garantem que os polímeros termofixos, no caso a
resina poliéster insaturada, normalmente, apresentam um aspecto de queima e
decomposição quando em contato com o fogo.
Conforme citado na revisão da literatura, os retardante de chamas podem
atuar de maneira física e/ou química nos compósitos poliméricos. A alumina
trihidratada, utilizada neste estudo como referência de retardante de chamas
comercial, apresenta os dois tipos de atuação de proteção ao fogo, liberando vapor
de água o que reduz o calor do compósito (ação física) e a criação de um filme
protetor do compósito, através da decomposição do óxido de alumínio (ação
química) (LAOUTID et al., 2009).
Nas figuras 4.32 e 4.33, observa-se que, aparentemente, a resina parece ter
sido volatizada e que o filer e as adições parecem desagregados. Entretanto, com o
auxílio do EDS, concluiu-se que matriz polimérica aderiu-se ainda mais às adições e
filer, como uma massa única, similar a um filme (em destaque com a seta na figura
4.32). Considerando-se que o óxido de alumínio, responsável pela formação deste
filme protetor, está presente tanto no retardante resíduo quanto no retardante
comercial, acredita-se que este fenômeno químico tenha ocorrido, protegendo a
estrutura da amostra, o que confirma os bons resultados obtidos no ensaio de
propagação de chama, bem como no ensaio de resistência ao calor.
Finalmente, conclui-se que os retardantes de chamas são alternativas
eficientes para a proteção de concretos poliméricos, visto que os mesmo são
suscetíveis à ação do fogo e do calor, conforme também havia sido concluído por
outros autores (BROWNE et al., 1975; SUZUKI e SUGAHARA, 1975; TROITZSCH
et al., 1990). Entretanto, na presente pesquisa observou-se que se pode obter um
comportamento similiar ao retardante alumina trihidratada comercialmente
empregada utilizando-se o resíduo alumina de polimento, proveniente, neste estudo,
de uma metalúrgica da região.
133
Desta forma, podem-se produzir compósitos de concreto polímero adaptados
às atuais necessidades da indústria da construção civil, as quais estão necessitando
de materiais ecologicamente responsáveis, e igualmente eficientes. Acredita-se que,
com isso, pode-se colaborar para a minimização do impacto das construções para
as gerações futuras, conforme também acredita BROWN (2009), através de sua
citação:
“As corporações precisam reconhecer que seu futuro é inseparável do
futuro da civilização e que elas também são responsáveis pela
manutenção da vida na Terra. Devem, portanto, contribuir com a
construção de uma economia global sustentável. Sem isso, vamos
enfrentar um colapso. Nenhuma companhia terá lucro avançando na
escalada rumo à destruição. Precisamos rever rapidamente a
economia global e particularmente a matriz energética por meio de
políticas econômicas que reestruturem taxas e pressionem o mercado
a contar a verdade ambiental.” (BROWN, 2009).
134
5. CONCLUSÕES
Esta pesquisa teve como objetivo avaliar, comparativamente, a viabilidade de
utilização de um retardante de chamas resíduo em detrimento a um retardante de
chamas comercial em compósitos de PC. Estes parâmetros foram ponderados
através da análise da resistência mecânica, combustibilidade e microestrutura das
composições.
As conclusões apresentadas a seguir não devem ser admitidas de forma
absoluta, pois se referem somente aos dados obtidos em concretos compostos
pelos mesmos materiais e executados nas mesmas condições experimentais. Sua
representatividade deve ser firmada através de novos trabalhos que apresentem
resultados complementares e que confirmem os obtidos nesta pesquisa.
5.1 Referente aos resultados obtidos nos ensaios de resistência mecânica
5.1.1 Resistência à compressão
● Os concretos poliméricos compostos por resina reciclada neste estudo
apresentaram, em geral, valores entre 65,4 e 80,2 MPa. Estes valores aproximam-se
dos valores encontrados na literatura em concretos poliméricos compostos por
resina poliéster virgem, o que comprova sua viabilidade de utilização.
● A análise estatística mostrou que a variação de teores de retardante de
chamas utilizados (15, 30, 45 e 60%) é significativa no efeito sobre o comportamento
mecânico dos compósitos, no caso da resistência à compressão. O tipo de adição
utilizado, retardante resíduo alumina de polimento ou retardante comercial alumina
trihidratada, não mostrou ter influência significativa sobre a resistência à compressão
dos compósitos, nem mesmo a interação entre os fatores teor e tipo de adição.
● As adições de retardante de chamas contribuíram para o aumento da
resistência à compressão nos compósitos estudados. Os compósitos com 60% de
adição, independente do tipo utilizado, apresentaram um acréscimo de,
aproximadamente, 10% na resistência em relação ao compósito referência, sem
adições.
135
5.1.2 Resistência à tração na flexão
● Os concretos produzidos nesta pesquisa apresentaram altos valores de
resistência para o ensaio de tração na flexão, aproximando-se dos 30 MPa. Os
valores obtidos foram superiores aos apresentados pela maioria dos concretos
poliméricos citados na literatura, onde os valores estão em torno dos 20MPa.
● A análise estatística indicou que há diferenças significativas entre os teores
das adições utilizadas, porém demonstra que não há significância quanto ao tipo de
adição, bem como na interação entre estes fatores, o que viabiliza a utilização do
resíduo em detrimento ao retardante comercial.
5.2 Referente aos resultados obtidos nos ensaios de combustibilidade
5.2.1 Ensaio de resistência ao calor
● As adições de retardante de chamas, resíduo e comercial, agregaram aos
compósitos uma maior resistência frente à ação do calor, especialmente quando
comparados ao compósito referência.
● Após a submissão ao forno em temperatura de 125°C por uma hora, as
composições R30, R45, R60, A15, A30 e A60 apresentaram um aumento de
resistência à tração na flexão, atribuído ao processo de pós-cura, quando
comparados aos compósitos que permaneceram em temperatura ambiente.
● O aumento da temperatura para 225 e 325°C teve efe ito significativo sobre
a perda de resistência dos compósitos, porém os valores remanescentes após a
submissão ao forno a 325°C encontram-se próximos ao s valores apresentados na
literatura. Os compósitos com maior adição de retardante (60%), por exemplo,
independente do tipo, apresentaram resistência à tração na flexão remanescente
com valores de 23,0 MPa (R60) e 22,8 MPa (A60). O maior descréscimo de
resistência foi apresentado pelo compósito referência o qual apresentou uma perda
de 46,5% na sua resistência à tração na flexão.
● A análise estatística indicou que os fatores variação da temperatura, do teor de
adição e a interação entre estes fatores exerceram influência sobre as composições
em estudo (
α= 0,000000) no que se refere ao ensaio de resistência ao calor. Os
tipos de adição de retardante de chamas inseridos nos compósitos não mostraram
136
ser influentes neste ensaio. Além disso, as interações entre os fatores, tipo de
adição e temperatura e tipo de adição e teor de adição não se mostraram
significativos no comportamento das amostras.
● Independente do tipo de adição de retardante de chamas utlizado ou sem
esta adição, no aspecto físico, as amostras que foram submetidas às temperaturas
de 125°C e 225°C, aparentemente, não apresentaram s inais de degradação ou
queima.
● As amostras expostas à temperatura de 325°C aprese ntaram sinais de
queima, tendo sua superfície escurecida e parte de suas bordas consumidas, com
aparência de desgastadas, onde as amostras mais afetadas foram as que não
continham adição de retardantes de chamas de nenhum tipo.
5.2.2 Ensaio de propagação de chama
● Tanto os compósitos com a adição do retardante resíduo como os
compósitos com retardante comercial reduziram, consideravelmente, o tempo de
propagação de chamas das amostras, independente do teor utilizado, quando
comparados com o compósito referência.
● A análise estatística não demonstrou significância quanto ao tipo de
retardante utilizado, apenas demonstrou ser significante o teor da mesma
empregado nos compósitos poliméricos.
● Quando comparado ao compósito referência, os compósitos com 15% de
adição de retardantes apresentaram uma redução de, aproximadamente, 60% do
tempo de propagação da chama.
● Em relação ao compósito referência, os compósitos com 60% de adição de
retardantes, independente do tipo utilizado, apresentaram uma redução de,
aproximadamente, 87% no tempo de propagação da chama.
● Os melhores resultados obtidos no ensaio de propagação de chama foram
para os compósitos com 60% de adição de retardante de chamas, os quais,
independente do tipo de adição, também apresentaram os melhores resultados
mecânicos de resistência à compressão.
137
5.3 Referente aos resultados obtidos nas análises de microestrutura
5.3.1 Porosimetria por intrusão de mercúrio
● Em geral, a porosidade dos compósitos poliméricos desta pesquisa pode
ser considerada mínima se comparada ao concreto convencional de cimento
Portland. Para uma pasta de cimento convencional endurecida com, por exemplo, 28
dias, e uma relação água/cimento de 0,6, o volume de mercúrio chegaria a quase
0,4 cm
3
/g (MEHTA e MONTEIRO, 1994). Este valor pode ser considerado alto se
comparado ao valor obtido pela composição de PC com maior volume de mercúrio
intrudido, o qual foi de 0,022 cm
3
/g (A60).
● Independente da adição empregada nos compósitos, as composições com
60% de adição de retardante de chamas apresentaram uma maior quantidade de
volume de mercúrio intrudido e, portanto, maior quantidade de poros. Porém, a
quantidade de poros apresentada pelos compósitos A60 e R60 não foram suficientes
para comprometer a sua resistência mecânica, nem mesmo a sua resistência à ação
do fogo ou calor, onde estes compósitos apresentaram os melhores resultados.
● O compósito com 30% de adição de retardante resíduo apresentou um
menor volume acumulado de intrusão de mercúrio, concentrado, principalmente, nos
poros de diâmetro entre 1 e 10µm, não apresentando, diferentemente dos outros
compósitos, poros com diâmetros maiores que este. Por conta disso, este compósito
apresentou a menor perda de resistência à tração na flexão após exposição do
mesmo ao ensaio de resistência ao calor à 325°C.
5.3.2 Análise de imagens obtidas através do MEV
● Em relação à aderência do agregado com o aglomerante polimérico, os
compósitos sem adição de retardante de chamas demonstraram uma ligação forte
entre o agregado e a resina.
● Os compósitos com 60% de adição de retardante de chamas, tanto o
retardante de chamas resíduo como o comercial apresentaram um certo
afastamento entre o agregado e a matriz polimérica. Neste caso, este espaçamento
não pode ser considerado relevante, afinal, os mesmos compósitos apresentaram os
melhores resultados no comportamento mecânico do PC.
138
● Após contato das amostras com o fogo, as análise obtidas no MEV
mostraram que, nos compósitos com adição de retardantes, resíduo e comercial, a
matriz polimérica aderiu-se mais aos elementos inorgânicos, formando uma massa
única, similar a um filme, o qual, provavelmente, foi responsável por proteger os
compósitos da ação do fogo, reduzindo a propagação da chama nos mesmos.
5.4 Considerações gerais
No geral, e levando-se em consideração os resultados demonstrados pela
análise estatística conclui-se que, o retardante de chamas resíduo alumina de
polimento apresentou-se como alternativa eficiente em substituição ao retardante
comercial alumina trihidratada nos compósitos de concreto polímero com os demais
componentes propostos neste estudo. Sugere-se ainda que, adotando-se os
parâmetros de comportamento mecânico, durabilidade e resistência ao fogo, a
melhor composição pode ser atribuída ao compósito R60, o qual utilizou retardante
resíduo com 60% em relação à massa do aglomerante, o qual também apresentou
um descréscimo considerável no tempo de propagação de fogo nos compósitos.
Finalmente, é de grande importância que existam mais iniciativas de
estreitamento entre as empresas e as universidades, para que ambos possam
usufruir do conhecimento gerado nesta parceria, e por consequência, a sociedade
em geral. Este trabalho é um exemplo dos benefícios que podem ser alcançados
com a união entre o conhecimento acadêmico e a iniciativa empresarial, visando o
progresso de ambos, mas fundamentalmente, a mudança do comportamento da
sociedade para a alcançarmos um desenvolvimento sustentável para a indústria da
construção civil.
5.5 Sugestões para trabalhos futuros
Os resultados apresentados nesta pesquisa em relação ao concreto polímero,
a inserção de matérias-primas recicladas neste tipo de compósitos e as poucas
pesquisas realizadas nos Brasil sobre este material vastamente utilizado no mundo
motivam o prosseguimento dos estudos nesta área. Desta forma, alguns aspectos
que não fizeram parte do escopo desta pesquisa podem compor novos estudos, tais
como:
139
● Estudos dos componentes gerados a partir da degradação da resina
polimérica frente à ação do fogo;
● Estudo minucioso de caracterização do resíduo alumina de polimento, bem
como da sua interação com a matriz polimérica e com os demais componentes em
escala nanométrica;
● Estudo de determinação das causas do comportamento anômalo para as
composições com 30% de adição do resíduo alumina de polimento em concretos
poliméricos;
● Estudos sobre meios de redução da geração de fumaça dos compósitos
poliméricos em situação de incêndio, bem como a avaliação da sua toxicidade;
● Estudos sobre o comportamento do retardante de chamas resíduo alumina
de polimento em polímeros de uso em geral para o conhecimento da possível ampla
utilização deste resíduo;
● Estudos sobre a influência de adições e resíduos retardantes de chamas
sobre outros aspectos de resistência mecânica e de durabilidade, como módulo de
elasticidade e comportamento em meios agressivos (hídricos e ácidos);
● Estudos da aderência das argamassas poliméricas produzidas com resina
reciclada a partir do PET e resíduo alumina de polimento em diferentes substratos;
● Estudos da estabilidade dimensional dos compósitos poliméricos com resina
reciclada e resíduos industriais para aplicação como produtos pré-moldados;
● Estudos relacionados ao processo de envelhecimento e comportamento
frente à ação de intempéries de compósitos com resina reciclada e resíduo alumina
de polimento.
140
R
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