PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
(PPMEC)
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI (UFSJ)
INCORPORAÇÃO DE PARTÍCULAS DE POLIESTIRENO
EXPANDIDO E RESINA EPÓXI EM COMPÓSITO
CIMENTÍCIO
Felipe Antônio Moni Soares
São João Del-Rei, 10 de fevereiro de 2014
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
(PPMEC)
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI (UFSJ)
INCORPORAÇÃO DE PARTÍCULAS DE POLIESTIRENO
EXPANDIDO E RESINA EPÓXI EM COMPÓSITO
CIMENTÍCIO
Dissertação apresentada ao Programa de Mestrado
em Materiais e Processos de Fabricação da
Universidade Federal de São João Del-Rei, como
requisito para obtenção do título de Mestre em
Engenharia Mecânica.
Área de concentração: Materiais e processos de
fabricação.
Orientador: Prof. Dr. Kurt Strecker
São João Del-Rei, 10 de fevereiro de 2014
Ficha catalográfica elaborada pelo Setor de Processamento Técnico da Divisão de Biblioteca da UFSJ
Soares, Felipe Antônio Moni
S676i
Incorporação de partículas de poliestireno expandido e resina epóxi, em compósito
cimentício [manuscrito] / Felipe Antônio Moni Soares. – 2014.
65f. ; il.
Orientador: Kurt Strecker.
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de São João del-Rei. Departamento de
Engenharia Mecânica.
Referências: f. 66-70.
1. Reciclagem - Teses 2. Cimento - Teses 3. Engenharia mecânica - Teses 4. Resina
epóxi - Teses 5. Poliestireno expandido - Teses 6. Concreto - Teses I. Strecker, Kurt
(orientador) II. Universidade Federal de São João del-Rei. Departamento de Engenharia
Mecânica III. Título
CDU: 620.1
i
"Somente a sabedoria aliada ao conhecimento,
pode significar felicidade, pois aprendemos como
ocupar nossas mentes, eliminando o supérfluo.".
Ivan Teorilang
ii
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus por me dar fé, perseverança e saúde para chegar ao fim
desta etapa.
Aos meus pais, Antônio e Regina, que hora alguma mediram esforços para que
eu pudesse adquirir conhecimento e alcançar meus objetivos.
Ao Prof. Dr. Kurt Strecker, que como orientador e amigo soube cobrar, mas
também não mediu esforços em oferecer todas as condições necessárias à realização do
presente trabalho.
Aos meus irmãos, Patrícia e André, pelo carinho, paciência e incentivo.
A minha noiva Liliane, que esteve presente comigo em todas as etapas deste
trabalho e me deu força para superar cada obstáculo que tive no percurso.
Aos técnicos, Emílio e Francisco, pelo auxílio na execução dos ensaios
mecânicos realizados na Universidade Federal de São João Del-Rei (UFSJ).
Aos colegas de mestrado, Ana Paula, Lívia, e Samuel, apoio técnico e moral
recebido durante o desenvolvimento desse trabalho.
A graduanda Laura Melo pelo auxílio durante as atividades executadas.
Ao Programa de Mestrado em Materiais e Processos de Fabricação (PPMEC) da
UFSJ por todo o auxílio prestado.
iii
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho a todos aqueles, que em horas difíceis pensaram em
desistir, porém com fé, perseverança e coragem, conseguiram superar as dificuldades
atingindo seus objetivos e suas realizações.
iv
RESUMO
O poliestireno expandido – EPS é um plástico rígido com inúmeras aplicações, porém
quando descartado acaba em aterros sanitários, pois seu processo de reciclagem é
inviável devido ao alto custo. Este trabalho objetiva investigar o efeito da adição de
resina epóxi em teores de 25% e 35% em relação ao cimento e de esferas de EPS (0, 20,
50 e 80%), com granulometria de a 04 -05 US-Tyler nas propriedades físico-mecânicas
de compósitos cimentícios. A metodologia experimental está embasada na abordagem
estatística de planejamento e análise experimental das seguintes variáveis respostas:
resistência à compressão, porosidade aparente, densidade aparente, densidade
volumétrica e absorção de água após 28 dias de cura. Para análise dos resultados os
compósitos foram separados em 03 grupos, visando à avaliação da variação de EPS
(0%, 20%, 50% e 80%) em 03 situações, sendo a primeira 75% de cimento e 25% de
resina epóxi, a segunda 65% de cimento e 35% de resina epóxi, e a terceira com 100%
de cimento e 0% de resina epóxi.
PALAVRAS - CHAVE: reciclagem, poliestireno expandido, concreto leve.
v
ABSTRACT
The expanded polystyrene - EPS is a rigid plastic with numerous applications , but
when disposed ends up in landfills because its recycling process is not feasible due to
high cost . This study aims to investigate the effect of addition of epoxy resin in
amounts of 25% and 35 % compared to the cement beads and EPS (0, 20, 50 and 80 %)
with a particle size of 04-05 Tyler US- the physico - mechanical properties of
cementitious composites. The experimental methodology is grounded in statistical
planning approach and experimental analysis answers the following variables:
compressive strength , apparent porosity , bulk density , bulk density and water
absorption after 28 days of curing . To analyze the results the composites were divided
into 03 groups , in order to evaluate the variation of EPS ( 0 % , 20 % , 50 % and 80 % )
in 03 cases , the first 75 % cement and 25% epoxy resin being the second 65 % cement
and 35 % epoxy resin , and third with 100% 0% cement and epoxy resin.
KEYWORDS: recycling, expanded polystyrene, lightweight concrete.
vi
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1. Extração de matéria prima do cimento
5
Figura 2.2. Sistema de moagem e cozimento
6
Figura 2.3. Forno rotativo
6
Figura 2.4. Estocagem e transporte do cimento
7
Figura 2.5. Resistência à compressão do isopor
17
Figura 2.6. Síntese de formação da resina epóxi
20
Figura 5.1. Mistura manual entre pasta de cimento, isopor e resina
29
Figura 5.2. Geometria e dimensões dos corpos de prova
32
Figura 5.3. Corpos de prova ensacados
33
Figura 5.4. Corpos durante o ensaio de compressão
34
Figura 5.5. Análise superficial
35
Figura 5.6. Compósitos fabricados com cimento, resina epóxi e isopor
35
Figura 6.1. Densidade volumétrica de C1 a C4
44
Figura 6.2. Densidade volumétrica de C5 a C8
45
Figura 6.3. Densidade volumétrica de C9 a C12
46
Figura 6.4. Densidade aparente de C1 a C4
48
Figura 6.5. Densidade aparente de C5 a C8
49
Figura 6.6. Densidade aparente de C9 a C12
50
Figura 6.7. Porosidade aparente de C1 a C4
52
vii
Figura 6.8. Porosidade aparente de C5 a C8
53
Figura 6.9. Porosidade aparente de C9 a C12
54
Figura 6.10. Absorção de água de C1 a C4
56
Figura 6.11. Absorção de água de C5 a C8
57
Figura 6.12. Absorção de água de C9 a C12
58
Figura 6.13. Resistência à compressão de C1 a C4
60
Figura 6.14. Resistência à compressão de C5 a C8
61
Figura 6.15. Resistência à compressão de C9 a C12
62
viii
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1. Composição dos cimentos Portland comum e composto
Tabela 2.2. Apresenta a composição desses tipos de cimentos normatizados
no Brasil
8
9
Tabela 2.3. Composição do cimento Portland de alta resistência
10
Tabela 2.4. Dados orientativos
21
Tabela 2.5. Formulações
21
Tabela 5.1. Fatores e níveis do experimento
30
Tabela 5.2. Tabela planejamento fatorial completo
31
Tabela 6.1. Análise da variância (ANOVA)
37
Tabela 6.2. Densidade volumétrica dos compósitos cimentícios
38
Tabela 6.3. Densidade aparente dos compósitos cimentícios
39
Tabela 6.4 Porosidade aparente dos compósitos cimentícios
40
Tabela 6.5. Resistência à compressão dos compósitos cimentícios
41
Tabela 6.6. Absorção de água dos compósitos cimentícios
42
Tabela 6.7. Resistência específica dos compósitos
43
ix
Tabela 6.8. Teste Tukey densidade volumétrica de C1 a C4
45
Tabela 6.9. Teste Tukey densidade volumétrica de C5 a C8
46
Tabela 6.10. Teste Tukey densidade volumétrica de C9 a C12
47
Tabela 6.11. Teste Tukey densidade aparente de C1 a C4
48
Tabela 6.12. Teste Tukey densidade aparente de C5 a C8
49
Tabela 6.13. Teste Tukey densidade aparente de C9 a C12
50
Tabela 6.14. Teste Tukey porosidade aparente de C1 a C4
52
Tabela 6.15. Teste Tukey porosidade aparente de C5 a C8
53
Tabela 6.16. Teste Tukey porosidade aparente de C9 a C12
54
Tabela 6.17. Teste Tukey absorção de água de C1 a C4
56
Tabela 6.18. Teste Tukey absorção de água de C5 a C8
57
Tabela 6.19. Teste Tukey absorção de água de C9 a C12
58
Tabela 6.20. Teste Tukey resistência à compressão de C1 a C4
60
Tabela 6.21. Teste Tukey resistência à compressão de C1 a C4
61
Tabela 6.22. Teste Tukey resistência à compressão de C1 a C4
62
x
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas;
ANOVA: Análise de Variância;
BS: Normas Britânicas de Regulamentação;
CP: Cimento Portland;
CPI: Cimento Portland Comum;
CPII: Cimento Portland Composto;
CPIII: Cimento Portland Alto forno
CPIV: Cimento Portland Pozolânico
CPV-ARI: Cimento Portland de Alta Resistência;
CFC: Clorofluorcarbono;
C3S: Silicato Tricálcico;
DOE: Design of Experiment (Desenho do Experimento)
EPS: Earnigs per Share (Poliestireno Expandido)
HCFC: Hidroclorofluorcarbonos;
Minitab: Software para análises estatísticas;
NBR: Normas Brasileiras de Regulamentação;
P-valor: Estatística utilizada para sintetizar o resultado de um teste de hipóteses;
PVC: Policloreto de polivinila (plástico);
UFSJ: Universidade Federal de São João Del-Rei;
US-Tyler: Tamanho de malha para seleção;
xi
LISTA DE SÍMBOLOS
K: kilo (mil unidades da grandeza);
mm: unidade de medida definida como um milésimo de metro;
m: unidade de medida de comprimento;
Mol: Quantidade de matéria que compõem alguma substância;
µm: É um submúltiplo do metro, unidade de comprimento;
ºC: Medida de temperatura;
M: Mega (um milhão de unidades da grandeza);
M1: Massa do compósito seco;
M2: Massa do corpo de prova úmido
M3: Massa do corpo de prova imerso em água
P: Porosidade;
Aa: Absorção de água;
Dap: Densidade aparente
Dv: Densidade volumétrica
xii
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO..............................................................................................................................1
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.......................................................................................................2
2.1 Cimento Portland......................................................................................................................2
2.2 Concreto.................................................................................................................................13
2.3 Concreto leve..........................................................................................................................15
2.4 Poliestireno expandido...........................................................................................................15
2.5 Resina Epóxi...........................................................................................................................20
2.6 Concreto com adição de poliestireno expandido (EPS) e resina epóxi..................................23
OBJETIVOS.................................................................................................................................26
3.1 Geral.......................................................................................................................................26
3.2 Específicos..............................................................................................................................26
JUSTIFICATIVA.........................................................................................................................27
MATERIAIS E MÉTODOS.........................................................................................................29
5.1 Seleção das variáveis respostas..............................................................................................29
5.2 Fabricação dos materiais........................................................................................................29
5.3 Fabricação dos corpos de prova.............................................................................................33
RESULTADOS E DISCUSSÕES................................................................................................37
6.1 Densidade volumétrica...........................................................................................................45
6.2 Densidade aparente.................................................................................................................48
6.3 Porosidade aparente................................................................................................................52
6.4 Absorção de água...................................................................................................................56
6.5 Resistência à compressão.......................................................................................................60
CONCLUSÕES............................................................................................................................65
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................................67
1
Capítulo 1
INTRODUÇÃO
Desde os primórdios a humanidade desenvolve novas tecnologias para aprimorar
sua forma de vida, entre elas muitas foram direcionadas para melhorar sua moradia,
essas novas tecnologias vieram aliadas de novas ideias e focando em utilizar materiais
leves e resistentes com a finalidade de substituir os materiais usados tradicionalmente,
isso proporciona redução de custos e desenvolvimento de uma nova matéria-prima.
Diversos materiais estão ganhando espaço no ramo da construção civil, dentre eles
se encontram a Resina Epóxi e o Poliestireno Expandido. O poliestireno devido ao seu
baixo peso é utilizado como agregado durante a fabricação de concretos de baixa
densidade para aplicação na construção civil tais como revestimento de painel, muros,
pisos e blocos de concreto.
O volume de resíduos de EPS gerado vem se tornando uma grande preocupação,
buscando-se possíveis aplicações deste material em concretos e argamassas,
verificando-se as alterações nas propriedades e apresentando possibilidade e utilização
como concreto para contrapiso e blocos de argamassa com ou sem função estrutural.
O concreto é o material mais consumido na fabricação de calçadas e nem sempre
satisfaz as características exigidas no projeto. Para melhorar certas características como
densidade e elasticidades, a adição de partículas de poliestireno expandido (EPS) em
conjunto com a resina epóxi tem se mostrado promissora, e grande aliada à construção
civil, a adição desses dois elementos com cimento teve início na década de 70, porém
nessa ultima década ganhou força em diversas frentes de pesquisa.
Este projeto de pesquisa visa investigar o efeito da adição de EPS juntamente com
a resina epóxi, nas propriedades físico-mecânicas de compósitos cimentícios.
2
Capítulo 2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 CIMENTOS PORTLAND
A palavra cimento é originada do latim caementu, que designava na velha Roma
espécie de pedra natural de rochedos e não esquadrejada. Estima-se que a origem do
cimento remonta há cerca de 4.500 anos. As grandes obras gregas e romanas, como o
Panteão e o Coliseu, foram construídas com o uso de solos de origem vulcânica da ilha
grega de Santorino ou das proximidades da cidade italiana de Pozzuoli, que possuíam
propriedades de endurecimento sob a ação da água.
O grande passo no desenvolvimento do cimento foi dado em 1756 pelo inglês
John Smeaton, que conseguiu obter um produto de alta resistência por meio de
calcinação de calcários moles e argilosos. Em 1818, o francês Vicat obteve resultados
semelhantes aos de Smeaton, pela mistura de componentes argilosos e calcários, o que
fez com que ficasse conhecido como o inventor do cimento artificial. Em 1824, o
construtor inglês Joseph Aspdin queimou conjuntamente pedras calcárias e argila,
transformando-as num pó fino e percebeu que obtinha uma mistura que, após secar,
tornava-se tão dura quanto às pedras empregadas nas construções. A mistura não se
dissolvia em água e foi patenteada pelo construtor no mesmo ano, com o nome de
cimento Portland, que recebeu esse nome por apresentar cor e propriedades de
durabilidade e solidez semelhantes às rochas da ilha britânica de Portland. No Brasil,
em 1924, com a implantação pela Companhia Brasileira de Cimento Portland de uma
fábrica em Perus, no estado de São Paulo, cuja construção pode ser considerada como o
marco da implantação da indústria brasileira de cimento. As primeiras toneladas foram
produzidas e colocadas no mercado em 1926. Até então, o consumo de cimento no país
dependia
exclusivamente
do
produto
importado. A produção
nacional
foi
gradativamente elevada com a implantação de novas fábricas e a participação de
produtos importados oscilou durante as décadas seguintes.
Há tempos havia no Brasil, praticamente, um único tipo de cimento portland. Com
a evolução dos conhecimentos técnicos sobre o assunto, foram sendo fabricados novos
3
tipos. A maioria dos tipos de cimento portland hoje existente no mercado serve para o
uso geral, sendo alguns deles, com certas características e propriedades que os tornam
mais adequados para determinados usos, permitindo que se obtenha um concreto ou
uma argamassa com a resistência e durabilidade desejadas. (www.cimento.org, 2012)
A composição química do cimento Portland é o produto obtido pela pulverização
do clínquer constituído essencialmente de silicatos de cálcio, contendo, eventualmente,
adições de algumas substâncias que modificam suas propriedades ou facilitam seu
emprego. Os constituintes fundamentais do cimento portland são a cal (CaO), a sílica
(SiO2), a alumina (Al2O3), o óxido de ferro (Fe2O3), certa proporção de magnésia
(MgO) e uma pequena porcentagem de anidrido sulfúrico (SO3). Têm ainda, como
constituintes menores, impurezas, sódio, potássio, óxido de titânio, e outras substâncias
de menor importância. Os óxidos de potássio e de sódio constituem os denominados
álcalis do cimento, cal, sílica, alumina e óxido de ferro são os componentes essenciais
do cimento portland e constituem 95 a 96% do total na análise de óxidos. A magnésia,
que parece permanecer livre durante todo o processo de calcinação, esta usualmente na
proporção de 2 a 3%. As propriedades do cimento são, entretanto, relacionadas
diretamente com as proporções dos silicatos e aluminatos. (www.ebah.com.br, 2012).
As características fundamentais dos principais óxidos:
Óxido de cálcio – CaO: é o componente essencial do Cimento Portland, ele se dá
através da decomposição do carbonato de cálcio (CaCO3), proveniente do calcário. O
óxido de cálcio combinado com a sílica sofre um aumento em seu teor, melhorando as
propriedades mecânicas do cimento. O óxido de cálcio livre, não combinado, raramente
está presente em quantidades significativas do cimento Portland moderno. A má
distribuição das matérias-primas, moagem e homogeneização inadequadas e a
temperatura ou tempo de permanência insuficientes na zona de calcinação do forno,
estão entre os principais fatores que contribuem para a presença de óxido de cálcio livre
ou cristalino no clínquer Portland. O óxido de cálcio livre, no forno, durante a
fabricação do clínquer Portland, exposto a altas temperaturas, hidrata-se lentamente e
esta reação de hidratação é capaz de provocar a deterioração dos concretos, pois ocorre
um aumento de volume (expansibilidade).
Sílica (SiO2): aparece combinada com outros componentes e provém quase que
totalmente das argilas usadas como matéria-prima. A sua combinação com a cal fornece
os compostos mais importantes do cimento Portland.
4
Alumina (Al2O3): provém da argila, em combinação com a cal forma um
composto que acelera a pega do cimento reduzindo sua resistência aos sulfatos, e
aumenta o calor de hidratação, devendo este composto estar presente em teor baixo.
Óxido de Ferro (Fe2O3): este óxido trazido pela argila, quando em porcentagem
não muito elevada, age como fundamento com ação mais enérgica do que a alumina.
Além disso, é o grande responsável pela cor verde acinzentada do cimento Portland.
Anidro Sulfúrico (SO3): é originário principalmente do sulfato de cálcio que é
acrescentado ao cimento para regular (retardar) sua pega. Seu teor é geralmente limitado
por normas em 3%, pois em excesso ajuda a aumentar a expansibilidade do cimento
endurecido.
Magnésio (MgO): provém do carbonato de magnésio, presente no calcário sob
forma de dolomita ou ainda pode vir em pequenas quantidades na argila. Em
quantidades elevadas, atua como óxido expansivo, prejudicando a estabilidade de
volume das argamassas e concreto. Também colabora para a cor verde acinzentada do
cimento Portland.
Outros Óxidos: Álcalis (K2O e Na2O): agem como fundentes no cozimento e
como aceleradores no processo de pega. Se o teor de álcalis superar 0,6%, para certos
agregados de composição determinada, poderá haver expansibilidade acentuada nas
argamassas.
Perda ao Fogo (de CO2 e H2O): são perdas em gás carbônico e água que se
verificam em % do peso do cimento levado a 1.000ºC. A umidade absorvida retarda a
pega.
Insolúveis no HCl: fornece indicações sobre a eficiência da cozedura. Pó calcário
sofre uma transformação medida pelo teor de gás carbônico, pelo volume de gás
formado, pode-se calcular o calcário (CaO3) adicionado. Adicionado silicatos sob a
forma de pó de pedra, crescerá o teor de insolúvel. Tanto o calcário como os silicatos
podem ser adicionados ao cliquer ou serem originários do cozimento insuficientes e são
materiais inertes e, portanto prejudicial ao cimento. O teor de insolúvel é limitado em
1% pelas normas brasileiras. Existem também outros compostos eventuais: óxidos de
cromo, vanádio, manganês, alumínio, zircônio e sulfetos.
Para o processo de fabricação do cimento, temos dois métodos utilizados, sendo
um o processo úmido e o outro o processo seco, em ambos os processos a matéria prima
é extraída das minas e levada ao processo de britagem, nesta etapa, surge à diferença
entre os dois processos, que se dá na moagem, mistura e queima. No processo úmido a
5
mistura é moída com a adição de aproximadamente 40% de água, e entra no forno
rotativo sob a forma de uma pasta de lama, e no processo seco a mistura é moída
totalmente seca e alimenta o forno em forma de pó. Para secar a mistura no moinho
aproveitam-se os gases quentes do forno ou gerador de calor. Em ambos os métodos são
produzidos o clínquer, e o produto final também é igual nos dois casos, porém o
processo a seco economiza combustível, uma vez que não possui água para evaporar no
forno, visto que um forno de via úmida consome em média cerca de 1400 Kcal/Kg de
clínquer, contra 800 Kcal/Kg do forno de via seca.
A matéria prima que dá início ao processo fabril do cimento é feita através da
exploração das matérias primas de uma pedreira no qual deve conter determinadas
proporções de: Cálcio, sílica, alumina e ferro (Figura 2.1).
Figura 2.1: Extração de matéria prima do cimento.
Os clíncleres são nódulos de 5 a 25 mm de diâmetro de um material sintetizado,
produzido quando uma mistura de matérias-primas de composição pré-determinada á
aquecida a altas temperaturas. Para facilitar a formação dos compostos desejados no
clínquer de cimento Portland é necessário que a mistura de matérias-primas esteja bem
homogeneizada antes do tratamento térmico. Isto explica porque os materiais extraídos
tem que ser submetidos a uma série de operações de britagem, moagem e mistura. A
partir da análise química das pilhas de materiais estocados, as suas proporções
individuais são determinadas pela composição desejada no produto final; as matériasprimas proporcionadas são geralmente moídas em moinho de bolas (Figura 2.2) ou rolo,
6
a mistura assim obtida é também denominada farinha, geralmente menores que 75 μm
(MEHTA, 1994).
Figura 2.2: Sistema de moagem e cozimento
Após o processo de moagem do cimento, a farinha obtida é submetida a um préaquecimento. Filtros de mangas ou eletrofiltros realizam a dispersão das poeiras
oriundas dos circuitos de gases do forno e do circuito de gases de exaustão do moinho
de cru. A partir daí a farinha alimentada ao forno sofre descarbonização e é
transformada em clínquer através de uma série de reações químicas que se desenrolam
em torno dos 1450ºC.
O clínquer incandescente é arrefecido bruscamente no arrefecedor de grelha ou
de satélite, em consequência de arrefecimento brusco até uma temperatura entre os 100
e 200ºC é enviado para a respectiva zona de armazenagem (MEHTA, 1994).
Figura 2.3: Forno Rotativo
7
Por fim o cimento é colocado nos Silos, sob a forma de granel, a partir desse
momento ele é embalado em sacos de 25 a 50 Kg, e depois transferido para locais de
aplicação ou pontos de venda (Figura 2.4).
Figura 2.4: Estocagem e transporte do cimento.
Existem no Brasil vários tipos de cimento portland, diferentes entre si,
principalmente em função de sua composição. Os principais tipos oferecidos no
mercado, ou seja, os mais empregados nas diversas obras de construção civil são:
• Cimento Portland comum;
• Cimento Portland composto;
• Cimento Portland de alto-forno;
• Cimento Portland pozolânico.
Em menor escala são consumidos, seja pela menor oferta, sejam pelas
características especiais de aplicação os seguintes tipos de cimento:
• Cimento Portland de alta resistência inicial;
• Cimento Portland resistente aos sulfatos;
• Cimento Portland branco;
• Cimento Portland de baixo calor de hidratação;
• Cimento para poços petrolíferos.
8
Todos os tipos de cimento mencionados são regidos por normas da ABNT, que
dispõe de escritórios ou representações espalhados pelo País, nos quais poderão ser
adquiridas (ABREU, 2001).
Cimentos Portland Comuns e Compostos: o primeiro cimento portland
lançado no mercado brasileiro foi o conhecido CP, correspondendo atualmente ao CP I,
um tipo de cimento portland comum sem quaisquer adições além do gesso (utilizado
com o retardador da pega). Ele acabou sendo considerado na maioria das aplicações
usuais como termo de referência para comparação com as características e propriedades
dos tipos de cimento posteriormente aparecidos. Foi a partir do amplo domínio
científico e tecnológico sobre o cimento portland comum que se puderam desenvolver
outros tipos de cimento, com o objetivo inicial de atender a casos especiais. Com o
tempo verificou-se que alguns desses cimentos, inicialmente imaginados como
especiais, tinham desempenho equivalente ao do cimento portland comum original,
atendendo plenamente às necessidades da maioria das aplicações usuais e apresentando,
em muitos casos, inclusive, alguma vantagem adicional. A partir dos bons resultados
dessas conquistas e a exemplo de países tecnologicamente mais avançados, como os da
União Europeia, surgiu no mercado brasileiro em 1991 um novo tipo de cimento, o
cimento portland composto, cuja composição é intermediária entre os cimentos portland
comuns e os cimentos portland com adições (alto-forno e pozolânico), estes últimos já
disponíveis há algumas décadas.
Tabela 2.1- Composição dos cimentos portland comuns e compostos (GUIA DE UTILIZAÇÃO
DO CIMENTO PORTLAND, 2002).
9
Cimentos Portland de Alto-Forno e Pozolânicos: o consumo apreciável de
energia durante o processo de fabricação de cimento motivou mundialmente a busca,
pelo setor, de medidas para diminuição do consumo energético. Uma das alternativas de
sucesso foi o uso de escórias granuladas de alto-forno e materiais pozolânicos na
composição dos chamados cimentos portland de alto-forno e pozolânicos,
respectivamente.
Tabela 2.2 - Apresenta a composição desses tipos de cimento normalizados no Brasil
(GUIA DE UTILIZAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND, 2002).
Como já explicado, as escórias granuladas de alto-forno apresentam propriedades
hidráulicas latentes, isto é, da forma como são obtidas endurecem quando misturadas
com água. Contudo, as reações de hidratação das escórias são tão lentas que limitam sua
aplicação prática a agentes ativadores, químicos e físicos, a fim de acelerar o processo
de hidratação.
A cal liberada durante a hidratação do clínquer é o principal ativador químico da
escória quando esta é adicionada ao cimento, a ativação física é conseguida pelo
aumento da finura, esta ativação se dá ao passo que a escória é moída separada ou
conjuntamente com o clínquer.
Os materiais pozolânicos, ao contrário das escórias granuladas de alto-forno, não
reagem com a água da forma como são obtidos. Entretanto, quando finamente divididos,
reagem com o hidróxido de cálcio em presença de água e na temperatura ambiente,
dando origem aos compostos com propriedades aglomerantes. Por essa razão, os
materiais pozolânicos são utilizados conjuntamente com o clínquer, pois o hidróxido de
cálcio é um produto normalmente resultante da hidratação deste.
10
A adição de escória e materiais pozolânicos modifica a microestrutura do concreto,
diminuindo a permeabilidade, a difusibilidade iônica e a porosidade capilar,
aumentando a estabilidade e a durabilidade do concreto.
Tais fatores repercutem diretamente no comportamento do concreto, melhorando
seu desempenho ante a ação de sulfatos e da reação álcali-agregado. Outras
propriedades são também alteradas, incluindo a diminuição do calor de hidratação, o
aumento da resistência à compressão em idades avançadas tendo uma melhor
trabalhabilidade.
Cimento Portland de Alta Resistência Inicial: o cimento portland de alta
resistência inicial (CP V-ARI) embora contemplado pela ABNT com uma norma
separada do cimento portland comum, é na verdade um tipo particular deste, que tem a
peculiaridade de atingir altas resistências já nos primeiros dias da aplicação. O
desenvolvimento da alta resistência inicial é conseguido pela utilização de uma
dosagem diferente de calcário e argila na produção do clínquer, bem como pela moagem
mais fina do cimento, de modo que, ao reagir com a água, ele adquira elevadas
resistências, com maior velocidade.
Tabela 2.3 – Composição do cimento portland de alta resistência (GUIA DE
UTILIZAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND, 2002).
Cimento Portland Branco: tem as mesmas aplicações do cimento cinza, mas se
diferencia deste por não levar minério de ferro na fabricação, o que garante sua cor
branca. Pode ser de aplicação estrutural e não estrutural.
As influências dos tipos de cimento nas argamassas e concretos são relativas,
podendo-se ampliar ou reduzir seu efeito através do aumento ou diminuição da
quantidade de seus componentes, sobretudo a água e o cimento. As características dos
demais componentes, que são os agregados (areia, pedra britada, pó de pedra, etc.),
também poderão alterar o grau de influência, sobretudo se contiverem matérias
11
orgânicas (folhas, raízes, etc.). Finalmente, podem-se usar aditivos químicos para
reduzir certas influências ou aumentar o efeito de outras, quando desejado ou
necessário.
Tudo isso leva à conclusão de que é necessário estudar a dosagem ideal dos
componentes das argamassas e concretos a partir do tipo de cimento escolhido ou
disponível na praça, de forma a estabelecer uma composição que dê o melhor resultado
ao menor custo. A dosagem deve obedecer a métodos racionais comprovados na prática
e que respeitem as normas técnicas aplicáveis e o uso dos aditivos deve seguir as
instruções do seu fabricante.
Além disso, é fundamental fazer corretamente a mistura e a cura das argamassas e
dos concretos. O adensamento e a cura mal feitos são as principais causas de defeitos e
problemas que surgem nas argamassas e nos concretos, como baixa resistência, as
trincas e fissuras, a corrosão da armadura etc. O bom adensamento é obtido por vibração
adequada. O principal cuidado que se deve tomar para obter uma cura correta é manter
as argamassas e os concretos úmidos após a pega, molhando-os com uma mangueira ou
com um regador, ou então os cobrindo com sacos molhados (de aniagem ou do próprio
cimento), ou até colocando tábuas ou chapas de madeira molhadas sobre a superfície, de
modo a impedir a evaporação da água por ação do vento e do calor do sol durante um
período mínimo de sete dias (Associação Brasileira de Cimento Portland, 2002).
O cimento Portland é um sistema químico formado por compostos, instáveis na
presença da água, e que se hidratando, transformam-se em novo sistema estável e
hidratado. Os compostos anidros, sendo sempre mais solúveis que os compostos
hidratados, quando em presença de água insuficiente para dissolvê-los inteiramente,
dissolvem-se até a saturação.
Assim sendo, a solução dos compostos anidros é supersaturada em relação aos
compostos hidratados, a cristalização espontânea desta solução supersaturada constitui a
“Pega”.
No processo de pega e endurecimento, a reação com a água produz rapidamente
uma capa superficial de produtos de hidratação envolvendo cada partícula (NELSON,
1990). Os produtos de hidratação ocupam um espaço significativo em função do
tamanho das partículas bem como em função do líquido que as envolve, uma vez a
combinação de ambos produzem partículas com dimensões coloidais, embora alguns
cristais de hidróxido de cálcio também estejam presentes em menores proporções. Com
o progresso da reação, as camadas dos produtos de hidratação se estendem e começam a
12
se unir de tal maneira que se forma um gel nos espaços intergranulares, correspondendo
à fase plástica da pasta (TAYLOR, 1997). À medida que a reação progride, as partículas
existentes entre os grãos aumentam e vão se apertando progressivamente, até que o
material possa ser considerado como uma massa de partículas em contato mútuo. As
partículas cristalinas estão disseminadas através de gel, e também se formam nos poros
por recristalização. Progressivamente, o gel se cristaliza e o cimento endurece (MEHTA
e MONTEIRO, 2001).
Diversos tipos de compósitos poliméricos cimentícios foram revisados (Y.
OHAMA, 1997) (D.VAN GEMERT e H. SCHORN, 1995). De um modo geral, um
percentual de água é adicionado aos compósitos com o intuito de promover a hidratação
dos grãos cimentícios. O presente trabalho difere dos demais, uma vez que investiga o
efeito da adição de um polímero termorrígido de alta resistência mecânica à fase
cimentícia sem adição de água. Somente uma formulação de referência, isto é, pasta de
cimento puro, será confeccionada com água para efeito de comparação.
2.2 CONCRETO
Sobre história do concreto, os primeiros materiais a serem empregados nas
construções antigas foram à pedra natural e a madeira, por estarem disponíveis na
natureza. O material considerado ideal para as construções é aquele que apresenta
conjuntamente as qualidades de resistência e durabilidade. A pedra, muito usada nas
construções antigas, tem resistência à compressão e durabilidade muito elevadas,
porém, tem baixa resistência à tração. A madeira tem razoável resistência, mas a
durabilidade é limitada. O ferro e o aço têm resistência elevada, mas a durabilidade
também é limitada em consequência da corrosão que podem sofrer.
O concreto surgiu da necessidade de aliar a durabilidade da pedra com a
resistência do aço, com as vantagens do material composto poder assumir qualquer
forma, com rapidez e facilidade, e com o aço envolvido e protegido pelo concreto para
evitar a sua corrosão. Os materiais de construção feitos à base de cimento, chamados
“materiais cimentícios”, podem ser considerados os materiais mais importantes
produzidos pelo homem, porque lhe possibilitou construir as edificações e todas as
principais obras de que necessitava para viver, como por exemplo, as habitações,
fortificações, aquedutos, barragens, obras sanitárias, pontes, rodovias, escolas, hospitais,
13
teatros, igrejas, museus, palácios, entre tantos outros tipos de construção. A abundância
das matérias primas em quase todas as regiões, somada à sua grande versatilidade para
aplicação nas mais variadas formas, foram os principais motivos para o seu
desenvolvimento, desde os tempos primórdios até a atualidade.
Na antiguidade foram os romanos os que mais se destacaram na aplicação dos
concretos e argamassas, que lhes possibilitou criar espaços amplos em forma de arco,
abóbadas e cúpulas, de grandes dimensões. Combinando o concreto da época com
tijolos de argila, pedra e outros materiais naturais, conseguiram produzir obras
magníficas, inéditas até aquele período, que trouxeram grande desenvolvimento e
revolucionaram a arquitetura da época.
O concreto é um material de construção resultante da mistura, em quantidades
racionais, de aglomerante (cimento), agregados (pedra e areia) e água. Logo após a
mistura o concreto deve possuir plasticidade suficiente para as operações de manuseio,
transporte e lançamento em formas, adquirindo coesão e resistência com o passar do
tempo, devido às reações que se processam entre aglomerante e água. Em alguns casos
são adicionados aditivos que modificam suas características físicas e químicas.
Aglomerantes: o cimento é um material cerâmico que, em contato com a água,
produz reação exotérmica de cristalização de produtos hidratados, ganhando assim
resistência mecânica. É o principal material de construção, usado como aglomerante.
Agregado Moído: a areia usada como agregado miúdo para emprego em
argamassas e concretos pode ser classificada como natural (rios, minas, várzeas) e
artificial (resíduo fino de pedreiras – pó de pedra). A areia é extraída em unidades de
mineração chamadas de areais ou portos de areia, podendo ser encontrada no leito de
rios, depósitos lacustres, veios de areia subterrâneos (minas) ou de dunas.
Agregado Graúdo é obtido em uma unidade industrial / mineradora chamada
pedreira, onde ocorre a desintegração, por explosão controlada, da rocha que dá origem
à brita. Após a detonação da rocha matriz, grandes matacos são transportados para
serem triturados em equipamento chamado britador. Por fim, a brita é passada em
peneiras onde é classificada de acordo com sua granulometria.
Aditivos: os aditivos são produtos que, adicionados em pequena quantidade aos
concretos de cimento Portland, modificam algumas propriedades, no sentido de
melhorar esses concretos para determinadas condições. Os principais tipos de aditivos
são: plastificantes (P), retardadores de pega (R), aceleradores de pega (A), plastificantes
retardadores (PR), plastificantes aceleradores (PA), incorporadores de ar (IAR), super
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plastificantes (SP), super plastificantes retardadores (SPR) e super plastificantes
aceleradores (SPA).
Adições: As adições constituem materiais que, em dosagens adequadas, podem
ser incorporados aos concretos ou inseridos nos cimentos ainda na fábrica, o que resulta
na diversidade de cimentos comerciais. Com a alteração da composição dos cimentos
pela incorporação de adições, é comum eles passarem a ser denominados aglomerantes.
Os exemplos mais comuns de adições são: escória de alto forno, cinza volante, sílica
ativa de ferro-silício e metacaulinita.
2.3. CONCRETO LEVE
Os concretos leves são reconhecidos pelo seu reduzido peso específicos e elevada
capacidade de isolamento térmico e acústico (SHORT e KINNIBURGH, 1978).
Enquanto os concretos simples têm densidade variando entre 2300 e 2500 kg/m³, os
leves chegam a atingir densidades próximas a 500 kg/m³. Cabe lembrar que a
diminuição da densidade afeta diretamente a resistência do concreto. Os concretos leves
mais utilizados são os celulares e os produzidos com agregados leves, como poliestireno
expandido, vermiculita e argila expandida.
Segundo Mehta e Monteiro, 1994, tanto para o concreto leve como para o
concreto normal, as propriedades não diferem tanto, porém, devem-se tomar alguns
cuidados com a trabalhabilidade, evitando desta forma a segregação dos materiais.
Devido à textura áspera e a baixa densidade dos agregados, os trabalhos de lançamento,
compactação e acabamento necessitam de menor esforço e, por conseguinte, necessitam
de menor abatimento. No caso de um alto abatimento e vibração excessiva, ocorrerá um
fenômeno chamado flutuação do agregado graúdo, aonde a argamassa, pela maior
massa específica, irá se concentrar na parte inferior da estrutura, prejudicando o
acabamento da peça.
Sua aplicação está voltada para procurar atender exigências específicas de
algumas obras e também para enchimento de lajes, fabricação de blocos, regularização
de superfícies, envelopamento de tubulações, entre outras.
15
2.4. POLIESTIRENO EXPANDIDO
O Poliestireno expandido (EPS), muito conhecido no Brasil como ISOPOR®,
marca registrada da Knauf Isopor Ltda, foi descoberto em 1949 pelos químicos Fritz
Stastny e Karl Buchholz, quando trabalhavam nos laboratórios da BASF, na Alemanha.
É um plástico celular rígido, resultante da polimerização do estireno em água. Como
agente expansor para a transformação do isopor, emprega-se o pentano, um
hidrocarbureto que se deteriora rapidamente pela reação fotoquímica gerada pelos raios
solares, sem comprometer o meio ambiente.
O produto final é composto de pérolas de até 3 mm de diâmetro, que se destinam
à expansão em até 50 vezes o seu tamanho original, através de vapor, fundindo-se e
moldando-se em formas diversas. Expandidas, as pérolas consistem em até 98% de ar e
apenas 2% de poliestireno. Em 1m³ de poliestireno expandido, por exemplo, existem de
3 a 6 bilhões de células fechadas e cheias de ar (Abrapex).
Materiais poliméricos são provenientes de macromoléculas com massa molar de
ordem 104 a 106 g/mol, formadas com muitas unidades de repetição conhecidas como
meros, e podem ser de origem natural ou sintética, daí a ideia do nome polímero, que é
derivado do grego onde poly (muitos) e mero (partes). (AKCELRUD, 2007). E é
exatamente isto, a repetição de muitas unidades (poli) de um tipo de composto químico
(mero). Polimerização é o nome dado ao processo no qual as várias unidades de
repetição (monômeros) reagem para gerar uma cadeia de polímero. Existem polímeros
que são orgânicos e inorgânicos, sendo o último mais pesquisado e de maior valor
industrial (AKCELRUD, 2007).
Os plásticos compreendem aos materiais poliméricos, e sendo sua maioria
compostos orgânicos tem sua composição química baseada em átomos de carbono (C),
hidrogênio (H) e outros elementos não metálicos (CALLISTER, 2002). São tantas
características que estes materiais possuem que atualmente estão substituindo os
materiais tradicionais como a madeira, metal e cerâmicos.
A matéria-prima para produção de polímeros é originada principalmente do
petróleo e gás natural devido seu processo de fabricação ser barateado, com relação à
extração a partir da madeira, carvão ou CO2, já que seu principal componente é o
carbono (C).
Poliestireno expandido – ISOPOR: É um material que se apresenta como
plástico celular rígido, proveniente da polimerização do estireno (derivado do
16
petróleo) em água.
O processo de fabricação do isopor consiste em transformação física, porém esta
não interfere nas propriedades químicas do material. Esse processo é realizado através
das seguintes etapas:
Pré-expansão: Nesta primeira fase, em um pré-expansor, o poliestireno recebe
aquecimento ao entrar em contato com vapor de água. Com isto as pérolas com cerca de
três milímetros passarão a ter um volume 50 vezes mais do que o atual, o que resulta em
um granulado de partículas de poliestireno expandido;
Armazenamento intermediário: Fase de estabilização do material, que se faz
necessário para posterior transformação, é aonde acontece o resfriamento do EPS que
propicia uma depressão no interior das células, o qual forma espaços que serão
preenchidos por ar circulante;
Moldagem: O granulado estabilizado é introduzido em moldes e novamente
exposto a vapor de água, o que provoca a soldadura do mesmo; assim obtém-se um
material expandido. Tentando evitar perdas do produto, este processo de expansão
dentro da câmara de vapor pode ser interrompido bruscamente com jatos de água fria
direcionados contra a parede do molde.
O hidrocarboneto Pentano (C5H12) é o agente expansor empregado no
Poliestireno. Por ser estruturado somente com átomos de carbono e hidrogênio
deteriora-se facilmente no meio ambiente devido reação de fotoquímica realizada pelos
raios solares, consequentemente não agredindo o mesmo. Outros aditivos também são
acrescentados neste processo para que haja melhora das propriedades do EPS, como é o
caso do retardantes de chama, permitindo assim que este material tenha resistência ao
fogo.
O Poliestireno expandido obtém as seguintes vantagens:
•Baixa condutividade térmica: A estrutura de células fechadas, cheias de ar,
dificulta a passagem do calor o que confere ao isopor um grande poder isolante.
•Baixo peso: As densidades do isopor variam entre os 10-30 kg/m3, permitindo
uma redução substancial do peso das construções.
•Resistência mecânica: Apesar de muito leve, o isopor tem uma resistência
mecânica elevada, que permite o seu emprego onde esta característica é necessária.
17
Figura 2.5: Resistência à compressão do isopor
Fonte: ABRAPEX
•Baixa absorção de água: O isopor não é higroscópico. Mesmo quando imerso
em água o isopor absorve apenas pequenas quantidades de água. Tal propriedade
garante que o isopor mantenha as suas características térmicas e mecânicas mesmo sob
a ação da umidade.
•Facilidade de manuseio: O isopor é um material que se trabalha com as
ferramentas habitualmente disponíveis, garantindo a sua adaptação perfeita à obra. O
baixo peso do isopor facilita o manuseamento do mesmo em obra, com isso todas as
operações de movimentação e colocação ficam significativamente encurtadas.
•Versatilidade: O isopor pode apresentar-se numa variedade de tamanhos e
formas, que se ajustam sempre às necessidades específicas da construção.
•Resistência ao envelhecimento: Todas as propriedades do isopor mantêm-se
inalteradas ao longo da vida do material.
•Absorção de choques.
•Resistência à compressão: De a 2 kg/cm².
•Resistência química: O isopor é compatível com a maioria dos materiais
utilizados na construção civil, tais como cimento, gesso, cal, água, entre outros.
Os produtos finais deste material são inodoros, não contaminam o solo, água e
ar, são reaproveitados, reciclados, podendo voltar às condições de matéria-prima.
São inúmeras as utilizações do isopor, no entanto há duas propriedades em
específico que têm fortalecido cada vez mais à presença deste no mercado consumidor,
como a sua extrema leveza e isolamento termo-acústico, pois são propriedades que
18
estão diretamente ligadas a baixo custo. Atualmente o isopor apresenta-se bem
empregado em embalagens industriais, artigos para consumo (caixas térmicas, pranchas,
porta-gelo, etc.), na agricultura e até mesmo na construção civil. (ABRAPEX, 2012)
O isopor, poliestireno expandido, é um plástico rígido com inúmeras aplicações,
sendo utilizado principalmente em construção civil (concreto leve, argamassa, peças
para lajes, blocos, etc.).
Em relação ao meio ambiente:
• O isopor é 100% reciclável e reaproveitável.
• A fabricação e utilização do isopor não geram risco à saúde ou ao meio
ambiente.
• Não causa danos à camada de ozônio (não usa e nunca usou CFC nem HCFC
no processo de fabricação).
• Não contamina o solo, o ar ou a água.
• Fungos e bactérias não se proliferam no isopor.
Durante seu processo de fabricação o isopor libera baixos valores de resíduos
sólidos e líquidos, em fato pela sua leveza, neste contexto o presente material demonstra
significativa preservação de recursos energéticos quando é utilizado como isolante
térmico, onde a economia de energia proporcionada durante a vida útil da construção
pode ser diversas vezes superior à consumida para a produção do isopor.
Sobre os danos causados ao ambiente pelo descarte incorreto do poliestireno
expandido (EPS), popularmente conhecido como isopor, muita gente até percebe que
contribui com a degradação, mas não sabe como evitá-la. Afinal, o isopor está hoje
associado a um número cada vez maior de hábitos de consumo: das bandejas de
padarias e supermercados às embalagens de proteção e até peças da construção civil.
Segundo a Associação Brasileira do Poliestireno Expandido (Abrapex), foram
produzidas 55 mil toneladas do material no Brasil em 2012 e outras 2 mil toneladas
foram importadas junto a equipamentos eletrônicos e diferentes bens trazidos do
exterior. O poliestireno expandido é totalmente reciclável e já existem algumas
empresas no Brasil que o reutilizam.
A reciclagem consiste na transformação do isopor, porém com as mesmas
características iniciais do poliestireno envolvido no processo inicial da produção. O
capital a se investir em uma unidade de revalorização para posterior comercialização é
muito alto, sendo inviável em pequena escala (ABRAPEX, 2012).
19
2.5. RESINA EPÓXI
Uma resina epóxi ou poliepóxido é um plástico termofixo que sofre
endurecimento quando se mistura com um agente catalisador ou "endurecedor". As
resinas epóxi mais frequente são produtos de uma reação entre epicloridrina e bisfenolA, existem ainda as resinas a base de bisfenol F e resinas epóxi Novolac. As primeiras
tentativas comerciais de preparo da resina através da epicloridrina aconteceram em 1927
nos Estados Unidos. O mérito da primeira síntese de uma resina baseada no bisfenol-A
foi compartilhado entre o Dr. Pierre Castan da Suíça e o norte-americano Dr. S. O.
Greenlee em 1936. O trabalho do suiço foi licenciado pela empresa química CibaGeigy, também Suíça, que se converteu rapidamente, em um ano, numa das três maiores
fabricantes mundiais de resina epóxi, encerrando os negócios nos finais dos anos 90, e
transferindo sua marca à Vantico que posteriormente foi adquirida pela Huntsman. O
trabalho do Dr. Greenlee foi desenvolvido para uma pequena empresa que,
posteriormente, foi comprada pela Shell e então adquirida pela Hexion. As resinas epóxi
são formadas pela reação química entre dois componentes, a resina e o endurecedor.
Uma vez finalizado o processo de “cura”, a reação não pode ser desfeita, e nem a resina
pode ser dissolvida ou liquefeita pela ação do calor (é, portanto, um termofixo, ou
termoestável). Por isso mesmo, convém trabalhar com uma pequena quantidade de
resina por vez, para evitar que ela endureça no pote evitando desperdícios de um
material nobre e caro.
Resinas epóxi líquidas são muito utilizadas em laminados de fibra sintéticas
como o de vidro, carbono, kevlar e também com naturais como junta, sisal, algodão, etc.
Devido a sua alta resistência mecânica e química, ela é utilizada em laminados especiais
onde as resinas convencionais de laminação, como os poliésteres insaturados, não
atendem o necessário. É muito utilizado em aeronaves, embarcações, veículos de alto
desempenho, revestimentos especiais, etc., possuem também alta dureza, excelente
aderência, pode ser aplicada em temperatura ambiente ou curada em estufa, são
extremamente versáteis, as resinas epóxi também são utilizadas como adesivos de
metais e madeiras para aeronaves, estruturas, aeromodelismo e onde houver necessidade
de um adesivo termofixo de grande poder aderente, tem uma boa resistência química,
térmica e mecânica.
Depois da aplicação e cura as resinas são resistentes e impermeáveis, ficando os
componentes encapsulados totalmente invioláveis, qualquer método mecânico, químico
20
ou térmico para remover a resina, com certeza irá destruir os componentes encapsulados
antes, têm-se vários tipos de resinas, se necessário pode produzir resinas específicas
para aplicação de pequenos a grandes volumes.
Devido a suas características de alta resistência mecânica e estabilidade
dimensional, elas são usadas para confeccionar protótipos, modelos e moldes com muita
rapidez, com um custo muito inferior a moldes metálicos. Possui boa resistência à
abrasão, impactos e podem ser moldados a frio sem necessidade de calor (SAKAI, E.
1995).
Notamos a presença de polímeros caracterizados pela presença de grupos
glicidila em sua molécula, além de outros grupos funcionais, tendo uma estrutura
tridimensional através da reação deste grupo, com um agente reticulante adequado.
Os agentes mais comuns de epoxidação são os ácidos peracético e perfórmico e os
óleos vegetais epoxidados. A epicloridrina é o agente universal portador do grupo epóxi
que irá reagir com espécies químicas que tem hidrogênio ativo. O bisfenol-A é a espécie
química mais comum que contém esses hidrogênios ativos. A primeira resina epóxi com
características similares as das atuais, foi sintetizada na Alemanha, a partir da reação de
epicloridrina com o bisfenol-A.
FIGURA 2.6: Síntese de formação da resina epóxi
A resina epóxi utilizada foi Renlam ® M / Ren ® HY 956, que possui sua forma
líquida modificada de baixa viscosidade, formulada a base de Bisfenol-A.
Aplicações: Em conjunto com poliaminas, poliaminoamidas ou aduto, serve para
a laminação, enchimentos e encapsulamentos com adição de cargas, fundição simples
ou frontal, ou compactada em camadas (HUNTSMAN, 2012).
21
Excelentes propriedades mecânicas e boa resistência química, que podem ser
modificadas dentro de amplos limites com a seleção adequada de endurecedores e
materiais auxiliares. Devido a sua baixa viscosidade, permite melhor aplicação e
manuseio (HUNTSMAN, 2012).
Tabela 2.4: Dados orientativos
Fonte: Huntsman (2012)
A tabela 2.5 apresenta a relação de proporção da mistura entre a resina epóxi REN
LAM®-M e 6 tipos de endurecedores. Sendo que para 100 gramas de resina epóxi
iremos utilizar a quantidade de endurecedor estabelecida pela proporção na tabela,
levando em consideração o endurecedor que utilizamos.
Tabela 2.5: Formulações
Fonte: Huntsman (2012)
22
2.6. CONCRETO COM ADIÇÃO DE POLIESTIRENO EXPANDIDO E RESINA
EPÓXI.
Bagon e F.-Yannas, 1976, Perry et al, 1991, Cook, 1983 , Ravindrarajah e Tuck,
1994, investigaram a inclusão de poliestireno expandido, EPS, em massas cimentícias
utilizando o cimento Portland comum como fase matriz. Também para compensar a
característica hidrófoba do poliestireno, foram adicionados aditivos tais como resinas
epóxi emulsificadas em dispersões de polivinilpropionato, ou as esferas de isopor
tratadas quimicamente para evitar a segregação nas misturas com o concreto.
Diversos pesquisadores reportaram que as esferas de isopor tendem a flutuar, o
que pode resultar em uma mistura não homogênea devido à segregação, tornando
necessário o uso de aditivos, como resina. Além disso, a maioria dos estudos foram
feitos com concretos de densidades abaixo de 1300 kg/m3 e com resistências abaixo de
12 MPa.
Babu e Babu, 2004, estudaram a obtenção e as propriedades mecânicas de
concreto com adição de esferas de poliestireno expandido e com a adição de areia fina,
abaixo de 2,3 mm, para evitar os efeitos de segregação. Os autores obtiveram
compósitos cimentícios com densidades variando de 1500 a 2000 kg/m3 com
resistências entre 10 e 20 MPa, para adições de poliestileno expandido na faixa de 20 a
40 % em volume.
Chen e Liu, 2004, obtiveram compósitos cimentícios apresentando densidade
entre 800 a 1800 Kg/m3 e resistência à compressão de 10 a 25 MPa, para adições de
poliestireno expandido na faixa de 25 a 55% em volume. Os autores reportaram que a
adição de fibras de aço (70 kg/m3) na mistura aumentou significativamente a resistência
à tração do compósito além de reduzir a taxa de retração.
Tang et al, 2008,. adicionaram poliestireno expandido na faixa de 20 e 60% de
volume, relatando que a densidade, a resistência mecânica e o módulo de elasticidade
do compósito diminuem em função da concentração do poliestireno expandido da
mistura. Além disso, as retrações em longo prazo dos compósitos são fortemente
dependentes da fração volumétrica do poliestireno expandido e do tempo de cura.
Le Roy et al., 2005, variaram o tamanho das partículas de poliestireno expandido
adicionadas (diâmetro variando entre 1, 3 e 6 mm), observando que ao diminuir o
diâmetro das mesmas, aumenta-se a resistência compressiva do compósito. Esse efeito
23
do tamanho da partícula de poliestireno expandido na resistência à compressão também
foi reportado por outros autores.
Miled et al., 2007, realizaram simulações de um compósito cimentício com a
adição de poliestireno expandido sob compressão, concluindo que o efeito do tamanho
da partícula de poliestireno expandido na resistência à compressão deve-se
principalmente a aleatoriedade na distribuição das partículas na matriz.
Miled et al., 2007, estudando compósitos cimentícios com adição de partículas de
poliestireno expandido de diâmetro variado (1, 2.5 e 6.5 mm) observaram que o efeito
do tamanho das partículas de poliestireno expandido é mais pronunciado em compósitos
com baixa porosidade, tornando-se insignificante em compósitos de alta porosidade,
exibindo macro-porosidades entre 10 – 50%.
Bisschop e Van Mier, 2008, compararam o efeito da concentração de agregados
(esferas de vidro, grãos de areia e poliestireno expandido) na taxa de secagem de
compósitos cimentícios, observando que a taxa de secagem nos compósitos não
difusivos (esferas de vidro e grãos de areia) diminui com o aumento da fração
volumétrica dos agregados, enquanto nos compósitos com poliestireno expandido, a
taxa de secagem aumentou em função do aumento da fração volumétrica do poliestireno
expandido.
Babu e Babu, 2004, estudaram compósitos cimentícios com a adição de
poliestireno expandido (EPS) com uma ampla faixa de densidades (550–2200 kg/m3) e
concentração de EPS entre 0% a 95%. Os resultados foram comparados com outros
compósitos encontrados na literatura, observando que o compósito cimentício com
adição de EPS apresentou menor absorção de água do que o concreto normal além de
uma melhor resistência química. Os autores reportaram também que com o aumento da
fração volumétrica de EPS, há um aumento na permeabilidade e absorção dos
compósitos cimentícios.
Babu et al., 2006, investigaram o efeito do tamanho de agregados de poliestireno
em compósitos cimentícios em ampla faixa de densidades (1000–1900 kg/m3),
utilizando poliestireno expandido (EPS) e polietileno não expandido (UEPS). Os
resultados indicaram que os compósitos cimentícios com UEPS exibem resistência
compressiva 70% maior do que os compósitos cimentícios com EPS, porém, os
compósitos cimentícios com EPS de diâmetro menor apresentam maior resistência
compressiva. O concreto com UEPS adicionado exibe um comportamento mecânico
24
com fratura frágil semelhante ao concreto normal, enquanto uma falha gradual foi
observada no concreto adicionado com EPS.
Silva e Monteiro, 2006, verificaram em termos de microestrutura, que a fase
polimérica gerada pela resina, tende a recobrir os grãos não hidratados de cimento,
retardando o processo de hidratação parcialmente ou completamente. Em alguns casos,
promove maior formação de produtos internos do que produtos externos de C3S, além
de evitar a formação de cristais de etringita durante o processo inicial de hidratação.
Porém, é bem possível que a maior vantagem desses sistemas seja a redução da
porosidade, com consequente diminuição dos caminhos livres para propagação de
fissuras e aumento da resistência mecânica final.
25
Capítulo 3
OBJETIVOS
3.1 GERAL
O presente projeto de pesquisa consiste em investigar o efeito da adição de
resíduos de isopor e resina epóxi em compósitos cimentícios através de uma
metodologia de planejamento fatorial de experimentos. A análise estatística permitirá
identificar os efeitos dos fatores individualmente, mas principalmente das interações
que afetam as variáveis respostas investigadas. Com isso pretende-se contribuir para o
desenvolvimento desta classe de materiais além da obtenção de um compósito de alta
resistência específica, isto é, elevada relação resistência/densidade.
3.2 ESPECÍFICOS
Investigar o efeito do teor de resina epóxi (25 e 35% em massa) em relação ao
cimento e da fração volumétrica de EPS (0, 20, 50 e 80%), com granulometria igual à
(04 - 06 US-Tyler) nas propriedades físico-mecânicas dos compósitos cimentícios.
As variáveis respostas do experimento serão resistência à compressão, absorção
de água, porosidade aparente, densidade aparente, e densidade volumétrica, após 28 dias
de cura.
26
Capítulo 4
JUSTIFICATIVA
Um dos grandes problemas enfrentados hoje no mundo se refere à destinação
final dos resíduos. O volume de resíduos de poliestireno expandido gerado vem se
constituindo em grande preocupação tanto para o poder público quanto para a
sociedade. Para minimizar os reflexos negativos causados pela sua destinação
inadequada, diversas formas de pesquisas vêm sendo desenvolvidas.
A reciclagem do EPS é um processo inviável, devido ao alto custo para sua
transformação, sendo muitas vezes superior a produção convencional. Por isso estudos
de reaproveitamento deste material são desenvolvidos, principalmente pela indústria da
construção civil.
As resinas termorrígidas são aquelas que sob a ação do calor sofrem um processo
de reticulação interna, comumente chamado de cura. O sistema rígido resultante é uma
rede macromolecular altamente reticulada, infusível e insolúvel (PILATO e MURPHY,
2000 e HARPER, 2005), e que promovem a hidratação dos grãos de cimento,
juntamente com as partículas de EPS.
Há também uma grande necessidade de materiais leves e resistentes na construção
civil moderna, o concreto leve é um deles, com alta resistência especifica, ou seja, alta
relação resistência/densidade podendo ser usado em diversos elementos estruturais.
Materiais de baixo peso são usados como agregados nesse tipo de concreto. Eles
são classificados em dois tipos, naturais (púmice, farinha fóssil, escórias de carvão
vulcânicas, etc.) e artificiais (perlite, xisto expandido, barro, ardósia, PFA sinterizado,
etc.). O poliestireno expandido (EPS) é um tipo de agregado artificial de baixo peso
(densidade menor que 300 kg/m³) (Abrapex, 2012).
Devido a sua baixa densidade o poliestireno expandido pode ser utilizado na
fabricação de concretos de baixa densidade para aplicação na construção civil tais como
revestimento de painel, muro cortina, piso e blocos de concreto (Guide for Structural
Lightweight Aggregate Concrete, ACI Manual of Concrete Practice, 1987). Esse
material pode ser também utilizado em aplicações mais específicas como, por exemplo,
base de pavimentos, leito de vias férreas, material de construção para estruturas
27
flutuante no mar, e material que absorve energia na proteção de instalações militares
subterrâneas (SUSSMAN, 1975 e BAGON, 1976).
A resina epóxi será a fase polimérica termorrígida, e servirá para recobrir os
grãos não hidratados de cimento, retardando o processo de hidratação parcialmente ou
completamente. Há casos, em que a resina epóxi, promove maior formação de produtos
internos do que produtos externos de silicato tricálcico, além de evitar a formação de
cristais de etringita durante o processo inicial de hidratação (SUSSMAN, 1975 e
GODWIN, 1982).
Através da incorporação de esferas de poliestireno expandido, e resina epóxi em
quantidades volumétricas diferentes no concreto, argamassa ou pasta cimentícia pode
ser preparada resultando em ampla faixa de densidade e elasticidade do material. Os
agregados de isopor podem substituir em parte ou completamente os agregados miúdos
comumente usados no concreto.
28
Capítulo 5
MATERIAIS E MÉTODOS
A metodologia experimental esta baseada na abordagem estatística de
planejamento de análise experimental (MONTGOMERY, 1997), seguindo roteiro
sugerido por Werkema e Aguiar (1996). As etapas deste procedimento serão detalhadas
nos itens seguintes.
5.1. SELEÇÃO DAS VARIÁVEIS RESPOSTAS
As variáveis respostas escolhidas a serem analisadas neste trabalho são:
densidade aparente, densidade volumétrica, porosidade, absorção de água, resistência
mecânica à compressão, seguindo as normas de cada tipo de ensaio.
5.2. FABRICAÇÃO DOS MATERIAIS
Neste experimento a matriz do compósito foi o cimento Portland de alta
resistência (CP-V), cujo fabricante é a empresa Holcim S.A. do Brasil sendo a fase
dispersa, partículas de poliestireno expandido cuja faixa granulométrica é fixada em 04
- 06 US-Tyler, e fase polimérica termorrígida utilizada foi uma resina epóxi de alto
desempenho, fabricada pela Indústria Química Huntsman cuja denominação é Renlam
® M / Ren ® HY 956.
Os fatores e níveis experimentais foram selecionados com base nos estudos de
artigos discutidos na revisão bibliográfica e nos objetivos deste projeto. Este trabalho
identificou quais fatores apresentam efeito significativo sobre as variáveis-respostas
selecionadas, verificando a possível utilização dos compósitos desenvolvidos em outros
setores industriais.
29
Dentre os fatores de maior relevância e possíveis de serem controlados,
escolheram-se três, entre eles: fração volumétrica de isopor, fração volumétrica de
resina, fração volumétrica de cimento. Os fatores mantidos constantes no experimento
serão: tempo de mistura (5min.), temperatura ambiente de fabricação e tempo de cura
(28 dias).
Os teores de resina adicionados foram: 25% e 35% em relação ao cimento, a fim
de verificar a influência no compósito. A fração volumétrica de EPS na matriz
cimentícia foi investigada em quatro níveis: 0, 20, 50 e 80% em volume em substituição
de agregados usados. O tamanho da partícula de EPS foi fixado na faixa granulométrica
04 - 06 US-Tyler. A figura 5.1 abaixo nos mostra a pasta formada pela mistura entre
cimento 75%, resina epóxi 25% e 20% de EPS.
Figura 5.1: Mistura manual entre pasta de cimento, isopor e resina.
A tabela 5.1 exibe os fatores e os níveis experimentais investigados neste
experimento.
30
Tabela 5.1. Fatores e níveis do experimento.
Fatores do Experimento
Níveis
1. 0%
Fração volumétrica de isopor
2. 20%
3. 50%
4. 80%
Teor de Resina Epóxi
1. 25%
2. 35%
Fração volumétrica de cimento
1. 75%
2. 65%
O planejamento fatorial completo foi adotado, que quer dizer em realizar
experimentos em todas as possíveis combinações dos níveis dos fatores. O
planejamento fatorial gerado a partir dos fatores e níveis apresentados na Tabela 5.1 é o
tipo 2241 que fornece um resultado matemático de 16, o qual representa o número total
de combinações distintas neste experimento.
31
A tabela 5.2 apresenta as condições experimentais investigadas neste projeto.
Tabela 5.2. Planejamento fatorial completo.
Planejamento Fatorial 2241
Condições
Experimentais
Fração Volumétrica
de EPS
% volume
FATORES
Fração Volumétrica de
Cimento
% peso
Teor de resina
epóxi
% peso
C1
0
75
25
C2
20
75
25
C3
50
75
25
C4
80
75
25
C5
0
65
35
C6
20
65
35
C7
50
65
35
C8
80
65
35
C9
0
100
0
C10
20
100
0
C11
50
100
0
C12
80
100
0
C13
0
0
100
C14
20
0
100
C15
50
0
100
C16
80
0
100
O cimento juntamente com a resina epóxi ao serem misturados, formam 100% da
massa do compósito, e a adição do EPS ( 20, 50 e 80%) será feito em relação ao volume
total gerado pela mistura (cimento + resina epóxi).
32
Serão adicionados 30% de água nas condições C9, C10, C11 e C12 por não
conterem resina epóxi, a condição C9 é composta somente por cimento.
O método de aleatorização foi adotado na etapa de preparação dos corpos de
prova, e também na etapa de realização dos ensaios, permitindo uma ordenação
arbitrária das condições experimentais, evitando que efeitos de fatores não controlados
possam afetar a variável-resposta.
5.3. FABRICAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA
Para a fabricação dos compósitos foram utilizados moldes cilíndricos de PVC,
(Figura 5.2) com dimensões de 2,11 cm de diâmetro interno e 4,22 cm de altura, ou seja,
altura igual a duas vezes o diâmetro seguindo a norma NBR 5738. Misturados os
componentes, o material foi vazado nos moldes, os corpos de prova após cura de 28 dias
foram cortados para garantir o paralelismo para realização do ensaio de compressão.
Durante a cura as amostras foram ensacadas para manter a humidade, Figura 5.3.
2,11 cm
4,22 cm
Figura 5.2. Geometria e dimensões dos corpos de prova.
33
Figura 5.3: Corpos de prova ensacados
Foi utilizando 5 corpos de provas para cada teste conforme descrição de ensaios.
O software estatístico Minitab versão 16 foi utilizado para o tratamento dos dados
utilizando a análise de variância (ANOVA) e a ferramenta Teste de Tukey.
A densidade volumétrica, densidade aparente, porosidade e absorção de água
foram medidas usando as seguintes fórmulas:
Dv =
M1
(1)
V
Sendo: Dv – densidade volumétrica (g/cm³),
M1 – massa do compósito seco (g),
V – volume do corpo de prova (cm³).
Dap = M
M1
2 −M3
(2)
Sendo: Dap – densidade aparente (%),
M1 – massa do compósito seco (g),
M2 – massa saturada por imersão no vácuo (g),
M3 – massa saturada suspensa abaixo d’água (g).
34
M −M
P = M2 −M1 × 100
2
3
(3)
Sendo: P – porosidade aparente (%),
M1 – massa do compósito seco (g),
M2 – massa saturada por imersão no vácuo (g),
M3 – massa saturada suspensa abaixo d’água (g).
Aa =
M2 −M1
M1
× 100
(4)
Sendo: Aa – Absorção de água (%),
M1 – massa do compósito seco (g),
M2 – massa saturada por imersão no vácuo (g).
A densidade aparente pode ser determinada por meio do princípio de Arquimedes.
Este princípio diz que um corpo imerso em um fluido sofre um empuxo igual ao peso
do volume de fluido deslocado pelo corpo. A densidade do corpo é igual à razão entre
seu peso e o empuxo do fluido sobre ele. O ensaio de densidade aparente e porosidade
aparente seguiram as recomendações da norma Britânica BS EN ISO 10545-3 (1997).
Para investigar os valores da resistência à compressão foi utilizada a Máquina
Universal de Ensaios EMIC MEM 10.000, os testes de compressão foram feitos com
uma velocidade de 5 mm/min (Figura 5.4)
Figura 5.4: Corpos durante o ensaio de compressão na máquina EMIC MEM 10.000
35
Uma análise da superfície foi realizada a fim de verificar a distribuição do isopor
e a formação de poros na matriz cimentícia recoberta por resina epóxi.(Figura 5.5)
Figura 5.5: Análise superficial das amostras
Na Figura 5.6, podemos observar que nos compósitos, C13, C14, C15 e C16, a
mistura entre a resina epóxi e o EPS não tiveram homogeneidade, fato que influenciou
diretamente nos testes, não alcançando resultados satisfatórios, sendo assim não foi
realizado a análise dos resultados em nossa pesquisa.
Figura 5.6: Compósitos fabricados com cimento, resina-epóxi e EPS.
36
Capítulo 6
RESULTADOS E DISCUSSÕES
A Tabela 6.1 apresenta os resultados da análise de variância (ANOVA) para as
médias das variáveis respostas investigadas. Para a análise da variância (ANOVA)
fazem-se pressupostos que ambas as amostras são extraídas a partir de populações
independentes, que podem ser descritas por uma distribuição normal (MONTGOMERY,
1997). Os fatores relacionados a P-valor menor ou igual a 0,05 (95% de confiabilidade)
são considerados significativos. O efeito principal de um fator deve ser interpretado
individualmente apenas se não há evidência de que o fator não interage com outros
fatores. Quando um ou mais efeitos de interação de ordem superior são significativos,
os fatores que interagem devem ser considerados conjuntamente (WERKEMA e
AGUIAR, 1996). Os P-valores, sublinhados na Tabela 6.1 correspondem aos fatores
significativos de ordem superiores analisados neste trabalho.
O valor de R2 adjunto exibido na ANOVA mede a proporção da variabilidade
preditora presente na equação de regressão sendo que quanto mais próximo de 1 (ou de
100%) melhor a qualidade da equação ajustada aos dados (WERKEMA e AGUIAR,
1996). Os pontos distribuídos uniformemente ao longo da reta atendem as condições de
normalidade e homogeneidade. Os gráficos de resíduos para distribuição normal das
variáveis-respostas investigadas neste trabalho apresentaram média próxima de zero,
atendendo as condições de normalidade exigidas para validação do modelo da ANOVA.
Também foi aplicado o teste de Tukey, o qual se baseia na diferença mínima
significativa, para determinar quais grupos diferem entre si, realizando a comparação
múltipla entre as médias, sendo este um teste muito realizado pelos estatísticos.
37
Tabela 6.1. Análise da variância (ANOVA).
P-Valor ≤ 0,05
ANOVA
Fatores
Experimentais
Fração de Isopor
Densidade
Densidade
Volumétrica
Aparente
(g/cm3)
(g/cm3)
C1 a C4
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
C5 a C8
0,000
0,002
0,000
0,000
0,000
C9 a C12
0,000
0,000
0,001
0,012
0,000
C1 a C4
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
C5 a C8
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
C9 a C12
0,003
0,000
0,002
0,000
0,000
Condições
Porosidade
Aparente
Resistência
à
Compressão
Absorção
de água
Fatores
Principais
Teor de Resina Epóxi
C1 a C4
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
C5 a C8
0,021
0,000
0,000
0,000
0,000
C9 a C12
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
Densidade
Densidade
Volumétrica
Aparente
Aparente
Compressão
água
C1 a C4
99,22%
90,69%
99,22%
98,69%
98,48%
C5 a C8
98,70%
99,72%
95,83%
99,57%
99,90%
C9 a C12
99,70%
83,75%
95,73%
84,99%
98,63%
Fração de Cimento
Condições
R2
(Adjunto)
Porosidade Resistência à Absorção de
38
Os valores das tabelas 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6 e 6.7 foram utilizados para analisar a
análise da variância (ANOVA).
Tabela 6.2 Densidade volumétrica dos compósitos cimentícios.
Densidade volumétrica g/cm3
Condição
Fração de
Isopor
Fração de
Cimento
Teor de Resina
Epóxi
Média
C1
0%
75%
25%
2,04 ± 0,01
C2
20%
75%
25%
1,88 ± 0,02
C3
50%
75%
25%
1,72 ± 0,01
C4
80%
75%
25%
1,72 ± 0,01
C5
0%
65%
35%
1,84 ± 0,01
C6
20%
65%
35%
1,76 ± 0,01
C7
50%
65%
35%
1,53 ± 0,02
C8
80%
65%
35%
1,43 ± 0,03
C9
0%
100%
0%
2,05 ± 0,01
C10
20%
100%
0%
1,67 ± 0,01
C11
50%
100%
0%
1,50 ± 0,02
C12
80%
100%
0%
1,49 ± 0,01
C13
0%
0%
100%
1,04 ± 0,02
C14
20%
0%
100%
1,03 ± 0,01
C15
50%
0%
100%
0,99 ± 0,02
C16
80%
0%
100%
0,93 ± 0,03
39
Tabela 6.3 Densidade aparente dos compósitos cimentícios.
Densidade Aparente g/cm3
Condição
Fração de
Isopor
Fração de
Cimento
Teor de Resina
Epóxi
Média
C1
0%
75%
25%
1,88 ± 0,01
C2
20%
75%
25%
1,81 ± 0,01
C3
50%
75%
25%
1,75 ± 0,05
C4
80%
75%
25%
1,71 ± 0,01
C5
0%
65%
35%
1,83 ± 0,01
C6
20%
65%
35%
1,65 ± 0,03
C7
50%
65%
35%
1,52 ± 0,07
C8
80%
65%
35%
1,40 ± 0,01
C9
0%
100%
0%
1,67 ± 0,01
C10
20%
100%
0%
1,57 ± 0,04
C11
50%
100%
0%
1,55 ± 0,02
C12
80%
100%
0%
1,43 ± 0,04
C13
0%
0%
100%
1,13 ± 0,01
C14
20%
0%
100%
1,06 ± 0,01
C15
50%
0%
100%
1,00 ± 0,08
C16
80%
0%
100%
0,92 ± 0,05
40
Tabela 6.4 Porosidade aparente dos compósitos cimentícios.
Porosidade aparente %
Condição
Fração de
Isopor
Fração de
Cimento
Teor de Resina
Epóxi
Média
C1
0%
75%
25%
4,65 ± 0,05
C2
20%
75%
25%
4,08 ± 0,09
C3
50%
75%
25%
3,11 ± 0,06
C4
80%
75%
25%
2,94 ± 0,06
C5
0%
65%
35%
7,16 ± 0,09
C6
20%
65%
35%
7,02 ± 0,12
C7
50%
65%
35%
6,92 ± 0,07
C8
80%
65%
35%
6,23 ± 0,07
C9
0%
100%
0%
7,72 ± 0,07
C10
20%
100%
0%
9,35 ± 0,07
C11
50%
100%
0%
9,08 ± 0,06
C12
80%
100%
0%
8,96 ± 0,05
C13
0%
0%
100%
10,06 ± 0,06
C14
20%
0%
100%
10,25 ± 0,05
C15
50%
0%
100%
10,42 ± 0,07
C16
80%
0%
100%
10,98 ± 0,06
41
Tabela 6.5 Resistência à compressão dos compósitos cimentícios.
Resistência à compressão
Condição
Fração de
Isopor
Fração de
Cimento
Teor de Resina
Epóxi
Média
C1
0%
75%
25%
19,00 ± 0,04
C2
20%
75%
25%
18,91 ± 0,07
C3
50%
75%
25%
18,33 ± 0,06
C4
80%
75%
25%
18,01 ± 0,04
C5
0%
65%
35%
19,96 ± 0,03
C6
20%
65%
35%
18,80 ± 0,03
C7
50%
65%
35%
17,30 ± 0,04
C8
80%
65%
35%
15,30 ± 0,03
C9
0%
100%
0%
21,02 ± 0,17
C10
20%
100%
0%
18,20 ± 0,06
C11
50%
100%
0%
17,80 ± 0,08
C12
80%
100%
0%
17,01 ± 0,07
C13
0%
0%
100%
11,20 ± 0,07
C14
20%
0%
100%
9,66 ± 0,06
C15
50%
0%
100%
9,01 ± 0,21
C16
80%
0%
100%
8,80 ± 0,06
42
Tabela 6.6. Absorção de água dos compósitos cimentícios.
Absorção de água %
Condição
Fração de
Isopor
Fração de
Cimento
Teor de Resina
Epóxi
Média
C1
0%
75%
25%
2,91 ± 0,06
C2
20%
75%
25%
3,60 ± 0,08
C3
50%
75%
25%
4,00 ± 0,10
C4
80%
75%
25%
4,55 ± 0,06
C5
0%
65%
35%
5,14 ± 0,12
C6
20%
65%
35%
5,57 ± 0,07
C7
50%
65%
35%
9,53 ± 0,04
C8
80%
65%
35%
10,56 ± 0,05
C9
0%
100%
0%
11,18 ± 0,07
C10
20%
100%
0%
12,10 ± 0,05
C11
50%
100%
0%
12,43 ± 0,08
C12
80%
100%
0%
13,16 ± 0,13
C13
0%
0%
100%
17,98 ± 0,10
C14
20%
0%
100%
18,61 ± 0,07
C15
50%
0%
100%
19,14 ± 0,09
C16
80%
0%
100%
20,38 ± 0,60
43
Tabela 6.7. Resistência específica dos compósitos cimentícios.
Fração
Fração
Teor de
Condição Volumétrica Volumétrica Resina
de EPS
de cimento
Epóxi
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7
C8
C9
C10
C11
C12
C13
C14
C15
C16
0%
20%
50%
80%
0%
20%
50%
80%
0%
20%
50%
80%
0%
20%
50%
80%
75%
75%
75%
75%
65%
65%
65%
65%
100%
100%
100%
100%
0%
0%
0%
0%
25%
25%
25%
25%
35%
35%
35%
35%
0%
0%
0%
0%
100%
100%
100%
100%
Média da
Resistência à
Compressão
Média da
Densidade
Volumétrica
19,00
18,91
18,33
18,01
19,96
18,80
17,30
15,30
21,02
18,20
17,80
17,01
11,20
9,66
9,01
8,80
2,04
1,88
1,72
1,72
1,84
1,76
1,53
1,43
2,05
1,67
1,50
1,49
1,04
1,03
0,99
0,93
Resistência
Específica
MPa/g/cm3
9,32
10,06
10,63
10,48
10,87
10,68
11,34
10,71
10,27
10,89
11,90
11,43
10,73
9,42
9,14
9,50
A seguir apresentaremos os gráficos de resíduos de probabilidade normal da
ANOVA em relação às propriedades físicas e mecânicas dos compósitos de isopor,
resina e cimento, comprovando normalidade nas distribuições dos resíduos pelos Pvalores encontrados serem ambos superiores a 0,05 auxiliando por validar o modelo da
ANOVA, se no gráfico os resíduos estiverem situados aproximadamente simétricos,
então será obtida uma indicação de validade da suposição de independência.
Para analisarmos os dados referentes às médias das variáveis (densidade
volumétrica, densidade aparente, porosidade aparente, absorção de água, e resistência à
compressão) foram separados em três grupos, sendo o primeiro grupo de C1 a C4 (75%
de cimento, 25% de resina epóxi e o poliestireno expandido – EPS, variando 0%, 20%,
50% e 80%), o segundo grupo de C5 a C8 (65% de cimento, 35% de resina epóxi e o
poliestireno expandido – EPS, variando 0%, 20%, 50% e 80%) e o terceiro C9 a C12
44
(100% de cimento, 0% de resina epóxi e o poliestireno expandido – EPS, variando 0%,
20%, 50% e 80%). Nos dois primeiros grupos temos as variações de poliestireno
expandido - EPS, resina e cimento, no terceiro grupo têm a variação de cimento e
poliestireno expandido - EPS.
Essa separação em 03 grupos nos permitiu que realizássemos a análise dos
resultados e as avaliações da variação de EPS (0%, 20%, 50% e 80%) em 03 situações,
sendo a primeira 75% de cimento e 25% de resina, a segunda 65% de cimento e 25% de
resina, e a terceira com 100% de cimento e 0% de resina epóxi.
6.1 DENSIDADE VOLUMÉTRICA
Conforme abordado na revisão bibliográfica de modo geral, o comportamento de
resíduos mostra-se adequado às condições de normalidade do experimento exibindo:
 Distribuição normal com média próxima de zero;
 Variância constante;
 Independência dos valores.
As médias e os desvios padrão dos resultados de densidade volumétrica estão
apresentados na Tabela 6.2.
A fim de verificar a adequação do modelo de análise da variância foi utilizado o
gráfico de resíduo, procurando evidenciar a probabilidade normal, conforme constam
nas Figuras 6.1, 6.2 e 6.3.
Densidade Volumétrica
C1 a C4
99
Média
DP
N
AD
P-Value
95
90
Percentual
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
-0,03
-0,02
-0,01
0,00
Resíduo
0,01
0,02
0,03
Figura 6.1: Densidade Volumétrica de C1 a C4.
4,440892E-17
0,01095
20
0,268
0,646
45
O P-valor da ANOVA para a densidade volumétrica dos materiais fabricados com
a adição de poliestireno expandido - EPS, resina e cimento foram iguais a 0,000
(R2(Adj) = 99,22%), sendo a inclusão de poliestireno expandido - EPS significativa à
densidade dos materiais fabricados.
A Tabela 6.8 apresenta os resultados do teste de Tukey dos compósitos C1 a C4,
sobre a densidade volumétrica dos materiais fabricados.
C1
C2
C3
C4
Média (g/cm3)
2,04
1,88
1,72
1,72
Agrupamento
A
B
C
C
Tabela 6.8: Teste Tukey Densidade Volumétrica de C1 a C4
O agrupamento revelou que os compósitos C3 e C4 apresentaram resultados
equivalentes para a densidade volumétrica em seguida temos C2, e com superioridade
C1, o que nos mostra que o fator variação de poliestireno expandido - EPS influencia na
variável densidade volumétrica.
Densidade volumétrica
C5 a C8
99
Média
DP
N
AD
P-Valor
95
90
-1,11022E-16
0,01691
20
0,266
0,654
Percentual
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
-0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0,00 0,01
Resíduos
0,02
0,03
0,04
Figura 6.2: Densidade Volumétrica de C5 a C8.
O P-valor da ANOVA para a densidade volumétrica dos materiais fabricados
com a adição de poliestireno expandido - EPS, resina e cimento foram iguais a 0,000 e
46
(R2(Adj) = 98,70%), a interação dos fatores tem significância com relação à densidade
dos materiais fabricados.
A Tabela 6.9 apresenta os resultados do teste de Tukey dos compósitos C5 a C8,
sobre a densidade volumétrica dos materiais fabricados.
C5
C6
C7
C8
Média (g/cm )
1,84
1,76
1,53
1,43
Agrupamento
A
B
C
D
3
Tabela 6.9: Teste Tukey Densidade Volumétrica de C5 a C8.
O agrupamento revelou que nos compósitos com adição de EPS (C6, C7 e C8) à
medida que aumentamos a quantidade do mesmo, o valor da densidade volumétrica dos
materiais tendem a diminuir, já no compósito C5 (resina + cimento) a densidade
volumétrica mostrou-se maior que as demais.
Densidade Volumétrica
C9 a C12
99
Média
DP
N
AD
P-Value
95
90
-6,66134E-17
0,01170
20
1,080
0,006
Percentual
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
-0,03
-0,02
-0,01
0,00
Resíduos
0,01
0,02
0,03
Figura 6.3: Densidade Volumétrica de C9 a C12.
O P-valor da ANOVA para a densidade volumétrica dos materiais (C9, C10, C11
e C12) fabricados com a adição de poliestireno expandido – EPS, e cimento foram
iguais a 0,000 (R2(Adj) = 99,70%), sendo a inclusão de poliestireno expandido - EPS
significativa à densidade dos materiais fabricados.
47
Na próxima Tabela 6.10, temos os resultados do teste de Tukey dos compósitos
C9 a C12, sobre a densidade volumétrica dos materiais fabricados, nestes compósitos
não há presença do fator resina epóxi, sendo adicionados 30% de água para realização
da mistura.
C9
C10
C11
C12
Média (g/cm )
2,05
1,67
1,50
1,49
Agrupamento
A
B
C
C
3
Tabela 6.10: Teste Tukey Densidade Volumétrica de C9 a C12.
O agrupamento revelou que os compósitos C11 e C12 apresentaram resultados
equivalentes para a densidade volumétrica, em seguida temos C10, e com superioridade
C9, o que nos mostra que o a variação de poliestireno expandido - EPS pode influenciar
na variável densidade volumétrica, e que o aumento da quantidade de poliestireno
expandido - EPS, promove a diminuição da densidade volumétrica.
Notamos que a densidade volumétrica dos compósitos analisados onde havia a
presença de cimento, resina epóxi e EPS, variou de 1,43 a 1,88 g/cm3, já quando
utilizamos cimento e resina epóxi, temos a variação de 1,84 a 2,04 g/cm3, sendo que no
compósito C9, formado por cimento e água, obtivemos média igual 2,05 g/cm3.
Analisando os resultados obtidos no teste de densidade volumétrica, constatamos que
quanto maior a quantidade de isopor inserida no compósito, menor se torna sua
densidade, fato que se explica devido à baixa densidade do isopor usado no experimento
0,025 g/cm3.
6.2 DENSIDADE APARENTE
A densidade e aparente foi determinada por meio do principio de Arquimedes,
conforme está descrito na metodologia experimental.
Conforme abordado na revisão bibliográfica de modo geral, o comportamento de
resíduos mostra-se adequado às condições de normalidade do experimento exibindo:
 Distribuição normal com média próxima de zero;
 Variância constante;
 Independência dos valores.
48
As médias e os desvios padrão dos resultados de densidade volumétrica estão
apresentados na Tabela 6.3.
A fim de verificar a adequação do modelo de análise da variância foi utilizado o
gráfico de resíduo, procurando evidenciar a probabilidade normal, conforme constam
nas Figuras 6.4, 6.5 e 6.6.
Densidade aparente
C1 a C4
99
Média
DP
N
AD
P-Value
95
90
1,787
0,06876
20
0,751
0,042
Percentual
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
1,60
1,65
1,70
1,75
1,80
Resíduos
1,85
1,90
1,95
Figura 6.4: Densidade Aparente de C1 a C4.
O P-valor da ANOVA para a densidade aparente dos materiais fabricados com a
adição de poliestireno expandido - EPS, resina e cimento foram iguais a 0,000 (R2(Adj)
= 90,69%), sendo a inclusão de poliestireno expandido - EPS significativa à densidade
dos materiais fabricados.
A Tabela 6.11 apresenta os resultados do teste de Tukey dos compósitos C1 a C4,
sobre a densidade aparente dos materiais fabricados.
C1
C2
C3
C4
Média (g/cm )
1,88
1,81
1,75
1,71
Agrupamento
A
B
C
D
3
Tabela 6.11: Teste Tukey Densidade Aparente de C1 a C4.
Realizado o teste de Tukey, conforme consta na Tabela 6.11, evidenciamos que
nos compósitos com adição de EPS (C2, C3 e C4) à medida que aumentamos a
quantidade do mesmo inserido, o valor da densidade aparente dos materiais tendem a
49
diminuir, já no compósito C1 (resina + cimento) a densidade aparente mostrou-se maior
que as demais.
Densidade Aparente
C5 a C8
99
Média
DP
N
AD
P-Value
95
90
1,110223E-16
0,008079
20
0,875
0,020
Percentual
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
-0,02
-0,01
0,00
Resíduos
0,01
0,02
Figura 6.5: Densidade Aparente de C5 a C8.
O P-valor da ANOVA para a densidade aparente dos materiais fabricados com a
adição de poliestireno expandido - EPS, resina e cimento foram iguais a 0,002 (R2(Adj)
= 99,72%), sendo a inclusão de poliestireno expandido - EPS significativa à densidade
dos materiais fabricados.
A Tabela 6.12 apresenta os resultados do teste de Tukey dos compósitos C5 a C8,
sobre a densidade aparente dos materiais fabricados.
C5
C6
C7
C8
Média (g/cm )
1,83
1,65
1,52
1,40
Agrupamento
A
B
C
D
3
Tabela 6.12: Teste Tukey Densidade Aparente de C5 a C8.
O teste de Tukey apresentado na Tabela 6.12, nos mostra que em compósitos
onde adicionamos poliestireno expandido - EPS (C6, C7, e C8), têm uma diminuição
nos valores das médias da densidade aparente, à medida que aumentamos a proporção
de poliestireno expandido - EPS (%). O compósito C5 (resina + cimento), por ter maior
50
valor da densidade aparente, nos mostra que a adição do poliestireno expandido - EPS
influencia diretamente nos valores das médias da densidade aparente.
Densidade Aparente
C9 a C12
99
Média
DP
N
AD
P-Value
95
90
1,110223E-16
0,03539
20
0,371
0,389
Percentual
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
-0,10
-0,05
0,00
Resíduo
0,05
0,10
Figura 6.6: Densidade Aparente de C9 a C12.
O P-valor da ANOVA para a densidade aparente dos materiais (C9, C10, C11 e
C12) fabricados com a adição de poliestireno expandido - EPS, e cimento foram iguais
a 0,000 (R2(Adj) = 83,75%), sendo a inclusão de poliestireno expandido - EPS
significativa à densidade dos materiais fabricados.
A Tabela 6.13 apresenta os resultados do teste de Tukey dos compósitos C9 a C12,
sobre a densidade aparente dos materiais fabricados, sendo adicionados 30% de água
para realização da mistura, em substituição do fator resina.
C9
C10
C11
C12
Média (g/cm3)
1,67
1,57
1,55
1,43
Agrupamento
A
B
B
C
Tabela 6.13: Teste Tukey Densidade Aparente de C9 a C12.
O agrupamento revelou que os compósitos C10 e C11 apresentaram resultados
equivalentes para a densidade aparente, em seguida temos com o menor valor C12, e
com superioridade C9, o que nos mostra que o fator variação de poliestireno expandido
- EPS e inclusão de resina, podem influenciar na variável densidade aparente, e que o
51
acréscimo de poliestireno expandido - EPS na mistura tende a promover uma
diminuição das médias da densidade aparente.
A média dos valores da densidade aparente teve variação de 1,40 a 1,81 g/cm3 nos
compósitos com adição de cimento, resina epóxi e EPS, quando temos a presença
somente de cimento e resina epóxi as médias tendem a aumentar obtendo valores de
1,83 a 1,88 g/cm3, compósitos onde temos cimento adicionado ao EPS temos médias
dos valores de 1,43 a 1,57 g/cm3 e no formado por cimento com adição de água
obtemos o valor de 1,67 g/cm3. O isopor por apresentar pequena granulometria 04-06
US-Tyler, contribuiu para a diminuição da densidade aparente. Nos compósitos onde há
presença de EPS com ou sem adição de resina epóxi, temos os menores valores, sendo
os mesmos entre 1,40 e 1,55 g/cm3.
6.3 POROSIDADE APARENTE
Conforme abordado na revisão bibliográfica de modo geral, o comportamento de
resíduos mostra-se adequado às condições de normalidade do experimento exibindo:
 Distribuição normal com média próxima de zero;
 Variância constante;
 Independência dos valores.
As médias e os desvios padrão dos resultados de densidade volumétrica estão
apresentados na Tabela 6.4.
A fim de verificar a adequação do modelo de análise da variância foi utilizado o
gráfico de resíduo, procurando evidenciar à probabilidade normal, conforme constam
nas Figuras 6.7, 6.8 e 6.9.
52
Porosidade aparente
C1 a C4
99
Média
DP
N
AD
P-Valor
95
90
-1,33227E-16
0,05878
20
0,442
0,260
Percentual
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
-0,15
-0,10
-0,05
0,00
Resíduos
0,05
0,10
0,15
Figura 6.7: Porosidade Aparente de C1 a C4.
O P-valor da ANOVA para a porosidade aparente dos materiais fabricados com
a adição de poliestireno expandido – EPS, resina e cimento foram iguais a 0,000
(R2(Adj) =99,22%), sendo a inclusão de poliestireno expandido - EPS significativa à
porosidade dos materiais fabricados.
A Tabela 6.14, nos trás o resultado obtido através do teste de Tukey, para análise
da porosidade aparente nos compósitos C1 a C4.
C1
C2
C3
C4
Média
4,65
4,08
3,11
2,94
Agrupamento
A
B
C
D
Tabela 6.14: Teste Tukey Porosidade Aparente de C1 a C4.
O agrupamento revelou que os compósitos (C2, C3, e C4) por apresentarem
partículas de poliestireno expandido – EPS sofrem diminuição nos valores referentes à
porosidade aparente. O compósito C1 apresenta maior valor da média dos valores da
porosidade aparente, visto que não possui adição de poliestireno expandido - EPS. A
partir destas análises constata-se que o poliestireno expandido - EPS tem significância
quanto a variável porosidade aparente.
53
Porosidade aparente
C5 a C8
99
Média
DP
N
AD
P-Valor
95
90
6,661338E-16
0,08084
20
0,707
0,055
Percentual
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
-0,2
-0,1
0,0
Resíduos
0,1
0,2
Figura 6.8: Porosidade Aparente de C5 a C8.
O P-valor da ANOVA para a porosidade aparente dos materiais fabricados com a
adição de poliestireno expandido - EPS, resina e cimento foram iguais a 0,000 (R2(Adj)
= 95,83%), sendo a inclusão de poliestireno expandido - EPS significativa à porosidade
dos materiais fabricados.
A Tabela 6.15 apresenta os resultados do teste de Tukey dos compósitos C5 a C8,
sobre a porosidade aparente dos materiais fabricados.
C5
C6
C7
C8
Média
7,16
7,02
6,92
6,23
Agrupamento
A
B
C
D
Tabela 6.15: Teste Tukey Porosidade Aparente de C5 a C8.
O agrupamento revelou que os compósitos (C6, C7 e C8) por apresentarem
partículas de poliestireno expandido – EPS sofrem uma diminuição da porosidade
aparente. O compósito C5 apresenta maior valor da média dos valores da porosidade
aparente, visto que não possui adição de poliestireno expandido - EPS. A partir destas
análises constata-se que o poliestireno expandido - EPS tem significância quanto a
variável porosidade aparente, porém quando variamos a quantidade de cimento e resina,
a média dos valores para porosidade aparente tem aumentado.
54
Porosidade aparente
C9 a C12
99
Média
DP
N
AD
P-Valor
95
90
-3,55271E-16
0,05747
20
0,388
0,352
Percentual
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
-0,15
-0,10
-0,05
0,00
Resíduos
0,05
0,10
0,15
Figura 6.9: Porosidade Aparente de C9 a C12.
O P-valor da ANOVA para a porosidade aparente dos materiais (C9, C10, C11 e
C12) fabricados com a adição de poliestireno expandido - EPS, e cimento foram iguais
a 0,001 (R2(Adj) = 95,73%), sendo a inclusão de poliestireno expandido - EPS
significativa à porosidade dos materiais fabricados.
A Tabela 6.16 apresenta os resultados do teste de Tukey dos compósitos C9 a C12,
sobre a porosidade aparente dos materiais fabricados, sendo adicionados 30% de água
para realização da mistura, em substituição do fator resina.
C9
C10
C11
C12
Média
7,72
9,35
9,08
8,96
Agrupamento
D
A
B
C
Tabela 6.16: Teste Tukey Porosidade Aparente de C9 a C12.
O agrupamento revelou que os compósitos C10, C11, C12 e C9 apresentaram
resultados bem próximos, o que nos mostra que o fator variação de poliestireno
expandido - EPS pode influenciar na variável porosidade aparente, e mesmo sem ter a
resina em sua composição, o acréscimo de poliestireno expandido - EPS na mistura
tende a promover uma diminuição das médias. O fato da diminuição da porosidade nos
grupos que utilizam resina ter sido maior, nos mostra, que a resina influencia na
porosidade aparente, juntamente como o poliestireno expandido – EPS.
55
A média dos valores da porosidade aparente varia de 2,94 a 7,02 % em
compósitos formados pela adição entre cimento, resina epóxi, e EPS. A retirada do EPS
da mistura faz com que a média tenha valores iguais a 4,65 e 7,16 %, ao retirarmos a
resina da mistura à média sofreu um aumento sendo este de 8,96 a 9,35 %.
As partículas de isopor são hidrófobas, assim elas contribuem para a diminuição
da porosidade aparente dos compósitos. A impermeabilidade esta diretamente
relacionada com a porosidade da pasta, quanto menos poros, mais impermeável se
tornam a pasta e consequentemente o concreto.
A maior quantidade de isopor e menor faixa granulométrica aumenta a
quantidade de interstícios no compósito, juntamente com recobrimento feito pela resina,
o que promove aumento da porosidade.
Os compósitos formados com cimento (75%), resina epóxi (25%), e o EPS
variando 0, 20, 50, e 80%, apresentam menor porosidade que os demais, a resina
contribuiu para que os grãos de EPS ficassem recobertos, o que contribuiu para que uma
menor quantidade de interstícios fosse formada na parede dos compósitos.
6.4 ABSORÇÃO DE ÁGUA
A absorção de água é o processo físico pelo qual o concreto retém água nos
poros, a resina epóxi tem o papel de recobrir os grãos não hidratados de cimento,
promovendo a impermeabilidade da pasta.
Conforme abordado na revisão bibliográfica de modo geral, o comportamento de
resíduos mostra-se adequado às condições de normalidade do experimento exibindo:
 Distribuição normal com média próxima de zero;
 Variância constante;
 Independência dos valores.
As médias e os desvios padrão dos resultados de densidade volumétrica estão
apresentados na Tabela 6.6.
A fim de verificar a adequação do modelo de análise da variância foi utilizado o
gráfico de resíduo, procurando evidenciar a probabilidade normal, conforme constam
nas Figuras 6.10, 6.11 e 6.12.
56
Absorção de água
C1 a C4
99
Média
DP
N
AD
P-Valor
95
90
2,220446E-16
0,07013
20
0,341
0,459
Percentual
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
-0,2
-0,1
0,0
Resíduo
0,1
0,2
Figura 6.10: Absorção de água C1 a C4.
O P-valor da ANOVA para a absorção de água dos materiais fabricados com a
adição de poliestireno expandido - EPS, resina e cimento foram iguais a 0,000 (R2(Adj)
= 98,48%), sendo a inclusão de poliestireno expandido - EPS significativa à absorção de
água dos materiais fabricados.
A Tabela 6.17, exibe o resultado obtido através do teste de Tukey, para análise da
absorção de água nos compósitos C1 a C4.
C1
C2
C3
C4
Média
2,91
3,60
4,00
4,55
Agrupamento
D
C
B
A
Tabela 6.17: Teste Tukey Absorção de Água de C1 a C4.
O agrupamento revelou que o compósito C1, cuja mistura realizada foi o
cimento em conjunto com resina, sem adição de poliestireno expandido - EPS, possui o
melhor resultado nas médias de absorção de água, já em compósitos onde houve adição
de partículas de poliestireno expandido - EPS (C2, C3 e C4), notamos que os valores
das médias tendem a aumentar, à medida que aumentamos a fração de poliestireno
expandido - EPS adicionada.
57
Absorção de água
C5 a C8
99
Média
DP
N
AD
P-Valor
95
90
-1,77636E-16
0,07031
20
0,226
0,789
Percentual
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
-0,2
-0,1
0,0
Resíduos
0,1
0,2
Figura 6.11: Absorção de água C5 a C8.
O P-valor da ANOVA para a absorção de água dos materiais fabricados com a
adição de poliestireno expandido – EPS, resina e cimento foram iguais a 0,000 (R2(Adj)
= 99,90%), sendo a inclusão de poliestireno expandido - EPS significativa à absorção de
água dos materiais fabricados.
O Teste de Tukey apresentado na tabela 6.18 aponta os resultados das médias
dos compósitos C5, C6, C7 e C8, para análise da absorção de água.
C5
C6
C7
C8
Média
5,14
5,57
9,53
10,56
Agrupamento
D
C
B
A
Tabela 6.18: Teste Tukey Absorção de Água de C5a C8.
O agrupamento revelou que o compósito C5, cuja mistura realizada foi o
cimento em conjunto com resina, sem adição de poliestireno expandido - EPS, possui o
melhor resultado nas médias de absorção de água, já em compósitos onde houve adição
de partículas de poliestireno expandido - EPS (C6, C7 e C8), notamos que os valores
das médias tendem a aumentar, à medida que aumentamos a fração de poliestireno
expandido - EPS adicionada.
58
Absorção de água
C9 a C12
99
Média
DP
N
AD
P-Valor
95
90
3,552714E-16
0,07970
20
0,299
0,550
Percentual
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
-0,2
-0,1
0,0
Resíduos
0,1
0,2
Figura 6.12: Absorção de água C9 a C12.
O P-valor da ANOVA para absorção de água dos materiais (C9, C10, C11 e C12)
fabricados com a adição de poliestireno expandido - EPS, e cimento foram iguais a
0,000 (R2(Adj) = 98,63%), sendo a inclusão de poliestireno expandido - EPS
significativa à absorção de água dos materiais fabricados.
A Tabela 6.19 apresenta os resultados do teste de Tukey dos compósitos C9 a C12,
sobre a absorção de água dos materiais fabricados, sendo adicionados 30% de água para
realização da mistura, em substituição do fator resina.
C9
C10
C11
C12
Média
11,18
12,10
12,43
13,16
Agrupamento
D
C
B
A
Tabela 6.19: Teste Tukey Absorção de Água de C9 a C12.
O agrupamento revelou que os compósitos C9, C10, C11 e C12 apresentaram
resultados bem próximos, o que nos mostra que o fator variação de poliestireno
expandido - EPS pode influenciar na variável absorção de água, e mesmo sem ter a
resina em sua composição, o acréscimo de poliestireno expandido - EPS na mistura
tende a promover uma maior absorção de água, à medida que adicionamos maior
quantidade de poliestireno expandido – EPS aumenta-se a porosidade na mistura, o que
faz com que eles absorvam mais água.
59
Os valores da absorção de água nos compósitos formados por cimento, resina
epóxi e EPS, variam entre 3,60 a 10,56 %, ao retirarmos o isopor, ficando apenas com
cimento e resina epóxi na mistura a média dos valores teve uma significante redução,
ficando entre 2,91 e 4,55 %. As médias obtidas nos compósitos formado por cimento,
água e EPS variando entre (0,20,50 e 80%) foram maiores, ficando entre 11,18 e
13,16% o que foi observado devido o número de poros formados nos compósitos, pois
a absorção de água é caracterizada como um processo físico pelo qual o concreto retém
água nos poros, portanto, quanto maior a quantidade de água, maior a impermeabilidade
da pasta. A resina recobriu os grãos e juntamente com o EPS, impediu que o compósito
absorvesse maior volume de água.
6.5 RESISTÊNCIA MECÂNICA
O cimento é a matriz do compósito, e possui como principal característica a
resistência mecânica, através do teste de Tukey e a análise da variância (ANOVA), nos
permite avaliar o comportamento dos materiais.
Conforme abordado na revisão bibliográfica de modo geral, o comportamento de
resíduos mostra-se adequado às condições de normalidade do experimento exibindo:
 Distribuição normal com média próxima de zero;
 Variância constante;
 Independência dos valores.
As médias e os desvios padrão dos resultados de densidade volumétrica estão
apresentados na Tabela 6.5.
A fim de verificar a adequação do modelo de análise da variância foi utilizado o
gráfico de resíduo, procurando evidenciar a probabilidade normal, conforme constam
nas Figuras 6.13, 6.14 e 6.15.
60
Resistência à compressão (MPa)
C1 a C4
99
Média
DP
N
AD
P-Valor
95
90
18,57
0,5838
20
0,513
0,171
Percentual
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
17,0
17,5
18,0
18,5
Resíduos
19,0
19,5
20,0
Figura 6.13: Resistência Mecânica de C1 a C4.
O P-valor da ANOVA para a resistência mecânica dos materiais fabricados com
a adição de poliestireno expandido - EPS, resina e cimento foram iguais a 0,000
(R2(Adj) = 98,69%), sendo a inclusão de poliestireno expandido - EPS significativa à
resistência dos materiais fabricados.
A seguir temos a Tabela 6.20, que nos mostra o teste de Tukey para a variável
resistência mecânica.
C1
C2
C3
C4
Média (MPa)
19,00
18,91
18,33
18,01
Agrupamento
A
B
C
D
Tabela 6.20: Teste Tukey Resistência Mecânica de C1 a C4.
O agrupamento revelou que os compósitos C1, C2, C3 e C4 apresentaram
resultados bem próximos, o que nos mostra que o fator variação de poliestireno
expandido - EPS tem uma pequena influência na variável resistência mecânica. O
compósito C1 com 75% de cimento e 25% de resina, obteve a melhor média para
valores da resistência mecânica.
61
Resistência à compressão (MPa)
C5 a C8
99
Média
DP
N
AD
P-Valor
95
90
17,83
1,798
20
0,595
0,106
Percentual
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
13
14
15
16
17
18
Resíduos
19
20
21
22
Figura 6.14: Resistência Mecânica de C5 a C8.
O P-valor da ANOVA para à resistência mecânica dos materiais fabricados com
a adição de poliestireno expandido – EPS, resina e cimento foram iguais a 0,000
(R2(Adj) = 99,57%), sendo a inclusão de poliestireno expandido - EPS significativa à
resistência dos materiais fabricados.
A Tabela 6.21 apresenta os resultados do teste de Tukey dos compósitos C5 a C8,
sobre a resistência mecânica dos materiais fabricados.
C5
C6
C7
C8
Média (MPa)
19,96
18,80
17,30
15,30
Agrupamento
A
B
C
D
Tabela 6.21: Teste Tukey Resistência Mecânica de C5 a C8
O agrupamento revelou que os compósitos C5 a C8 apresentaram resultados bem
significativo, o que nos mostra que o fator variação de poliestireno expandido - EPS
pode influenciar na variável resistência mecânica. O compósito C5 com 65% de
cimento e 35% de resina, obteve a melhor média para valores da resistência mecânica.
62
Resistência à compressão (MPa)
C9 a C12
99
Média
DP
N
AD
P-Valor
95
90
18,52
1,645
20
0,884
0,019
Percentual
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
14
15
16
17
18
19
Resíduos
20
21
22
23
Figura 6.15: Resistência Mecânica C9 a C12.
O P-valor da ANOVA para à resistência mecânica dos materiais (C9, C10, C11 e
C12) fabricados com a adição de poliestireno expandido - EPS, e cimento foram iguais
a 0,012 (R2(Adj) = 84,99%), sendo a inclusão de poliestireno expandido - EPS pouco
significativa à resistência dos materiais fabricados.
A Tabela 6.22 apresenta os resultados do teste de Tukey dos compósitos C9 a C12,
sobre a resistência à compressão dos materiais fabricados, sendo adicionados 30% de
água para realização da mistura, em substituição do fator resina.
C9
C10
C11
C12
Média
21,02
18,20
17,80
17,01
Agrupamento
A
B
C
D
Tabela 6.22: Teste Tukey Resistência Mecânica de C9 a C12.
O agrupamento revelou que os compósitos C10, C11 e C12 apresentaram
resultados bem próximos, o que nos mostra que o fator variação de poliestireno
expandido - EPS apresentou significância na variável resistência à compressão, para
esses compósitos produzidos sem a utilização de resina epóxi. O compósito C9 somente
com cimento mostrou resultados satisfatórios para variável resistência à compressão.
63
A resistência à compressão dos compósitos cimentícios formados por cimento,
resina epóxi, e EPS variaram de 15,30 a 18,91 MPa, quando retiramos o EPS da
mistura, os compósitos formados tem sua média aumentada para 19,00 e 19,96 MPa
tendo um aumento de 5,55% em relação aos compósitos que tem a presença de EPS na
mistura. As médias dos compósitos formados por cimento, água e EPS ficaram entre os
valores de 17,01 e 18,20 MPa.
No compósito C9 (100% cimento) a resistência à compressão teve o maior valor
sendo esse igual a 21,02 MPa, os compósitos C1 (0% de EPS, 75% de cimento, 25% de
resina epóxi) e o C5 (0% de EPS, 65% de cimento, 35% de resina epóxi) apresentam
valores bem próximos sendo 19,00 e 19,96 MPa, fato que deixa evidente que a resina ao
ser misturada ao cimento promove uma redução em sua resistência.
64
Capítulo 7
CONCLUSÕES
Esta pesquisa investigou a incorporação de resíduos de isopor (EPS) como
substituto de agregados naturais em compósito formado por cimento e resina epóxi,
visando contribuir para a redução do impacto ambiental causado pelo descarte do
isopor.
A incorporação progressiva de poliestireno expandido, como esperado, conferiu
reduções nas variáveis respostas, sendo elas, densidade volumétrica, e densidade
aparente dos compósitos.
A densidade volumétrica e a densidade aparente aumentam à medida que ocorre
a diminuição da quantidade de isopor inserida e aumento da concentração de resina
epóxi na mistura.
A porosidade aparente e absorção de água apresentaram comportamentos
semelhantes. Estes foram menores nos compósitos fabricados com a relação de cimento
75%, resina epóxi 25%, e EPS variando entre 0, 20, 50, e 80%. O aumento da proporção
de poliestireno expandido se mostrou significativo para que a mistura tivesse resultados
melhores em relação à diminuição da porosidade aparente.
Quanto à resistência a compressão, observou-se que os melhores valores foram
obtidos em compósitos onde não há presença do isopor. Esta propriedade é afetada pela
relação da quantidade de isopor e inserção de resina epóxi na mistura.
A condição C4 com 75% cimento, 25% de resina epóxi, e 80 % de isopor,
apresentou melhor valor para a porosidade aparente e absorção de água, porém teve sua
resistência específica 10,48 MPa. Esse valor foi 11,93% menor que o do compósito
C11com 100% cimento e 50% de EPS, que atingiu melhor valor dentre os analisados,
sendo o mesmo de 11,90 MPa.
Nos compósitos onde não tivemos a adição de cimento Portland CP-V, a mistura
entre o poliestireno e resina epóxi não apresentou homogeneidade, por isso os
resultados não foram analisados. O fato da não homogeneidade ocorre devido à
densidade do poliestireno expandido ser extremamente baixa, o que impede que
juntamente com a resina, o poliestireno passe a preencher toda matriz do compósito.
65
Os resultados obtidos para a resistência específica, ou seja, considerando a
resistência à compressão e a leveza do material, evidenciamos que o poliestireno
expandido apresentou valores favoráveis à resistência do material, sendo os melhores
valores obtidos através da mistura entre o cimento Portland, e EPS.
De acordo com os resultados apresentados por outros autores, pode-se concluir
que os compostos, resina, cimento e poliestireno expandidos, aqui produzidos, poderão
ser testados como pisos abrasivos, regularização de lajes, pelos valores obtidos de suas
propriedades mecânicas serem consideráveis, porém para projetos estruturais, é
necessário realizar outros testes para avaliar o comportamento do material.
Para trabalhos futuros, espera-se realizar testes referentes ao módulo de
elasticidade, visando avaliar possíveis melhorias das condições do material, estudar
novas proporções com a fixação do cimento nestes materiais assim como a variação na
granulometria do poliestireno expandido, utilização de outros tipos de cimento.
66
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