Avaliação do efeito da substituição da areia por espumas rígidas pós-consumidas de poliuretano nas propriedades do concreto de cimento portland

Abstract

Resumo: A espuma rígida de poliuretano (PU) é um excelente material para isolamento térmico apesar do polímero constituir um grande passivo ambiental após o seu descarte. O setor de refrigeração utiliza em grande escala a espuma rígida de PU para o isolamento térmico de congeladores, refrigeradores e outros sistemas térmicos. As empresas que o fabricam são responsáveis por seu descarte final em aterros especiais já que a legislação proíbe sua incineração ou descarte aleatório devido à sua toxidez. A utilização de espuma de PU pós-consumida no concreto, dá maior destinação final para este resíduo tóxico. A areia usada em concretos é uma matéria-prima de fonte não renovável cuja extração causa impactos ambientais. A substituição parcial de areia por espumas de PU pós-consumida em concretos constituiria um pequeno ganho também em termos de economia de areia, e, transporte deste material, principalmente nas grandes cidades. Este trabalho teve como objetivo utilizar espumas rígidas de PU na composição de concretos como alternativa de reintroduzir este material na cadeia produtiva com vantagens sociais, ambientais e econômicas. Espumas rígidas de PU pós-consumidas foram moídas e acondicionadas para substituir diferentes porcentagens de areia na composição de concretos. Na primeira etapa desta pesquisa foram determinados três traços piloto para os concretos com resistência à compressão de 20 MPa, 30 MPa e 40 MPa identificados como A, B e C respectivamente, sendo calculado a quantidade de areia, pedra brita, água, e cimento para a composição de cada traço. Em seguida, os mesmos traços foram preparados com a substituição de areia por espuma rígida de PU nas porcentagens de 75%, 50% e 25%. Corpos-de-prova cilíndricos foram avaliados através de ensaios de resistência à compressão, tração por compressão diametral, módulo de elasticidade, absorção de água máxima e índice de vazios no seu estado endurecido. No estado fresco os concretos foram avaliados pelo ensaio de abatimento do tronco de cone para verificação de sua consistência. Os resultados mostraram que a trabalhabilidade de todas as composições dos traços B e C ficaram dentro do valor estabelecido e para o traço A, apenas a composição com a substituição de 75% de PU não atingiu o mínimo requerido. Os resultados em todos os traços estudados revelaram que a substituição da areia natural por espuma rígida de PU, em até 25% é viável tecnicamente para a resistência à compressão axial. Nos ensaios de resistência à tração por compressão diametral todos os traços alcançaram valores de 1/10 da resistência à compressão axial. Nos ensaios de índice de vazios e absorção de água, a substituição da areia pela espuma rígida de PU altera estas propriedades conforme o teor de substituição. Resultados encontrados para os ensaios de módulo de elasticidade foram satisfatórios, sendo que, quanto maior a porcentagem de substituição da areia pela espuma rígida de PU, menor foi o módulo de elasticidade. Apesar da perda da estrutura original da espuma de PU após a moagem, observado por microscopia eletrônica, os resultados permitem concluir que é possível utilizar parcialmente a substituição da areia pela espuma rígida de PU moída em concretos de cimento Portland.

Abstract: Polyurethane (PU) rigid foams are excellent materials for thermal insulation despite the fact that the polymer constitutes a hazardous environmental passive after its disposal. The refrigeration sector utilizes the ridid foam in great amounts for freezers, refrigerators and other thermal systems. All companies that produce it are responsible for its final disposal in special waste dumps because it is forbidden by the legislation its incineration or aleatory disposal due to its toxidity. The sand used in concretes is a raw-material of unreneawable source which extraction causes environmental impacts. The parcial substitution of sand for post-consumed PU foams in concretes would constitute a gain also in terms of sand economy and transportation specially in the big cities. In this work rigid polyurethane foams were utilized in concretes compositions as an alternative to introduce again this material into the productive chain with social, environmental and economic advantages.Rigid post-consumed PU foams were ground and conditioned to substitute different percentages of sand in concrete compositions. In the first stage of this research three standard concrete compositions with compression strenght of 20MPa, 30MPa and 40MPa were determined and identified as A,B and C respectively with the calculation of the amounts of brick stone, water and cement for each composition.Following, the same compositions were prepared with the substituition of sand for rigid PU foams in the percentages of 75%, 50% and 25%. Cylindrical specimens were evaluated in tests of compression strenght, tension in diametral compression, elasticity modulus, maximum water absorption and void index in their harden state. In the fresh state the concretes were evaluated through the slump test for consistency check. The results showed that the workability of all compositions of B and C concretes were within the stablished values and for the A concrete, only the composition with 75% substitution did not reach the minimum required. The results pointed out that in all compositions studied the substitution of sand for rigid PU foam up to 25% is technically acceptable for the axial compression strenght. In the tests of tensile strenght in diametral compression all compositions reached 1/10 of the axial compression strenght. Concerning the void índex and water absorption, the substitution of sand for rigid PU foam alter these properties according to the content of substitution.The results found for the elasticity modulus were satisfactory though the modulus are reduced with the increasing amount of the sand substitution.It can be concluded that it is possible to parcial substitute sand for rigid ground PU foams in concretes of Portland cement although the ground PU loses its foam pore characteristic(seen by scanning electronic microscopy).