oen AUTARQUIA ASSOCIADA UNVERSIDADE

DE SO PAULO

RECICLAGEM DE RESDUOS DE MATERIAIS COMPSITOS

DE MATRIZ POLIMRICA: POLISTER INSATURADO

REFORADO COM FIBRAS DE VIDRO

KELLY NANCI CARNEIRO PINTO

Dissertao apresentada como parte dos requisitos para obteno do Grau de Mestre em Cincias na rea de Tecnologia Nuclear-Materiais.

Orientador: Dr. Jesualdo Luiz Rossi

So Paulo 2002

INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGTICAS E NUCLEARES Autarqua Associada Universidade de So Paulo

RECICLAGEM DE RESDUOS DE MATERIAIS COMPSITOS DE MATRIZ POLIMRICA: POLISTER INSATURADO REFORADO COM

FIBRAS DE VIDRO

KELLY NANCI CARNEIRO PINTO ^ / ^- ' V R O \

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Dissertao apresentada como parte dos requisitos para obteno do Grau de Vlestre em Cincias na rea de Tecnologia Nuclear - Materiais.

Orientador: Dr. Jesualdo Luiz Rossi

SO PAULO 2002

"Prometo que, no cumprimento do meu deverde Engenheiro, no me deixarei

cegar pelo brilho excessivo da tecnologia, esquecendo-me completamente de que

trabalho para o bem do Homem e no da Mquina, respeitarei a Natureza,

evitando projetar ou construir equipamentos que destruam o equilibrio ecolgico

ou o poluam. Colocarei todo o meu conhecimento a servio do conforto e

desenvolvimento da Humanidade. Em assim sendo estarei em paz comigo e com

Deus". (Juramento dos Engenheiros)

Eu prometo.

"A confiana aquela sensao que temos de que, acontea o que

acontecer, podemos contar com algum."

(R. Shinyashiki)

A meus pais, Sandra e Adamilson

e ao meu irmo Anderson.

"Existe somente uma idade para a gente ser feliz, somente uma poca da vida de

cada pessoa em que possvel sonhar e fazer planos e ter energia bastante para

realiz-los a despeito de todas as dificuldades e obstculos. Essa idade to fugaz

na vida da gente chama-se presente e tem a durao do instante que passa".

(Mrio Quintana)

A Paulo Jorge.

OMISSO WflCiCWAi. DF I?NP.Kt-:! N U C U : A K / P fS '

"Preciso de serenidade, para aceitar as coisas que no posso mudar

Coragem, para mudar o que posso. E sabedoria para conliecer a diferena"

(R. Niebuhr)

A todos os que se dedicam Cincia e Tecnologia.

-iMissAO r;Bc:c.i DF ENERGIA n u c i . . t A H / 5 P irtt

AGRADECIMENTOS

Agradeo a Deus pela inspirao e presena constante.

Ao Dr. Jesualdo Luiz Rossi pela orientao.

Ao Dr. Antnio Carlos Vieira Coelho pela co-orientao e incentivo.

Ao Dr. Francisco Rolando Valenzuela Diz e a Dra. Shirley Cosin pelo apoio

material e intelectual.

A Dra. Raquel Valerio S. Florencio pela reviso.

amiga Eng ^ Mrcia Cardoso, que um dia despertou em mim a paixo pelo

Plstico Reforado.

Associao Brasileira de Materiais Plsticos Compostos - ASPLAR e

empresas associadas, em especial a Alpina, Edra, Cersa, Macean e Vetrotex pela

disponibilizao de suas dependncias e tambm a Gauss Ind. e Com. de

Plsticos.

Ao colega M. Sc. Edival G. de Arajo, do Laboratrio de Metalurgia do P do

IPEN.

Aos colegas do LPMSol, Dr. Celio Xavier, M. Sc. Carolina A. Pinto,

Kleberson Ricardo de Oliveira Pereira, Denise, Valquria e Wilson.

Aos colegas Dr. Jos R. Martinelli, Dr. Gerson Marinucci, Dra. Ivone, M, Sc.

Nelson Marques da Silva, M. Sc. Hamilta de Oliveira Santos, M. Sc, Ccero

Macedo, M. Sc. Edson Garcia Gomes, Eng. ngelo Miguel Pavioto, Eng. Nelson

Parente Jr, M. Sc. Herbert J. Toth, Eng= Joelma da Penha Soares, Carlos

Henrique Ricciard, Celso Vieira de Morais, Mariano Castagnet, Eliel D. de

Oliveira, e Clio Miguel pelo apoio e colaborao.

Ao M. Sc. Paulo Jorge Brazo Marcos pelo companheirismo, ateno e

inestimvel participao.

A meus pais pela confiana, compreenso e amizade.

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico - CNPq

pela bolsa de Mestrado concedida.

Ao Instituto de Pesquisas Energticas e Nucleares (IPEN/CNEN) e ao

Laboratrio de Materiais Particulados No-Metlicos (LPMSol/USP) pela

viabilidade na execuo desse trabalho. Enfim, a todos aqueles que de alguma

forma ajudaram na sua realizao.

RECUPERAO DE RESDUOS DE MATERIAIS COMPSITOS DE MATRIZ

POLIMRICA: POLISTER INSATURADO REFORADO COM FIBRAS DE

VIDRO

Kelly Nanei Carneiro Pinto

RESUMO

O desafio de pesquisadores do mundo inteiro tornar a reciclagem de materiais,

no mnimo, auto-sustentvel. Sob este ponto de vista pode-se observar que nem

sempre a reciclagem de um dado material lucrativa. No caso dos polmeros

verifica-se que as resinas termofixas apresentam limitaes quanto prtica dos

processos de reciclagem comuns s termoplsticas, porm, isso no impede que

as mesmas recebam tratamento adequado. Estudos incessantes esto sendo

feitos no sentido de encontrar uma soluo que corresponda integralmente aos

anseios das indstrias de compsitos polimricos; um deles a viabilidade

econmica. O presente trabalho estuda a reciclagem de resduos de compsito

polimrico que emprega na sua composio matriz de polister insaturado e

reforo de fibras de vidro, que um compsito polimrico de matriz termofixa,

muito utilizado em diversos setores do mercado, inclusive no automotivo e na

construo civil. A moagem foi a tcnica empregada na reciclagem de resduos

provenientes do processo de fabricao de peas desse tipo de material. A partir

da moagem de resduos de telhas em polister reforado com fibras de vidro

obteve-se o material particulado, o qual foi incorporado em trs matrizes

diferentes para avaliar a viabilidade de sua aplicao em reas no afins. Uma

delas foi em pisos cermicos, onde se verificou um potencial uso sem perda das

propriedades estudadas. No caso de argamassas de cimento Portland a

resistncia mecnica foi prejudicada, de forma que seu uso no se estende a

aplicaes estruturais. Por fim, quando inserido numa matriz de polister notou-se

reduo no tempo de trabalho da resina impedindo a conformao dos corpos de

prova.

RECOVERY OF POLIMERIC MATRIX COMPOSITES: UNSATURATED

POLYESTER REINFORCED WITH FIBERGLASS

Kelly Nanci Carneiro Pinto

ABSTRACT

The challenge for the researchers' of the whole world is to turn the recycling of

materials, at least, self-supporting. Under this point of view, it can be observed that

not always the recovery of a certain material is lucrative. In the case of polymers, it

is verified that the thermoset resins present limitations as for the practice of the

recycling processes common to the thermoplastic. However, this does not impede

that the thermoset polymers receive appropriate treatment. Incessant studies are

being made in the sense of finding a solution to correspond integrally to the

longings of the polymeric matrix composite industries; one of them is the

economical viability. The present work-studies the recycling of residues of

unsatured polyester reinforced with glass fibres - GFRP that it is a polymer

composite with a thermoset matrix, very used in several markets, besides the

automotive and the civil works. The grinding technique was employed in the

processing of GFRP production residues. From the grinding of residues of tiles

made of polyester reinforced with glass fibres, it was obtained a particulated

material, which was incorporate in three different matrices. This was undertaken in

order to evaluate the viability of this application in no similar areas. One of these

matrices was a ceramic used to fabricate floor tiles, where a potential use was

verified without mechanical and physical properties losses. In the case of Portland

cement mortars, the addiction of ground GFRP was detrimental to the mechanical

strength, so that, its use is not extended to structural applications. Finally, when

inserted in a polyester matrix, it was noticed a reduction in the working time of the

resin, impeding the obtention of specimens.

SUMRIO

Pgina

1. INTRODUO 14

2. OBJETIVOS 16

3. REVISO DA LITERATURA 17

3.1. Reciclagem 17

3.2. Matrizes 19

3.2.1. Argila 20

3.2.2. Cimento Portland 22

3.2.3. Matriz polimrica 25

3.3. Compsitos de matriz polimrica 29

3.3.1. Resina de polister insaturado 29

3.3.2. Fibras de vidro 30

3.3.3. Processos de fabricao de compsito polimrio 31

4. MATERIAIS E MTODOS 35

4.1. Obteno do material particulado 35

4.2. Caracterizao do resduo 37

4.2.1. Determinao da granulometria 37

4.2.2. Determinao da composio qumica 38

4.2.3. Determinao da morfologia 38

4.3. Caracterizao das matrizes 39

4.3.1. Determinao da composio mineralgica da argila 39

4.3.2. Caractersticas do cimento Portland 39

4.3.3. Caractersticas da resina 39

4.4. Incorporao do material particulado 40

4.4.1. Matriz de cermica vermelha 40

4.4.2. Matriz de cimento Portland 43

4.4.3. Matriz de polister insaturado 45

4.5. Ensaios tecnolgicos 47

4.5.1. Ensaios na matriz argilosa 47

4.5.1.1. Perda ao fogo 47

4.5.1.2. Retrao linear total 47

4.5.1.3. Ensaio de resistncia flexo 48

4.5.1.4. Absoro de gua para corpos argilosos 48

4.5.1.5. Determinao da morfologa 49

4.5.2. Ensaios na matriz de cimento 49

4.5.2.1. Absoro de gua para argamassas de cimento Portland 50

4.5.2.2. Ensaio de resistncia compresso 50

4.5.3. Ensaio na matriz de resina 50

5. RESULTADOS E DISCUSSES 51

5.1. Determinao da composio mineralgica da argila 51

5.2. Composio do resduo 55

5.3. Matriz de cermica vermelha 58

5.4. Matriz de cimento 71

5.5. Matriz de resina de polister 72

6. CONCLUSES 74

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 76

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 01. Tijolo de 12 furos utilizado na construo de paredes 20

FIGURA 02. Telha francesa. A telha Cermica possui excelente isolamento

trmico e formas diversas 21

FIGURA 03. Lajota rstica usada como revestimento de pavimentos

residenciais 22

FIGURA 04. Agregados leves utilizados em jardinage ou na construo civil,

para composio do concreto leve, com dimetro mdio de

20 mm 22

FIGURA 05. Tubos de concreto simples e armados para guas pluviais,

poos, caixas d'gua e fossas 23

FIGURA 06. Resistncia compresso de concretos fabricados com

diferentes tipos de cimento Portland em funo do tempo 25

FIGURA 07. Reao qumica que ocorre durante o processo de cura da resina de

polister insaturado 26

FIGURA 08. Estrutura molecular do cido ortoftlico - grupo qumico que

caracteriza a resina ortoftlica 27

FIGURA 09. Estrutura molecular do cido isoftlico - grupo qumico que

caracteriza a resina isoftlica 27

FIGURA 10. Estrutura molecular do bisfenol A - grupo qumico que

caracteriza a resina bisfenlica 28

FIGURA 11. Estrutura molecular do cido tereftlico - grupo qumico que

caracteriza a resina tereftlica 28

FIGURA 12. Produo e vendas internas declaradas de resina polister 30

FIGURA 13. Fibras de vidro utilizadas como reforo 31

FIGURA 14, Esquema do processo de fabricao de telhas em PRFV -

processo de molde aberto: laminao contnua 32

FIGURA 15. Esquema do processo de fabricao de partes automotivas -

processo de molde fechado: RTM (Resin Transfer Molding) 33

FIGURA 16. Resduo de telhas de PRFV em forma de tiras, como recebido 35

FIGURA 17. Fluxograma de moagem e disposio do resduo de PRFV 36

FIGURA 18. Resduo da fabricao de telhas de PRFV processado. A)

Resduo fragmentado; B) Resduo moldo 36

FIGURA 19. Interface do software mostrando o arranjo simplificado do

analisador de tamanho de partculas por espalhamento a laser 38

FIGURA 20. Corpo de prova na forma esferoidal, queimado a 900 "C 40

FIGURA 21. Detalhe da mancha ocorrida nos corpos de prova na forma

esferoidal queimados a 900 C, para concentraes de 30, 40 e

50% de residuo de PRFV 41

FIGURA 22. Molde metlico utilizado para a conformao dos corpos de prova

em forma de barras prismticas 42

FIGURA 23. Corpos de prova na forma de barras prismticas: A) secos a 110 C

e B) queimados a 950 C e 1050 C 43

FIGURA 24. Corpos de prova conformados para o teste exploratorio 44

FIGURA 25. Molde metlico utilizado para a conformao dos corpos de

prova de argamassa de cimento na forma cilindrica 45

FIGUfRA 26. Corpos de prova, na forma cilindrica, curados por 28 dias 45

FIGURA 27. A) Modelo utilizado na construo do molde. B) Molde usado na

conformao dos corpos de prova 46

FIGURA 28. Corpos de prova em resina de polister insaturada para ensaio de

trao 46

FIGURA 29. Esquema do posicionamento do corpo de prova durante o

ensaio de flexo de trs pontos 48

FIGURA 30. Difratograma de raios-X da amostra de tagu in natura 52

FIGURA 31. Difratograma de raios-X da amostra de tagu queimado a 950 "C 53

FIGURA 32. Difratograma de raios-X da amostra de tagu queimado a 1050 C... 54

FIGURA 33. Morfologa das partculas resultantes da moagem do residuo de

PRFV, observada em microscpio eletrnico de varredura 56

FIGURA 34. Curva de distribuio de tamanho de partculas obtida em analisador

de tamanho de partculas por espalhamento a laser, para o PRFV

modo por 4 horas 57

FIGURA 35. Comparativo dos resultados de absoro de gua dos corpos de

prova queimados a 950 C com os valores especificados para

telhas e tijolos furados 61

FIGURA 36. Comparativo dos resultados de tenso de ruptura flexo dos

corpos de prova queimados a 950 C com os valores especificados

para telhas, tijolos furados e tijolos de alvenaria 61

FIGURA 37. Comparativo dos resultados de absoro de gua dos corpos de

prova queimados a 1050 C com os valores especificados para

telhas e tijolos furados 62

FIGURA 38. Comparativo dos resultados de tenso de ruptura flexo dos

corpos de prova queimados a 1050 C com os valores

especificados para telhas, tijolos furados e tijolos de alvenaria 63

FIGURA 39. Diagrama de Weibull dos corpos de prova queimados a 950 C 66

FIGURA 40. Diagrama de Weibull dos corpos de prova queimados a 1050 C 66

FIGURA 41. Correlao entre porosidade e mdulo de ruptura das amostras

queimadas a 950 C e a 1050 C 67

FIGURA 42. Micrografias dos corpos cermicos aps a queima, isentos de

resduo. A) queimado a 950 C, B) queimado a 1050 C.

Observa-se a presena de menor quantidade de poros na imagem

B comparada com a A devido maior densificaao do corpo

cermico 68

FIGURA 43. Micrografias dos corpos cermicos aps a queima com 5 % de

resduo incorporado. C) queimado a 950 X , D) queimado a 1050 X .

A imagem C revela poros maiores e em uma quantidade maior que

em D 69

FIGURA 44. Micrografias dos corpos cermicos aps a queima com 10% de

resduo incorporado. E) queimado a 950 C, F) queimado a 1050 X .

Verifica-se a reduo da quantidade de poros na imagem F

comparada com a E 70

FIGURA 45. Micrografias dos corpos cermicos aps a queima com 20 % de

resduo incorporado. G) queimado a 950 C, H) queimado a 1050 X .

Na imagem H, observa-se a presena de poros grandes e um

aspecto esponjoso do corpo cermico, devido a poros menores. Na

G, h a presena de poros grandes, porm a matriz apresenta-se densa 71

FIGURA 46. Detalhe das bolhas aprisionadas no interior do corpo de prova 73

14

1. INTRODUO

Os materiais compsitos podem ser definidos como sendo aqueles

obtidos a partir da combinao de dois ou mais componentes, cujas propriedades

resultantes so diferentes das de cada um destes componentes individualmente

[1]. Eles so constitudos, basicamente, por uma matriz e um reforo, formando

um material com propriedades adequadas a inmeras aplicaes, dependendo da

combinao das diferentes matrias-primas. Os compsitos de matriz polimrica

por apresentarem boas propriedades mecnicas especficas, aliadas ao baixo

custo relativo de fabricao so competitivos dentro do mercado, substituindo

materiais convencionais, tais como madeira e metal.

O uso de materiais compsitos polimricos tem crescido continuamente

desde que a tecnologia foi introduzida no sculo XX, na dcada de 60. Produtos

como banheiras, partes automotivas e tanques de estocagem podem ser citados

como exemplos de peas manufaturadas em compsitos de matriz polimrica. A

gerao de resduos deste material tem a contribuio de fatores como: a falta de

treinamento do operador, especialmente em processos de produo manuais;

manuseio e utilizao inadequados das matrias-primas e projeto inadequado do

molde. O mtodo prevalecente de disposio do resduo em aterros sanitrios,

o qual est tornando-se proibitivo devido ao custo e rigorosa legislao

ambiental. Portanto, o desenvolvimento do processo de reciclagem para materiais

compsitos, deste modo, torna-se necessrio [2].

O polister reforado com fibras de vidro (PRFV) um compsito

polimrico que pode ser conformado por diversos processos de fabricao,

originando resduos com composies diferentes. Estima-se que na indstria de

compsitos polimricos de matriz termofixa so geradas, aproximadamente, dez

mil toneladas de resduos slidos por ano no Brasil [3]. Esses resduos so

geralmente dispostos em aterros sanitrios, sendo reciclado menos de 1 % do

total gerado. Exclui-se deste total de resduos os produtos ps-consumidos.

Comparado com a gerao de resduos de embalagens plsticas, que chega a

centenas de toneladas por ano, esse tipo de material compsito ainda

15

corresponde a uma pequena quantidade, mas possui um fator agravante que a

infusibilidade da resina empregada como matriz, dificultando seu

reprocessamento. Regra geral, atividades concernentes reciclagem direta de

plsticos consideram somente os termoplsticos, os quais podem ser fundidos e

conformados para um novo uso. Os termofixos decompem-se antes de fundir e

no podem ser reciclados da mesma maneira [4]. Como formas de reciclagem

dos rejeitos de PRFV tem-se estudado o emprego da reciclagem qumica,

energtica e mecnica [5].

A reciclagem qumica no oferece restrio a nenhum tipo de plstico,

o processo consiste na degradao trmica de materiais orgnicos, onde h a

converso dos polmeros em hidrocarbonetos para reutiliz-los na produo de

polmeros virgens ou em outro processo petroqumico [6, 7]. Os processos mais

comuns de reciclagem qumica so hidrlise, gliclise, alcolise, metanlise e

pirlise, sendo o ltimo um dos mais estudados atualmente [8, 9]. Aps o

fracionamento, os hidrocarbonetos obtidos a partir da reciclagem qumica, podem

ser usados como alternativa gasolina, ao querosene, leo diesel ou leo

combustvel [10]. A reciclagem mecnica baseia-se na reduo das peas

rejeitadas e aparas de processo a um tamanho de partcula que depende da

aplicao a que se destina. Este mtodo adequado para materiais no-

contaminados, ou seja, aqueles que ainda no foram enviados para os aterros [5].

A recuperao energtica consiste no uso da energia potencial da parte orgnica,

que liberada durante a incinerao.

Todos e quaisquer resduos gerados nesses processos, seja de

fabricao ou de reciclagem, devem receber um gerenciamento adequado

(acondicionamento, coleta, transporte, tratamento e / ou disposio final), bem

como os produtos ps-consumidos, tendo em vista minimizar ou controlar os

danos ao meio ambiente, conseqentemente presen/ando a sade e o bem estar

da populao.

16

2. OBJETIVOS

O presente trabalho objetiva estudar a reciclagem de material

particulado, obtido a partir da moagem de residuos da fabricao de telhas de

PRFV, por meio da sua incorporao em massa para produo de cermica

vennelha, argamassa de cimento Portland e matriz de polister insaturado. A

viabilidade tcnica deste processo foi determinada por meio do estudo de

caracterizao fsico-qumica do resduo e das matrizes onde foi incorporado e de

sua influncia nas propriedades tecnolgicas finais dos produtos obtidos.

17

3. REVISO DA LITERATURA

3.1. Reciclagem

O termo reciclagem pode ser definido como sendo o processamento de

materiais no mbito de um processo de produo para o fim original ou para

outros fins [11]. H cerca de 30 anos que a indstria do aluminio vem

beneficiando latas e outros artigos descartveis de alumnio, caracterizando o

incio de uma prtica bastante comum na atualidade, a reciclagem. Esta,

estendendo-se a outros tipos de materiais, tornou-se uma alternativa para que o

volume de resduos destinados aos depsitos de lixo ou aterros sanitrios fosse

reduzido e, no caso de alguns deles, transformou-se numa atividade lucrativa.

Do ponto de vista ecolgico todos os materiais estranhos natureza,

ou seja, artificiais, devem receber um tratamento adequado antes de serem

devolvidos ao meio ambiente, independente do retorno econmico que possa

proporcionar. A reciclagem apropriada para cada resduo definida a partir de

suas propriedades fsicas e qumicas. Diante disso, verifica-se a maior ou menor

complexidade e custo dos processos de reciclagem. No entanto, especialmente

no caso de setores fabris, antes mesmo de se pensar em reciclagem, deve-se

levar em conta a necessidade de se instaurar um rigoroso controle de processo

no sistema produtivo, bem como investir em desenvolvimento de materiais,

tecnologia, mo-de-obra especializada e processos menos agressivos para o

meio ambiente.

O material em estudo um resduo slido, classificado pelo Centro

Tecnolgico de Saneamento Bsico (CETESB) como classe III - inerte. A

definio para resduos slidos, segundo a norma NBR 10.004 [12] :

"Resduos no estado slido e semi-slido, so aqueles que resultam de

atividades da comunidade de origem: industrial, domstica, hospitalar, comercial,

agrcola, de servios e de varrio. Ficam includos nesta definio os Iodos

provenientes de tratamento de gua, aqueles gerados em equipamentos e

instalaes de controle de poluio, bem como determinados lquidos cujas

18

particularidades tornem invivel seu lanamento na rede pblica de esgotos ou

corpos de gua, ou exijam para isso solues tcnicas economicamente inviveis

em face melhor tecnologia disponvel".

As trs categorias para classificao de resduos, adotadas por esta

norma, so:

Classe I - perigosos: resduos que em funo de suas caractersticas de

inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade e patogenicidade podem

apresentar risco sade pblica ou efeitos adversos ao meio ambiente;

Classe II - no-inertes: resduos que no se enquadram na classe I ou classe

III. Podem ter propriedades como combustibilidade, biodegradabilidade ou

solubilidade em gua;

Classe III - inertes: resduos que no sofrem transformaes fsicas, qumicas

ou biolgicas significativas a ponto de acarretar risco sade e ao meio

ambiente (por exemplo, restos de construo, vidro, certos plsticos e

borrachas de difcil decomposio) [13].

Neste trabalho aborda-se a reciclagem do resduo de PRFV, que

apresenta como caracterstica principal a infusibilidade da resina de polister

insaturado. A reciclagem deste tem sido realizada por empresas especializadas e

que em sua maioria trabalham com resduos provenientes de processos que

empregam moldes fechados, fazendo com que o produto da reciclagem volte para

o processo de produo. Esta uma postura razovel para pases como

Alemanha, Frana, Itlia e Noruega, onde esse tipo de processo de fabricao

maioria. Contudo, no Brasil, estima-se que cerca de 80 % dos processos de

fabricao utilizam moldes abertos, os quais no apresentam a mesma facilidade

para incorporar o produto da reciclagem ao processo produtivo. Tendo em vista

esse entrave, busca-se contemplar novas aplicaes e mercados com o produto

da reciclagem do PRFV.

Algumas das alternativas estudadas para a reciclagem do resduo de

PRFV so: como carga (enchimento), em blocos de concreto, no asfalto, como

fonte energtica, como leo, no reaproveitamento das fibras de vidro e na

19

produo de clnquer.

O PRFV utilizado como carga principalmente na composio de

produtos fabricados em processos de moldes fechados, tendo como funo

substituir, em parte, a carga natural (por exemplo, carbonato de clcio)

geralmente empregada na produo de peas de PRFV. A incorporao do

resduo, em forma de p, na preparao de SMC {Sheet Molding Compound -

composto de moldagem para conformao de peas utilizado em processos de

moldes fechados), na proporo de 20 % em massa, resulta em peas mais leves

que as feitas com material virgem, sem perda das propriedades mecnicas e da

flexibilidade [14], Incorporando-se at 30 % do p de PRFV em poliestireno, um

polmero termoplstico, obtm-se boas propriedades mecnicas para fins

especficos [15].

Com a adio de 1 a 2 % em massa de p de PRFV em asfalto h

aumento da resistncia compresso em at 60 %, sem prejudicar outras

propriedades. Outra alternativa a compactao e utilizao de resduos de

PRFV, em blocos de concreto, os quais originam um bloco com ncleo de

resduos com aparncia idntica dos blocos de concreto convencionais [3]. A

recuperao das fibras de vidro a partir do resduo de PRFV feita num processo

de leito fluidizado, onde ocon-e a combusto da resina e, as fibras e eventuais

cargas so separadas [16, 17].

Na produo de clnquer o resduo de PRFV libera calor contribuindo

com a elevao da temperatura, necessria para o seu processamento, sendo

uma boa opo para a reciclagem de peas ps-consumidas [14]. A partir do leo

bruto obtido em processos de reciclagem qumica, tais como pirlise,

hidrogenao e gliclise, possvel produzir, por exemplo, xileno, benzeno e

tolueno. Esses processos demandam um custo elevado [18]. Como fonte

energtica possvel ser utilizado como combustvel, visto que a resina de

polister insaturado apresenta poder calorfico superior da madeira (26 MJ/kg)

[19].

3.2. Matrizes

As matrizes estudadas para a incorporao do resduo de PRFV foram

argila para cermica vermelha, cimento Portland e resina de polister insaturado.

20

FIGURA 01. Tijolo de 12 furos utilizado na construo de paredes.

Para a fabricao de telhas, as argilas devem possuir plasticidade

adequada para a moldagem, terem boa resistncia ao manuseio durante a

fabricao e aps a secagem, porosidade aparente e absoro de gua baixas,

para no permitirem a permeao de gua. No devem apresentar trincas

;OWiSSAC f J ^ .GN^ l Lc E ^ K G i A N U C L E A R / S P P O

3.2.1. Argila

Argilas plsticas para cermica vermelha ou estrutural so as argilas

usadas na fabricao de materiais de construo de engenharia civil, tais como

tijolos de alvenaria e furados, telhas, ladrilhos de piso, e outros. A cor vermelha

que caracteriza esses produtos resultante da oxidao de compostos de ferro

presentes ou liberados pela argila durante a queima. A intensidade da cor varia

no s em funo da quantidade de xido de ferro, como tambm da presena de

outros minerais e da atmosfera oxidante do tratamento trmico [20]. A indstria

oleira no Brasil usa processos de moldagem manuais, por extruso e por

prensagem. As temperaturas de queima oscilam entre 950 C e 1200 C,

conforme a natureza da argila, do produto cermico, do forno utilizado; e as

condies econmicas locais. Algumas de suas aplicaes so: tijolos, telhas,

ladrilhos de piso e agregados leves.

As argilas, para terem emprego na fabricao de tijolos, devem poder

ser moldadas facilmente e terem boa resistncia ao manuseio aps a secagem.

Estas costumam apresentar cor vermelha aps a queima em baixas temperaturas

(geralmente 950 C, que a temperatura usual de queima para esse tipo de

produto), com um mnimo de trincas e empenamentos (FIG. 01).

21

FIGURA 02. Telha francesa. A telha cermica possui excelente isolamento

trmico e formas diversas.

Argilas para fabricao de ladrilhos de piso so argilas plsticas e

folhetos argilosos, de fcil moldagem, com elevados teores em ferro e de metais

alcalinos, que vitrificam a temperaturas relativamente baixas, sem a tendncia a

empenarem (FIG. 03). A cor vermelho-viva, sem manchas escuras, aps queima

entre 1000 C e 1100 C, que a faixa de temperaturas de queima usual, uma

caracterstica desejvel, alm dos valores baixos da absoro de gua e

porosidade aparente, geralmente abaixo de 5 %, devido ao elevado grau de

vitrificao atingido, o qual d origem a uma elevada resistncia abraso. As

argilas para esse uso so geralmente denominadas "taguas" [21].

Tagu o nome dado a certas argilas de natureza sedimentar que

contm, em geral, pouca impureza de granulao grossa. Essa designao

peculiar a So Paulo, onde so explorados barreiros de tagu na bacia terciaria

da capital no vale do Paraba e nas formaes permianas e carbonferas do

centro do Estado [22]. O tagu tambm utilizado na fabncao de manilhas ou

tubos cermicos, blocos cermicos portantes e agregado leve de argila

piroexpandida, produtos cermicos de cor vermelha empregados na construo

civil [23].

e empenamentos aps a secagem e queima. Costumam apresentar cor vermelha

aps queima a cerca de 950 C, uma larga faixa de vitrificao, e retrao

uniforme para proporcionar um bom controle das dimenses finais do produto

acabado (FIG. 02).

22

FIGURA 03. Lajota rstica usada como revestimento de pavimentos residenciais.

Os ensaios preliminares das argilas do grupo de cermica vermelha ou

estrutural permitem selecionar as argilas que, por suas caractersticas de

expanso com a temperatura, podem servir para agregados leves (FIG. 04) [21].

FIGURA 04. Agregados leves utilizados em jardinagem ou na construo civil,

para composio do concreto leve, com dimetro mdio de 20 mm.

3.2.2. Cimento Portland

Na antigidade, verificou-se que certas rochas calcrias, depois de

uma simples calcinao, resultavam em um produto que misturado com tufo

vulcnico endurecia pela adio de gua. O cimento romano no era exatamente

como o atual cimento "Portland", mas uma verdadeira cal hidrulica, que dava

pega sob gua, pela reao da cal com a slica ativa de cinzas vulcnica [22].

O ingls Joseph Aspdin (1824) patenteou um cimento artificial feito pela

calcinao de calcrio argiloso. O cimento foi chamado de Portland, pois o

concreto que se obtinha com ele assemelhava-se a uma famosa pedra de

23

FIGURA 05. Tubos de concreto simples e armados para guas pluviais, poos,

caixas d'gua e fossas.

Do ponto de vista prtico, considera-se o cimento Portland como tendo

quatro constituintes principais, os quais so: silicato triclcico (3CaO.Si02), silicato

diclcico (2CaO.Si02), aluminato triclcico (3CaO.Al203), aluminoferrite

tetraclcica (4CaO.Al203.Fe203). Produzem-se vrios tipos de cimento Portland,

fazendo-se variar as porcentagens dos constituintes acima indicados. Em termos

gerais, existem cinco tipos principais.

O Tipo I o do cimento Portland de aplicao genrica. usado

quando o concreto no vai ser exposto a um ataque forte por sulfatos

provenientes do solo ou da gua, ou quando no h objeo ao aumento da

temperatura, resultante do calor gerado pela hidratao do cimento. O concreto

feito com cimento do Tipo I usado, geralmente, em passeios, edifcios em

concreto armado, pontes, tanques, e em audes.

O cimento Portland do Tipo II usado quando o material est sujeito ao

construo, proveniente da iiiia de Portland, nas vizinhanas da Inglaterra [24].

O cimento Portland, tal como se usa hoje, comeou a ser fabricado na

Inglaterra por I. C. Johnston (1845). A sua fabricao consistia, basicamente, em

uma mistura de calcrio e argila aquecida fortemente at a fuso incipiente,

obtendo-se um clinker que, depois de modo e misturado a certa quantidade de

gesso e gua, endurecia [23]. O cimento Portland encontra uso em diversas

aplicaes, como por exemplo; postes, blocos, lajotas para trfego pesado, pisos

industriais, tubos (FIG. 05).

24

ataque por sulfatos, como, por exemplo, em estruturas de drenagem em que as

concentraes de sulfatos nas guas subterrneas so maiores do que o normal.

Em climas quentes, o cimento do Tipo II habitualmente usado em grandes

estruturas, como por exemplo, em plataformas de cais e em grandes muros de

sustentao, visto que o cimento tem um aquecimento moderado durante a

hidratao.

O cimento Portland do Tipo III de endurecimento rpido e apresenta

elevada resistncia mecnica ao fim de um perodo relativamente curto. usado

sempre que as frmas tm de ser removidas rapidamente de uma estrutura, a

qual precisa ficar pronta em um curto perodo de tempo.

O Tipo IV um cimento Portland de baixo calor de hidratao, usado

sempre quando necessrio minimizar a velocidade de aquecimento e a

temperatura. Esse tipo usado em estruturas de concreto muito espessas, como,

por exemplo, em grandes barragens, nas quais o calor gerado durante a cura do

cimento constitui um fator crtico.

O Tipo V usado quando o concreto est em contato com solos e

guas subterrneas, que contm teores elevados em sulfatos. muito resistente

ao ataque qumico promovido por esses sais.

O cimento Portland endurece devido a reaes com a gua,

denominadas reaes de hidratao. Estas reaes so complexas e no esto

totalmente esclarecidas. O silicato triclcico (C3S) e o silicato diclcico (C2S)

constituem cerca de 75 % do peso do cimento Portland. Na reao desses

compostos com a gua, durante o endurecimento do cimento, o principal produto

da hidratao o silicato triclcico hidratado. Esse material aparece na forma de

partculas extremamente pequenas (inferiores a 1 ym) e constitui um gel coloidal.

Na hidratao do C3S e do C 2 S forma-se tambm hidrxido de clcio que um

material cristalino.

O silicato triclcico (C3S) endurece rapidamente e o principal

responsvel pelo aumento da resistncia mecnica do cimento Portland. A maior

parte da hidratao do C3S realiza-se em cerca de dois dias, por isso os cimentos

Portland de endurecimento rpido contm sempre elevadas quantidades de C3S.

25

(d

o

.2

40

30

20

PS 10

11, IV, V

Aumento d a % d e C 3 S

I

III

J - J_ 14 28 90 180 (1 ano) (2 anos)

Tempo, dias

FIGURA 06. Resistncia compresso de concretos fabricados com diferentes

tipos de cimento Portland em funo do tempo [25].

3.2.3. Matriz polimrica

Polmeros so cadeias de molculas longas, um grupo de muitas

unidades, do grego "poli" ("muitos") e "meros" ("partes" ou "unidades"). O termo

"plsticos" usado para descrever uma enorme variedade de resinas ou

polmeros com caractersticas e usos diferentes.

O silicato diclcico (C2S) tem uma reao de hidratao lenta e passa a ser o

principal responsvel pelo aumento da resistencia mecnica ao fim de uma

semana. O aluminato triclcico (C3A) hidrata-se rapidamente, com uma grande

velocidade de liberao de calor. O C3A contribui ligeiramente para o primeiro

aumento da resistncia mecnica do cimento, sendo sempre mantido em

percentagem baixa nos cimentos resistentes aos sulfatos (Tipo V). A

aluminoferrite tetraclcica (C4AF) adicionada para reduzir a temperatura de

formao do clnquer durante o processo de obteno do cimento.

A maior parte da resistncia compresso do concreto atingida ao

fim de cerca de 28 dias, mas o aumento da resistncia pode continuar durante

anos (FIG. 06) [25].

26

HC = CH2

R - H C = C H - R +

Polister insaturado

O Monmero de

estireno

Catalisador

R - H C - C H - R

I H C - C H -

O Polister curado

FIGURA 07. Reao qumica que ocorre durante o processo de cura da resina de

polister insaturado [27].

O termo "polmero" freqentemente usado como um sinnimo para

plstico, mas muitos outros tipos de molculas biolgicas e inorgnicas

tambm so polimricas. Portanto, todos os plsticos so polmeros, mas nem

todos os polmeros so plsticos. Os polmeros podem ser classificados como:

Termoplsticos: os polmeros quando aquecidos at seu ponto de fuso

podem fluir sob presso. A cadeia polimrica geralmente linear ou

ligeiramente ramificada.

Termofixos: estes sofrem uma reao qumica e formam ligaes

cruzadas, as quais do origem a uma estrutura tridimensional. A cura

desse tipo de resina pode ocorrer a frio ou a quente, dependendo do tipo

do agente de cura. Depois que eles foram conformados, estes no podem

ser aquecidos e reconformados [26].

Dentre os polmeros, o mais utilizado na produo de peas em

compsito de matriz polimrica o polister insaturado. Este um termofixo e

tem sua estrutura qumica diferente dos polisteres termoplsticos; pois alm da

tpica ligao ster, ele possui duplas ligaes insaturadas capazes de reagir com

monmeros vinlicos. As duplas ligaes da resina e do monmero so quebradas

pela ao de um catalisador (perxido orgnico, calor ou radiao), e reagem

novamente entre si, dando origem a um polmero tridimensional de caractersticas

termofixas, e portanto infusveis e irreversveis (FIG. 07) [27].

27

FIGURA 08. Estrutura molecular do cido ortoftlico - grupo qumico que

caracteriza a resina ortoftlica.

Na produo das resinas isoftalicas obtm-se cadeias polimricas

mais longas, que determinam maior resistncia ao impacto do produto final.

Apresentam propriedades mecnicas boas, bem como resistncia ao calor, ao

ataque qumico e radiao ultravioleta. Na FIG. 09 est representado o grupo

qumico que caracteriza a resina isoftlica.

FIGURA 09. Estrutura molecular do cido isoftlico - grupo qumico que

caracteriza a resina isoftlica.

famlia do polister insaturado pertencem as resinas ortoftlicas,

isoftalicas, bisfenlicas e tereftlicas.

As resinas ortoftlicas no tm boa resistncia qumica, nem em meio

cido e nem em meio alcalino, so muito suscetveis ao calor e radiao e no

apresentam boa resistncia solventes aromticos e halogenados. Estas,

devidamente formuladas, tm propriedades mecnicas muito boas. Comparadas

s resinas isoftalicas so mais rgidas, tm tempo de gel (tempo necessrio para

ter-se o incio da formao das ligaes cruzadas) maior, resistncia mecnica e

absoro de gua menores. Na FIG. 08 est representado o grupo qumico que

caracteriza a resina ortoftlica.

28

As resinas bisfenlicas apresentam excepcional resistencia em

ambientes agressivos, sobretudo em meio cido. Em meio alcalino, no tm bom

desempenho, porm so resistentes ao da gua. Estas apresentam ponto de

distoro trmica mais alto que as demais resinas de polister e maior rigidez, em

decorrncia de sua estrutura molecular. Na FIG. 10 est representado o grupo

qumico que caracteriza a resina bisfenlica.

CH3

1

0 0 HO

CHa OH

FIGURA 10. Estrutura molecular do bisfenol A - grupo qumico que caracteriza a

resina bisfenlica.

As resinas tereftlicas apresentam desempenho similar s resinas

isoftalicas, quanto resistncia qumica, hidrlise e trmica. Porm, possuem

baixa resistncia radiao ultravioleta, amarelando com facilidade. Na FIG. 11

est representado o grupo qumico que caracteriza a resina tereftlica [28].

Atualmente tem-se produzido um polister insaturado a partir de polietileno

tereftalato (PET), que um polister termoplstico, obtendo-se um produto com

caractersticas semelhantes s das tereftlicas.

FIGURA 11. Estrutura molecular do cido tereftlico - grupo qumico que

caracteriza a resina tereftlica.

29

Deve-se observar que as resinas ortoftlicas, dentre todas as

variedades de resinas de polister, so as mais utilizadas, sendo empregadas em

diversos campos de aplicao, inclusive em aplicaes estruturais [28].

3.3. Compsitos de matriz polimrica

O material compsito de matriz polimrica composto, basicamente, por

uma resina e um reforo. A resina de polister insaturado a mais empregada

para fabricao de peas em compsito polimrico, devido a seu baixo custo e

facilidade de processamento. As fibras de vidro so as mais utilizadas para o

reforo de plsticos devido a caractersticas como: baixo coeficiente de dilatao

trmica; propriedades mecnicas elevadas; facilidade de processamento e baixo

custo.

3.3.1. Resina de polister insaturado

As primeiras observaes sobre a resina de polister datam de 1833,

mas a produo significativa desta teve incio durante a I Guerra Mundial,

produzida a partir de cido ftlico e glicerol, sendo empregado como material

impregnante para madeira e papel. Kienie (1927) preparou o chamado alkyd,

polister usado como laca e verniz, obtido a partir de cido ftlico e glicerol

modificado com cidos graxos insaturados [29].

Carothers (1929) estudou a qumica da poliestehficao e definiu a

relao estequiomtrica inerente sntese deste polister. Ele verificou que o

endurecimento destes materiais acelerado devido polimerizao oxidativa

envolvendo as duplas ligaes dos polisteres e a adio de monmero vinlico

(por exemplo, estireno) [30].

A produo no Brasil, em 1998, foi de 52.445 toneladas, cerca de 40 %

superior ao ano de 1991. Na FIG. 12, o grfico representa a produo e vendas

internas declaradas de resina polister, o mesmo foi plotado a partir dos dados

publicados no Anurio da Indstria Qumica Brasileira [31]. A maioria das

empresas est concentrada na regio sudeste do pas. A produo de resina

polister, bem como as vendas internas (FIG. 12) tm sido crescentes nos ltimos

anos, impulsionadas pelo crescimento das aplicaes envolvendo os compsitos

polimricos que devido utilizao de fibras de vidro, tambm so conhecidos

30

como fiberglass.

Produo e Vendas Internas

o c

55000

50000

45000

40000

35000

30000

1990 1992 1994 1996 1998 2000

Ano -Produo -Vendas internas

FIGURA 12. Produo e vendas internas declaradas de resina polister.

3.3.2. Fibras de vidro

Provavelmente, as primeiras observaes da produo de fibras de

vidro foram durante a ocorrncia de um fenmeno da natureza conhecido como

"pele's haif. Este ocorria devido ao arraste de material vitreo de lavas vulcnicas

ocasionado por ventos fortes, o qual dava origem a uma massa fibrosa que era

levada pelo vento e depositada em rvores. Os pssaros utilizavam-se dessa

massa para reforar seus ninhos.

Os primeiros artesos de vidro da Sria antiga, Grcia e Egito

aprenderam a produzir fibras a partir de uma vara de vidro aquecida para aplicar

como relevo sobre a superfcie de produtos acabados. Esta tcnica era usada at

mesmo antes da inveno do tubo soldador em aproximadamente 250 a.C. Os

venezianos utilizavam tcnica semelhante nos sculos XVI e XVII, assim como os

romanos, ingleses, alemes e franceses (1650-1720). Ainda por mtodo similar

foram produzidas fibras de vidro para fazer um vestido e gravatas, os quais foram

exibidos em uma feira em Chicago (1893), pelo empresrio Edward D. Libbey e

seu tcnico Michael J. Owens.

O desenvolvimento de fibras de vidro comerciais se deu em 1930,

sendo que em 1938 teve origem uma das maiores empresas na produo de

31

FIGURA 13. Fibras de vidro utilizadas como reforo.

As fibras de vidro usadas como reforo so, em sua grande maioria, do

tipo E. Estas recebem um recobrimento, chamado encimagem, feito com agentes

de acoplamento compatveis com as resinas de polister, ester-vinlica e epxi. O

vidro do tipo E um alumino-boro-silicato com baixo teor de lcali; sua

composio qumica bsica encontra-se na TAB. 01 [25].

TABELA 01. Composio qumica bsica da fibra de vidro tipo E [25]

Principais Composio componentes (% em peso)

SO2 52-56

AI2O3 12-16 CaO 16-25 B2O3 8-13

3.3.3. Processos de fabricao de compsito polimrico

Os processos de conformao, nos quais so utilizadas as resinas de

polister insaturado, podem ser divididos em molde aberto ou molde fechado.

Em processos de molde aberto, apenas uma das faces da pea fica em

contato com o molde, tendo como conseqncia, um acabamento rstico na outra

fibras de vidro (FIG. 13) [32]. As aplicaes do produto, graas as constantes

pesquisas, evoluram de apenas um simples filtro para forno, produzido quando a

empresa foi criada, para mais de 35.000 produtos nos quais as fibras de vidro so

aplicadas.

32

\zH

Resina

~ +

Catalisador

1 - Bobina de fibra de vidro 2 - Picotador 3 - Filme plstico 4 - Perfis 5 - Estufa 6 - Serra de corte

FIGUfRA 14. Esquema do processo de fabricao de telhas em PRFV - processo

de molde aberto: laminao contnua.

Os processos de moldes fechados so processos que utilizam moldes

face. Os principais processos de molde aberto so: laminao manual; laminao

por projeo; bobinagem e centrifugao. Estes so utilizados para produo de

assentos, caixas d'gua, piscinas, tubos, tanques de armazenagem, ps de

ventilador e peas tcnicas.

A laminao contnua tambm um processo de molde aberto, o qual

usado para fabricao de telhas. Este consiste na deposio de resina sobre

um filme contnuo, a qual pigmentada na cor desejada e catalisada apenas no

momento da aplicao. Simultaneamente, as fibras de vidro picadas so

espalhadas sobre a resina, recebendo em seguida mais uma camada de filme

contnuo (FIG. 14). Este conjunto entra na estufa, onde comea o processo de

cura da resina e conformao da pea, a qual se d a partir de perfis colocados

ao longo da estufa.

O sistema constantemente tracionado, o que caracteriza o processo

contnuo. Na sada da estufa ocorre a retirada do filme e na seqncia o corte das

peas nas dimenses padro, havendo o corte de rebarbas e a inspeo visual,

onde so descartadas as peas que possurem bolhas e outras imperfeies.

33

1 - Pr-forma de fibras de vidro 2 - Bomba de resina 3 - Injeo de resina 4 - Pea acabada

FIGURA 15. Esquema do processo de fabricao de partes automotivas

processo de molde fechado: RTM {Resin Transfer Molding).

Os processos de molde aberto comparados com os de moldes

fechados tm baixo custo de fabricao de moldes, facilidade de correo de

erros no projeto, difcil controle da distribuio uniforme da resina, emisso de

estireno elevada e maior quantidade de resduo gerado no processamento.

macho e fmea, onde o composto de moldagem submetido a uma presso que

garante a perfeita compactao das diversas camadas do laminado, obtendo-se

peas com bom acabamento superficial em ambas as faces. A cura da resina nos

processos de moldes fechados pode ser a frio ou a quente, conforme a

convenincia, determinada pela relao custo de fen^amental versus

produtividade. Os processos de moldes fechados mais utilizados so: prensagem

a frio; prensagem a quente; pultruso, empregados na produo de perfis,

escadas, pisos industriais e peas automotivas [28].

A FIG. 15 apresenta esquematicamente o processo de RTM {Resin

Transfer Moiding), um dos processos de molde fechado aplicado produo em

srie de peas industriais. Este processo consiste na injeo de resina com carga

dentro do molde fechado, onde o reforo j foi previamente colocado.

34

A composio do resduo depende essencialmente do tipo de processo

de fabricao empregado na produo de peas em PRFV. Regra geral, os

resduos provenientes de processos de moldes fechados contm elevados teores

de cargas minerais, porm fibras de vidro e resina em menor proporo. No caso

dos de molde aberto, a relao entre resina e fibra igual ou maior que 70/30,

podendo-se fazer uso de cargas minerais.

35

4. MATERIAIS E MTODOS

A caracterizao do resduo se deu pela determinao da

granulometria, composio qumica e morfologia. As matrizes com material

particulado, obtido a partir da moagem de resduos da fabricao de telhas de

PRFV, incorporado em massa para produo de cermica vermelha, argamassa

de cimento Portland e polister insaturado, foram caracterizados por ensaios

tecnolgicos.

4.1. Obteno do material particulado

Para o estudo foram utilizadas as rebarbas de telhas de polister

reforado com fibras de vidro geradas durante o processo de fabricao (FIG. 16).

FIGURA 16. Resduo de telhas de PRFV em forma de tiras, como recebido.

O resduo foi modo, a fim de obter-se um material particulado para

incorporao em matrizes de argila, cimento Portland e resina de polister

insaturado, realizado como esquematizado na FIG. 17.

36

Processos de

fabr icao

Produtos S e m Produtos P s - c o n s u m i d o t ra tamento P s - c o n s u m i d o t ra tamento

Resduo ^ Reduo de de PRFV tamanino

> M o a g e m

Argila

^ Cimento

Resina Polister

FIGURA 17. Fluxograma de moagem e disposio do resduo de PRFV.

O material particulado foi produzido por dois processos subseqentes:

a fragmentao do material em moinho de facas (reduo de tamanho dos

pedaos a 5 x 5 mm ou inferiores) e a moagem deste em moinho de bolas,

utilizando-se esferas de ao de 6,35 mm de dimetro na proporo de 1:9, ou

seja, um quilo de material para nove quilos de esferas de ao, por 4 horas, sendo

processado um total de dois quilos de material (FIG. 18). Visando minimizar a

contaminao do resduo por resqucios de outros materiais, anteriormente

processados nos respectivos equipamentos, foi realizada a moagem prvia de um

quilo de matenal, o qual foi descartado.

FIGURA 18. Resduo da fabricao de telhas de PRFV processado. A) Resduo

fragmentado; B) Resduo modo.

37

4.2. Caracterizao do resduo

O material em estudo foi calcinado a fim de se contiecer a relao

entre resina e fibras de vidro. Para tanto, separaram-se dez gramas de material

como recebido, que foram colocados em cadinho de alumina limpo e seco.

Pesou-se o cadinho contendo o material, sendo levado a seguir para a queima em

forno eltrico, em atmosfera oxidante, a 600 C, por 2 horas. Aps a calcinao,

pesou-se o cadinho contendo o material residual (fibras de vidro). A relao entre

resina e fibras de vidro foi determinada usando-se as equaes de 1 a 4.

P 1 - P 2 = Mr (1)

Mt - Mr = Mf (2)

mr = _MLx100 (3) Mt

mf = _Mix100 (4) Mt

onde: P1 - massa do cadinho contendo o resduo antes da calcinao; P2 -

massa do cadinho contendo o resduo aps a calcinao; Mr - massa da resina

no resduo; Mf - massa de fibras de vidro no resduo; Mt - massa do resduo (Mr

+ Mf); mr - frao mssica de resina; mf - frao mssica de fibras de vidro. Para

a caracterizao do material particulado foram determinadas a granulometria, a

composio qumica e a morfologia.

4.2.1. Determinao da granulometria

O material particulado teve a sua distribuio de tamanho de partculas

classificada em analisador por espalhamento a laser que opera na faixa de 0,04 a

500 ^m. Na FIG. 19, encontra-se a representao esquemtica do princpio de

operao do equipamento. A anlise foi realizada em modo lquido e a disperso

do PRFV foi realizada em meio aquoso, assistida por ultra-som e por dispersante

comercial (pirofosfato de sdio).

38

FIGURA 19. Interface do software mostrando o arranjo simplificado do analisador

de tamanho de partculas por espalhamento a laser.

4.2.2. Determinao da composio qumica

Analisou-se a composio qumica do resduo de PRFV por

espectroscopia de fluorescencia de raios-X para os seguintes elementos: C, Si,

Ca, Al, B, Mg, K, Fe, Na, Ti, Cl, Co, Sr, P, S, Mn, Si, Zr, Zn, Ni, As, Pb, Rb, Cu e

Cr. Para a anlise semiquantitativa utilizaram-se trs pastilhas de 4 cm de

dimetro e aproximadamente 5 mm de espessura, prensadas com o material

particulado sem adio de aglutinante. As pastilhas foram posicionadas nos porta-

amostras e colocadas na cmara do equipamento. Os parmetros foram inseridos

no software e deu-se incio ao ensaio. Ao final emitiu-se um relatrio contendo

grficos com picos dos elementos presentes na amostra.

4.2.3. Determinao da morfologia

A morfologia das partculas do p de PRFV foi verificada em

microscpio eletrnico de varredura (MEV). A amostra em forma de p foi fixada

em fita adesiva, presa ao porta-amostra, recoberta com ouro e colocada na

cmara do MEV para visualizao das imagens.

39

4.3. Caracterizao das matrizes

Nesse trabalho utilizou-se um tagu comercial, da regio de Jarin,

Jundia, SP; cimento comercial Portland e resina de polister comercial. A

preparao dos corpos de prova denominados "branco" (sem incorporao de

resduo), bem como os ensaios tecnolgicos realizados com os respectivos

materiais esto descritos no item 4.5.

4.3.1. Determinao da composio mineralgica da argila

Para a determinao da composio mineralgica, as argilas in natura

e queimadas a 950 C e a 1050 C foram submetidas ao ensaio de difrao de

raios-X em difratmetro de raios-X. Condies do ensaio:

Radiao: Ka de cobre

ngulos: partindo de 2 graus (20) a 90 graus (29).

Velocidades: operao por passos (steps), sendo que cada passo foi de

0,02 graus (20), com tempo de permanncia em cada passo de 1 segundo.

4.3.2. Caractersticas do cimento Portland

O cimento Portland usado neste trabalho foi o tipo ll-E-32, cuja

composio clnquer Portland, gesso, filler calcrio e escria de alto forno, o

qual produzido segundo a norma NBR 11578 [33]. A classe 32 representa o

mnimo de resistncia compresso aos 28 dias de idade, em MPa [34]. Este

encontra em aplicaes de uso geral em concretos e argamassas, com bom

desempenho em ambientes agressivos [33].

4.3.3. Caractersticas da resina

A resina polister comercial utilizada como matriz foi a ortoftlica,

comumente usada para produo de telhas, botes e domos. Os parmetros

definidos pelo fabricante so:

Viscosidade a 25 C (CPS): 1000 - 1500

Tempo de gel a 25 C (min): 9 -15

Teor de estireno (% em massa): 28 - 32

40

A catlise adequada, nesse caso, ocorre pelo acrscimo resina de

1,0 % em massa de perxido de metiletilcetona (MEKP) e 0,5 % em massa de

acelerador de cobalto a 6 % [35]. O MEKP um lquido incolor que tem a funo

de iniciar a cura de polisteres insaturados e o mais utilizado para a cura a frio.

Deve-se observar o risco de exploso no caso da mistura direta do MEKP com o

acelerador, portanto recomendvel misturar primeiramente o acelerador resina

e aps a sua completa homogeneizao adicionar o MEKP.

4.4. Incorporao do material particulado

O p de PRFV foi incorporado s matrizes de argila, cimento e resina

de polister, conformando-se corpos de prova a fim de se avaliar as propriedades

fsicas e mecnicas.

4.4.1. Matriz de cermica vermelha

Realizou-se um teste exploratrio, de modo a conhecer quais as

porcentagens aceitveis de resduo na massa cermica, para aplicao em

revestimentos cermicos. Para tanto, incorporou-se o resduo argila nas

propores de 5, 10, 20, 30, 40 e 50 % em massa. Os corpos de prova foram

conformados na forma esferoidal, secos em estufa a 110 C, por 24 horas e

queimados em forno de resistncia eltrica, em atmosfera oxidante, a 900 C,

com patamar de 2 horas (FIG. 20).

FIGURA 20. Corpo de prova, na forma esferoidal, queimado a 900 C.

41

FIGURA 21. Detalhe da mancha ocorrida nos corpos de prova, na forma

esferoidal, queimados a 900 C, para concentraes de 30, 40 e 50 % de resduo

de PRFV.

A partir do resultado do teste exploratrio definiu-se realizar o estudo

com teores de O ("branco") 5, 10 e 20 % de PRFV. A porcentagem de resina que

comps a massa de prensagem foi calculada pelas equaes 5 e 6.

MpRFv X M L = MR Mt

(5)

% RP =_MR^X 100 Mp

(6)

onde: MRRFV - massa de resduo; MR - massa de resina na massa de resduo;

Mp - massa de prensagem; % RP - porcentagem de resina na massa de

prensagem.

A argila para a conformao dos corpos de prova foi peneirada em

Observando-se a cor dos corpos cermicos aps a queima, verificou-se

que poderiam ser descartadas as concentraes de 30, 40 e 50 % de PRFV,

devido presena de manchas indesejveis, ocorridas provavelmente em

decorrncia de insuficincia de oxignio para queima, como pode ser observado

na FIG. 21.

42

TABELA 02. Composio das massas de prensagem.

Amostra (% PRFV) Tagu (g) PRFV (g) gua (mL)

0 300 - 30 5 285 15 30 10 270 30 30 20 240 60 30

FIGURA 22. Molde metlico utilizado para a conformao dos corpos de prova em

forma de barras prismticas.

malha ABNT 35 (abertura 0,4 mm), e umedecida at aproximadamente 10 % em

massa. A massa semi-seca foi peneirada em malha ABNT 16 (abertura 1,0 mm) e

com ela foram moldados trinta corpos de prova de cada composio. Na TAB. 02

encontram-se as composies das massas de prensagem para conformao de

trinta corpos de prova para cada uma das propores de mistura. Os corpos de

prova foram prensados a 20 MPa, em prensa hidrulica de 15 toneladas, em

forma de barras prismticas (60 x 20 mm), utilizando-se molde metlico (FIG. 22).

43

FIGURA 23. Corpos de prova na forma de barras prismticas: A) secos a 110 C

e B) queimados a 950 X e 1050 X .

Os corpos de prova queimados foram submetidos aos ensaios de

absoro de gua, perda ao fogo, retrao linear total, porosidade aparente,

massa especfica aparente e mdulo de resistncia flexo.

4.4.2. Matriz de cimento Portland

Assim como para os corpos de prova cermicos, fez-se primeiramente

um teste exploratrio a fim de saber quais as porcentagens aceitveis de resduo

na argamassa de cimento. Para tanto, incorporou-se o resduo ao cimento

Portland nas propores de 5 e 10 % em massa. Cinco corpos de prova foram

conformados em recipientes plsticos de 100 mL de volume, curado em cmara

mida, por dois dias (FIG. 24). A partir do aspecto geral dos corpos de cimento

verificou-se que no houve separao do p de PRFV da argamassa de cimento.

Desse modo, as concentraes propostas foram adotadas para o estudo.

Aps a prensagem os corpos de prova foram pesados e tiveram seu

comprimento medido, sendo em seguida levados para secar em estufa a 110 "C,

por 24 horas. Vinte unidades foram queimadas em forno de resistncia eltrica,

em atmosfera oxidante, com taxa de aquecimento de 3 C/min e patamar ou

tempo de residncia de 2 horas, sendo dez queimadas a 950 C e dez a 1050 C.

Foram reservados dez corpos de prova secos a 110C, para os ensaios de

retrao de secagem e resistncia do corpo seco (FIG. 23). O resfriamento dos

corpos de prova foi gradativo dentro do forno.

44

FIGURA 24. Corpos de prova conformados para o teste exploratorio.

Na preparao do "branco", separou-se 100 g de cimento Portland e

adicionaram-se 40 mL de gua; o que corresponde a 40 % de gua em relao

massa de cimento seco. Na confeco dos corpos de prova a porcentagem de

gua e de residuo calculada em relao massa de cimento seco, conforme

TAB. 03. Esta uma prtica comum na construo civil.

TABELA 03. Formulao de argamassa de cimento Portland para preparao de

corpos de prova cilndricos.

Amostra (% PRFV) Cimento (g) PRFV (g) gua (mL)

0 100 - 40 5 100 5 40 10 100 10 40

Os corpos de prova foram conformados em moldes de forma cilndrica

com base rosqueada (FIG. 25), com 100 mm de altura e 50 mm de dimetro

interno.

45

FIGURA 25. Molde metlico utilizado para a conformao dos corpos de prova de

argamassa de cimento na forma cilndrica.

Na FIG. 26 so apresentados os corpos de prova que foram

submetidos ao ensaio de resistncia compresso aps serem curados por 28

dias, sendo 24 horas em cmara mida e o tempo restante imersos em tanque de

gua saturada de cal, de acordo com a norma NBR 7215.

FIGURA 26. Corpos de prova, na forma cilndrica, curados por 28 dias.

4.4.3. Matriz de polister insaturado

A conformao dos corpos de prova em resina de polister deu-se a

partir de um molde de silicone. A construo deste foi realizada a partir de um

modelo, o qual foi usinado em alumnio nas dimenses definidas pela norma

ASTM 638 M [36]. Colou-se o modelo no fundo de uma caixa de papelo

46

FIGURA 27. A) Modelo utilizado na construo do molde. B) Molde usado na

conformao dos corpos de prova.

Para essa aplicao, o p de PRFV foi tratado trmicamente em estufa a

80 C, por 3 horas, de forma a reduzir sua reatividade, ou seja, minimizar os

efeitos dos reagentes retidos no residuo, os quais causam a acelerao imprpria

da cura da resina virgem. Na conformao dos corpos de prova para o ensaio de

resistncia trao, a resina de polister insaturada acelerada e catalisada, sem

a presena de material particulado (carga), foi despejada no molde, onde

permaneceu at a cura (aproximadamente 3 horas) (FIG. 28). A cura completa foi

realizada em estufa a 60 C, por 3 horas. O mesmo procedimento foi realizado na

conformao de corpos de prova com carga. Os corpos de prova foram

submetidos ao ensaio de resistncia trao conforme descrito na norma ASTM

638 M [36].

FIGURA 28. Corpos de prova em resina de polister insaturada para ensaio de

trao.

(7 X 15 cm) e depejou-se sobre ele a resina de silicone catalisada, a cura

(endurecimento) ocorreu em 24 horas (FIG. 27).

47

Perda ao fogo = (Ps - Pq) x 100 (7) Ps

onde: Ps - peso dos corpos de prova secos; Pq - peso dos corpos de prova aps

a queima.

4.5.1.2. Retrao linear total

A retrao linear total, determinada para corpos cermicos, a

porcentagem de retrao que o corpo de prova sofre desde a sua conformao

at a queima. Mediu-se com paqumetro digital o comprimento dos corpos antes

da secagem e aps a queima. A partir da equao 8 calculou-se a retrao linear

total.

Retrao linear total = (Cv - Cg) x 100 (8) Cv

onde: Cv - comprimento do corpo a verde; Cq - comprimento dos corpos de

prova aps a queima.

4.5. Ensaios tecnolgicos

4.5.1. Ensaios na matriz argilosa

Os corpos de prova cermicos foram submetidos aos ensaios de perda

ao fogo, retrao linear total, absoro de gua, porosidade aparente, massa

especfica aparente e resistncia flexo.

4.5.1.1. Perda ao fogo

O ensaio de perda ao fogo, realizado em corpos de prova argilosos,

consiste na determinao da porcentagem de materiais orgnicos presentes na

composio e perdas por desidroxilao, a qual foi calculada utilizando-se a

equao 7. Pesou-se em balana semi-analtica cada um dos dez corpos de

prova secos a 110 C, e aps a queima, a 950 C e a 1050 C.

48

FIGURA 29. Esquema do posicionamento do corpo de prova durante o ensaio de

flexo de trs pontos.

Utilizando-se uma mquina de ensaio universal, obteve-se a fora

mxima na ruptura, em Newton. Mediram-se a largura e a espessura da seo de

ruptura do corpo de prova, para o clculo da tenso de resistncia flexo (TRF),

conforme equao 9, expresso em MPa.

TRF = 3 . P .L 2 . a ^ b

(9)

onde: P - fora (N); L - distncia entre os ctelos (40 mm); a - espessura (mm);

b - largura (mm).

4.5.1.4. Absoro de gua para corpos argilosos

Os corpos de prova rompidos no ensaio de resistncia flexo foram

colocados em bquer com gua e levados fervura por 4 horas, contando-se o

tempo aps o incio da fervura. Depois de resfriados realizou-se a pesagem dos

mesmos imersos em gua, em balana semi-analtica. A seguir removeu-se o

4.5.1.3. Ensaio de resistncia flexo

No ensaio de resistncia flexo de trs pontos o corpo de prova foi

posicionado sobre dois apoios que distam 40 mm entre si e submetido a uma

fora descendente, aplicada no centro do corpo de prova, com velocidade

constante de 5 mm/s (FIG. 29).

49

AA= (Mu-Ms)x 100 (10) Ms

Va = Mu -M i (11)

PA = (Mu-Ms) X 100 (12) Va

MEA = Ms (13) Va

onde: AA - absoro aparente; Va - volume aparente; PA - porosidade aparente;

MEA - massa especfica aparente; Mi - massa imersa; Mu - massa mida; Ms -

massa seca.

4.5.1.5. Determinao da morfologia

A morfologia da superfcie de fratura dos corpos de prova aps a

queima foi verificada em MEV, para anlise do grau de porosidade. A amostra foi

fixada em fita adesiva com a face a ser analisada para cima, presa ao porta-

amostra, recoberta com ouro e colocada na cmara do MEV para visualizao

das imagens.

4.5.2. Ensaios na matriz de cimento

Os corpos de prova de argamassa de cimento Portland foram

submetidos ao ensaio de absoro de gua e resistncia compresso.

excesso de gua da superfcie dos corpos de prova com um pano e ento foram

pesados midos. As peas midas foram colocadas em estufa a 110 C, por 24

tioras e pesadas depois de secas. O teste de absoro de gua se d a partir da

saturao de gua no corpo de prova cermico, permitindo o clculo da absoro

aparente, volume aparente, porosidade aparente e massa especfica aparente,

indicados nas equaes 10, 11, 12 e 13, respectivamente.

50

Amostra (% PRFV) Cimento (g) PRFV (9) gua (mL)

0 50 - 20 5 50 2,5 20 10 50 5,0 20

Aps a cura de 28 dias, as amostras foram colocadas em estufa a

100 C, por 72 horas, resfriadas ao ar e pesadas. Em seguida, imergiu-se 1/3 do

volume dos corpos de prova por quatro horas, 2/3 nas quatro horas subseqentes

e, mantidos completamente imersos por 64 horas. Finalizadas as 72 horas de

imerso as amostras foram pesadas. A partir do ensaio descrito, segundo a

norma NBR 9778 [37], determinou-se a absoro de gua pela equao 10.

4.5.2.2. Ensaio de resistncia compresso

Os corpos de prova cilndricos, de 100 mm de altura e 50 mm de

dimetro, tiveram os topos e as bases capeados com uma mistura de quartzo em

p, sendo em seguida submetidos ao ensaio de resistncia compresso em

mquina de ensaio universal, conforme a norma NBR 7215 [38].

4.5.3. Ensaio na matriz de resina

Os corpos de prova de resina de polister foram submetidos ao ensaio

de resistncia trao em mquina de ensaio universal conforme a norma ASTM

638 M. A velocidade de deslocamento foi de 5 mm/min.

4.5.2.1. Absoro de gua para argamassas de cimento Portland

Os corpos de prova foram conformados em recipientes plsticos de

50 mL, com teores de O, 5 e 10 % de PRFV, conforme formulao apresentada na

TAB. 04.

TABELA 04. Formulao de argamassa de cimento Portland para preparao de

corpos de prova para o ensaio de absoro de gua.

SI

5. RESULTADOS E DISCUSSES

Tendo em vista as anlises realizadas com a matriz de argila, com o

resduo de PRFV e com os corpos de provas de composies diversas obteve-se

os resultados descritos a seguir.

5.1. Determinao da composio mineralgica da argila

Na anlise da composio mineralgica, realizada por meio de difrao

de raios-X, foi possvel detectar os principais argilominerais presentes nas

amostras da argila in natura, queimada a 950 C e a 1050 C. Nas FIG. 30, 31 e

32 esto identificados os picos caractersticos dos argilominerais presentes. Os

argilominerais encontrados em cada amostra esto listados na TAB. 05.

Observa-se que ocorre a decomposio de alguns dos principais argilominerais

presentes na amostra e a transformao da estrutura de outros.

TABELA 05. Argilominerais presentes na amostra de argila in natura e minerais

encontrados em argila queimada a 950 C e a 1050 C.

Tagu In natura Queimado a 950 C Queimado a 1050 C

Vermiculita Muscovita

Muscovita Mulita Mulita

Caulinita Caulinita Cristobalita

Quartzo Quartzo Quartzo

A composio mineralgica est diretamente relacionada composio

qumica da argila, esta por sua vez reflete na definio das cores aps a queima,

especialmente nas tonalidades da cor vermelha. Alm desse fator h um efeito

nas propriedades reolgicas do sistema "tagu + gua" que influi

significativamente na plasticidade das massas e, portanto no processo de

conformao das peas [23]. O mdulo de resistncia flexo depende da

distribuio granulomtrica e da composio mineralgica da argila [21].

FIGURA 30. Difratograma de raios-X da amostra de tagu in natura.

1400

1200

1000

800

600

400

200 > 8 CO

0 0 10

I ra

O

Tagu - 950 C

O

3

8 CD

O TO O

20 30 40 50 2T

60 70: 80 90 100

FIGURA 31. Difratograma de raios-X da amostra de tagu queimado a 950 C.

N3 O O

O O

O) O O

00 O O

O O o

o c ? w K)

D

s CQ

3 Q. CD

o' w t X Q. 0) Q} 3 o (f % cu Q.

sr (O c

X! c D 3' Q} Q. O

0)

O cn o

o

O

O

OJ O

O

cn H o

cn o

o

co o

CD O

O O

Quartzo

Quartzo

Cristobalita

Mulita

Quartzo

Quartzo

Quartzo

Quartzo

Quartzo

Quartzo

&) c

o cn o o

o

V9

55

TABELA 06. Composio qumica do resduo de PRFV.

Principais componentes Unidade Composio

Principais componentes Unidade Composio

C % 83,73 Sr ppm 123 Si % 5,88 P ppm 108 Ca % 7,33 S ppm 73 Al % 1,22 Mn ppm 39 B % 0,88 Zr ppm 37

Mg % 0,59 Zn ppm 38 K % 0,11 Ni ppm 19

Fe ppm 1068 As ppm 11 Na ppm 414 Rb ppm 10 Ti ppm 260 Pb ppm 15 Cl ppm 195 Cu ppm 15 Co ppm 135 Cr ppm 40

A presena de grande nmero de elementos na composio do residuo

deve-se sua prpria constituio, seja da resina ou das fibras de vidro, e

tambm aos contaminantes do processo de fabricao das peas em PRFV e da

produo do material particulado.

5.2. Composio do resduo

Na calcinao verificou-se que a constituio do material de 83 % de

resina de polister e 17 % de fibras de vidro; isento de cargas minerais. Na

queima da resina ocorreu a gerao de grande quantidade de fumaa e fuligem.

Deve-se observar que caso haja retardante de chama incorporado na

composio da resina, a produo de fumaa pode ser mais intensa. No caso de

materiais plsticos contendo monmeros aromticos, como por exemplo o

estireno, a gerao de fumaa mais significativa do que para outros polmeros,

tais como polietileno e polipropileno [19]

A composio do resduo de PRFV depende do tipo de processo de

fabricao do qual o mesmo provm, seja ele de molde aberto ou fechado. Neste

caso, o resduo originrio de um processo de molde aberto e por isso, via de

regra, apresenta maior frao de resina do que em processos de molde fechado.

A composio qumica do resduo de PRFV, determinada por

espectroscopia de fluorescncia de raios-X, encontra-se na TAB. 06.

56

\ I M H ) I 1 I I 1 l r ^ M l I i I I h FIGURA 33. Morfologa das partculas resultantes da moagem do resduo de

PRFV, observada em microscpio eletrnico de varredura.

Na porcentagem em que os elementos boro e aluminio se apresentam

h o indicativo de que estes so essencialmente provenientes da composio das

fibras de vidro do tipo E (alumino-boro-silicato) e, portanto possvel predizer o

seu comportamento frente temperatura a que sero submetidas por ocasio da

queima da argila. A temperatura de fuso para esse tipo de fibra em torno de

870 C. Outros elementos que provavelmente fazem parte da composio das

fibras de vidro so: silcio, clcio, magnesio e potssio.

A presena de cobalto na composio do residuo deve-se ao

acelerador de cobalto utilizado na catalise da resina de polister insaturado.

Acredta-se que a maioria dos elementos fica retida na matriz aps a queima da

cermica vermelha.

Durante o processo de moagem foram retiradas amostras em

intervalos de 1 hora, verificando-se que depois de 1 e 2 horas o material

apresentava grande quantidade de "grossos", porm de 3 para 4 horas no

apresentou nenhuma variao visvel na reduo do tamanho das partculas.

Na FIG. 33 possvel verificar a falta de uniformidade do tamanho e

forma das partculas obtidas na moagem dos resduos de PRFV, nela a resina

apresenta-se em forma de placas e as fibras de vidro em forma de bastonetes.

57

O fato pode ser confirmado pela curva de distribuio de tamanho de

partculas obtida em analisador de tamanho de partculas por espalhamento a

laser, para o PRFV moido por 4 horas, encontrando-se 4 modas principais: x, y, z

ew(FIG. 34).

1CX)

80

= 60,

O >

i E O 5

I O

40. .

2o:_ _

0. 0 0 4

F- -

in volume / passante 1 1 i I

I i

I i

0.1 1.0 1 0 0

X ( Dimetros ) / mu

! r;

.4 A

1'-

100.0

o

(O V o 5 ir cr

500 0

FIGURA 34. Curva de distribuio de tamanho de partculas obtida em analisador

de tamanho de partculas por espalhamento a laser, para o PRFV modo por

4 horas.

A primeira moda, chamada x, mostra uma pequena frao de finos,

enquanto as demais, y, z e w, representam uma frao predominante de grossos,

o que indica a heteregeneidade do tamanho de partculas que compem o

resduo.

Foram obtidos tamanhos variados de fibras de vidro, por isso

acredita-se que nestes esteja includa a frao de fibras respirveis, sendo estas

definidas como: "partculas em suspenso, transportveis pelo ar, com dimetro

58

TABELA 07. Caractersticas fsicas e mecnicas dos corpos de prova a verde

(secosa 110C).

Caractersticas "Branco" PRFV (%)

Caractersticas "Branco" t 10 20

Agua de amassamento manual (%)

10,0 0,5 10,0 0,5 10,0 0,5 10,0 0,5

Retrao linear de secagem (%)

0,9 0,06 0,5 0,09 0,5 0,07 0,4 0,07

Tenso de resistncia flexo (MPa)

5,0 0,2 3,5 0,4 3,6 0,6 2,8 0,7

Cor Marrom Marrom Marrom Marrom

Os corpos de prova secos a 110 C apresentaram cor marrom, a qual

caracterstica da argila. A reduo na retrao linear de secagem deveu-se ao

fato do volume do resduo ser significativamente maior do que o da argila, para

uma mesma poro em massa, alm deste ter caracterstica hidrfoba.

Os valores limites especificados para a resistncia flexo de corpos

de prova a verde esto apresentados na TAB. 08.

de 3 um ou menos, comprimentos de 5 |um ou mais e, relao comprimento:

largura de 5:1" [39]. Quando o material particulado manipulado levanta-se uma

poeira (partculas em suspenso transportveis pelo ar, formadas por poeiras

"incomodas", incluindo-se aquelas de tamanho no respirvel),

devendo-se sempre atentar para o uso de mscara adequada contra p.

5.3. Matriz de cermica vermelha

As caractersticas dos corpos de prova, secos a 110 C, so

apresentados na TAB. 07; os valores so referentes mdia aritmtica de

determinaes em dez corpos de prova, por concentrao de resduo. Na massa

de prensagem a resina representa cerca de 4, 8 e 16 % da massa cermica total,

nas composies com 5, 10 e 20 % de PRFV, respectivamente.

59

TABELA 08. Especificao para resistncia flexo do corpo a verde de argilas

para cermica vermelha [40].

Tenso de ruptura da Massa cermica massa seca a 110 C, em

MPa (mnimo)

Para tijolos de alvenaria 1,5

Para tijolos furados 2,5

Para telhas 3,0

De acordo com os valores mnimos exigidos para tijolos de alvenaria,

tijolos furados e telhas os resultados obtidos para O, 5 e 10 % de resduo esto

acima do especificado, e, portanto, atendem a resistncia necessria ao

manuseio. Os resultados para corpos de prova com 20 % de resduo atendem as

exigncias para tijolos de alvenaria e tijolos furados, apresentando valor crtico

para telhas.

Na TAB. 09 so apresentados os resultados dos ensaios de perda ao

fogo (PF), absoro de gua (AA), retrao linear total (RL), porosidade aparente

(PA), massa especfica aparente (MEA) e tenso de resistncia flexo (TRF) a

que foram submetidos os corpos de prova queimados a 950 C e a 1050 C. Os

valores so referentes mdia aritmtica de determinaes em dez corpos de

prova, por concentrao de resduo.

TABELA 09. Caractersticas cermicas dos corpos de prova aps queima a

950 Cea 1050 C.

Resduo PRFV (%)

RL (%)

TRF (MPa)

AA (%)

PA (%)

MEA (g/cm^)

PF (%)

CD CD O E | g

0 3,8 0,9 28,0 2,0 8,2 0,6 17,0 2,0 2,10 0,20 8,30 0,70 CD CD O E | g

5 4,7 0,2 19,0 1,0 8,7 0,5 17,8 0,9 2,04 0,04 11,70 0,04 CD CD O E | g 10 4,9 0,5 12,0 2,0 18,0 1,0 33,0 2,0 1,80 0,05 15,40 0,40

CD CD O E | g

20 3,9 0,4 4,2 0,6 28,9 0,8 42,9 0,8 1,52 0,02 22,40 0,10

0 10,3 0,1 28 1 1,1 0,2 2,8 0,5 2,59 0,01 7,13 0.05

st 5 10.3 0.1 25 2 1.60.1 8.0 1.0 2.33 0.02 11.35 0.03 :3 o 10 10.8 0.3 24 2 7.3 0.3 15.9 0.5 2.19 0.01 15.10 0.03 O 20 10.4 0.4 121 17.0 0.7 32.0 2.0 1.83 0.05 22.60 0.10

60

TABELA 10. Especificao de argilas para cermica vermelha [40].

Massa cermica Tenso de ruptura da

massa aps queima, em MPa (mnimo)

Absoro de gua mxima (%)

Para tijolos de alvenaria 2,0 -Para tijolos furados 5,5 25

Para telhas 6,5 20

Quanto absoro de gua dos corpos de prova queimados a 950 C

observa-se que para porcentagens de O, 5 e 10 % de resduos, exceto para 20 %,

os resultados atendem as especificaes para telhas e tijolos furados (FIG. 35).

: n W l . t S A C N f i C G K H OE E N E R G I A N U C L E A R / S P H-rj

Na queima a 950 C observa-se um aumento na retrao linear at

10 % de residuo, acima deste valor h uma reduo da contrao devido

presena de grande quantidade de vazios deixada pela queima da resina, contida

em maior proporo. Conseqentemente, verifica-se o aumento da absoro de

gua, porosidade aparente e da perda ao fogo e, uma reduo na massa

especfica aparente. A tenso de resistncia flexo dos corpos de prova cai

significativamente com a adio do resduo, devido ao aumento da porosidade

causada pela queima da resina. Para o teor de 5 % de PRFV o aumento da

absoro de gua e porosidade aparente pequeno, porm, sofre uma queda na

tenso de resistncia flexo de aproximadamente 24 %.

As especificaes para resistncia flexo e absoro de gua,

determinados para corpos de prova queimados, referentes a tijolos de alvenaria,

tijolos furados e telhas, esto na TAB. 10.

61

T. Furados

Telhas

0%

5%

1 0%

2 0%

10 15 20 % de absoro

25 30

FIGURA 35. Comparativo dos resultados de absoro de gua dos corpos de

prova queimados a 950 C com os valores especificados para telhas e tijolos

furados.

Os valores de mdulo de resistncia flexo dos corpos de prova

queimados a 950 C, para os teores de O, 5 e 10 % de resduo, esto acima das

especificaes para telhas, tijolos furados e de alvenaria. Para 20 % de resduo

incorporado os resultados atendem apenas a especificao para tijolos de

alvenaria (FIG. 36).

1 o 1 5 20 M P a

25 30

FIGURA 36. Comparativo dos resultados de tenso de resistncia flexo dos

corpos de prova queimados a 950 C com os valores especificados para telhas,

62

tijolos furados e tijolos de alvenaria.

A partir da anlise dos resultados dos corpos de prova queimados a

950 C verifica-se que para os teores de 5 e 10 % de residuo incorporado em

cermica vermelha sua aplicao pode estender-se a telhas, tijolos furados e de

alvenaria. Enquanto que para 20 % seu uso se restringe a tijolos de alvenaria,

visto que no h especificao para mxima absoro de gua e atende a

resistncia mnima exigida para essa aplicao.

No caso dos corpos de prova queimados a 1050 C verifica-se que

ocorreu uma maior densificaao dos corpos cermicos, observando-se a

diminuio da porosidade e absoro aparentes. A queda na tenso de

resistncia flexo da srie com 5 % de PRFV, comparada ao "branco" foi de

aproximadamente 9,6 %, menor que a dos correspondentes queimados a 950 C.

Os corpos de prova com porcentagens de O, 5, 10 e 20 % de resduo

queimados a 1050 C apresentaram resultados, tanto de absoro de gua como

de resistncia flexo, que atendem as especificaes para telhas, tijolos furados

e de alvenaria (FIG. 37 e 38).

10 15 20

% de absoro

25 30

FIGURA 37. Comparativo dos resultados de absoro de gua dos corpos de

prova queimados a 1050 C com os valores especificados para telhas e tijolos

furados.

63

T e l h a s

T . F u r a d o s

T. a lvenar ia | I

0% h 5% C

1 0 % c 20/

3 r

10 15

M P a

20 25 30

FIGURA 38. Comparativo dos resultados de tenso de resistncia flexo dos

corpos de prova queimados a 1050 C com os valores especificados para telhas,

tijolos furados e tijolos de alvenaria.

Com os resultados obtidos pode-se ainda verificar o potencial de uso

do resduo em revestimentos cermicos. Na TAB. 11 encontra-se a especificao

para a classificao dos grupos de absoro de gua em funo dos mtodos de

fabricao, conforme as normas NBR 13817 e NBR 13818. Para tal, deve-se usar

um cdigo constitudo pelo mtodo de fabricao A, B ou C, acrescido do grupo

de absoro I, II ou III, utilizando subgrupos a ou b.

TABELA 11. Codificao dos grupos de absoro de gua em funo dos

mtodos de fabricao [41].

Absoro de gua (%)

Mtodos de fabricao Absoro de gua

(%) Extruso (A)

Prensagem (B)

Outros (C)

Abs < 0,5 Al

Bla Cl

0,5 < Abs < 3,0 Al

BIb Cl

3,0 < Abs < 6,0 Alia Blla cila

6,0 < Abs < 10,0 Allb Bllb Cllb

Abs> 10 Alll Blll c m

64

A tenso de resistncia flexo mnima, estabelecida pela norma NBR

13818, de 18 MPa para grupos de Ia a llb, e mxima de 12 MPa para o grupo

ll.

Segundo as normas para revestimentos cermicos, os produtos da

queima a 950 C e a 1050 C foram classificados de acordo com a codificao

dos grupos de absoro de gua em funo dos mtodos de fabricao, como

segue na TAB. 12, tendo em vista que a prensagem foi o mtodo de fabricao

empregado para todos os corpos de prova.

TABELA 12. Classificao dos corpos cermicos de acordo com a codificao dos

grupos de absoro de gua em funo do mtodo de fabricao B.

% PRFV % PRFV Classificao (950 "C) (1050 "C)

0 5 10 20 0 5 10 20

Bla BIb X X

Blla

Bllb X X X Blll X X X

Para a srie queimada a 950 C, o "branco" enquadra-se no grupo

BIIB, porm os corpos de prova com 5 % de PRFV, apesar de serem classificados

como BIIB, segundo a norma NBR 13817 [41], no atende exigncia quanto

tenso de resistncia flexo, desta forma pode ser classificado como Blll, assim

como as demais sries com 10 e 20 % de PRFV. Ao queimar na temperatura de

1050 C o "branco" enquadra-se no grupo BIb, a srie com 5 % de PRFV no Blla,

a com 10 % de PRFV no Bllb e a com 20 % de PRFV no Blll. Todos apresentam

valores dentro dos limites de tenso de resistncia flexo estabelecidos na

norma.

Para aplicao efetiva em revestimentos cermicos devem ser

avaliados outros requisitos, tais como abrasividade e resistncia qumica.

Os materiais cermicos apresentam uma srie de defeitos que podem

atuar como elementos concentradores de tenso e que determinam os pontos

65

onde se inicia a fratura do produto. A resistencia mecnica de um material

cermico depende de sua microestrutura e da distribuio e tamanho dos defeitos

presentes. Como esta distribuio quase sempre aleatoria, a resistencia

avaliada experimentalmente apresenta uma disperso. Para obter a resistncia

mecnica experimentalmente no suficiente apresentar somente o valor mdio,

necessrio levar em considerao a disperso dos resultados.

Quantitativamente esta disperso dos valores de resistncia mecnica pode ser

obtida por meio da distribuio de Weibull. O mdulo de Weibull "m" fornece um

indicativo da reprodutibilidade da resistncia mecnica do produto. Quanto maior

o mdulo de Weibull, menor a disperso dos valores de resistncia mecnica

[43].

A equao linear de Weibull que relaciona a probabilidade de

sobrevivncia de uma pea, com o esforo a que est submetida :

ln(ln(1/1-S)) = In V - m In ao + m In TRF (14)

S = n /N + 1, (15)

onde: S - probabilidade de sobrevivncia; V - volume; ao - parmetro de ajuste

da equao, TRF