10 – UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS DE RECAPAGEM DE PNEUS PARA PRODUÇÃO DE CONCRETO LEVE ESTRUTURAL

Ano 5 (2018) - Número 1 Artigos

10.31419/ISSN.2594-942X.v52018i1a10LGG

 

 

GOMES, Laércio Gouvêa1

1 Instituto Federal do Pará, IFPA-Campus Belém, Prof. Dr., Curso de Mestrado Profissional em Engenharia de Materiais do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais-PPGEMAT. laercio.gomes@ifpa.edu.br

 

ABSTRACT

One of the factors that led to the development of this research is the possibility of reusing the waste disposed of by the tire retreading industries, once this product is disposed in the environment, allowing the proliferation of vectors and environmental degradation. Tire waste appears as a viable option, economical, wholesome and environmentally sound. These studies aim to analyze the composite’s morphological strength, as well as fracture surface of the concrete with waste tires. In the production of the composites, rubber waste from the tire picking industry was replaced in the proportion of 5.0wt% and 10.0wt% on the fine aggregates (natural sand) and fine residues from the extraction of pebbles. For the materials, particle size and morphological analyzes were performed. For the composite, the water absorption and fracture morphology analysis were evaluated by SEM. The results show that the specific mass of the concrete decreased, 14.44%, with the partial substitution of the natural sand for the rubber residue. The water absorption increases, 16.25%, by replacing the particles and waste tires in the concrete. Through the micrographs, some regions of poor adhesion of the fibers of the residues incorporated with the matrix of the concrete are verified. The results obtained allow us to conclude on the feasibility of some applications in prefabricated elements and components for civil construction.

Keywords: Fibers; sustainability; properties of materials.

 

INTRODUÇÃO

O concreto é constituído por uma mistura de cimento, água e agregados inertes, em partículas de diversos tamanhos. O cimento é denominado aglomerante, quando recém misturado com a água, forma uma pasta que com o passar do tempo se endurece adquirindo resistência mecânica. Sua adesão às partículas dos agregados, formam uma mistura com alguma homogeneidade, que depois de seca, torna-se sólida como uma rocha artificial.

Encontrar materiais alternativos que substituam os materiais tradicionais constituintes do concreto, além de sustentável ambientalmente, é um dos grandes desafios lançados aos engenheiros de materiais. Buscar combinação de resíduos industriais com propriedades físicas e mecânicas distintas a fim de produzir novas compósitos, mais econômicos e duráveis, são fundamentais para redução no consumo das fontes naturais.

Verifica-se na literatura que a combinação de materiais vem sendo desenvolvida para a produção de concreto, argamassas e compósitos cimentícios, utilizando uma diversidade de materiais, desde fibras (Gomes et al. 2015, Brandão 2012, Vasconcelos 2012, Carnio 2009, Heinricks et al. 2000, Agopyan 1991, Rilen 1984) até resíduos provenientes da própria industrias da construção (Fonseca 2006, Dias 2004, Dias et al. 2001, Bazuco 1999), visando agrupá-los de acordo com sua forma, processo, tipo de matriz, tipo de reforço, entre vários outros critérios, ou seja, temos uma variedade considerável de combinações com classes distintas entre si. Entretanto, são escassos os trabalhos relacionados à utilização dos resíduos de pneus. Sosfi (2017) fez uma revisão sobre o efeito dos resíduos da borracha nas propriedades mecânicas e de durabilidade do concreto. Blessen e Ramesh (2016) realizaram estudos abrangente sobre as aplicações de resíduos de borracha de pneus em concreto de cimento. Fioriti et al (2010) analisou experimentalmente blocos intertravados de concreto com adição de resíduos de pneus e verificou a possibilidade de utilização deste material em ambientes de solicitações baixas.

 

RESÍDUOS DE PNEUS

O processo industrial de recapagem ou recauchutagem é uma alternativa de prolongamento da vida útil dos pneus. Este processo pode prolongar a vida útil dos pneus em até 3 vezes, entretanto, tal processo só gera resíduos (Figura 1) que quase sempre também não tem uma destinação correta.

 

Figura 1 – Resíduo da recapagem (SANTOS, 2016).

 

Este resíduo é proveniente da raspagem da banda de rodagem durante o processo de recapagem. A banda de rodagem do pneu é submetida a um processo de desgaste superficial com o objetivo de retirada da camada de borracha remanescente e regularização da superfície para adequá-lo à nova camada. O resíduo gerado possui dimensões variáveis, desde material microscópio até lascas. Também são observados alguns tipos de aço, provenientes da estrutura do pneu aderidos ao mesmo. O resíduo de borracha de pneus utilizado nesta pesquisa provém do processo de recapagem de pneus. Neste processo é realizada uma raspagem mecânica da banda de rodagem até que seja retirada a camada remanescente do pneu, adequando-o para aplicação de uma nova camada, e então retorne à sua finalidade. Durante a etapa de raspagem da banda de rodagem são gerados resíduos de borracha de formas variadas, variando desde pó, forma de pequenas fibras, até partículas, como mostra a Figura 2.

 

Figura 2 – Resíduo fino de borracha de pneu (a) tamanho real (b) aumento 100X microscópio ótico.

 

Figura 3 – Fluxograma dos procedimentos experimentais.

 

PRODUÇÃO DO CONCRETO

Os materiais utilizados para a produção de concreto foram separados nas suas quantidades de acordo com o traço calculado. A betoneira foi inicialmente umedecida para que não houvesse perda de água no concreto. Logo em seguida, foram adicionados de forma gradual os materiais, seguindo a seguinte ordem: metade do seixo, metade da areia, todo o cimento Portland CP-32-Z, metade da água, restante dos materiais e água. Este procedimento foi adequado para o concreto com borracha, neste caso foi sendo adicionado resíduo de pneus inutilizados. A mistura do concreto foi por 3 minutos após adição de todos os constituintes. Após a mistura dos componentes de cada composição em betoneira estacionária foram elaborados 4 lotes, sendo o primeiro lote de concreto de referência (RF), um lote com 5% de substituição de agregado miúdo por raspas de borracha (RB), para o primeiro traço e outro de referência e um com 10% de substituição de agregado miúdo por resíduo para o segundo traço. Além disso, para o concreto de 5 % de resíduo foram produzidos 4 corpos de prova prismáticos.

Após a mistura e homogeneização do concreto na betoneira foi retirada uma amostra de concreto, procede-se com o ensaio de abatimento pelo tronco de cone (slump test), (Figura 4 (a)). O procedimento do ensaio da consistência foi segundo a norma ABNT NBR NM 67:2010. Com o traço utilizado, obteve-se um slump de 140 mm (com resíduo) e 150 mm (sem resíduo), conforme Figura 4 (b) e (c), para que ocorresse um completo adensamento manual dos corpos de prova.

 

Figura 4A: Equipamentos do “Slump Test”.

 

Figura 4B: “Slump test” concreto sem resíduo igual 150mm.

 

Figura 4C: concreto com resíduo igual 140mm.

 

Foram utilizados corpos de prova cilíndricos 100mm x 200mm para ensaio de compressão axial e diametral, e corpos de prova prismáticos 100 mm x 100 mm x 300 mm para ensaio de flexão, conforme ilustrado na Figura 5 (a). Na moldagem dos corpos-de-prova e cura do material seguiu-se segundo a norma NBR 5738:2003 (ABNT, 2003). Uma Betoneira, Figura 5 (b), também foi utilizada nos experimentos.

 

Figura 5A: Moldes de corpos de prova utilizados.

 

Figura 5B: betoneira.

 

Após a mistura, o concreto foi moldado nos moldes cilíndricos, Fig. 6a, e em moldes prismáticos, Fig. 6b, com auxílio de uma haste metálica. Após 24 h os corpos de provas de prova foram desmoldados.

A absorção de água no concreto, e índice de vazios são diretamente proporcionais a quantidade de resíduo de pneus substituído na matriz do concreto, enquanto a massa especifica real é inversamente proporcional à quantidade do mesmo presente na matriz.

 

Figura 6A: Moldes dos corpos de prova cilíndricos de 100×200 mm.

 

Figura 6B: Prismáticos 100x100x300 mm.

 

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Granulometria dos Materiais

Para caracterização do resíduo de recapagem de pneus foi realizado os mesmos procedimentos para ensaio de caracterização granulométrica, Figura 7. Sampaio et al. (2017) mostra a formulação e caracterização de concreto leve estrutural contendo resíduos de polimento de porcelanato, borracha de pneus e calcário. Pelisser et al. ( 2016) realizou uma revisão abrangente sobre as aplicações de resíduos de borracha de pneus em concreto de cimento.

 

Figura 7A: Caracterização granulométrica dos materiais constituintes do concreto e dos resíduos de pneus. Areia grossa.

 

Figura 7B: Caracterização granulométrica dos materiais constituintes do concreto e dos resíduos de pneus. Areia Fina.

 

Figura 7C: Caracterização granulométrica dos materiais constituintes do concreto e dos resíduos de pneus. Seixo Fino.

 

Figura 7D: Caracterização granulométrica dos materiais constituintes do concreto e dos resíduos de pneus. Resíduos de pneus.

 

PROPRIEDADES FÍSICAS DO CONCRETO

Massa Especifica, Absorção de Água e Índice de Vazios

Para concreto com 5% de substituição de areia por resíduos de pneus, tem-se os valores de absorção passando de 8,16%, com índice de vazios de 16,15% e massa especifica de 2,283 kg/dm³. Para concretos com 10% de substituição de areia por resíduos de pneus, os valores de absorção, e índice de vários aumentam para 16,25% e 28,64%, respectivamente, já a massa especifica decresce para 2,079 kg/dm³.Verifica-se um aumento na absorção de água e índice vazios de aproximadamente 16,24% e 8,03% do concreto com resíduos de pneus (com 5% com resíduo de pneus) para o concreto de referência (sem resíduo de pneus), e houve uma diminuição na massa especifica entorno de 8,93% entre os mesmos. O concreto com 10 % comparado com o concreto de referência apresentou um aumento na absorção de água e no índice de vazios de 44,19% e 25,45%, respectivamente. Além disso, houve diminuição da massa especifica real de 14,44% entre estes concretos o que pode ser notado através da Figura 8.

 

Figura 8 – Propriedades físicas do concreto sem e com substituição de 10% da areia por resíduos de pneus.

 

Em relação aos concretos de 5% e 10% de substituição houve um aumento percentual de 99,14% na absorção de água. O mesmo acontece com o índice de vazios que ocorreu um aumento percentual de aproximadamente 77,34% entre o concreto com 5% e 10% de substituição de resíduo de pneus, esse fato é em decorrência tanto do índice de vazios gerados ser menor com menores percentuais de substituição, e este índice de vazios juntamente com a baixa massa específica do resíduo influenciaram na massa especifica do concreto com resíduo de borracha de pneus que apresentou um decrescimento de 8,93% ao aumentar de 5% para 10% a substituição, conforme a Figura 9. Este fato também é em decorrência tanto da massa especifica da borracha de pneu ser menor do que a areia quanto ao volume ocupado pelas partículas de borracha na matriz, já que a substituição foi em massa, e a massa especifica da areia é maior que a massa especifica da borracha.

 

Figura 9 – Propriedades físicas do concreto com 5 % e 10% substituição de areia. por resíduos de pneus.

 

A absorção de água aumenta com a utilização das partículas e fibras de borracha no concreto. O aumento da absorção está diretamente relacionado com a porcentagem de resíduo, à medida que aumenta a porcentagem de substituição há um aumento na absorção de água, conforme pode ser observado na figura 9. Além disso, o teor de ar incorporado à mistura aumenta com o aumento de borracha, isso é devido ao aspecto irregular das partículas que durante a mistura ocasionam esta situação. A condição dos vazios internos poderá ser visualizada por MEV.

Concretos de boa qualidade apresentam absorção de água inferior a 10%, os traços com substituição 5% de borracha apresentaram absorção inferior a 10% podendo ser, portanto, considerados de boa qualidade quanto à absorção. Já o concreto com substituição parcial da areia por resíduo de borracha em 10%, apresentaram absorção superior a 10% podendo ser, portanto, considerados de baixa qualidade quanto à absorção. Fioriti et al. (2007) ao propor a substituição parcial da areia por resíduo de borracha em 8%,10% e 12%, em volume, constataram que absorção de água que essa propriedade não é afetada de maneira significativa.

 

PROPRIEDADES MECÂNICAS

Resistência à Compressão Axial

Analisando os resultados de compressão axial do concreto de referência e comparando com os resultados do concreto com resíduo de borracha, verifica-se uma queda da resistência à medida que o teor de resíduo aumenta. Para o traço de 5% de resíduo, o concreto de referência e o concreto com borracha apresentaram resistência a compressão, aos 7 dias de cura, de 16,97 MPa e 11,95 Mpa, respectivamente. Estes resultados mostram uma queda da resistência a compressão axial de aproximadamente 30%, aos 7 dias. Além disso, para este mesmo traço, aos 28 dias de cura, a resistência do concreto de referência e o concreto com borracha apresentaram resistência a compressão de 28,36 MPa e 14,53 MPa, respectivamente. Estes resultados mostram uma queda da resistência a compressão axial de aproximadamente 51%. A Tabela 1 resume os resultados dos ensaios mecânicos.

 

Tabela 1 – Propriedades mecânicas dos concretos (compressão axial, diametral e flexão).

Ensaio 5% de substituição 10% de substituição
Concreto de referência (RF) Concreto com resíduo (RB) Concreto RF

(28 dias)

Concreto RB (28dias)
7 dias 28 dias 7 dias 28 dias
Compressão axial (MPa) (desvio) 16,97

(±0,29)

28,36

(±0,11)

11,95

(±0,49)

14,53

(±0,25)

6,47

(±0,74)

2,05

(±0,33)

Compressão diametral (MPa) (desvio) 1,75

(±0,08)

2,09

(±0,15)

1,07

(± 0,02)

1,30

(±0,00)

0,77

(±0,06)

0,30

(±0,01)

Tração na flexão (MPa) (desvio) 0,59

(±0,03)

0,69

(±0,06)

0,41

(±0,073)

0,55

(±0,07)

 

Para o traço com incorporação de 10% de resíduo, o concreto de referência e o concreto com borracha apresentaram resistência a compressão, aos 28 dias de cura, de 6,47 MPa e 2,05 MPa, respectivamente. Os dados obtidos mostram uma queda da resistência a compressão axial de aproximadamente 68%, aos 28 dias de cura (Tabela 1). Eldin e Senouci (1993 apud Rosa et al. 2007) observaram o mesmo comportamento ao aumentar a porcentagem de borracha ao concreto. Esta queda na resistência foi atribuída a falta de aderência entre a superfície da borracha e matriz cimentícia.

 

Resistência à Tração por Compressão Diametral   

Como na resistência a compressão, a resistência à tração por compressão diametral diminuiu com aumento da porcentagem de resíduo de borracha de pneus ao concreto. Para o traço de 5% de resíduo, o concreto de referência e o concreto com borracha apresentaram resistência à tração por compressão diametral, aos 7 dias de cura, de 1,75 MPa e 1,07 Mpa, respectivamente. Quando se compram os resultados do concreto de referência com o concreto com borracha, verifica-se uma queda da resistência a compressão diametral de aproximadamente 39%, aos 7 dias. Para este mesmo traço, aos 28 dias de cura, o concreto de referência e o concreto com borracha tiveram resistência à tração por compressão diametral de 2,09 MPa e 1,30 MPa, respectivamente.

Os resultados do concreto de referência e concreto com resíduo de borracha indicaram uma queda da resistência a compressão diametral de aproximadamente 38%. Para o traço com incorporação de 10% de resíduo, os resultados obtidos para o concreto de referência e concreto com resíduo de borracha foram de 0,77 MPa e 0,3MPa, respetivamente. A partir dos dados obtidos, observou-se uma queda da resistência a compressão diametral de aproximadamente 61%, aos 28 dias de cura.

 

Resistência à Tração na Flexão

Na resistência a flexão, verificou-se que o concreto com resíduo de borracha teve uma carga de ruptura menor que a do concreto de referência. O estudo se deu somente para o traço com substituição de 5%, o concreto de referência e o concreto com borracha obtiveram resistência à tração, aos 7 dias de cura, de 0,59 MPa e 0,41 MPa, respetivamente. Ao analisar comparativamente, o concreto de referência e o concreto com borracha verificou-se uma perda da resistência a flexão de aproximadamente 31%.

Aos 28 dias de cura, o concreto de referência e o concreto com borracha tiveram resistência à tração 0,69 MPa e 0,55 Mpa, respetivamente. Os resultados do concreto de referência e concreto com resíduo de borracha indicaram uma queda da resistência a tração na flexão de aproximadamente 20%. Eldin e Senouci (1993 apud Rosa et al. 2007) constataram menor queda na resistência à compressão e à tração de misturas com substituição do agregado miúdo e granulometrias mais finas.

A análise por MEV permitiu a verificação da porosidade e da interface matriz e resíduo de borracha. Os poros podem ser notados nas micrografias obtidas no MEV. Como pode ser observado, o aumento da incorporação de partículas de borracha provocou um aumento nas quantidades de micro-poros presente na matriz Figura 10. Além disso, verifica-se através das micrografias algumas regiões de fraca aderência das fibras de borracha com a matriz, essa aderência é dificultada a medida que a porcentagem de partículas e fibras aumenta, as Figuras 11a e b que mostram Pull-out da fibra de borracha indicando baixa aderência a matriz em algumas regiões. Esta constatação colabora com o que foi determinado no ensaio de absorção de água, onde foi verificado que o aumento da adição do resíduo aumenta a absorção. Trigo (2008) verificou que a porcentagem de borracha está diretamente relacionada com a incorporação de ar, devido sua superfície áspera e a sua natureza apolar.

 

Figura 10A – Microscopia de Eletrônica Varredura (MEV) da superfície de fratura do concreto com pneus inservíveis com 5% de substituição aos 28 dias, aumento 17X.

 

Figura 10B – Microscopia de Eletrônica Varredura (MEV) da superfície de fratura do concreto com pneus inservíveis com 10% de substituição aos 28 dias, aumento 17X.

 

Figura 11A – Imagem de Microscopia de Eletrônica Varredura da superfície de fratura do concreto com 5% de substituição aos 28 dias, aumento 100X.

 

Figura 11B – Imagem de Microscopia de Eletrônica Varredura da superfície de fratura do concreto com 10% de substituição aos 28 dias, aumento 100X.

 

CONCLUSÃO

Pode-se concluir neste trabalho que o resíduo de borracha proveniente do processo de recapagem de pneus apresenta condições favoráveis para substituição parcial do agregado miúdo. A porcentagem de substituição influencia diretamente na redução da massa especifica do concreto, tal redução é aumentada à medida que aumenta a porcentagem de resíduo presente na matriz. Essa redução é fundamental para fabricação de concretos mais leves. Além disso, com aumento da porcentagem de resíduo há um aumento tanto a absorção de água e no índice de vazios.

Para as porcentagens de substituição estudadas, a resistência à compressão axial, diametral e tração na flexão diminuem com aumento da incorporação do resíduo, isso se deve ao fato a fraca aderência entre a borracha e a matriz. Faz-se necessário, dessa forma, novas pesquisas com porcentagem menores que 10% de substituição e/ou novos traços, tratamento do resíduo para melhorar a adesão, bem como o estudo da influência do tamanho das partículas e fibras de borracha, a fim de, verificar a possibilidade de melhorar a interface e consequentemente a resistência mecânica do compósito.

Os resultados mostram que é possível utilizar o resíduo de borracha ao concreto produzido a partir da substituição parcial da areia em obras com baixa solicitação mecânica. Além disso, este compósito pode ser uma alternativa de material com aplicação na construção civil, desse modo, diminuindo os impactos ambientais deste material.

 

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