Análise da durabilidade de compósitos cimentícios leves com incorporação de casca de arroz

Abstract

A partir de uma necessidade nacional de desenvolver novos elementos de vedação, que ofereçam alto desempenho e sejam sustentáveis, este trabalho testou a compatibilidade entre o concreto celular e a casca de arroz in natura. A pesquisa consistiu em, a partir de uma análise completa da literatura, identificar os problemas constatados no uso de fibras vegetais em matrizes cimentícias e, a partir disso, desenvolver um programa experimental que colaborasse com o avanço no desenvolvimento de compósitos ecologicamente adequados. Para atender aos objetivos propostos, foram feitas diversas análises de dosagem e executadas combinações entre matriz e componente de reforço até atingir um produto adequado para atender aos requisitos normativos brasileiros. Após a definição dos traços, foram executados tratamentos químicos, físicos e térmicos, além de envelhecimento natural, para verificar o desempenho do compósito desenvolvido em curto, médio e longo prazo. Atendendo ao objetivo geral proposto na pesquisa, verificou-se que, de maneira inédita na literatura, essa pesquisa comprova a eficiência da incorporação de uma fibra vegetal (casca de arroz) sem qualquer tipo de tratamento em matriz cimentícia. Os resultados obtidos demonstram que, mesmo após a completa degradação da matéria orgânica, o compósito desenvolvido atende aos requisitos de desempenho mecânico e pode ser utilizado na produção de blocos para alvenaria de vedação. A condição que favorece o uso do concreto celular como matriz cimentícia é o fato de haver compatibilidade entre as densidades da matriz e do componente de reforço. Em relação à fibra vegetal, a partir de análises microestruturais realizadas utilizando microscopia eletrônica de varredura, difração de raios x, fluorescência de raios x e espectroscopia por energia dispersiva, foi verificado que o que viabilizou a garantia de desempenho em longo prazo do compósito foi a composição química da casca de arroz. Por ter em sua composição química, aproximadamente, 90% de polímeros naturais e os outros 10% de sílica, a casca possibilita reações químicas que mitigam a redução de desempenho causada pela perda de resistência gerada, principalmente, pela deterioração da celulose. A sílica, presente em sua maioria nas superfícies da casca, gera a possibilidade de formação de C-S-H e gera uma calcificação da fibra, o que auxilia de maneira significativa na resistência à compressão axial. Já a degradação dos polímeros naturais, que possuem em sua composição hidrogênio, carbono e oxigênio, gera a formação de água e dióxido de carbono que, na sequência, produzem o ácido carbônico. O ácido carbônico, por sua vez, junto do hidróxido de cálcio formado pela matriz, forma o carbonato de cálcio. Essas reações podem auxiliar na mitigação da perda de resistência gerada pela degradação da celulose e são prejudiciais apenas se houver, no compósito, o uso de materiais metálicos que poderão sofrer corrosão.

Based on a national need to develop new sealing elements that offer high performance and are sustainable, this work tested the compatibility between cellular concrete and in natura rice husk. The research consisted of, from a complete analysis of the literature, identifying the problems found in the use of vegetable fibers in cementitious matrices and, from that, to develop an experimental program that collaborates with the advance in the development of ecologically adequate composites. To meet the proposed objectives, several dosages analyze were carried out and combinations between matrix and reinforcement component were performed until reaching a suitable product to meet Brazilian regulatory requirements. After defining the traces, chemical, physical, and thermal treatments were performed, in addition to natural aging, to verify the performance of the composite developed in the short, medium, and long term. Given the general objective proposed in the research, it was found that, in an unprecedented way in the literature, this research proves the efficiency of the incorporation of a vegetable fiber (rice husk) without any type of treatment in a cement matrix. The results obtained demonstrate that, even after the complete degradation of the organic matter, the composite developed meets the requirements of mechanical performance and can be used in the production of blocks for masonry sealing. The condition that favors the use of cellular concrete as a cementitious matrix and generated good results is the fact that there is compatibility between the densities of the matrix and the reinforcement component. In relation to plant fiber, from microstructural analyzes carried out using scanning electron microscopy, x-ray diffraction, x-ray fluorescence and energy dispersive spectroscopy, it was verified that what enabled the guarantee of long-term performance of the composite was the composition rice husk chemistry. As it has approximately 90% of natural polymers in its chemical composition and the other 10% of silica, the bark enables chemical reactions that mitigate the losses caused by the loss of strength generated, mainly, by the deterioration of cellulose. Silica, present mostly on the shell surfaces, allows the formation of C-S-H and generates calcification of the fiber, which significantly helps in the resistance to axial compression. The degradation of natural polymers, which have hydrogen, carbon and oxygen in their composition, generates the formation of water and carbon dioxide, which subsequently produce carbonic acid. The carbonic acid, in turn, together with the calcium hydroxide formed by the matrix, forms calcium carbonate. These reactions can help to mitigate the loss of strength generated by the degradation of cellulose and are only harmful if, in the composite, there is the use of metallic materials that may corrode.