Desenvolvimento de compósitos geopoliméricos e cimentícios com poliestireno expandido adicionado

Abstract

Esta pesquisa teve como objetivo desenvolver e avaliar o comportamento físico, mecânico e térmico de compósitos à base de matrizes geopoliméricas e cimentícias com adição de poliestireno expandido (EPS). Foram elaboradas doze formulações, seis de cada matriz, variando o teor de EPS em substituição ao volume de pasta, a fim de investigar o potencial de obtenção de materiais de menor densidade e desempenho adequado para aplicações não estruturais. Os ensaios realizados compreenderam a determinação da densidade aparente, resistência à compressão e análise visual após exposição térmica controlada a 200 °C e 400 °C, com validação dos resultados por meio do método de análise de variância – ANOVA. Os resultados demonstraram que a incorporação de EPS promoveu redução significativa da densidade aparente, passando de valores superiores a 1800 kg/m³ nas formulações referências para valores entre 366 e 690 kg/m³ nas misturas com 80% e 72,5% de EPS, confirmando a eficácia do polímero como agente leve. Observou-se também que o aumento do volume de EPS resultou em diminuição progressiva da resistência à compressão, embora algumas misturas, como a formulação geopolimérica com 70% de EPS, tenham apresentado equilíbrio favorável entre leveza e desempenho mecânico (densidade de 850 kg/m³ e resistência de 4,66 MPa aos 28 dias), destacando-se entre as alternativas avaliadas. Em relação ao comportamento térmico, as matrizes geopoliméricas exibiram maior estabilidade e menor incidência de fissuração após o aquecimento, preservando melhor a integridade superficial quando comparadas às cimentícias. Os resultados obtidos evidenciam o potencial de utilização do EPS em compósitos leves geopoliméricos e cimentícios, com destaque para o bom desempenho térmico e a viabilidade ambiental associada ao reaproveitamento de resíduos poliméricos.

This research aimed to develop and evaluate the physical, mechanical, and thermal behavior of composites based on geopolymer and cementitious matrices with the addition of expanded polystyrene (EPS). Twelve formulations were developed, six for each matrix, varying the EPS content to replace the paste volume, in order to investigate the potential for obtaining materials with lower density and adequate performance for non-structural applications. The tests performed included determining the apparent density, compressive strength, and visual analysis after controlled thermal exposure at 200 °C and 400 °C, with validation of the results using the analysis of variance (ANOVA) method. The results showed that the incorporation of EPS promoted a significant reduction in bulk density, from values above 1800 kg/m³ in the reference formulations to values between 366 and 690 kg/m³ in mixtures with 80% and 72.5% EPS, confirming the effectiveness of the polymer as a lightweighting agent. It was also observed that the increase in EPS volume resulted in a progressive decrease in compressive strength, although some mixtures, such as the geopolymer formulation with 70% EPS, showed a favorable balance between lightness and mechanical performance (density of 850 kg/m³ and strength of 4.66 MPa at 28 days), standing out among the alternatives evaluated. In terms of thermal behavior, the geopolymer matrices exhibited greater stability and less cracking after heating, better preserving surface integrity when compared to cementitious matrices. The results obtained highlight the potential for using EPS in lightweight geopolymer and cementitious composites, with emphasis on good thermal performance and environmental viability associated with the reuse of polymeric waste.