Análise da correlação entre as características morfológicas e dimensionais de fases dispersas alternativas ao amianto na avaliação do reforço de matrizes cimentícias

Abstract

A adição de uma fase dispersa à matriz cimentícia é uma maneira efetiva de melhorar propriedades mecânicas de artefatos de cimento. O uso do amianto para tais aplicações foi regra até a década de 1960, quando começou a ser contestado por ser nocivo à saúde humana. A partir de então pesquisas foram realizadas com o objetivo de obter-se produtos sem amianto. Com este objetivo, neste trabalho, investigou-se critérios de avaliação do efeito reforço, relacionados à morfologia e dimensão de fases dispersas alternativas ao amianto, em compósitos de matriz cimentícia, a partir da análise de suas propriedades físicas e mecânicas e da relação destas com a microestrutura e natureza da interação aditivo-matriz. Para tanto, diferentes materiais (wollastonita, polipropileno, cinza de casca de arroz, vermiculita, e amianto) foram caracterizadas quanto à sua morfologia, granulometria, propriedades físicas, químicas e mineralógicas. Foram formuladas massas cimentícias com cimento puro e compósitos à base de cimento com amianto e fases dispersas alternativas. Os corpos-de-prova foram conformados utilizando-se um aparato experimental desenvolvido em laboratório que apresenta similaridade ao processo industrial de produção de artefatos de fibro-cimento à base de amianto. Foram avaliadas propriedades tecnológicas como porosidade aparente e resistência mecânica à flexão, após 7 dias de cura ao ar livre. A interface fase dispersa-matriz cimentícia foi investigada com auxílio da microscopia eletrônica de varredura e microssonda EDS. A resistência mecânica à flexão dos compósitos variou em função do tipo, forma e da fração volumétrica dos aditivos (amianto e materiais alternativos) adicionados na matriz cimentícia. Os resultados obtidos puderam ser associados à combinação de um conjunto de fatores, envolvendo aspectos dimensionais e morfológicos, de forma mais apropriada do que a simples análise da influência desta com percentual aditivo adicionado a matriz (em volume). Assim, considerando a área superficial, a densidade e a fração volumétrica de fase XXI dispersa no compósito, constatou-se que quanto maior a relação entre o comprimento mínimo e o diâmetro da fase dispersa, menor será a resistência mecânica à flexão do compósito. Essa tendência foi praticamente independente do tipo e quantidade de adição da fase dispersa.

The incorporation of a dispersed phase in a paste of Portland cement is an effective way to increase mechanical properties of cement components. The use of asbest for this application was very common until the 1960’s, when asbest begun to be questioned due due to its aggressivity to human health. The goal of this work was to investigate evaluation criteria, concerning to the morphology and dimension of alternatives to asbest as dispersed phase in cement matrix composites, based on their physical and mechanical properties, and on the relationship between those and both the composite microstructure and nature of interface dispersed phase-matrix. Wollastonite, polypropylene, rush rice ash, vermicullite, and asbest were characterized by morphology, size distribution, mineralogy, physical and chemical properties. The composites samples were formulated with these dispersed phase and formed by means of an apparatus similar to the industrial process to produce fiber cement products. Technological properties like apparent porosity and mechanical strength (4-points bending) were evaluated after 7 days cure in open air. Scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) were used to identify the major properties of dispersed phase-matrix interface. The composites mechanical performance varied as function of type and volumetric fraction of addictives in the cement matrix. The results could be associated to dimension and morphological aspects more than to the quantity of dispersed phase in the composite. Considering dispersed phase characteristics like specific area, volumetric fraction and density, it was found that the mechanical strength is inversely proportional to the relationship between minimum length and diameter of the dispersed phase. This tendency was almost independent of both type and quantity of dispersed phase.