Atualmente, consomem-se cerca de 15 milhões de t de borracha por ano no mundo, sendo 1/3 de borracha natural e 2/3 de sintética



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Anais do 45º Congresso Brasileiro de Cerâmica 200030

30 de maio a 2 de junho de 2001 - Florianópolis – SC



Desempenho mecânico de compósitos pela incorporação de pó de borracha em matriz de cimento.


Autores: C.A. Pinto (1); M.M.G.R. Vianna (2); L.T. Hamassaki (3); V. de F.J. Kozievitch (4); P.M. Büchler (5); F.R. Valenzuela Diaz (4).


  1. Aluna de mestrado da Universidade de São Paulo, Escola Politécnica, Departamento de Engenharia Química. Caixa Postal 61.548 CEP 05424-970. São Paulo, SP. Bolsista CNPq; e-mail: capinto@usp.br

  2. Aluna de mestrado da Universidade de São Paulo, Escola Politécnica, Departamento de Engenharia Química.

  3. Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de S. Paulo S.A., Divisão de Engenharia Civil, Cidade Universitária, CEP 05508-901, São Paulo, S. P., Brasil

  4. Laboratório de Matérias-Primas Particuladas e Sólidos Não-Metálicos –LMPSol– do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.

  5. Departamento de Engenharia Química da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.


Resumo



O processo de estabilização por solidificação, tem grande aplicação no tratamento de resíduos sólidos industriais. Este tratamento consiste na formação de um bloco sólido de cimento contendo o resíduo, e em seguida disposto em aterro industrial. Neste trabalho foram conformados corpos de prova contendo cimento Portland, água e pó de borracha. A borracha é proveniente do resíduo da indústria de pneus, que após a sua utilização gera quantidades enormes de material inutilizado e que não pode ser totalmente reaproveitado. Prepararam-se corpos de prova contendo de 5 a 30% de pó de borracha e uma variação de 30 a 80% de água, com relação ao cimento seco. Os resultados apresentaram resistência à compressão variando entre 6 e 32MPa, porosidade entre 19,0 e 22,8% e densidade entre 1,63 e 1,82×103kg/m3 . Concretos contendo pó de borracha possuem potencial de uso em blocos sólidos para estabilização de resíduos sólidos e na construção civil.
Palavras-chaves: borracha, cimento, solidificação, pneu.

1. Introdução

Atualmente, consomem-se cerca de 15 milhões de toneladas de borracha por ano no mundo, sendo 1/3 de borracha natural e 2/3 de sintética, sendo que as indústrias de transporte e automotiva são responsáveis pelo consumo de 2/3 do total de borracha sintética e natural, dos quais 90% são destinados aos pneumáticos e o restante a peças diversas dos veículos: mangueiras, molduras de portas e janelas, tapetes, buchas antivibratórias etc. O faturamento mundial gira em torno de US$ 70 bilhões para os fabricantes de pneumáticos (1).

O pneu é composto de um aro de aço e a banda de rodagem, que constitui-se basicamente de carbono (83%), hidrogênio (7%), oxigênio ( 2,5%), enxofre (0,3%) e cinzas (6%)(2). A participação de borrachas em pneus varia entre 50% e 70% do seu peso total, basicamente dependendo do tipo (passeio ou carga).

O Brasil produziu em 1998, 38 milhões de pneus, sendo que 32% foram exportados. O restante, 26,3 milhões ficaram no Brasil, tendo uma vida útil média de 2 anos. A esse número somam-se mais 14 milhões de pneus novos, recauchutados ou usados, importados em 1998.

Estima-se que haja mais de 100 milhões de pneus inservíveis abandonados no Brasil e cerca de 45 milhões deles são jogados no lixo por ano. Define-se como pneus inservíveis, aqueles que não mais se prestam ao processo de reforma que permitam a condição de rodagem adicional.

De acordo com a Resolução nº 258/99 do CONAMA (3) (Conselho Nacional do Meio Ambiente), os pneus inservíveis deverão ser coletados pelos fabricantes e apresentarem uma destinação final que atenda a legislação ambiental em vigor, de acordo com o cronograma que se encontra na Tabela I:


Tabela I – Cronograma dos prazos e quantidades de pneus para coleta e destinação final, de acordo com o CONAMA à partir de 2002.

Mês/Ano

Pneu fabricado ou importado

Pneus inservíveis a terem destinação final

01/2002

A cada 4*

1

01/2003

A cada 2

1

01/2004

A cada 1

1

01/2005

A cada 4

5

Mês/Ano

Pneu reformado importado

Pneus inservíveis a terem destinação final

01/2004

A cada 4

5

01/2005

A cada 3

4

*Em janeiro de 2002, para cada pneu novo fabricado ou importado, 1 pneu inservível deve ser coletado pelo fabricante e ter uma destinação final.
Atualmente, cerca de 10% da sucata gerada é reciclada para a obtenção de borracha regenerada. O pneu pode ser reciclado inteiro ou picado, tendo as seguintes aplicações (4):

  • Pavimentos para estradas

  • Contenção de erosão do solo – pneus inteiros associados a plantas de raízes, podem ser utilizados para ajudar na contenção da erosão do solo.

  • Combustível de forno para produção de cimento, cal, papel e celulose – o pneu apresenta poder calorífico superior ao do carvão.

  • Pisos Industriais, sola de sapato, tapetes de automóveis, tapetes para banheiros, borracha de vedação

  • Equipamentos para “playground”

  • Recauchutagem ou fabricação de novos pneus

  • Reprodução de animais marinhos – o pneu é utilizado como estruturas de recifes artificiais no mar para criar ambiente adequado para reprodução de animais marinhos.

Com o objetivo de dar um novo destino aos pneus inservíveis, propõe-se neste trabalho, a incorporação do pó de borracha em pastas de cimento. Foram realizados ensaios de resistência à compressão e de porosidade por serem propriedades importantes para aplicação na construção civil.

Realizou-se uma pesquisa em universidades nacionais e busca de artigos técnicos que estivessem relacionados a este assunto, como cimento e borracha; cimento e pneu; concreto e pneu, encontrando-se os seguintes trabalhos:

Um artigo publicado na Revista Pnews (1999) trata sobre algumas alternativas para a utilização de pneus inservíveis, como reciclagem, trituração para utilização em pavimentação e como gerador de energia (5).

Amirkhanian realizou uma pesquisa bibliográfica sobre reutilização de pneu em pavimentação (6).

Na busca de patentes, encontrou-se uma patente que apresenta uma forma de utilização de pneu juntamente com cimento e outros produtos em estradas, rampas e escadas em ruas (7).

2. Materiais e Métodos



2.1. Materiais utilizados:
2.1.1 - Cimento Portland: Foi utilizada uma amostra de cimento Portland comercial, Tipo II, utilizado em argamassa. Para a relação em massa de água/cimento de 0,5, o cimento apresenta valor de resistência à compressão, após 28 dias, de 33,2MPa e densidade aparente de 1,81g/cm3 (determinada com paquímetro e balança semi-analítica).

2.1.2 - Pó de borracha: Obtido a partir de pneu moído com partículas com diâmetro médio aproximado de 0,40 mm e fração retida de 90% em malha ABNT 70, com abertura de 0,210mm.

2.1.3 - Borracha com granulometria fina média: Obtida a partir do pneu triturado na indústria com partículas com diâmetro médio de 1,00 mm e fração retida de 95% em malha ABNT 30, com abertura de 0,595mm.

2.1.4 - Água destilada.
2.2. Métodos
Foram analisadas neste trabalho, as variações existentes nos compósitos formados a partir do sistema cimento-água-borracha com relação à resistência à compressão e à porosidade. Determinou-se também a densidade aparente.

Estudou-se preliminarmente, a massa de pó de borracha e água a ser utilizada nos corpos de prova, preparando-se 9 formulações contendo de 10 a 30% (p/p) de pó de borracha com relação ao cimento seco. Foram ensaiados 5 corpos de prova, com aproximadamente 50g cada, que resistiram ao impacto de uma queda livre de 12,5m sem apresentar fraturas ou fissuras. A trabalhabilidade de cada formulação foi avaliada de forma que a massa misturada manualmente fosse homogênea. A formulação com melhor desempenho (apresentou boa trabalhabilidade associada com baixa densidade) foi usada como base para a elaboração de outras formulações, descritas na Tabela II.


Tabela II – Formulações utilizadas nos ensaios de desempenho mecânico para o sistema aglomerante, água borracha (em pó e granulado).

Formulação

Matérias-primas


A

Cimento Portland


66% Água*

25% Pó de borracha granulometria fina, fração retida de 90% em malha ABNT 70



B

Cimento Portland


50% Água

10% Pó de borracha granulometria fina , fração retida de 90% em malha ABNT 70



C

Cimento Portland


40% Água

10% Pó de borracha granulometria fina , fração retida de 90% em malha ABNT 70



D

Cimento Portland


40% Água

5% Pó de borracha granulometria fina , fração retida de 90% em malha ABNT 70



E

Cimento Portland


40% Água

10% Borracha granulometria fina média, fração retida de 95% em malha ABNT 30



* As porcentagens utilizadas são em relação a massa de cimento seco.
2.2.1 Resistência à compressão e densidade aparente
Efetuou-se a homogeneização em béquer das misturas de borracha particulada e cimento, com espátula, conformando-se 5 corpos de prova cilíndricos, por mistura, em moldes de aço de 10,0 cm de altura e 5,0 cm de diâmetro. Após 24 horas, na bancada do laboratório, os corpos de prova foram retirados dos moldes e permaneceram por 28 dias em câmara úmida a 22ºC e 99% de umidade. Após esse período, foram determinados os valores de densidade aparente (empregando-se um paquímetro e uma balança semi-analítica) e a resistência à compressão.

O ensaio de resistência à compressão foi realizado com base em norma ABNT(5)


2.2.2 Porosidade
Outros corpos de prova contendo cimento e a borracha foram preparados misturando-se estes componentes em béquer, ao qual adicionou-se a água, homogeneizando o sistema com espátula. Em seguida, foram colocados em copos de poliestireno e após 24 horas foram retirados dos moldes e colocados em câmara úmida por 7 dias. O ensaio de porosidade realizou-se em 3 etapas. Inicialmente pesou-se a amostra seca e colocou-se em um frasco com água à temperatura ambiente de forma que a amostra permanecesse completamente imersa. Após 24 horas, secou-se levemente a superfície da amostra e pesou-se, retornando à imersão. Repetiu-se o procedimento após 30 horas e como a variação da massa encontrava-se abaixo de 1%, considerou-se esta primeira etapa concluída, ou seja, houve a saturação da amostra em água, tendo-se determinada a massa da amostra saturada (Msat). Na segunda etapa a amostra foi colocada em estufa a 60ºC para sua secagem e após 96 e 120 horas foi pesada até não obter variação da massa acima de 1%, obtendo a massa da amostra seca em estufa (Ms). Com as massas coletadas, pode-se obter a absorção de água. De acordo com a Norma NBR-9778/87(6) , a porosidade de um corpo de prova pode ser representada através da determinação da absorção de água:
(A)
onde:

Ms – massa da amostra seca em estufa

Msat – massa da amostra saturada de água

3. Resultados e Discussões

Os resultados obtidos nos ensaios realizados foram.


Tabela III – Valores de densidade aparente, porosidade e resistência à compressão, obtidos para os compósitos de cimento Portland com borracha em pó e compósitos


Formulação

Densidade aparente (103kg/m3)

Porosidade ( %)

Resistência à compressão (MPa)


A

não determinada

Não determinada

6,08

B

1,63

Não determinada

9,7

C

1,76

19,11

23,94

D

1,82

21,42

32,1

E

1,78

22,84

17,5

Para a densidade aparente constatou-se que o aumento da quantidade de borracha adicionada diminuiu em 3,5% a densidade (analisando-se as formulações C e D), e que o tamanho da borracha não influencia a densidade (comparando-se C e E). Comparando-se com uma formulação contendo cimento puro e água, cujo valor encontra-se por volta de 1,81103kg/m3, a formulação B apresentou uma diminuição de 10% com relação a densidade. Assim, esta formulação teve a menor e portanto a melhor densidade aparente, que por ser mais leve, facilita o transporte e a estocagem.

Analisando-se os resultados da porosidade da tabela acima, verifica-se que não houve grandes variações quanto ao seu valor, mas concluiu-se que a diminuição na quantidade de borracha adicionada aumentou a porosidade em 11% (comparando-se as formulações C e D). Por sua vez, o aumento do tamanho da partícula da borracha aumentou a porosidade em 20% (comparando-se as formulações C e E). Em relação a argamassa comum, a porosidade pode variar entre 15 e 25%, o que mostra que todos os resultados obtidos encontram-se dentro da variação utilizada na construção civil.

As formulações com melhores resultados de resistência à compressão foram aquelas que continham 5 e 10% de pó de borracha. Com relação a formulação E houve uma diminuição em 27% da resistência à compressão, comparada a formulação C. A resistência à compressão do cimento puro com água, apresenta uma resistência à compressão por volta de 33MPa o que mostra que a presença de 5% de pó de borracha, não interfere significativamente em seu valor, como mostra a tabela acima.



4. Conclusões

Pelo trabalho realizado, conclui-se que se pode incorporar cerca de 5% de pó de borracha, em relação ao cimento seco, em pastas de cimento Portland, contendo uma relação água/cimento de 0,5, sem diminuir significativamente os valores de resistência à compressão e de densidade com relação ao cimento puro. Com relação aos valores de porosidade desses compósitos, os mesmos permaneceram dentro do limite usual, ou seja, dentro dos padrões utilizados na Engenharia Civil.

A quantidade de água nas formulações pode alterar significativamente a resistência à compressão assim como os valores de densidade. Quanto maior a quantidade de água utilizada, menores são a resistência à compressão e densidade.

A granulometria do pó de borracha pode influenciar nos valores da resistência à compressão. O aumento na granulometria empregada, reduziu a resistência à compressão.




AGRADECIMENTOS


Nossos agradecimentos ao Projeto Temático FAPESP nº  1995/0544-0 e ao CNPq pelo apoio financeiro.

5. REFERÊNCIAS BibliogrÁfiCaS





  1. R.S.P. Montenegro, S.S.K. Pan, Panorama do setor de borrachas. BNDES, Rio de Janeiro, endereço:www.bndes.gov.br, 1997.




  1. H. F. Lund - The McGraw Hill Recycling Handbook. New York, McGraw Hill Book Company; 1993.




  1. Ministério do Meio Ambiente. Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA. Resolução nº258 de 26 de agosto de 1999.




  1. J. Carvalho, Ficha técnica do PCC – USP, 2000. Endereço: www.reciclagem.pcc.usp.br/pneus.htm.




  1. Revista Pnews. Recapagem coloca os pneus usados dentro da lei. Vol. 24 – outubro/1999,




  1. S.N. Amirkhanian, Utilization of scrap tires in flexible pavements – review of technology – Congresso: Proceedings of the Symposium on A Critical Look at the Use of Waste Materials in Hot-mix Asphalt, 1993.




  1. J.K. Hicks, R.R. Nicholson, J.O. Winchester. A dry mixture for subsequent mixing with water to form a cement structure with improved skid resistance and flexural toughness, useful for pavements, roads, steps, ramps, etc. Patente nºW09908976-A1.




  1. Norma ABNT NBR-7215 – Cimento Portland - Determinação da resistência à compressão, Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, 1996.






  1. Norma ABNT-NBR-9778 – Argamassa e concreto endurecidos - Determinação da absorção de água por imersão – Índice de vazios e massa específica, Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, 1987.

Mechanical performance of composites by incorporation of rubber dust into cement matrix.



ABSTRAcT

Stabilization/solidification process has broad application in industrials hazardous solid wastes treatment. This treatment consists in the formation of a solid cement block containing the waste and can be next stored into an industrial landfill. Samples were molded with Portland cement, water and rubber dust. The rubber dust comes from wastes of tire industry, which after its utilization, generates quantities of material to discharged and can’t be reused totally. Samples were prepared containing 10 at 30% of rubber dust and a range of 30 at 80% of water, with respect to dry cement. The samples showed an excellent impact resistance. The results obtained for compressive strength had a range of 6 at 32MPa, porosity 19,0 and 22,8% and density with a range of 1,63 at 1,82103kg/m3. Concrete samples containing rubber dust has potential use in solids blocks to stabilization/solidification of solids wastes.




Key-words: rubber, cement, solidification, tire.




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