Influência de diferentes tipos de fibras vegetais amazônicas no desempenho de uma argamassa a base de cimento Portland e Metacaulim

Abstract

A Fibra como reforço de materiais cimentícios é amplamente utilizada na indústria da construção civil, das quais, se destacam fibras minerais (amianto) e sintéticas (polietileno). As primeiras podem ser prejudiciais à saúde humana e as segundas têm um alto custo de fabricação, sendo assim, estudos com fibras vegetais, que apresentam baixo custo, são fontes renováveis e biodegradáveis, vem sendo desenvolvidos, com o intuito de encontrar melhorias para a construção civil e o meio em que vivemos. Este estudo teve como objetivo, avaliar as propriedades físicas, químicas e mecânicas de diferentes fibras vegetais amazônicas para a produção de argamassas cimentícias reforçadas com diferentes tipos de fibras vegetais da Amazônia. Ainda, analisar influência de diferentes tipos de tratamentos químicos e físicos, sobre a resistência à tração direta das fibras vegetais, absorção das fibras vegetais e nas propriedades mecânicas de resistência a compressão, a tração na flexão e absorção das argamassas. Foram utilizadas 4 fibras vegetais da floresta amazônica, oriundas da região do Alto Rio Negro (piaçava, juta, tucum e capim-navalha) para a produção de compósitos de cimento com 50% de cimento Portland CPII-F e adições de materiais cimentícios suplementares (40% de metacaulim e 10% cinza volante), com traço igual a 1:2:0,60. Os compósitos cimentícios foram submetidos a dois tipos de cura: cura inicial ao ar seguido de cura final em água e cura em autoclave pressurizada com CO2, ambos por 28 dias. Os tratamentos aplicados nas fibras foram: lavagem com água quente; hornificação; tratamento químico com hidróxido de sódio e hibridização (união de lavagem com água quente, hornificação, hidróxido de sódio (NaOH) e aplicação de peróxido de hidrogênio (H2O2). A durabilidade dos compósitos foi investigada por meio da aplicação de 20 ciclos de secagem e molhagem simulando as intempéries da região amazônica. Como resultado o tratamento hibridização aumentou a resistência mecânica da fibra de tucum de 67,20 MPa (fibra sem tratamento) para 318,80 MPa (tratada), corroborando com o aumento do índice de cristalinidade de 59,84% para 66,73%. A resistência à flexão dos compósitos cimentícios reforçados com 4,5% de fibras de tucum e capim-navalha submetidos a cura em autoclave com CO2 foi respectivamente, 49,61% e 61,75% superior ao compósito referência (sem fibras) na cura a água. Após os ciclos de durabilidade, a resistência à compressão dos compósitos com 4,5% de fibras tratadas de tucum e piaçava, submetidas à cura com CO2 aumentou, respectivamente 3,60% e 10,62% ao compósito referência (sem fibras) na cura a água, indicando que os tratamentos de hibridização e lavagem com água quente foram eficientes para a manutenção da capacidade de reforço das fibras.

Abstract: Fiber as a reinforcement of cementitious materials is widely used in the civil construction industry, of which mineral (asbestos) and synthetic (polyethylene) fibers stand out. The first one can be harmful to human health and the latter one has a high cost of manufacture, therefore, studies with vegetable fibers, which have low cost, are renewable and biodegradable sources, have been developed to find improvements for the construction civil society and the environment in which we live. This study aimed to evaluate the physical, chemical, and mechanical properties of different Amazonian vegetable fibers to produce cementitious mortars reinforced with different types of vegetable fibers from the Amazon. Also, to analyze the influence of different types of chemical and physical treatments, on the direct tensile strength of vegetable fibers, water absorption of vegetable fibers and on the mechanical properties of compressive strength, Flexural strength, and water absorption of mortars. Four vegetable fibers from the Amazon rainforest, from the Upper Rio Negro region (piassava, jute, tucum and razor grass) were used to produce cement composites with 50% Portland CPII-F cement and additions of supplementary cement materials (40% metakaolin and 10% fly ash), with cement mortar and sand trace 1:2:0.60. The cementitious composites were subjected to two types of curing: initial curing in air followed by final curing in water and curing in a pressurized autoclave with CO2, both for 28 days. The treatments applied to the fibers were: washing with hot water; hornification; chemical treatment with sodium hydroxide and hybridization (hot water washing coupling, hornification, sodium hydroxide (NaOH) and application of hydrogen peroxide (H2O2)). The durability of the composites was investigated through the application of 20 drying and wetting cycles simulating the storms of the Amazon region. As a result, the hybridization treatment increased the mechanical strength of the tucum fiber from 67.20 MPa (untreated fiber) to 318.80 MPa (treated), corroborating the increase in the crystallinity index from 59.84% to 66.73%. The flexural strength of cementitious composites reinforced with 4.5% tucum fibers and razor grass submitted to curing in an autoclave with CO2 was, respectively, 49.61% and 61.75% higher than the reference composite (without fibers) in the water curing. After the durability cycles, the compressive strength of the composites with 4.5% fibers treated with tucum and piassava, which were cured with CO2 increased by 3.60% and 10.62%, respectively, to the reference composite (without fibers) in the water cure, indicating that the hybridization and hot water washing treatments were efficient for maintaining the fiber reinforcing capacity.