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Desenvolvimento e caracterização mecânica Desenvolvimento e caracterização mecânica de matrizes a base de cimentode matrizes a base de cimento
para a produção de laminados de baixo para a produção de laminados de baixo impacto ambientalimpacto ambiental
VELASCO, et al, 2005
COPPE – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil
XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
COPPE – Universidade Federal do Rio de Janeiro/ Brasil
XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
Elementos laminados de sisal: Elementos laminados de sisal: substituição dos produtos com asbesto substituição dos produtos com asbesto
(cimento-amianto)(cimento-amianto)
Roofing
Construções industriais
Coberturas
Construções rurais
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XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
Fibras + hidróxido de cálcio
Mineralização das fibras devido à migração de hidróxido de cálcio para o lúmen e paredes das fibro-células
COPPE – Universidade Federal do Rio de Janeiro/ Brasil
XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
PLANTA DE PLANTA DE SISALSISAL
COPPE – Universidade Federal do Rio de Janeiro/ Brasil
XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
FIBRA DE FIBRA DE SISALSISAL
COPPE – Universidade Federal do Rio de Janeiro/ Brasil
XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
Microestrutura e composição química das fibras vegetais
A fibra vegetal é composta por numerosas fibro-células alongadas
As fibro-células são unidas por meio da lamela média que consiste de hemicelulose, lignina e pectina
Quimicamente as fibras vegetais são compostas de celulose, hemicelulose, lignina e pectina
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XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
MorMorfofologlogia da fibra de ia da fibra de sisal sisal
COPPE – Universidade Federal do Rio de Janeiro/ Brasil
XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
Soluções
Impregnação da fibra com agentes bloqueadores;
Redução do teor de hidróxido de cálcio livre através do uso de adições minerais
Combinação: tratamento da fibra + modificação da matriz
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XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
Por quê utilizar argilas calcinadas ?Por quê utilizar argilas calcinadas ?
Menor impacto ambiental
Baixo consumo energético
e
Redução no teor de hidróxido de cálcio presente na matriz do compósito
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XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
ObjetivoObjetivoDesenvolvimento de argamassas Desenvolvimento de argamassas
livres de hidróxido de cálcio livres de hidróxido de cálcio
Análise térmicaAnálise térmica
Produção de laminados de baixo impacto Produção de laminados de baixo impacto ambiental com fibras vegetaisambiental com fibras vegetais
Avaliação das propriedades mecânicas dos Avaliação das propriedades mecânicas dos materiaismateriais
Argila calcinada como Argila calcinada como substituto parcial do cimentosubstituto parcial do cimento
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XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
MateriaisMateriais
Cimento Portland CPII F-32;
Metacaolinita: Metacaulim do Brasil Indústria e Comércio Ltda;
Resíduo da indústria cerâmica: obtida por moagem
Areia quartzosa – módulo de finura: 2,82
massa específica: 2,67 g/cm3
Superplastificante: Fosroc Reax – 44% de sólidos
Fibras de wollastonita: massa específica de 2900 kg/m3.
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XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
Programa Programa experimentalexperimental
Mistura Teor de argila calcinada *
M0 0% (matriz- referência)
M1 20% MC
M2 20% TM
M3 20% MC+ 20% TM
M4 15% MC+25% TM
M5 10% MC + 30% TM
M6 15% MC + 20% TM
M7 10% MC + 25% TM
M8 25% MC + 25% TM
M9 30% MC + 20% TM
M10 30% MC + 25% TM
* MC = metacaolinita* MC = metacaolinita TM = resíduo da TM = resíduo da indústria cerâmicaindústria cerâmica
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XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
Análises térmicasAnálises térmicas
0 200 400 600 800 1000 1200-30
-20
-10
0
10
20
30 M0 = matriz pura M3 = 20% MC + 20% TM M4 = 15% MC + 25% TM M5 = 10% MC + 20% TM
M5M4M3
Flu
xo d
e ca
lor
(V
)
Temperatura (ºC)
M0
0 200 400 600 800 1000 1200-30
-20
-10
0
10
20
30M0
M2M1
M7
M0 = matriz pura M1 = 20% MC M2 = 20% TM M6 = 15% MC + 20% TM M7 = 10% MC + 25% TM
Flu
xo d
e ca
lor
(V
)
Temperatura (ºC)
M6
0 200 400 600 800 1000 1200-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5 M0 = matriz pura M1 = 20% MC M2 = 20% TM M6 = 15% MC+20% TM M7 = 10% MC+25% TM
Per
da d
e m
assa
(%
)
Temperatura (ºC)
0 200 400 600 800 1000 1200-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5 M0 = matriz pura M3 = 20% MC+20% TM M4 = 15% MC+25% TM M5 = 10% MC+30% TM
Per
da d
e m
assa
(%
)
Temperatura (ºC)
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XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
Análises TérmicasAnálises Térmicas
0 200 400 600 800 1000 1200-30
-20
-10
0
10
20
30
M8
M10M9
M0 = matriz pura M8 = 25C+25M M9 = 30C+20M M10 = 30C+25M
Flu
xo d
e ca
lor
(V
)
Temperatura (ºC)
M0
0 200 400 600 800 1000 1200-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
M8
M10
M9
M0 = matriz pura M8 = 25C+20M M9 = 30C+20M M10 = 30C+25M
Per
da d
e m
assa
(%
)
Temperatura (ºC)
M0
Cálculo do teor de hidróxido de cálcioCálculo do teor de hidróxido de cálcio (CH) (CH)
OHCaOOHCa 22)(
Processo de desidroxilação (a 450-500ºC):
c
TfS
TS
M
MMCH
)(
01.18
09.74(%)
0
Cálculo do teor de hidróxido de cálcio:
MsT0 - é a massa da amostra obtida nos testes de análise
termogravimétrica para uma temperatura correspondente à temperatura inicial de desidroxilação do CH
MsTf - é a massa da amostra obtida nos testes de análise
termogravimétrica para uma temperatura correspondente à temperatura final de desidroxilação do CH e Mc é a massa inicial da amostra.
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XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
Resultados teor de hidróxido de cálcioResultados teor de hidróxido de cálcio
Mistura Teor de argila calcinada * Teor de CH (%)
M0 0% (matriz- referência) 14,94
M1 20% MC 8,37
M2 20% TM 9,74
M3 20% MC+ 20% TM 2,37
M4 15% MC+25% TM 3,12
M5 10% MC + 30% TM 3,62
M6 15% MC + 20% TM 4,85
M7 10% MC + 25% TM 4,49
M8 25% MC + 25% TM
M9 30% MC + 20% TM
M10 30% MC + 25% TM
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XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
Resultados teor de hidróxido de cálcioResultados teor de hidróxido de cálcio
Mistura Teor de argila calcinada * Teor de CH (%)
M0 0% (matriz- referência) 14,94
M1 20% MC 8,37
M2 20% TM 9,74
M3 20% MC+ 20% TM 2,37
M4 15% MC+25% TM 3,12
M5 10% MC + 30% TM 3,62
M6 15% MC + 20% TM 4,85
M7 10% MC + 25% TM 4,49
M8 25% MC + 25% TM 0,00
M9 30% MC + 20% TM 0,00
M10 30% MC + 25% TM 0,00
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Dosagem de argamassas isentas de CHDosagem de argamassas isentas de CH
Misturas :Misturas : M8 = substituição de cimento Portland por 25% de M8 = substituição de cimento Portland por 25% de metacaolinita + 25% de resíduo da indústria cerâmicametacaolinita + 25% de resíduo da indústria cerâmica M9 = substituição de cimento Portland por 30% de M9 = substituição de cimento Portland por 30% de metacaolinita + 20% de resíduo da indústria cerâmicametacaolinita + 20% de resíduo da indústria cerâmica M10 = substituição de cimento Portland por 30% de M10 = substituição de cimento Portland por 30% de metacaolinita + 25% de resíduo da indústria cerâmicametacaolinita + 25% de resíduo da indústria cerâmica
Adição de fibras:Adição de fibras:WollastonitaWollastonitaTeor, em volume: 0; 2,5; 5,0 e 7,5%Teor, em volume: 0; 2,5; 5,0 e 7,5%
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Programa Programa experimentalexperimental
Argamassa Wollast. (%) SP (%) Consistência (cm)
W0M0 0 0 30,50
W0M8 0 1,0 30,00
W2.5M8 2,5 1,2 31,00
W5.0M8 5,0 1,4 31,50
W7.5M8 7,5 1,6 32,00
W0M9 0 1,0 30,00
W2.5M9 2,5 1,2 30,00
W5.0M9 5,0 1,4 30,50
W7.5M9 7,5 1,6 30,50
W0M10 0 1,0 28,50
W2.5M10 2,5 1,2 28,50
W5.0M10 5,0 1,4 30,00
W7.5M10 7,5 1,6 31,00
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Resultados – compressão Resultados – compressão simplessimples
Argamassa fc (MPa) E (GPa)
W0M0 45,07 23,90
W0M8 52,07 22,30
W2.5M8 57,47 22,23
W5.0M8 57,63 22,93
W7.5M8 63,87 25,27
W0M9 57,33 22,27
W2.5M9 59,30 23,30
W5.0M9 63,37 24,30
W7.5M9 63,40 25,30
W0M10 51,80 20,63
W2.5M10 50,67 20,30
W5.0M10 55,70 21,53
W7.5M10 62,90 23,53
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XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
Comportamento tensão x Comportamento tensão x deformaçãodeformação
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000
10
20
30
40
50
60
70
Matriz W0M8 W25M8 W5M8 W75M8
Ten
são
(MP
a)
Deformação ()
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000
10
20
30
40
50
60
70
Matriz W0M9 W25M9 W5M9 W75M9
Ten
são
(MP
a)
Deformação (
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000
10
20
30
40
50
60
70
Matriz W0M10 W25M10 W5M10 W75M10
Ten
são
(MP
a)
Deformação (
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XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
ConclusõesConclusões
A utilização de argilas calcinadas como substituto parcial do cimento é eficiente na redução do teor de hidróxido de cálcio em matrizes cimentícias;
A substituição de cimento por argilas calcinadas provocaram acréscimos no valor da resistência à compressão e quase nenhum efeito no módulo de elasticidade;
A adição de fibras de wollastonita ocasionou acréscimos significativos na resistência à compressão e no módulo de elasticidade, em relação a matriz.
Encontram-se em desenvolvimento os estudos para a produção de laminados de baixo impacto ambiental para a aplicação na produção de telhas de fibrocimento.
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XXXI Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural
Produção da laminadosProdução da laminados com substituição de com substituição de cimento portland por argila calcinadacimento portland por argila calcinada
Ensaio de 4 pontos
Parte inferior da placa
Lateral da placa
1a fissura
2a fissura
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