Produção de rocha artificial utilizando fragmentos de mármore, poliéster insaturado e moldagem por transferência de resina



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PRODUÇÃO DE ROCHA ARTIFICIAL UTILIZANDO RESÍDUOS DO PROCESSAMENTO DE MÁRMORE POR VIBRO COMPRESSÃO A VÁCUO

C.E.G. Ribeiroa, R.J.S. Rodríguezb, C.M.F. Vieirab, E.A. Carvalhob

Rua Jerônimo Ribeiro, 250 – Amarelo – Cachoeiro de Itapemirim – ES

carlospcp@hotmail.com



a Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial – DR Espírito Santo

b Universidade Estadual do Norte Fluminense – CCT – LAMAV


RESUMO

Este estudo tem por objetivo avaliar a produção de rochas artificiais através do processo de vibro-compressão à vácuo. Neste trabalho, fragmentos de mármore foram aquecidos e colocados num misturador onde foi aplicado vácuo para retirada de umidade. A resina, já catalisada, foi sugada para dentro do misturador e, misturada às partículas em atmosfera de vácuo. Depois de misturada, a massa foi pré-espalhada em uma bandeja e submetida à vibração para completar o preenchimento da forma. O molde foi então submetido à compressão e vácuo. As placas produzidas foram submetidas a tratamento térmico após desmoldagem. Para o material produzido foram determinadas a densidade, a absorção de água, a resistência à compressão e a resistência à flexão em três pontos. Os materiais obtidos apresentaram propriedades dentro da faixa esperadas indicando que o processo e a formulação são adequados a produção destes materiais.
Palavras chave: rocha artificial, rochas ornamentais, compósitos, reciclagem.

1. Introdução

As rochas artificiais apresentam hoje grande importância na construção civil, podendo ser enquadrado em quatro classes: (1) produtos cerâmicos, moldados plasticamente a frio e endurecidos por cozimento, (2) produtos vítreos, em que suas matérias primas adquirem plasticidade em elevadas temperaturas, (3) produtos compactos, em que a aglomeração de partículas de rocha natural é feita por um ligante polimérico com a aplicação de pressão e (4) produtos hidráulicos, em que os materiais são comprimidos e unidos por um aglomerante hidráulico (1).

As rochas artificiais que se enquadram na terceira categoria, produtos compactos, são materiais que apresentam elevado valor de mercado e que vêm apresentando uma demanda crescente nos últimos anos. No período de janeiro a julho de 2012, o Brasil importou cerca de 40 mil toneladas de rochas artificiais aglomeradas, um volume maior do que em todo o ano de 2011, quando importou cerca de 30 mil toneladas (2).

Esses materiais são apresentam em sua composição teores de até 95% de agregados naturais. Os agregados que compõem as rochas artificiais podem ser constituídos por partículas de mármores, granito triturado, areia de quartzo, cristais de vidro como sílica ou óxido de silíco (3), sendo uma excelente alternativa para absorver as partículas rochosas residuais provenientes do processamento das rochas naturais.

O Brasil é um grande produtor de rochas naturais, tendo produzido em 2010 cerca de 9 milhões de toneladas destes materiais (4), o que implica na geração de grandes quantidades de resíduos.

Este estudo visa avaliar a produção de placas de rocha artificial pelo processo de vibro compressão a vácuo. O domínio da produção de rocha artificial pode oferecer aos países produtores de rochas ornamentais, como o Brasil, meios para a redução dos volumes de rejeitos depositados diariamente, através de seu aproveitamento em produtos de alto valor agregado, além da possibilidade de inclusão deste novo produto, ambientalmente correto e com boas perspectivas de mercado, nos catálogos da indústria de rochas ornamentais naturais.



MATERIAIS E MÉTODOS

FRAGMENTOS DE MÁRMORE

Os fragmentos de mármore usados nesta pesquisa foram coletados, na forma de aparas de chapas, em montes de descarte de uma marmoraria localizada em Cachoeiro de Itapemirim, Brasil.

Após a coleta o resíduo foi britado primariamente, de forma manual, utilizando uma marreta de massa aproximada de 1 kg e, posteriormente, submetido a um britador de mandíbulas para redução da granulometria de forma que as partículas passassem na peneira 2 mm.

As partículas foram separadas por peneiramento a seco utilizando as peneiras 0,84, 0,42, 0,15 e 0,075 mm.



RESINA

Foi utilizada nesta pesquisa, uma resina poliéster insaturado ortoftálico, pré acelerada, de média viscosidade e baixa reatividade. A resina apresenta tempo de gel de 10 a 13 minutos (25ºC e 1% de MEKP) e pico exotérmico entre 135 e 160ºC.

Utilizou-se o iniciador peróxido de metil etil cetona (MEKP) em teor de 1% p.

PREPARAÇÃO DOS LADRILHOS

As partículas já britadas e classificadas foram pesadas em quantidade calculada para preenchimento de 85 % do molde (4300 g) e secas em estufa à 80ºC por 2h para retirada da umidade, uma vez que a água pode reduzir tanto a eficiência do processo de cura quanto à aderência entre a matriz de polímero e os agentes de enchimento (5). Após a secagem, as partículas foram depositadas num misturador e submetidas a vácuo. Após o resfriamento da carga mineral, procedeu-se a pesagem da resina, do iniciador e sua mistura. A resina foi pesada em quantidade correspondente a 15 % da massa total das partículas (645 g). A introdução da resina no misturador foi realizada por sucção a vácuo. O material foi misturado e depositado em um molde de dimensões 605x300x25 mm. Após espalhamento da massa com auxilio de uma espátula, o molde foi submetido a vibração para melhor preenchimento. Com o espalhamento da massa no molde posicionou-se a placa de prensagem e procedeu-se a prensagem da placa em atmosfera de vácuo, enquanto a vibração era mantida.

Após 2 horas de cura, o material foi desmoldado e tratado termicamente em estufa a 90ºC por 2 horas.

DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE E ABSORÇÃO DE ÁGUA

A densidade e a absorção de água, do resíduo de mármore e dos ladrilhos de mármore artificial, foram determinadas pelo método ASTM C373-72(6).

Para os ensaios foram preparados cinco corpos de prova, de cada material avaliado, tendo cada um deles massa entre 50 e 100g.

DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E FLEXÃO

Os ensaios de compressão e de flexão foram realizados em máquina universal de ensaios INSTRON 5582.

Para a realização do ensaio de compressão foram preparados corpos de prova de geometria cúbica, baseados na norma UNE-EN 14617-15 (7). As arestas dos corpos de prova cúbicos mediam cerca de 25 mm. Para a rocha artificial produzida que apresentava limitação na dimensão espessura, três camadas foram unidas com resina poliéster para alcance da medida. As velocidades adotadas nos ensaios foram de 0,5 mm/min, sendo mantidas constantes até a ruptura do corpo de prova.

Para o ensaio de flexão foram cortados corpos de prova nas dimensões 70x20x10 mm. A velocidade adotada no ensaio foi de 0,5 mm/min, sendo mantida constante até a ruptura do corpo de prova.

Os corpos de prova foram medidos com uma casa decimal, utilizando um paquímetro com resolução de 0,05 mm.

Foram avaliadas as tensões de ruptura em compressão e em flexão, tanto para o material produzido, quanto para as matérias primas utilizadas, tendo suas médias calculadas por média aritmética.



RESULTADOS E DISCUSSÃO

DENSIDADE, ABSORÇÃO DE ÁGUA E POROSIDADE APARENTE

Os valores obtidos para a densidade e absorção de água do mármore natural e do mármore artificial produzido são apresentados em Tab. 1.



Tab. 1 Densidade e absorção de água determinadas para o resíduo de mármore e para o mármore artificial


Densidade (g/cm3)

Absorção de água (%)

Resíduo de mármore

2,92


0,30

Mármore artificial

2,27


0,67

Fabricantes de rochas artificiais apresentam valores entre 2,40 e 2,57 g/cm3 para a densidade e entre 0,05 a 0,40 % para a absorção de água do mármore artificial (3,8). Lee e colaboradores, apresentam valores entre 2,03 e 2,44 g/cm3 para a densidade e entre 0,01 a 0,20 % para a absorção de água, em diferentes condições de pressão, temperatura e vibração (9). Nota-se que apesar da densidade obtida ter sido inferior à informada pela indústria, apresenta-se dentro da faixa encontrada por Lee e colaboradores.

Já com relação à absorção de água, esta se mostrou ligeiramente superior à informada pela indústria e por Lee. Esta absorção de água superior à esperada é função de porosidades na fase matriz, uma vez que a fase particulada apresentou valores de porosidade e absorção de água inferiores aos apresentados pelo material produzido.

RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E FLEXÃO

O comportamento médio apresentado nos ensaios de compressão é mostrado em Fig. 1 (a) e nos ensaios de flexão é mostrado em Fig. 1 (b).





Fig. 1. Comportamento médio apresentado em compressão e flexão. (a) Comportamento em compressão. (b) Comportamento em flexão.

Os valores para as tensões médias de ruptura em compressão e flexão são apresentados em Tab. 2.



Tab. 2 Tensão de ruptura em compressão e flexão para os materiais analisados



Resina

Mármore natural

Mármore artificial

Tensão de ruptura em compressão (MPa)

115


100

81


Tensão de ruptura em flexão (MPa)

99

29



15

A indústria de mármore artificial informa valores entre 97 e 220 MPa para a resistência à compressão e entre 13,6 e 33,7 MPa para flexão (3,8). Lee e colaboradores, indicam valores entre 78,7 e 151,3 MPa para a tensão de ruptura à compressão e entre 27,9 e 52,7MPa para a tensão de ruptura em flexão (9).

Assim, o material produzido apresentou valores dentro da faixa de valores relatada na literatura, sendo pouco superior a menor tensão informada pela indústria e cerca de 20 MPa superior ao menor valor encontrado por Lee e seus colaboradores.

Com relação à ruptura em flexão, o valor apresentado também se encontra na faixa relatada na literatura sendo próxima ao mais alto valor relatado pela indústria e ao mais baixo relatado por Lee.

Podemos observar que a curva de flexão apresentou inclinação menor que a do mármore natural, indicando maior rigidez. Este comportamento ocorre, pois, em materiais frágeis como o mármore natural, ocorrem microtrincas que se abrem ao serem submetidas a esforços de tração como os que ocorrem na parte inferior das peças em flexão (10), entretanto, no material artificial, a matriz polimérica confere uma menor tendência à formação e propagação destas trincas.

MICROESTRUTURA

A partir da microscopia de superfície polida apresentada em Fig.2 podemos observar a ocorrência de poros de grandes dimensões, decorrentes do aprisionamento de bolhas de ar ocorrido na etapa de transferência da massa do misturador para o molde. Observa-se ainda uma distribuição regular das partículas.





Fig. 2. Microscopia eletrônica de varredura de face polida do mármore artificial

Fig. 3 nos apresenta a micrografia de uma região fraturada do mármore artificial. Nesta imagem vemos que apesar do descolamento das partículas em algumas regiões, a matriz se apresenta bem aderida às partículas, indicando uma boa adesão interfacial no compósito, o que é fundamental para a transferência de tensão entre as fases e aumento no módulo de compósito.




Fig.3. Microscopia eletrônica de varredura da região de fratura do mármore artificial
CONCLUSÕES

A formulação e o método de moldagem adotados mostraram-se capazes de produzir rochas artificiais com propriedades mecânicas dentro de valores esperados.

As rochas artificiais produzidas por este método são capazes de alcançar valores de resistência mecânica superiores aos da rocha natural utilizada como matéria prima.

Os valores de absorção de água mostraram-se superiores aos indicados na literatura em função de porosidades formadas no manuseio da massa. Para a solução deste problema torna-se necessário o desenvolvimento de uma técnica para realizar a transferência da massa do misturador para a forma em atmosfera de vácuo.

Em função de sua elevada resistência mecânica estes materiais podem ser utilizados como substitutos às rochas naturais.

REFERÊNCIAS

1. Martins, J.G., Pereira, M.E. Materiais de construção: rochas artificiais (aglomerados de pedra natural). Universidade Fernando Pessoa, Porto, 2010.

2. ABIROCHAS. Informe 08/2012 - Balanço das Eportações e Importações Brasileiras de Rochas no Período de Janeiro a Julho de 2012. Associação Brasileira da Indústria de Rochas Ornamentais, 2012. Disponível em: http://www.ivolution.com.br/news/upload_pdf/11185/Informe_08_2012.pdf acesso em 20 de julho de2012.

3. ALICANTE, 2012. Disponível em: http://www.alicante.com.br acesso em 10/05/2012

4. ABIROCHAS. Informe 01/2012 - Balanço Sucinto das Exportações e Importações Brasileiras de Rochas Ornamentais e de Revestimento em 2011. Associação Brasileira da Indústria de Rochas Ornamentais, 2012. Disponível em: http://www.ivolution.com.br/news/upload_pdf/10672/Informe_01_2012.pdf acesso em 20 de julho de 2012.

5. IGNACIO, C.; FERRAZ, V.; ORÉFICE, R. L. Study of the behavior of polyester concretes containing ionomers as curing agents. J. Appl. Polym. Sci., 108, pp. 2682–2690, 2008. doi: 10.1002/app.27629

6. ASTM. C373 – Test Method for Water Absorption, Bulk Density, Apparent Porosity, and Apparent Specific Gravity of Fired Whiteware Products. American Society for Testing and Materials, 1977.

7. UNE. EN 14617-15 - Piedra aglomerada Metodos de Ensayo Parte 15: Determinación de la resistencia a compresión. Asociación Española de Normalización y Certificación, 2006.

8. RMC. Revestimento de Mármores Compactos S.A. Disponível em: http://www.rmc.pt acesso em 25 de abril de 2012.

9. LEE, M.Y.; KO, C.H.; CHANG, F.C.; LO, S.L.; LIN, J.D.; SHAN, M.Y.; LEE, J.C. Articial stone slab production using waste glass, stone fragments and vacuum vibratory compaction. Cement & Concrete Composites, 30, pp.583–587, 2008. doi:10.1016/j.cemconcomp. 2008.03.004.



10. Alvarez, H.I.P.. Ensaios não convencionais para determinação da tenacidade à fratura em rochas: análise e comparação. 2004, Dissertação (Mestrado em Geotecnia), USP-EESC, São Carlos – SP, Brasil.
Artificial Stone production with marble waste using vacuum vibratory compaction


ABSTRACT

This study aims to evaluate the artificial stone production using vacuum vibratory compaction. In this work, marble waste fragments were heated and placed in a mixer where vacuum was applied to remove moisture. The catalyzed resin was sucked into the mixer and mixed with particles in vacuum atmosphere. After mixed the mortar was put in a mold and vibration subjected to filling mold. Vaccum and compression were applied to the mold. The produced slabs were subjected to heat treatment after demolding. Density, water absortion, compression strength and flexural strength were determined to produced material. The obtained properties were in the expected range indicating that process and formulation are suitable to these materials production.

Keywords: artificial stone, ornamental stone, composite, recycling.

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