TÍTULO: DESENVOLVIMENTO DE CONCRETO COM FIBRA E SÍLICA GEL DA CASCA DO ARROZ:
ASPECTOS PRODUTIVOS E ANÁLISE DE DESEMPENHO
CATEGORIA: CONCLUÍDO
ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURA
SUBÁREA: ENGENHARIAS
INSTITUIÇÃO: UNIVERSIDADE DO SAGRADO CORAÇÃO
AUTOR(ES): ANGÉLICA PREARO MILLAN
ORIENTADOR(ES): RICARDO RAMOS DA ROCHA
COLABORADOR(ES): MÁRCIA CHAVES
1. RESUMO
Artefatos de concreto com incorporação de fibras, para o seu reforço
estrutural, é um segmento antigo e variado que em virtude de novas tendências
ambientais vem se remodelando para a incorporação de resíduos agrícolas de difícil
descarte em sua produção. A produção de concreto com a incorporação de fibras
naturais, também chamado de concreto ecológico, cresce gradativamente com
grande aceitação de mercado. Outro fator a se considerar é o uso de nano
compósito como reforço na composição de novos materiais visando à melhoria de
certas propriedades físicas e mecânicas. A Nano sílica ou Sílica Gel, retirados da
casca de arroz, produz de forma limpa e econômica um produto reforçado e sem
agressão a saúde humana, além de ser um destino adequado a um resíduo
poluente. A produção do concreto ecológico pode contribuir com o crescimento da
infraestrutura do Brasil, porém, com um custo ambiental menor pelo objetivo do
produto, redução do consumo e reaproveitamento de matéria prima, entretanto com
um melhor desempenho e durabilidade. Pretende-se neste presente trabalho
pesquisar e avaliar o desempenho da introdução de complementos ecológicos,
fibras da casca de arroz e sílica gel, no concreto. Desta análise obter parâmetros e
gerar um produto com propriedades físicas e mecânicas aprimoradas como uma
resposta alternativa às construções.
2. INTRODUÇÃO
A construção civil, em toda sua complexidade, é uma das maiores
consumidoras de matérias primas naturais (PIRES; LOPES; LACERDA, 2010). Esta
e a manutenção da infraestrutura, no Brasil, consomem até 75% dos recursos
naturais extraídos. (TRINDADE, 2011).
O concreto é o material estrutural mais utilizado nas construções civis.
Indispensável para a sociedade, em 2006, seu consumo mundial estimado alcançou
valores entre 21 e 31 bilhões de toneladas, assim, aproximadamente 2,55bilhões de
toneladas de cimento. (TRINDADE, 2011
De acordo com Trindade (2011, p. 27):
Devido à crescente necessidade mundial em reduzir as cargas poluentes e
a retirada de matérias primas do ambiente, tem-se pesquisado em vários
campos da construção civil formas de se manter o crescimento, porém,
diminuindo o custo ambiental.
É imprescindível a busca por materiais alternativos que apresentem melhor
desempenho, durabilidade e sustentabilidade.
Fibra é um material fino, fibrilado e alongando. São materiais que já vem
sendo utilizados durante muitos anos na construção civil. Entretanto a falta de
informação no mercado atual ainda é abrangente. (DOBBIN JUNIOR; ROCHA,
2011).
Compósitos convencionais, concretos sem fibras, rompem com fragilidade
quando a deformação corresponde à resistência à tração na flexão for superada.
Assim o papel das fibras nesta adição é resistir a cargas consideráveis. Fibras de
polpa celulósica são não tóxicas, renováveis e com disponibilidade de baixo custo
em comparação com os produtos do atual mercado. A construção civil é responsável
hoje por 47% das emissões do planeta, 80% do uso dos recursos naturais e dois
terços do consumo de energia. Assim as fibras vegetais apresentam uma resposta
ecológica com uma fabricação mais limpa e com economia de energia. O fato de o
Brasil ser um dos maiores produtores de fibras naturais implica em alta expectativa
de adaptação dos produtos ao comércio da construção civil. (TONOLI, 2006).
Os estudos de materiais fibrosos originam produtos reforçados, esbeltos e
podem ser moldados em vários painéis. Pode significar uma contribuição rápida para
o crescimento de infraestrutura desse país. (SAVASTANO JUNIOR, 2000).
Segundo Mehta e Monteiro (2008), a massa de clínquer, presente no cimento
Portland, tem uma porcentagem de 50 a 70 para substituição por materiais
complementares que podem prover de rejeitos industriais e agroindustriais. Dentre
eles a sílica ativa e a cinza de casca de arroz.
Segundo TARDIO (2008), a ABETRE publicou que as indústrias brasileiras
gastam por ano mais de R$ 400 milhões em correções de passivos ambientais, sem
contar os custos com indenizações e despesas judiciais. A rigorosa fiscalização da
destinação dos resíduos industriais é motivo de grande preocupação das empresas,
obrigando-as a tornar mais minucioso o tratamento destes com coleta, transporte e
destino adequado.
Dentre os resíduos gerados pelo beneficiamento do arroz destaca-se a casca,
que representa 22% do peso do grão. A destinação inadequada deste resíduo pode
causar grandes passivos ambientais para as indústrias.
Com a queima da casca de arroz obtém a cinza residual. Esta, aplicada ao
método sol-gel, remove inicialmente o silicato de sódio e posteriormente tratada com
ácidos e a temperatura ambiente a sílica gel: um material de elevada pureza e
homogeneidade. (LIMA, 2011).
O método sol-gel envolve a síntese de uma rede de polímeros inorgânicos por
reações químicas. A suspensão coloidal ou solução é transformada em gel através
da criação de ligações entre as partículas ou entre as amostras moleculares. Sua
química é baseada na hidrólise e condensação de percursores moleculares. (LIMA,
2011).
A sílica gel é um polímero inorgânico e amorfo formado pela condensação de
tetraedros de silicato usando oxigênio como sítio de ligação. Origina-se a ligação de
siloxano (Si-O-Si) e partículas de tamanhos nanométricos. Os grupos siloxona estão
no interior das partículas e sua superfície é composta de grupos silanol (Si-OH).
Sabe-se que a sílica amorfa (SiO2) tem maior solubilidade em valores com PH
superiores a 10, assim solubiliza-se em quando tratada em solução de hidróxido de
sódio formando o ácido silícico - Si (OH)4 (LIMA, 2011).
A sílica gel é formada durante a gelificação de uma solução de ácido silicico
por meio da polimerização em três fase. A primeira consiste na polimerização do
monómero para formar partículas, há o crescimento destas e no final à união em
cadeias ramificadas que se estendem em toda a solução. O resultado é o aumento
da viscosidade pela formação do gel. (LIMA, 2011).
A utilização das particulas nanométricas no cimento Portland afeta suas
microestruturas e propriedades pois são responsáveis pelo aumento da viscosidade
da fase líquida, redução da segregação, efeito de enchimento nos espaços vazios
entre os grãos de cimento e aceleração as reações de hidratação. (LIMA, 2011).
Tanto o emprego da fibra da casca do arroz quanto da sílica, extraída da
cinza da casca do arroz, no concreto contribuem para a sustentabilidade e o
aprimorar da construção civil, além de um destino adequado a um material agrícola
que antes seria considerado um resíduo poluente. (TRINDADE, 2011).
O concreto sustentável é mais do que uma simples substituição de parte do
cimento ou agregados por materiais residuais, é um símbolo de atitude com o
objetivo de redução do consumo e reaproveitamento da matéria-prima. (TRINDADE,
2011).
3. OBJETIVO
O objetivo desta presente pesquisa é avaliar os aspectos produtivos e análise
de desempenho da introdução de produtos ecológicos no concreto utilizando como
matéria-prima as fibras e a Sílica Gel da casca de arroz: material presente no
descarte de resíduos agroindustriais brasileiros. Pretende-se obter do concreto com
material agrícola, a melhoria das propriedades físicas e mecânicas, principalmente
nas condições de compressão e tração, suficientes como resposta alternativa às
construções civis tornando-as mais seguras e sustentáveis.
4. METODOLOGIA
Para a produção de argamassa à utilização de: cimento Portland comum (CPII), areia com granulação grossa, água, plastificante, fibra natural proveniente da
casca de arroz seca e casca de arroz pulverizada de sílica gel.
O traço do cimento adotado foi a proporção de 1 de cimento (adotamos 300g)
para 3 de areia grossa (na proporção 900g), além de 170g de água e 2,7g de
plastificante. As dosagens de fibra são de 2%, 4% e 6% em relação à massa do
cimento, assim 6g, 12g e 18g de fibra natural respectivamente.
Img. 01: Cimento
Img. 02: Areia grossa
Fonte: Elaborado pela autora
Img.03: Água e plastificante Img. 04: Casca de arroz
Os equipamentos utilizados para a obtenção dos resultados foram: balança
para tirar a tara dos componentes do concreto, máquina de teste de compressão e
Slump para teste de plasticidade. Os equipamentos utilizados foram disponibilizados
pelo laboratório de materiais da Universidade Sagrado Coração.
5. DESENVOLVIMENTO
O passo inicial para o desenvolvimento da pesquisa é a obtenção dos
materiais. O cimento Portland e a areia grossa foram comprados nos distribuidores
de materiais de construção da cidade de Bauru - SP. A palha de arroz foi adquirida
de uma fazenda da região de Ourinhos - SP, em quantidade suficiente para a
realização das dosagens. A obtenção da Sílica Gel foi realizada no Laboratório de
Resíduos e Compósitos da Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP, de
Botucatu - SP.
Para o preparo da massa de concreto mistura-se em um recipiente o cimento
e a areia grossa com um misturador, em seguida acrescenta-se a água com
plastificante e a fibra mexendo com uma espátula. Todas as amostras devem
respeitar a dosagem correta e serem homogenias.
Após preparo do material e lubrificado com detergente os corpos de prova de
argamassa, com espessura de 1,00cm, e logo em seguida moldam-se as amostras.
Para o condicionamento da massa e retirada dos gases da mistura usou-se um
pilão. A superfície deve ser alisada com a espátula e posteriormente com uma placa
de vidro.
O rompimento é realizado respeitando o tempo de cada amostra e quando
necessário é realizado o capeamento e nivelamento para posterior realizar os testes.
O passo seguinte foi realizar os ensaios de compressão e slump para a avaliação da
qualidade dos concretos.
Img. 05: Cimento e areia grossa
Fonte: Elaborado pela autora
Img.06: Água com plastificante
Fonte: Elaborado pela autora
Img. 07: Palha de arroz seca
Fonte: Elaborado pela autora
Img. 08: Lubrificação
Fonte: Elaborado pela autora.
Img. 09: Moldagem
Fonte: Elaborado pela autora.
Img. 10: Alisamento da superfície
Fonte: Elaborado pela autora.
Img. 11: Alisamento da superfície
Fonte: Elaborado pela autora
Img. 12: Moldagem dos grupos
Fonte: Elaborado pela autora
Img. 13: Moldagem
Fonte: Elaborado pela autora
Img. 14: Rompimento
Fonte: Elaborado pela autora
Img. 15: Teste a compressão
Fonte: Elaborado pela autora
Img. 16: Teste de slump
Fonte: Elaborado pela autora
6. RESULTADOS
6.1. Testes a compressão
6.1.1. Rompimento dos corpos de provas no primeiro dia
17,63
14,14
15,52
14,81
16,32
14,71
17,42
Megapascal
15,63
16,7
20
Concreto branco
Concreto com casca de arroz
0
Amostra 01
Amostra 02
Concreto com sílica
Amostra 03
Gráfico 01: Comparativo de testes de compressão em concreto com agregados em porcentagem a 2% com
rompimento de um dia. Fonte: Elaborado pela autora.
13,6
Megapascal
11,51
16,7
20
15,11
12,1
11,22
14,71
16,32
12
0
Amostra 07
Amostra 08
Amostra 09
Concreto branco
Cimento com casca de arroz
Concreto com sílica
Megapascal
Gráfico 02: Comparativo de testes de compressão em concreto com agregados em porcentagem a 4% com
rompimento de um dia. Fonte: Elaborado pela autora.
20
13,79
12,77
10,48
12,32
11
9,85
16,7
16,32
14,71
0
Amostra 13
Amostra 14
Amostra 15
Concreto branco
Concreto com casca de arroz
Concreto com sílica
Gráfico 03: Comparativo de testes de compressão em concreto com agregados em porcentagem a 6% com
rompimento de um dia. Fonte: Elaborado pela autora.
Concreto com sílica apresentou uma pequena média superior aos demais na
porcentagem de 2% da massa, porém nas misturas com porcentagem de 4% e 6%
esse resultado decaiu sendo superado pelos resultados do concreto branco.
6.1.2. Rompimento dos corpos de provas no sétimo dia
Megapascal
50
21,54
18,9
10,54
15,53
13,53
12,84
20,1
17,09
16,31
Concreto branco
Concreto com casca de arroz
Concreto com sílica
0
Amostra 04
Amostra 05
Amostra 06
Gráfico 04: Comparativo de testes de compressão em concreto com agregados em porcentagem a 2% com
rompimento após sete dias. Fonte: Elaborado pela autora.
15,66
18,3
Megapascal
50
20,1
20,42
18,9
18,2
18
17,09
16,31
Concreto branco
Concreto com casca de arroz
Concreto com sílica
0
Amostra 10
Amostra 11
Amostra 12
Gráfico 05: Comparativo de testes de compressão em concreto com agregados em porcentagem a 4% com
rompimento após sete dias. Fonte: Elaborado pela autora.
26,09
Megapascal
50
18,02
20,1
16,49
14,61
15,2
11,5
17,09
16,31
0
Amostra 16
Amostra 17
Amostra 18
Concreto branco
Concreto com palha de arroz
concreto com sílica
Gráfico 06: Comparativo de testes de compressão em concreto com agregados em porcentagem a 6% com
rompimento após sete dias. Fonte: Elaborado pela autora.
O concreto com porcentagem de 4% de sua massa, tanto com casca de arroz
como com casca de arroz e sílica, resultados superiores ao concreto simples e o
segundo apresentou melhor resultado.
6.2. Carga máxima obtida no ensaio:
6.2.1. Rompimento dos corpos de provas no primeiro dia
34,1
30
30,6
29
32
28,83
Concreto branco
Concreto com palha de arroz
Concreto com sílica
kN
50
32,81
34,61
27,73
0
Amostra 1
Amostra 2
Amostra 3
Gráfico 07: Carga máxima obtida no ensaio do concreto com agregados em porcentagem a 2% com rompimento
de um dia. Fonte: Elaborado pela autora.
26,7
kN
50
0
22,6
32,81
29,6
23,7
21,91
28,83
32
23,5
Concreto branco
Concreto com palha de arroz
Concreto com sílica
Amostra 7
Amostra 8
Amostra 9
Gráfico 08: Carga máxima obtida no ensaio do concreto com agregados em porcentagem a 4% com rompimento
de um dia. Fonte: Elaborado pela autora.
27,07
25,07
20,57
24,11
21,61
19,3
32,81
32
28,83
Concreto branco
Concreto com palha de arroz
Concreto com sílica
kN
50
0
Amostra 13
Amostra 14
Amostra 15
Gráfico 09: Carga máxima obtida no ensaio do concreto com agregados em porcentagem a 6% com rompimento
de um dia. Fonte: Elaborado pela autora.
Em relação à força, apenas o concreto com casca de arroz e sílica
apresentou melhor resultado nas porcentagens de 2% e 4% de agregado a massa
do concreto, em que o segundo sobressaiu ao primeiro.
6.2.2. Rompimento dos corpos de provas no sétimo dia
42,16
37,13
20,76
30,5
26,57
25,23
39,46
33,55
32,02
Concreto branco
Concreto com palha de arroz
Concreto com sílica
kN
50
0
Amostra 4
Amostra 5
Amostra 6
Gráfico 10: Carga máxima obtida no ensaio do concreto com agregados em porcentagem a 2% com rompimento
após sete dias. Fonte: Elaborado pela autora.
39,74
36
39,46
35,6
32,02
35,7
33,55
kN
50
40,1
37,11
0
Amostra 10
Amostra 11
Amostra 12
Concreto branco
Concreto com palha de arroz
Concreto com sílica
Gráfico 11: Carga máxima obtida no ensaio do concreto com agregados em porcentagem a 4% com rompimento
após sete dias. Fonte: Elaborado pela autora.
kN
50
32,37
31,59
28,68
35,31
29,8
22,7
39,46
33,55
32,02
0
Amostra 16
Amostra 17
Amostra 18
Concreto branco
Concreto com palha de arroz
Concreto com sílica
Gráfico 12: Carga máxima obtida no ensaio do concreto com agregados em porcentagem a 6% com rompimento
após sete dias. Fonte: Elaborado pela autora.
Tanto o concreto com casca de arroz e concreto com casca de arroz e sílica
apresentaram resultados superiores ao concreto simples na porcentagem de 4%.
Sendo que o segundo apresentou melhores resultados do que o primeiro.
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Após análise total dos dados, tem-se como conclusão que os seguintes
grupos apresentaram resultados compressão e carga máxima superiores ao
concreto branco em ordem crescente de valores:

Concreto com 2% de sua massa de casca de arroz com sílica e rompimento
de um dia

Concreto com 4% de sua massa com casca de arroz com rompimento de sete
dias

Concreto com 4% de sua massa de casca de arroz com sílica e rompimento
de sete dias
Em suma o concreto estrutural elaborado possui elevada qualidade física e
mecânica além de responsabilidade ambiental, pois diminui a exploração dos
recursos planetários de forma a prejudicar de menor maneira o equilíbrio do meio
ambiente e atendendo a alta demanda do mercado de trabalho.
Através do conhecimento científico da pesquisa o produto final pode evoluir a
infraestrutura do Brasil, que está atualmente atrasada em relação aos países
desenvolvidos, porém possui o índice de maior produtor de fibras naturais do
mundo.
Conclui-se que o concreto com material agrícola é uma alternativa para tornar
a construção civil mais segura e sustentável além de ser uma opção para diminuir a
descarte de resíduos agrícolas dos aterros sanitários que estão próximos ao limite
de suas capacidades.
8. FONTES CONSULTADAS
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MAYER, F. D.; HOFFMANN, R.; RUPPENTHAL, J. E. Gestão Energética,
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MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: microestrutura, propriedades e
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PIRES, A.; LOPES, D.; LACERDA, E. Concreto sustentável. Arquitetura e
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Santa
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