CARACTERÍSTICAS DA ARGAMASSA DE REVESTIMENTO CONTENDO RESÍDUOS DE PLÁSTICO COMO ALTERNATIVA

AOS AGREGADOS NATURAIS.

Anselmo Lima MelloIFBA, anselmo.mello@ibest.com.,br

Ricardo Fernandes CarvalhoUFBA, ricardoc@ufba.br

Vanessa Silveira SilvaUFBA, vanessass@ufba.br

ResumoA proposta deste estudo é o aproveitamento de resíduos plásticos em substituição ao agregado miúdo da argamassa de revestimento, utilizando embalagens de polietileno de alta densidade (PEAD) reciclado e moído. Esse estudo justifica-se pelo potencial de aproveitamento da totalidade dos resíduos plásticos de polietileno de alta densidade e na nova demanda por esses resíduos, que implica na geração de mais empregos pela ampliação da participação das cooperativas de catadores no processo de reciclagem. Foram avaliadas as propriedades no estado fresco e endurecido da argamassa de cimento e areia e com substituição da areia por partículas de PEAD. Utilizou-se o cimento Portland CPIIZ–32 RS, areia, PEAD reciclado e aditivo superplastificante, determinando-se para todas as argamassas: índice de consistência, teor de ar incorporado, retenção de água, resistência à compressão axial e à tração na flexão, módulo de elasticidade, tenacidade e absorção de água por capilaridade. A ductilidade foi obtida pela deformação plástica medida no diagrama tensão x deformação, do ensaio de compressão axial. Os resultados dessa pesquisa mostram redução da consistência e da retenção de água da argamassa com agregados de PEAD reciclado, como também da resistência mecânica e da tenacidade. Por outro lado, ocorreu uma substancial redução do módulo de elasticidade e aumento da ductilidade, propriedades importantes em aplicações da argamassa na construção civil que requeiram grande capacidade de deformação. Esta pesquisa também contribui para observar a influência do empacotamento das partículas da mistura de agregados com características distintas, sobre as propriedades do compósito cimentício no estado fresco ou endurecido.

Palavras-chave: Argamassa, PEAD reciclado.

AbstractThe purpose of this study is the use of waste plastics to replace the fine aggregate mortar coating, using high density polyethylene (HDPE) packaging recycled and crushed. This study is justified by the potential use of all waste plastic high density polyethylene and the new demand for these residues, which implies the generation of more jobs by expanding the participation of cooperatives of collectors in the recycling process. This study aimed to evaluate the properties of the fresh and hardened mortar cement and sand, taken as reference, and replacement of sand particles of HDPE. We used the Portland cement CPIIZ-32RS, sand, crushed and recycled HDPE and superplasticizer, determining for all compositions: consistency index, incorporated air content, water retention, compressive strength and tensile strength in bending , modulus of elasticity, tenacity and water absorption by capillarity. The ductility was obtained by plastic deformation in the diagram tension-deformation, the axial compression test. The results of this research show reduction of the consistency and water retention of mortar with aggregates of recycled HDPE, as well as mechanical strength and thougness. Moreover, there was a substantial reduction in the modulus and increased ductility properties important in applications of the cement in the construction requiring high deformation capacity. This study also contributes to observe the influence of the particle packing of the aggregate mixture with different characteristics on the properties of cementitious composite fresh or hardened.

Keywords:Mortar, recycled HDPE.

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1. INTRODUÇÃOA adoção da política dos 3 R’s (redução na fonte, reutilização e reciclagem de diferentes formas) apresenta-se como uma alternativa para o descarte de produtos compostos por polímeros sintéticos. No Brasil, em 2007, foram recicladas 72 mil toneladas de PEAD pós-consumo (PLASTIVIDA, 2008), ao passo que, nesse mesmo ano foram produzidas 292 mil toneladas de embalagens desse tipo de plástico (DATAMARK, 2009). Isto indica um excedente significativo de resíduos descartados de PEAD. De La Serna e Rezende (2010) indicam que em 2007 foram extraídas 279 milhões de toneladas de areia e Valverde (2001) estima a distribuição do consumo desse agregado é de 50% para concretos e pré-fabricados e 50% restantes para argamassa.

Nos últimos anos, resíduos plásticos de diferentes tipos foram triturados e utilizados em vários estudos como agregado leve em argamassa e concreto (MELLO, 2011). O resíduo mais avaliado para reutilização foi os de garrafas PET trituradas em substituição à areia (CHOI et al,2009; MARZOUK, 2006; FRIGIONE, 2010; MODRO et al, 2009). Outros estudos, porém, utilizaram outros tipos de resíduos plásticos com a mesma finalidade, como os de polietileno de alta densidade (NAIK et al, 1996), de polipropileno (ZAINAB et al, 2007) e de PVC (KOU et al, 2009). Os resultados indicam que a adição de agregado leve de resíduos plásticos na argamassa ou concreto ocasionou uma relativa perda de resistência mecânica, aumento do teor de ar incorporado e redução da trabalhabilidade. Por outro lado, ocorreram também redução do peso específico e do módulo de elasticidade e aumento da ductilidade das amostras com agregado leve de resíduo plástico. Desse modo, a adição de tais resíduos como agregados em compósitos cimentícios não se restringe apenas à questão ambiental, mas também à possíveis modificações nas propriedades desses compósitos, as quais, entre outros efeitos, pode reduzir a propagação de fissuras em decorrência de esforços mecânicos.Torres (2007) ressalta as propriedades do polietileno: boa resistência a agentes químicos; são insolúveis em água; boa estabilidade aos ácidos, bases e solventes; possui resistência a qualquer corrosão microbiana. No comportamento ao fogo é combustível, mesmo após a retirada da fonte de calor, liberando CO, CO2 e água, mas nenhum gás corrosivo.O presente trabalho tem como objetivo avaliar as propriedades físicas, mecânicas e de absorção de água em argamassa de revestimento com partículas de polietileno de alta densidade reciclado (PEADr) como alternativa aos agregados naturais.

2. MATERIAIS E MÉTODOSOs materiais utilizados nesta pesquisa foram o cimento CP II Z – 32 RS, de um mesmo lote de fabricação e atendendo às exigências da norma técnica NBR 11578/1991, como agregado natural, areia da região metropolitana de Salvador e partículas de embalagens reciclada de PEADr, como agregado leve artificial. Os pellets de PEADr foram submetidos a uma moagem industrial, denominada de micronização, para obtenção de uma granulometria que variou de 1,18 mm a 0,15 mm, apresentada na Figura 1. Para melhorar e promover a homogeneidade da mistura, reduzindo o fator, tendo em vista o comportamento hidrofóbico das partículas de plástico, foi utilizado um aditivo químico superplastificante à base de policarboxilato. A Tabela 1 mostra as propriedades físicas dos agregados utilizados. A Tabela 2 mostra as características e composição do aditivo superplastificante fornecida pelo fabricante.

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Figura 1: PEAD reciclado micronizado

Tabela 1: Propriedades físicas dos agregados.ResultadoDeterminação Método de ensaio

Areia PEADMassa específica (kg/dm3) NBR 9776/87 2,63 0,967

Módulo de finura NBR NM 248/2003 1,16 1,79Dimensão máxima (mm) NBR NM 248/2003 0,60 1,18Massa unitária (kg/dm3) NBR NM 45/2006 1,47 0,32Absorção de água (%) NBR NM 30/2000 0,36 -

% retido acumulado na peneira 2,36 mm NBR NM 248/2003 0 0% retido acumulado na peneira 1,18 mm NBR NM 248/2003 0 0

% retido acumulado na peneira 0,600 mm NBR NM 248/2003 0 15% retido acumulado na peneira 0,300 mm NBR NM 248/2003 25 68% retido acumulado na peneira 0,150 mm NBR NM 248/2003 91 96

Tabela 2: Características e composição do superplastificante.Características Valores / Descrição

Aspecto Líquido begeFunção principal Superplastificante – 3ª geração

Densidade 1,067 – 1,107 g/cm3

Composição PolicarboxilatospH 5 - 7

Teor de sólidos 28,5 – 31,5%

A argamassa de referência foi dosada para utilização como revestimento de camada única externa. A partir dos parâmetros do estudo de Gomes e Neves (2002) para o consumo de cimento e consistência, a proporção de cimento e areia adotada foi 1:6, resultando em um consumo de cimento de 215 kg/m3, com a quantidade de água no traço ajustada para uma consistência de 260 ± 10 mm. Para evitar a exsudação e segregação das partículas, devido ao baixo peso específico e ao comportamento hidrofóbico do PEADr, foi estabelecido um limite de 25% de substituição dos agregados. Desse modo, a areia do traço de referência (AR) foi substituída em volume nos percentuais de 10%, 17% e 25%, originando as argamassas AS-10, AS-17 e AS-25, mostradas na Tabela 3. Todas as misturas foram preparadas e, em seguida, foram determinadas as seguintes propriedades: índice de consistência (NBR 13276/2005), teor de ar incorporado (NBR 13278/2005) e retenção de água (NBR 13277/2005). A

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resistência à compressão foi avaliada de acordo com a NBR 5739/1994. O ensaio de resistência à tração na flexão foi realizado com base na norma NBR 13279/2005. O módulo de elasticidade foi obtido a partir do diagrama tensão x deformação do ensaio de compressão,através da inclinação da reta secante à curva nos pontos correspondentes à 5% e 30% da tensão de ruptura. A ductilidade à compressão da argamassa foi avaliada a partir da deformação plástica obtida no diagrama tensão x deformação citado anteriormente. A absorção de água por capilaridade foi obtida baseada na norma NBR 15259/2005, com determinações aos 10, 30, 60, 90 e 120 minutos do início do ensaio. A tenacidade foi determinada a partir do trabalho de Hannawi et al (2010), no qual são estabelecidos limites de deslocamentos na flexão em função do vão do corpo de prova. No presente estudo foram

escolhidas as deflexões δtb1 (L/650), �tb2 (L/750) e �tb3 (L/1000) para a determinação dos

fatores de resistência à tração na flexão (�b), conforme a equação 1.

�b = [eq. 1]

Onde:

Tjcl = Área da curva carga x deslocamento na flexão até o deslocamento δtbS = Vão do corpo de prova (150 mm)δtb = Deslocamento no centro do corpo de prova

W = Altura do corpo de prova (50 mm)d = Profundidade do corpo de prova (50 mm)

Todos os corpos-de-prova foram desmoldados 48 horas após a preparação, sendo colocados em uma câmara úmida com 100% de umidade até a data do ensaio. Para avaliação da resistência à compressão, módulo de elasticidade, ductilidade e absorção de água por capilaridade foram utilizados corpos de prova cilíndricos com dimensões 5x10 cm. Corpos de prova prismáticos, com dimensões 5x5x23 cm, foram utilizados nos ensaios de resistência à tração na flexão e na avaliação da tenacidade.

A microestrutura da argamassa foi avaliada através de micrografias obtida por microscopia eletrônica de varredura (MEV). O fluxograma experimental desse trabalho está esquematizado na Figura 2.

Tabela 3: Traços em massa

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Caracterização dos agregados

Massa específica

Preparação das argamassas

Massa unitária Granulometria Absorção

Traço (em massa)Argamassas

Sigla Pead (%)Cimento Areia PEADr Água Aditivo SP

AR 0% 1 6 1,15 0,0024AS-10 10% 1 5,4 0,13 1,15 0,0024AS-17 17% 1 4,8 0,22 1,15 0,0024AS-25 25% 1 4,5 0,32 1,15 0,0024

Figura 2 – Fluxograma experimental

3. RESULTADOS E DISCUSSÕESA areia utilizada apresentou uma granulometria mais fina do que os agregados artificiais de PEADr, de acordo com os dados da Tabela 1. Além disso, a uniformidade da areia foi maior do que a dos agregados de PEADr, devido à retenção em poucas peneiras. Avaliando a densidade de empacotamento dos agregados utilizados nesse estudo, teremos:

0%PEAD 10%PEAD 17%PEAD 25%PEAD

Propriedades no estado fresco

Propriedades no estado endurecido

ConsistênciaRetenção de águaTeor de ar incorporado

Resistência à compressãoResistência à tração na flexãoAbsorção por capilaridadeMódulo de elasticidadeDuctilidade na compressãoTenacidade na flexão

Microscopia por varredura eletrônica

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ρareia = 0,55ρPEADr = 0,33

Verifica-se que os grãos de areia ocupam 55% do volume unitário, enquanto que os agregados de PEADr ocupam 33%, ou seja, os vazios internos dos agregados de PEADr são significativamente maiores do que os da areia utilizada. A maior quantidade de vazios possibilita o preenchimento com maior quantidade de pasta de cimento por unidade de volume.A Tabela 4 mostra os resultados para as determinações do índice de consistência, teor de ar incorporado e retenção de água dos traços estudados.

Tabela 4: Propriedades no estado frescoTraços Consistência

(mm)Teor de ar

(%)Retenção de

água (%)AR 256 19 67

AS-10 253 22 62AS-17 246 21 64AS-25 243 22 60

Ocorreu uma ligeira redução da consistência da argamassa com o aumento do teor de agregados leves de PEADr. A diferença na densidade de empacotamento das partículas da areia e dos agregados de plástico reciclado promoveu um aumento dos vazios na mistura de agregados, resultando no maior volume de pasta de cimento nos traços com agregados de PEADr, e, consequentemente, no maior teor de ar incorporado.

De acordo com Gomes e Neves (2002) e Mehta e Monteiro (1994), o teor de finos e o grau de floculação das partículas de cimento influenciam a retenção de água. O maior teor de finos da areia, assim como a maior proximidade das partículas de cimento devido ao menor teor de ar incorporado, conferiram a argamassa de referencia maior capacidade de retenção de água.

A resistência à compressão da argamassa foi reduzida com a substituição da areia por agregados de plástico reciclado, conforme a Tabela 5. A redução foi de até 33% para a resistência à compressão e de até 26% na resistência à tração na flexão.A resistência mecânica das partículas do PEADr é menor do que a dos grãos de areia, dessa forma o esqueleto formado pela mistura de agregados possui menor resistência do aquele formado apenas por areia. O maior teor de ar incorporado verificado nas argamassas com agregados de PEADr contribui para a redução da resistência.

Tabela 5 – Propriedades mecânicas das argamassas

Argamassa Resistência àcompressão (MPa)

Resistência à tração na flexão (MPa)

Módulo de elasticidade

(GPa)

Deformação plástica (%)

AR 3,34 ± 0,13 1,17 ± 0,07 7,18 0,20AS-10 2,40 ± 0,03 0,88 ± 0,06 4,43 0,20AS-17 2,93 ± 0,11 0,87 ± 0,01 3,90 0,30AS-25 2,24 ± 0,07 0,91 ± 0,03 3,01 0,38

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Os resultados da ductilidade mostra que o aumento do teor de agregados de PEADr na argamassa incrementou a sua capacidade de deformação à compressão. Isto pode ser observado pelo aspecto dos corpos de prova após o ensaio de compressão, Figura 3, o qual foi executado até um limite único de deformação especifica. Aqueles com agregados de PEADrapresentam maior integridade do que os que foram moldados com o traço de referência. Este efeito pode ser atribuído ao baixo módulo de elasticidade do PEAD, o que proporciona áreas capazes de se deformar consideravelmente nas vizinhanças das trincas à medida que a tensão é aplicada. A argamassa com agregados de PEADr apresentou um incremento de até 90% da deformação plástica, reduzindo em até 58% o módulo de elasticidade nos traços estudados, como mostra a Tabela 5.A Figura 4 mostra a zona de interface entre a pasta de cimento e a areia e de PEADr, aos 95 dias de idade. Não foram observadas diferenças significativas na zona interfacial da areia-pasta com a do PEADr-pasta. Assim como no agregado natural, não se observa destacamento do agregado leve de PEADr na linha de interface com a pasta de cimento. A superfície áspera e o formato irregular dessas partículas contribuem para o intertravamento com a pasta de cimento.

(a) (b)

Figura 3: Corpos-de-prova após o ensaio de compressão: (a) AR; (b) AS-25

(a) (b)Figura 4 – Zona interfacial agregado-pasta de cimento: (a) areia-pasta; (b)PEADr-pasta

areiapasta de cimento

PEADr pasta de cimento

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Tabela 6: Fatores de resistência à tração na flexãoArgamassa

�b/1000

(MPa)

�b/750

(MPa)

�b/650

(MPa)AR 0,68 0,59 0,55

AS-10 0,44 0,40 0,38AS-17 0,47 0,41 0,39AS-25 0,47 0,43 0,41

Os resultados mostrados na Tabela 6 indicam que houve redução dos fatores de resistência à tração na flexão da ordem de 30% das argamassa com agregados leves de PEADr em relação à referência. Isto ocorreu devido à significativa perda de resistência à tração na flexão, provocando redução da área sob a curva carga-deslocamento. Dessa forma, as argamassas com agregados de PEADr apresentaram redução da tenacidade à flexão.O coeficiente de absorção de água por capilaridade obtida a partir da inclinação da reta interpolada do gráfico de absorção em função da raiz quadrada do tempo, conforme a Figura 5, mostra que houve aumento da absorção por capilaridade da argamassa com agregados de PEADr. Houve um aumento de 19% para cerca de 22% no teor de ar incorporado nessas misturas, o que elevou o teor de macroporos da matriz endurecida, e, consequentemente, da porosidade total da matriz cimentícia.Assim como na resistência à compressão e no teor de ar incorporado, a absorção capilar do traço AS-17 diferenciou-se dos demais com agregados leves de plástico. Os resultados obtidos para essas propriedades indicam que o traço AS-17 resultou de uma mistura de agregados com maior empacotamento, aumentando a resistência à compressão e reduzindo o teor de ar incorporado e absorção por capilaridade. De forma diferente da ruptura à compressão, onde os materiais à base de cimento rompem pela propagação de numerosas fissuras, na tração esses materiais rompem pela união de poucas fissuras na pasta de cimento. Assim, a redução da resistência da pasta de cimento provocada pelo aumento de teor de ar incorporado, resultou em uma redução uniforme na resistência à tração na flexão.

Figura 5: Absorção capilar em função da raiz do tempo

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4 – CONCLUSÕESAs propriedades físicas e mecânicas, tanto no estado fresco quanto no endurecido, das argamassas produzidas a partir da substituição da areia natural por agregados leves de PEADr indicam a possibilidade aplicações tecnológicas nas construções.

O aumento do teor de agregados de PEADr nos traços estudados promoveu uma ligeira redução do índice de consistência. Verificou-se um aumento do teor de ar incorporado nas argamassas com agregados de PEADr, efeito atribuído ao maior volume de vazios dessas partículas. A dispersão das partículas de cimento promovida pela ação do aditivo superplastificante não favorece o aprisionamento de líquido na argamassa. Os traços com agregados de PEADr apresentaram redução da retenção de água, pela redução do teor de finos.A utilização de agregados de PEAD reciclado reduziu a resistência mecânica da argamassa, sendo atribuído à menor resistência dos agregados leves de plástico em relação aos agregados naturais e em função do aumento do teor de ar incorporado.A substituição de 17% e 25% da areia por agregados de PEADr proporcionou um incremento da ductilidade da ordem de 50% e 90%, respectivamente. Porém, com 10% de substituição não foi verificado incremento da ductilidade. Por sua vez, o módulo de elasticidade da argamassa apresentou redução de 58% em relação à amostra de referencia quando a 25% daareia foi substituída por PEADr. Nas mostras de argamassa com agregados de PEADr foi observado redução da tenacidade à flexão, em função da redução da carga de ruptura na flexão.

A absorção de água por capilaridade foi maior nos traços de argamassa com PEAD, devido à diferença verificada no teor de ar incorporado/aprisionado nesses traços em relação àargamassa de referencia, o que contribuiu para aumentar o teor de macroporos da pasta de cimento, e, por conseqüência, da capacidade de absorção.

A observação da granulometria e do grau de empacotamento da mistura de agregados provenientes de resíduos poliméricos com agregados naturais é conveniente no sentido de que, misturas de agregados com densidade de empacotamento semelhante à dos agregados naturais poderão acarretar em redução das diferenças das propriedades físicas e mecânicas entre os compósitos convencionais e com agregados leves poliméricos.

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AGRADECIMENTOSOs autores agradecem à COOPE/UFRJ e ao programa PROCAD da CAPES.

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