Reaproveitamento de papel de embalagens de cimento na produção de manta asfáltica impermeabilizante



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Reaproveitamento de papel de embalagens de cimento na produção de manta asfáltica impermeabilizante

RAAD, H. J.; CÂNDIDO, M. P. C.; SOUZA, S. A.; ESTEVÃO, F. V.; JESUS, H. X.

Rua Zurick, 1140, Apto. 902, Nova Suíssa, Belo Horizonte, MG, CEP 30421-112, henriqueraad@yahoo.com.br

Centro Universitário UNA – Instituto Politécnico



RESUMO
Dentre os diversos rejeitos de materiais descartados pela Construção Civil, o papel de embalagens de cimento é insumo sem aproveitamento ou reciclagem, gerando impactos consideráveis ao meio-ambiente. A utilização dosada e controlada de tais rejeitos na substituição de fibras poliméricas em mantas asfálticas constituídas por aglomerantes betuminosos utilizadas para impermeabilização surge como alternativa sustentável e eficaz no reaproveitamento destes, resultando em um novo e importante material que agrega qualidade e responsabilidade ambiental. Foram estudadas as relações de dosagem dos materiais emulsão asfáltica e fibras de papel de sacos de cimento e efetuados testes físicos em protótipos, constatando-se resultados extremamente satisfatórios nos comportamentos mecânicos característicos da aplicação e do uso dos mesmos. O material apresentou resultados positivos nos testes de estanqueidade e curvatura mínima, confirmando o mesmo como potencial alternativa de execução de processos de impermeabilização na Construção Civil reaproveitando rejeito agressivo ao meio-ambiente.
Palavras-chave: Embalagem de cimento, emulsão asfáltica, manta asfáltica.


Introdução
Os processos utilizados pela Construção Civil destinados à impermeabilização de construções são sem dúvida etapas de extrema importância em uma construção voltada ao uso humano, uma vez que propiciam conforto aos usuários finais da construção e garantem a proteção dos materiais aplicados, aumentando a vida útil destes e tornando as edificações mais eficientes (1).

Tal importância, aliada à preocupação com a degradação excessiva gerada pelos processos extrativos e de uso de matéria para a indústria da Construção Civil no Brasil, principalmente nos últimos anos, seguindo a corrente mundial de desenvolvimento sustentável, e também à ncessidade de se gerar novos materiais cada vez mais eficientes, quer no desempenho, quer na economia, e menos agressivos ao meio ambiente, motivou o desenvolvimento de material impermeabilizante constituído de fibras moídas de papel de embalagens de saco de cimento e emulsão asfáltica de petróleo, em uma conjunção útil e ao mesmo tempo sustentável para a Indústria da Construção Civil.


Caracterização dos materiais
O papel é um material polimérico derivado da madeira, constituído principalmente por celulose, um polissacarídeo linear de alto peso molecular, não solúvel em água, baseado no monômero glicose, com constituição definida pela presença de oxigênio (O), carbono (C) e hidrogênio (H), extraído da matéria natural por processo de redução de componentes específicos, como a substância aromática lignina. O papel de embalagens de cimento é feito de papel kraft, fundamentalmente produzido por celulose não branqueada (2). Este, devido ao contato com o cimento, torna-se inadequado a processos de consumos secundários e ainda desqualificado aos processos convencionais de reciclagem, sendo descartado em “lixões”, aterros sanitários ou nos chamados “bota-foras” de materiais de construção (3).

Hoje existem 50 tipos de resíduos sólidos provenientes da Construção Civil com destinação classificada, sendo o papel contaminado com cimento e argamassa o único sem destino de reaproveitamento ou reciclagem (4).

Dados retratados no Projeto Construa Limpo (3), indicam que Belo Horizonte produz cerca de 4.000 toneladas de lixo por dia, e em torno de 12.000 toneladas de sacaria de cimento e argamassa por ano. Segundo o mesmo estudo, um prédio de 20 andares pode gerar 55 mil embalagens de cimento e argamassa durante um ano de obra. É fato ainda a tendência crescente do setor no ano de 2010 e perspectivas positivas para os anos seguintes, o que implicará em aumento real nestes índices.

E, para o reaproveitamento deste rejeito, o desafio é encontrar estratégias de junção dos componentes presentes no mesmo em um material que não possua outros sub-componentes reativos, a fim de evitar comportamentos danosos ao próprio ou a outros materiais de contato direto com esse durante o uso.

Analisando os materiais quanto à sua microestrutura (5), o rejeito poderá ser classificado como um compósito de natureza polimérico-cerâmica, com incidência cerâmica não vinculada cristalinamente à cadeia polimérica. Este fato pode mostrar que para o trabalho de reaproveitamento normal do papel bastaria realizar a separação dos dois componentes primários tratados, cimento e papel, por processo de lavagem ou separação química. Contudo, tais processos ou são inviáveis economicamente e inviabilizariam a utilização dos insumos separados ou trariam modificações físico-químicas danosas aos mesmos. Deste ponto emerge o encontro não reativo destes materiais com materiais de natureza betuminosa, em especial, com betumes artificiais derivados do petróleo, possibilitando a união dos mesmos em produto de reuso para o mesmo setor de origem do rejeito.

A emulsão asfáltica de petróleo (EAP) é uma mistura polimérica (5) baseada na dispersão de betume derivado de petróleo em solução aquosa com o auxílio de aditivos dispersantes tensoativos, que, quando aplicados, formam filme hidrofugante e pouco poroso após a vaporação da água de mistura e reaproximação das gotículas de betume dispersas na mistura inicial (2). É produzida, normalmente, através de processo mecânico em equipamentos de alta capacidade de cisalhamento denominados moinhos coloidais, apresentando coloração marrom ou preta e consistência variável (2), sendo estável quando utilizada em serviços de impermeabilização e pavimentação à temperatura ambiente, não podendo trabalhar a mais de 70ºC. Classificam-se quanto à estabilidade e ao tempo de ruptura nos ensaios característicos em ruptura rápida (RR), ruptura média (RM) ou ruptura lenta (RL), sendo esta a forma indicada para definições iniciais de aplicação.

A EAP, por suas características físico-químicas, poderá ser utilizada para a aplicação conjunta com papel impregnado com pós de cimento Portland em qualidade de ruptura rápida com base tanto em emulsificantes catiônicos quanto aniônicos, não comprovada a ação danosa de nenhum dos dois tipos no presente estudo, com preferência, entretanto, por emulsificantes de química a base de sais de amina, por razões de escolha experimental neste trabalho.

Mantas asfálticas de petróleo (MAP) são produtos classificados como asfaltos modificados por polímeros (AMP) que trabalham pelo princípio de amplificação de características físico-mecânicas pela junção de dois insumos principais: a fibra polimérica (geralmente algodão ou poliéster) e o adesivo betuminoso. Geralmente são formadas por asfalto catalítico (obtido por passagem de corrente de ar através de uma massa de cimento asfáltico de petróleo em temperatura adequada, com presença de catalisadores adequados ao uso da impermeabilização) ou por emulsão com elastômeros. Para que mantenham a forma, são moldadas sobre uma base geralmente plástica que serve como armação e reforço (2). São ainda definidas como materiais de impermeabilização de baixa resistência à degradação mecânica de espessura mínima de 0,8 mm compostos por feltro de fibra de algodão e celulose aderido por emulsão asfáltica de petróleo diluído juntamente com aditivo fixador. Atingem em serviço idades superiores a 25 anos, em função do controle na fabricação e na aplicação (6). Os elastômeros são polímeros que à temperatura ambiente podem ser alongados em duas ou mais vezes o seu comprimento normal em repouso, retornando ao comprimento original após alívio da pressão (7).

A MAP é utilizada na Construção Civil como material impermeabilizante de grande eficiência, impedindo a passagem de águas, fluidos e vapores, podendo ser adaptada à superfície de instalação obtendo forma conveniente às funções de contenção ou escoamento destes fluidos (8). É aplicada com aquecimento para fusão de juntas de trespasse após regularização da superfície e aplicação de primer para preparo do substrato, sendo seguida de lançamento de cobrimento em argamassa cimentícia para proteção mecânica (6).
Metodologia
Utilizando-se como insumos o rejeito de papel de embalagens de produtos cimentícios, emulsão asfáltica e água (diluição), foi construída manta asfáltica, utilizando a fibra do papel moído aglomerado pela emulsão asfáltica de petróleo, denominada por este estudo como Manta asfáltica de Petróleo e Papel – MAPP.

Em primeira impressão, o uso do papel em material com aplicação voltada ao trabalho com fluidos, principalmente água, teve tom desafiador, já que, o papel, derivado do polímero natural madeira, guarda consigo as características higroscópicas de sua matéria prima, sendo material de baixa resposta mecânica quando úmido. Entretanto, a função final deste mesmo papel é a da substituição das fibras de estabilização mecânica convencionais, e estas, por estarem imersas em material hidrofugante, praticamente não entram em contato com a umidade.

O preparo da matéria prima foi feito por moagem de embalagem de cimento com água, em processo de socagem sem desagregação intensa das fibras, gerando material em torrões de aproximadamente 1 cm de diâmetro. O produto moído foi exposto a secagem durante 7 dias em estufa com temperatura controlada de 70ºC para evaporação do excesso de água. Os torrões semi-secos foram então desagregados com nova moagem por bastão.

O preparo da manta caracterizou-se pela aplicação de camadas sucessivas de EAP e papel desagregado em recipiente com forma regular para padronizar o acabamento superficial da mesma. O recipiente foi coberto por película metálica de alumínio e sobre esta foi aplicada imprimação da superfície com EAP não diluído. Após a secagem da imprimação, lançaram-se três camadas de papel seco e moído de forma homogênea e nivelada com posterior aspersão de camada de EAP diluída até cobertura total das fibras, totalizando espessura média e nominal de 4 mm. O material foi armazenado em local arejado sem incidência de luz solar para cura.

Na confecção do material foram utilizadas ferramentas manuais simples, confirmando a possibilidade de preparação da mesma no próprio canteiro de obras, reduzindo os custos de execução.

Após a secagem da manta por 7 dias, foram iniciados ensaios de verificação do comportamento da mesma frente às ações básicas de trabalho. Inicialmente foi exposta amostragem do material a ensaios de permeabilidade, onde foi instalada manta sob coluna d‘água de 1 metro em tubo estanque de diâmetro de 100 mm e coberto por papel filme para evitar a evaporação pela superfície sem gerar pressão negativa na coluna d’água. Durante 24 horas foram observados em leituras de nível d’água feitas a cada 1 hora durante as primeiras 4 horas e mais duas leituras, uma após 12 horas do início do ensaio e outra após 24 horas, não sendo observada variação do nível de água no equipamento. O ensaio foi repetido em cinco amostras, sem variações consideráveis. Este ensaio foi realizado por método divergente ao especificado pela norma NBR 9952/98 (7) com o intuito de análise inicial das características do material desenvolvido. O ensaio final para caracterização do mesmo, ainda não realizado nesta pesquisa, será concluído em trabalhos futuros de classificação do produto.

Em segunda análise, foi verificado o comportamento do material frente à curvatura, sendo verificado raio mínimo de dobra inferior a 1 cm em 10 amostras, sendo que em nenhuma amostra houve para o raio especificado trincamento ou sinais de ruptura nas fibras tracionadas, o que indica bom comportamento na aplicação da manta em cantos e quinas, possibilitando curva satisfatória.

A metodologia de aplicação da manta estudada foi alterada da utilizada nos materiais convencionais, já que não é feita por aquecimento e fusão nas juntas, mas por aplicação de EAP nos encontros entre mantas. O teste de estanqueidade de juntas não foi realizado neste estudo. Para a aplicação, recomenda-se nas juntas o trespasse mínimo de 10 cm.

A quantidade de material gasto para construir 1 m² da manta de EAP e papel de embalagem de cimento moído foi de 4 embalagens de cimento, 1,3 litros de água e 3,9 kg de emulsão asfáltica. É importante ressaltar que o levantamento de materiais foi definido na produção de pequenas amostras, o que pode gerar acúmulo de erros de leitura, reduzindo a precisão da avaliação de quantidades. Estudos futuros em aplicação em áreas superiores a 100 m² definirão valores reais e precisos de quantidade de material por m² de manta produzida e de manta aplicada. A variação da quantidade de materiais para manta produzida diferirá da quantidade para manta aplicada em função da existência de juntas de trespasse e de perdas.

Foi observado ainda o comportamento das amostras quanto à fluência à temperatura de trabalho normal, em faixa de temperatura entre 20ºC e 60ºC, por exposição ao sol, para verificação de escorrimento. A metodologia empregada neste estudo foi diferente da recomendada pela NBR 9952/98 (7) por entendimento dos autores sobre as condições reais de aplicação adotadas no estudo variarem apenas na faixa especificada, sendo o ensaio convencional previsto pela ABNT projetado para fase posterior desta pesquisa, para a caracterização final do material.

A observação do comportamento quanto ao envelhecimento precoce foi feita por análise visual realizada em todas das amostras estudadas.

Não foram verificados testes quanto à resistência à tração neste primeiro estudo. Como estudos futuros para aperfeiçoamento constam os testes de resistência à tração e compressão bem como a estanqueidade nas juntas soldadas.


Resultados experimentais
Os ensaios de permeabilidade realizados nas amostras não apontaram infiltração pelo processo utilizado, o que indica a eficiência na retenção de líquidos nos pontos do material onde não haviam juntas de amarração entre mantas. Quanto à flexibilidade à dobra, foram feitas curvaturas de raio inferior a 1 cm, não sendo observadas fissuras ou deformações prejudiciais ao desempenho da manta em serviço. A quantidade de materiais utilizada foi definida em 4 embalagens de cimento, 1,3 litros de água e 3,9 kg de emulsão asfáltica para a confecção de 1 m² de manta. Na fluência à temperatura de trabalho normal, em faixa de temperatura entre 20ºC e 60ºC, por exposição ao sol, não foi detectada resposta negativa, e o envelhecimento precoce não foi detectado em nenhuma das amostras estudadas. As mantas desenvolvidas não foram neste estudo classificadas quanto ao tipo entre I e IV, conforme NBR 9952/98 (7), sendo tais definições, bem como a outros tipos de avaliações alocados a trabalhos futuros.
Conclusões
O desenvolvimento do novo material composto por fibras poliméricas de papel de embalagens de cimento e emulsão asfáltica de petróleo se mostrou satisfatório nos testes de estanqueidade e curvatura mínima, confirmando o mesmo como potencial alternativa de execução de processos de impermeabilização na Construção Civil reaproveitando rejeito agressivo ao meio-ambiente.

A espessura mínima prevista na NBR 9952/98 (7) foi atendida e não foi detectado escorrimento em condições normais de trabalho. O envelhecimento precoce não foi detectado em nenhuma das amostras, indicando boa resistência da emulsão asfáltica de petróleo utilizada e boa inter-relação entre os componentes papel kraft impregnado com cimento e EAP.

A eficácia no desempenho do mesmo frente aos testes iniciais em conjunto com a importância ecológica do reaproveitamento de rejeitos comprovaram o valor extremamente sustentável do material, projetando avanço futuro real para o setor da Construção Civil.
Referências
1. MELLO, LUCIANO SOARES LUCAS DE. Impermeabilização – Materiais, Procedimentos e Desempenho. Tese (Doutorado) – Universidade Anhembi Murumbi, São Paulo, 2005.

2. BAUER, L. A. FALCÃO. Materiais de Construção. Volume II. 5. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2000.

3. SCHMAL, A. K.; AVILA, M.. Projeto Construa Limpo. Artigo Técnico Cientifico, 2008.

4. JUNIOR, N. B. C. Cartilha de gerenciamento de resíduos sólidos para a construção civil. 2005.

5. CALLISTER JR., WILLIAM D. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 5. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2002.

6. RIPPER, ERNESTO. Manual prático de materiais de construção – Recebimento, transporte interno, estocagem, manuseio e aplicação. 1. ed. São Paulo: PINI, 1995.

7. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9952: Manta Asfáltica com Armadura para Impermeabilização – Requisitos e Métodos de Ensaio. Rio de Janeiro: ABNT, 1998.

8. PICCHI, F. A. Impermeabilização de coberturas. São Paulo: Editora Pini & IBI (Instituto Brasileiro de Impermeabilização), 1986.




CEMENT PAPER PACKAGING Reusage IN PRODUCTION OF ASPHALT BLANKET WATERPROOFING

ABSTRACT

Among various waste materials discarded by the construction industry, the cement’s packaging paper is an ingredient that is neither recovered nor recycled, generating considerable environmental impacts. The controlled and contained use of such wastes in substitution of polymeric fibers in asphalt blankets made of bituminous binders used for waterproofing seems to be a sustainable and effective reuse of these binders, resulting in a new and important material with quality and environmental responsibility. The mixing of asphalt emulsion and paper fibers from cement bags was studied and physical tests were performed on prototypes, confirming extremely satisfactory results in the mechanical characteristic behavior of the application. The material presented positive results in tests of tightness and minimum curvature, confirming it as a potential alternative waterproofing in construction, recycling aggressive waste to the environment.


Keywords: packing cement, asphalt emulsion, asphalt blanket.






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