Geração e valoração de um novo compósito para a construção civil utilizando resíduos da produção de painéis de MDF, de celulose e de cal

Abstract

Resumo: Uma das necessidades enfrentada pela indústria é a minimização e o aproveitamento dos resíduos, pois possibilitam a redução dos custos de produção, diminuem o gasto com tratamento e disposição, e, ainda, protege o meio ambiente. Nesse quesito a utilização de modelos matemáticos é importante, pois atuam como agentes facilitadores da análise para o gerenciamento de resíduos. Esta pesquisa visou realizar o aproveitamento dos resíduos da indústria de MDF (cinzas, lodo físicoquímico e areia), dos resíduos da indústria de celulose (dregs, grits e lama de cal) e dos resíduos da produção de cal para gerar um novo compósito para a construção civil com características de concreto e avaliar as mudanças nas propriedades mecânicas e nas estruturas morfológicas dos corpos de prova durante os períodos de cura de: 3, 7, 14, 28, 60, 90, 180 e 365 dias. Além disso, foi realizada a valoração e a avaliação do desempenho dos aspectos ambientais relacionados aos resíduos de MDF e dos compósitos gerados por meio de um modelo matemático (EPIP - analytical tool for Environmental Performance in Industrial Processes). No total, foram desenvolvidas 35 composições em diferentes proporções de resíduos e confeccionados 825 corpos de prova. Com o auxílio de uma prensa manual, os corpos de prova com diâmetro 20mm e altura de 20mm foram compactados até a pressão de 10 MPa, com tempo de permanência nesta pressão de 30 segundos. Os resultados dos ensaios de resistência à compressão uniaxial, absorção de água e dilatação atenderam às demandas das Normas Brasileiras. Entre todas as composições destacaram-se as de número 5 e 11, pois apresentaram maiores resistências. Estas composições obtiveram resistências à compressão de 7,63 MPa e 15,32 MPa a 365 dias de cura. Também foram realizadas análises dos processos físico-químicos de formação de estruturas, para explicação desse ganho de resistência. Pelos métodos de Difração de Raio-X, Microscopia Eletrônica de Varredura e Espectroscopia de Energia Dispersiva foram determinadas as interações físico-químicas dos componentes das misturas iniciais e os processos de formação das estruturas dos novos materiais. O aumento dos valores das propriedades mecânicas observadas durante a cura ocorreu em função da dissolução das superfícies das partículas sólidas dos componentes em ambiente alcalino, ocasionando a síntese das novas formações amorfas e cristalinas. Os resultados desta avaliação permitem concluir que os resíduos de celulose associados aos resíduos de MDF e ao resíduo da produção de cal podem ser utilizados como matéria prima em compósitos destinados à construção civil. Quanto ao desempenho ambiental, foi verificado que os aspectos mais impactantes são a geração do efluente e das cinzas. A utilização da ferramenta analítica EPIP permitiu análise aprofundada da valorização dos resíduos e do desempenho ambiental dos resíduos da indústria de MDF e dos compósitos gerados. Palavras-chave: Resíduos industriais de cunho florestal. Materiais de construção. Propriedades mecânicas. Avaliação de desempenho ambiental. EPIP.

Abstract: One of the needs faced by the industry is the minimization and utilization of wastes, as these make it possible to reduce production costs, reduce its spending on treatment and disposal, and still protect the environment. In this regard, the use of mathematical models is important because they act as facilitators of waste management analysis. The aim of this work was to use residues of the MDF industry (ash, physical-chemical sludge and sand), of the cellulose industry {dregs, grits and lime mud) and those from the lime production to develop new composites for civil construction as well as evaluate the changes in the mechanical properties and morphological structures of the constituent materials during the curing periods of 3, 7, 14, 28, 60, 90, 180 and 365 days. In addition, the environmental aspects related to MDF waste and composites generated were evaluated by running a mathematical model (EPIP - analytical tool for Environmental Performance in Industrial Processes). Thirty-five compositions were developed in different proportions of residues and 825 specimens were prepared. A manual press was used to produce specimens with diameter 20mm and height of 20mm compacted until the pressure of 10 MPa, with dwell time in this pressure of 30 seconds. The results of the tests of resistance to uniaxial compression, water absorption and expansion met the demands of the Brazilian Standards. Among all compositions, the numbers 5 and 11 were outstanding, with the highest resistances. These compositions were subjected to compressive strength of 7.63 MPa and 15.32 at 365 days of cure. Analyzes of the physicochemical processes of structure formation were also carried out to evaluate this gained resistance. By the methods of X-ray Diffraction, Scanning Electron Microscopy and Energy Spectroscopy the physicochemical interactions of the components of the initial mixtures and the processes of formation of the structures of the new materials were determined. The increase in the mechanical properties observed during curing occurred as a function of dissolution of solid particles surfaces of the components in an alkaline environment, which resulted in the synthesis of the new amorphous and crystalline formations. The results of this evaluation allow concluding that residues of cellulose associated with residues of MDF and those of lime production can be used as raw material in composites for civil construction. As for environmental performance, the most impacting aspects were the generation of effluent and ash. The use of the EPIP analytical tool allowed an in-depth analysis of the valuation of waste and the environmental performance of waste from the MDF industry and the composites generated. Keywords: Industrial forest waste. Construction materials. Mechanical properties. Environmental performance evaluation. EPIP.