Placas de Argamassa de Cimento e Pó de Serra

Placas de argamassa de cimento e pó de serra 

• No presente trabalho propõe-se uma forma econômica e pratica de produção de produtos, em forma de placas, com a utilização dos materiais conhecidos: pó de serra, cimento Portland e água 

Os métodos de ensaios e critérios de aceitação são os já existentes, normatizados e, dentro do passível, foram adaptados para a obtenção dos resultados de caracterização Estabeleceu-se procedimentos metodológicos que possibilitem a repetição dos resultados aqui apresentados.

• Os produtos em disponibilidade no mercado, que poderão servir de comparação para o produto alternativo obtido, são: placas de gesso, de cimento-amianto e de concretos !eves; placas aglomeradas de madeira ( constituídas de partículas de madeira e cola - resina sintética); placa do tipo sanduíche (cimento-amianto e laminas de madeira, cimento-amianto e isopor, madeira e isopor); tabuas de varias especies de madeiras maciças e/ou folheadas; outros.

Não considerou-se a participação dos elementos químicos, inibidores da pega do cimento Portland existente nas partículas de madeira, e não considerou-se também, o quinhão de resistência dos mesmos nas peças estudadas. Entendeu-se serem esses temas razões para pesquisas especificas posteriores. A resistência total foi atribuída a pasta que, uma vez endurecida, devera formar uma casca de espessura variável, penetrando e contornando as partículas já na sua máxima expansão A diferença entre as expansões e as retrações de volume unitário da pasta ( cimento e água) e do pó de serra (partículas de madeira) e água são bem diferentes, sendo as da pasta menor.

• A espessura da pasta envolvente das partículas sera função da relação cimento pó e das dimensões das partículas deste pó. A pasta, depois de endurecida, devera formar "casulos" interligados, com cascas higroscópicas de cimento endurecido, por onde passarão os gases e a umidade. As partículas do pó funcionarão como formas perdidas no interior destes casulos.

Assim, após o estabelecimento do regime de equilíbrio ambiental de umidade, temperatura e pressão, as partículas sólidas de madeira retrairão e, parte delas, resistente e bem ancorada na pasta endurecida, podem exercer, ao retrair, esforços nas cascas que a envolvem. Para tornar desprezível esse efeito, realizaram-se os ensaios de tração e compressão simples aos 14 dias, com as amostras ainda úmidas e com as partículas de madeira expandidas. Os resultados destes ensaios foram usados como referencial para o ensaio de flexão da placa.

• O pó de serra existe em quantidades variadas em todas as regiões do pais; e produzido, em maior ou menor volume, em todas as operações da industria da madeira: no beneficiamento (falquejamento, desdobramento e compensação da madeira); no processamento (utilização química ou físico-química da madeira como matéria prima) e na transformação da madeira para diversos fins ( tabuas, pranchas, caibros, vigas, tacos para assoalhos, etc.). 

Por razoes de ordem imperiosa, as matas nativas tendem a ser preservadas, de sorte que, para atender a demanda do consumo industrial, elas estão sendo substituídas por especies de arvores próprias para reflorestamento. Por outro lado, a crescente produção do pó de serra, resíduo da industrialização da madeira, exige pronta utilização, de forma que pesquisas voltadas ao seu aproveitamento industrial são sempre oportunas. 

• Aproveitando os conhecimentos já obtidos em pesquisas anteriores desenvolvidas pelo autor (Co tins Granai, 1991) com argamassa de pó de serra e aglomerantes aéreos e hidráulicos, procurou-se, nesta pesquisa, desenvolver um "produto novo" para o mercado da construção civil, ou seja, placas moduladas pre-moldadas de 2 x 50 x 50 em, confeccionadas com argamassa de pó de serra e aglomerante hidráulico. Este produto, por suas características de resistência mecânica a compressão e tração simples; arrancamento, deformação e deslocamento; resistência ao fogo; comportamento acústico e térmico; massa especifica e facilidade ao corte, da, aos Engenheiros e Arquitetos, maior opção de escolha, ao especificarem produtos para atenderem os ambientes construídos que necessitem de melhor conforto ambiental. 

Peças complementares serão posteriormente confeccionadas e ensaiadas com a finalidade de evitar o aparecimento de pontes térmicas, acústicas, higrotêrrnicas, etc, que possam prejudicar a qualidade do material obtido, assim como dar -lhe bom acabamento

• A palavra "compósito" (do latim "compositivos"), refere-se ao material constituído de vários componentes distintos cuja associas;ao confere ao conjunto propriedades que isoladamente não possuem Tal como usada em ciência dos materiais, a palavra compósito refere-se ao material obtido a partir de uma matriz reforçada com fibras naturais ou artificiais.

Pequenas alterações nas dimensões das fibras ou das partículas constituintes, nos tipos e quantidades de cimento empregados, no teor de umidade, etc, levam os compósitos a apresentarem diferentes resultados, quando ensaiados mecânica, física e quimicamente.

• Segundo BAUER (1987), o agregado e formado por mistura de grãos irregulares e de ampla gama de tamanhos. Para caracterizar um agregado é necessário conhecer quais são as parcelas constituídas de grãos de cada diâmetro, expressas em função da massa total do agregado. De acordo com PETRUCCI (1979), granulometria refere-se a composição granulométrica do agregado miúdo, expressa em porcentagem relativa dos diferentes tamanhos de grãos que se encontram constituindo o to do; tem ela uma grande influencia nas propriedades futuras das argamassas, sendo determinada por peneiramento, utilizando-se as peneiras padrão normatizadas para o agregado miúdo (# 0, 15; # 0,30; # 0,60; # 1,20; # 2,40; e # 4,80 mm) serie normal. 

Denomina-se diâmetro máximo do agregado a abertura da peneira em que ficar retida, acumuladamente, uma porcentagem igual ou imediatamente inferior a 5%. Denomina-se Modulo de Finura (MF) a soma das porcentagens retidas acumuladas nas diferentes peneiras dividida por 100, e diz respeito a composição granulométrica do material solto.

• Muitas pesquisas foram realizadas com o objetivo de obter compósitos usando-se fibras de naturezas diversas em argamassas e concretes, empregando como aglutinante resina sintética, resina sintética mais cimento Portland nos seus mais variados tipos, aglomerante hidráulico ( cimento Portland) em mistura com aglomerante aéreo (cal hidratada), etc. Em consequência das reações químicas do cimento, a resistência mecânica pode desenvolver-se em curto espaço de tempo (C,S) ou ao longo do tempo (C2 S), assim como, pelo resultado da carbonatação da cal em presença de dioxide de carbono do ar.

O briquete normalmente é produzido através da compactação mecânica de resíduos florestais, derivados da indústria moveleira e madeireira, como serragem, pó de serra e maravalha.

• Segundo SABBATINI (1986), a consistência das argamassas podem ser: seca, plastica e fluida. As consistências são determinadas pela película de pasta que rodeia os grãos de areia. Na argamassa seca a pasta só preenche os vazios entre os grãos, permanecendo estes em contato, o que se traduz por massas ásperas e pouco trabalháveis. Na argamassa plastica uma fina película de pasta "molha" a superfície dos grãos de areia atuando como lubrificante. Na argamassa fluida, as partículas de areia estão imersas na pasta, sem coesão interna e com tendencia a segregar - a argamassa se esparrama tal qual liquido.

As fibras e partículas usadas nas argamassas e concretos, por sua vez, podem ser representadas por fibras e partículas de metal ferroso ou não; por fibras minerais (amianto); por fibras sintéticas (polietileno) e por biomassa vegetal (fibras e partículas de madeira). 

• VALENZUELA (1989), relata que os compósitos de madeira com matriz cimento foram mencionados pela primeira vez em 1908. 0 grande desenvolvimento desses compósitos se deu após a Segunda Guerra Mundial Em 1960 existia este tipo de industria em mais de 28 países O autor relatou também, que o envolvimento das partículas ou fibras de madeira por um mineralizante deixou a lignina inerte frente ao cimento. Com o aumento da relação em peso água cimento, a temperatura máxima de hidratação do cimento diminui e o tempo para atingir essa temperatura máxima aumenta.

BERALDO (1994) afirmou que o compósito obtido a partir de produtos á base de cimento e partículas de madeira tomou-se de interesse comercial nos anos trinta, com a fabricação de painéis leves cujo ligante era cimento magnesiano Esses painéis eram conhecidos por "Excelsius" (USA) ou "Herakit" (Europa), sendo que, em meados dos anos 50, várias patentes foram depositadas pela sociedade ELMENDORF. Afirmou ainda que a maior parte das atuais industrias de painéis utiliza, ainda, os processes derivados dessas patentes (DINWOODIE e PAXTON, 1984). Afirmou também que o compósito biomassa vegetal-cimento, sendo a associação de um ligante mineral qualquer ( cimento Portland, cimento magnesiano, gesso, etc.) com granulado de origem vegetal, e, em certos casos, incorporando os mais diversos aditivos aceleradores de pega, cargas minerais, plastificantes, incorporadores de ar, etc., permite a obtenção de uma grande variedade de compósitos.

• Ainda segundo BERALDO (1994), a literatura não modifica a terminologia em função das diferentes formas e dimensões dos constituintes, motivo pelo qual muitas vezes, leva ao emprego incorreto do termo "fibra" para designar um fragmento de madeira. COUTTS (1992) utilizou a abreviação WFRC ("wood fiber reinforced cement") para designar os produtos de cimento reforçados por fibras, sendo as fibras elementos individuais primários, diferentes de "partículas".

Segundo MOSLEM (1974), partícula e um termo genérico para todos os elementos ligno-celulósicos com os quais e feita a chapa de aglomerado. Existem diferentes tipos de partículas quanto a dimensão, a densidade, e ao formato "FLAKE" e uma partícula plana, fina, com espessura entre 0,2 e 0,4 mm, comprimento de 25 a 100 mm e largura entre I 0 e 25 mm "SHAVINGS" (aparas) são partículas finas de madeira, produzidas em algumas operações de trabalho, que permitem a obtenção de chapas de resistência, rigidez e estabilidade dimensional linear inferiores as das chapas produzidas com "flakes" "CHIPS" (lascas, cavacos) são pedaços de madeira, de tamanho variável de 12 a 25 mm de comprimento por 1 a 5 mm de largura, e espessura um pouco menor. "EXCELSIOR" (palha ou Ia de madeira), usada na fabricação de chapas de madeira com cimento Portland, são partículas longas e finas (ate 25,4 mm de comprimento) com aproximadamente 5 mm de largura, normalmente obtidas de madeiras de baixa densidade (principalmente as do gênero Pinus), utilizadas para fins estruturais. As chapas formadas por partículas são frequentemente divididas em 3 categorias quanta a sua densidade baixa densidade (0,58 g/cm\ media densidade (0,58 a 0, 79 g/cm3 ) e alta densidade (acima de 0, 79 g/cm3).

• Muitas pesquisas tem sido realizadas com o objetivo de melhorar o comportamento á tração dos concretos e argamassas, assim como sua estabilidade dimensional Os resultados relatados demonstram a potencialidade das fibras vegetais nas aplicações em que a ductibilidade do material e importante, desde que superadas as deficiências de resistência á tração e de durabilidade do compósito, sendo significativa a queda dessa propriedade aos 180 dias de idade para compósitos com fibras vegetais, provavelmente em decorrência da degradação dessas fibras em condições severas de exposição ( umidade relativa superior a 95%) e alternância destas condições).

Matrizes de argamassa ou concreto reforçados com fibras curtas ou longas, individuais ou em feixes, motivam e desafiam, de acordo com SWAMY (1990), a procura de novas materiais de construção. A função principal das fibras esta em retardar a ruptura e controlar a tensão de rompimento da matriz. Este múltiplo controle de rompimento reduz todas as deformações ao mesmo nível de força ( esforço) e da uma boa definição do seu comportamento apos o rom pimento. 

• Não obstante a ruptura, a capacidade de absorção de energia e a flexibilidade nos compósitos são substancialmente melhoradas. Embora existam fibras naturais em abundância, disponíveis a baixo custo, apresentam elas muitas limitações, tais como baixo modulo de elasticidade, alta absorção de água, susceptibilidade ao ataque de fungos e insetos, baixa durabilidade em meio alcalino, e variação de propriedades entre fibras do mesmo tipo.

O desenvolvimento insuficiente de pesquisa e de ensaios nesta área e atribuído a falta de informações cientificas precisas sobre a estrutura e propriedades da fibra natural, sua compatibilidade com as varias matrizes, alem das propriedades do próprio compósito. 

• As fibras podem ser derivadas de folhas, caules ou madeira, sendo que tanto o diâmetro como o comprimento das fibras são dependentes da idade da planta. A degradação química das fibras orgânicas faz com que, dentro de pouco tempo, cesse de existir a propriedade de reforço favorecendo o aparecimento de fissuras. As fibras vegetais contem hemicelulose, amidos, açucares, taninos, certos fenóis e ligninas. T odos são conhecidos como inibidores da pega normal e do desenvolvimento das propriedades de resistência da matriz cimento. A decomposição da fibra e mais rápida no meio alca lino do que no meio úmido natural, sendo a rapidez de degradação dependente da natureza da fibra. 

O grau de polimerização e a localização dos inibidores da pega do cimento afetam o seu tempo de pega, o desenvolvimento da resistência e a durabilidade do produto. SWAMY (1990) registrou evidencias de que fibras naturais permaneceram intactas em concreto carbonatado, visto que a fragilidade da fibra e causada principalmente pela alta alcalinidade da matriz. Há técnicas de redução da alcalinidade da matriz pelo uso de cimento aluminoso, de cimento de baixo teor de álcalis, de adição de cinzas volantes, de solos granulados, de escoria de alto forno, de microssilica, etc. O uso destas técnicas protegeram a integridade das fibras por longo tempo, preservando a sua capacidade de reforço.

• Estudos realizados por PIRJE et al. (1990) demonstraram que, em virtude do processo de fabricação, as fibras não ficam homogeneamente distribuídas na massa do compósito, levando as micro-regiões a terem comportamento mecânico diferenciado.

Conforme SWAMY et al. (1986), compósitos de cimento reforçados com fibras de aço, vidro e polipropileno, tem sido extensivamente desenvolvidos e com expressiva serie de aplicações práticas.

Segundo BIBLIS (1968), em certos lotes de compósitos, a pega do cimento não tem ocorrido ou tem tido o seu tempo aumentado consideravelmente, mesmo utilizando idêntico processo de fabricação, a mesma matéria prima e o mesmo traço. Algumas madeiras, sendo material orgânico, ao serem utilizadas em forma de partículas como agregado do cimento Portland e água, apresentam certas reações químicas desfavoráveis a pega do cimento.

• Suficientes pesquisas e experiencias praticas foram realizadas visando a utilização de fibras naturais em concreto, tais como as de GRAM (1983), GRAM et al.(1984), GRAM 1986), MWAMILA (1984), SWAMY (1984, 1988), RILEM (1986) e IPT (1987).

Segundo FORDOS (1989), COUTTS (1989) e AKERS et al. (1989), encontra-se bem avançada a fabricação de produtos ( compósitos com fibra de madeira) autoclaváveis e curados ao ar, tais como placas lisas, telhas onduladas, tubos, etc.

• Conforme ROWELL et al. (1993), os materiais lignocelulósicos obtidos a partir de uma biomassa vegetal qualquer podem ser considerados como a combina,.:ao entre fibras de celulose (longas cadeias moleculares cristalinas) e uma matriz constituída de lignina, hemicelulose e compostos amorfos.Segundo BAZIRE & GADANT (1991), por ocasião da produção de madeiras beneficiadas, resulta das operações de transformação uma enorme quantidade de resíduos, que são mais do que suficientes para atender a demanda das industrias dependentes deste tipo de matéria prima.

DORLOT et al. (1986) afirmam que na fabricação de painéis de partículas, estas devem ser mais longas do que espessas, sendo que após a secagem devem ser impregnadas com resina endurecedora, a quente, e em seguida prensadas, também a quente. conhecidos como "Mansonite" ou "D'isorel" são utilizados na industria de móveis e de construção civil. Tais "madeiras" modificadas tem diminuídas as contrações motivadas pela heterogeneidade da madeira natural e permitem a obtenção de um produto com características constantes e isotrópicas, a utilização de arvores de pequeno diâmetro e o melhoramento do rendimento operacional São considerados como mais importantes materiais de construção dessa categoria, o laminado colado, o contra-placado, os painéis de partículas e os painéis de fibra.

• SIMATUPANG (1986) e SIMATUPANG & LANGE (1988) relataram as tecnologias existentes para a redução do tempo de produção de chapas de madeira-cimento, gesso e magnésio. Referiram-se, também, a adição de retardadores e aceleradores de pega, a injeção de vapor e adição de CO2 em forma gasosa durante a prensagem das chapas. Sabe-se que os aditivos influenciam as reações químicas inerentes a hidratação do cimento. A temperatura ótima durante a pega varia de 40° C a 80° C e e influenciada pelos materiais constituintes. O uso de CO2 sob pressão na fabricação de placas madeira-cimento permite a utilização de especies de madeira com maior concentração de glicose e taninos.

Segundo BERGER et al. (1972), a carbonatação do cimento Portland hidratado e de considerável interesse técnico. A carbonatação melhora as propriedades físicas e mecânicas dos compósitos, e e controlada pela difusão de CO2 na mistura. Se for utilizada uma pressão parcial de CO2 mais elevada do que a natural, o Ca(OH)2 pode se carbonatar rapidamente Pastas compactas de cimento Portland com fator ale = 0,15 reagem rapidamente com o CO2 , sob pressão, e desenvolvem considerável resistência a compressão em poucos minutos. Verificaram os autores retro mencionados que a água, em contacto com o cimento Portland, satura-se rapidamente em relação ao Ca(OH)2 . Outra vantagem da carbonatação e de minimizar a incompatibilidade química madeira-cimento. No entanto, a alternativa técnica utilizadas industrialmente e a adição de aceleradores de pega a pasta de cimento Portland.

• Ao final de 70 ensaios realizados, ZHENGTIAN & MOSLEM! (1985) determinaram a influencia de 30 aceleradores de pega ( orgânicos e inorgânicos) do cimento sobre a temperatura de hidratação da mistura madeira-cimento; foi usado 2% de acelerador de pega de cada tipo, em relação ao peso do cimento, foram obtidas elevações de temperatura de 25,4° C a 28,4° C. 

A temperatura mais alta foi obtida com FeCI; (48,5° C). Para os oito melhores produtos, foram estudadas a influencia da quantidade de aditivos em relação ao comportamento exotérmico da mistura. Verificaram os autores que, aumentando-se a quantidade de acelerador de pega ocorria uma elevação máxima de temperatura de hidratação e uma redução no tempo necessária para alcança-la. Foi constatado também que os quatro melhores aceleradores de pega foram os cloretos SnCb, FeCb, AlCh e CaCb

• Trabalhos anteriores realizados sobre a hidratação do cimento Portland por TAYLOR (1964) mostraram que os cloretos reagem como C3A do cimento, formando o hidrocloretoaluminato de cit!cio. A solubilidade desse produto na água foi maior do que a da etrignita; desta forma, os grãos minerais do cimento são cobertos por uma camada mais permeável quando comparados com os do cimento puro. As reações iniciais foram intensificadas liberando grande quantidade de calor. A temperatura inicial aumentou e, quanto maior foi a quantidade de acelerador de pega utilizado, maior foi a elevação de temperatura.

Em estudos realizados, MOSLEM et al. (1983) observaram que os compósitos são altamente sensíveis as especies de madeira utilizadas, as quais alteram profundamente a curva do calor de hidratação do cimento Portland em função do tempo. Foram usados vários aditivos químicos na tentativa de melhorar o calor de hidratação e, desta forma, a pega do cimento, tais como os aditivos CaCh, NaOH, MgCb e Ca(OH)2 . Deve-se salientar, no entanto, que estudos preliminares devem ser realizados para adequar o acelerador a especie de madeira utilizada.

• Segundo ELE & HONG (1986), a resistência a compressão e linearmente proporcional a temperatura máxima de hidratação do cimento, porem independe do seu tempo de hidratação A adição de 3% de CaCb (em peso do cimento) aumenta consideravelmente a temperatura máxima de hidratação; desta forma, a compatibilidade das diferentes especies de partículas de madeira com o cimento pode ser identificada comparando-se os resultados das resistências a compressão ou as temperaturas de hidratação sem e com o uso do CaCb.

Com relação aos inibidores da matriz cimento, YASUDA et al (1992) realizaram pesquisas sistemáticas a respeito dos inibidores presentes no cerne da madeira "Sugi-cedro do Japão" Concluíram os autores que a grandeza da inibição da pega do cimento depende, consideravelmente, da concentração do agente inibidor; que os aceleradores de pega CaCh e AlCh sofreram grande índice de inibição e o MgCh, baixo índice de inibição

• Estudos econômicos foram realizados por ELE (1985) no sentido de estabelecer, em madeiras compatíveis com cimento, a relação em peso do traço cimento/madeira em função do custo da madeira produzida em raspas ("excelsior"). As características ótimas são alcançadas, segundo o autor, quando se utiliza a razão 2,0/1,0; se for utilizada urna razão inferior a esta, haverá baixa aderência e menor resistência a flexão.

Segundo SANDERMANN et al (1960), o retardamento da pega do cimento pelos inibidores constituintes da madeira e provocado por uma membrana impermeável que envolve as partículas de cimento. A hidratação do grão cimento e rapidamente interrompida pelos retardadores da pega e isso só pode ser explicado pela formação da membrana impermeável em torno do grão.

Placas de argamassa de cimento e pó de serra