Influência da composição granulométrica das partículas de resíduos de madeira nas propriedades de compósitos minerais: parte 2: gesso-madeira

Influence of particle size of wood residues on the properties of mineral composites: part 2: gypsum-wood

Thaísa Mariana Santiago Rocha Leonardo Fagundes Rosemback Miranda Carlos Frederico Alice Parchen Sobre os autores

Resumo

Resíduos de construção e demolição (RCD) de madeira podem ser incorporados em compósitos de fibras naturais, reduzindo os impactos ambientais, o que contribui para o desenvolvimento de materiais, produtos e processos mais sustentáveis. Nesse sentido, o objetivo deste estudo foi avaliar a influência da composição granulométrica das partículas de madeira, provenientes de RCD, nas propriedades físicas e mecânicas de compósitos de gesso-madeira. As partículas de madeira (compensado, eucalipto e pínus) foram moídas em moinho de martelos em diferentes tempos e caracterizadas. Foi utilizado, também, o gesso de pega lenta e a água. Os compósitos de gesso-madeira foram produzidos com diferentes relações aglomerante/madeira com relação água/gesso fixada em 0,70 em massa. Como conclusão, tem-se que os compósitos produzidos com a composição P1,2, ou com compensado ou pínus, ou com as proporções 11% ou 15% apresentam os menores valores de densidade de massa endurecida. Enquanto os compósitos produzidos com a composição P1, ou com eucalipto, ou com a proporção de 7,5% apresentam maior resistência à tração na flexão e à compressão.

Palavras-chave:
Resíduos de Construção e Demolição (RCD); Compósitos; Partículas de madeira; Composição granulométrica; Gesso

Abstract

Construction and demolition waste (CDW) wood can be incorporated into natural fibre composites, reducing environmental impacts, contributing to the development of more sustainable materials, products, and processes. The objective of this study was to evaluate the influence of particle size distribution of wood particles from construction and demolition residues (RCD) on the physical and mechanical properties of gypsum-wood composites. The wood particles (plywood, eucalyptus spp. and pinus spp.) were milled with hammers at different times and then characterised. Slow paste gypsum and water were also used. The gypsum-wood composites were produced with different binder/wood ratios in relation to water/gypsum set at 0.70 by mass. The study concludes that composites produced with the composition P1,2, either with plywood or pinus, or with the proportions 11% or 15% present the lowest hardened bulk density values, while the composites produced with the composition P1, or with eucalyptus, or with the proportion of 7.5% present greater flexural and compression strength.

Keywords:
Construction and Demolition Waste (CDW); Composites; Wood particles; Particle size; Gypsum

Introdução

O setor da construção civil consome grande quantidade de energia, além de provocar diversos impactos ao ambiente, como a emissão de gases do efeito estufa decorrentes da produção do cimento, o consumo de água e a geração de resíduos sólidos (ASHOUR et al., 2015ASHOUR, T. et al. Conductivity of Unfired Earth Bricks Reinforcedby Agricultural Wastes With Cement and gyPsum. Energy and Buildings, v. 104, p. 139-146, 2015.). Além disso, o elevado consumo dos recursos naturais e, consequentemente, o esgotamento destes têm contribuído para a utilização de matérias-primas renováveis para a produção de materiais de construção (AGOUA et al., 2013AGOUA, E. et al. Thermal Conductivity of Composites Made of Wastes of Wood and Expanded Polystyrene. Construction and Building Materials, v. 41, p. 557-562, 2013.; AKINYEMI; AFOLAYAN; OLUWATOBI, 2016AKINYEMI, A. B.; AFOLAYAN, J. O.; OLUWATOBI, E. O. Some Properties of Composite Corn Cob and Sawdust Particle Boards. Construction and Building Materials, v. 127, p. 436-441, 2016.; FARAHANI et al., 2017FARAHANI, J. N. et al. Engineering Properties of Lightweight Aggregate Concrete Containing Binary and Ternary Blended Cement. Journal of Cleaner Production, v. 149, p. 976-988, 2017.), e, por isso, agregados minerais têm sido substituídos por materiais alternativos como, por exemplo, resíduos de madeira (CORINALDESI; MAZZOLI; SIDDIQUE, 2016CORINALDESI, V.; MAZZOLI, A.; SIDDIQUE, R. Characterization of Lightweight Mortars Containing Wood Processing By-Products Waste. Construction and Building Materials, v. 123, p. 281-289, 2016.; OSSA; GARCÍA; BOTERO, 2016OSSA, A.; GARCÍA, J. L.; BOTERO, E. Use of Recycled Construction and Demolition Waste (CDW) Aggregates: a sustainable alternative for the pavement construction industry. Journal of Cleaner Production, v. 135, p. 379-386, 2016.; RUMSYS et al., 2017RUMŠYS, D. et al. Comparison of Material Properties of Lightweight Concrete With Recycled Polyethylene and Expanded Clay Aggregates. Procedia Engineering, v. 172, p. 937-944, 2017.).

A geração de RCD de madeira está diretamente relacionada ao processo construtivo realizado em determinada região (PEDREÑO-ROJAS et al., 2017PEDREÑO-ROJAS, M. A. et al. Eco-Efficient Acoustic and Thermal Conditioning Using False Ceiling Plates Made From Plaster and Wood Waste. Journal of Cleaner Production, v. 166, p. 690-705, 2017.), podendo atingir uma média de 2,6% na União Europeia e 10,12% na Noruega do total de resíduo produzido (EUROSTAT, 2017EUROSTAT. Generation of Waste by Waste Category, Hazardousness and NACE Rev 2 Activity. 2017. Disponível em: <https://data.europa.eu/euodp/pt/data/dataset/5XKBv10t6va8j1gKuva25Q>. Acesso em: 18 jan. 2018.
https://data.europa.eu/euodp/pt/data/dat...
) e, por isso, torna-se imprescindível seu reaproveitamento.

Os compósitos de fibras naturais podem ser uma alternativa, principalmente em países em desenvolvimento, sendo capazes de absorver os resíduos, reduzindo os impactos ambientais (KHORAMI; GANJIAN, 2013KHORAMI, M.; GANJIAN, E. The Effect of Limestone Powder, Silica Fume and Fibre Content on Flexural Behaviour of Cement Composite Reinforced by Waste Kraft Pulp. Construction and Building Materials, v. 46, p. 142-149, 2013.), além de contribuir para o desenvolvimento de materiais, produtos e processos mais sustentáveis (AKIL et al., 2011AKIL, H. M. et al. Kenaf Fiber Reinforced Composites: a review. Materials and Design, v. 32 n.8-9, p. 4107-4121, 2011.; VÄNTSI; KÄRKI, 2015VÄNTSI, O.; KÄRKI, T. Environmental Assessment of Recycled Mineral Wool and Polypropylene Utilized in Wood Polymer Composites. Resources, Conservation and Recycling, v. 104, p. 38-48, 2015.). Ademais, as fibras naturais têm um excelente potencial para reduzir as emissões de CO2 e diminuir o consumo de recursos não renováveis (PERVAIZ; SAIN, 2003PERVAIZ, M.; SAIN, M. M. Carbon Storage Potential in Natural Fiber Composites. Resources, Conservation and Recycling, v. 39, p. 325-340, 2003.), podendo proporcionar benefícios ambientais, quando comparadas à utilização de fibras poliméricas, confirmados através de análises de ciclo de vida (PIETRINI et al., 2007PIETRINI, M. et al. Comparative Life cYcle Studies on Poly(3- hydroxybutyrate)-Based Composites as Potential Replacement for Conventional Petrochemical Plastics. Biomacromolecules, v. 8, n. 7, p. 2210-2218, 2007.; XU et al., 2008XU, X. et al. Life Cycle Assessment of Wood-Fibre-Reinforced Polypropylene Composites. Journal of Materials Processing Technology, v. 198, n. 1-3, p. 168-177, 2008.; MILLER; LEPECH; BILLINGTON, 2013MILLER, S. A.; LEPECH, M. D.; BILLINGTON, S. L. Application of Multi-Criteria Material Selection Techniques to Constituent Refinement in Biobased Composites. Materials and Design, v. 52, p. 1043-1051, 2013.), além de apresentar viabilidade técnica e econômica (SAVASTANO JUNIOR et al., 1999SAVASTANO JUNIOR, H. et al. Plant Fibre Reinforced Cement Components for Roofing. Construction and Building Materials, v. 13, p. 433-438, 1999.).

Os compósitos minerais associados às fibras ligno-celulósicas geralmente são produzidos a partir da mistura de um aglomerante mineral com as partículas de madeira. Dentre os aglomerantes utilizados, os principais são o gesso, o cimento de magnésio e o cimento Portland (FOREST..., 2010FOREST PRODUCTS LABORATORY. Wood Handbook: wood as an engineering material: wood as an engineering material. Madison: U.S. Department of Agriculture, 2010.). Entretanto, na presença de cimento, as fibras ligno-celulósicas apresentam efeitos deletérios sobre o aglomerante, como, por exemplo, forte efeito de retardamento de pega (MEHTA; MONTEIRO, 2014MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: microestrutura, propriedades e materiais. 2. ed. São Paulo: Ibracon, 2014.). Diante disso, o gesso surge como alternativa, contribuindo para o meio ambiente devido à redução das emissões de CO2 quando comparado à produção do cimento Portland (MAGALLANES-RIVERA et al., 2012MAGALLANES-RIVERA, R. X. et al. Modified Gypsum Compounds: an ecological-economical choice to improve traditional plasters. Construction and Building Materials, v. 37, p. 591-596, 2012.; TAN et al., 2018TAN, H. et al. Effect of Borax and Sodium Tripolyphosphate on Fluidity of Gypsum Paste Plasticized by Polycarboxylate Superplasticizer. Construction and Building Materials, v. 176, p. 394-402, 2018.), e com o desenvolvimento de compostos ecoeficientes quando realizada a adição de resíduos de madeira numa matriz de gesso (PEDREÑO-ROJAS et al., 2017PEDREÑO-ROJAS, M. A. et al. Eco-Efficient Acoustic and Thermal Conditioning Using False Ceiling Plates Made From Plaster and Wood Waste. Journal of Cleaner Production, v. 166, p. 690-705, 2017.).

Nesse sentido, o objetivo deste estudo (Parte 2) é avaliar a influência da composição granulométrica das partículas de madeira, provenientes de RCD, nas propriedades físicas e mecânicas de compósitos de gesso-madeira.

Programa experimental

Foram produzidos compósitos de gesso-madeira em que as partículas de madeira são provenientes de RCD. Os resíduos de compensado, eucalipto e pínus foram moídos e classificados quanto à granulometria. Os compósitos produzidos foram avaliados com relação às propriedades no estado fresco e no estado endurecido aos 28 dias.

Materiais

Foi utilizado como aglomerante o gesso de pega lenta caracterizado quanto à composição química por meio do ensaio de fluorescência de raios-X (FRX) (Tabela 1) e com massa unitária de 0,84 g/cm3.

Tabela 1
Composição química do gesso

Foram obtidos três tipos diferentes de madeira provenientes de RCD, sendo: compensado, eucalipto e pínus (Figura 1). Os resíduos de madeira foram coletados em canteiros de obras situados nos estados do Paraná e de Santa Catarina. Estes foram moídos em um moinho de martelos portátil com potência de 5,0 cv e 1.160 RPM.

Figura 1
Preparo, coleta e moagem de RCD de madeira

O procedimento de moagem realizado foi o mesmo para todas as composições granulométricas apresentadas e classificadas neste estudo (Tabela 2). O tempo que o resíduo levou para percorrer o moinho de martelos e originar as partículas foi de 3 segundos. Entretanto, as composições granulométricas identificadas como P1 foram submetidas a apenas uma repetição do procedimento de moagem. As composições P3 foram moídas por três vezes consecutivas. Por fim, as composições granulométricas identificadas como P1,2 referem-se às partículas moídas e obtidas a partir do passante na peneira 1,2 mm.

Tabela 2
Identificação das partículas de madeira

A identificação e a classificação das diferentes composições granulométricas das partículas de madeira foram realizadas no intuito de viabilizar a verificação da influência destas nos compósitos cimentícios. A repetição da moagem foi realizada para que fosse possível obter o volume necessário de cada granulometria das partículas de madeira para a realização dos ensaios.

Método

O pré-tratamento das partículas de madeira foi realizado em água fria por 48 h numa proporção de 1:10 (madeira:água), em seguida, as partículas foram secas ao ar por 72 h, para que então fosse realizada a secagem em estufa a 80 °C por 24 h. Para a produção dos compósitos, a relação água/gesso foi fixada em 0,70 (em massa). Como as partículas encontravam-se secas, foi aplicada a compensação de água proposta por Simatupang (1979)SIMATUPANG, M. H. Der Wasserbedarf bei der Herstellung zementgebunder Holzspanplatten. Holz als Roh-und Werkstoff, v. 27, p. 379-382, 1979. (Equação 1).

Eq. 1 Ca = R a / a × C + PSF U × M

Onde:

Ca = Consumo de água (g);

Ra/a = Relação água/aglomerante;

C = Consumo de aglomerante (g);

PSF = Ponto de saturação das fibras (adotado como 30%);

U = Teor de umidade da madeira (%); e

M = Massa de madeira (g).

Análise comparativa das composições granulométricas das partículas de madeira

Para comparar a composição granulométrica das partículas obtidas após a moagem, foram realizados os ensaios de caracterização para a determinação da massa unitária C29 (AMERICAN..., 2017AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. C-29: standard test method for bulk density (unit weight) and voids in aggregate.West Conshohocken, 2017.), da composição granulométrica C136 (AMERICAN..., 2014aAMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. C-136: standard test method for sieve analysis of fine and coarse aggregates. West Conshohocken, 2014a.) e do teor de umidade D4442 (AMERICAN..., 2016AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. D-4442: standard test methods for direct moisture content measurement of wood and wood-based materials. West Conshohocken, 2016.). O teor de umidade das partículas de madeira foi utilizado para determinar a quantidade de água adicionada na mistura, conforme descrito na Equação 1.

Análise da influência das composições granulométricas das partículas no estado fresco

Para avaliar a influência das composições granulométricas das partículas no estado fresco foram produzidos compósitos (Tabela 3) e realizados os ensaios de determinação do tempo de pega C472 (AMERICAN..., 2014bAMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. C-472: standard test methods for physical testing of gypsum, gypsum plasters and gypsum concrete. West Conshohocken, 2014b.) e de densidade de massa fresca C270 (AMERICAN..., 2014cAMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. C-270: standard specification for mortar for unit masonry. West conshohocken, 2014c.). A proporção aglomerante/madeira foi de 1:0,075 (em massa), conforme proposto por Moslemi, Garcia e Hofstrand (1983)MOSLEMI A. A.; GARCIA, J. F.; HOFSTRAND, A. D. Effect of Various Treatments and Additives on Wood-Portland Cement Water Systems. Wood and Fiber science, v. 15, n. 2, p. 164-176, 1983., Latorraca, Iwakiri e Lelis (1999)LATORRACA, J. V.; IWAKIRI, S.; LELIS, R. C. Efeito Inibidor de Cinco Espécies Florestais Sobre a Cura do Compósito Cimento-Madeira. Floresta e Ambiente, v. 6, n. 1, p. 76-82, 1999., Latorraca (2000)LATORRACA, J. V. de F. Eucalyptus spp na Produção de Painéis de Cimento-Madeira. Curitiba, 191f. Tese (Doutorado em Engenharia Florestal) - Setor de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2000., Lima (2009)LIMA, A. J. M. Utilização de Resíduo de Pinus spp e Materiais Cimentícios Alternativos na Produção de Blocos Para Alvenaria Estrutural. Curitiba, 2009. 281 f. Tese (Doutorado em Engenharia Florestal) - Setor de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2009. e Lima e Iwakiri (2011)LIMA, A. J. M.; IWAKIRI, S. Produtos Alternativos na Produção de Blocos Para Alvenaria Estrutural. Floresta e Ambiente, v. 18, n. 3, p. 310-323, 2011.. Essa proporção será considerada de referência, sendo identificada por 7,5%.

Tabela 3
Composição dos compósitos de madeira produzidos para avaliação no estado fresco

Análise da influência das composições granulométricas das partículas no estado fresco

Para avaliar a influência das composições granulométricas das partículas no estado endurecido foram produzidos corpos de provas prismáticos (4 cm3 x 4 cm3 x 16 cm3) (Tabela 4), curados em câmara seca (a 21 °C ? 2 °C e com umidade inferior a 50%), para que, aos 28 dias, fossem realizados os ensaios de densidade de massa endurecida, de resistência à tração na flexão C348 (AMERICAN..., 2014dAMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. C-348: standard test method for flexural strength of hydraulic-cement mortars. West Conshohocken, 2014d.) e à compressão C349 (AMERICAN..., 2014eAMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. C-349: standard test method for compressive strength of hydraulic-cement mortars (using portions of prisms broken in flexure). West Conshohocken, 2014e.).

Tabela 4
Composição dos compósitos de madeira produzidos para avaliação no estado endurecido

Nessa etapa, além da proporção aglomerante/madeira de 7,5% e a amostra de referência (0% de partículas de madeira), foram produzidos também compósitos nas proporções 11% (1:0,11) e 15% (1:0,15), no intuito de avaliar também a influência dos maiores teores de partículas de madeira nas propriedades mecânicas dos compósitos. Não foram realizados os ensaios no estado fresco para as proporções aglomerante/madeira de 11% e 15 %. Isso porque a quantidade de partículas na mistura impediu a execução adequada do ensaio de tempo de início e de fim de pega, mascarando os resultados. Além disso, é esperado que uma maior quantidade de mistura na composição contribua para a diminuição do índice de consistência e da densidade de massa endurecida.

O delineamento estatístico utilizado foi análise fatorial com ênfase na natureza dos tratamentos, sendo estes: a composição granulométrica das partículas (P1, P3 e P1,2), o tipo de partícula (compensado, eucalipto e pínus) e a proporção de madeira na composição (7,5% - 11% - 15%). Para a comparação entre as médias, utilizou-se ANOVA em conjunto com o teste de Tukey, no nível de probabilidade de 95%.

Resultados e discussão

Análise comparativa das composições granulométricas das partículas de madeira

Os resultados dos ensaios de determinação da massa unitária C29 (AMERICAN..., 2017AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. C-29: standard test method for bulk density (unit weight) and voids in aggregate.West Conshohocken, 2017.) e do teor de umidade D4442 (AMERICAN..., 2016AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. D-4442: standard test methods for direct moisture content measurement of wood and wood-based materials. West Conshohocken, 2016.) estão apresentados na Tabela 5. Os resultados de massa unitária seca indicam que, para dosagens realizadas em massa, ocorre uma diminuição no volume de madeira presente nos traços produzidos com as partículas P3 quando comparada às partículas P1 e P1,2. Isso porque a massa unitária das partículas P3 é superior às partículas P1 e P1,2 para todos os tipos de madeira. De modo geral, comparando os três diferentes tipos de madeira, as partículas de compensado (0,148 g/cm3, em média) apresentaram maior valor de massa unitária seca, seguido pelas partículas de eucalipto (0,144 g/cm3, em média) e de pínus (0,135 g/cm3, em média), indicando que compósitos produzidos com compensado tendem a apresentar menor volume de partículas. É importante destacar que a quantidade de partículas de madeira presente nos compósitos é capaz de influenciar seu desempenho mecânico (TURGUT, 2007TURGUT, P. Cement Composites with Limestone Dust and Different Grades of Wood Sawdust. Building and Environment, v. 42, p. 3801-3807, 2007.; MORALES-CONDE; RODRÍGUEZ-LIÑÁN; PEDREÑO-ROJAS, 2016MORALES-CONDE, M. J.; RODRÍGUEZ-LIÑÁN, C.; PEDREÑO-ROJAS, M. A. Physical and Mechanical Properties of Wood-Gypsum Composites From Demolition Material in Rehabilitation Works. Construction and Building Materials, v. 114, p. 6-14, 2016.).

Tabela 5
Caracterização das partículas de madeira

A partir da composição granulométrica das partículas de madeira (Figura 2) é possível observar que a repetição do procedimento de moagem foi eficaz para o aumento da quantidade de partículas finas de eucalipto e pínus. Entretanto, para as partículas de compensado, o mesmo efeito não foi verificado. Isso pode estar relacionado ao fato de que como os resíduos desse tipo de madeira foram coletados em momentos diferentes, pode ter ocorrido uma variabilidade quanto à natureza dessas partículas.

Figura 2
Composição granulométrica das partículas de madeira

Dentre os tipos de madeira utilizados neste estudo, as composições que contêm a maior quantidade de partículas menores são as de eucalipto, seguida do pínus e, por fim, de compensado.

Análise da influência das composições granulométricas das partículas no estado fresco

Na Figura 3 estão apresentados os resultados obtidos a partir do ensaio de tempo de início e de fim de pega dos compósitos de gesso-madeira. É possível observar que, com relação à composição granulométrica das partículas (P1, P3 e P1,2), tanto o tempo de início de pega como o tempo de fim de pega foram menores para as composições produzidas com as partículas P1,2. Por isso, acredita-se que esse efeito é provocado por um fenômeno físico, isso porque maior fração de partículas com menores dimensões tende a aumentar a área superficial, o que provoca maior absorção de água pela madeira (MORALES-CONDE; RODRÍGUEZ-LIÑÁN; PEDREÑO-ROJAS, 2016MORALES-CONDE, M. J.; RODRÍGUEZ-LIÑÁN, C.; PEDREÑO-ROJAS, M. A. Physical and Mechanical Properties of Wood-Gypsum Composites From Demolition Material in Rehabilitation Works. Construction and Building Materials, v. 114, p. 6-14, 2016.). Isso reduz a quantidade de água disponível na mistura, o que contribui para a aceleração da pega do gesso.

Figura 3
Resultado dos tempos de início e fim de pega dos compósitos de gesso-madeira

Figura 4
Resultado da densidade de massa fresca dos compósitos de gesso-madeira

Os resultados de densidade de massa fresca (Figura 5) indicam que a composição granulométrica das partículas de madeira exerce pouca influência nesse parâmetro em que os compósitos de gesso apresentaram valores entre 1,49 g/cm3 e 1,54 g/cm3. Isso porque a proporção de madeira na composição e a densidade dessas partículas são consideradas pequenas quando comparadas à proporção e à massa específica do aglomerante utilizado (TURGUT, 2007TURGUT, P. Cement Composites with Limestone Dust and Different Grades of Wood Sawdust. Building and Environment, v. 42, p. 3801-3807, 2007.; MORALES-CONDE; RODRÍGUEZ-LIÑÁN; PEDREÑO-ROJAS, 2016MORALES-CONDE, M. J.; RODRÍGUEZ-LIÑÁN, C.; PEDREÑO-ROJAS, M. A. Physical and Mechanical Properties of Wood-Gypsum Composites From Demolition Material in Rehabilitation Works. Construction and Building Materials, v. 114, p. 6-14, 2016.). É possível observar, ainda, que a maior densidade de massa fresca foi obtida para as amostras de referência, indicando que a presença de partículas de madeira contribui para a diminuição da densidade dos compósitos (AL RIM et al., 1999AL RIM, K. et al. Influence of the Proportion of Wood on the Thermal and Mechanical Performances of Clay-Cement-Wood Composites. Cement and Concrete Composites, v. 21, p. 269-276, 1999.; ANDIÇ-ÇAKIR et al., 2014ANDIÇ-ÇAKIR, O. et al. Physical and Mechanical Properties of Randomly Oriented Coir Fiber-Cementitious Composites. Composites Part B: Engineering, v. 61, p. 49-54, 2014.; XIE et al., 2015XIE, X. et al. Cellulosic Fibers From Rice Straw and Bamboo Used as Reinforcement of Cement-Based Composites For Remarkably Improving Mechanical Properties. Composites Part B: Engineering, v. 78, p. 153-161, 2015.).

Figura 5
Resultado da densidade de massa endurecida dos compósitos de gesso-madeira

Análise da influência das composições granulométricas das partículas no estado endurecido

Os resultados de densidade de massa endurecida aos 28 dias dos compósitos de gesso-madeira (Figura 6) evidenciam que os maiores valores foram obtidos para amostras que continham as partículas P3. Isso porque essas partículas, independentemente do tipo de madeira - seja de compensado, de eucalipto ou de pínus -, apresentaram os maiores valores de massa unitária seca. Ao realizar a dosagem dos materiais em massa, as partículas com menor massa unitária apresentaram menor volume na mistura, o que contribui para o aumento da densidade (TURGUT, 2007TURGUT, P. Cement Composites with Limestone Dust and Different Grades of Wood Sawdust. Building and Environment, v. 42, p. 3801-3807, 2007.; MORALES-CONDE; RODRÍGUEZ-LIÑÁN; PEDREÑO-ROJAS, 2016MORALES-CONDE, M. J.; RODRÍGUEZ-LIÑÁN, C.; PEDREÑO-ROJAS, M. A. Physical and Mechanical Properties of Wood-Gypsum Composites From Demolition Material in Rehabilitation Works. Construction and Building Materials, v. 114, p. 6-14, 2016.).

Figura 6
Resultado da resistência à tração na flexão dos compósitos de gesso-madeira

O mesmo ocorre com as partículas P1,2, cujos valores de massa unitária foram os menores obtidos dentre as composições granulométricas avaliadas e, consequentemente, apresentaram os menores valores de densidade de massa endurecida. Isso porque quanto maior o volume de partículas de madeira na composição menor tende a ser a densidade do compósito (TURGUT, 2007TURGUT, P. Cement Composites with Limestone Dust and Different Grades of Wood Sawdust. Building and Environment, v. 42, p. 3801-3807, 2007.; PEDREÑO-ROJAS et al., 2017PEDREÑO-ROJAS, M. A. et al. Eco-Efficient Acoustic and Thermal Conditioning Using False Ceiling Plates Made From Plaster and Wood Waste. Journal of Cleaner Production, v. 166, p. 690-705, 2017.).

É importante destacar, ainda, que a análise fatorial indicou equivalência estatística ao considerar como fatores principais o tipo de madeira (compensado, eucalipto e pínus) e a proporção de madeira na composição (7,5% - 11% - 15%). Ou seja, ao considerar como fator o tipo de madeira, foi obtida equivalência estatística os compósitos produzidos com compensado e pínus. Porém, ao considerar como fator a proporção de madeira na composição (7,5% - 11% - 15%), foi obtida equivalência estatística entre os teores 11% e 15%.

De modo geral, verificou-se que os compósitos de gesso-madeira produzidos com a composição P1,2, ou com compensado ou pínus, ou com as proporções 11% ou 15%, tendem a apresentar os menores valores de densidade de massa endurecida.

Por fim, observou-se que as densidades de massa endurecida dos compósitos contendo partículas de madeira foram significativamente inferiores aos resultados obtidos para as amostras de referência.

Os resultados de resistência à tração na flexão aos 28 dias dos compósitos de gesso-madeira estão apresentados nas Figuras 6 Observa-se que as menores resistências são obtidas para os compósitos produzidos com as partículas de madeira que contêm a maior quantidade de partículas menores. É importante destacar que compósitos contendo fibras geralmente são macios e dúcteis em torno das fibras - que são geralmente mais fortes -, mas podem ser frágeis em relação à matriz (SMITH, 1994SMITH, E. H. Mechanical Engineer's Reference Book. Butterworth-Heinemann Ltd., 1994.). De acordo com a regra das misturas, cada fase constituinte do compósito contribui para as propriedades efetivas do compósito, sendo essa função dependente apenas da fração volumétrica dos constituintes. Entretanto, essa teoria não considera a presença de vazios nem os efeitos da interface entre a matriz e a carga.

A análise estatística indica, ainda, que ao considerar como fator a proporção de madeira na composição (7,5% - 11% - 15%), foi obtida equivalência estatística entre os teores 7,5% e 15%. Para os outros dois fatores avaliados (a composição granulométrica da partícula - P1, P3 e P1,2, e o tipo de madeira - compensado, eucalipto e pínus) foi verificada diferença estatística.

Dessa maneira, os compósitos produzidos com a composição granulométrica P1, ou com as partículas de eucalipto, ou com as proporções de 7,5% ou 15% tendem a apresentar maior resistência à tração na flexão.

Vale destacar, ainda, que os compósitos de gesso-madeira produzidos com as partículas de eucalipto na composição granulométrica P1 apresentou resultado de resistência à tração na flexão superior à amostra de referência.

É importante destacar que a discrepância dos resultados dos compósitos produzidos também pode estar relacionada à dispersão não uniforme das partículas de madeira, podendo influenciar o desempenho dos corpos de prova, principalmente quando submetidos ao esforço de tração na flexão (PEDREÑO-ROJAS et al., 2017PEDREÑO-ROJAS, M. A. et al. Eco-Efficient Acoustic and Thermal Conditioning Using False Ceiling Plates Made From Plaster and Wood Waste. Journal of Cleaner Production, v. 166, p. 690-705, 2017.).

Os resultados de resistência à compressão aos 28 dias dos compósitos de gesso-madeira estão apresentados na Figura 7. É possível observar a influência da proporção de madeira na composição. Isso porque para maiores quantidades de madeira menor tende a ser a resistência à compressão (MORALES-CONDE; RODRÍGUEZ-LIÑÁN; PEDREÑO-ROJAS, 2016MORALES-CONDE, M. J.; RODRÍGUEZ-LIÑÁN, C.; PEDREÑO-ROJAS, M. A. Physical and Mechanical Properties of Wood-Gypsum Composites From Demolition Material in Rehabilitation Works. Construction and Building Materials, v. 114, p. 6-14, 2016.). Além disso, devido à diferença dos valores de massa unitária entre as partículas P1, P3 e P1,2, observa-se que os compósitos produzidos com as partículas P1,2 apresentam as menores resistências à compressão.

Figura 7
Resultado da resistência à compressão dos compósitos de gesso-madeira

A análise estatística indica, ainda, que ao considerar como fator a composição granulométrica da partícula (P1, P3 e P1,2), foi obtida equivalência estatística entre partículas P1 e P1,2, ou seja, igualdade entre esses compósitos. E, também, para o fator de proporção da madeira (7,5% - 11% - 15%), foi observada equivalência entre as proporções 11% e 15%. Para o terceiro fator avaliado (tipo de madeira - compensado, eucalipto e pínus), foi obtida diferença estatística.

De modo geral, os compósitos produzidos apresentaram resistência à compressão superior a 2 MPa, indicando que o contato mecânico entre a matriz de gesso e as partículas de madeira foi satisfatório.

De modo geral, verificou-se que os compósitos de gesso-madeira produzidos com as composições granulométricas P1 ou P1,2, ou com eucalipto, ou com a proporção 7,5% tendem a apresentar os maiores valores de resistência à compressão.

Por fim, observou-se que as resistências à compressão dos compósitos contendo partículas de madeira foram inferiores aos resultados obtidos para as amostras de referência.

Conclusões

Neste artigo foi verificada a influência da composição granulométrica das partículas de resíduos de madeira nas propriedades de compósitos gesso-madeira. Foi observado, ainda, o efeito de três diferentes tipos de madeira (compensado, eucalipto e pínus) e de três diferentes proporções de madeira na composição (7,5% - 11% - 15%). Com base nos resultados, as seguintes conclusões foram obtidas:

  1. (a) os resultados de massa unitária seca indicam que, para dosagens realizadas em massa, ocorre uma diminuição no volume de madeira presente nos traços produzidos com as partículas moídas três vezes (P3) quando comparada às partículas moídas apenas uma vez (P1) e as partículas passantes na peneira 1,2 mm (P1,2);

  2. (b) os tempos de pega dos compósitos sofreram maior influência quando produzidos com a composição granulométrica P1,2. Isso porque uma maior fração de partículas com menores dimensões tende a aumentar a área superficial, o que provoca maior absorção de água pela madeira, reduzindo a quantidade de água disponível na mistura e contribuindo para a aceleração da pega do gesso;

  3. (c) as maiores densidades de massa fresca e endurecida foram obtidas para amostras de referência, o que corrobora com os resultados da literatura que indicam que a presença de partículas de madeira contribui para a diminuição da densidade dos compósitos;

  4. (d) os compósitos de gesso-madeira com as maiores densidades de massa endurecida continham a composição granulométrica P3. Isso porque essas partículas, independentemente do tipo de madeira (seja de compensado, de eucalipto ou de pínus), apresentaram os maiores valores de massa unitária seca e, consequentemente, menor volume de partículas na composição. Em contrapartida, os compósitos de gesso-madeira produzidos com a composição P1,2, ou com compensado ou pínus, ou com as proporções 11% ou 15% tendem a apresentar os menores valores de densidade de massa endurecida;

  5. (e) os compósitos de gesso-madeira produzidos com as partículas de eucalipto na composição granulométrica P1 apresentaram resultados de resistência à tração na flexão iguais ou superiores às amostras de referência, diferente dos resultados de resistência à compressão, em que os compósitos contendo partículas de madeira foram inferiores aos resultados obtidos para as amostras de referência; e

  6. (f) os resultados de resistência apresentaram diferentes comportamentos, principalmente de acordo com o tipo de madeira (de compensado, de eucalipto ou de pínus) utilizado para a produção dos compósitos. De modo geral, os compósitos produzidos com a composição granulométrica P1, ou com as partículas de eucalipto, ou com a proporção de 7,5% tendem a apresentar maior resistência à tração na flexão e à compressão.

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Datas de Publicação

  • Publicação nesta coleção
    03 Out 2019
  • Data do Fascículo
    Oct-Dec 2019

Histórico

  • Recebido
    27 Ago 2018
  • Aceito
    14 Dez 2018
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