Processamento de compósitos cimento-madeira



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Processamento de compósitos cimento-madeira (Simarouba amara)

F. S. Politi1; H. J. C. L. Bezerra1; S. J. Pereira2

flavio.politi@uol.com.br

1PPGEM - IFMA

2UFMA
RESUMO

Compósitos cimento-madeira (Simarouba amara) foram obtidos utilizando-se um tração de 1:1:0,5 (cimento:madeira:água) em peso, traço este raramente reportado na literatura. As condições de encharque não apresentaram efeitos significativos na densidade. Com relação às propriedades mecânicas o compósito apresentou valores médios de resistência à compressão longitudinal na faixa de 2,49 MPa a 5,35 MPa, sendo fortemente influenciado pela granulometria da madeira.  Os valores médios de resistência à flexão situaram-se na faixa de 1,19 MPa a 2,18 MPa, não havendo diferenças significativas nesses valores com relação ao encharque; enquanto que o efeito da granulometria foi significativo. Os valores de inchamento para os tempos de imersão 2h e 24h foram inferiores a 3,5%, o que evidencia que o presente compósito cimento-madeira apresenta um comportamento superior em relação ao uso da madeira isolada.

Palavras-chave: painéis cimento-madeira, propriedades mecânicas; Simarouba amara
INTRODUÇÃO

Compósitos cimento-madeira apresentam aplicações diversas, pois suas propriedades físico-mecânicas são distintas das propriedades apresentadas pelo uso isolado da madeira. Dentre estas propriedades pode-se citar adequada resistência mecânica, boa vedação térmica e acústica, baixo peso, boa durabilidade, resistência ao fogo, resistência em ambientes agressivos, resistência ao ataque de insetos e ao mofo.

A aplicação destes painéis ligados por massa cimentícia vai além dos usos indicados para aglomerados de madeira convencional, especialmente em ambientes úmidos e com riscos de incêndios, onde o emprego de aglomerados convencionais se torna inadequado.  A incorporação de partículas vegetais à massa cimentícia é não trivial devido ao fato de que as madeiras possuem, em maior ou menor quantidade, dependendo da espécie, carboidratos, glucosídeos e componentes fenólicos que retardam a pega do cimento. A compatibilidade entre cimento-madeira pode ser avaliado através de ensaios de medidas de calor de hidratação da pasta cimentícia contendo partículas de vegetais (1, 2 e 3).

Também devido a sua microestrutura altamente porosa, a madeira possui uma grande capacidade de absorção de água, retirando assim parte da água disponibilizada para a hidratação do cimento. Este seqüestro da água de hidratação pela madeira, além de alterar a razão água cimento, limita muito a incorporação de partículas à massa cimentícia (2). Ainda com relação a essa absorção de água pela madeira deve-se lembrar que está bem estabelecido na literatura que adequados valores de razão água cimento é um fator importante para o desenvolvimento das reações de cura e resistência da massa cimentícia.


MATERIAIS E MÉTODOS

Materiais

Utilizou-se partículas de madeira da espécie Simarouba amara (paparaúba), provenientes de uma Marcenaria que produz esquadrias e móveis, localizada no município de São Bento-MA. As partículas de madeira utilizadas foram as partículas passantes na peneira ASTM 4 retida na ASTM 7, aqui denominadas partículas G7, as partículas passantes na peneira ASTM 8 e retidas na peneira ASTM 10, denominadas por G10 e uma mistura de 50% em peso de partículas passante na ASTM 7 e ASTM 10, denominadas por G7-10. A Tabela 1 mostra o delineamento experimental utilizado. O cimento utilizado foi o cimento Portland pozolânico, especificado como CP IV-32 RS, de acordo com NBR 5736 e NBR 5737, da marca NASSAU, de fabricação recente fornecido pela indústria de cimento do Grupo João Santos localizada em Codó-MA, o qual foi acondicionado em sacos plásticos, com o propósito de evitar um possível início de hidratação. O aditivo químico utilizado foi o Cloreto Férrico, FeCl3 . 6 H2O, produzido pela Dinâmica Reagentes Analíticos.


Métodos

Para todas as variáveis estudadas, de acordo com a Tabela 1, utilizou-se o delineamento inteiramente casualizado, com três repetições por tratamento.

Tab. 1. Delineamento Experimental dos Corpos de Provas


Traço: 1:1:0,5 (c:m:a)

Granulometria

Encharques

G7

84%

97%

110%

123%

136%

G7-10

84%

97%

110%

123%

136%

G10

84%

97%

110%

123%

136%

A determinação do teor de umidade, da absorção de água pelas partículas vegetais e do inchamento foram realizados com base na norma NBR 14929/2003.

Para uma análise mais precisa sobre a influência da capacidade de absorção de água nas condições de processamento estudou-se a condição de encharque na qual a madeira poderia absorver e reter a água mesmo sob aplicação de carga compressiva. Para isso aplicou-se uma carga compressiva de quatro toneladas em madeiras encharcadas nos níveis estudados, as quais foram colocadas em moldes de corpos cilíndricos com diâmetro de 100 mm e altura de 250 mm e observou-se a eliminação ou não de água.

Para os ensaios físicos e mecânicos os corpos de prova (CP’s) foram produzidos utilizando o traço 1:1:0,5 (cimento:madeira:água) e 4% em peso em relação a massa de cimento do aditivo FeCl3.6H2O. Os painéis foram produzidos em moldes de aço (45cm x 45cm x 2,5cm) na posição vertical, e com conformação através de deslocamento vertical descendente até a altura de 20cm, grampeados durante 24 horas e tempo de cura de 28 dias.



Caracterização das placas cimento-madeira

Os CP’s foram caracterizados quanto ao Inchamento (NBR 14810/02), ensaio da resistência à compressão longitudinal (D1037) e resistência à flexão em três pontos (NBR 14810-3). Os ensaios foram realizados após 28 dias de cura.


RESULTADOS E DISCUSSÃO

Caracterização da Madeira

A Figura 1 (a e b) mostra as micrografias com corte transversal extraídas da madeira utilizada com ampliações de 25X e 200X respectivamente.

Diante das características anatômicas observadas e comparadas com as micrografias apresentadas nas Fichas de Características das Madeiras Brasileiras (4), confirmou-se que a madeira utilizada foi a Simarouba amara.






(a) Micrografia da madeira Simarouba amara ampliada em 25x

(b) Micrografia da madeira Simarouba amara ampliada em 200x


Teor de Umidade, Absorção de água e Inchamento

O teor de umidade do particulado da madeira de paparaúba apresentou-se em 16%. A absorção de água tanto nas partículas com tamanho G7 e G10 apresentou uma rápida absorção de água, na faixa de 180% a 190%, atingindo um máximo de 220%, após 17 minutos. A capacidade das partículas de madeira de absorver água e retê-la após uma carga de compressão de 4t, foi de 136%. Como nos processamentos das placas, estava previsto o uso de pressão para a etapa de moldagem, o valor de 136% foi considerado o valor máximo de encharque.

Os valores médios de inchamento, tanto para os ensaios realizados com 2 horas de imersão como também para os ensaios realizados com 24 horas de imersão, foram inferiores a 2,5%. O valor médio apresentado pela madeira de Paparaúba foi de 3,5%. Tal valor de inchamento da madeira é superior ao inchamento máximo que o compósito apresentou.

Resistência a Compressão Longitudinal

Os valores referentes à análise de variância dos dados de compressão longitudinal em função da granulometria adotada e das condições de encharques indicaram uma interação cruzada entre os efeitos do tamanho de grão e do encharque utilizado. Assim sendo é necessário verificar quais as diferenças entre os pares de granulometria e das condições de encharque são significantes, o que foi realizado através do teste de Tukey.



O teste de Tukey identificou como significativas os valores apresentados nas Tabelas 2 e 3.
Tab. 2. Valores do teste de Tukey que apresentaram diferenças significativas entre seus valores médios com relação ao efeito do encharque na resistência a compressão longitudinal.

Encharques

Diferença entre Médias

q-value

p-value*

Sig**

97% - 84%

0,570

4,015

0,045

1

110% - 84%

1,122

7,896

3,568E-6

1

136% - 110%

-0,987

6,942

5,024E-5

1

* valores de p-value inferior a 0,05 indicam diferenças entre as médias

** 1 = significante 0 = não-significante
Tab. 3. Valores do teste de Tukey referente à comparação do efeito da granulometria para a resistência a compressão longitudinal.

Granulometria

Diferença entre Médias

q-value

p-value*

Sig**

G7-10 - G7

1,407

12,784

0

1

G10 - G7

0,756

6,867

1,887E-5

1

G10 - G7-10

-0,651

5,917

2,254E-4

1

* valores de p-value inferior a 0,05 indicam diferenças entre as médias significantes

** 1 = significante 0 = não-significante
A Figura 2 apresenta os valores médios de resistência a compressão em função das condições de encharque e do tamanho de partícula.

Fig. 2. Valores médios de resistência a compressão em função das condições de encharque e do tamanho de partícula. As barras ao redor dos pontos representam o erro padrão da média


Resistência à Flexão em três pontos

A Figura 3 apresenta os valores médios de resistência à flexão em três pontos em função das condições de encharque e do tamanho de partícula.



Fig. 3. Valores médios de resistência à flexão em três pontos em função das condições de encharque e do tamanho de partícula. As barras ao redor dos pontos representam o erro padrão da média

Os valores referentes à análise de variância dos dados de flexão a três pontos em função das condições de encharques e da granulometria, para o nível de significância de 0,05 indicaram que o efeito da granulometria foi significante, enquanto os efeitos do encharque e da interação entre eles foram não-significantes. A Tabela 4 apresenta os valores do teste de Tukey para comparação das médias aos pares, apenas as condições entre a granulometria G7-10 e G7 apresentaram diferenças significativas entre os valores médios de resistência a flexão.

Tab. 4. Valores do teste de Tukey referente à comparação do efeito da granulometria para a resistência a flexão



Granulometria

Diferença entre Médias

q-value

p-value*

Sig**

G7-10 - G7

0,598

5,193

0,001

1

G10 - G7

0,308

2,730

0,135

0

G10 - G7-10

-0,290

2,517

0,181

0

* valores de p-value inferior a 0,05 indicam diferenças entre as médias significantes

** 1 = significante 0 = não-significante

CONCLUSÕES

O presente compósito de cimento-madeira da espécie Simarouba amara (paparaúba) foi obtido com o traço cimento:madeira de 1:1, tendo um aspecto geral que sugere aplicações não somente na construção civil, como também na indústria moveleira entre outras.

Os valores médios de inchamento do compósito após 24 horas imersão foram inferiores ao valor do inchamento obtido para a madeira de paparaúba nas mesmas condições (3,5%), evidenciando um comportamento do compósito, com relação a esta propriedade, superior em relação ao uso da madeira isolada.

A resistência a compressão longitudinal apresentou valores médios na faixa de 2,49 MPa a 5,35 MPa, dependendo das condições de processamento utilizadas. As diferenças significativas ocorreram entre as condições de encharques (97% - 84%); (110% e 84%) e (136% e 110%). O efeito da granulometria apresentou diferenças significativas entre as médias nas três granulometrias estudadas.

Os valores médios de resistência a flexão referentes a diversas condições estudadas situaram-se na faixa de 1,19 MPa a 2,18 MPa. O efeito da granulometria apresentou diferenças significativas entre um ou mais valores das médias. O teste de Tukey identificou que apenas as condições entre a granulometria G7-10 e G7 apresentaram diferenças significativas entre os valores médios de resistência a flexão, enquanto os efeitos do encharque e da interação entre eles foram não-significantes.
AGRADECIMENTOS

Ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão (PPGEM/IFMA)

Ao Núcleo de Tecnologia das Madeiras e das Fibras da Universidade Federal do Maranhão (NTMF/UFMA)
REFERÊNCIAS

1. BEZERRA, H. J. C. L. Influência da granulometria e das condições de encharque do particulado em compósito cimento-madeira (Simarouba amara). 2012, 75P. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão, IFMA, São Luís-MA.

2. VERDE, F. H. S. Compósitos cimento-madeira: determinação de parâmetros de Processamento. 2008, 146p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais), Centro Federal de Educação Tecnológica do Maranhão, CEFET-MA, São Luís-MA.

3. MORI, F.A.; LOPES, Y. L. V.; MENDES, L. M.; LATORRACA, J. V. F. Estudo da compatibilidade entre a madeira e as cascas de eucalyptus grandis e cimento portland. Ciência Florestal, Santa Maria, v. 17, n. 3, p. 257-264, jul-set, 2007. Disponível em: http://www.ufsm.br/cienciaflorestal/artigos/v17n3/A8V17N3.pdf acesso em: 09 de outubro de 2010.



4. MAINIERI, C. e CHIMELO, J. P. Fichas de Características das Madeiras Brasileiras. Instituto de Pesquisas Tecnológicas, Divisão de Madeiras. 2º ed. São Paulo, 1989.


CEMENT COMPOSITES PROCESSING-WOOD (Simarouba amara)
ABSTRACT
Cement-wood composites (Simarouba amara) were produced using a trace 1:1:0.5 (cement: wood: water) in weight, which is rarely trace reported in the literature. The additional humidity conditions showed no significant effects on density. With respect to mechanical properties the composite showed values ​​of compression resistance in the range of 2.49 MPa to 5.35 MPa, and showed to be strongly influenced by the particle size of the timber, whereas the additional humidity content evidenced no significative effect. The swelling values ​​for immersion times 2h and 24h were below 3.5%, which is the value associated to timber alone evidencing that this composite cement-wood has superior performance compared to the use of wood alone.
Key-words: wood-cement panels, mechanical properties; Simarouba amara

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