estudo da durabilidade de compósitos reforçados com fibras de celulose

145 Pages·2002·4.21 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA POLITÉCNICA
Departamento de Engenharia de Construção Civil

ALUIZIO CALDAS E SILVA

ESTUDO DA DURABILIDADE DE
COMPÓSITOS REFORÇADOS COM

FIBRAS DE CELULOSE

Dissertação apresentada à Escola
Politécnica da Universidade de São
Paulo para obtenção do título de
Mestre em Engenharia Civil
São Paulo
2002
ALUIZIO CALDAS E SILVA
Eng. Civil, Escola Politécnica da UPE, 1998.

ESTUDO DA DURABILIDADE DE
COMPÓSITOS REFORÇADOS COM

FIBRAS DE CELULOSE

Dissertação apresentada à Escola
Politécnica da Universidade de São
Paulo para obtenção do título de Mestre
em Engenharia Civil
Área de concentração:
Engenharia de Construção Civil
Orientador:
Prof. Dr. Vanderley M. John
São Paulo
2002
FICHA CATALOGRÁFICA

Silva, Aluizio Caldas
Estudo da durabilidade de compósitos reforçados com
fibras de celulose
Aluízio Caldas e Silva. – São Paulo, 2002
128p.

Dissertação (Mestrado) – Escola Politécnica da Universidade
de São Paulo. Departamento de Engenharia de Construção Civil

1.Compósitos 2.Fibras de celulose 3.Durabilidade
4.Escoria de alto-forno I.Universidade de São Paulo. Escola
Politécnica. Departamento de Engenharia de Construção Civil
II.t.
Aos meus Pais: Luis Carlos e Kátia,
Ao meu avô: Antonio Silva,
À minha avó: Zenaide Leite,
À Claudia…
AGRADECIMENTOS

Todos que passam em nossas vidas, de alguma forma, nos ensinam. Ensinamentos que, às
vezes aparentemente simples, ajudam na nossa formação. Pela observação das pessoas ao
nosso redor percebemos suas características e muitas vezes ressaltamos seus defeitos.
Entretanto, nos concentrar em aprender com suas qualidades certamente é mais
recompensador. Na busca constante pelo aperfeiçoamento como ser humano, cada um
contribuiu e vem contribuindo. A estes, meu reconhecimento como forma de exaltação às
suas principais qualidades.
A Deus. Certamente a única presença em todos os momentos.
Aos meus pais, Luis Carlos e Kátia pela contribuição constante na minha formação
profissional e, sobretudo, pessoal. Todos os ensinamentos foram ouvidos, mesmo quando
as reações não demonstravam.
Ao meu avô Antonio, exemplo moral de seriedade, honestidade e decência. Obrigado pelos
ensinamentos. Espero pô-los em prática. Tentarei sempre não decepcionar.
A minha avó Zenaide, pelo carinho em todos os momentos.
A Claudia pela paciência e espera. Você me fez muita falta em todo este período.
A Tia Penha, de personalidade difícil e coração doce.
A minha avó Aureci, demonstrando a alegria que sempre deveríamos ter.
A minhas irmãs Karine e Taisa pela importância do contraditório.
A tia Nena. Pelas constantes atitudes de otimismo. A Tio Lula, mesmo distante fisicamente,
sempre presente com muito carinho.
Aos companheiros de PCC: Mary, SAngulo, Evandro, Tomas, Marcelo, Lili, Rubiane, Grilo,
Daniel, Pedrô, Ohashi, Rodovalho, Léo Miranda, Érika, Luciano, Fabrício, Tatá, Istemária,
Julio Feio, Luciana, Marcelo, Tio William e aos amigos de segunda etapa, Rita e Manuelito.
A Tonhão, grande no porte físico e no coração. A Flávio Cabeludo, por trás da
personalidade rebelde, sempre prestativo. A Ângelo, grande revisor e, espero, futuro
grande amigo: sua paciência irrita, mas ensina.
Ao Prof Vanderley John, sempre objetivo na orientação e inteligente em todas as
observações e contribuições, sobretudo no final.
Ao Prof Holmer Savastano Jr, que além de co-orientador foi um grande conselheiro para
todos os assuntos. Obrigado.
Ao Prof Antonio Figueiredo, pessoa humana da mais alta qualidade.
A Profa Maria Alba. Obrigado por seu tratamento sempre atencioso.
Ao Prof Vahan pelas contribuições e exemplo de simplicidade.
A Profa Silvia, Prof Ubiraci, Prof Paulo Helene pelos ensinamentos.
Ao pessoal da secretaria, computação e biblioteca do PCC. Fátima, Alcione, Cristina,
Paulinho, Engracia, Patrícia, Dona Fátima, Léozinha.
Ao pessoal do laboratório do PCC, Dorval, Reginaldo, Sr João.
Aos colaboradores da FZEA em Pirassununga: Leandro, Gi, Lu Martello.
Aos companheiros de São Carlos que me acolheram inúmeras vezes: Marcão, Rômulo,
Ricardinho, Rafael, Topó. Em especial ao meu amigo Johny Tunga.
Ao CNPq pela bolsa estudos.
Aos professores da POLI-PE: Calado, Armando, Carlos Welligton, Roberto Andrade, Sergio
Dias e Béda Barkokébas pelo incentivo e motivação para a continuação dos estudos.
Aos que, pela pressa, não foram citados minhas desculpas e sinceros agradecimentos.
SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS vii
LISTA DE TABELAS iii
LISTA DE ABREVIATURAS v
RESUMO.............................................................................................................vi
ABSTRACT vvii
INTRODUÇÃO.....................................................................................................1
Contexto da pesquisa 1
Justificativa 2
Objetivos 5
Estrutura do trabalho 5
CAPÍTULO I - COMPÓSITOS A BASE DE MATÉRIAS-PRIMAS RECICLADAS.........7
1.1. O impacto ambiental causado pela construção civil 8
1.1.1. Modelos de produção aplicados à construção civil..............................................8
1.1.2. Consumo e extração de matérias-primas e recursos naturais..............................9
1.1.3. Políticas voltadas para o meio ambiente.........................................................10
1.2. Resíduos agro-industriais 12
1.2.1. Uso de RAI na construção civil.......................................................................12
1.3. Aglomerantes alternativos 13
1.3.1. Classificação e características das escórias......................................................15
1.3.2. Escorias de alto forno (EAF)..........................................................................16
1.3.3. Ativação......................................................................................................17
1.4. Reforço de matrizes frágeis com fibras 18
1.4.1. Fibras - tipos e classificação..........................................................................19
1.4.2. Emprego de fibras na construção civil.............................................................20
1.4.3. Disponibilidade de fibras...............................................................................22
1.4.4. Composição e microestrutura das fibras..........................................................23
1.5. Comentários 26
CAPÍTULO II - REFORÇO COM FIBRAS DE CELULOSE.......................................27
2.1. Fibras de celulose 27
2.1.1. Disponibilidade.............................................................................................28
2.2. Processos de polpação 29
2.2.1. Avaliação das características de polpas e dos processos de polpação.................30
2.3. Propriedades dos Compósitos cimento-celulose 32
2.4. Seleção de matrizes 33
2.5. Processos de produção 34
2.6. Influência da microestrutura no desempenho do compósito 36
2.7. Comentários 38
CAPÍTULO III - DURABILIDADE DE COMPÓSITOS REFORÇADOS COM FIBRAS DE
CELULOSE.........................................................................................................39
3.1. Considerações sobre os conceitos de desempenho 40
3.2. Agentes de degradação 42
3.3. Mecanismos de degradação 43
3.3.1. Decomposição da fibra..................................................................................43
3.3.2. Petrificação da fibra......................................................................................44
3.3.3. Carbonatação da matriz................................................................................46
3.3.4. Outros mecanismos......................................................................................48
3.4. Indicadores de degradação 48
3.4.1. Propriedades físicas......................................................................................48
3.4.2. Propriedades mecânicas................................................................................49
3.5. Características da microestrutura 50
3.6. Métodos para avaliação de durabilidade 50
3.6.1. Ensaios de envelhecimento natural................................................................51
3.6.2. Ensaios em uso............................................................................................51
3.6.3. Ensaios acelerados.......................................................................................51
3.7. Comentários 52
CAPÍTULO IV - MATERIAIS E MÉTODOS...........................................................53
4.1. Planejamento experimental 53
4.2. Materiais 54
4.2.1. Fibras..........................................................................................................55
4.2.2. Escória de alto forno.....................................................................................57
4.2.3. Cimento Portland..........................................................................................58
4.2.4. Gipsita........................................................................................................59
4.2.5. Cal hidratada...............................................................................................60
4.3. Métodos de preparo das matérias primas 60
4.3.1. Pré-tratamento da fibra.................................................................................60
4.3.2. Moagem da escória......................................................................................61
4.4. Métodos de produção do compósito 62
4.4.1. Mistura dos materiais....................................................................................62
4.4.2. Moldagem e adensamento............................................................................63
4.4.3. Prensagem..................................................................................................64
4.4.4. Cura............................................................................................................64
4.4.5. Corte dos corpos-de-prova............................................................................65
4.5. Caracterização do compósito 66
4.5.1. Propriedades físicas......................................................................................66
4.5.2. Propriedades mecânicas................................................................................67
4.6. Métodos de envelhecimento do compósito 69
4.6.1. Ensaios de envelhecimento natural................................................................69
4.6.2. Ensaios de envelhecimento acelerado.............................................................70
4.7. Compósitos de referência 71
4.8. Análise estatística 72
CAPÍTULO V - ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS.................................73
5.1. Desempenho dos compósitos aos 28 dias 73
5.1.1. propriedades físicas......................................................................................73
5.1.2. propriedades mecânicas................................................................................74
5.2. envelhecimento natural 78
5.3. Envelhecimento acelerado 80
5.3.1. Efeitos da Carbonatação acelerada.................................................................80
5.3.2. Ciclos de molhagem e secagem.....................................................................82
5.3.3. Efeito conjunto entre a cabonatação e os ciclos...............................................85
5.4. Comparação dos compositos com cimento amianto 88
5.5. Relação entre envelhecimento natural e acelerado 91
CAPÍTULO VI - CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS................................94
6.1. Método de envelhecimento acelerado 94
6.2. Fibras de celulose 95
6.3. Matrizes à base de cimento de EAF 95
6.4. Comparação com o cimento-amianto 96
6.5. Sugestões para pesquisas futuras 96
ANEXO A – DOCUMENTÇÃO FOTOGRÁFICA.......................................................98
ANEXO B – RESULTADOS E ANÁLISE ESTATÍSTICA.........................................107
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................121