Upload
phamduong
View
217
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
oen AUTARQUIA ASSOCIADA UNVERSIDADE
DE SO PAULO
RECICLAGEM DE RESDUOS DE MATERIAIS COMPSITOS
DE MATRIZ POLIMRICA: POLISTER INSATURADO
REFORADO COM FIBRAS DE VIDRO
KELLY NANCI CARNEIRO PINTO
Dissertao apresentada como parte dos requisitos para obteno do Grau de Mestre em Cincias na rea de Tecnologia Nuclear-Materiais.
Orientador: Dr. Jesualdo Luiz Rossi
So Paulo 2002
INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGTICAS E NUCLEARES Autarqua Associada Universidade de So Paulo
RECICLAGEM DE RESDUOS DE MATERIAIS COMPSITOS DE MATRIZ POLIMRICA: POLISTER INSATURADO REFORADO COM
FIBRAS DE VIDRO
KELLY NANCI CARNEIRO PINTO ^ / ^- ' V R O \
''-^/
\
Dissertao apresentada como parte dos requisitos para obteno do Grau de Vlestre em Cincias na rea de Tecnologia Nuclear - Materiais.
Orientador: Dr. Jesualdo Luiz Rossi
SO PAULO 2002
"Prometo que, no cumprimento do meu deverde Engenheiro, no me deixarei
cegar pelo brilho excessivo da tecnologia, esquecendo-me completamente de que
trabalho para o bem do Homem e no da Mquina, respeitarei a Natureza,
evitando projetar ou construir equipamentos que destruam o equilibrio ecolgico
ou o poluam. Colocarei todo o meu conhecimento a servio do conforto e
desenvolvimento da Humanidade. Em assim sendo estarei em paz comigo e com
Deus". (Juramento dos Engenheiros)
Eu prometo.
"A confiana aquela sensao que temos de que, acontea o que
acontecer, podemos contar com algum."
(R. Shinyashiki)
A meus pais, Sandra e Adamilson
e ao meu irmo Anderson.
"Existe somente uma idade para a gente ser feliz, somente uma poca da vida de
cada pessoa em que possvel sonhar e fazer planos e ter energia bastante para
realiz-los a despeito de todas as dificuldades e obstculos. Essa idade to fugaz
na vida da gente chama-se presente e tem a durao do instante que passa".
(Mrio Quintana)
A Paulo Jorge.
OMISSO WflCiCWAi. DF I?NP.Kt-:! N U C U : A K / P fS '
"Preciso de serenidade, para aceitar as coisas que no posso mudar
Coragem, para mudar o que posso. E sabedoria para conliecer a diferena"
(R. Niebuhr)
A todos os que se dedicam Cincia e Tecnologia.
-iMissAO r;Bc:c.i DF ENERGIA n u c i . . t A H / 5 P irtt
AGRADECIMENTOS
Agradeo a Deus pela inspirao e presena constante.
Ao Dr. Jesualdo Luiz Rossi pela orientao.
Ao Dr. Antnio Carlos Vieira Coelho pela co-orientao e incentivo.
Ao Dr. Francisco Rolando Valenzuela Diz e a Dra. Shirley Cosin pelo apoio
material e intelectual.
A Dra. Raquel Valerio S. Florencio pela reviso.
amiga Eng ^ Mrcia Cardoso, que um dia despertou em mim a paixo pelo
Plstico Reforado.
Associao Brasileira de Materiais Plsticos Compostos - ASPLAR e
empresas associadas, em especial a Alpina, Edra, Cersa, Macean e Vetrotex pela
disponibilizao de suas dependncias e tambm a Gauss Ind. e Com. de
Plsticos.
Ao colega M. Sc. Edival G. de Arajo, do Laboratrio de Metalurgia do P do
IPEN.
Aos colegas do LPMSol, Dr. Celio Xavier, M. Sc. Carolina A. Pinto,
Kleberson Ricardo de Oliveira Pereira, Denise, Valquria e Wilson.
Aos colegas Dr. Jos R. Martinelli, Dr. Gerson Marinucci, Dra. Ivone, M, Sc.
Nelson Marques da Silva, M. Sc. Hamilta de Oliveira Santos, M. Sc, Ccero
Macedo, M. Sc. Edson Garcia Gomes, Eng. ngelo Miguel Pavioto, Eng. Nelson
Parente Jr, M. Sc. Herbert J. Toth, Eng= Joelma da Penha Soares, Carlos
Henrique Ricciard, Celso Vieira de Morais, Mariano Castagnet, Eliel D. de
Oliveira, e Clio Miguel pelo apoio e colaborao.
Ao M. Sc. Paulo Jorge Brazo Marcos pelo companheirismo, ateno e
inestimvel participao.
A meus pais pela confiana, compreenso e amizade.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico - CNPq
pela bolsa de Mestrado concedida.
Ao Instituto de Pesquisas Energticas e Nucleares (IPEN/CNEN) e ao
Laboratrio de Materiais Particulados No-Metlicos (LPMSol/USP) pela
viabilidade na execuo desse trabalho. Enfim, a todos aqueles que de alguma
forma ajudaram na sua realizao.
RECUPERAO DE RESDUOS DE MATERIAIS COMPSITOS DE MATRIZ
POLIMRICA: POLISTER INSATURADO REFORADO COM FIBRAS DE
VIDRO
Kelly Nanei Carneiro Pinto
RESUMO
O desafio de pesquisadores do mundo inteiro tornar a reciclagem de materiais,
no mnimo, auto-sustentvel. Sob este ponto de vista pode-se observar que nem
sempre a reciclagem de um dado material lucrativa. No caso dos polmeros
verifica-se que as resinas termofixas apresentam limitaes quanto prtica dos
processos de reciclagem comuns s termoplsticas, porm, isso no impede que
as mesmas recebam tratamento adequado. Estudos incessantes esto sendo
feitos no sentido de encontrar uma soluo que corresponda integralmente aos
anseios das indstrias de compsitos polimricos; um deles a viabilidade
econmica. O presente trabalho estuda a reciclagem de resduos de compsito
polimrico que emprega na sua composio matriz de polister insaturado e
reforo de fibras de vidro, que um compsito polimrico de matriz termofixa,
muito utilizado em diversos setores do mercado, inclusive no automotivo e na
construo civil. A moagem foi a tcnica empregada na reciclagem de resduos
provenientes do processo de fabricao de peas desse tipo de material. A partir
da moagem de resduos de telhas em polister reforado com fibras de vidro
obteve-se o material particulado, o qual foi incorporado em trs matrizes
diferentes para avaliar a viabilidade de sua aplicao em reas no afins. Uma
delas foi em pisos cermicos, onde se verificou um potencial uso sem perda das
propriedades estudadas. No caso de argamassas de cimento Portland a
resistncia mecnica foi prejudicada, de forma que seu uso no se estende a
aplicaes estruturais. Por fim, quando inserido numa matriz de polister notou-se
reduo no tempo de trabalho da resina impedindo a conformao dos corpos de
prova.
RECOVERY OF POLIMERIC MATRIX COMPOSITES: UNSATURATED
POLYESTER REINFORCED WITH FIBERGLASS
Kelly Nanci Carneiro Pinto
ABSTRACT
The challenge for the researchers' of the whole world is to turn the recycling of
materials, at least, self-supporting. Under this point of view, it can be observed that
not always the recovery of a certain material is lucrative. In the case of polymers, it
is verified that the thermoset resins present limitations as for the practice of the
recycling processes common to the thermoplastic. However, this does not impede
that the thermoset polymers receive appropriate treatment. Incessant studies are
being made in the sense of finding a solution to correspond integrally to the
longings of the polymeric matrix composite industries; one of them is the
economical viability. The present work-studies the recycling of residues of
unsatured polyester reinforced with glass fibres - GFRP that it is a polymer
composite with a thermoset matrix, very used in several markets, besides the
automotive and the civil works. The grinding technique was employed in the
processing of GFRP production residues. From the grinding of residues of tiles
made of polyester reinforced with glass fibres, it was obtained a particulated
material, which was incorporate in three different matrices. This was undertaken in
order to evaluate the viability of this application in no similar areas. One of these
matrices was a ceramic used to fabricate floor tiles, where a potential use was
verified without mechanical and physical properties losses. In the case of Portland
cement mortars, the addiction of ground GFRP was detrimental to the mechanical
strength, so that, its use is not extended to structural applications. Finally, when
inserted in a polyester matrix, it was noticed a reduction in the working time of the
resin, impeding the obtention of specimens.
SUMRIO
Pgina
1. INTRODUO 14
2. OBJETIVOS 16
3. REVISO DA LITERATURA 17
3.1. Reciclagem 17
3.2. Matrizes 19
3.2.1. Argila 20
3.2.2. Cimento Portland 22
3.2.3. Matriz polimrica 25
3.3. Compsitos de matriz polimrica 29
3.3.1. Resina de polister insaturado 29
3.3.2. Fibras de vidro 30
3.3.3. Processos de fabricao de compsito polimrio 31
4. MATERIAIS E MTODOS 35
4.1. Obteno do material particulado 35
4.2. Caracterizao do resduo 37
4.2.1. Determinao da granulometria 37
4.2.2. Determinao da composio qumica 38
4.2.3. Determinao da morfologia 38
4.3. Caracterizao das matrizes 39
4.3.1. Determinao da composio mineralgica da argila 39
4.3.2. Caractersticas do cimento Portland 39
4.3.3. Caractersticas da resina 39
4.4. Incorporao do material particulado 40
4.4.1. Matriz de cermica vermelha 40
4.4.2. Matriz de cimento Portland 43
4.4.3. Matriz de polister insaturado 45
4.5. Ensaios tecnolgicos 47
4.5.1. Ensaios na matriz argilosa 47
4.5.1.1. Perda ao fogo 47
4.5.1.2. Retrao linear total 47
4.5.1.3. Ensaio de resistncia flexo 48
4.5.1.4. Absoro de gua para corpos argilosos 48
4.5.1.5. Determinao da morfologa 49
4.5.2. Ensaios na matriz de cimento 49
4.5.2.1. Absoro de gua para argamassas de cimento Portland 50
4.5.2.2. Ensaio de resistncia compresso 50
4.5.3. Ensaio na matriz de resina 50
5. RESULTADOS E DISCUSSES 51
5.1. Determinao da composio mineralgica da argila 51
5.2. Composio do resduo 55
5.3. Matriz de cermica vermelha 58
5.4. Matriz de cimento 71
5.5. Matriz de resina de polister 72
6. CONCLUSES 74
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 76
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 01. Tijolo de 12 furos utilizado na construo de paredes 20
FIGURA 02. Telha francesa. A telha Cermica possui excelente isolamento
trmico e formas diversas 21
FIGURA 03. Lajota rstica usada como revestimento de pavimentos
residenciais 22
FIGURA 04. Agregados leves utilizados em jardinage ou na construo civil,
para composio do concreto leve, com dimetro mdio de
20 mm 22
FIGURA 05. Tubos de concreto simples e armados para guas pluviais,
poos, caixas d'gua e fossas 23
FIGURA 06. Resistncia compresso de concretos fabricados com
diferentes tipos de cimento Portland em funo do tempo 25
FIGURA 07. Reao qumica que ocorre durante o processo de cura da resina de
polister insaturado 26
FIGURA 08. Estrutura molecular do cido ortoftlico - grupo qumico que
caracteriza a resina ortoftlica 27
FIGURA 09. Estrutura molecular do cido isoftlico - grupo qumico que
caracteriza a resina isoftlica 27
FIGURA 10. Estrutura molecular do bisfenol A - grupo qumico que
caracteriza a resina bisfenlica 28
FIGURA 11. Estrutura molecular do cido tereftlico - grupo qumico que
caracteriza a resina tereftlica 28
FIGURA 12. Produo e vendas internas declaradas de resina polister 30
FIGURA 13. Fibras de vidro utilizadas como reforo 31
FIGURA 14, Esquema do processo de fabricao de telhas em PRFV -
processo de molde aberto: laminao contnua 32
FIGURA 15. Esquema do processo de fabricao de partes automotivas -
processo de molde fechado: RTM (Resin Transfer Molding) 33
FIGURA 16. Resduo de telhas de PRFV em forma de tiras, como recebido 35
FIGURA 17. Fluxograma de moagem e disposio do resduo de PRFV 36
FIGURA 18. Resduo da fabricao de telhas de PRFV processado. A)
Resduo fragmentado; B) Resduo moldo 36
FIGURA 19. Interface do software mostrando o arranjo simplificado do
analisador de tamanho de partculas por espalhamento a laser 38
FIGURA 20. Corpo de prova na forma esferoidal, queimado a 900 "C 40
FIGURA 21. Detalhe da mancha ocorrida nos corpos de prova na forma
esferoidal queimados a 900 C, para concentraes de 30, 40 e
50% de residuo de PRFV 41
FIGURA 22. Molde metlico utilizado para a conformao dos corpos de prova
em forma de barras prismticas 42
FIGURA 23. Corpos de prova na forma de barras prismticas: A) secos a 110 C
e B) queimados a 950 C e 1050 C 43
FIGURA 24. Corpos de prova conformados para o teste exploratorio 44
FIGURA 25. Molde metlico utilizado para a conformao dos corpos de
prova de argamassa de cimento na forma cilindrica 45
FIGUfRA 26. Corpos de prova, na forma cilindrica, curados por 28 dias 45
FIGURA 27. A) Modelo utilizado na construo do molde. B) Molde usado na
conformao dos corpos de prova 46
FIGURA 28. Corpos de prova em resina de polister insaturada para ensaio de
trao 46
FIGURA 29. Esquema do posicionamento do corpo de prova durante o
ensaio de flexo de trs pontos 48
FIGURA 30. Difratograma de raios-X da amostra de tagu in natura 52
FIGURA 31. Difratograma de raios-X da amostra de tagu queimado a 950 "C 53
FIGURA 32. Difratograma de raios-X da amostra de tagu queimado a 1050 C... 54
FIGURA 33. Morfologa das partculas resultantes da moagem do residuo de
PRFV, observada em microscpio eletrnico de varredura 56
FIGURA 34. Curva de distribuio de tamanho de partculas obtida em analisador
de tamanho de partculas por espalhamento a laser, para o PRFV
modo por 4 horas 57
FIGURA 35. Comparativo dos resultados de absoro de gua dos corpos de
prova queimados a 950 C com os valores especificados para
telhas e tijolos furados 61
FIGURA 36. Comparativo dos resultados de tenso de ruptura flexo dos
corpos de prova queimados a 950 C com os valores especificados
para telhas, tijolos furados e tijolos de alvenaria 61
FIGURA 37. Comparativo dos resultados de absoro de gua dos corpos de
prova queimados a 1050 C com os valores especificados para
telhas e tijolos furados 62
FIGURA 38. Comparativo dos resultados de tenso de ruptura flexo dos
corpos de prova queimados a 1050 C com os valores
especificados para telhas, tijolos furados e tijolos de alvenaria 63
FIGURA 39. Diagrama de Weibull dos corpos de prova queimados a 950 C 66
FIGURA 40. Diagrama de Weibull dos corpos de prova queimados a 1050 C 66
FIGURA 41. Correlao entre porosidade e mdulo de ruptura das amostras
queimadas a 950 C e a 1050 C 67
FIGURA 42. Micrografias dos corpos cermicos aps a queima, isentos de
resduo. A) queimado a 950 C, B) queimado a 1050 C.
Observa-se a presena de menor quantidade de poros na imagem
B comparada com a A devido maior densificaao do corpo
cermico 68
FIGURA 43. Micrografias dos corpos cermicos aps a queima com 5 % de
resduo incorporado. C) queimado a 950 X , D) queimado a 1050 X .
A imagem C revela poros maiores e em uma quantidade maior que
em D 69
FIGURA 44. Micrografias dos corpos cermicos aps a queima com 10% de
resduo incorporado. E) queimado a 950 C, F) queimado a 1050 X .
Verifica-se a reduo da quantidade de poros na imagem F
comparada com a E 70
FIGURA 45. Micrografias dos corpos cermicos aps a queima com 20 % de
resduo incorporado. G) queimado a 950 C, H) queimado a 1050 X .
Na imagem H, observa-se a presena de poros grandes e um
aspecto esponjoso do corpo cermico, devido a poros menores. Na
G, h a presena de poros grandes, porm a matriz apresenta-se densa 71
FIGURA 46. Detalhe das bolhas aprisionadas no interior do corpo de prova 73
14
1. INTRODUO
Os materiais compsitos podem ser definidos como sendo aqueles
obtidos a partir da combinao de dois ou mais componentes, cujas propriedades
resultantes so diferentes das de cada um destes componentes individualmente
[1]. Eles so constitudos, basicamente, por uma matriz e um reforo, formando
um material com propriedades adequadas a inmeras aplicaes, dependendo da
combinao das diferentes matrias-primas. Os compsitos de matriz polimrica
por apresentarem boas propriedades mecnicas especficas, aliadas ao baixo
custo relativo de fabricao so competitivos dentro do mercado, substituindo
materiais convencionais, tais como madeira e metal.
O uso de materiais compsitos polimricos tem crescido continuamente
desde que a tecnologia foi introduzida no sculo XX, na dcada de 60. Produtos
como banheiras, partes automotivas e tanques de estocagem podem ser citados
como exemplos de peas manufaturadas em compsitos de matriz polimrica. A
gerao de resduos deste material tem a contribuio de fatores como: a falta de
treinamento do operador, especialmente em processos de produo manuais;
manuseio e utilizao inadequados das matrias-primas e projeto inadequado do
molde. O mtodo prevalecente de disposio do resduo em aterros sanitrios,
o qual est tornando-se proibitivo devido ao custo e rigorosa legislao
ambiental. Portanto, o desenvolvimento do processo de reciclagem para materiais
compsitos, deste modo, torna-se necessrio [2].
O polister reforado com fibras de vidro (PRFV) um compsito
polimrico que pode ser conformado por diversos processos de fabricao,
originando resduos com composies diferentes. Estima-se que na indstria de
compsitos polimricos de matriz termofixa so geradas, aproximadamente, dez
mil toneladas de resduos slidos por ano no Brasil [3]. Esses resduos so
geralmente dispostos em aterros sanitrios, sendo reciclado menos de 1 % do
total gerado. Exclui-se deste total de resduos os produtos ps-consumidos.
Comparado com a gerao de resduos de embalagens plsticas, que chega a
centenas de toneladas por ano, esse tipo de material compsito ainda
15
corresponde a uma pequena quantidade, mas possui um fator agravante que a
infusibilidade da resina empregada como matriz, dificultando seu
reprocessamento. Regra geral, atividades concernentes reciclagem direta de
plsticos consideram somente os termoplsticos, os quais podem ser fundidos e
conformados para um novo uso. Os termofixos decompem-se antes de fundir e
no podem ser reciclados da mesma maneira [4]. Como formas de reciclagem
dos rejeitos de PRFV tem-se estudado o emprego da reciclagem qumica,
energtica e mecnica [5].
A reciclagem qumica no oferece restrio a nenhum tipo de plstico,
o processo consiste na degradao trmica de materiais orgnicos, onde h a
converso dos polmeros em hidrocarbonetos para reutiliz-los na produo de
polmeros virgens ou em outro processo petroqumico [6, 7]. Os processos mais
comuns de reciclagem qumica so hidrlise, gliclise, alcolise, metanlise e
pirlise, sendo o ltimo um dos mais estudados atualmente [8, 9]. Aps o
fracionamento, os hidrocarbonetos obtidos a partir da reciclagem qumica, podem
ser usados como alternativa gasolina, ao querosene, leo diesel ou leo
combustvel [10]. A reciclagem mecnica baseia-se na reduo das peas
rejeitadas e aparas de processo a um tamanho de partcula que depende da
aplicao a que se destina. Este mtodo adequado para materiais no-
contaminados, ou seja, aqueles que ainda no foram enviados para os aterros [5].
A recuperao energtica consiste no uso da energia potencial da parte orgnica,
que liberada durante a incinerao.
Todos e quaisquer resduos gerados nesses processos, seja de
fabricao ou de reciclagem, devem receber um gerenciamento adequado
(acondicionamento, coleta, transporte, tratamento e / ou disposio final), bem
como os produtos ps-consumidos, tendo em vista minimizar ou controlar os
danos ao meio ambiente, conseqentemente presen/ando a sade e o bem estar
da populao.
16
2. OBJETIVOS
O presente trabalho objetiva estudar a reciclagem de material
particulado, obtido a partir da moagem de residuos da fabricao de telhas de
PRFV, por meio da sua incorporao em massa para produo de cermica
vennelha, argamassa de cimento Portland e matriz de polister insaturado. A
viabilidade tcnica deste processo foi determinada por meio do estudo de
caracterizao fsico-qumica do resduo e das matrizes onde foi incorporado e de
sua influncia nas propriedades tecnolgicas finais dos produtos obtidos.
17
3. REVISO DA LITERATURA
3.1. Reciclagem
O termo reciclagem pode ser definido como sendo o processamento de
materiais no mbito de um processo de produo para o fim original ou para
outros fins [11]. H cerca de 30 anos que a indstria do aluminio vem
beneficiando latas e outros artigos descartveis de alumnio, caracterizando o
incio de uma prtica bastante comum na atualidade, a reciclagem. Esta,
estendendo-se a outros tipos de materiais, tornou-se uma alternativa para que o
volume de resduos destinados aos depsitos de lixo ou aterros sanitrios fosse
reduzido e, no caso de alguns deles, transformou-se numa atividade lucrativa.
Do ponto de vista ecolgico todos os materiais estranhos natureza,
ou seja, artificiais, devem receber um tratamento adequado antes de serem
devolvidos ao meio ambiente, independente do retorno econmico que possa
proporcionar. A reciclagem apropriada para cada resduo definida a partir de
suas propriedades fsicas e qumicas. Diante disso, verifica-se a maior ou menor
complexidade e custo dos processos de reciclagem. No entanto, especialmente
no caso de setores fabris, antes mesmo de se pensar em reciclagem, deve-se
levar em conta a necessidade de se instaurar um rigoroso controle de processo
no sistema produtivo, bem como investir em desenvolvimento de materiais,
tecnologia, mo-de-obra especializada e processos menos agressivos para o
meio ambiente.
O material em estudo um resduo slido, classificado pelo Centro
Tecnolgico de Saneamento Bsico (CETESB) como classe III - inerte. A
definio para resduos slidos, segundo a norma NBR 10.004 [12] :
"Resduos no estado slido e semi-slido, so aqueles que resultam de
atividades da comunidade de origem: industrial, domstica, hospitalar, comercial,
agrcola, de servios e de varrio. Ficam includos nesta definio os Iodos
provenientes de tratamento de gua, aqueles gerados em equipamentos e
instalaes de controle de poluio, bem como determinados lquidos cujas
18
particularidades tornem invivel seu lanamento na rede pblica de esgotos ou
corpos de gua, ou exijam para isso solues tcnicas economicamente inviveis
em face melhor tecnologia disponvel".
As trs categorias para classificao de resduos, adotadas por esta
norma, so:
Classe I - perigosos: resduos que em funo de suas caractersticas de
inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade e patogenicidade podem
apresentar risco sade pblica ou efeitos adversos ao meio ambiente;
Classe II - no-inertes: resduos que no se enquadram na classe I ou classe
III. Podem ter propriedades como combustibilidade, biodegradabilidade ou
solubilidade em gua;
Classe III - inertes: resduos que no sofrem transformaes fsicas, qumicas
ou biolgicas significativas a ponto de acarretar risco sade e ao meio
ambiente (por exemplo, restos de construo, vidro, certos plsticos e
borrachas de difcil decomposio) [13].
Neste trabalho aborda-se a reciclagem do resduo de PRFV, que
apresenta como caracterstica principal a infusibilidade da resina de polister
insaturado. A reciclagem deste tem sido realizada por empresas especializadas e
que em sua maioria trabalham com resduos provenientes de processos que
empregam moldes fechados, fazendo com que o produto da reciclagem volte para
o processo de produo. Esta uma postura razovel para pases como
Alemanha, Frana, Itlia e Noruega, onde esse tipo de processo de fabricao
maioria. Contudo, no Brasil, estima-se que cerca de 80 % dos processos de
fabricao utilizam moldes abertos, os quais no apresentam a mesma facilidade
para incorporar o produto da reciclagem ao processo produtivo. Tendo em vista
esse entrave, busca-se contemplar novas aplicaes e mercados com o produto
da reciclagem do PRFV.
Algumas das alternativas estudadas para a reciclagem do resduo de
PRFV so: como carga (enchimento), em blocos de concreto, no asfalto, como
fonte energtica, como leo, no reaproveitamento das fibras de vidro e na
19
produo de clnquer.
O PRFV utilizado como carga principalmente na composio de
produtos fabricados em processos de moldes fechados, tendo como funo
substituir, em parte, a carga natural (por exemplo, carbonato de clcio)
geralmente empregada na produo de peas de PRFV. A incorporao do
resduo, em forma de p, na preparao de SMC {Sheet Molding Compound -
composto de moldagem para conformao de peas utilizado em processos de
moldes fechados), na proporo de 20 % em massa, resulta em peas mais leves
que as feitas com material virgem, sem perda das propriedades mecnicas e da
flexibilidade [14], Incorporando-se at 30 % do p de PRFV em poliestireno, um
polmero termoplstico, obtm-se boas propriedades mecnicas para fins
especficos [15].
Com a adio de 1 a 2 % em massa de p de PRFV em asfalto h
aumento da resistncia compresso em at 60 %, sem prejudicar outras
propriedades. Outra alternativa a compactao e utilizao de resduos de
PRFV, em blocos de concreto, os quais originam um bloco com ncleo de
resduos com aparncia idntica dos blocos de concreto convencionais [3]. A
recuperao das fibras de vidro a partir do resduo de PRFV feita num processo
de leito fluidizado, onde ocon-e a combusto da resina e, as fibras e eventuais
cargas so separadas [16, 17].
Na produo de clnquer o resduo de PRFV libera calor contribuindo
com a elevao da temperatura, necessria para o seu processamento, sendo
uma boa opo para a reciclagem de peas ps-consumidas [14]. A partir do leo
bruto obtido em processos de reciclagem qumica, tais como pirlise,
hidrogenao e gliclise, possvel produzir, por exemplo, xileno, benzeno e
tolueno. Esses processos demandam um custo elevado [18]. Como fonte
energtica possvel ser utilizado como combustvel, visto que a resina de
polister insaturado apresenta poder calorfico superior da madeira (26 MJ/kg)
[19].
3.2. Matrizes
As matrizes estudadas para a incorporao do resduo de PRFV foram
argila para cermica vermelha, cimento Portland e resina de polister insaturado.
20
FIGURA 01. Tijolo de 12 furos utilizado na construo de paredes.
Para a fabricao de telhas, as argilas devem possuir plasticidade
adequada para a moldagem, terem boa resistncia ao manuseio durante a
fabricao e aps a secagem, porosidade aparente e absoro de gua baixas,
para no permitirem a permeao de gua. No devem apresentar trincas
;OWiSSAC f J ^ .GN^ l Lc E ^ K G i A N U C L E A R / S P P O
3.2.1. Argila
Argilas plsticas para cermica vermelha ou estrutural so as argilas
usadas na fabricao de materiais de construo de engenharia civil, tais como
tijolos de alvenaria e furados, telhas, ladrilhos de piso, e outros. A cor vermelha
que caracteriza esses produtos resultante da oxidao de compostos de ferro
presentes ou liberados pela argila durante a queima. A intensidade da cor varia
no s em funo da quantidade de xido de ferro, como tambm da presena de
outros minerais e da atmosfera oxidante do tratamento trmico [20]. A indstria
oleira no Brasil usa processos de moldagem manuais, por extruso e por
prensagem. As temperaturas de queima oscilam entre 950 C e 1200 C,
conforme a natureza da argila, do produto cermico, do forno utilizado; e as
condies econmicas locais. Algumas de suas aplicaes so: tijolos, telhas,
ladrilhos de piso e agregados leves.
As argilas, para terem emprego na fabricao de tijolos, devem poder
ser moldadas facilmente e terem boa resistncia ao manuseio aps a secagem.
Estas costumam apresentar cor vermelha aps a queima em baixas temperaturas
(geralmente 950 C, que a temperatura usual de queima para esse tipo de
produto), com um mnimo de trincas e empenamentos (FIG. 01).
21
FIGURA 02. Telha francesa. A telha cermica possui excelente isolamento
trmico e formas diversas.
Argilas para fabricao de ladrilhos de piso so argilas plsticas e
folhetos argilosos, de fcil moldagem, com elevados teores em ferro e de metais
alcalinos, que vitrificam a temperaturas relativamente baixas, sem a tendncia a
empenarem (FIG. 03). A cor vermelho-viva, sem manchas escuras, aps queima
entre 1000 C e 1100 C, que a faixa de temperaturas de queima usual, uma
caracterstica desejvel, alm dos valores baixos da absoro de gua e
porosidade aparente, geralmente abaixo de 5 %, devido ao elevado grau de
vitrificao atingido, o qual d origem a uma elevada resistncia abraso. As
argilas para esse uso so geralmente denominadas "taguas" [21].
Tagu o nome dado a certas argilas de natureza sedimentar que
contm, em geral, pouca impureza de granulao grossa. Essa designao
peculiar a So Paulo, onde so explorados barreiros de tagu na bacia terciaria
da capital no vale do Paraba e nas formaes permianas e carbonferas do
centro do Estado [22]. O tagu tambm utilizado na fabncao de manilhas ou
tubos cermicos, blocos cermicos portantes e agregado leve de argila
piroexpandida, produtos cermicos de cor vermelha empregados na construo
civil [23].
e empenamentos aps a secagem e queima. Costumam apresentar cor vermelha
aps queima a cerca de 950 C, uma larga faixa de vitrificao, e retrao
uniforme para proporcionar um bom controle das dimenses finais do produto
acabado (FIG. 02).
22
FIGURA 03. Lajota rstica usada como revestimento de pavimentos residenciais.
Os ensaios preliminares das argilas do grupo de cermica vermelha ou
estrutural permitem selecionar as argilas que, por suas caractersticas de
expanso com a temperatura, podem servir para agregados leves (FIG. 04) [21].
FIGURA 04. Agregados leves utilizados em jardinagem ou na construo civil,
para composio do concreto leve, com dimetro mdio de 20 mm.
3.2.2. Cimento Portland
Na antigidade, verificou-se que certas rochas calcrias, depois de
uma simples calcinao, resultavam em um produto que misturado com tufo
vulcnico endurecia pela adio de gua. O cimento romano no era exatamente
como o atual cimento "Portland", mas uma verdadeira cal hidrulica, que dava
pega sob gua, pela reao da cal com a slica ativa de cinzas vulcnica [22].
O ingls Joseph Aspdin (1824) patenteou um cimento artificial feito pela
calcinao de calcrio argiloso. O cimento foi chamado de Portland, pois o
concreto que se obtinha com ele assemelhava-se a uma famosa pedra de
23
FIGURA 05. Tubos de concreto simples e armados para guas pluviais, poos,
caixas d'gua e fossas.
Do ponto de vista prtico, considera-se o cimento Portland como tendo
quatro constituintes principais, os quais so: silicato triclcico (3CaO.Si02), silicato
diclcico (2CaO.Si02), aluminato triclcico (3CaO.Al203), aluminoferrite
tetraclcica (4CaO.Al203.Fe203). Produzem-se vrios tipos de cimento Portland,
fazendo-se variar as porcentagens dos constituintes acima indicados. Em termos
gerais, existem cinco tipos principais.
O Tipo I o do cimento Portland de aplicao genrica. usado
quando o concreto no vai ser exposto a um ataque forte por sulfatos
provenientes do solo ou da gua, ou quando no h objeo ao aumento da
temperatura, resultante do calor gerado pela hidratao do cimento. O concreto
feito com cimento do Tipo I usado, geralmente, em passeios, edifcios em
concreto armado, pontes, tanques, e em audes.
O cimento Portland do Tipo II usado quando o material est sujeito ao
construo, proveniente da iiiia de Portland, nas vizinhanas da Inglaterra [24].
O cimento Portland, tal como se usa hoje, comeou a ser fabricado na
Inglaterra por I. C. Johnston (1845). A sua fabricao consistia, basicamente, em
uma mistura de calcrio e argila aquecida fortemente at a fuso incipiente,
obtendo-se um clinker que, depois de modo e misturado a certa quantidade de
gesso e gua, endurecia [23]. O cimento Portland encontra uso em diversas
aplicaes, como por exemplo; postes, blocos, lajotas para trfego pesado, pisos
industriais, tubos (FIG. 05).
24
ataque por sulfatos, como, por exemplo, em estruturas de drenagem em que as
concentraes de sulfatos nas guas subterrneas so maiores do que o normal.
Em climas quentes, o cimento do Tipo II habitualmente usado em grandes
estruturas, como por exemplo, em plataformas de cais e em grandes muros de
sustentao, visto que o cimento tem um aquecimento moderado durante a
hidratao.
O cimento Portland do Tipo III de endurecimento rpido e apresenta
elevada resistncia mecnica ao fim de um perodo relativamente curto. usado
sempre que as frmas tm de ser removidas rapidamente de uma estrutura, a
qual precisa ficar pronta em um curto perodo de tempo.
O Tipo IV um cimento Portland de baixo calor de hidratao, usado
sempre quando necessrio minimizar a velocidade de aquecimento e a
temperatura. Esse tipo usado em estruturas de concreto muito espessas, como,
por exemplo, em grandes barragens, nas quais o calor gerado durante a cura do
cimento constitui um fator crtico.
O Tipo V usado quando o concreto est em contato com solos e
guas subterrneas, que contm teores elevados em sulfatos. muito resistente
ao ataque qumico promovido por esses sais.
O cimento Portland endurece devido a reaes com a gua,
denominadas reaes de hidratao. Estas reaes so complexas e no esto
totalmente esclarecidas. O silicato triclcico (C3S) e o silicato diclcico (C2S)
constituem cerca de 75 % do peso do cimento Portland. Na reao desses
compostos com a gua, durante o endurecimento do cimento, o principal produto
da hidratao o silicato triclcico hidratado. Esse material aparece na forma de
partculas extremamente pequenas (inferiores a 1 ym) e constitui um gel coloidal.
Na hidratao do C3S e do C 2 S forma-se tambm hidrxido de clcio que um
material cristalino.
O silicato triclcico (C3S) endurece rapidamente e o principal
responsvel pelo aumento da resistncia mecnica do cimento Portland. A maior
parte da hidratao do C3S realiza-se em cerca de dois dias, por isso os cimentos
Portland de endurecimento rpido contm sempre elevadas quantidades de C3S.
25
(d
o
.2
40
30
20
PS 10
11, IV, V
Aumento d a % d e C 3 S
I
III
J - J_ 14 28 90 180 (1 ano) (2 anos)
Tempo, dias
FIGURA 06. Resistncia compresso de concretos fabricados com diferentes
tipos de cimento Portland em funo do tempo [25].
3.2.3. Matriz polimrica
Polmeros so cadeias de molculas longas, um grupo de muitas
unidades, do grego "poli" ("muitos") e "meros" ("partes" ou "unidades"). O termo
"plsticos" usado para descrever uma enorme variedade de resinas ou
polmeros com caractersticas e usos diferentes.
O silicato diclcico (C2S) tem uma reao de hidratao lenta e passa a ser o
principal responsvel pelo aumento da resistencia mecnica ao fim de uma
semana. O aluminato triclcico (C3A) hidrata-se rapidamente, com uma grande
velocidade de liberao de calor. O C3A contribui ligeiramente para o primeiro
aumento da resistncia mecnica do cimento, sendo sempre mantido em
percentagem baixa nos cimentos resistentes aos sulfatos (Tipo V). A
aluminoferrite tetraclcica (C4AF) adicionada para reduzir a temperatura de
formao do clnquer durante o processo de obteno do cimento.
A maior parte da resistncia compresso do concreto atingida ao
fim de cerca de 28 dias, mas o aumento da resistncia pode continuar durante
anos (FIG. 06) [25].
26
HC = CH2
R - H C = C H - R +
Polister insaturado
O Monmero de
estireno
Catalisador
R - H C - C H - R
I H C - C H -
O Polister curado
FIGURA 07. Reao qumica que ocorre durante o processo de cura da resina de
polister insaturado [27].
O termo "polmero" freqentemente usado como um sinnimo para
plstico, mas muitos outros tipos de molculas biolgicas e inorgnicas
tambm so polimricas. Portanto, todos os plsticos so polmeros, mas nem
todos os polmeros so plsticos. Os polmeros podem ser classificados como:
Termoplsticos: os polmeros quando aquecidos at seu ponto de fuso
podem fluir sob presso. A cadeia polimrica geralmente linear ou
ligeiramente ramificada.
Termofixos: estes sofrem uma reao qumica e formam ligaes
cruzadas, as quais do origem a uma estrutura tridimensional. A cura
desse tipo de resina pode ocorrer a frio ou a quente, dependendo do tipo
do agente de cura. Depois que eles foram conformados, estes no podem
ser aquecidos e reconformados [26].
Dentre os polmeros, o mais utilizado na produo de peas em
compsito de matriz polimrica o polister insaturado. Este um termofixo e
tem sua estrutura qumica diferente dos polisteres termoplsticos; pois alm da
tpica ligao ster, ele possui duplas ligaes insaturadas capazes de reagir com
monmeros vinlicos. As duplas ligaes da resina e do monmero so quebradas
pela ao de um catalisador (perxido orgnico, calor ou radiao), e reagem
novamente entre si, dando origem a um polmero tridimensional de caractersticas
termofixas, e portanto infusveis e irreversveis (FIG. 07) [27].
27
FIGURA 08. Estrutura molecular do cido ortoftlico - grupo qumico que
caracteriza a resina ortoftlica.
Na produo das resinas isoftalicas obtm-se cadeias polimricas
mais longas, que determinam maior resistncia ao impacto do produto final.
Apresentam propriedades mecnicas boas, bem como resistncia ao calor, ao
ataque qumico e radiao ultravioleta. Na FIG. 09 est representado o grupo
qumico que caracteriza a resina isoftlica.
FIGURA 09. Estrutura molecular do cido isoftlico - grupo qumico que
caracteriza a resina isoftlica.
famlia do polister insaturado pertencem as resinas ortoftlicas,
isoftalicas, bisfenlicas e tereftlicas.
As resinas ortoftlicas no tm boa resistncia qumica, nem em meio
cido e nem em meio alcalino, so muito suscetveis ao calor e radiao e no
apresentam boa resistncia solventes aromticos e halogenados. Estas,
devidamente formuladas, tm propriedades mecnicas muito boas. Comparadas
s resinas isoftalicas so mais rgidas, tm tempo de gel (tempo necessrio para
ter-se o incio da formao das ligaes cruzadas) maior, resistncia mecnica e
absoro de gua menores. Na FIG. 08 est representado o grupo qumico que
caracteriza a resina ortoftlica.
28
As resinas bisfenlicas apresentam excepcional resistencia em
ambientes agressivos, sobretudo em meio cido. Em meio alcalino, no tm bom
desempenho, porm so resistentes ao da gua. Estas apresentam ponto de
distoro trmica mais alto que as demais resinas de polister e maior rigidez, em
decorrncia de sua estrutura molecular. Na FIG. 10 est representado o grupo
qumico que caracteriza a resina bisfenlica.
CH3
1
0 0 HO
CHa OH
FIGURA 10. Estrutura molecular do bisfenol A - grupo qumico que caracteriza a
resina bisfenlica.
As resinas tereftlicas apresentam desempenho similar s resinas
isoftalicas, quanto resistncia qumica, hidrlise e trmica. Porm, possuem
baixa resistncia radiao ultravioleta, amarelando com facilidade. Na FIG. 11
est representado o grupo qumico que caracteriza a resina tereftlica [28].
Atualmente tem-se produzido um polister insaturado a partir de polietileno
tereftalato (PET), que um polister termoplstico, obtendo-se um produto com
caractersticas semelhantes s das tereftlicas.
FIGURA 11. Estrutura molecular do cido tereftlico - grupo qumico que
caracteriza a resina tereftlica.
29
Deve-se observar que as resinas ortoftlicas, dentre todas as
variedades de resinas de polister, so as mais utilizadas, sendo empregadas em
diversos campos de aplicao, inclusive em aplicaes estruturais [28].
3.3. Compsitos de matriz polimrica
O material compsito de matriz polimrica composto, basicamente, por
uma resina e um reforo. A resina de polister insaturado a mais empregada
para fabricao de peas em compsito polimrico, devido a seu baixo custo e
facilidade de processamento. As fibras de vidro so as mais utilizadas para o
reforo de plsticos devido a caractersticas como: baixo coeficiente de dilatao
trmica; propriedades mecnicas elevadas; facilidade de processamento e baixo
custo.
3.3.1. Resina de polister insaturado
As primeiras observaes sobre a resina de polister datam de 1833,
mas a produo significativa desta teve incio durante a I Guerra Mundial,
produzida a partir de cido ftlico e glicerol, sendo empregado como material
impregnante para madeira e papel. Kienie (1927) preparou o chamado alkyd,
polister usado como laca e verniz, obtido a partir de cido ftlico e glicerol
modificado com cidos graxos insaturados [29].
Carothers (1929) estudou a qumica da poliestehficao e definiu a
relao estequiomtrica inerente sntese deste polister. Ele verificou que o
endurecimento destes materiais acelerado devido polimerizao oxidativa
envolvendo as duplas ligaes dos polisteres e a adio de monmero vinlico
(por exemplo, estireno) [30].
A produo no Brasil, em 1998, foi de 52.445 toneladas, cerca de 40 %
superior ao ano de 1991. Na FIG. 12, o grfico representa a produo e vendas
internas declaradas de resina polister, o mesmo foi plotado a partir dos dados
publicados no Anurio da Indstria Qumica Brasileira [31]. A maioria das
empresas est concentrada na regio sudeste do pas. A produo de resina
polister, bem como as vendas internas (FIG. 12) tm sido crescentes nos ltimos
anos, impulsionadas pelo crescimento das aplicaes envolvendo os compsitos
polimricos que devido utilizao de fibras de vidro, tambm so conhecidos
30
como fiberglass.
Produo e Vendas Internas
o c
55000
50000
45000
40000
35000
30000
1990 1992 1994 1996 1998 2000
Ano -Produo -Vendas internas
FIGURA 12. Produo e vendas internas declaradas de resina polister.
3.3.2. Fibras de vidro
Provavelmente, as primeiras observaes da produo de fibras de
vidro foram durante a ocorrncia de um fenmeno da natureza conhecido como
"pele's haif. Este ocorria devido ao arraste de material vitreo de lavas vulcnicas
ocasionado por ventos fortes, o qual dava origem a uma massa fibrosa que era
levada pelo vento e depositada em rvores. Os pssaros utilizavam-se dessa
massa para reforar seus ninhos.
Os primeiros artesos de vidro da Sria antiga, Grcia e Egito
aprenderam a produzir fibras a partir de uma vara de vidro aquecida para aplicar
como relevo sobre a superfcie de produtos acabados. Esta tcnica era usada at
mesmo antes da inveno do tubo soldador em aproximadamente 250 a.C. Os
venezianos utilizavam tcnica semelhante nos sculos XVI e XVII, assim como os
romanos, ingleses, alemes e franceses (1650-1720). Ainda por mtodo similar
foram produzidas fibras de vidro para fazer um vestido e gravatas, os quais foram
exibidos em uma feira em Chicago (1893), pelo empresrio Edward D. Libbey e
seu tcnico Michael J. Owens.
O desenvolvimento de fibras de vidro comerciais se deu em 1930,
sendo que em 1938 teve origem uma das maiores empresas na produo de
31
FIGURA 13. Fibras de vidro utilizadas como reforo.
As fibras de vidro usadas como reforo so, em sua grande maioria, do
tipo E. Estas recebem um recobrimento, chamado encimagem, feito com agentes
de acoplamento compatveis com as resinas de polister, ester-vinlica e epxi. O
vidro do tipo E um alumino-boro-silicato com baixo teor de lcali; sua
composio qumica bsica encontra-se na TAB. 01 [25].
TABELA 01. Composio qumica bsica da fibra de vidro tipo E [25]
Principais Composio componentes (% em peso)
SO2 52-56
AI2O3 12-16 CaO 16-25 B2O3 8-13
3.3.3. Processos de fabricao de compsito polimrico
Os processos de conformao, nos quais so utilizadas as resinas de
polister insaturado, podem ser divididos em molde aberto ou molde fechado.
Em processos de molde aberto, apenas uma das faces da pea fica em
contato com o molde, tendo como conseqncia, um acabamento rstico na outra
fibras de vidro (FIG. 13) [32]. As aplicaes do produto, graas as constantes
pesquisas, evoluram de apenas um simples filtro para forno, produzido quando a
empresa foi criada, para mais de 35.000 produtos nos quais as fibras de vidro so
aplicadas.
32
\zH
Resina
~ +
Catalisador
1 - Bobina de fibra de vidro 2 - Picotador 3 - Filme plstico 4 - Perfis 5 - Estufa 6 - Serra de corte
FIGUfRA 14. Esquema do processo de fabricao de telhas em PRFV - processo
de molde aberto: laminao contnua.
Os processos de moldes fechados so processos que utilizam moldes
face. Os principais processos de molde aberto so: laminao manual; laminao
por projeo; bobinagem e centrifugao. Estes so utilizados para produo de
assentos, caixas d'gua, piscinas, tubos, tanques de armazenagem, ps de
ventilador e peas tcnicas.
A laminao contnua tambm um processo de molde aberto, o qual
usado para fabricao de telhas. Este consiste na deposio de resina sobre
um filme contnuo, a qual pigmentada na cor desejada e catalisada apenas no
momento da aplicao. Simultaneamente, as fibras de vidro picadas so
espalhadas sobre a resina, recebendo em seguida mais uma camada de filme
contnuo (FIG. 14). Este conjunto entra na estufa, onde comea o processo de
cura da resina e conformao da pea, a qual se d a partir de perfis colocados
ao longo da estufa.
O sistema constantemente tracionado, o que caracteriza o processo
contnuo. Na sada da estufa ocorre a retirada do filme e na seqncia o corte das
peas nas dimenses padro, havendo o corte de rebarbas e a inspeo visual,
onde so descartadas as peas que possurem bolhas e outras imperfeies.
33
1 - Pr-forma de fibras de vidro 2 - Bomba de resina 3 - Injeo de resina 4 - Pea acabada
FIGURA 15. Esquema do processo de fabricao de partes automotivas
processo de molde fechado: RTM {Resin Transfer Molding).
Os processos de molde aberto comparados com os de moldes
fechados tm baixo custo de fabricao de moldes, facilidade de correo de
erros no projeto, difcil controle da distribuio uniforme da resina, emisso de
estireno elevada e maior quantidade de resduo gerado no processamento.
macho e fmea, onde o composto de moldagem submetido a uma presso que
garante a perfeita compactao das diversas camadas do laminado, obtendo-se
peas com bom acabamento superficial em ambas as faces. A cura da resina nos
processos de moldes fechados pode ser a frio ou a quente, conforme a
convenincia, determinada pela relao custo de fen^amental versus
produtividade. Os processos de moldes fechados mais utilizados so: prensagem
a frio; prensagem a quente; pultruso, empregados na produo de perfis,
escadas, pisos industriais e peas automotivas [28].
A FIG. 15 apresenta esquematicamente o processo de RTM {Resin
Transfer Moiding), um dos processos de molde fechado aplicado produo em
srie de peas industriais. Este processo consiste na injeo de resina com carga
dentro do molde fechado, onde o reforo j foi previamente colocado.
34
A composio do resduo depende essencialmente do tipo de processo
de fabricao empregado na produo de peas em PRFV. Regra geral, os
resduos provenientes de processos de moldes fechados contm elevados teores
de cargas minerais, porm fibras de vidro e resina em menor proporo. No caso
dos de molde aberto, a relao entre resina e fibra igual ou maior que 70/30,
podendo-se fazer uso de cargas minerais.
35
4. MATERIAIS E MTODOS
A caracterizao do resduo se deu pela determinao da
granulometria, composio qumica e morfologia. As matrizes com material
particulado, obtido a partir da moagem de resduos da fabricao de telhas de
PRFV, incorporado em massa para produo de cermica vermelha, argamassa
de cimento Portland e polister insaturado, foram caracterizados por ensaios
tecnolgicos.
4.1. Obteno do material particulado
Para o estudo foram utilizadas as rebarbas de telhas de polister
reforado com fibras de vidro geradas durante o processo de fabricao (FIG. 16).
FIGURA 16. Resduo de telhas de PRFV em forma de tiras, como recebido.
O resduo foi modo, a fim de obter-se um material particulado para
incorporao em matrizes de argila, cimento Portland e resina de polister
insaturado, realizado como esquematizado na FIG. 17.
36
Processos de
fabr icao
Produtos S e m Produtos P s - c o n s u m i d o t ra tamento P s - c o n s u m i d o t ra tamento
Resduo ^ Reduo de de PRFV tamanino
> M o a g e m
Argila
^ Cimento
Resina Polister
FIGURA 17. Fluxograma de moagem e disposio do resduo de PRFV.
O material particulado foi produzido por dois processos subseqentes:
a fragmentao do material em moinho de facas (reduo de tamanho dos
pedaos a 5 x 5 mm ou inferiores) e a moagem deste em moinho de bolas,
utilizando-se esferas de ao de 6,35 mm de dimetro na proporo de 1:9, ou
seja, um quilo de material para nove quilos de esferas de ao, por 4 horas, sendo
processado um total de dois quilos de material (FIG. 18). Visando minimizar a
contaminao do resduo por resqucios de outros materiais, anteriormente
processados nos respectivos equipamentos, foi realizada a moagem prvia de um
quilo de matenal, o qual foi descartado.
FIGURA 18. Resduo da fabricao de telhas de PRFV processado. A) Resduo
fragmentado; B) Resduo modo.
37
4.2. Caracterizao do resduo
O material em estudo foi calcinado a fim de se contiecer a relao
entre resina e fibras de vidro. Para tanto, separaram-se dez gramas de material
como recebido, que foram colocados em cadinho de alumina limpo e seco.
Pesou-se o cadinho contendo o material, sendo levado a seguir para a queima em
forno eltrico, em atmosfera oxidante, a 600 C, por 2 horas. Aps a calcinao,
pesou-se o cadinho contendo o material residual (fibras de vidro). A relao entre
resina e fibras de vidro foi determinada usando-se as equaes de 1 a 4.
P 1 - P 2 = Mr (1)
Mt - Mr = Mf (2)
mr = _MLx100 (3) Mt
mf = _Mix100 (4) Mt
onde: P1 - massa do cadinho contendo o resduo antes da calcinao; P2 -
massa do cadinho contendo o resduo aps a calcinao; Mr - massa da resina
no resduo; Mf - massa de fibras de vidro no resduo; Mt - massa do resduo (Mr
+ Mf); mr - frao mssica de resina; mf - frao mssica de fibras de vidro. Para
a caracterizao do material particulado foram determinadas a granulometria, a
composio qumica e a morfologia.
4.2.1. Determinao da granulometria
O material particulado teve a sua distribuio de tamanho de partculas
classificada em analisador por espalhamento a laser que opera na faixa de 0,04 a
500 ^m. Na FIG. 19, encontra-se a representao esquemtica do princpio de
operao do equipamento. A anlise foi realizada em modo lquido e a disperso
do PRFV foi realizada em meio aquoso, assistida por ultra-som e por dispersante
comercial (pirofosfato de sdio).
38
FIGURA 19. Interface do software mostrando o arranjo simplificado do analisador
de tamanho de partculas por espalhamento a laser.
4.2.2. Determinao da composio qumica
Analisou-se a composio qumica do resduo de PRFV por
espectroscopia de fluorescencia de raios-X para os seguintes elementos: C, Si,
Ca, Al, B, Mg, K, Fe, Na, Ti, Cl, Co, Sr, P, S, Mn, Si, Zr, Zn, Ni, As, Pb, Rb, Cu e
Cr. Para a anlise semiquantitativa utilizaram-se trs pastilhas de 4 cm de
dimetro e aproximadamente 5 mm de espessura, prensadas com o material
particulado sem adio de aglutinante. As pastilhas foram posicionadas nos porta-
amostras e colocadas na cmara do equipamento. Os parmetros foram inseridos
no software e deu-se incio ao ensaio. Ao final emitiu-se um relatrio contendo
grficos com picos dos elementos presentes na amostra.
4.2.3. Determinao da morfologia
A morfologia das partculas do p de PRFV foi verificada em
microscpio eletrnico de varredura (MEV). A amostra em forma de p foi fixada
em fita adesiva, presa ao porta-amostra, recoberta com ouro e colocada na
cmara do MEV para visualizao das imagens.
39
4.3. Caracterizao das matrizes
Nesse trabalho utilizou-se um tagu comercial, da regio de Jarin,
Jundia, SP; cimento comercial Portland e resina de polister comercial. A
preparao dos corpos de prova denominados "branco" (sem incorporao de
resduo), bem como os ensaios tecnolgicos realizados com os respectivos
materiais esto descritos no item 4.5.
4.3.1. Determinao da composio mineralgica da argila
Para a determinao da composio mineralgica, as argilas in natura
e queimadas a 950 C e a 1050 C foram submetidas ao ensaio de difrao de
raios-X em difratmetro de raios-X. Condies do ensaio:
Radiao: Ka de cobre
ngulos: partindo de 2 graus (20) a 90 graus (29).
Velocidades: operao por passos (steps), sendo que cada passo foi de
0,02 graus (20), com tempo de permanncia em cada passo de 1 segundo.
4.3.2. Caractersticas do cimento Portland
O cimento Portland usado neste trabalho foi o tipo ll-E-32, cuja
composio clnquer Portland, gesso, filler calcrio e escria de alto forno, o
qual produzido segundo a norma NBR 11578 [33]. A classe 32 representa o
mnimo de resistncia compresso aos 28 dias de idade, em MPa [34]. Este
encontra em aplicaes de uso geral em concretos e argamassas, com bom
desempenho em ambientes agressivos [33].
4.3.3. Caractersticas da resina
A resina polister comercial utilizada como matriz foi a ortoftlica,
comumente usada para produo de telhas, botes e domos. Os parmetros
definidos pelo fabricante so:
Viscosidade a 25 C (CPS): 1000 - 1500
Tempo de gel a 25 C (min): 9 -15
Teor de estireno (% em massa): 28 - 32
40
A catlise adequada, nesse caso, ocorre pelo acrscimo resina de
1,0 % em massa de perxido de metiletilcetona (MEKP) e 0,5 % em massa de
acelerador de cobalto a 6 % [35]. O MEKP um lquido incolor que tem a funo
de iniciar a cura de polisteres insaturados e o mais utilizado para a cura a frio.
Deve-se observar o risco de exploso no caso da mistura direta do MEKP com o
acelerador, portanto recomendvel misturar primeiramente o acelerador resina
e aps a sua completa homogeneizao adicionar o MEKP.
4.4. Incorporao do material particulado
O p de PRFV foi incorporado s matrizes de argila, cimento e resina
de polister, conformando-se corpos de prova a fim de se avaliar as propriedades
fsicas e mecnicas.
4.4.1. Matriz de cermica vermelha
Realizou-se um teste exploratrio, de modo a conhecer quais as
porcentagens aceitveis de resduo na massa cermica, para aplicao em
revestimentos cermicos. Para tanto, incorporou-se o resduo argila nas
propores de 5, 10, 20, 30, 40 e 50 % em massa. Os corpos de prova foram
conformados na forma esferoidal, secos em estufa a 110 C, por 24 horas e
queimados em forno de resistncia eltrica, em atmosfera oxidante, a 900 C,
com patamar de 2 horas (FIG. 20).
FIGURA 20. Corpo de prova, na forma esferoidal, queimado a 900 C.
41
FIGURA 21. Detalhe da mancha ocorrida nos corpos de prova, na forma
esferoidal, queimados a 900 C, para concentraes de 30, 40 e 50 % de resduo
de PRFV.
A partir do resultado do teste exploratrio definiu-se realizar o estudo
com teores de O ("branco") 5, 10 e 20 % de PRFV. A porcentagem de resina que
comps a massa de prensagem foi calculada pelas equaes 5 e 6.
MpRFv X M L = MR Mt
(5)
% RP =_MR^X 100 Mp
(6)
onde: MRRFV - massa de resduo; MR - massa de resina na massa de resduo;
Mp - massa de prensagem; % RP - porcentagem de resina na massa de
prensagem.
A argila para a conformao dos corpos de prova foi peneirada em
Observando-se a cor dos corpos cermicos aps a queima, verificou-se
que poderiam ser descartadas as concentraes de 30, 40 e 50 % de PRFV,
devido presena de manchas indesejveis, ocorridas provavelmente em
decorrncia de insuficincia de oxignio para queima, como pode ser observado
na FIG. 21.
42
TABELA 02. Composio das massas de prensagem.
Amostra (% PRFV) Tagu (g) PRFV (g) gua (mL)
0 300 - 30 5 285 15 30 10 270 30 30 20 240 60 30
FIGURA 22. Molde metlico utilizado para a conformao dos corpos de prova em
forma de barras prismticas.
malha ABNT 35 (abertura 0,4 mm), e umedecida at aproximadamente 10 % em
massa. A massa semi-seca foi peneirada em malha ABNT 16 (abertura 1,0 mm) e
com ela foram moldados trinta corpos de prova de cada composio. Na TAB. 02
encontram-se as composies das massas de prensagem para conformao de
trinta corpos de prova para cada uma das propores de mistura. Os corpos de
prova foram prensados a 20 MPa, em prensa hidrulica de 15 toneladas, em
forma de barras prismticas (60 x 20 mm), utilizando-se molde metlico (FIG. 22).
43
FIGURA 23. Corpos de prova na forma de barras prismticas: A) secos a 110 C
e B) queimados a 950 X e 1050 X .
Os corpos de prova queimados foram submetidos aos ensaios de
absoro de gua, perda ao fogo, retrao linear total, porosidade aparente,
massa especfica aparente e mdulo de resistncia flexo.
4.4.2. Matriz de cimento Portland
Assim como para os corpos de prova cermicos, fez-se primeiramente
um teste exploratrio a fim de saber quais as porcentagens aceitveis de resduo
na argamassa de cimento. Para tanto, incorporou-se o resduo ao cimento
Portland nas propores de 5 e 10 % em massa. Cinco corpos de prova foram
conformados em recipientes plsticos de 100 mL de volume, curado em cmara
mida, por dois dias (FIG. 24). A partir do aspecto geral dos corpos de cimento
verificou-se que no houve separao do p de PRFV da argamassa de cimento.
Desse modo, as concentraes propostas foram adotadas para o estudo.
Aps a prensagem os corpos de prova foram pesados e tiveram seu
comprimento medido, sendo em seguida levados para secar em estufa a 110 "C,
por 24 horas. Vinte unidades foram queimadas em forno de resistncia eltrica,
em atmosfera oxidante, com taxa de aquecimento de 3 C/min e patamar ou
tempo de residncia de 2 horas, sendo dez queimadas a 950 C e dez a 1050 C.
Foram reservados dez corpos de prova secos a 110C, para os ensaios de
retrao de secagem e resistncia do corpo seco (FIG. 23). O resfriamento dos
corpos de prova foi gradativo dentro do forno.
44
FIGURA 24. Corpos de prova conformados para o teste exploratorio.
Na preparao do "branco", separou-se 100 g de cimento Portland e
adicionaram-se 40 mL de gua; o que corresponde a 40 % de gua em relao
massa de cimento seco. Na confeco dos corpos de prova a porcentagem de
gua e de residuo calculada em relao massa de cimento seco, conforme
TAB. 03. Esta uma prtica comum na construo civil.
TABELA 03. Formulao de argamassa de cimento Portland para preparao de
corpos de prova cilndricos.
Amostra (% PRFV) Cimento (g) PRFV (g) gua (mL)
0 100 - 40 5 100 5 40 10 100 10 40
Os corpos de prova foram conformados em moldes de forma cilndrica
com base rosqueada (FIG. 25), com 100 mm de altura e 50 mm de dimetro
interno.
45
FIGURA 25. Molde metlico utilizado para a conformao dos corpos de prova de
argamassa de cimento na forma cilndrica.
Na FIG. 26 so apresentados os corpos de prova que foram
submetidos ao ensaio de resistncia compresso aps serem curados por 28
dias, sendo 24 horas em cmara mida e o tempo restante imersos em tanque de
gua saturada de cal, de acordo com a norma NBR 7215.
FIGURA 26. Corpos de prova, na forma cilndrica, curados por 28 dias.
4.4.3. Matriz de polister insaturado
A conformao dos corpos de prova em resina de polister deu-se a
partir de um molde de silicone. A construo deste foi realizada a partir de um
modelo, o qual foi usinado em alumnio nas dimenses definidas pela norma
ASTM 638 M [36]. Colou-se o modelo no fundo de uma caixa de papelo
46
FIGURA 27. A) Modelo utilizado na construo do molde. B) Molde usado na
conformao dos corpos de prova.
Para essa aplicao, o p de PRFV foi tratado trmicamente em estufa a
80 C, por 3 horas, de forma a reduzir sua reatividade, ou seja, minimizar os
efeitos dos reagentes retidos no residuo, os quais causam a acelerao imprpria
da cura da resina virgem. Na conformao dos corpos de prova para o ensaio de
resistncia trao, a resina de polister insaturada acelerada e catalisada, sem
a presena de material particulado (carga), foi despejada no molde, onde
permaneceu at a cura (aproximadamente 3 horas) (FIG. 28). A cura completa foi
realizada em estufa a 60 C, por 3 horas. O mesmo procedimento foi realizado na
conformao de corpos de prova com carga. Os corpos de prova foram
submetidos ao ensaio de resistncia trao conforme descrito na norma ASTM
638 M [36].
FIGURA 28. Corpos de prova em resina de polister insaturada para ensaio de
trao.
(7 X 15 cm) e depejou-se sobre ele a resina de silicone catalisada, a cura
(endurecimento) ocorreu em 24 horas (FIG. 27).
47
Perda ao fogo = (Ps - Pq) x 100 (7) Ps
onde: Ps - peso dos corpos de prova secos; Pq - peso dos corpos de prova aps
a queima.
4.5.1.2. Retrao linear total
A retrao linear total, determinada para corpos cermicos, a
porcentagem de retrao que o corpo de prova sofre desde a sua conformao
at a queima. Mediu-se com paqumetro digital o comprimento dos corpos antes
da secagem e aps a queima. A partir da equao 8 calculou-se a retrao linear
total.
Retrao linear total = (Cv - Cg) x 100 (8) Cv
onde: Cv - comprimento do corpo a verde; Cq - comprimento dos corpos de
prova aps a queima.
4.5. Ensaios tecnolgicos
4.5.1. Ensaios na matriz argilosa
Os corpos de prova cermicos foram submetidos aos ensaios de perda
ao fogo, retrao linear total, absoro de gua, porosidade aparente, massa
especfica aparente e resistncia flexo.
4.5.1.1. Perda ao fogo
O ensaio de perda ao fogo, realizado em corpos de prova argilosos,
consiste na determinao da porcentagem de materiais orgnicos presentes na
composio e perdas por desidroxilao, a qual foi calculada utilizando-se a
equao 7. Pesou-se em balana semi-analtica cada um dos dez corpos de
prova secos a 110 C, e aps a queima, a 950 C e a 1050 C.
48
FIGURA 29. Esquema do posicionamento do corpo de prova durante o ensaio de
flexo de trs pontos.
Utilizando-se uma mquina de ensaio universal, obteve-se a fora
mxima na ruptura, em Newton. Mediram-se a largura e a espessura da seo de
ruptura do corpo de prova, para o clculo da tenso de resistncia flexo (TRF),
conforme equao 9, expresso em MPa.
TRF = 3 . P .L 2 . a ^ b
(9)
onde: P - fora (N); L - distncia entre os ctelos (40 mm); a - espessura (mm);
b - largura (mm).
4.5.1.4. Absoro de gua para corpos argilosos
Os corpos de prova rompidos no ensaio de resistncia flexo foram
colocados em bquer com gua e levados fervura por 4 horas, contando-se o
tempo aps o incio da fervura. Depois de resfriados realizou-se a pesagem dos
mesmos imersos em gua, em balana semi-analtica. A seguir removeu-se o
4.5.1.3. Ensaio de resistncia flexo
No ensaio de resistncia flexo de trs pontos o corpo de prova foi
posicionado sobre dois apoios que distam 40 mm entre si e submetido a uma
fora descendente, aplicada no centro do corpo de prova, com velocidade
constante de 5 mm/s (FIG. 29).
49
AA= (Mu-Ms)x 100 (10) Ms
Va = Mu -M i (11)
PA = (Mu-Ms) X 100 (12) Va
MEA = Ms (13) Va
onde: AA - absoro aparente; Va - volume aparente; PA - porosidade aparente;
MEA - massa especfica aparente; Mi - massa imersa; Mu - massa mida; Ms -
massa seca.
4.5.1.5. Determinao da morfologia
A morfologia da superfcie de fratura dos corpos de prova aps a
queima foi verificada em MEV, para anlise do grau de porosidade. A amostra foi
fixada em fita adesiva com a face a ser analisada para cima, presa ao porta-
amostra, recoberta com ouro e colocada na cmara do MEV para visualizao
das imagens.
4.5.2. Ensaios na matriz de cimento
Os corpos de prova de argamassa de cimento Portland foram
submetidos ao ensaio de absoro de gua e resistncia compresso.
excesso de gua da superfcie dos corpos de prova com um pano e ento foram
pesados midos. As peas midas foram colocadas em estufa a 110 C, por 24
tioras e pesadas depois de secas. O teste de absoro de gua se d a partir da
saturao de gua no corpo de prova cermico, permitindo o clculo da absoro
aparente, volume aparente, porosidade aparente e massa especfica aparente,
indicados nas equaes 10, 11, 12 e 13, respectivamente.
50
Amostra (% PRFV) Cimento (g) PRFV (9) gua (mL)
0 50 - 20 5 50 2,5 20 10 50 5,0 20
Aps a cura de 28 dias, as amostras foram colocadas em estufa a
100 C, por 72 horas, resfriadas ao ar e pesadas. Em seguida, imergiu-se 1/3 do
volume dos corpos de prova por quatro horas, 2/3 nas quatro horas subseqentes
e, mantidos completamente imersos por 64 horas. Finalizadas as 72 horas de
imerso as amostras foram pesadas. A partir do ensaio descrito, segundo a
norma NBR 9778 [37], determinou-se a absoro de gua pela equao 10.
4.5.2.2. Ensaio de resistncia compresso
Os corpos de prova cilndricos, de 100 mm de altura e 50 mm de
dimetro, tiveram os topos e as bases capeados com uma mistura de quartzo em
p, sendo em seguida submetidos ao ensaio de resistncia compresso em
mquina de ensaio universal, conforme a norma NBR 7215 [38].
4.5.3. Ensaio na matriz de resina
Os corpos de prova de resina de polister foram submetidos ao ensaio
de resistncia trao em mquina de ensaio universal conforme a norma ASTM
638 M. A velocidade de deslocamento foi de 5 mm/min.
4.5.2.1. Absoro de gua para argamassas de cimento Portland
Os corpos de prova foram conformados em recipientes plsticos de
50 mL, com teores de O, 5 e 10 % de PRFV, conforme formulao apresentada na
TAB. 04.
TABELA 04. Formulao de argamassa de cimento Portland para preparao de
corpos de prova para o ensaio de absoro de gua.
SI
5. RESULTADOS E DISCUSSES
Tendo em vista as anlises realizadas com a matriz de argila, com o
resduo de PRFV e com os corpos de provas de composies diversas obteve-se
os resultados descritos a seguir.
5.1. Determinao da composio mineralgica da argila
Na anlise da composio mineralgica, realizada por meio de difrao
de raios-X, foi possvel detectar os principais argilominerais presentes nas
amostras da argila in natura, queimada a 950 C e a 1050 C. Nas FIG. 30, 31 e
32 esto identificados os picos caractersticos dos argilominerais presentes. Os
argilominerais encontrados em cada amostra esto listados na TAB. 05.
Observa-se que ocorre a decomposio de alguns dos principais argilominerais
presentes na amostra e a transformao da estrutura de outros.
TABELA 05. Argilominerais presentes na amostra de argila in natura e minerais
encontrados em argila queimada a 950 C e a 1050 C.
Tagu In natura Queimado a 950 C Queimado a 1050 C
Vermiculita Muscovita
Muscovita Mulita Mulita
Caulinita Caulinita Cristobalita
Quartzo Quartzo Quartzo
A composio mineralgica est diretamente relacionada composio
qumica da argila, esta por sua vez reflete na definio das cores aps a queima,
especialmente nas tonalidades da cor vermelha. Alm desse fator h um efeito
nas propriedades reolgicas do sistema "tagu + gua" que influi
significativamente na plasticidade das massas e, portanto no processo de
conformao das peas [23]. O mdulo de resistncia flexo depende da
distribuio granulomtrica e da composio mineralgica da argila [21].
FIGURA 30. Difratograma de raios-X da amostra de tagu in natura.
1400
1200
1000
800
600
400
200 > 8 CO
0 0 10
I ra
O
Tagu - 950 C
O
3
8 CD
O TO O
20 30 40 50 2T
60 70: 80 90 100
FIGURA 31. Difratograma de raios-X da amostra de tagu queimado a 950 C.
N3 O O
O O
O) O O
00 O O
O O o
o c ? w K)
D
s CQ
3 Q. CD
o' w t X Q. 0) Q} 3 o (f % cu Q.
sr (O c
X! c D 3' Q} Q. O
0)
O cn o
o
O
O
OJ O
O
cn H o
cn o
o
co o
CD O
O O
Quartzo
Quartzo
Cristobalita
Mulita
Quartzo
Quartzo
Quartzo
Quartzo
Quartzo
Quartzo
&) c
o cn o o
o
V9
55
TABELA 06. Composio qumica do resduo de PRFV.
Principais componentes Unidade Composio
Principais componentes Unidade Composio
C % 83,73 Sr ppm 123 Si % 5,88 P ppm 108 Ca % 7,33 S ppm 73 Al % 1,22 Mn ppm 39 B % 0,88 Zr ppm 37
Mg % 0,59 Zn ppm 38 K % 0,11 Ni ppm 19
Fe ppm 1068 As ppm 11 Na ppm 414 Rb ppm 10 Ti ppm 260 Pb ppm 15 Cl ppm 195 Cu ppm 15 Co ppm 135 Cr ppm 40
A presena de grande nmero de elementos na composio do residuo
deve-se sua prpria constituio, seja da resina ou das fibras de vidro, e
tambm aos contaminantes do processo de fabricao das peas em PRFV e da
produo do material particulado.
5.2. Composio do resduo
Na calcinao verificou-se que a constituio do material de 83 % de
resina de polister e 17 % de fibras de vidro; isento de cargas minerais. Na
queima da resina ocorreu a gerao de grande quantidade de fumaa e fuligem.
Deve-se observar que caso haja retardante de chama incorporado na
composio da resina, a produo de fumaa pode ser mais intensa. No caso de
materiais plsticos contendo monmeros aromticos, como por exemplo o
estireno, a gerao de fumaa mais significativa do que para outros polmeros,
tais como polietileno e polipropileno [19]
A composio do resduo de PRFV depende do tipo de processo de
fabricao do qual o mesmo provm, seja ele de molde aberto ou fechado. Neste
caso, o resduo originrio de um processo de molde aberto e por isso, via de
regra, apresenta maior frao de resina do que em processos de molde fechado.
A composio qumica do resduo de PRFV, determinada por
espectroscopia de fluorescncia de raios-X, encontra-se na TAB. 06.
56
\ I M H ) I 1 I I 1 l r ^ M l I i I I h FIGURA 33. Morfologa das partculas resultantes da moagem do resduo de
PRFV, observada em microscpio eletrnico de varredura.
Na porcentagem em que os elementos boro e aluminio se apresentam
h o indicativo de que estes so essencialmente provenientes da composio das
fibras de vidro do tipo E (alumino-boro-silicato) e, portanto possvel predizer o
seu comportamento frente temperatura a que sero submetidas por ocasio da
queima da argila. A temperatura de fuso para esse tipo de fibra em torno de
870 C. Outros elementos que provavelmente fazem parte da composio das
fibras de vidro so: silcio, clcio, magnesio e potssio.
A presena de cobalto na composio do residuo deve-se ao
acelerador de cobalto utilizado na catalise da resina de polister insaturado.
Acredta-se que a maioria dos elementos fica retida na matriz aps a queima da
cermica vermelha.
Durante o processo de moagem foram retiradas amostras em
intervalos de 1 hora, verificando-se que depois de 1 e 2 horas o material
apresentava grande quantidade de "grossos", porm de 3 para 4 horas no
apresentou nenhuma variao visvel na reduo do tamanho das partculas.
Na FIG. 33 possvel verificar a falta de uniformidade do tamanho e
forma das partculas obtidas na moagem dos resduos de PRFV, nela a resina
apresenta-se em forma de placas e as fibras de vidro em forma de bastonetes.
57
O fato pode ser confirmado pela curva de distribuio de tamanho de
partculas obtida em analisador de tamanho de partculas por espalhamento a
laser, para o PRFV moido por 4 horas, encontrando-se 4 modas principais: x, y, z
ew(FIG. 34).
1CX)
80
= 60,
O >
i E O 5
I O
40. .
2o:_ _
0. 0 0 4
F- -
in volume / passante 1 1 i I
I i
I i
0.1 1.0 1 0 0
X ( Dimetros ) / mu
! r;
.4 A
1'-
100.0
o
(O V o 5 ir cr
500 0
FIGURA 34. Curva de distribuio de tamanho de partculas obtida em analisador
de tamanho de partculas por espalhamento a laser, para o PRFV modo por
4 horas.
A primeira moda, chamada x, mostra uma pequena frao de finos,
enquanto as demais, y, z e w, representam uma frao predominante de grossos,
o que indica a heteregeneidade do tamanho de partculas que compem o
resduo.
Foram obtidos tamanhos variados de fibras de vidro, por isso
acredita-se que nestes esteja includa a frao de fibras respirveis, sendo estas
definidas como: "partculas em suspenso, transportveis pelo ar, com dimetro
58
TABELA 07. Caractersticas fsicas e mecnicas dos corpos de prova a verde
(secosa 110C).
Caractersticas "Branco" PRFV (%)
Caractersticas "Branco" t 10 20
Agua de amassamento manual (%)
10,0 0,5 10,0 0,5 10,0 0,5 10,0 0,5
Retrao linear de secagem (%)
0,9 0,06 0,5 0,09 0,5 0,07 0,4 0,07
Tenso de resistncia flexo (MPa)
5,0 0,2 3,5 0,4 3,6 0,6 2,8 0,7
Cor Marrom Marrom Marrom Marrom
Os corpos de prova secos a 110 C apresentaram cor marrom, a qual
caracterstica da argila. A reduo na retrao linear de secagem deveu-se ao
fato do volume do resduo ser significativamente maior do que o da argila, para
uma mesma poro em massa, alm deste ter caracterstica hidrfoba.
Os valores limites especificados para a resistncia flexo de corpos
de prova a verde esto apresentados na TAB. 08.
de 3 um ou menos, comprimentos de 5 |um ou mais e, relao comprimento:
largura de 5:1" [39]. Quando o material particulado manipulado levanta-se uma
poeira (partculas em suspenso transportveis pelo ar, formadas por poeiras
"incomodas", incluindo-se aquelas de tamanho no respirvel),
devendo-se sempre atentar para o uso de mscara adequada contra p.
5.3. Matriz de cermica vermelha
As caractersticas dos corpos de prova, secos a 110 C, so
apresentados na TAB. 07; os valores so referentes mdia aritmtica de
determinaes em dez corpos de prova, por concentrao de resduo. Na massa
de prensagem a resina representa cerca de 4, 8 e 16 % da massa cermica total,
nas composies com 5, 10 e 20 % de PRFV, respectivamente.
59
TABELA 08. Especificao para resistncia flexo do corpo a verde de argilas
para cermica vermelha [40].
Tenso de ruptura da Massa cermica massa seca a 110 C, em
MPa (mnimo)
Para tijolos de alvenaria 1,5
Para tijolos furados 2,5
Para telhas 3,0
De acordo com os valores mnimos exigidos para tijolos de alvenaria,
tijolos furados e telhas os resultados obtidos para O, 5 e 10 % de resduo esto
acima do especificado, e, portanto, atendem a resistncia necessria ao
manuseio. Os resultados para corpos de prova com 20 % de resduo atendem as
exigncias para tijolos de alvenaria e tijolos furados, apresentando valor crtico
para telhas.
Na TAB. 09 so apresentados os resultados dos ensaios de perda ao
fogo (PF), absoro de gua (AA), retrao linear total (RL), porosidade aparente
(PA), massa especfica aparente (MEA) e tenso de resistncia flexo (TRF) a
que foram submetidos os corpos de prova queimados a 950 C e a 1050 C. Os
valores so referentes mdia aritmtica de determinaes em dez corpos de
prova, por concentrao de resduo.
TABELA 09. Caractersticas cermicas dos corpos de prova aps queima a
950 Cea 1050 C.
Resduo PRFV (%)
RL (%)
TRF (MPa)
AA (%)
PA (%)
MEA (g/cm^)
PF (%)
CD CD O E | g
0 3,8 0,9 28,0 2,0 8,2 0,6 17,0 2,0 2,10 0,20 8,30 0,70 CD CD O E | g
5 4,7 0,2 19,0 1,0 8,7 0,5 17,8 0,9 2,04 0,04 11,70 0,04 CD CD O E | g 10 4,9 0,5 12,0 2,0 18,0 1,0 33,0 2,0 1,80 0,05 15,40 0,40
CD CD O E | g
20 3,9 0,4 4,2 0,6 28,9 0,8 42,9 0,8 1,52 0,02 22,40 0,10
0 10,3 0,1 28 1 1,1 0,2 2,8 0,5 2,59 0,01 7,13 0.05
st 5 10.3 0.1 25 2 1.60.1 8.0 1.0 2.33 0.02 11.35 0.03 :3 o 10 10.8 0.3 24 2 7.3 0.3 15.9 0.5 2.19 0.01 15.10 0.03 O 20 10.4 0.4 121 17.0 0.7 32.0 2.0 1.83 0.05 22.60 0.10
60
TABELA 10. Especificao de argilas para cermica vermelha [40].
Massa cermica Tenso de ruptura da
massa aps queima, em MPa (mnimo)
Absoro de gua mxima (%)
Para tijolos de alvenaria 2,0 -Para tijolos furados 5,5 25
Para telhas 6,5 20
Quanto absoro de gua dos corpos de prova queimados a 950 C
observa-se que para porcentagens de O, 5 e 10 % de resduos, exceto para 20 %,
os resultados atendem as especificaes para telhas e tijolos furados (FIG. 35).
: n W l . t S A C N f i C G K H OE E N E R G I A N U C L E A R / S P H-rj
Na queima a 950 C observa-se um aumento na retrao linear at
10 % de residuo, acima deste valor h uma reduo da contrao devido
presena de grande quantidade de vazios deixada pela queima da resina, contida
em maior proporo. Conseqentemente, verifica-se o aumento da absoro de
gua, porosidade aparente e da perda ao fogo e, uma reduo na massa
especfica aparente. A tenso de resistncia flexo dos corpos de prova cai
significativamente com a adio do resduo, devido ao aumento da porosidade
causada pela queima da resina. Para o teor de 5 % de PRFV o aumento da
absoro de gua e porosidade aparente pequeno, porm, sofre uma queda na
tenso de resistncia flexo de aproximadamente 24 %.
As especificaes para resistncia flexo e absoro de gua,
determinados para corpos de prova queimados, referentes a tijolos de alvenaria,
tijolos furados e telhas, esto na TAB. 10.
61
T. Furados
Telhas
0%
5%
1 0%
2 0%
10 15 20 % de absoro
25 30
FIGURA 35. Comparativo dos resultados de absoro de gua dos corpos de
prova queimados a 950 C com os valores especificados para telhas e tijolos
furados.
Os valores de mdulo de resistncia flexo dos corpos de prova
queimados a 950 C, para os teores de O, 5 e 10 % de resduo, esto acima das
especificaes para telhas, tijolos furados e de alvenaria. Para 20 % de resduo
incorporado os resultados atendem apenas a especificao para tijolos de
alvenaria (FIG. 36).
1 o 1 5 20 M P a
25 30
FIGURA 36. Comparativo dos resultados de tenso de resistncia flexo dos
corpos de prova queimados a 950 C com os valores especificados para telhas,
62
tijolos furados e tijolos de alvenaria.
A partir da anlise dos resultados dos corpos de prova queimados a
950 C verifica-se que para os teores de 5 e 10 % de residuo incorporado em
cermica vermelha sua aplicao pode estender-se a telhas, tijolos furados e de
alvenaria. Enquanto que para 20 % seu uso se restringe a tijolos de alvenaria,
visto que no h especificao para mxima absoro de gua e atende a
resistncia mnima exigida para essa aplicao.
No caso dos corpos de prova queimados a 1050 C verifica-se que
ocorreu uma maior densificaao dos corpos cermicos, observando-se a
diminuio da porosidade e absoro aparentes. A queda na tenso de
resistncia flexo da srie com 5 % de PRFV, comparada ao "branco" foi de
aproximadamente 9,6 %, menor que a dos correspondentes queimados a 950 C.
Os corpos de prova com porcentagens de O, 5, 10 e 20 % de resduo
queimados a 1050 C apresentaram resultados, tanto de absoro de gua como
de resistncia flexo, que atendem as especificaes para telhas, tijolos furados
e de alvenaria (FIG. 37 e 38).
10 15 20
% de absoro
25 30
FIGURA 37. Comparativo dos resultados de absoro de gua dos corpos de
prova queimados a 1050 C com os valores especificados para telhas e tijolos
furados.
63
T e l h a s
T . F u r a d o s
T. a lvenar ia | I
0% h 5% C
1 0 % c 20/
3 r
10 15
M P a
20 25 30
FIGURA 38. Comparativo dos resultados de tenso de resistncia flexo dos
corpos de prova queimados a 1050 C com os valores especificados para telhas,
tijolos furados e tijolos de alvenaria.
Com os resultados obtidos pode-se ainda verificar o potencial de uso
do resduo em revestimentos cermicos. Na TAB. 11 encontra-se a especificao
para a classificao dos grupos de absoro de gua em funo dos mtodos de
fabricao, conforme as normas NBR 13817 e NBR 13818. Para tal, deve-se usar
um cdigo constitudo pelo mtodo de fabricao A, B ou C, acrescido do grupo
de absoro I, II ou III, utilizando subgrupos a ou b.
TABELA 11. Codificao dos grupos de absoro de gua em funo dos
mtodos de fabricao [41].
Absoro de gua (%)
Mtodos de fabricao Absoro de gua
(%) Extruso (A)
Prensagem (B)
Outros (C)
Abs < 0,5 Al
Bla Cl
0,5 < Abs < 3,0 Al
BIb Cl
3,0 < Abs < 6,0 Alia Blla cila
6,0 < Abs < 10,0 Allb Bllb Cllb
Abs> 10 Alll Blll c m
64
A tenso de resistncia flexo mnima, estabelecida pela norma NBR
13818, de 18 MPa para grupos de Ia a llb, e mxima de 12 MPa para o grupo
ll.
Segundo as normas para revestimentos cermicos, os produtos da
queima a 950 C e a 1050 C foram classificados de acordo com a codificao
dos grupos de absoro de gua em funo dos mtodos de fabricao, como
segue na TAB. 12, tendo em vista que a prensagem foi o mtodo de fabricao
empregado para todos os corpos de prova.
TABELA 12. Classificao dos corpos cermicos de acordo com a codificao dos
grupos de absoro de gua em funo do mtodo de fabricao B.
% PRFV % PRFV Classificao (950 "C) (1050 "C)
0 5 10 20 0 5 10 20
Bla BIb X X
Blla
Bllb X X X Blll X X X
Para a srie queimada a 950 C, o "branco" enquadra-se no grupo
BIIB, porm os corpos de prova com 5 % de PRFV, apesar de serem classificados
como BIIB, segundo a norma NBR 13817 [41], no atende exigncia quanto
tenso de resistncia flexo, desta forma pode ser classificado como Blll, assim
como as demais sries com 10 e 20 % de PRFV. Ao queimar na temperatura de
1050 C o "branco" enquadra-se no grupo BIb, a srie com 5 % de PRFV no Blla,
a com 10 % de PRFV no Bllb e a com 20 % de PRFV no Blll. Todos apresentam
valores dentro dos limites de tenso de resistncia flexo estabelecidos na
norma.
Para aplicao efetiva em revestimentos cermicos devem ser
avaliados outros requisitos, tais como abrasividade e resistncia qumica.
Os materiais cermicos apresentam uma srie de defeitos que podem
atuar como elementos concentradores de tenso e que determinam os pontos
65
onde se inicia a fratura do produto. A resistencia mecnica de um material
cermico depende de sua microestrutura e da distribuio e tamanho dos defeitos
presentes. Como esta distribuio quase sempre aleatoria, a resistencia
avaliada experimentalmente apresenta uma disperso. Para obter a resistncia
mecnica experimentalmente no suficiente apresentar somente o valor mdio,
necessrio levar em considerao a disperso dos resultados.
Quantitativamente esta disperso dos valores de resistncia mecnica pode ser
obtida por meio da distribuio de Weibull. O mdulo de Weibull "m" fornece um
indicativo da reprodutibilidade da resistncia mecnica do produto. Quanto maior
o mdulo de Weibull, menor a disperso dos valores de resistncia mecnica
[43].
A equao linear de Weibull que relaciona a probabilidade de
sobrevivncia de uma pea, com o esforo a que est submetida :
ln(ln(1/1-S)) = In V - m In ao + m In TRF (14)
S = n /N + 1, (15)
onde: S - probabilidade de sobrevivncia; V - volume; ao - parmetro de ajuste
da equao, TRF