DISSERTAÇÃO DE MESTRADO OBTIDA POR Tânia Partala PROPRIEDADES DE CONCRETOS PRODUZIDOS COM REJEITO PARTICULADO DE BORRACHA EM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO AGREGADO MIÚDO

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E

ENGENHARIA DE MATERIAIS – PGCEM

Formação: Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO OBTIDA POR Tânia Partala

PROPRIEDADES DE CONCRETOS PRODUZIDOS COM REJEITO PARTICULADO DE BORRACHA EM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO AGREGADO MIÚDO

Apresentada em 03/11/2009. Perante a Banca Examinadora:

Dr. Sivaldo Leite Correia – Presidente (UDESC/CCT) Dr. Dachamir Hotza – (UFSC)

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA

E ENGENHARIA DE MATERIAIS – PGCEM

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Mestranda: TÂNIA PARTALA – Química Industrial Orientador: Prof. Dr. SIVALDO LEITE CORREIA

CCT/UDESC – JOINVILLE

Co-orientadora – Profª Dra. NOELI SELLIN

UNIVERSIDADE DA REGIÃO DE JOINVILLE – UNIVILLE

PROPRIEDADES DE CONCRETOS PRODUZIDOS COM REJEITO PARTICULADO DE BORRACHA EM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO AGREGADO MIÚDO

DISSERTAÇÃO APRESENTADA PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS DA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA

CATARINA, CENTRO DE CIÊNCIAS

TECNOLÓGICAS – CCT, ORIENTADA PELO PROF. DR. SIVALDO LEITE CORREIA.

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“PROPRIEDADES DE CONCRETOS PRODUZIDOS COM REJEITO PARTICULADO DE BORRACHA EM SUSBSTITUIÇÃO PARCIAL DO AGREGADO MIÚDO ”

por

TÂNIA PARTALA

Esta dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de

MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

área de concentração em “Cerâmica”, e aprovada em sua forma final pelo

CURSO DE MESTRADO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA.

Banca Examinadora:

Joinville, 03 de novembro de 2009.

Dr. Sivaldo Leite Correia

CCT/UDESC (presidente/orientador)

Dra. Noeli Sellin UNIVILLE

Dr. Dachamir Hotza UFSC

Dr. Enori Gemelli CCT/UDESC

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AGRADECIMENTOS

À Deus por tornar tudo possível.

Minha gratidão aos meus pais pela minha vida e minha educação.

Ao Centro de Ciência Tecnológicas, ao Departamento de Engenharia Civil e ao Departamento de Engenharia Mecânica, pela infra-estrutura oferecida.

Ao CAPES pela bolsa de estudos concedida durante o mestrado.

Ao Professor Dr. Sivaldo Leite Correia pela confiança, disponibilidade e orientação competente no trabalho.

À Professora Dra. Noeli Sellin por disponibilizar seu tempo e atenção.

A todos os professores do Mestrado em Ciências e Engenharia dos Materiais da Universidade Estadual de Santa Catarina, pela amizade e compreensão durante todo o curso. Pelos ensinamentos transmitidos com dedicação e profissionalismo, que contribuíram imensamente para o meu crescimento profissional e pessoal.

À NSO borrachas pela doação dos rejeitos particulados de borracha.

Um especial agradecimento a Professora Ligia Vieira Maia Siqueira pela valiosa contribuição no desenvolvimento deste trabalho, disposição, esclarecimentos, sugestões, paciência e simpatia constante.

À equipe do Laboratório de Materiais de Construção, pela colaboração, acolhimento e boa vontade.

Aos funcionários do PGCEM, sempre dispostos a ajudar.

Aos meus familiares por todo amor, carinho, compreensão e incentivo para que chegasse até aqui e força para que eu nunca desista de continuar.

Um obrigado carinhoso aos amigos que conheci e convivi durante o mestrado, dividindo dificuldades e alegrias. Por todo companheirismo, amizade, momentos de descontração e estudos.

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FICHA CATALOGRÁFICA

NOME: PARTALA, Tânia DATA DEFESA: 03/11/2009 LOCAL: Joinville, CCT/UDESC

NÍVEL: Mestrado Número de ordem: 108 – CCT/UDESC FORMAÇÃO: Ciência e Engenharia de Materiais

ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: Cerâmica

TÍTULO: Propriedades de concretos produzidos com rejeito particulado de borracha em substituição parcial do agregado miúdo.

PALAVRAS - CHAVE: Concretos; Resíduos de Borracha; Análise de Variância; Propriedades Mecânicas; Microestruturas.

NÚMERO DE PÁGINAS: 97 p.

CENTRO/UNIVERSIDADE: Centro de Ciências Tecnológicas da UDESC PROGRAMA: Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM CADASTRO CAPES: 41002016001P-9

ORIENTADOR: Dr. Sivaldo Leite Correia

PRESIDENTE DA BANCA: Dr. Sivaldo Leite Correia

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SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS... IX LISTA DE TABELAS... XI RESUMO...XII ABSTRACT ...XIII

1. INTRODUÇÃO ... 14

1.1. OBJETIVO GERAL... 15

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS... 16

2. REVISÃO DA LITERATURA ... 17

2.1. CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND... 17

2.2. COMPONENTES DA ESTRUTURA DO CONCRETO... 18

2.2.1. Cimento Portland... 18

a. Hidratação do cimento... 20

b. Hidratação dos aluminatos ... 21

c. Hidratação dos silicatos... 22

2.2.2. Agregados... 22

2.2.3. Zona de transição... 24

2.3. CONDIÇÕES DE CURA... 26

2.4. DOSAGEM DO CONCRETO... 27

2.5. CONSIDERAÇÕES DE TRABALHABILIDADE E RESISTÊNCIA... 28

2.5.1. Trabalhabilidade ... 28

2.5.2. Resistência à compressão ... 28

2.6. PANORAMA DO SETOR DE BORRACHAS... 30

2.7. RESÍDUOS DE BORRACHA... 33

2.8. ASPECTOS GERAIS DA RECICLAGEM... 34

2.9. RECICLAGEM NA CONSTRUÇÃO CIVIL... 34

2.10. ADIÇÃO DE BORRACHA EM MATERIAIS CIMENTÍCIOS... 35

2.11. ANÁLISE DE VARIÂNCIA... 44

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2.11.2. Coeficiente de determinação ... 47

2.11.3. Adequação do modelo ... 48

3. MATERIAIS E MÉTODOS... 49

3.1. MATERIAIS... 49

3.2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL... 50

3.2.1. Caracterização das matérias-primas ... 50

a. Agregados naturais ... 50

b. Rejeitos Particulados de Borracha (RPB)... 50

c. Cimento Portland... 51

3.2.2. Produção dos concretos ... 51

a. Dosagem dos concretos ... 51

b. Confecção dos corpos-de-prova ... 54

3.2.3. Ensaios de laboratório no concreto no estado endurecido... 55

a. Resistência à compressão em 7, 28 e 90 dias de cura... 55

b. Absorção de água... 56

c. Massa específica ... 57

3.2.4. Caracterização microestrutural ... 57

3.2.5. Análise dos resultados ... 57

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 58

4.1. CARACTERIZAÇÃO DAS MATÉRIAS-PRIMAS... 58

4.1.1. Agregados... 58

a. Agregado miúdo ... 58

b. Agregados graúdos ... 60

4.1.2. Rejeito particulado de borracha (RPB)... 61

a. Distribuição granulométrica e massa específica... 61

b. Morfologia do RPB ... 62

c. Espectroscopia no infravermelho ... 63

d. Espectro de EDS... 64

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viii

4.2.1. Resistência à compressão (RC) ... 65

a. Resistência à compressão aos 7 dias (RC 7)... 66

b. Resistência à compressão aos 28 dias de cura (RC 28)... 70

c. Resistência à compressão aos 90 dias de cura (RC 90)... 72

4.2.2. Absorção de água e densidade aparente ... 74

a. Absorção de água (AA) dos concretos após 28 dias de cura... 74

b. Densidade aparente (DA) dos concretos após 28 dias de cura ... 77

4.3. CARACTERÍSTICAS MICROESTRUTURAIS... 78

4.3.1. Concreto sem a incorporação de RPB ... 79

4.3.2. Concreto com a incorporação de RPB... 81

5. CONCLUSÕES... 86

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Estrutura do concreto: agregado, zona de transição e matriz de pasta de cimento;

Micrografia mostrando as fases do cimento hidratado...17

Figura 2: Micrografia Eletrônica de Varredura de uma amostra fraturada de uma pasta de cimento Portland com 3 dias de idade...21

Figura 3: Micrografia eletrônica de varredura, de cristais de hidróxido de cálcio na zona de transição...25

Figura 4: Avaliação das suposições da ANOVA. (a) Gráfico de distribuição dos resíduos; (b) Gráfico de probabilidade normal...48

Figura 5: Aparência do Rejeito Particulado de Borracha (RPB) utilizado na pesquisa. ...50

Figura 6: Corpos-de-prova em imersão no tanque de cura...55

Figura 7: Corpos-de-prova prontos para o ensaio de resistência à compressão. ...56

Figura 8: Composição granulométrica da areia com os limites comumente utilizados. ...59

Figura 9: Micrografia mostrando a morfologia dos grãos da areia utilizada (a); a superfície de um grão de areia (b)...59

Figura 10: Composição granulométrica da brita zero mostrando a proximidade com o padrão comumente utilizado...60

Figura 11: Composição granulométrica da brita um mostrando que o material utilizado encontra-se dentro dos limites padronizados...60

Figura 12: Composição granulométrica do RPB mostrando o limite superior e inferior do tamanho de partículas. ...62

Figura 13: Micrografias mostrando a morfologia do RPB (a); porosidade do RPB (b)...63

Figura 14: Espectro no infravermelho para amostra de RPB. ...64

Figura 15: Espectro de EDS indicando os elementos químicos de maior concentração encontrados no RPB...65

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x

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LISTA DE TABELAS

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RESUMO

PARTALA, Tânia. Propriedades de concretos produzidos com rejeito particulado de borracha em substituição parcial do agregado miúdo. 2009. 95 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade do Estado de Santa Catarina. Programa de Pós - graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Joinville, 2009.

Este trabalho apresenta os resultados da investigação do uso de resíduos particulados de borracha (RPB) como substituinte parcial do agregado miúdo na produção de concretos. O resíduo foi proveniente do recorte de peças e peças com defeitos de fabricação, geradas durante as operações de moldagem, vulcanização e garantia da qualidade de uma indústria de borracha local. Por meio do método de dosagem proposto por Campiteli, foi possível definir os parâmetros de referência para a escolha dos níveis estudados. Foram preparados concretos usando RPB em níveis de 5%, 10% e 15% (em volume), em substituição ao agregado miúdo natural, com os níveis de relação água/cimento de 0,37, 0,45 e 0,55 (em massa), para diferentes traços de agregado/cimento. As misturas foram curadas por períodos de 7, 28 e 90 dias. As propriedades do concreto com RPB avaliadas foram: resistência à compressão após 7, 28 e 90 dias de cura, absorção de água e densidade aparente aos 28 dias de cura. A análise dos resultados foi feita usando ferramentas estatísticas, tais como, teste de hipóteses e análise de variância. Alguns resultados obtidos por meio da análise estatística foram confrontados com uma análise de microscopia eletrônica de varredura (MEV/EDS). A análise do ensaio de resistência a compressão mostrou que a adição de RPB diminui a resistência mecânica dos concretos em todas as idades de cura. A queda de resistência mecânica está relacionada com a microestrutura dos concretos, em conseqüência da maior porosidade na matriz cimentícia dos concretos com RPB, quando comparados aos concretos de referência. Foi possível obter concretos com resistência à compressão após 28 dias de cura de até 28 MPa, utilizando um fator água/cimento de 0,45 (em massa) e 15% em volume de RPB. Esses concretos podem ser usados na construção civil com função estrutural.

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ABSTRACT

PARTALA, Tânia. Properties of concretes containing waste vulcanized rubber scrap particles replacement of finer aggregate. 2009. 95 p. Dissertation (Master degree on Materials Science and Engineering) – State University of Santa Catarina. Science and Engineering Materials Master Program (PGCEM), Joinville, Santa Catarina, Brazil, 2009.

This work presents results from an investigation on the potential use of waste vulcanized rubber scrap (WRS) particles as aggregate in construction concretes. The waste rubber scrap used in this study was obtained from the local rubber manufacturing industry. In the preparation of concretes, the Brazilian Standard was followed to achieve the required amounts of natural aggregate and WRS. For the study, mechanical properties along their durability of concrete produced with recycled aggregate were investigated and the results presented. While experimenting with hardened, concrete mixtures were prepared using WRS as the replacement of natural fine aggregate at the level 5%, 10% and 15 vol. % with water/cement ratios of 0.37, 0.45 and 0.55 (weight). The mixtures have been cured for periods of 7, 28 and 90 days. The properties of hardened recycled aggregate concrete were examined: 7-day, 28-day and 90-day compressive strength, water absorption and bulk density were carried out in specimens cured for 28 days. The analysis of the results has been carried out using analysis of variance (ANOVA). Such statistical analysis is discussed against microstructures of some selected samples which were studied using SEM/EDX. Bulk density of concrete was far lower than that of normal crushed aggregate. Although the use of waste vulcanized rubber scrap particles as replacement for the usual natural river sand, a specified 28-day compressive strength (28 MPa) can still be achieved at water/cement of 0.45 and replacement content of 15 vol. %. SEM/EDX analysis results shown that a discontinuity can be observed in the rubber-matrix interface indicating poor adhesion between the rubber particle and the cement paste. In the light of these findings, reusing waste vulcanized rubber scrap particles as aggregates in concrete production is not only a viable solution to the problem of inadequate concrete aggregates but also may help solving a vital environmental issue.

Figure

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