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HOLMER SAVASTANO JÚNIOR

=21$�'(�75$16,d2�(175(�),%5$6�(�3$67$�'(�&,0(172�3257/$1'�&$5$&7(5,=$d2�(�,17(5�5(/$d2�&20�$6�35235,('$'(6�0(&Æ1,&$6�'2

&203Ï6,72

1992

Tese apresentada à escola Politécnicada Universidade se São Paulo para

obtenção do título de Doutor emEngenharia

Área de Concentração:Engenharia de Construção Civil e Urbana

Orientador:Vahan Agopyan

Savastano Junior, HolmerZona de transição entre fibras e pasta de cimento

Portland: caracterização e inter-relação com aspropriedades mecânicas do compósito. São Paulo, 1992. 249p.

Tese (Doutorado) – Escola Politécnica da Universidade deSão Paulo. Departamento de Engenharia de Construção Civil.

1. Materiais fibrosos (Materiais de construção) 2.Materiais – Estrutura 3. Materiais – Ensaios I.Universidade de São Paulo. Escola Politécnica. Departamentode Engenharia de Construção Civil II.t

CDU 691.15620.186

620.1

$�*�5�$�'�(�&�,�0�(�1�7�2�6

Ao Prof. Dr. Vahan Agopyan, por seu idealismo acadêmico, orientação

incansável e amizade. À Profa. Dra. Maria Alba Cincotto, que muito

incentivou e contribuiu para a definição do estudo da microestrutura.Ao

Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S.A.,

especialmente aos integrantes do Agrupamento de Materiais de Construção

Civil - Divisão de Construção Civil e ao Prof. Dr. Francisco de Assis Souza

Dantas, pelo estágio que possibilitou a realização da maior parte do

trabalho experimental. Ao Prof. Dr. Paulo Sergio C. Pereira da Silva, que

coordenou a operação do microscópio eletrônico de varredura do Departamento

de Engenharia Metalúrgica e de Materiais desta Escola.Ao Prof. Paulo Jose

Melaragno Monteiro, da Universidade da Califórnia, Berkeley, que realizou,

com empenho, alguns estudos preliminares para atestar a viabilidade do uso

de imagem de elétrons retroespalhados. À Serrana S.A. de Mineração, que

forneceu o cimento Portland para o trabalho experimental; ao Conselho

Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico (CNPq), pela bolsa de

estudos, e à Academia da Forca Aérea, pelo grande apoio concedido a esta

pesquisa.À Profa. Dra. Maria Antonia Granville, por seu cuidado na revisão

do texto, e a Antonio Carlos Alves de Oliveira, responsável pela execução

dos desenhos.Qqueles que, anonimamente, muito contribuíram: aos meus pais e

irmãos, parentes e amigos, colegas de pós-graduação e funcionários do

Departamento de Engenharia de Construção Civil desta Escola. A todos, meu

sincero reconhecimento e gratidão.A esta Escola Politécnica e à

Universidade de São Paulo, pelo valor de todos os ensinamentos recebidos

desde o início de minha vida profissional. À Cássia, pelo sacrifício de,

muitas vezes, ver os nossos momentos de lazer deixados para depois.

À Luisa,

signo da minha

esperança.

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/LVWD�GH�ILJXUDV

�/LVWD�GH�WDEHODV

�/LVWD�GH�DEUHYLDWXUDV

�/LVWD�GH�VtPERORV

�5(6802

�$%675$&7

��,1752'8d2

1.1 Apresentação

1.2 Objetivos

1.3 Justificativas

1.4 Conteúdo

��$'(5Ç1&,$�),%5$�0$75,=�(�'85$%,/,'$'(�'26�&203Ï6,726

2.1 Avaliação mecânica da aderência fibra-matriz

2.1.1 Tração direta

2.1.2 Tração indireta

2.1.3 Arrancamento de fibras

2.2 Durabilidade dos compósitos

2.2.1 Compósitos com fibras de amianto

2.2.2 Compósitos com fibras de polipropileno

2.2.3 Compósitos com fibras vegetais

2.3 Comentários

��0,&52(6758785$�'(�&203Ï6,726�¬�%$6(�'(�&,0(172

3.1 Características principais da estrutura das fibras

3.1.1 Fibras de amianto crisotila

3.1.2 Fibras de polipropileno

3.1.3 Fibras vegetais

3.2 Características principais da estrutura da

pasta de cimento

3.2.1 Cimento anidro

3.2.2 Produtos hidratados

3.2.3 Relação entre microestrutura e propriedades

da pasta de cimento hidratado

3.3 Zona de transição entre fases de materiais

compostos

3.4 Evolução dos estudos sobre a zona de transição

fibra-matriz

3.5 Zona de transição em compósitos fibrosos




3.5.4 Comentários

��352'8d2�(�&$5$&7(5,=$d2�%È6,&$�'26�&203Ï6,726

4.1 Planejamento do trabalho experimental

4.2 Caracterização dos materiais constituintes

4.2.1 Cimento Portland

4.2.2 Fibras

4.3 Produção dos compósitos

4.4 Caracterização básica dos compósitos

4.4.1 Caracterização física

4.4.2 Caracterização química

4.5 Comentários

��0(72'2/2*,$�'26�(16$,26

5.1 Ensaios mecânicos

5.1.1 Ensaio de tração direta

5.1.2 Ensaio de tração na flexão

5.1.3 Ensaio de tração por fendilhamento

5.1.3.1 Ensaio de tração por fendilhamento com fibras

distribuídas aleatoriamente

5.1.3.2 Ensaio de tração por fendilhamento com fibras

alinhadas

5.1.4 Ensaio de arrancamento de fibras

5.2 Estudo da microestrutura

5.2.1 Técnicas de preparo dos corpos-de-prova

5.2.2 Microscopia eletrônica de varredura

5.2.3 Espectroscopia de raios X por energia dispersiva

5.3 Comentários

��&203257$0(172�0(&Æ1,&2�'26�&203Ï6,726

6.1 Ensaio de tração direta

6.2 Ensaio de tração na flexão

6.3 Ensaio de tração por fendilhamento com fibras


6.4 Ensaio de tração por fendilhamento com fibras

alinhadas

6.5 Ensaio de arrancamento de fibras

6.6 Comentários sobre os tipos de ensaio realizados

��$1È/,6(�'$�0,&52(6758785$�'26�&203Ï6,726

7.1 Compósitos com fibras de amianto

7.2 Compósitos com fibras de malva

7.3 Compósitos com fibras de sisal

7.4 Compósitos com fibras de coco

7.5 Compósitos com fibras de polipropileno

7.6 Comentários adicionais

��&21&/86®(6

8.1 Comparações entre resultados

8.1.1 Influência do tipo de fibra empregado

8.1.2 Influência da relação água-cimento

8.1.3 Influência da idade

8.2 Sugestões para continuidade da pesquisa

8.3 Conclusões finais

$QH[R�$��(QVDLRV�GH�FDUDFWHUL]DomR�GR�FLPHQWR

$QH[R�%��5HVXOWDGRV�GRV�HQVDLRV�PHFkQLFRV

5HIHUrQFLDV�ELEOLRJUiILFDV

5�(�6�8�0�2

Esta pesquisa estuda a zona de transição entre fibras e matriz de pasta de

cimento Portland comum e inter-relaciona suas principais características

com as propriedades mecânicas dos compósitos produzidos.

Inicialmente, são revistos os resultados de importantes experimentos com

ênfase na aderência fibra-matriz, durabilidade dos compósitos e análise de

sua microestrutura.

Na fase experimental, são utilizadas fibras vegetais de coco, sisal e malva

e, a titulo de comparação, fibras de amianto crisotila e de polipropileno.

Os compósitos são analisados com 7, 28, 90 e 180 dias de idade e relação

água-cimento igual a 0,38. Aos 28 dias de idade, observa-se, também, o

efeito das relações 0,30 e 0,46.

Cinco ensaios mecânicos avaliam a resistência à tração e a ductilidade dos

compósitos. Ensaios de microscopia eletrônica de varredura, combinados com

análises por espectroscopia de raios X, identificam as principais

características da zona de transição.

A zona de transição apresenta-se diferenciada do restante da matriz, por

sua maior porosidade, concentração de macrocristais de portlandita e

microfissuras, principalmente nos casos em que se utilizam fibras vegetais.

Essas características estão diretamente associadas à aderência fibra-matriz

e, portanto, ao desempenho mecânico do compósito.

$�%�6�7�5�$�&�7

The characteristics of fibres and paste of ordinary portland cement

transition zone are analysed and correlated to the mechanical properties of

the produced composites.

Firstly, it is presented a review with the results of principal studies on

fibre-matrix bonding, durability and microstructural behaviour of the

composites.

In the experimental work, composites with vegetable fibres (coir, sisal and

malva) are compared with those with chrysotile asbestos and polypropylene

fibres. The series of composites are prepared to be tested at the ages of

7, 28, 90 and 180 days. The water-cement ratiois 0.38 and at the age of 28

days specimens with 0.30 and 0.46 are also tested.

Five mechanical tests evaluate the composite tensile strength and

ductility. The scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive

spectroscopy (EDS) identify the major properties of the fibre-matrix

interface.

Mainly for vegetable fibre composites the transition zone is porous,

cracked and rich of hydroxide calcium macrocrystals. These characteristics

are directly associated to the fibre-matrix bonding and to the composite

mechanical performance.

/LVWD�GH�ILJXUDV

3.1 Esquema da estrutura de fibra vegetal (sem escala). SATYANARAYANA et al.

(1982), GRAM (1988a) e COUTTS (1992)

3.2 Zona de transição entre pasta de cimento Portland e agregado. MEHTA (1986)

4.1 MEV. Imagem de elétrons secundários. Superfície de interface da pasta de

cimento com folha de fibras refinadas de sisal

4.2 BSEI - composição. Compósito com fibras de coco,relação água-cimento igual a

0,38 e 180 dias de idade. Zona de transição

4.3 BSEI - topografia. Idem figura 4.2

4.4 Absorção de água por fibras vegetais em temperatura ambiente. ABNT NBR 9778

(1987)

5.1 Ensaio de tração direta. Compósito com fibras de polipropileno em estagio

avançado de deformação

5.2 Diagrama de carga x deformação típico do ensaio de tração direta

5.3 Ensaio de tração na flexão com quatro cutelos. Corpo-de-prova capeado nos

pontos de apoio

5.4 Diagrama de carga x deformação típico do ensaio de tração na flexão

5.5 Esquema do ensaio de tração por fendilhamento em corpo-de-prova com entalhe

5.6 Ensaio de tração por fendilhamento, durante sua realização

5.7 Formas para ensaio de tração por fendilhamento com fibras distribuídas

aleatoriamente na matriz

5.8 Corpo-de-prova de compósito com fibras de polipropileno, distribuídas

aleatoriamente, apos ensaio de tração por fendilhamento

5.9 Formas para moldagem de dois corpos-de-prova do ensaio de tração por

fendilhamento com fibras alinhadas

5.10 Corpos-de-prova do ensaio de tração por fendilhamento com fibras alinhadas,

logo após a desmoldagem

5.11 Dispositivo para moldagem dos corpos-de-prova para ensaio de arrancamento

de fibras

5.12 Ensaio de arrancamento de fibras. Prensa pneumática para prender a

extremidade da fibra

6.1 Resistência à tração do compósito em diversas idades. x = 0,38, intervalo de

confiança = 95%. Ensaio de tração direta

6.2 Resistência à tração do compósito com varias relações água-cimento. Idade =

28 dias, intervalo de confiança = 95%. Ensaio de tração direta

6.3 Energia específica do compósito em diversas idades. x = 0,38, intervalo de

confiança = 95%. Ensaio de tração direta

6.4 Energia específica do compósito com varias relações água-cimento. Idade = 28

dias, intervalo de confiança = 95%. Ensaio de tração direta

6.5 Resistência à tração do compósito em diversas idades. x = 0,38, intervalo de

confiança = 95%. Ensaio de tração na flexão

6.6 Resistência à tração do compósito com varias relações água-cimento. Idade =

28 dias, intervalo de confiança = 95%. Ensaio de tração na flexão

6.7 Energia específica do compósito com diversas idades. x = 0,38, intervalo de

confiança = 95% Ensaio de tração na flexão

6.8 Energia específica do compósito com varias relações água-cimento. Idade = 28

dias, intervalo de confiança = 95%. Ensaio de tração na flexão

6.9 Carga máxima do compósito em diversas idades. x = 0,38, intervalo de

confiança = 95%. Ensaio de fendilhamento com fibras distribuídas

aleatoriamente

6.10 Carga máxima do compósito com varias relações água-cimento. Idade = 28

dias, intervalo de confiança = 95%. Ensaio de fendilhamento com fibras



confiança = 95%. Ensaio de fendilhamento com fibras distribuídas

aleatoriamente

6.12 Energia específica do compósito com varias relações água-cimento. Idade =

28 dias, intervalo de confiança = 95%. Ensaio de fendilhamento com fibras


6.13 Índice de tenacidade do compósito em diversas idades. x = 0,38, intervalo

de confiança = 95%. Ensaio de fendilhamento com fibras distribuídas

aleatoriamente

6.14 Índice de tenacidade do compósito com varias relações água-cimento. Idade =

28 dias, intervalo de confiança = 95%. Ensaio de fendilhamento com fibras


6.15 Carga máxima do compósito em diversas idades. x = 0,38, intervalo de

confiança = 95%. Ensaio de fendilhamento com fibras alinhadas

6.16 Carga máxima do compósito com varias relações água-cimento. Idade = 28


alinhadas


confiança = 95%. Ensaio de fendilhamento com fibras alinhadas

6.18 Energia específica do compósito, varias rel. a/c. Idade = 28 dias,

intervalo de confiança = 95%. Ensaio de fendilhamento com fibras alinhadas

6.19 Resistência ao cisalhamento do compósito em diversas idades. x = 0,38,

intervalo de confiança = 95%. Ensaio de arrancamento de fibras


confiança = 95%. Ensaio de arrancamento de fibras

7.1 BSEI. Compósito com fibras de amianto, x = 0,38, 7 dias. Seta: filme de

hidróxido de cálcio com espessura media de 5 µm sobre a superfície da

fibra

7.2 BSEI. Compósito com fibras de amianto, x = 0,38, 7 dias. Espectroscopia por

mapeamento para o elemento cálcio

7.3 BSEI. Compósito com fibras de amianto. x = 0,38, 7 dias. Seta 1: região rica

em cálcio (Ca/Si = 4,30); seta 2: grão anidro (Ca/Si = 2,21) e seta 3:

silicato de cálcio hidratado (Ca/Si = 2,17)

7.4 BSEI. Compósito com fibras de amianto. x = 0,30, 28 dias. Setas 1 e 2:

microfissura através das fibras; seta 3: região rica em cálcio e em

magnésio

7.5 BSEI. Compósito com fibras de amianto, x = 0,38, 28 dias. Seta: fissura em

"T", com caminhamento modificado pela presença da fibra

7.6 BSEI. Compósito com fibras de amianto, x = 0,46, 28 dias. Setas 1 e 2:

fissura que atravessa aglomerado de fibras; seta 3: cristal de portlandita

7.7 BSEI. Compósito com fibras de amianto, x = 0,38, 180 dias. Vista

longitudinal da fibra, aderida à matriz, sem zona de transição porosa

7.8 BSEI. Compósito com fibras de malva, x = 0,38, 7 dias. Setas 1 e 2:

macrocristais de portlandita. Seta 3: hidrogranada com precipitações de

brucita

7.9 BSEI. Compósito com fibras de malva, x = 0,38, 180 dias. Seta: grão anidro

com 50 æm de dimensão’ aproximada

7.10 Imagem de elétrons secundários. Compósito com fibras de malva, x = 0,38,

180 dias. Seta: macrocristais de portlandita próximos à fibra

7.11 BSEI. Compósito com fibras de sisal, x = 0,38, 7 dias. Seta: produtos de

hidratação depositados na superfície da fibra 7.12 BSEI. Compósito com

fibras de sisal, x = 0,38, 180 dias. Seta 1: cristal de portlandita; setas

2 e 3: regiões da zona de transição ricas em hidróxido de cálcio

7.13 BSEI. Compósito com fibras de coco, x = 0,38, 7 dias. Seta 1: descolamento

por diminuição de volume da fibra; seta 2: fissura que contorna a fibra,

atravessando a zona de transição

7.14 BSEI. Compósito com fibras de coco, x = 0,30, 28 dias. Vista longitudinal

da fibra. Seta: poro com microfissuras radiais

7.15 BSEI. Compósito com fibras de coco, x = 0,38, 28 dias. Seta: acumulo de

portlandita com espessura aproximada de 10 µm

7.16 BSEI. Compósito com fibras de coco, x = 0,46, 28 dias. Zona de transição

com espessura media de 30 µm. Seta: portlandita

7.17 BSEI. Compósito com fibras de coco, x = 0,46, 28 dias. Seta: cristais

grandes de portlandita, com espessura de ate 40 µm

7.18 BSEI. Compósito com fibras de coco, x = 0,38, 90 dias. Seta 1:

macrocristal; seta 2: microcristais de portlandita

7.19 BSEI. Compósito com fibras de coco, x = 0,38, 180 dias. Zona de transição

excêntrica

7.20 Imagem de elétrons secundários. Compósito com fibras de coco, x = 0,38, 180

dias. A seta indica descolamento da fibra

7.21 BSEI. Compósito com fibras de polipropileno, x = 0,38, 7 dias.

Espectroscopia por varredura sobre a linha pontilhada, para os elementos

S, Ca e Al; seta: filme de produtos hidratados

7.22 BSEI. Compósito com fibras de polipropileno, x = 0,38, 7 dias. Grande

aumento do cristal de portlandita

7.23 BSEI. Compósito com fibras de polipropileno, x = 0,30, 28 dias. Seta: filme

de produtos hidratados

7.24 BSEI. Compósito com fibras de polipropileno, x = 0,38, 28 dias. Vista

longitudinal de duas fibras paralelas. Seta: deposição de portlandita

7.25 BSEI. Compósito com fibras de polipropileno, x = 0,38, 180 dias. Zona de

transição porosa e fissura deslocada pela fibra

8.1 Imagem de microscopia óptica. Compósito com fibras de coco, x = 0,38, 7

dias. A região escura e a zona de transição da fibra que não aparece na

imagem

8.2 Analise da imagem obtida na fig. 8.1. Compósito com fibras de coco, x =

0,38, 7 dias

A.1 Distribuição granulométrica do cimento anidro (granulométrica a laser).

Serrana - certificado CIM 399/90, de 17/4/91

A.2 Difratograma de raios X. Pasta de cimento hidratado, 7 dias de idade, rel.

a/c = 0,38


a/c = 0,30


a/c = 0,38


a/c = 0,46


a/c = 0,38


a/c = 0,38

/LVWD�GH�WDEHODV

3.1 Propriedades da estrutura de fibras vegetais

4.1 Composição potencial de Bogue do cimento anidro. ASTM C-150 (1989)

4.2 Compostos cristalinos detectados por DRX nas pastas de cimento hidratado

(1000 cps, 40 kV, 20 mA). TAYLOR (1964)

4.3 Características físicas e mecânicas das fibras. ABNT NBR 9778 (1987) e ASTM

D-3822 (1990)

4.4 Numeração das series de corpos-de-prova da fase definitiva dos ensaios

4.5 Propriedades físicas das matrizes e compósitos no estado recém-misturado

4.6 Propriedades físicas dos compósitos e da matriz no estado endurecido,

relação água-cimento igual a 0,38, com 210 dias de idade. ABNT NBR 9778

(1987)

4.7 Teor de oxido de cálcio livre em compósitos à base de cimento (% em massa).

ABNT NBR 7227 (1989)

4.8 Teor de perda ao fogo em pastas de cimento hidratado (% em massa). ABNT NBR

5743 (1989)

5.1 Relação dos ensaios de MEV e de EDS

6.1 Resumo das principais propriedades mecânicas, para os diversos ensaios

realizados

7.1 Analise pontual por espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDS)

7.2 Resumo das propriedades microestruturais dos compósitos

imA.1 Resultados dos ensaios físicos de caracterização do cimento

utilizado. IPT - certificado nº 786.463, de 8/5/91

A.2 Resistência à compressão do cimento Portland. IPT - certificado nº

786.463, de 8/5/91. NBR 7215/82

A.3 Análise química do cimento. IPT - certificados nº 786.481, de 11/4/91,

e nº 796.190, de 9/4/92

B.1 Resistência à tração do compósito para diferentes tipos de fibra e

idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de tração direta

B.2 Resistência à tração. Idem tabela anterior, com resultados individuais

das séries

B.3 Resistência à tração do compósito para diferentes tipos de fibra e

relações água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio de tração direta

B.4 Resistência à tração. Idem tabela anterior, com resultados individuais

das séries

B.5 Energia específica do compósito para diferentes tipos de fibra e

idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de tração direta

B.6 Energia específica. Idem tabela anterior, com resultados individuais

das séries


relações água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio de tração direta


das séries

B.9 Resistência q tração do compósito para diferentes tipos de fibra e

idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de tração na flexão

B.10 Resistência q tração. Idem tabela anterior, com resultados individuais

das séries

B.11 Resistência q tração do compósito para diferentes tipos de fibra e

relações água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio de tração na flexão

B.12 Resistência q tração. Idem tabela anterior, com resultados individuais

das séries


idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de tração na flexão


das séries


relações água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio de tração na flexão


das séries

B.17 Carga máxima do compósito para diferentes tipos de fibra e idades.

Relação a/c = 0,38. Ensaio de tração por fendilhamento com fibras


B.18 Carga máxima. Idem tabela anterior, com resultados individuais das

séries

B.19 Carga máxima do compósito para diferentes tipos de fibra e relações

água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio de tração por fendilhamento com

fibras distribuídas aleatoriamente


séries


idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de tração por fendilhamento com



das séries


relações água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio de tração por

fendilhamento com fibras distribuídas aleatoriamente


das séries

B.25 Índice de tenacidade do compósito para diferentes tipos de fibra e

idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de tração por fendilhamento com


B.26 Índice de tenacidade. Idem tabela anterior, com resultados individuais

das séries

B.27 Índice de tenacidade do compósito para diferentes tipos de fibra e

relações água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio de tração por

fendilhamento com fibras distribuídas aleatoriamente

B.28 Índice de tenacidade. Idem tabela anterior, com resultados individuais

das séries

B.29 Carga máxima do compósito para diferentes tipos de fibra e idades.

Relação a/c = 0,38. Ensaio de tração por fendilhamento com fibras

alinhadas


séries

B.31 Carga máxima do compósito para diferentes tipos de fibra e relações

água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio de tração por fendilhamento com

fibras alinhadas


séries

B.33 Energia específica da fase elástica do compósito para diferentes tipos

de fibra e idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de tração por

fendilhamento com fibras alinhadas

B.34 Energia específica da fase elástica. Idem tabela anterior, com

resultados individuais das séries

B.35 Energia específica da fase elástica do compósito para diferentes tipos

de fibra e relações água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio de tração

por fendilhamento com fibras alinhadas

B.36 Energia específica da fase elástica. Idem tabela anterior, com

resultados individuais das séries

B.37 Resistência ao cisalhamento do compósito para diferentes tipos de

fibra e idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de arrancamento de fibras

B.38 Resistência ao cisalhamento. Idem tabela anterior, com resultados

individuais das séries


idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de arrancamento de fibras


das séries

/LVWD�GH�DEUHYLDWXUDV

A – Al 2O3;

ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas;

ACK - modelo de fratura proposto por Aveston, Cooper e Kelly;

ASTM - American Society for Testing and Materials;

BSEI - backscattering electrons image (imagem de elétrons

retroespalhados);

C - CaO;

C3A - aluminato tricálcico [3CaO.Al 2O3];

C4AF - ferroaluminato tetracálcico ou ferrita [4CaO.Al 2O3.Fe 2O3];

CnAHm - aluminatos de cálcio hidratados [nCaO.Al 2O3.mH2O];

C4A_

6 H18 - monossulfoaluminato de cálcio hidratado [4CaO.Al 2O3.SO3.18H 2O];

C6A_

6 3H32 - trissulfoaluminato de cálcio hidratado ou etringita

[6CaO.Al 2O33SO332H2O];

CH - hidróxido de cálcio ou portlandita [Ca(OH) 2];

CP I - cimento Portland comum;

CP I-S - cimento Portland comum com adição;

C2S - silicato dicálcico ou belita [2CaO.SiO ];

C3S - silicato tricálcico ou alita [3CaO.SiO ];

C-S-H - silicato de cálcio hidratado;

DRX - difração de raios X;

EDS - energy dispersive spectroscopy (espectroscopia de raios X por

energia dispersiva);

EPUSP - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo;

F – Fe 2O3;

H – H 2O;

IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S.A.;

MEV - microscopia eletrônica de varredura;

PCC - Departamento de Engenharia de Construção Civil da EPUSP;

PMT - Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da EPUSP;

PVA - acetato de polivinila;

rel. a/c - Relação água-cimento em massa (x);

RILEM - Reunion Internationale des Laboratoires d'Essais et des

Recherches sur les Materiaux et les Constructions;

S – SiO 2;

_

6 - SO 3;

SAXS - small angle X-ray scattering (espalhamento de raios X de baixo

ângulo);

SEI - secondary electrons image (imagem de elétrons secundários);

Sinduscon/SP - Sindicato da Industria da Construção Civil de Grandes

Estruturas no Estado de São Paulo.

/LVWD�GH�VtPERORV

S1 - camada secundária externa da fibra;

S2 - camada secundária intermediaria da fibra;

S3 - camada secundária interna da fibra;

θ - ângulo das microfibrilas com Relação ao eixo longitudinal da célula

de fibra vegetal;

At - aluminato tetracálcico hidratado;

Ca - calcita (carbonato de cálcio);

Et - etringita (trissulfoaluminato de cálcio hidratado);

Fe - ferrita não hidratada (ferroaluminato tetracálcico);

Hg - hidrogranada (silicoferroaluminato de cálcio hidratado);

Mc - monocarboaluminato de cálcio;

Ms - monossulfoaluminato de cálcio;

Ni - composto não identificado;

Pt - portlandita (hidróxido de cálcio);

Sc - silicatos de cálcio não hidratados;

Sh - silicatos de cálcio hidratados;

_

O - comprimento médio da fibra;

_

G - diâmetro médio da fibra;

Sn-1 – desvio-padrão do comprimento ou do diâmetro da fibra;

γ - massa específica no estado recém-misturado;

IC - índice de consistência no estado recém-misturado;

A - massa seca em estufa;

B - massa saturada após imersão;

C - massa saturada após imersão e fervura;

D - massa saturada após imersão obtida em balança hidrostática;

Ft - Resistência à tração na flexão;

P - carga máxima atingida;

l - vão entre cutelos inferiores;

b - largura do corpo-de-prova;

e - espessura do corpo-de-prova;

R - energia específica;

E - energia total absorvida;

h - altura da superfície de fratura;

T - índice de tenacidade, em %;

E0 - energia absorvida na fase elástica da solicitação;

R0 - energia específica na fase elástica da solicitação;

Fv - Resistência ao cisalhamento;

u - perímetro da secção transversal da fibra;

l b - comprimento de ancoragem da fibra;

Ac - fibras de amianto crisotila;

Mv - fibras de malva;

Ss - fibras de sisal;

Cc - fibras de coco;

Pp - fibras de polipropileno;

α - nível de significância;

CV - coeficiente de variação;

x - Relação água-cimento em massa.

��,1752'8d2

O conhecimento da microestrutura, paralelamente ao do comportamento

mecânico, tem a finalidade de fornecer subsídios aos projetos de materiais

de construção, para que eles atinjam o melhor desempenho possível em suas

diferentes aplicações. Assim, a partir de modelos teóricos, têm sido

criados novos materiais e superadas as deficiências daqueles já existentes,

com o objetivo de atender às grandes pressões sociais e econômicas do setor

habitacional brasileiro.

O custo dos materiais de construção tradicionais e bastante elevado, o que

dificulta o seu uso por populações mais pobres. São se explica pelo alto

gasto com energia e transporte e pela tendência de formação de oligopólios

na produção de materiais básicos. E o caso do cimento que, em moeda

americana, teve aumento de 75% em um ano e chegou a US$ 140 por tonelada em

maio de 1992, segundo o Sindicato da Industria da Construção Civil de

Grandes Estruturas no Estado de São Paulo (Sinduscon/SP). Como resposta a

esses problemas, merecem destaque alguns materiais alternativos, como

aqueles obtidos a partir de resíduos de outras atividades industriais.

A população brasileira tem crescimento vegetativo de, aproximadamente, 2%

ao ano, alem de sofrer intenso êxodo rural, com mais de 65% dessa população

alocada nos centros urbanos. Como consequência desse quadro, estimativa do

governo federal, feita em 1991, apontou o déficit habitacional brasileiro

como da ordem de 12 milhões de residenciais. Logo, e muito importante o

desenvolvimento de processos mais baratos e regionalizados para a produção

de habitações, bem como a criação de tecnologias alternativas, que auxiliem

a economia de energia, o uso racional de recursos naturais e a menor

agresSão ao meio ambiente (AGOPYAN, 1988 e SWAMY, 1990).

A Ciência dos Materiais, bastante utilizada nas áreas de Engenharia

Química, Mecânica e Metalúrgica, teve grande desenvolvimento nos últimos

cinqüenta anos e foi responsável, entre outras conquistas, pela obtenção de

produtos cerâmicos especiais, máquinas sofisticadas e ligas metálicas com

propriedades especificas (AGOPYAN, 1982).

Esse avanço cientifico também esta sendo bastante empregado para que haja

melhor entendimento dos materiais de construção, com o objetivo de

incrementar seu desempenho e vida útil, a partir da modificação de sua

estrutura. Prova disso São os estudos sobre concretos de alta resistência,

que têm sido direcionados para interpretação da microestrutura das suas

fases e interface entre elas (SCRIVENER, 1989).

Outro exemplo importante de materiais de construção polifásicos são as

matrizes frágeis reforçadas com fibras, que recebem, aqui, a denominação de

compósitos e em cujo âmbito esta inserida a presente pesquisa. As matrizes

são compostas de aglomerantes minerais e de agregados, que dão origem a

concretos, argamassas ou pastas, conforme as necessidades de uso. As fibras

para reforço podem ser naturais, como as vegetais e de amianto, ou

artificiais, como as fibras plásticas, de aço e de vidro.

As matrizes mais utilizadas são aquelas à base de cimento Portland, em

decorrência de sua maior resistência mecânica e durabilidade. As fibras,

geralmente empregadas em pequenas porcentagens em volume, São curtas e se

distribuem aleatoriamente na matriz. Esse reforço, que pode ser bi ou

tridimensional, deve resistir a solicitações estáticas ou dinâmicas, porem

não substitui a armadura convencional, que tem de resistir aos esforços em

certa direção e em região especifica da peca estrutural.

Entre os materiais desenvolvidos recentemente, diversos compósitos fibrosos

se destacam por seu desempenho mecânico satisfatório, e alguns deles já São

aplicados com freqüência na construção civil. Em nosso país, ha o exemplo

do cimento-amianto, com participação expressiva no mercado de coberturas.

As principais finalidades de se reforçar a matriz frágil com fibras São o

aumento das resistências q tração e ao impacto, a maior capacidade de

absorção de energia e a possibilidade de uso no estagio pós-fissurado. O

tipo, a distribuição, a relação comprimento-diâmetro e a durabilidade da

fibra, assim como o seu grau de aderência com a matriz, determinam o

comportamento mecânico do compósito e o desempenho do componente fabricado

(BARTOS, 1981, GRAY; JOHNSTON, 1987 e BENTUR, 1989).

AGOPYAN (1986) destacou que as fibras artificiais São de obtenção cara em

nosso país e representam parcela elevada do custo final do componente

produzido, apesar dos pequenos teores utilizados (geralmente inferiores a

10% em volume).

Recentemente, foi implantado projeto de pesquisa no Departamento de

Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica da Universidade de São

Paulo (PCC/EPUSP), com o objetivo de tornar viável, economicamente, a

produção de gesso reforçado com fibras de vidro comum, apesar de estas

ultimas chegarem a representar 25% do custo total.

Entre os diversos tipos de fibra, as vegetais têm sido muito estudadas,

principalmente para reforço de componentes para construções de interesse

social, em virtude do seu baixo custo, ao serem empregadas na própria

região de origem, ou como rejeitos de outras aplicações. Por outro lado, o

desempenho delas em matrizes frágeis tem sido insatisfatório, por

necessitarem aumento de aderência com a matriz e melhoria da durabilidade

em presença de meio alcalino e de umidade.

O estudo da estrutura da interface fibra-matriz tem importante papel no

desenvolvimento dos compósitos fibrosos, para que o seu comportamento

mecânico se torne ótimo. Para isso, conforme SWAMY (1990), e necessário que

tais investigações não sejam isoladas de dificuldades praticas e

implicações econômicas presentes no dia-a-dia da construção civil. No

entanto, ainda são poucos os estudos atuais que se atêm à microestrutura

dos materiais reforçados com fibras vegetais. No INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON

VEGETABLE PLANTS AND THEIR FIBRES..., 2. (1990), realizado em Salvador, não

foi apresentado nenhum trabalho sobre esse assunto e, já no INTERNATIONAL

SYMPOSIUM ON FIBRE REINFORCED CEMENT AND CONCRETE, 4. (1992), apenas três

trabalhos, descritos no item 3.5.3, dedicaram-se ao tema.

�� $SUHVHQWDomR

A presente pesquisa estuda a pasta de cimento Portland reforçada com fibras

de polipropileno, de amianto crisotila ou vegetais. São propostas

explicações para as principais propriedades mecânicas dos compósitos, a

partir das características de sua microestrutura. Obtém-se, desse modo, a

resposta para a influência causada pelo tipo de fibra, pela idade de

hidratação e pela relação água-cimento e como esses fatores devem ser

corretamente definidos, para uma escolha racional do compósito a ser

empregado na prática.

A microscopia eletrônica de varredura (MEV), com imagem de elétrons

secundários ( VHFRQGDU\� HOHFWURQV� LPDJH - SEI) ou imagem de elétrons

retroespalhados ( EDFNVFDWWHULQJ� HOHFWURQV� LPDJH� - BSEI), contribui para a

análise morfológica do material. A espectroscopia de raios X por energia

dispersiva ( HQHUJ\� GLVSHUVLYH� VSHFWURVFRS\ - EDS) identifica

semiquantitativamente os elementos químicos. Com os ensaios acima, estuda-

se a zona de transição entre fibras dos diversos tipos e matriz. A zona ou

aureola de transição e a região da pasta de cimento próxima à fibra, com

espessura que varia de 10 µm a 100 µm, e que apresenta propriedades

diferenciadas do restante da matriz (MINDESS et al., 1986).

Este trabalho propõe, pela primeira vez, o uso de imagem de elétrons

retroespalhados para análise de compósitos fibrosos, uma vez que os

resultados parecem bastante vantajosos, com relação aos obtidos com imagem

de elétrons secundários. E caracterizada, com maior atenção, a zona de

transição em compósitos com fibras vegetais: malva, sisal e côco, visto que

as propriedades físicas e mecânicas dessas fibras, bem como a sua

composição química, determinam comportamento diferente das demais, no

reforço de matriz frágil de pasta de cimento.

Com esse objetivo, empregaram-se técnicas apropriadas para o preparo de

corpos-de-prova com superfície polida, submetidos a análise por imagem de

elétrons retroespalhados, a fim de que fossem evitadas distorções

freqüentes na interpretação de micrografias de superfície fraturada, visto

que o plano preferencial de fratura atravessa as regiões menos resistentes

do compósito (BENTUR et al., 1985b).

Outra contribuição relevante desta pesquisa reside na realização de cinco

diferentes tipos de ensaios mecânicos para a análise de compósitos com

matriz de pasta de cimento. Alguns desses ensaios foram inovados com o

propósito de melhor traduzir para a escala macroscópica os efeitos da

porosidade e da composição da zona de transição.

A grande quantidade de resultados obtidos (quase mil corpos-de-prova

rompidos) permite a comparação entre os diversos ensaios, assim como a

análise da sensibilidade de cada um deles, para medida das propriedades

mecânicas das pastas reforçadas com fibras.

��2EMHWLYRV

Este estudo tem por objetivo básico a análise da zona de transição fibra-

matriz de compósitos com fibras vegetais (malva, sisal e côco), em

comparação com fibras comerciais (amianto crisotila e polipropileno), para

correlacionar o comportamento dessa zona de transição com as propriedades

mecânicas do material. Para que esse propósito fosse atingido, fixaram-se

também os seguintes objetivos específicos:

a) utilizar técnicas de análise microestrutural e avaliar seu desempenho,

para estudo dos materiais fibrosos;

b) caracterizar a zona de transição, por intermédio de observação da

porosidade e da concentração de determinados produtos de hidratação do

cimento Portland, próximo à superfície das fibras que estão imersas na

matriz;

c) adaptar e desenvolver ensaios mecânicos para avaliação, direta ou

indireta, da aderência entre fibras e matriz frágil e analisar

comparativamente a potencialidade desses ensaios;

d) comparar as principais propriedades macro e microestruturais dos

compósitos fibrosos com o tipo de fibra empregado, com a relação água-

cimento da pasta e com a idade de hidratação;

e) correlacionar as características mais importantes da zona de transição

com as propriedades mecânicas dos compósitos, como proposta de melhorar o

desempenho do material, a partir da sua microestrutura.

E ainda importante destacar que as fibras vegetais recebem atenção especial

ao longo de todo o trabalho, em consequência de sua grande potencialidade

de uso em nosso país, apesar dos poucos resultados positivos conseguidos

até o momento para o reforço de matrizes frágeis. As fibras de

polipropileno e de amianto servem como referenciais para comparações entre

as características da microestrutura, propriedades mecânicas e durabilidade

dos diferentes compósitos.

A metodologia do trabalho experimental, por sua vez, propõe os

procedimentos mais simples possíveis para a produção do compósito, a fim de

serem garantidos custos baixos, quando da implantação de uma linha

industrial de fabricação. Essa meta está em consonância com os objetivos da

linha de pesquisa sobre materiais reforçados com fibras, ora em

desenvolvimento no Departamento de Engenharia de Construção Civil (PCC) da

EPUSP.

��-XVWLILFDWLYDV

Os materiais reforçados com fibras para construção civil se apresentam, de

um lado, como alternativa para produção de componentes de custo baixo, por

meio de economia de energia e aproveitamento de resíduos de outras

atividades, como e o caso típico dos compósitos à base de cimento com

fibras vegetais; por outro lado, o desempenho mecânico insatisfatório e a

perda de estabilidade nas idades mais avançadas constituem desafio a ser

superado, antes que se dê início à sua produção em larga escala. A resposta

para esses problemas, sem duvida, inclui o estudo da microestrutura dos

compósitos fibrosos, dai a importância de se procurar entender como a zona

de transição entre fibra e matriz se correlaciona com o desempenho

macroestrutural desses materiais.

Muitos pesquisadores (MINDESS et al., 1986, WEI et al., 1986 e ZHANG;

GJoRV, 1990) têm proposto que a presença de barras de aço, de agregados e

de fibras impermeáveis, imersos na pasta de cimento, cria o efeito parede,

ou seja, a formação de película de água na interface. Essa constatação e

usada para explicar a maior porosidade e a concentração de cristais de

portlandita (hidróxido de cálcio) e de etringita (trissulfoaluminato de

cálcio hidratado) próximo à interface, o que define a zona de transição,

dotada de características diferentes do restante da matriz.

E provável, no entanto, que a zona de transição possa ser originada em

situações de interface diferentes daquelas até agora estudadas para fibras

impermeáveis, o que leva à alteração da porosidade e da concentração de

produtos hidratados. E questionável, igualmente, se os critérios propostos

para mensuração da zona de transição, com base na orientação de cristais de

portlandita, por exemplo, como sugerido por MONTEIRO (1985) para interface

com agregado, São validos para compósitos fibrosos. Desse modo, pode-se

justificar o presente estudo da zona de transição, que, embora já

caracterizada por outros pesquisadores, ainda e pouco conhecida em

determinados compósitos, como as matrizes de cimento reforçadas com fibras

vegetais.

Para se determinarem as principais características da zona de transição em

compostos fibrosos, São empregadas nesta pesquisa: (i) fibras de malva,

sisal e côco, obtidas, respectivamente, do caule, folha e fruto dos

vegetais; (ii) fibras minerais de amianto crisotila e (iii) fibras

plásticas de polipropileno sem cargas, apenas com as adições requeridas

pelo processo de obtenção das fibras.

As fibras de malva, sisal e coôco foram as escolhidas, em virtude de sua

maior disponibilidade e, também, por fazerem parte de outros estudos em

andamento na EPUSP (JOHN et al., 1990 e OLIVEIRA; AGOPYAN, 1992).

A escolha das fibras de amianto crisotila e de polipropileno se deve ao

fato de apresentarem, para a produção de compósitos, aplicação similar às

vegetais e, também, por serem disponíveis comercialmente. Além disso,

outros pesquisadores (BENTUR et al., 1989b e CURRIE; GARDINER, 1989) já

realizaram estudos de caracterização da zona de transição em compósitos com

fibras de polipropileno, o que permite a comparação de resultados, para que

se ateste a confiabilidade do presente experimento.

A matriz escolhida e a de pasta de cimento Portland comum, sem qualquer

adição, inclusive de material carbonático. Os agregados também não estão

sendo utilizados, para se evitar interferência da zona de transição entre

eles e a matriz sobre as propriedades do conjunto (MONTEIRO et al., 1985a).

As adições São igualmente indesejáveis por mascararem os resultados das

análises por espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDS), uma

das técnicas a serem empregadas no estudo.

E importante salientar que o envolvimento de grande número de variáveis,

como o tratamento de fibras e a composição de diversos aglomerantes,

poderia dificultar, e muito, a obtenção de conclusões estatisticamente

confiáveis, em vista do nível de abrangência do presente trabalho

experimental.

A relação água-cimento e alterada para se observar a sua influência sobre a

zona de transição. Segundo estudo realizado por GRAY; JOHNSTON (1984), a

relação água-cimento altera a resistência ao cisalhamento da interface

fibra-matriz e, no presente trabalho, pretende-se justificar esse fenômeno

por meio do comportamento da zona de transição.

A idade do compósito também deve ser levada em conta, por influenciar a

porosidade e os produtos de hidratação que se formam na interface. Para as

idades mais avançadas, também e importante a análise da degradação das

fibras vegetais e sua relação com a presença de portlandita.

O estudo microestrutural da zona de transição pode contribuir, igualmente,

para a caracterização da aderência na região de interface, ponto-chave do

funcionamento de diversos modelos matemáticos para previSão das

propriedades mecânicas do compósito, elaborados a partir da teoria de

AVESTON et al. (1971) e AVESTON et al. (1974).

São propostos vários ensaios mecânicos para determinação das propriedades

da matriz sem fibras, com fibras distribuídas aleatoriamente e com fibras

alinhadas. São eles: tração direta, tração na flexão, tração por

fendilhamento e arrancamento de fibras. São pesquisados ensaios que melhor

avaliem o desempenho do compósito tracionado, principalmente no estagio de

pós-fissuração, onde a ductilidade e considerada a propriedade mais

importante.

BENTUR; DIAMOND (1985) estudaram a fissuração em compósitos com fibras de

aço e concluíram que ocorre mudança na direção da fissura, que, ao evoluir,

passa a atravessar a zona de transição paralelamente à fibra. Os ensaios de

tração por fendilhamento, desenvolvidos no presente estudo, inspiram-se

nesse modelo, pois a fissura, ao progredir, atravessa a zona de transição

existente entre fibras e matriz e acaba por influenciar o desempenho

mecânico do compósito.

A análise da zona de transição emprega microscopia eletrônica de varredura

(MEV) com a imagem de elétrons secundários e com a de elétrons

retroespalhados. Esta última foi bem explorada por SCRIVENER; BENTUR (1988)

e apresenta a vantagem de formar a imagem de contrastes entre diversos tons

de cinza, de modo que tonalidades mais claras se associam a compostos mais

densos e vice-versa.

Outra peculiaridade da imagem de elétrons retroespalhados esta em se

realizar a análise em superfície plana e polida do compósito, sem a

influência de planos preferenciais de fratura nas superfícies em

observação. No presente experimento, onde se pretende analisar a

concentração de poros e de determinados produtos de hidratação do cimento

nas proximidades das fibras, esse tipo de exame se apresenta bastante

promissor.

A análise por espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDS) e

também utilizada neste estudo para identificar os elementos químicos

presentes na zona de transição. A partir de observações feitas para vários

elementos, pode-se inferir sobre a composição química provável dos

compostos hidratados. MAJUMDAR (1974) foi um dos precursores no emprego de

EDS para comprovar o acumulo de portlandita na zona de transição em

compósitos fibrosos.

Por fim, os resultados dos ensaios de microscopia, considerados

representativos dos compósitos analisados, são utilizados como suporte das

conclusões da presente tese, para justificar o comportamento

macroestrutural dos materiais em estudo, e para propor diretrizes a

pesquisas futuras, com o objetivo de tornar ótimo o seu desempenho.

��&RQWH~GR

O capítulo 2º discorre sobre a avaliação direta e indireta da aderência

entre fibras e matrizes frágeis. Traz, também, estudos sobre durabilidade

de compósitos à base de cimento, com fibras de amianto, polipropileno e

vegetais, por serem de interesse para o presente trabalho.

Em seguida, no capitulo 3º, São apresentadas as principais características

da estrutura das fibras e da pasta de cimento e um relato dos estudos mais

importantes sobre a zona de transição entre fases de materiais compostos

não fibrosos, aplicados q construção civil. E apresentado, então, um breve

histórico sobre a evolução das pesquisas sobre a zona de transição nos

compostos com fibras, destacando-se o estagio atual de conhecimento no

âmbito dos compósitos de interesse especifico desta pesquisa.

A caracterização dos materiais empregados e dos compósitos produzidos e os

procedimentos laboratoriais utilizados na preparação dos corpos-de-prova

para os diversos ensaios estão no capitulo 4º.

Como continuação do trabalho experimental, tem-se, no capitulo 5Ä, os

procedimentos de execução dos ensaios mecânicos e microestruturais para

matrizes sem fibras e compósitos.

O capitulo 6º traz os resultados dos ensaios mecânicos e alguns comentários

sobre a eficiência desses experimentos, da forma como foram realizados.

O capitulo 7º apresenta os resultados dos ensaios de microscopia eletrônica

de varredura (MEV) e das análises por espectroscopia de raios X por energia

dispersiva (EDS), com os comentários pertinentes.

Por último, no capitulo 8º, são sintetizadas as inter-relações entre as

características da zona de transição e as propriedades mecânicas dos

compósitos. São apresentadas propostas para o prosseguimento dos estudos e

as conclusões finais.

��$'(5Ç1&,$�),%5$�0$75,=�(�'85$%,/,'$'(�'26�&203Ï6,726

Este capítulo analisa os principais experimentos já realizados por outros

pesquisadores para medida da aderência entre fibras e matrizes frágeis e

para estudo da durabilidade dos compósitos. Tem-se, com isso, o objetivo de

orientar os ensaios realizados na presente pesquisa, no que se refere à

metodologia e à interpretação de resultados. Além disso, aderência e

durabilidade são aspectos de grande importância para que sejam garantidas

perspectivas reais de uso dos materiais reforçados com fibras.

As fibras de baixo modulo de elasticidade são incorporadas aos materiais à

base de cimento, com o objetivo de aumentar a durabilidade do compósito no

estagio de pós-fissuração, o que faz do aumento de resistência um efeito

secundário.

Para os casos em que o arrancamento da fibra predomina sobre a sua ruptura,

tem-se a aderência fibra-matriz como o principal fator de influência sobre

a tenacidade do compósito.

A durabilidade (capacidade do material de manter suas principais

características, sob determinadas condições de exposição) e de grande

interesse para o estudo de compósitos com fibras vegetais.

As fibras de amianto, polipropileno, malva, sisal e coco foram as

escolhidas para o presente trabalho experimental, por apresentarem grande

potencialidade, em nosso pais, e por possibilitarem a produção de

componentes em que a ductilidade e fundamental.

Nesta pesquisa, foram produzidos compósitos com fibras curtas, distribuÍdas

aleatoriamente na pasta de cimento Portland, com o objetivo de se

reproduzir o comportamento real das fibras na maior parte das aplicações

praticas.

Também foram empregadas fibras longas e discretas, para medida da aderência

com a matriz, nos ensaios em que se pretende simular o comportamento

individual das fibras.

As fibras e compósitos estão melhor caracterizados no capitulo 4º, e a

metodologia dos ensaios realizados nesta pesquisa seguem no capitulo 5º.

��$YDOLDomR�PHFkQLFD�GD�DGHUrQFLD�ILEUD�PDWUL]

A resistência ao cisalhamento em interfaces com matriz de cimento e medida

por meio de diversos ensaios desenvolvidos especialmente para esse fim.

Sabe-se que a determinação da aderência e fator importante na correlação

entre a transferência de esforços na junta fibra-matriz e as propriedades

mecânicas do compósito. Com o objetivo de melhor identificar esse

comportamento, diversos modelos de mecânica de fratura foram propostos, com

destaque para os de autoria dos seguintes pesquisadores: MORRISSEY et al.

1985), FOOTE et al. (1987), GOPALARATNAM; SHAH (1987), NAMMUR; NAAMAN

(1989) e SAID; MANDEL (1989).

Ha ensaios de arrancamento e outros para compósitos com grande numero de

fibras (estes, com espaçamento e orientação reais). Os primeiros

possibilitam a observação direta da aderência fibra-matriz, e os últimos

tdm a vantagem de fornecer a influência da aderência da fibra

sobre as propriedades do compósito, alem de serem de mais fácil execução

(BARTOS, 1981).

Durante o carregamento do material, a tensão de aparecimento da

primeira fissura costuma aumentar com a aderência e, ainda, com a relação

comprimento -diamêtro e concentração de fibras (GRAY, 1984). Como

conseqüência, obtem-se o acréscimo da resistência q tração na fase elástica

de solicitação e, geralmente, a redução da ductilidade, a partir do

momento em que o escorregamento da fibra e substituído pela sua ruptura, já

no estagio de pós-fissuração. Como se percebe, os ensaios a serem

empregados devem auxiliar a escolha da situação ótima, em que se

compatibilizam tenacidades elevadas e resistências aceitáveis.

A maior aderência fibra-matriz, por sua vez, e conseguida por meio do

melhor desempenho da interface, como foi proposto por MORRISON et al.

(1988). A redução da porosidade e da concentração de portlandita são

expostos por MASSAZZA; COSTA (1986) como os principais indicadores

para modificação da zona de transição.

Sabe-se, também, que o emprego de fibras de perfil irregular chega a

conferir acréscimos de ate 10% para a resistência q tração do compósito, ao

ser comparada à resistência obtida com fibras retas e lisas. Esses

resultados foram expostos por BENTUR et al. (1985c) em seus experimentos

com fibras de aço. Efeitos semelhantes foram obtidos com as fibras do

presente estudo, quer seja pela fibrilação, no caso das fibras de amianto,

quer pela variação do diâmetro ao longo do comprimento, para as fibras

vegetais (item 4.2.2).

É importante salientar, também, que as fibras não são as únicas

responsáveis pelo melhor desempenho dos compósitos. Aumentos na

resistência q tração, deformação especifica e ductilidade podem ser

alcançados por meio de proporcionamento adequado de agregados (no caso

de concretos e argamassas) e da relação água-cimento, a fim de aumentar a

resistência de aderência na zona de transição.

Com o teor de fibras mantido constante, conseguem-se aumentos da ordem de

20% para a resistência à tração do compósito, graças ao desempenho ótimo da

matriz (GRAY; JOHNSTON, 1987).

A seguir, são discutidos alguns dos principais ensaios de tração, direta e

indireta, e de arrancamento de fibras como opções de medida do desempenho

mecânico dos materiais reforçados com fibras.

��7UDomR�GLUHWD

Esta forma de solicitação tem sido pesquisada em compósitos com fibras

dispostas aleatoriamente, no interior da matriz, com determinado teor em

volume; para isso, são empregados corpos-de-prova cujo formato evita o

acúmulo de tensões durante a sua solicitação. Podem ser citados os

seguintes experimentos com materiais compostos q base de cimento, usando

corpos-de-prova em forma de "I": (i) de DAS GUPTA et al. (1978), com fibras

de coco; (ii) de AKERS; GARRETT (1983b), com fibras de amianto, e (iii) de

AKIHAMA et al. (1986), com fibras de carbono. Como resultado dos ensaios,

obtem-se o gráfico de tensão x deformação especifica, tanto na fase

elástica do carregamento, quanto apos a fissuração do material, o que

constitui medida indireta da aderência fibra-matriz.

BAGGOTT; GANDHI (1981) propuseram ensaios de tração direta, em corpos-de-

prova prismáticos, para matriz de pasta de cimento reforçada com mono

filamentos de polipropileno alinhados na direção dos esforços. Observou-se

a fissuração múltipla dos compósitos e correlacionou-se o menor

espaçamento médio entre fissuras com a maior aderência fibra-matriz, o que

parece valido, inclusive, para medida da tenacidade do material. No

entanto, ha que se garantir o ajuste perfeito entre as extremidades do

corpo-de-prova e as garras da prensa de ensaio, fundamental para a

confiabilidade do ensaio.

Em outro estudo sobre fissuração dos materiais, HANNANT et al. (1983)

propuseram a aplicação da teoria de Griffith, segundo a qual as fissuras

tem inicio em falhas do compósito e são limitadas, em seu crescimento,

pela presença das fibras. A partir do estágio em que essas fissuras começam

a se juntar, a soma de seus efeitos exerce influência sobre a tenacidade,

em decorrência das grandes deformações sofridas pelo material. Tem-se,

nesse caso, justificativa para o aumento de ductilidade conferido pelas

fibras, uma vez que elas são responsáveis pela incorporação de vazios e

descontinuidades que aumentam a energia absorvida durante a fissuração e,

ao mesmo tempo, limitam a sua propagação.

��7UDomR�LQGLUHWD

Ensaios de tração na flexão são de uso consagrado para analise de

desempenho mecânico de compósitos fibrosos e requerem cuidado especial na

definição das dimensões do corpo-de-prova, de acordo com o recomendado pela

REUNION INTERNATIONALE DES LABORATOIRES D'ESSAIS ET DES RECHERCHES SUR LES

MATERIAUX ET LES CONSTRUCTIONS (RILEM) 1984, para que não haja efeito

significativo da mudança de posição da linha neutra das solicitações no

decorrer do estagio pós- fissurado. Podem ser empregados dispositivos de

três cutelos (DARDARE, 1975) ou de quatro cutelos (SWAMY, 1980 e JORILLO;

SHIMIZU, 1992), sendo este ultimo mais indicado por não restringir a

ruptura do material a uma linha predeterminada.

LAWS; WALTON (1978) estudaram a resistência q tração obtida a partir de

ensaio de flexão e concluíram que os valores encontrados são maiores que

aqueles dos ensaios de tração direta. Isso se justifica pelo modelo

adotado para distribuição de esforços, que considera diagrama triangular

de tensões e módulos de elasticidade iguais, na fase elástica de

carregamento, tanto para tração como para compressão.

Como resultado dos ensaios de tração na flexão, BALAGURU; SHAH (1992)

destacaram a importância do índice de tenacidade que correlaciona a

energia total, absorvida pelo compósito, com aquela relativa ao regime

elástico. Nesse caso, pode-se assumir a deformação como: (i) de flexão do

ponto central do corpo-de-prova com relação a um ponto fixo; (ii) de flexão

do ponto central com relação aos suportes de apoio ou (iii) deslocamento do

prato de aplicação de carga da prensa. Este ultimo processo foi o adotado

na presente pesquisa, para a obtenção dos gráficos de carregamento x

deformação; tal procedimento costuma dar origem a valores de tenacidade

superiores aos de (i) e (ii).MINDESS; DIAMOND (1980) indicaram ensaio de

tração indireta, denominado compact tension test, com carga aplicada por

uma cunha. O corpo-de-prova possui entalhe que serve como guia para a

evolução da fissura, que pode ser observada, q medida do seu

desenvolvimento, no interior do microscópio eletrônico de varredura (MEV),

seguindo-se o dispositivo proposto pelos autores.

Outros pesquisadores propuseram ensaios de tração indireta, com o objetivo

principal de se determinar a energia absorvida pelo compósito, inclusive

apos sua fissuração. Devem ser citados como exemplos os experimentos de

WECHARATANA; SHAH (1982), para argamassas e concretos reforçados com fibras

de aço, e o de MAI; HAKEEM (1984), para argamassas com fibras de celulose.

No item 5.1.3, segue o ensaio de tração por fendilhamento, desenvolvido

nesta pesquisa, de concepção similar.

��$UUDQFDPHQWR�GH�ILEUDV

Diversos modelos de arrancamento de fibras têm sido propostos para estudo

da aderência fibra-matriz:

D� com o emprego de uma única fibra (SOROUSHIAN; BAYASI, 1987), que

apresentam maior facilidade de execução e, também, maior confiabilidade dos

resultados;

E� usando-se diversas fibras, solicitadas simultaneamente (GOKOZ; NAAMAN,

1981), e que podem fornecer a influência do espaçamento entre filamentos

sobre o mecanismo de ruptura do material.

A maior parte dos experimentos apresenta como resultado apenas o diagrama

de carregamento x deslocamento da fibra.

MANDEL et al. (1987) propuseram, como forma original de se medir a

tenacidade pelo ensaio de arrancamento de fibras, o uso de elementos

finitos para calculo da energia consumida por unidade de área de fissura.

MORRISSEY et al. (1985) estudaram o comprimento critico (comprimento acima

do qual as fibras rompem antes de escorregar) para fibras vegetais em

matriz de pasta de cimento. Concluíram que a resistência de aderência das

fibras não e proporcional ao comprimento de ancoragem e depende, sobretudo,

de pontos localizados onde a aderência e maior. Considera-se, assim,

comprimento critico não como aquele em que a tensão de atrito distribuída

uniformemente na superfície da fibra se iguala a sua resistência q ruptura,

mas sim como o comprimento em que se torna maior a probabilidade de

ocorrência de ancoragem localizada e de alta resistência ao cisalhamento.

Pode-se atribuir esse comportamento q descontinuidade da zona de transição

entre fibra e matriz, que apresenta variações quanto q constituição,

porosidade, espessura e, ainda, descolamentos ao longo do comprimento da

fibra.

Em estudos com fibras de polipropileno em matriz de cimento Portland,

CURRIE; GARDINER (1989) constataram que o caráter hidrófugo da superfície

de polipropileno contribui para a diminuição da aderência. Nesse estudo,

ensaios de arrancamento feitos com fibras de polipropileno fibriladas e

não fibriladas de secção irregular mostram que, para

comprimentos de ancoragem superiores a 20 mm, as fibras fibriladas exigem

carga de arrancamento maior, em virtude da sua maior área superficial. Para

ancoragens inferiores a 20 mm, o efeito da porosidade na superfície da

fibra parece preponderar, o que faz os resultados das fibras não fibriladas

um pouco melhores.

Em estudo com fibras de aço, NAAMAN; NAJM (1991) observaram que o

arrancamento e influenciado pelas características da matriz utilizada. A

presença de fibras distribuídas aleatoriamente em argamassa fez com que

as forcas de atrito fossem maiores durante o escorregamento da fibra

ensaiada.

Também a adição de látex q matriz significou grande aumento para o valor do

carregamento máximo resistido, em conseqüência da melhor aderência

conseguida.

Como comentário final, ha claros indícios de que a perfeita simetria que se

observa durante a aplicação de cargas, no ensaio de arrancamento de

fibras, não retrata o comportamento real do compósito, principalmente

apos a fissuração da matriz. Portanto, continua valida a advertência

feita por BARTOS (1981) em seu importante trabalho de revisão sobre ensaios

de arrancamento: a de que esse ensaio requer aprimoramentos para que seus

resultados sirvam como estimativas de resistência e de energia absorvida

pelo compósito.

�� 'XUDELOLGDGH�GRV��FRPSyVLWRV

O comportamento dos compósitos fibrosos, ao longo de sua vida útil, tem

sido objeto de muitas pesquisas atuais e foi o tema principal do

INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON FIBRE REINFORCED CEMENT AND CONCRETE, 4. (1992).

Ha evidências de que as fibras sofrem alterações no seu desempenho mecânico

conjunto com a matriz, o que depende da idade do compósito e das condições

de exposição. A degradação dos compósitos pode ser estudada por

envelhecimento natural, mais confiável, ou por ensaios acelerados, cuja

vantagem e a de fornecerem resultados em menor intervalo de tempo.

Situações especiais de exposição dos compósitos requerem simulações

apropriadas e não são consideradas neste estudo.

A titulo de exemplo, podem ser citadas aplicações de concretos reforçados

com fibras de aço em contato com água do mar (MANGAT et al., 1989) ou com

lixo radioativo (DUBOIS; NOUGUIER, 1989).

As características das fibras e da matriz também exercem grande influência

sobre a durabilidade do compósito e, por isso, esse assunto e tratado com

mais detalhe nos itens 3.1 e 3.2, por meio de estudo das estruturas da

pasta de cimento e as das fibras empregadas neste experimento.

A seguir, são comentadas algumas pesquisas importantes sobre durabilidade

de compósitos q base de cimento, com fibras de amianto, polipropileno e

vegetais, por serem de interesse para o presente estudo.

��FRPSyVLWRV�FRP�ILEUDV�GH�DPLDQWR

Matrizes q base de cimento reforçadas com fibras de amianto apresentam, nas

idades mais avançadas, tendência q ruptura frágil. Isso se deve q reação

continua entre o hidróxido de cálcio livre e a superfície da fibra, que

aumenta a aderência e, conseqüentemente, reduz a energia absorvida

durante o regime de pós-fissuração (MAI et al., 1980b).

OPOCZKY; PENTEK (1975) e AL-ADEEB; MATTI (1984) observaram a carbonatação

do hidróxido de cálcio oriundo da hidratação do cimento Portland,

depositado na superfície da fibra, e a do hidróxido de magnésio, que faz

parte da estrutura do amianto crisotila. Esse fenômeno depende da idade do

compósito e do acessão de gás carbônico ate a interface fibra-matriz, o

qual pode estar presente no ar atmosférico ou dissolvido em meio aquoso. A

presença de carbonatos, embora não cause por si só a redução da resistência

mecânica do material, pode favorecer a lixiviação e, conseqüentemente, o

aumento da sua permeabilidade.

��FRPSyVLWRV�FRP�ILEUDV�GH�SROLSURSLOHQR

HANNANT (1983), em seu estudo sobre durabilidade de argamassa de cimento

reforçada com filme fibrilado de polipropileno, realizou ensaio de tração

direta em compósitos com até três anos de idade, expostos a duas

condições diferentes de exposição: (i) estação de envelhecimento

natural de Garston, Inglaterra, e (ii) cura ao ar em ambiente normal

interno. Aos três anos de idade, o aumento do modulo de elasticidade foi de

26%, para os corpos-de-prova submetidos à intempérie, e quase

desprezível para aqueles mantidos ao ar em ambiente interno. E possível

que o aumento do modulo, no primeiro caso, seja decorrente da maior

disponibilidade de água para hidratação da matriz, o que faz aumentar a

aderência com a fibra. Independentemente das condições de exposição, a

resistência q tração da fibra manteve-se inalterada.

Essa redução de ductilidade contribui para o aumento do volume critico de

fibras (porcentual mínimo necessário de fibras, para que elas consigam

resistir ao carregamento, apos a fissuração da matriz) ao longo do tempo, o

que deve ser previsto na fase de escolha do teor de fibras a ser empregado.

Como continuação do mesmo plano de pesquisa sobre argamassa reforçada com

polipropileno fibrilado, HANNANT (1989) fez ensaios de tração na flexão, em

compósitos com idade variando de 28 dias a 10 anos, sujeitos ao ar em

ambiente interno ou ao envelhecimento natural. Alguns corpos-de-prova foram

pré- fissurados, com o objetivo de detectar alguma influência diferenciada

das condições de exposição. Como resultado, observou-se aumento

significativo da resistência à tração na flexão com a idade dos

compósitos, independentemente de o corpo-de-prova estar ou não pré-

fissurado ou submetido à intempérie.

Apesar dos bons resultados obtidos em temperaturas ambientes, e

importante salientar o estudo de MAI et al.

(1980a) sobre a degradação por oxidação térmica de fibras de polipropileno,

utilizadas como reforço de argamassa de cimento. compósitos submetidos à

cura em autoclave (140 C) e à posterior secagem em estufa (116 C),

apresentaram perdas de resistência à tração e, principalmente, de

ductilidade.

��&RPSyVLWRV�FRP�ILEUDV�YHJHWDLV

As fibras vegetais sofrem grande influência das intempéries e da

alcalinidade do meio a que estão expostas (RAMASWAMY et al., 1983). Fibras

de sisal e de coco chegam a apresentar ate 50% de perda de resistência q

tração, quando imersas em solução de hidróxido de cálcio (pH = 12), durante

28 dias (AGOPYAN, 1988). A água capilar, por ter alcalinidade elevada,

dissolve a lignina e a hemicelulose, elementos responsáveis pela aderência

entre fibrilas (GRAM, 1983).

A durabilidade do compósito com fibras vegetais, por sua vez, pode ser

analisada por meio de ensaios que levem em consideração o envelhecimento

natural ou acelerado do material, que podem apresentar resultados

bastante diversos, dependendo das condições adotadas. SOROUSHIAN; MARIKUNTE

(1992) testaram, por meio de 120 ciclos de umedecimento e secagem

acelerados, a durabilidade de argamassas reforçadas com fibras de

celulose.

Constataram a redução da tenacidade dos compósitos, provavelmente pela

"petrificação" das fibras, processo explicado no item 3.5.3. Sabe-se,

também, que a alternância entre molhagem e secagem e favorável à degradação

e posterior lixiviação da lignina, presente na estrutura das fibras

vegetais, o que pode reduzir ainda mais a atuação dessas fibras como

reforço no interior da matriz.

Em estudo comparativo entre (i) painéis de pasta de cimento reforçada com

fibras de coco, (ii) placas de madeira compensada e (iii) placas de madeira

aglomerada por resina, AGGARWAL (1992) empregou processos rigorosos de

envelhecimento acelerado por molhagem e secagem, sob temperaturas de ate

100 C. Concluiu que, em conseqüência dos bons resultados obtidos, painéis

de compósitos q base de cimento podem substituir com vantagem as placas de

madeira compensada ou aglomerada em folhas de portas, divisórias e forros

falsos.

Outra linha de estudos emprega o envelhecimento natural dos materiais e

depende das condições do local de exposição, a saber: índice pluviométrico,

temperaturas máxima e mínima, umidade relativa do ar e inalação diária. De

preferência, devem ser ensaiados os componentes do modo como são aplicados

na pratica, podendo ser destacados os trabalhos dos seguintes

pesquisadores:

D� GRAM (1988b) estudou o emprego de argamassa de cimento reforçada com

fibras de sisal, em componentes de cobertura.

Notou que as condições de exposição natural são muito mais agressivas na

Tanzânia que na Suécia, em virtude da temperatura e umidade elevadas que

ocorrem no primeiro caso. Outro fator considerado foi a carbonatação do

hidróxido de cálcio presente na matriz que, embora ajude a reduzir a

alcalinidade, e responsável pela retração e, conseqüentemente, pela

fissuração do material.

E� HUSSIN; ZAKARIA (1990) empregaram placas lisas e corrugadas de

pasta de cimento Portland reforçada com fibras de coco, expostas q

intempérie, na Malásia, por período de ate um ano. Ensaios mecânicos,

realizados após o envelhecimento dos componentes, demonstraram queda de ate

30% da resistência q tração na flexão e, para contornar esse problema, os

pesquisadores recomendaram o tratamento das fibras ou a substituição

parcial do cimento por pozolanas de alta reatividade.

F� AGOPYAN et al. (1990) realizaram a construção de um prototipo de

habitação, cujos painéis de vedação vertical foram feitos com matriz q base

de escoria de alto-forno, reforçada com fibras de coco. Essa construção

esta sendo ocupada por usuários de um conjunto habitacional do Municipio

de São Paulo desde 1989 e, segundo os pesquisadores responsáveis, seu

desempenho tem sido, ate o momento, satisfatório.

Como alternativas para se evitar a deterioração das fibras vegetais, em

conseqüência da alcalinidade ou da umidade do meio a que estão expostas,

existem diversos procedimentos de aplicação viável. O primeiro deles

consiste na substituição parcial ou total do cimento Portland por outros

aglomerantes alternativos, menos alcalinos. JOHN et

al. (1990) obtiveram bons resultados com aglomerante composto por mais de

80% de escoria de alto-forno, alem de cal hidratada e gipsita, e

demonstraram a viabilidade de argamassas q base de escoria reforçadas com

fibras de coco, para produção de painéis.

CHATVEERA; NIMITYONGSKUL (1992) também obtiveram aumento da durabilidade de

compósitos com fibras de sisal e matriz composta por 70% de cimento

Portland comum e 30% de cinzas de casca de arroz, em massa.

Outra linha de pesquisa propõe o tratamento das fibras vegetais como forma

de protegê-las da agressão do meio.

OLIVEIRA (1989) conseguiu melhoria da durabilidade de argamassa de cimento

reforçada com fibras de malva, nos casos em que essas fibras eram

previamente lavadas com detergente comum. GUIMARSES (1990) submeteu fibras

de sisal q impregnação com acetato de polivinila (PVA) e obteve

melhoria sensível do desempenho do compósito resultante, apos

envelhecimento acelerado.

Por ultimo, merece atenção o experimento de BENTUR; AKERS (1989a), com o

emprego de autoclave para tratamento de compósitos q base de cimento

reforçados com fibras de celulose. Tanto para a situação de envelhecimento

natural como acelerado, a deterioração foi considerada pequena, apesar da

carbonatação do material. Um aspecto indesejável foi a redução da

tenacidade e o aumento do modulo de elasticidade do compósito submetido a

esse tratamento. Resultados semelhantes foram obtidos por AKERS; STUDINKA

(1989) e por PIRIE et al. (1990).

��&RPHQWiULRV

A avaliação do comportamento mecânico dos compósitos, apresentada neste

capitulo, serviu de base para definição dos experimentos adotados na

presente pesquisa. Algumas adaptações foram necessárias (itens 5.1 e 5.3),

em decorrência de a matriz empregada ter sido de pasta de cimento Portland,

relativamente menos estudada que argamassa e concreto. Ficou clara a

necessidade do desenvolvimento de ensaios para medida da tenacidade, no

regime de pós- fissuração, como também para analise da aderência fibra-

matriz, principalmente para compósitos reforçados com fibras de baixo

modulo de elasticidade.

O estudo da durabilidade, por sua vez, orientou a interpretação dos

resultados daqueles ensaios mecânicos e de análise micro estrutural,

realizados com 90 e 180 dias de idade. Não foram empregados tratamentos

para a fibra e nem adições para a matriz, pois a presente pesquisa tem por

objetivo caracterizar o compósito e, mais especificamente, a zona de

transição fibra-matriz. O aprimoramento do material devera ser objeto de

pesquisas futuras, inclusive com a consideração do tipo de uso a que será

submetido.

Como conclusão do presente capitulo, a partir dos trabalhos analisados,

nota-se a modificação das propriedades mecânicas dos compósitos, ao

longo do tempo, com ou sem alteração das fibras. Segundo afirmou BENTUR

(1989), a zona de transição fibra-matriz sofre alterações em sua

porosidade e espessura, em decorrência da idade e condições externas de

exposição, e isso contribui para a modificação do comportamento

macroscópico do material. A influência da zona de transição sobre o

desempenho dos compósitos esta mais bem especificada no item 3.5.

3 MICROESTRUTURA DE COMPOSITOS À BASE DE CIMENTO

A análise microestrutural e usada para explicar as principais propriedades

dos materiais polifásicos, a partir de sua estrutura. Possíveis

descontinuidades, dentro de uma fase ou entre fases, tais como poros ou

fissuras, interferem no comportamento mecânico e na durabilidade do

material. E o caso dos compósitos fibrosos, por exemplo, em que o aumento

da aderência interfacial pode reverter-se em ganho para a resistência

mecânica, para a durabilidade e, dentro de certos limites, para a

ductilidade.

Entretanto, quantificar a participação da zona de transição nas

propriedades dos compósitos e difícil, pois depende de características dos

materiais envolvidos como, por exemplo, o tipo de fibra. Além disso, muitas

técnicas empregadas para tornar ótima a interface acabam por melhorar o

desempenho da matriz como um todo, como ocorre com a moldagem sob pressão

em compósitos fibrosos.

Neste capítulo, são apresentadas as principais características da estrutura

da pasta de cimento Portland e das fibras de amianto crisotila,

polipropileno e vegetais, por serem de interesse para esta pesquisa. Em

seguida, analisa-se a zona de transição entre fases de compósitos à base de

cimento, com destaque para aqueles reforçados com fibras e apresenta-se um

breve histórico da evolução dos estudos sobre a interface fibra-matriz.

3.1 Características principais da estrutura das fibras

As estruturas das fibras de amianto, de polipropileno e vegetais são

analisadas, pelo fato de serem determinantes de propriedades importantes da

zona de transição, como porosidade e acúmulo de portlandita, em compósitos

à base de cimento. E dado destaque especial para as fibras vegetais, que

são de grande interesse para a presente pesquisa.

Nota-se, igualmente, o efeito da estrutura das fibras sobre suas

características físicas e mecânicas e sobre sua durabilidade, quando

expostas a agentes agressivos. A caracterização das fibras usadas neste

trabalho esta no item 4.2.2.

3.1.1 Fibras de amianto crisotila

São fibras de origem mineral e de composição media dada pela formula de

óxidos 3MgO.2SiO2.2H2O. Essas fibras são flexíveis, de coloração clara, e

seu diâmetro varia, em media, de 0,1 µm a 1 µm (FERRANTINI, 1987). Fator

importante na aderência com matrizes à base de cimento, sua área

superficial depende do grau de desfibramento a que são submetidas.

Entre as variedades de amianto enumeradas por KELLY (1989), a crisotila

figura no grupo das serpentinas, em razão das características de sua

estrutura cristalina. Cada fibra e composta por milhares de fibrilas

tubulares, de formula Mg3Si2O5(OH)4, solidamente aglomeradas por matriz de

silicato de magnésio. Essas fibrilas, por sua vez, são constituídas por

camadas de silicato e de hidróxido de magnésio, que se enrolam e formam

cilindros concêntricos ou espirais. No caso de serem ocas, as regipes

centrais das fibrilas podem estar preenchidas por substancia amorfa, de

composição química igual à das paredes cristalinas.

KIYOHARA (1991) concluiu que íons-cálcio apresentam a propriedade de fixar-

se externamente às fibrilas, junto das hidroxilas, em posições equivalentes

às dos íons-magnésio da crisotila, de modo a dar continuidade ao processo

de cristalização. Como resultado, formam-se saliências fortemente aderidas

à superfície lateral dessas fibrilas, o que pode explicar a boa aderência

entre fibra de amianto e matrizes à base de cimento Portland.

Expostas ao gás carbônico atmosférico, as fibras apresentam carbonatação

superficial, o que pode torná-las quebradiças com o passar do tempo

(OPOCZKY; PENTEK, 1975).

3.1.2 Fibras de polipropileno

Trata-se de polímero termoplástico, que pode ser obtido do craqueamento do

petróleo, por meio da síntese de elementos orgânicos.

As fibras são compostas por cadeias longas de desenvolvimento helicoidal e,

em virtude do arranjo polimérico predominantemente cristalino, o material

resulta bastante dúctil (LEVY; DUBOIS, 1984 e MANO, 1985). O processo de

extrusão pelo qual as fibras são obtidas e o responsável pela orientação

das cadeias poliméricas, o que faz com que elas apresentem alongamento e

resistência à tração elevados (tabela 4.3).

As fibras apresentam superfície hidrofuga, o que determina sua

impermeabilidade, porem reduz a aderência em compósitos de cimento. Uma

maneira de compensar sua baixa aderência, conforme exposto por RAITHBY et

al. (1981), e o emprego de fibras ou tecidos fibrilados, que apresentam

aberturas longitudinais nos filmes de polipropileno, similares a

arranhaduras, e são responsáveis pelo aumento da superfície de contato.

Quanto à durabilidade, sabe-se que as fibras de polipropileno são afetadas

pela incidência de radiação ultravioleta, que favorece a sua oxidação. No

entanto, HANNANT (1983) concluiu que a matriz à base de cimento tem efeito

protetor sobre a fibra, pois impede o acesso da luz solar e praticamente

elimina a sua degradação.

Além do polímero propriamente dito, podem fazer parte da composição outras

substâncias, tais como enchimentos, corantes, plastificantes,

catalisadores, lubrificantes e estabilizadores. As fibras empregadas nesta

pesquisa não possuíam nenhum tipo de carga (apenas adições necessárias ao

processo de obtenção), a fim de se evitarem alterações não previstas de

suas propriedades.

3.1.3 Fibras vegetais

São constituídas por células individuais que, por sua vez, compõem-se de

microfibrilas dispostas em camadas de diferentes espessuras e ângulos de

orientação. As microfibrilas são ricas em celulose, polímero vegetal de

cadeias longas (grau de polimerização da ordem de 25000), e estão

aglomeradas por hemicelulose amorfa (grau de polimerização entre 50 e 200).

As células da fibra tem de 10 µm a 25 µm de diâmetro e, segundo COUTTS

(1992), são compostas por quatro camadas de microfibrilas (figura 3.1.a):

(i) camada primaria, mais externa, de estrutura reticulada; (ii) camada

secundaria S1, de estrutura também reticulada; (iii) camada secundaria S2,

onde as microfibrilas estão orientadas segundo um ângulo é com relação ao

eixo longitudinal da célula, em espiral, e (iv) camada secundaria S3, mais

interna, também com as microfibrilas em forma de espiral. A camada S2 e a

de maior espessura e, também, a de maior teor de celulose. No interior da

célula, ha uma cavidade central de secção elíptica, com dimensão de 5 µm a

10 cm, denominada lúmen. As diversas células que compõem a fibra,

encontram-se aglomeradas pela lamela intercelular, composta de

hemicelulose, pectina e, principalmente, lignina (70%, em media). A região

central da fibra também pode apresentar uma cavidade que se chama lacuna. A

figura 3.1.b ilustra esquematicamente a secção transversal do aglomerado de

células da fibra vegetal e serve para interpretar todos os tipos empregados

nesta pesquisa, ou seja, fibras de malva, sisal e côco.

A figura 7.15 traz micrografia de compósito à base de cimento com fibra de

côco vista de topo, sendo de fácil identificação a lacuna central da fibra,

a lamela intercelular e as células com seus respectivos lumens.

a) Célula individual.

b) Fibra: aglomerado de células.

Fig. 3.1 Esquema da estrutura de fibra vegetal (sem escala).

SATYANARAYANA et al. (1982), GRAM (1988a) e COUTTS (1992).

Em conseqüência da grande incidência de poros permeáveis, que incluem as

lacunas e os lumens, as fibras vegetais apresentam grande absorção de água

(maior que 90%) e massa específica aparente bastante inferior à real, como

se observa na tabela 4.3.

SHIMIZU; JORILLO JR. (1992), em seu estudo, analisaram detalhadamente a

estrutura das fibras de côco e afirmaram que cada uma delas pode conter

desde 30 ate mais de 200 células individuais. Outra observação interessante

foi a de que essas fibras possuem superfície externa com aspecto liso,

denso e fechado, em decorrência de proteção externa, composta por camadas

de células epidérmicas. Os pesquisadores registraram, ainda, a presença de

protuberâncias na superfície lateral das fibras, com diâmetro variando de 8

µm a 15 µm e que podem incrementar a aderência com matrizes frágeis.

A tabela 3.1 traz os teores em massa de celulose e de lignina das fibras e

o ângulo médio é, formado pelas microfibrilas com o eixo longitudinal da

célula.

McLAUGHLIN; TAIT (1980) e CHAND et al. (1988) afirmaram que a resistência à

tração e o modulo de elasticidade das fibras são diretamente proporcionais

ao teor de celulose e inversamente proporcionais ao ângulo é das

microfibrilas.

Já o alongamento máximo de ruptura aumenta com o ângulo é, pois e maior o

trabalho de fratura necessário para o estiramento das microfibrilas. Tem-

se, desse modo, a justificativa para as fibras de sisal apresentarem a

maior resistência e as de côco, o maior alongamento, entre as fibras

vegetais estudadas (tabela 4.3).

Tabela 3.1 Propriedades da estrutura de fibras vegetais.

Fibra Celulose

(% massa)

Ligina

(% massa)

Ângulo das microfibrilas²

- φφφφ (graus

Malva 76,0 10,0 8

Sisal 78,6 9,9 10 - 22

Côco 53,0 40,8 30 - 49

FONTES: 1 – MEDINA (1959);

2 – SATYANARAYANA et al. (1982);

3 – IPT (1983).

GRAM (1988a) estudou a durabilidade das fibras em materiais à base de

cimento e concluiu que a primeira causa de mudança das características da

fibra refere-se à decomposição química da lignina e da hemicelulose,

presentes na lamela intercelular. Essa lamela e dissolvida pela ação da

água capilar bastante alcalina (pH = 12) da matriz, e as células

individuais perdem sua capacidade de reforço. Em seguida, os lumens das

células são preenchidos por hidróxido de cálcio, que as torna menos

flexíveis.

AGOPYAN (1991) argumentou que, embora a fibra de côco tenha elevado teor de

lignina (tabela 3.1), o fato de sua estrutura ser densa e fechada faz com

que a resistência à ação de álcalis seja superior à das fibras de malva e

de sisal. A durabilidade das fibras vegetais em matrizes à base de cimento

e analisada mais detalhadamente no item 2.2.3.

Outro aspecto importante, estudado por AGGARWAL; SINGH (1990), e o

retardamento da pega do cimento pela presença de substâncias de caráter

acido, liberadas pela fibra vegetal em solução aquosa. Essas substâncias

não fazem parte da estrutura da fibra, são genericamente chamadas de

extrativos e incluem resinas, polifenois, óleos e graxas.

3.2 Características principais da estrutura da pasta de cimento

São analisadas as principais características morfológicas dos compostos

anidros e hidratados e a evolução da hidratação, com defase, sobretudo, ao

processo de formação dos silicatos de cálcio hidratados e do hidróxido de

cálcio. Esses conceitos são de grande importância para a interpretação das

análises por difração de raios X (DRX) e por espectroscopia de raios X por

energia dispersiva (EDS).

A abordagem dos aspectos relativos ao mecanismo de hidratação da pasta de

cimento, faz-se necessária para que, em seguida, seja discutida a sua

alteração pela presença das fibras. É interessante notar que a zona de

transição forma-se de acordo com situações especificas de hidratação,

geralmente caracterizadas por acúmulo de água próximo à região de interface

da pasta com outro material que seja posto em contato (MINDESS et al.,

1986).

3.2.1 Cimento anidro

O cimento Portland comum (CP I), sem adições, e constituído pela mistura de

clínquer e de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. O clínquer, por sua

vez, e composto de óxidos de cálcio, silício, alumínio e ferro, obtidos

entre 1300 ºC e 1500 ºC, como resultado, principalmente, da calcinação da

mistura homogênea de argila e calcário.

O clínquer de cimento Portland e, em suma, a mistura de silicato tricálcico

ou alita (C9S), silicato dicálcico ou belita (C2S), além das fases aluminato

e ferrita, de composição media expressa por C9A e por C4AF, respectivamente.

A composição media dos compostos acima varia, pela ordem, entre 45% e 60%,

15% e 30%, 6% e 12%, e 6% e 8% para cimentos Portland comuns (MEHTA, 1986).

Como constituintes menores, podem estar presentes oxido de cálcio, oxido de

magnésio, além de álcalis, fosfatos, fluoretos e sulfatos, que,

normalmente, formam soluções sólidas com silicatos e aluminatos de cálcio.

São ainda comuns adições de material carbonático, escoria de alto-forno e

material pozolânico, que, no cimento Portland comum com adição (CP I-S),

são limitados ao total de 5% (ASSOCIACSO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS -

ABNT NBR 5732, 1991).

O C9S e o constituinte mais importante do cimento Portland, tanto por estar

presente em maior porcentagem como por contribuir significativamente para a

resistência mecânica do cimento hidratado. Segundo SKALNY; YOUNG (1980) e

GARTNER; GAIDIS (1989), isso explica por que o sistema H2O – C9S é tomado,

freqüentemente, como modelo simplificado para estudo do sistema H2O -

cimento, mais complexo.

Os cristais de alita têm forma hexagonal, os de belita, arredondada; as

fases de aluminato e ferrita estão finamente divididas e ocupam os espaços

intersticiais.

SCRIVENER (1989) observou que o clínquer se apresenta bastante fissurado,

em conseqüência das tensões térmicas que atuam durante o seu resfriamento.

O clínquer e moído em conjunto com sulfatos de cálcio e da origem a

partículas de dimensões que variam de 1 µm a 100 µm.

3.2.2 Produtos hidratados

Os silicatos de cálcio reagem com água e dão origem ao silicato de cálcio

hidratado (C-S-H) e ao hidróxido de cálcio (CH), numa seqüência de períodos

apresentada em detalhes por TAYLOR (1986). As fases de aluminato e ferrita

reagem com o sulfato da cálcio e formam: (i) etringita - trissulfoaluminato

de cálcio hidratado ( 323

_

6 HSAC ) -, com a possível substituição de alumínio

pelo ferro na estrutura; (ii) monossulfoaluminato de cálcio hidratado

( 323

_

4 HSAC ), com a possível substituição do alumínio pelo ferro e de íons-

sulfato por carbonato ou hidroxila.

LEA (1970) considerou que o mecanismo de hidratação, nos estágios iniciais,

e o de dissolução-precipitação e, posteriormente, quando a difusão de íons

se torna mais difícil, inicia-se o processo de reações topoquímicas.

O produto inicial da hidratação dos silicatos de cálcio forma-se em solução

saturada, com relação (C/S) entre 0,8 e 1,5, de difícil observação por

microanálise de raios X. Em seguida, ocorre o precipitado estável, com

estrutura reticulada e bastante porosa. À medida que a hidratação evolui,

os produtos de hidratação ocupam esses vazios inicialmente preenchidos por

água, e a relação C/S passa a valer, então, entre 1,5 e 2 (LACHOWSKI et

al., 1981 e RAYMENT; MAJUMDAR, 1982).

Com o aumento da reação do silicato, ha necessariamente uma interface que

avança para dentro do grão anidro, o qual vai diminuindo. TAYLOR et al.

(1984) propuseram, junto a essa interface, a existência de camada semi-

sólida (C/S baixo), seguida externamente de outra com relação C/S

crescente, como conseqüência da precipitação de íons-cálcio. Com o

decréscimo da permeabilidade do gel, torna-se muito lenta a difusão de

íons, a partir da superfície do grão anidro, e o processo começa a ser

controlado. A referida restrição pode ser causada não apenas pela difusão

vagarosa, mas também pela falta de espaço, o que impede o crescimento dos

produtos hidratados.

Os cristais de hidróxido de cálcio (CH), também chamados de portlandita,

precipitam-se a partir da solução e depositam-se em conjunto com os

produtos externos de hidratação. Os cristais tendem a apresentar formato

hexagonal, com dimensão media de 1 cm, porem a morfologia pode ser afetada

pelo espaço disponível, temperatura de hidratação e impurezas existentes no

sistema (LACHOWSKI et al., 1980). Um aspecto importante para os compósitos

fibrosos e que os cristais de portlandita tem sua forma e dimensão afetadas

pela presença das fibras, o que esta melhor explicado no item 3.5.

Na figura 7.3, esta ilustrado compósito com fibras de amianto, onde se vê

macrocristal de portlandita (seta 1) e grão anidro de cimento (seta 2),

circundado por produtos da hidratação, principalmente C-S-H (seta 3).

SKALNY;YOUNG (1980) apresentaram teoria segundo a qual os núcleos de

portlandita são, inicialmente, formados, mas logo contaminados por

silicatos e, por isso, não crescem.

Em certos pontos, entretanto, a concentração de cálcio torna-se maior o

suficiente para superar o efeito do silicato; assim, o cristal de

portlandita cresce rapidamente e age como pólo de atração para os íons. Os

resultados de ensaios calorimétricos confirmam que a máxima concentração de

íons-cálcio corresponde ao fim do período de indução ou dormência e

coincide com o inicio da nucleação da portlandita.

A máxima cristalização do hidróxido de cálcio acontece paralelamente ao

período de máxima reatividade dos silicatos (chamado período de

aceleração), que ocorre por volta de dez horas de hidratação e é

identificado por sensível liberação de calor (MONTANARO et al., 1988).

GRUTZECK; RAMACHANDRAN (1987) destacaram a influência do pH sobre as

reações de hidratação do C3S. A liberação de íons-cálcio na solução e que

faz o pH elevar-se progressivamente, e evita que aumente a relação C/S dos

produtos hidratados. Apenas a partir da precipitação de portlandita e que o

período de dormência chega ao fim, o que induz à formação massiva de C-S-H.

MEHTA (1986) adotou o mecanismo de dissolução-precipitação, para explicar a

formação de cristais aciculares de etringita logo nos primeiros minutos de

hidratação, o que faz com que o C3A se hidrate mais lentamente. Após alguns

dias, dependendo da relação A/S, a etringita pode tornar-se instável e

formar monossulfatos hidratados. A concentração de etringita também pode

ser modificada na zona de transição, em compósitos à base de cimento, como

se encontra descrito em estudos apresentados no item 3.3.

A formação de aluminatos de cálcio hidratados (CnAHm) sobre a superfície dos

grãos de C3A também controla a sua hidratação. Segundo MONTEIRO (1985), à

medida que os hidratos se convertem em C3AH6, quebra-se a barreira

superficial, e eles continuam a se formar.

As hidrogranadas (silicoferroaluminato de cálcio hidratado) resultam da

reação de ferrita com hidróxido de cálcio, na presença de água. O processo

de hidratação do C4AF não e bem conhecido.

3.2.3 Relação entre microestrutura e propriedades da pasta de cimento

hidratado

A relação água-cimento e a idade de hidratação influenciam diretamente o

volume de vazios capilares da pasta hidratada, que, em conjunto com as

microfissuras, são os principais responsáveis pela perda de resistência

mecânica e pelo aumento de permeabilidade do material. RENHE et al. (1990)

propuseram o uso de espalhamento de raios X de baixo ângulo (small angle X-

ray scattering - SAXS) para medida da distribuição de poros de 1 nm a 30

nm, de interesse por influenciarem os processos de retração por secagem e

deformação lenta. WINSLOW; DIAMOND (1974) e VOLLET (1986) também empregaram

o método de SAXS para caracterização física de pastas de cimento Portland.

O grau com que os diferentes componentes do cimento contribuem com a

resistência mecânica não e o mesmo, pois, embora os compostos C3A, C4AF e

C3S reajam rapidamente, o último e responsável pela maior parte da

resistência desenvolvida. C S hidrata vagarosa e progressivamente, e sua

contribuição para a resistência segue em curso similar.

O C3S, considerado o principal responsável pela resistência mecânica nas

primeiras idades, libera hidróxido de cálcio durante sua hidratação.

Atribui-se a resistência principalmente às forcas atrativas de van der

Walls, uma vez que os espaços, entre camadas de C-S-H, são da ordem de 1 nm

a 5 nm. Assim, pode ser esperada certa relação entre a quantidade de

portlandita e a resistência desenvolvida. A quantidade liberada de

hidróxido de cálcio, desde 7 ate 28 dias, varia de 5% a 10% da massa do

cimento. Sabe-se que, por ser solúvel em água, a portlandita (CH) pode

aumentar a permeabilidade da pasta, e isso compromete sua durabilidade em

meios sujeitos ao contato constante com água.

A fissuração e outro aspecto importante no estudo da resistência e da

durabilidade. MANGAT; AZARI (1988) e BALAGURU; SHAH (1992) ressaltaram o

reforço de matrizes à base de cimento com fibras para combater retração

plástica e por secagem.

A retração plástica ocorre nas primeiras horas após a moldagem, em

decorrência da evaporação diferenciada da água empregada na produção do

material. Os efeitos desse tipo de retração são mais evidentes em

componentes com áreas grandes de exposição.

Outra causa de fissuração e a retração por secagem, associada à perda de

água adsorvida, que se encontra nas proximidades dos produtos hidratados,

ligada fisicamente por pontes de hidrogênio (MEHTA, 1986). Os efeitos da

retração por secagem são considerados nos primeiros 40 dias de idade.

Nos compósitos à base de cimento, nas situações em que ocorre acúmulo de

água próximo à interface, observa-se maior retração por secagem na zona de

transição e o aparecimento de fissuras características. Exemplo disso se

encontra na figura 7.19, em micrografia de pasta de cimento reforçada com

fibras de côco.

3.3 Zona de transição entre fases de materiais compostos

Em seu trabalho pioneiro sobre interface de materiais compostos à base de

cimento, FARRAN (1956) observou que os cristais de hidróxido de cálcio

podem apresentar direção preferencial de crescimento na interface cimento-

agregado.

A seguir, MASO (1967) apud MONTEIRO (1985), justificou a formação da zona

de transição próximo à superfície do agregado, em virtude da difusão

diferenciada dos íons liberados na hidratação da pasta de cimento.

A partir de então, outros pesquisadores (BARNES et al., 1979, GRANDET;

OLLIVIER, 1980, STRUBLE; MINDESS, 1983 e MONTEIRO; MEHTA, 1986) iniciaram

seus estudos para conhecimento da composição e desempenho da zona de

transição, com diversos tipos de agregado postos em contato com pastas de

cimento.

Para materiais não porosos, colocados junto à pasta de cimento Portland,

MASO (1980) concluiu sobre a formação de filme de água com alguns

micrometros de espessura, onde se inicia a difusão de íons-cálcio,

aluminato, sulfato, sódio e potássio; esse fenômeno e denominado efeito

parede. Em seguida, advêm a precipitação de portlandita e de etringita

(MONTEIRO; MEHTA, 1985).

Estudo realizado por BARNES et al. (1978), referente à zona de transição

entre cimento e vidro, revelou a existência de estrutura complexa, composta

de fases diferenciadas.

Imediatamente à superfície da placa de vidro, observou-se a formação de

filme duplo, de espessura por volta de 1 cm: o primeiro, contínuo, de

cristais hexagonais de portlandita com eixo C perpendicular à superfície de

vidro; o segundo, de gel de silicato de cálcio hidratado. O eixo C e aquele

perpendicular às placas hexagonais do cristal de portlandita.

MASSAZZA; COSTA (1986) relataram que o filme de portlandita nem sempre e

continuo, o que possibilita a formação de C-S-H diretamente sobre a

superfície de interface; isso vem reforçar a idéia do mecanismo de

dissolução-precipitação.

Em superfícies irregulares, a deposição de portlandita ocorre de maneira

desordenada e sem orientação preferencial do eixo C.

Em seguida ao filme duplo, advêm uma zona com espessura entre 50 µm e 100

cm, composta por gel de silicato de cálcio hidratado, etringita e grandes

cristais de portlandita, estes últimos com orientação preferencial cada vez

menor, à medida que se afasta da interface. Além de sua estrutura

diferenciada da anterior, essa região apresenta maior porosidade do que a

pasta de cimento longe da superfície de contato.

MEHTA (1986) propõe uma representação esquemática da zona de transição

entre pasta de cimento e agregado, para o concreto. Essa ilustração esta na

figura 3.2, onde se percebe o acúmulo de portlandita e de etringita e a

maior porosidade como características da zona de transição. Nesse caso, não

se reconheceu a existência do filme duplo na superfície do agregado,

provavelmente em decorrência de sua difícil identificação.

Fig. 3.2 Zona de transição entre pasta de cimento Portland e agregado.

MEHTA (1986).

Em seu estudo sobre interface entre agregado e argamassa de cimento,

MONTEIRO et al. (1985b) concluíram que a formação de hidróxido de cálcio e

de etringita em abundância, na zona de transição, e decorrente da

aceleração do fenômeno de dissolução-precipitação de íons-cálcio, sulfato e

aluminato. O compósito e analisado por microscópio eletrônico de varredura

(MEV) e por difração de raios X (DRX). São removidas, por abrasão, varias

camadas da zona de transição e feitas novas análises, ate que os resultados

da difração de raios X indiquem intensidade mínima para etringita e para

orientação dos cristais de portlandita. Tem-se, assim, um método para

medida da espessura da zona de transição matriz-agregado, o segundo

empregado sob a forma de placa, sobre a qual e moldada a argamassa de

cimento.

Essa modalidade de ensaios em que a matriz e moldada sobre a superfície de

uma placa de outro material (vidro, agregado ou aço), traz a vantagem de

facilitar a análise ao MEV, em conseqüência da maior exposição da área de

interface. No entanto, essa superfície de agregado, por exemplo, necessita

de polimento, a mistura da pasta e feita separadamente, e a camada de

matriz sobre a superfície de contato e muito espessa. Essas características

parecem modificar a zona de transição, quando comparada à situação real de

agregados, barras de reforço ou fibras imersos na matriz.

SCRIVENER; BENTUR (1988) caracterizaram a microestrutura da zona de

transição em concretos de alta resistência com ou sem microssílica.

Empregaram microscopia eletrônica de varredura (MEV) com imagem de elétrons

retroespalhados, combinada com análise quantitativa de imagem, para medida

da quantidade e distribuição de cimento anidro, poros maiores do que 0,5 µm

e hidróxido de cálcio. Suas conclusões principais foram as seguintes: em

concretos sem microssílica, a zona de transição e mais porosa do que a

matriz de cimento longe da interface com agregado; porem, em concretos com

microssílica, a zona de transição e mais densa, com grau de porosidade

similar ao da matriz.

Conclusões semelhantes foram encontradas por PING; BEAUDOIN (1992b), que

perceberam a densificação da zona de transição quando os agregados são

previamente preparados com camada superficial de microssílica.

RASHED; WILLIAMSON (1991) também utilizaram a técnica de imagem de elétrons

retroespalhados para estudo da microestrutura de concretos com aditivos

incorporadores de ar. Concluíram que a bolha de ar incorporado apresenta

interface com a matriz de cimento semelhante à dos agregados, inclusive com

o acúmulo de cristais aciculares de portlandita.

PAULON (1991) empregou MEV e DRX para estudo da zona de transição entre

diversos tipos de agregado e pasta de cimento com adições de microssílica e

de cinzas volantes.

No Brasil, esse foi o primeiro trabalho sobre análise da microestrutura de

concretos com emprego de MEV com imagem de elétrons retroespalhados.

Em outro experimento análogo, referente a argamassas de cimento Portland,

LARBI; BIJEN (1990) argumentaram que os grãos de microssílica funcionam

como núcleos ao redor dos quais crescem os cristais de portlandita e, como

isso aumenta muito a área disponível para deposição desses cristais, não se

forma o filme duplo. Além disso, reações pozolânicas iniciais consomem

portlandita e, aos 28 dias, a sua incidência já se encontra bastante

reduzida. Conclusões semelhantes foram obtidas por OLLIVIER (1986), a

respeito da zona de transição entre agregado graúdo e argamassa de cimento,

por DETWILER (1990), com relação à zona de transição entre barra de aço e

pasta de cimento.

NAKAYAMA; BEAUDOIN (1987) estudaram a interface entre superfície de aço e

cimento com resinas poliméricas, com o emprego de MEV e de EDS. Observaram

a incidência de portlandita em placas com dimensão de ate 100 cm, de

etringita, e a de um filme da resina empregada (do tipo látex) na zona de

transição porosa, o que, segundo eles, contribuiu para o aumento da

aderência.

PING et al. (1991a) e PING; BEAUDOIN (1992a) propuseram métodos de

condutividade elétrica para estudo de espessura e de densidade da interface

de pasta de cimento com agregados granulares de quartzo e de calcário.

Identificaram o aumento da espessura do filme de água sobre a superfície do

agregado, com o aumento da relação água-cimento e da dimensão dos

agregados. Para o calcário, ha certa dimensão da brita abaixo da qual a

zona de transição se torna mais densa e se assemelha à pasta ao longe da

interface, o que se reverte em maior aderência entre agregado e matriz.

Em estudos realizados por ZHANG; GJoRV (1990), concluiu-se que a zona de

transição entre agregados leves e pasta de cimento sofre influência da

porosidade do agregado. Na pesquisa, utilizou-se microscopia eletrônica de

varredura (MEV), com imagem de elétrons secundários e de elétrons

retroespalhados, e análise por espectroscopia de raios X por energia

dispersiva (EDS), o que possibilitou a obtenção de informações qualitativas

sobre a natureza da zona de transição para vários tipos de agregados leves.

Os resultados revelaram que os agregados leves de alta resistência tem

camada externa densa, e isso torna a zona de transição muito próxima da

observada para os agregados normais. Porem aqueles agregados cuja camada

externa e mais fraca e porosa propiciam zona de transição mais densa e

homogênea, com a incidência bem reduzida de cristais de hidróxido de

cálcio. Isso se traduz em melhor aderência, em virtude da interligação

mecânica entre agregado e pasta de cimento. E importante salientar que, no

estudo em referência, a relação água-cimento foi baixa (0,30), e os

agregados foram antecipadamente secos em estufa, com o objetivo de se

evitar, durante a mistura, a concentração de água nas proximidades da

interface.

Em outra pesquisa, ZHANG; GJoRV (1992) não observaram diferença

significativa, ao comparar a penetração da microssílica com a da pasta de

cimento nos poros superficiais do agregado leve.

Esses experimentos sobre zona de transição entre pasta de cimento e

agregados leves porosos são de grande importância para a presente pesquisa,

onde, de maneira análoga, são empregadas fibras vegetais com absorção de

água bastante elevada (figura 4.4).

3.4 Evolução dos estudos sobre a zona de transição fibra-matriz

Na década de 60, KRENCHEL (1964) apud AGOPYAN (1991) realizou estudo

considerado como o inicio da pesquisa sobre matrizes frágeis reforçadas com

fibras, inclusive com resultados experimentais, no emprego de fibras de

vidro comum. DE VEKEY; MAJUMDAR (1968) já demonstravam grande interesse com

relação à interface fibra-matriz e desenvolveram equipamento de

arrancamento de fibras para analisar a sua aderência. Nesse estudo, foram

empregadas fibras de vidro comum tipo E (vidro aluminaborossilicato) e de

aço, em matrizes de pasta de cimento, de gesso e de resina poliéster.

Na década de 70, AVESTON et al. (1971) e AVESTON; KELLY (1973) apresentaram

teoria de funcionamento dos compósitos fibrosos com matrizes frágeis

(conhecida como teoria ACK: Aveston, Cooper e Kelly), na qual o fundamento

e a transferência de tensões entre matriz e fibras, por meio da interface.

MAJUMDAR; RYDER (1970) e MAJUMDAR (1974) apresentaram importantes pesquisas

sobre pastas de cimento reforçadas com fibras de vidro com dióxido de

zircônio (Cem-FIL), mais resistentes aos álcalis do cimento que as fibras

do tipo E. Foram realizadas análises por microscopia eletrônica de

varredura (MEV) e por espectroscopia de raios X por energia dispersiva

(EDS), registrando a evolução dos produtos hidratados ao longo do tempo e o

acúmulo de portlandita na superfície das fibras.

Logo em seguida, no final dos anos 70, as fibras de vidro tiveram novo

aprimoramento, além do uso de zircônio, por meio de recobrimento à base de

inibidores químicos da família dos fenóis. Segundo reportado por MAJUMDAR;

LAWS (1991), esse recobrimento se dissolve lentamente, em contato com meio

alcalino, e isso faz reduzir a interação vidro-matriz. Como resultado,

obtém-se sensível aumento da durabilidade dessas fibras, comercialmente

denominadas Cem-FIL 2.

Também merecem destaque, na década de 70, os seguintes trabalhos sobre

microestrutura dos compósitos, apresentados no RILEM SYMPOSIUM - FIBRE

REINFORCED CEMENT AND CONCRETE v.1 (1975) e v.2 (1976):

a) OPOCZKY; PENTEK (1975), sobre pasta de cimento reforçada com fibras de

amianto, com análise do acúmulo de portlandita na interface e sua

carbonatação nas idades mais avançadas. Nesse trabalho, foram empregadas

microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX) e

análises térmicas;

b) COHEN; DIAMOND (1975) notaram a presença de filme duplo, constituído de

portlandita, seguido de C-S-H, em compósitos de pasta de cimento reforçada

com fibras de vidro comum e de vidro resistente a álcalis.

c) JARAS; LITHERLAND (1975), também sobre pasta de cimento reforçada com

fibras de vidro comum e de vidro resistente a álcalis, com a constatação de

que o acúmulo de portlandita ocorre logo no inicio da hidratação e que os

cristais formados são tanto maiores quanto o espaço disponível para seu

crescimento.

d) PINCHIN; TABOR (1976) estudaram compósitos à base de cimento reforçados

com fibras de aço e constataram, por meio de ensaio de dureza Vickers, a

porosidade maior da zona de transição fibra-matriz.

HANNANT (1978), autor do primeiro livro publicado sobre compósitos

fibrosos, apresentou abordagem interessante sobre a morfologia da interface

entre matriz de cimento e fibras de vidro, aço e polipropileno e observou a

sua importância sobre o comportamento da aderência.

Na década de 80, LAWS (1982) e LAWS et al. (1986) contribuíram para o

avanço do modelo ACK, ao apresentarem teorias sobre a evolução da aderência

fibra-matriz durante a solicitação mecânica. Afirmaram ser de grande

importância a modificação da zona de transição para a melhoria do

compósito.

BENTUR; DIAMOND (1984) apresentaram estudo sobre fibras de vidro resistente

a álcalis em feixes de filamentos e constataram o acúmulo de vazios ou de

portlandita, com prejuízo para a aderência. O emprego de microssílica, como

proposto por BENTUR; DIAMOND (1987), reduz a porosidade nas proximidades

dos feixes de filamentos e ameniza a perda de ductilidade do compósito nas

idades mais avançadas, pois o acúmulo de portlandita e menor na interface

fibra-matriz.

Outro experimento similar, desenvolvido por BIJEN (1990), testou fibras de

vidro comum e de vidro resistente a álcalis em argamassas de cimento com

resinas poliméricas.

Constatou-se o incremento das propriedades mecânicas do compósito,

principalmente nas idades mais avançadas, pela proteção que o polímero

confere aos filamentos contra o ataque alcalino.

Ainda nos anos 80, BENTUR et al. (1985b) e BENTUR; DIAMOND (1985) estudaram

a microestrutura da interface entre fibra de aço e pasta de cimento e

admitiram a existência de filme duplo na superfície da fibra, porem como

fase descontinua e de difícil reconhecimento por meio de microscopia.

Segue-se a aureola de portlandita, com, aproximadamente, 10 µm de

espessura, e, em seguida, a zona de transição (com 10 µm a 20 µm de

espessura) bastante porosa, porém, gradualmente, mais densa, à medida que

se distancia da interface. Todas essas observações foram feitas em

superfícies fraturadas, com o uso de microscópio eletrônico de varredura

(MEV), equipado com analisador por espectroscopia de raios X por energia

dispersiva (EDS). Em estudo similar, com fibras de aço alinhadas em pasta

de cimento, BENTUR et al. (1985a) indicaram que as fissuras tendem a

acompanhar a zona de transição, à distância aproximada de 40 µm da

superfície das fibras.

Em outro grupo de pesquisa, WEI et al. (1986) utilizaram polímero acrílico

em argamassa de cimento reforçada com fibras de aço e obtiveram grande

melhoria do comportamento mecânico do compósito. Observou-se não só a

redução da porosidade da zona de transição, como também a da matriz não

junto da fibra.

Em experimento sobre matriz de cimento reforçada com fibras de carbono,

SUGAMA et al. (1988) propuseram a oxidação das fibras para promover sua

reação com íons-cálcio da zona de transição e, assim, incrementar a

aderência fibra-matriz.

No INTERNATIONAL CONFERENCE ON RECENT DEVELOPMENTS IN FIBRE...(1989),

bastante voltado para compósitos com fibras de aço, não se registrou nenhum

avanço no estudo da microestrutura da zona de transição. Isso, contudo, não

significou o esvaziamento dessa linha de pesquisa, pois vários grupos estão

ativando novos experimentos, principalmente com fibras de baixo modulo, de

acordo com o exposto nos itens 3.5.2 e 3.5.3.

3.5 Zona de transição em compósitos fibrosos

Estão descritos, a seguir, os principais estudos recentes sobre a zona de

transição entre matriz frágil e fibras de amianto, polipropileno e

vegetais, por serem de grande interesse como subsídios para a realização da

presente pesquisa.


O uso de amianto tem sido bastante questionado pelos riscos que essa fibra

pode trazer à saúde (DOLL; PETO, 1985 e GRUPO INTERINSTITUCIONAL DO

ASBESTO, 1988). Assim, poucas pesquisas foram desenvolvidas recentemente,

apesar do largo emprego que as fibras de amianto tem em matrizes à base de

cimento, notadamente no Brasil.

Nos experimentos em que se adotou moldagem sob pressão do compósito e maior

desfibramento do amianto, o que fez aumentar sua área especifica, AKERS;

GARRETT (1983a) afirmaram não haver indícios de acréscimo de porosidade e,

tampouco, acúmulo de portlandita nas proximidades da interface. Com isso, a

aderência fibra-matriz parece ter resistência maior que a da pasta

adjacente.


Ainda são poucos os estudos sobre a interface entre fibras de polipropileno

e pasta de cimento Portland. MINDESS; VONDRAN (1988) sugeriram fibrilação

das fibras e emprego de aditivos redutores de água para a matriz e

atribuíram a essas medidas o fato de a zona de transição apresentar-se

densa e homogênea em seu experimento.

As fibras fibriladas tendem a incorporar significativo volume de vazios, o

que acaba por anular o efeito positivo do aumento da área superficial de

contato com a matriz, no caso de fibras curtas (CURRIE; GARDINER, 1989).

BENTUR et al. (1989a), embora não tenham apresentado estudo sobre o

comportamento da zona de transição, indicaram que o uso de microssílica

melhora a aderência entre concretos de cimento Portland e fibras fibriladas

de polipropileno.


O estudo da microestrutura de compósitos com fibras vegetais teve seu

principal avanço nos experimentos com fibras de celulose, com destaque para

aqueles desenvolvidos por COUTTS; KIGHTLY (1984) e por COUTTS (1987),

referentes à pasta de cimento reforçada com fibras de polpa de madeira. As

superfícies de fratura foram analisadas por MEV, com imagem de elétrons

secundários.

Como conseqüência de sua estrutura (item 3.1.3), as fibras vegetais

apresentam elevada capacidade de absorção de água e inchamento. Isso faz

reduzir a resistência da fibra e a aderência dela com a matriz, o que

permite maior deslizamento entre as fases.

Para combater esse tipo de comportamento, COUTTS; WARDEN (1990) sugeriram

que o compósito seja moldado sob pressão, com a conseqüente redução da

relação água-cimento. Uma vez retirada a pressão, a fibra porosa devolve à

matriz parte da água por ela absorvida, o que ajuda a manter a interface

mais densa.

BENTUR; AKERS (1989b) estudaram a evolução da zona de transição em

compósitos à base de cimento com fibras de celulose e registraram a

ocorrência do aumento de porosidade e do acúmulo de portlandita já nas

primeiras idades. Em seguida, foram empregadas diversas condições de

envelhecimento e constatou-se a "petrificação" das fibras, cujos vazios

internos teriam sido preenchidos por produtos de hidratação do cimento, sob

condições propicias de carbonatação. Como conclusão do trabalho,

constataram a redução da tenacidade do compósito após o seu envelhecimento,

com predominância de quebra das fibras.

Em experimento análogo, BENTUR; AKERS (1989a) submeteram os compósitos à

autoclave, antes do processo de envelhecimento. Apesar da intensa

carbonatação, não se percebeu a "petrificação" das fibras, e o efeito dos

processos de envelhecimento sobre as propriedades mecânicas foi considerado

pequeno.

SAXENA et al. (1992) e SHIMIZU; JORILLO JR. (1992) estudaram compósitos com

fibras de sisal e de côco, respectivamente. Nos dois trabalhos, salientou-

se a potencialidade do uso desse material para produção de componentes para

cobertura e para vedação lateral, em virtude do aumento de ductilidade

conferido pelas fibras de baixo modulo. No entanto, ressaltaram a

necessidade de melhoria da zona de transição, para incremento da

durabilidade do compósito.

SAVASTANO JR.; AGOPYAN (1992) também caracterizaram a zona de transição

para matriz de pasta de cimento reforçada com fibras de malva, sisal e

côco, com o emprego de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise

por espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDS).

3.5.4 Comentários

Como se pôde observar, o uso de fibras de amianto, de polipropileno e

vegetais, para reforço de matrizes à base de cimento, tem sido objeto de

vários estudos, com o propósito de se aumentar o uso desses materiais,

principalmente para produção de painéis. Na maioria dos compósitos

produzidos, a zona de transição, por ser bastante porosa e rica em

portlandita (MINDESS, 1989), mostra-se como elemento a ser modificado, para

que se consiga atingir o seu melhor desempenho mecânico.

��352'8d2�(�&$5$&7(5,=$d2�%È6,&$�'26�&203Ï6,726

O trabalho experimental desta pesquisa tem por objetivo caracterizar a zona

de transição para diversos compósitos fibrosos e toma por base os estudos

realizados por outros pesquisadores, cujos resultados mais importantes se

encontram nos itens 3.3 a 3.5. Técnicas de análise microestrutural, já

empregadas por BENTUR et al. (1985b), SCRIVENER (1989) e KJELLSEN et al.

(1991), entre outros, para análise de materiais polifásicos, são adaptadas

à presente pesquisa, que procura dar ênfase à caracterização de compósitos

reforçados com fibras vegetais, pouco estudados ate o momento.

Outro objetivo e a medida do desempenho macroscópico dos materiais e sua

correlação com as propriedades da microestrutura. Para isso, diversos tipos

de ensaio mecânico foram aprimorados, a partir de outros trabalhos que

estão no capítulo 2º. Os ensaios de tração por fendilhamento, por exemplo,

foram totalmente desenvolvidos na fase preliminar desta pesquisa,

inspirados nos modelos de ensaio propostos por MINDESS; DIAMOND (1980) e

por SAID; MANDEL (1989).

O presente capítulo contém a caracterização dos materiais empregados nesta

pesquisa, bem como os procedimentos laboratoriais utilizados na preparação

de todos os corpos-de-prova e na execução dos ensaios físicos e químicos,

referentes aos compósitos produzidos.

Na fase preliminar desta pesquisa, melhor documentada em INSTITUTO DE

PESQUISAS TECNOLÓGICAS DO ESTADO DE SÃO PAULO (IPT) 1990, foram definidos

os diversos tipos de fibra, relações água-cimento e idades de hidratação,

com o propósito de se obterem, dentro dos limites normais de utilização,

variações sensíveis das propriedades mecânicas dos compósitos.

��3ODQHMDPHQWR�GR�WUDEDOKR�H[SHULPHQWDO

Nos estudos preliminares, empregou-se cimento Portland comum com adição, do

tipo CP I-S-32 (ABNT NBR 5732, 1991) e observou-se que as análises por

difração de raios X (DRX), realizadas com pasta moída de cimento hidratado,

apresentavam pico de carbonato de cálcio (calcita) de elevada intensidade.

Esse composto tanto pode ser originário das adições presentes no

aglomerante como da carbonatação do hidróxido de cálcio (portlandita). Em

situação semelhante, análises por energia dispersiva de raios X (EDS), que

procuram observar a presença diferenciada de portlandita na zona de

transição, poderiam ter a intensidade do elemento cálcio mascarada pela

eventual presença de calcita; dai a resolução de se empregar cimento sem

adição na fase definitiva dos experimentos.

A escolha das fibras, por sua vez, recaiu sobre aquelas de origem vegetal,

de uso potencial em nosso país, apesar de os compósitos produzidos

apresentarem resistências mecânicas pouco satisfatórias e problemas de

durabilidade, como registrado por GUIMARSES (1982), CARVALHO FILHO (1989),

OLIVEIRA (1989) e SAVASTANO JR. (1990). Trata-se das fibras de malva, sisal

e côco, mais bem caracterizadas no item 4.2.2.

Foram também empregadas fibras de polipropileno e de amianto crisotila, por

terem aplicação similar às vegetais, para produção de painéis, por exemplo,

e, ainda, por se encontrarem disponíveis no mercado. Outro objetivo de se

estudar a microestrutura de compósitos reforçados com fibras de

polipropileno consiste em se compararem os resultados ora obtidos com

aqueles apresentados por outros pesquisadores, como e o caso de BENTUR et

al. (1989b). Espera-se, dessa forma, aumentar a confiabilidade da presente

pesquisa, já que inexistem estudos desenvolvidos no país sobre a

microestrutura de compósitos fibrosos.

A matriz empregada foi de pasta de cimento Portland, pois a presença de

agregados também induziria a formação de zona de transição própria

(MINDESS, 1989), dificultando o objetivo deste trabalho: a análise

especifica da interface fibra-matriz. As idades de ensaio variaram de 7 a

180 dias, e as relações água-cimento, de 0,30 a 0,46, para estudo da

influência desses fatores sobre a hidratação da matriz, a exemplo de

pesquisa similar, desenvolvida por PING et al. (1991b), referente a

interface entre pasta de cimento e agregados leves.

Os compósitos fibrosos, cuja produção se encontra descrita no item 4.3,

foram empregados em ensaios microestruturais e mecânicos, com distribuição

bidimensional das fibras, forma usual de aplicação desses materiais. Também

foram realizados ensaios mecânicos com fibras discretas, no interior da

pasta, para estudo direto da aderência fibra-matriz, conforme a descrição

feita no capítulo 5º.

Na fase preliminar, foi preparada, com auxilio do Centro Técnico em

Celulose e Papel do IPT, folha feita de fibras refinadas de sisal, sobre a

qual se moldou a pasta de cimento Portland, de maneira semelhante ao

proposto por MONTEIRO (1985). Nessas condições, criou-se uma superfície de

interface na matriz, que pode ser analisada por microscopia eletrônica de

varredura (MEV) e, também, submetida ao ensaio de dureza Vickers. Na figura

4.1, tem-se micrografia dessa superfície de interface, que mostra grande

porosidade e empilhamento pronunciado de cristais, provavelmente de

hidróxido de cálcio.

Fig. 4.1 MEV. Imagem de elétrons secundários. Superfície de interface da

pasta de cimento com folha de fibras refinadas de sisal.

O ensaio de dureza Vickers - impressão de ponta de diamante de formato

tetraédrico - realizado sobre a superfície de interface da matriz com a

folha de fibras de sisal e sobre outra superfície não junto da zona de

transição, não conseguiu diferenciar as durezas das regipes ensaiadas, em

conseqüência da irregularidade da superfície de impressão. Ocorre, também,

a intervenção da matriz logo abaixo da interface, já que os carregamentos

produzem marcas profundas, que ultrapassam a zona de transição.

Realizou-se, ainda, análise por DRX sobre o pó que se obteve do lixamento

da superfície de interface entre a folha de fibras de sisal e a matriz de

pasta de cimento.

Foi também analisada a matriz longe da zona de transição, e não foi

possível estabelecer-se a diferença entre os resultados obtidos nas duas

análises, pois as intensidades dos registros de calcita e de portlandita

foram semelhantes e não se detectou a presença de etringita.

A partir do observado nos parágrafos anteriores, fica evidente que a

técnica de se criar uma superfície de interface não obteve sucessão durante

esta pesquisa, em conseqüência de: (i) pequena capacidade de diferenciação

dos ensaios de DRX e de dureza Vickers, ao se comparar a zona de transição

com a matriz longe da interface; (ii) elevada absorção de água pelo papel

de fibras; (iii) pouca similaridade desse modelo com o de distribuição

aleatória das fibras e (iv) dificuldade de se elaborar uma folha para as

outras fibras em estudo, por meio do processo de refinamento.

O emprego de imagem de elétrons retroespalhados, para estudo da zona de

transição nos compósitos fibrosos, mostrou-se viável a partir de

experimentos preliminares, realizados pelo Prof. P. J. M. Monteiro, da

Universidade de Berkeley, que utilizou amostras de materiais fibrosos

desenvolvidos na presente pesquisa. Em seguida, foram feitas algumas

observações com esse mesmo tipo de imagem, com o equipamento JEOL JXA-50A,

do Laboratório de Metalografia do IPT, que não dispõe de detector

apropriado para elétrons retroespalhados e cujas micrografias seguem nas

figuras 4.2 e 4.3. Trata-se de matriz reforçada com fibras de côco, relação

água-cimento de 0,38 e 180 dias de idade, com dois tipos de imagem

(GOODHEW; HUMPHREYS, 1988): (i) por composição, onde se observam diversos

tons de cinza associados ao numero atômico dos elementos (figura 4.2); (ii)

por topografia, onde se pode avaliar a dureza dos diversos produtos de

hidratação e a dos grãos de cimento anidro (figura 4.3). Para o interesse

deste estudo, a imagem por topografia forneceu informações de pequena

importância, dai não ter havido continuidade no seu uso.

Os ensaios de microscopia da fase definitiva dos ensaios utilizam imagem de

elétrons secundários, para análise de superfícies de fratura, e imagem de

elétrons retroespalhados por composição, para superfícies polidas.

Os procedimentos dos ensaios encontram-se no item 5.2.2.

Fig. 4.2 BSEI - composição. Compósito com fibras de côco, relação água-

cimento igual a 0,38 e 180 dias de idade. Zona de transição.

Fig. 4.3 BSEI - topografia. Idem figura 4.2.

��&DUDFWHUL]DomR�GRV�PDWHULDLV�FRQVWLWXLQWHV

Apresentam-se as principais propriedades físicas, químicas e mecânicas dos

materiais empregados: cimento Portland comum sem adições e diversos tipos

de fibra, com atenção especial às vegetais, que são muito heterogêneas.

��&LPHQWR�3RUWODQG

O cimento Portland, utilizado na fase definitiva dos ensaios, foi o do tipo

comum CP I-32 e atende às especificações da norma ABNT NBR 5732 (1991). Os

resultados dos ensaios físicos, químicos e mecânicos, empregados para

caracterização do cimento, estão no anexo A, nas tabelas A.1 a A.3 e na

figura A.1. Esse aglomerante foi especialmente fabricado para a presente

pesquisa, sem adição de material carbonático, para que não houvesse

interferências sobre os resultados dos ensaios de EDS.

Com base na análise química, apresenta-se, na tabela 4.1, a composição

potencial de Bogue, referente ao cimento anidro (AMERICAN SOCIETY FOR

TESTING AND MATERIALS - ASTM C-150, 1989). Os teores em massa dos compostos

principais estão dentro do esperado para cimento Portland comum, exceto o

porcentual de C AF, considerado alto. Por isso, nas análises por MEV (item

7.2, figura 7.8), notou-se a incidência elevada, porem com distribuição

homogênea na pasta hidratada, de hidrogranada (silicoferroaluminato de

cálcio hidratado) com precipitações de hidróxido de magnésio.

Tabela 4.1 - Composição potencial de Bogue do cimento anidro. ASTM C-150

(1989).

&RPSRVWR 7HRUHV��

CaCO3 0,52

CaSO4 5,03

C4AF 11,98

C3A 5,93

C3S 45,49

C2S 18,25

Para todas as matrizes sem fibras (tabela 4.4), e tomando-se como

referências TAYLOR (1964) e REGOURD (1982), realizou-se ensaio de análise

por difração de raios X (DRX), com o objetivo de se detectarem os

principais compostos cristalinos existentes na pasta hidratada. Assim, foi

possível a identificação previa de compostos cristalinos presentes na

matriz, para as diversas idades e relações água-cimento, o que serviu de

apoio para o reconhecimento desses mesmos compostos nos ensaios de

microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de espectroscopia de raios X

por energia dispersiva (EDS).

A tabela 4.2 traz a relação dos compostos, encontrados em todos os ensaios

de DRX, e as figuras A.2 a A.7 do anexo A ilustram os difratogramas

obtidos. As amostras de matriz foram previamente moídas e passadas em

peneira de abertura 0,044 mm e, em decorrência disso, ocorreu a

carbonatação parcial do hidróxido de cálcio, com a formação de carbonato de

cálcio (calcita).

Tabela 4.2 Compostos cristalinos detectados por DRX nas pastas de cimento

hidratado (1000 cps, 40 kV, 20 mA). TAYLOR (1964).

&RPSRVWR 6tPEROR

Aluminato tetracálcico hidratado At

Calcita (carbonato de cálcio) Ca

Etringita (trissulfoaluminato de cálcio hidratado) Et

Férrita não hidratada (ferroaluminato tetracálcico) Fe

Hidrogranada (sílicoferroaluminato de cálcio hidratado) Hg

Monocarboaluminato de cálcio Mc

Monossulfoaluminato de cálcio Ms

Não identificado Ni

Portalndita (hidróxido de cálcio) Pt

Silicatos de cálcio não hidratados Sc

Silicatos de cálcio hidratados Sh

No caso de matriz com relação água-cimento mais alta, igual a 0,46, as

intensidades dos picos de difração para portlandita e calcita são maiores

que as observadas para relações mais baixas (figuras A.3 a A.5). O ensaio

químico para determinação de cal livre, (item 4.4.2), fornece resultado

semelhante, e deve-se esse comportamento à maior dissolução de íons-cálcio,

cuja probabilidade de ocorrência aumenta em matriz com relação água-cimento

mais elevada.

��)LEUDV

As fibras empregadas são de amianto crisotila, malva (Urena lobata Linn.),

sisal (Agave sisalana Perrine), côco (Cocos nucifera Linn.) e

polipropileno. Todas as fibras são isentas de tratamento químico, e as de

polipropileno também não apresentam cargas em sua constituição (a não ser

as adições necessárias ao processo de obtenção), o que poderia alterar a

aderência entre fibra e matriz.

Na tabela 4.3, apresentam-se as principais propriedades físicas e mecânicas

das fibras usadas neste estudo. Os valores apresentados constituem a media

de varias medidas, uma vez que, em decorrência da heterogeneidade das

fibras vegetais, nota-se grande flutuação dos resultados. Para a

caracterização, empregaram-se as normas ABNT NBR 9778 (1987) e ASTM D-3822

(1990).

As fibras de amianto crisotila são do tipo 4Z, segundo a classificação

canadense QUEBEC SCREEN TEST (GIRODO; PAIXSO, 1973), utilizadas

comercialmente pelas industrias de cimento-amianto.

As fibras vegetais e de polipropileno são empregadas em comprimentos que

variam, em media, de 15 mm a 30 mm, para distribuição aleatória na matriz.

Para as fibras vegetais, como se percebe pela tabela 4.3, a variabilidade

dos comprimentos e muito grande, em conseqüência do processo de corte

adotado. Essas fibras também foram empregadas na forma de filamentos

longos, nos ensaios em que se pretende analisar o desempenho individual das

fibras.

Tabela 4.3 Características físicas e mecânicas das fibras.

ABNT NBR 9778 (1987) e ASTM D-3822 (1990).

3URSULHGDGH &{FR 6LVDO 0DOYD $PLDQWR

WLSR��=

3ROLSURSLOHQR

�ILODP��

Massa específica real

(kg/m³)

1177 1370 1409 2200 a

2600¹

913

Massa específica

aparente (kg/m³)

638 564 385 _ _

Volume de vazios

permeáveis (%)

56,6 60,9 74,2 _ _

Absorção máxima (%) 93,8 110,0 182,2 _ _

Comprimento )( 1

_

−±QVO (mm)*

28,70 ±

10,38

19,62 ±

13,77

15,56 ±

15,87

0,8 a 19² 28,90 ± 0,75

Diâmetro )( 1

_

−±QVG (mm)

0,210 ±

0,101

0,227 ±

0,092

0,099 ±

0,061

0,00075 ±

0,00150¹

0,0358 ±

0,0024

Alongamento na ruptura

(%)

23,9 a

51,4 6

4,9 a

5,4 6

5,2 7 21 22,3 a 26,0 4

Resistência à tração

(Mpa)

95 a

118 6

347 a

378 6

160 7 560 a

750²

250 4

Módulo de elasticidade

(Gpa)

2,8 9 15,2 5 17,4 5 164 2 2,0 4

FONTES:

1 – IPT (1981)

2 – AGOPYAN (1983)

3 – GUIMARÃES (1984)

4 – DANTAS (1987)

5 – CHAND et al. (1988)

6 – IPT (1989)

7 – OLIVEIRA (1989)

NOTA:

* - as fibras vegetais têm comprimentos mairoes que os indicados; as aqui

empregadas foram cortadas.

OBSERVAÇÕES:

- a massa específica real considera os vazios permeáveis, o que não

acontece com a massa específica aparente (WAENY, 1980).

- os comprimentos e diâmetros são dados em valores médios (_

O ou _

G ) ±

desvios-padrão (s n-1).

As fibras vegetais apresentam grandes mudanças em sua secção transversal,

ao longo do comprimento. Para as fibras utilizadas neste estudo, a variação

do diâmetro entre as extremidades de cada filamento foi da ordem de 30%, o

que parece exercer influência positiva sobre a ancoragem dessas fibras,

quando usadas para reforço de matrizes frágeis.

Os valores de absorção máxima de água das fibras vegetais foram compatíveis

com os propostos por TEZUKA et al. (1984) e, por outro lado, inferiores

àqueles indicados por VAHAN (1988). São esperadas discrepâncias elevadas

nessas determinações, em decorrência da grande variedade para cada tipo de

fibra, da incidência de impurezas (casca e pó, principalmente) e da

dificuldade em se definir a situação saturada com superfície seca, durante

a obtenção das absorções.

Na figura 4.4, esta representada a absorção de água pelas fibras vegetais,

ao longo das primeiras 24 horas de imersão, calculada com base na norma

ABNT NBR 9778 (1987).

Nos primeiros 15 minutos, ocorre, pelo menos, 60% da absorção total e, apos

24 horas, esta atinge cerca de 85% do total. A partir de 8 horas de

imersão, fica evidente a estabilização do processo. Esse aspecto acarreta a

interferência da fibra sobre a relação água-cimento, adotada para a matriz,

pois parte da água fica retida pela fibra.

Apesar da elevada absorção de água, as fibras vegetais são empregadas apos

secagem em estufa a 60 ºC, ate constância de massa. SAVASTANO JR. (1987)

concluiu sobre a inviabilidade de se molhar previamente a fibra, pela

dificuldade, já exposta anteriormente, de se conseguir saturação com

superfície seca e por esse processo não ensejar alterações significativas

no comportamento mecânico do compósito.

Fig. 4.4 Absorção de água por fibras vegetais em temperatura ambiente. ABNT

NBR 9778 (1987).

No caso específico do polipropileno, as fibras curtas foram empregadas na

forma de filamentos cortados, e as fibras longas, como fitas fibriladas não

cortadas, com secção transversal retangular de dimensões (1,3126 - 0,2614)

x (0,0373 - 0,0014) mm . Segundo DANTAS (1987), a fita fibrilada apresenta

resistência à tração de 250 MPa e modulo de elasticidade entre 4 GPa e 8

GPa, portanto maiores que os valores recomendados para filamentos. As

demais propriedades listadas na tabela 4.3 são validas para os dois tipos

de fibra.

A explicação para a substituição dos feixes de filamento de polipropileno

pelas fitas fibriladas se baseia no fato de que os primeiros costumam

aprisionar grandes volumes de vazios, no caso dos ensaios com fibras

alinhadas em matriz de pasta de cimento. Esse fato e indesejável, por

reduzir muito a aderência entre fibra e matriz.

Para maiores informações sobre obtenção e propriedades básicas das fibras

em uso neste experimento, e recomendável consulta aos trabalhos de

FERRANTINI (1987) e KELLY (1989), referentes às fibras de amianto

crisotila, e aos experimentos de GUIMARSES (1984) e AGOPYAN (1988), com

fibras de malva, sisal e côco, bem como aos estudos de HANNANT (1978) e

BENTUR (1989), a respeito de fibras de polipropileno.

��3URGXomR�GRV�FRPSyVLWRV

Foram moldadas, ao todo, 30 series de compósitos e 6 series de matriz de

pasta de cimento Portland comum, para as idades de ruptura aos 7, 28, 90 e

180 dias e com relações água-cimento em massa de 0,30, 0,38 e 0,46,

conforme registrado na tabela 4.4. Na fase preliminar desta pesquisa,

constatou-se boa trabalhabilidade do compósito recém-misturado e bons

resultados dos ensaios mecânicos para relação água-cimento próxima de 0,38;

dai o fato de essa relação ser empregada para o maior numero de series

ensaiadas.

De acordo com recomendação de RILEM (1984), dentro de cada serie, foram

moldados seis corpos-de-prova para cada um dos ensaios mecânicos, a saber:

tração direta, tração na flexão, tração por fendilhamento, com fibras

distribuídas aleatoriamente ou alinhadas, e arrancamento de fibras.

Também foram destinadas amostras dessas series para os ensaios químicos e

de microestrutura.

Tabela 4.4 Numeração das séries de corpos-de-prova da faze definitiva dos

ensaios.

,GDGH��GLDV� � �� 7LSR�GH�ILEUD�HPSUHJDGD

5HODomR�D�F 0,38 0,30 0,38 0,46 0,38 0,38

Sem fibra 1 7 13 19 25 31

Amianto 2 8 14 20 26 32

Malva 3 9 15 21 27 33

Sisal 4 10 16 22 28 34

Côco 5 11 17 23 29 35

Polipropileno 6 12 18 24 30 36

A partir da observação das características das cinco fibras em estudo, suas

massas específicas e tendências a embolamento, optou-se por teores em

volume diferenciados para os compósitos: 4% para fibras vegetais e 1% para

polipropileno e para amianto. Essa escolha fundamentou-se também em estudos

realizados por TEZUKA (1989) e por DANTAS (1987) com fibras semelhantes e

em resultados obtidos na fase preliminar desta pesquisa, com a intenção de

se empregarem teores próximos aos considerados ótimos.

Para determinação das massas de fibras vegetais referentes aos teores

fixados, foram utilizadas suas massas específicas aparentes, que não

consideram os vazios permeáveis das fibras, para a obtenção de porcentagens

em volume compatíveis àquelas das fibras impermeáveis. Ainda para esse

calculo, foram determinadas as massas específicas das matrizes recém-

misturadas: 2,108 kg/dm³, 1,982 kg/dm³ e 1,856 kg/dm³, para relações água-

cimento iguais a 0,30, 038 e 0,46 respectivamente.

A mistura do compósito foi feita em argamassadeira com capacidade nominal

de 5 dm³, e o tempo de mistura foi 5 minutos. Em seguida, os corpos-de-

prova foram moldados e adensados durante 15 segundos, em mesa vibratória,

para reduzir o volume de vazios.

Os corpos-de-prova eram desmoldados em 24 horas e, em seguida, colocados em

câmara úmida (umidade relativa maior que 95% e temperatura igual a 22 ±

2ºC), para cura, ate a data de ruptura. De acordo com a pratica usual, os

corpos-de-prova foram ensaiados ainda úmidos, o que provavelmente conduziu

a valores de resistência à tração menores do que se fossem secos em estufa,

por exemplo, como observado por COUTTS (1988).

Em conseqüência do retardamento de pega da pasta de cimento em contato com

as fibras de sisal, como já observado por ZONSVELD (1975), a desforma desse

compósito, em especial, só ocorreu 48 horas depois da moldagem. Apenas os

corpos-de-prova do ensaio de arrancamento de fibras não foram colocados na

câmara úmida, e, sim, mantidos em sala climatizada (umidade relativa igual

a 70% e 21ºC de temperatura), para evitar-se a deterioração acelerada das

fibras vegetais, parcialmente expostas fora da pasta de cimento.

��&DUDFWHUL]DomR�EiVLFD�GRV�FRPSyVLWRV

Para melhor conhecimento dos compósitos e da matriz sem fibras, foram

realizados diversos ensaios físicos para os materiais recém-misturados e

para aqueles com 210 dias de idade. Também foram feitos ensaios químicos

para todas as series de compósitos e de matrizes sem fibras, utilizadas nos

ensaios mecânicos.

��&DUDFWHUL]DomR�ItVLFD

Para o compósito no estado recém-misturado, foram determinados índice de

consistência, massa especifica e teor de ar incorporado, nesta mesma ordem,

com base nas normas ABNT NBR 7215 (1982), ABNT NBR 9833 (1987) e ASTM C-231

(1989). A tabela 4.5 traz os resultados desses ensaios, e pode-se observar,

para as relações água-cimento iguais a 0,30 e 0,38, a diminuição da massa

especifica por causa da presença das fibras. Para a relação igual a 0,38,

aumenta o teor de ar incorporado para os compósitos fibrosos, o que ajuda a

explicar a diminuição dos seus valores de massa especifica, quando

comparados ao da matriz sem fibras. Para relação água-cimento de 0,46,

ocorre o inverso, ou seja, a matriz, bastante fluida nesse caso, apresenta

massa especifica menor que os compósitos, provavelmente por não terem sido

atingidas as condições ideais de moldagem e de adensamento para retirada do

elevado teor de ar incorporado pela própria pasta de cimento.

Tabela 4.5 Propriedades físicas das matrizes e compósitos no estado recém-

misturado.

5HODomR�D�F ��

3URSULHGDGH

GD�)LEUD

γ

(kg/dm³)

IC

(mm)

γ

(kg/dm³)

IC

(mm)

Teor de

ar (%)

γ

(kg/dm³)

IC

(mm)

Sem fibra 2,108 205 1,982 268 0,7 1,856 339

Amianto 2,082 156 1,979 180 2,6 1,895 232

Malva 2,097 197 1,981 257 2,0 1,884 293

Sisal 2,072 209 1,936 269 4,4 1,857 318

Côco 2,072 197 1,956 259 2,0 1,870 291

Polipropileno 2,093 209 1,965 255 1,7 1,866 284

NOTAS:

γ = massa específica (ABNT NBR 9833, 1987);

IC = índice de consistência (ABNT NBR 7215, 1982);

Teor de ar = teor de ar incorporado (ASTM C-231, 1989).

Os índices de consistência apontam para a diminuição da plasticidade pela

presença das fibras, principalmente para as de amianto, por serem bastante

curtas, o que contribui para a sua distribuição homogênea no interior da

matriz. Os compósitos com fibras de sisal são aqueles que apresentam maior

fluidez, em virtude do maior volume de bolhas de ar incorporado, que

funcionam como lubrificante.

Quando da definição dos teores de fibra (item 4.3), não houve intenção em

serem mantidas próximas as consistências dos compósitos, em decorrência das

características bastante diversas das fibras utilizadas, tais como

fibrilação, comprimento e absorção de água.

No estado endurecido, com 210 dias de idade, foram determinados absorção de

água, índice de vazios permeáveis e massa especifica, segundo a norma ABNT

NBR 9778 (1987), para matriz e compósitos com relação água-cimento igual a

0,38. Seguem, na tabela 4.6, os resultados obtidos, como a media de três

corpos-de-prova. Os valores de massa especifica aparente saturada e de

massa especifica real apresentam-se menores para os compósitos em

comparação à matriz, devido às fibras e aos vazios não permeáveis,

incorporados por elas. Quanto à absorção e ao volume de vazios permeáveis,

não há clara diferença entre os compósitos e a matriz sem fibras, o que

indica pequena alteração na incidência de poros permeáveis pela presença

das fibras. Entretanto, existe relação direta entre o volume de vazios

permeáveis e a absorção apos fervura.

Tabela 4.6 Propriedades físicas dos compósitos e da matriz no estado

endurecido, relação água-cimento igual a 0,38, com 210 dias de idade

(1987).

0DVVD�HVSHFtILFD� ��NJ�GPñ�7LSR�GH

ILEUD

HPSUHJDGR

QR

FRPSyVLWR

$EVRUomR

DSyV

LPHUVmR

��

$EVRUomR

DSyV

IHUYXUD

��

9ROXPH�GH

YD]LRV

SHUPDQHQWH

��

$SDUHQWH

VHFD

$SDUHQWH

VDWXUDGD

$SDUHQWH

VDWXUDGD

DSyV

IHUYXUD

5HDO

Matriz 18,92 19,42 33,53 1,727 2,053 2,062 2,598

Amianto 17,10 17,56 30,34 1,728 2,023 2,031 2,480

Malva 16,66 18,22 31,71 1,740 2,031 2,057 2,549

Sisal 17,45 20,55 34,04 1,657 1,946 1,997 2,511

Côco 17,69 19,76 33,79 1,710 2,013 2,048 2,583

Poliprop. 17,94 19,02 32,78 1,724 2,033 2,051 2,564

NOTA:

* - Massa específica (simbologia da NBR 9778/87):

• aparente seca: A/(C-D);

• aparente saturada: B/(C-D);

• aparente saturada após fervura: C/(C-D);

• real: A/(A-D).

onde:

A = massa seca em estufa;

B = massa saturada após imersão;

C = massa saturada após imersão e fervura;

D = massa saturada após imersão obtida em balança hidrostática.

��&DUDFWHUL]DomR�TXtPLFD

Foram feitas determinações de cal livre pelo método do etilenoglicol, com

base na norma ABNT NBR 7227 (1989), para todas as series listadas na tabela

4.4. As amostras de compósitos hidratados foram moídas e, a seguir,

submetidas ao ensaio para determinação da porcentagem em massa do hidróxido

de cálcio total. Os resultados estão registrados na tabela 4.7, e nota-se o

aumento dos teores de cal livre para a relação água-cimento mais elevada

(0,46), aos 28 dias de idade, independentemente do tipo de fibra empregado.

Quanto maior a proporção de água, maior a dissolução de íons-cálcio, com a

posterior formação de portlandita.

Tabela 4.7 Teor de óxido de cálcio livre em compósitos à base de cimento

(% em massa). ABNT NBR 7227 (1989).

,GDGH��GLDV� � �� 7LSR�GH�ILEUD�HPSUHJDGD

5HODomR�D�F 0,38 0,30 0,38 0,46 0,38 0,38

Sem fibra 9,3 10,0 11,0 13,8 12,1 11,1

Amianto 11,0 11,0 10,3 11,6 11,4 11,1

Malva 11,7 9,3 11,1 11,8 10,8 8,6

Sisal 12,5 10,8 12,0 13,4 10,3 10,5

Côco 9,5 11,5 10,3 12,4 10,9 9,6

Polipropileno 11,0 10,6 10,8 11,9 11,2 10,1

Para as matrizes de pasta de cimento, com as diversas relações água-cimento

e idades de hidratação em estudo, foram realizados ensaios de perda ao

fogo, conforme ABNT NBR 5743 (1989), para determinação dos teores de água

quimicamente combinada e de carbonatos, cujos resultados estão na tabela

4.8.

As porcentagens de anidrido carbônico (CO ) indicam os teores de

carbonatos. Como o cimento empregado não possui adições de material

carbonático (ver análise química no anexo A), os valores encontrados para o

anidrido carbônico são atribuídos à carbonatação sofrida pelo hidróxido de

cálcio em contato com a atmosfera, durante a moagem da amostra.

Tabela 4.8 Teor de perda ao fogo em pastas de cimento hidratado (% em

massa). ABNT NBR 5743 (1989).

,GDGH��GLDV� � �� 7LSR�GH�ILEUD

HPSUHJDGD 5HODomR�D�F 0,38 0,30 0,38 0,46 0,38 0,38

Até 550ºC 16,64 19,48 19,63 23,37 19,28 22,13

De 550º a 1000ºC 2,64 2,35 2,46 2,96 2,81 2,71

Total 19,28 21,83 22,09 26,33 22,09 24,84

Teor de CO 2 1,65 1,37 1,38 1,49 0,98 1,31

Teor menos CO 2 17,63 20,46 20,71 24,84 21,11 23,53

Ao se descontar o teor de anidrido carbônico da perda ao fogo total, obtém-

se a perda da água quimicamente combinada. Essa perda ao fogo aumenta com a

relação água-cimento e com a idade de hidratação, o que demonstra maior

grau de hidratação e, conseqüentemente, maior teor de água quimicamente

combinada.

��&RPHQWiULRV

A caracterização básica das fibras, da matriz de pasta de cimento e dos

compósitos fibrosos, aliada ao estudo sobre a estrutura desses materiais

(capítulo 3º), mostrou-se de grande valor, como base para comentários e

conclusões desta pesquisa (capítulos 6º, 7º e 8º).

No entanto, as análises por difração de raios X (DRX) não conseguiram

diferenciar satisfatoriamente a matriz de pasta de cimento para as diversas

idades e relações água-cimento.

Para isso, seria necessário fazer-se melhor correlação entre a intensidade

dos picos e a concentração dos compostos detectados. Este ultimo recurso,

em conjunto com ensaios térmicos, por exemplo, pode levar à melhor

caracterização da matriz.

Também os teores de cal livre dos compósitos fibrosos poderão ser

determinados com maior confiabilidade em experimentos futuros, por meio de

novas adaptações da norma ABNT NBR 7227 (1989), proposta originalmente para

cimento Portland anidro.

��0(72'2/2*,$�'26�(16$,26

Este capítulo relata os princípios básicos de todos os procedimentos

laboratoriais relevantes, utilizados na execução dos ensaios mecânicos e de

microestrutura para matrizes sem fibras e compósitos. Muitos dos parâmetros

dos ensaios aqui utilizados foram previamente escolhidos na fase preliminar

desta pesquisa, descrita no item 4.1.

��(QVDLRV�PHFkQLFRV

Foram realizados cinco ensaios mecânicos diferentes, com o objetivo de se

constatar a inter-relação da zona de transição com a aderência entre fibra e

matriz; neste item, faz-se a descrição sucinta de cada um deles. Entre

outras determinações, a da resistência à tração representa uma medida

indireta de como funciona essa junta fibra e matriz, durante a solicitação

mecânica do compósito. Também foram traçados, em todos os ensaios, gráficos

que relacionam o carregamento com a deformação sofrida, para fins de cálculo

da energia absorvida, de grande importância para determinação da tenacidade

do compósito, tanto na fase elástica de carregamento como após a sua

fissuração.

��(QVDLR�GH�WUDomR�GLUHWD

Para obtenção da resistência à tração e da energia especifica, optou-se pelo

ensaio de tração direta, que apresenta a vantagem de não misturar

solicitações de diferentes naturezas, como se observa no ensaio de flexão

(item 5.1.2).

A maior dificuldade na definição deste ensaio foi conseguir um sistema de

garras que não introduzisse tensões secundarias no corpo-de-prova, o que

dissimula a carga de tração ao longo do seu eixo principal.

Com esse intuito, foi inicialmente desenvolvido corpo-de-prova com forma de

"I", adaptado de DAS GUPTA et al. (1978) e de AKIHAMA et al. (1986), de modo

que a solicitação era feita por meio de fios que se ancoravam nos topos.

Observou-se que havia concentração de tensão nos pontos de transferência de

carga do fio para o corpo-de-prova e que, além disso, as deformações

acomodações sofridas pelo fio tracionado impediam a leitura correta da

deformação do compósito durante o ensaio.

Para reduzir os problemas levantados, com a orientação da norma ASTM C-190

(1985) e dos experimentos realizados por BANTHIA; TROTTIER (1989) e por

CURRIE; GARDINER (1989), optou-se por corpo-de-prova com formato de "8", com

75 mm de comprimento e área de ensaio, onde ocorre a ruptura, de (25 x 25)

mm2. Empregou-se garra metálica ajustada aos topos do corpo-de-prova,

conforme se observa na figura 5.1, com sensível melhora do comportamento na

região de transferência de carga. Os ensaios foram realizados em prensa

Instron 1123, com fundo de escala igual a 5 kN, 5mm/min de velocidade do

carregamento e 100 mm/min de velocidade do papel gráfico.

Fig. 5.1 Ensaio de tração direta. Compósito com fibras de polipropileno em

estágio avançado de deformação.

A energia específica equivale à energia total absorvida (área sob a curva

carga x deformação) dividida pela área de fratura do corpo-de-prova, de

forma idêntica ao exposto pela equação 5.2, do item 5.1.2. A figura 5.2

mostra o diagrama carga x deformação do ensaio de tração direta para um

corpo-de-prova da serie 35 (tabela 4.4). Neste caso, a interrupção do ensaio

era marcada pelo ponto em que a solicitação se reduzia a 50 N, menor valor

sensível da escala de carregamento escolhida.

Fig. 5.2 Diagrama de carga x deformação típico do ensaio de tração direta.

��(QVDLR�GH�WUDomR�QD�IOH[mR

O ensaio de tração na flexão e bastante usado como medida indireta da

resistência à tração e da ductilidade de materiais fibrosos. A boa

reprodutibilidade e a execução fácil são consideradas as principais razões

para a grande aplicação desse ensaio, o que permite a comparação entre

resultados de pesquisas análogas.

Foi utilizado equipamento de quatro cutelos com vão inferior de 270 mm. As

dimensões dos corpos-de-prova foram ajustadas para reduzir o efeito negativo

da mudança de posição da linha neutra de solicitação, durante o

desenvolvimento do ensaio (RILEM, 1984), e, desse modo, foi adotado o

tamanho (300 x 150 x 15) mm 3. Tem-se, assim, que a resistência obtida por

esse experimento deve ser considerada como estimativa, já que constitui

medida indireta e toma por base o fato de a linha neutra de tensões, na

seção mais solicitada, não sofrer alteração.

A figura 5.3 mostra o dispositivo de ensaio com quatro cutelos, montado em

prensa Emic MEM-2000 (fundo de escala: 2 kN, velocidade de carregamento: 5

mm/min e velocidade do papel gráfico: 100 mm/min), e observa-se a

necessidade de capeamento na face de moldagem do corpo-de-prova, para melhor

distribuição da carga aplicada. A fratura deve desenvolver-se no terço médio

do corpo-de-prova, o que demonstra simetria na aplicação do carregamento.

Fig. 5.3 Ensaio de tração na flexão com quatro cutelos.

Corpo-de-prova capeado nos pontos de apoio.

Para o cálculo da resistência à tração na flexão, utilizou-se a equação 5.1,

abaixo. A energia absorvida pelo corpo-de-prova equivale à área sob a curva

do gráfico carga x deformação, e a energia específica e calculada conforme a

equação 5.2. A figura 5.4 traz o diagrama de carga x deformação de um corpo-

de-prova da serie 16 (tabela 4.4), e a área sob a curva e medida

graficamente.

Fig. 5.4 Diagrama de carga x deformação típico do ensaio de tração na

flexão.

O ensaio era interrompido ao se atingir deslocamento igual a 6 mm do prato

de aplicação de carga da prensa, pois, a partir dai, a transferência de

esforços para os corpos-de-prova acontecia de forma irregular.

2.

1.

HE3

IW

= (5.1)

onde:

f = resistência à tração na flexão;

P = carga máxima atingida;

l = vão entre cutelos inferiores;

b = largura do corpo-de-prova;

e = espessura do corpo-de-prova.

HE(

5.

= (5.2)

onde:

R = energia específica;

E = energia total absorvida.

��(QVDLR�GH�WUDomR�SRU�IHQGLOKDPHQWR

Este ensaio foi desenvolvido na presente pesquisa, a partir de procedimentos

de ensaio similares adotados por DIAMOND; MINDESS (1980), BENTUR et al.

(1985a) e LI et al. (1987).

Conforme mostra o esquema da figura 5.5, trata-se de corpo-de-prova com

dimensões (70 x 70 x 10) mm 3 com entalhe no centro. A carga de tração e

aplicada por meio de cunha de madeira e transferida ao corpo-de-prova por

dois pinos metálicos com rolamentos, para diminuir ao máximo o atrito. A

figura 5.6 traz fotografia do ensaio de tração por fendilhamento, realizado

em prensa Emic MEM-2000, com fundo de escala igual a 200 N, 5 mm/min de

velocidade do carregamento e 100 mm/min de velocidade do papel gráfico.

Fig. 5.5 Esquema do ensaio de tração por fendilhamento em corpo-de-prova

com entalhe.

Fig. 5.6 Ensaio de tração por fendilhamento, durante sua realização.

O ensaio de tração por fendilhamento tem como objetivo a analise da evolução

de uma fratura pré-induzida por entalhe no corpo-de-prova e esta subdividido

em duas versões: com fibras distribuídas aleatoriamente na matriz e com

fibras discretas, alinhadas perpendicularmente à direção do entalhe. A

primeira versão apresentada simula a fissuração real dos compósitos,em que

muitas fibras, com direcionamento qualquer, são atravessadas pela fissura.

Já a segunda versão constitui modelo teórico para analise do comportamento

da fissura ao atravessar uma fibra isolada, o que permite a avaliação direta

da aderência fibra-matriz.

�� (QVDLR� GH� WUDomR� SRU� IHQGLOKDPHQWR� FRP� ILEUDV� GLVWULEXtGDV

DOHDWRULDPHQWH

A figura 5.7 traz o esquema das formas utilizadas para moldagem dos corpos-

de-prova. Observam-se dois pinos metálicos, para posicionamento dos

rolamentos de aplicação do carregamento, e um pino plástico central com uma

fita de cartolina, para predeterminação do entalhe. A figura 5.8 traz um

corpo-de-prova com fibras de polipropileno ao final do ensaio, com fratura

induzida pelo entalhe.

Para o ensaio com fibras distribuídas aleatoriamente na matriz, obtém-se

como resultados o carregamento máximo, a energia especifica absorvida e o

índice de tenacidade, os dois últimos descritos nas equações 5.3 e 5.4

respectivamente. O cálculo do índice de tenacidade se baseia no exposto por

WANG et al. (1987) e por CHANVILLARD et al. (1990).

KH(

5.

= (5.3)

onde:

R = energia especifica;

E = energia total absorvida;

e = espessura do corpo-de-prova;

h = altura da superfície de fratura.

100.0((

7 = (5.4)

onde:

T = índice de tenacidade, em %;

E = energia total absorvida;

E0 = energia absorvida na fase elástica.

Fig. 5.7 Formas para ensaio de tração por fendilhamento com fibras

distribuídas aleatoriamente na matriz.

Fig. 5.8 Corpo-de-prova de compósito com fibras de polipropileno,

distribuídas aleatoriamente, após ensaio de tração por fendilhamento.

��(QVDLR�GH�WUDomR�SRU�IHQGLOKDPHQWR�FRP�ILEUDV�DOLQKDGDV

As fibras longas, empregadas neste ensaio, são iguais àquelas usadas nos

ensaios com fibras distribuídas aleatoriamente, porem não cortadas.

Constituem exceção as fibras longas de polipropileno, com secção retangular

de dimensões (1,3126 ± 0,2614) x (0,0373 ± 0,0014) mm 2. As fibras de

amianto, por serem muito curtas, não se empregam neste ensaio.

Para o ensaio com fibras alinhadas, são posicionadas cinco fibras longas,

perpendicularmente à direção do entalhe, a fim de se observar, durante a

evolução da fratura, a aderência e a transferência de tensões entre a matriz

e as fibras isoladas. Como no corpo-de-prova fissurado ocorre queda brusca

do carregamento em decorrência do pequeno numero de fibras, adota-se como

resultado deste ensaio a energia especifica absorvida na fase elástica, ou

seja, ate a fissuração dada pela expressão 5.5, alem do carregamento máximo

alcançado.

KH(

5.0

0 = (5.5)

onde:

R = energia especifica da fase elástica;

E = energia absorvida na fase elástica;

e = espessura do corpo-de-prova;

h = altura da superfície de fratura.

As figuras 5.9 e 5.10 mostram, pela ordem, a forma e os corpos-de-prova logo

após a desmoldagem, com destaque para as cinco fibras perpendiculares à

direção do entalhe.

Fig. 5.9 Formas para moldagem de dois corpos-de-prova do ensaio de tração

por fendilhamento com fibras alinhadas.

Fig. 5.10 Corpos-de-prova do ensaio de tração por fendilhamento com fibras

alinhadas, logo após a desmoldagem.

��(QVDLR�GH�DUUDQFDPHQWR�GH�ILEUDV

Empregam-se as mesmas fibras descritas no item 5.1.3.2, para o ensaio de

tração por fendilhamento com fibras alinhadas. A metodologia utilizada neste

ensaio foi desenvolvida na fase preliminar desta pesquisa e se baseia nos

estudos de TATTERSALL; URBANOWICZ (1974) e de BARTOS (1980).

Durante os ensaios preliminares, fez-se a analise da influência da direção

da fibra com relação à moldagem da matriz, no que se refere à aderência. Os

resultados obtidos para a resistência ao cisalhamento foram 15% maiores para

o caso da fibra paralela à direção de moldagem da matriz, em comparação com

a fibra perpendicular à direção de moldagem.

No segundo caso, atribui-se esse comportamento desfavorável ao acumulo de

água e vazios que ficam retidos na superfície inferior da fibra.

GRAY;JOHNSTON(1984),em seu experimento com argamassa de cimento reforçada

com fibras de aço, obtiveram resultados semelhantes. Assim, em consequência

do observado, o presente experimento adotou moldagem paralela à direção da

fibra.

A figura 5.11 ilustra o dispositivo de moldagem, onde as fibras longas têm

suas extremidades superiores presas ao varal, e as inferiores, a um peso,

para mantê-las esticadas e a prumo. A figura 5.12 mostra a realização do

ensaio, em prensa Instron 1123 (fundo de escala: 20 N, velocidade de carga:

5 mm/min e velocidade do papel gráfico: 20 mm/min), com destaque para o

suporte do corpo-de-prova e para a garra pneumática com a qual se prende a

fibra. Como em todos os ensaios, e feito registro em papel gráfico da

relação carga x deslocamento, para posterior determinação da energia

absorvida pelo corpo-de-prova.

O arrancamento direto consiste em sacar a fibra que esta 50 mm engastada na

matriz. Durante o ensaio, existe a fase inicial elástica, em que matriz e

fibra estão perfeitamente aderidas, e, atingido o valor da resistência ao

cisalhamento, inicia-se o escorregamento da fibra, e o escorço resistente

passa a ser o de atrito.

Fig. 5.11 Dispositivo para moldagem dos corpos-de-prova para ensaio de

arrancamento de fibras.

Fig. 5.12 Ensaio de arrancamento de fibras. Prensa pneumática para prender a

extremidade da fibra.

Escolheu-se comprimento de ancoragem de 50 mm para as fibras, admitido como

o mínimo necessário para assegurar a exeqüibilidade do ensaio, tendo em

vista as características do dispositivo para moldagem dos corpos-de-prova e

da prensa para realização dos carregamentos. Para as fibras de amianto, não

se realizou o ensaio de arrancamento, em decorrência do seu pequeno

comprimento.

Como resultado, calcula-se, com o emprego das equações 5.6 e 5.7,

respectivamente, a resistência ao cisalhamento e a energia especifica

absorvida.

E

Y X3

I1.

= (5.6)

onde:

fv = resistência ao cisalhamento;

P = carga máxima atingida;

u = perímetro da secção transversal da fibra;

l b = comprimento de ancoragem.

EX(

51.

= (5.7)

onde:

R = energia específica;

E = energia total absorvida, igual à área sob a curva do gráfico carga x

deformação.

��(VWXGR�GD�PLFURHVWUXWXUD

O objetivo deste estudo e a caracterização microestrutural da zona de

transição entre matriz e fibras para todas as series de compósitos com

fibras de amianto crisotila, de coco e de polipropileno (tabela 4.4),

observando-se a influência da idade de hidratação e a da relação água-

cimento. Para os compósitos com fibras de malva e de sisal, foram ensaiados

corpos-de-prova com relação água-cimento igual a 0,38, nas idades de 7 e de

180 dias.

Os ensaios escolhidos para este estudo foram microscopia eletrônica de

varredura (MEV), com imagem de elétrons retroespalhados e de elétrons

secundários, e analise por espectroscopia de raios X por energia dispersiva

(EDS). O equipamento utilizado foi o Cambridge Stereoscan 240, com detector

especial para elétrons retroespalhados, e com analisador por EDS marca Link

Systems, pertencente ao Departamento de Engenharia Metalúrgica e de

Materiais da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (PMT/EPUSP).

Para realização desses ensaios em datas mais convenientes, interrompeu-se a

hidratação do cimento por saturação em acetona (duas imersões, de 15 minutos

cada uma, dos fragmentos das amostras), e, depois, fez-se a secagem com o

uso de bomba de pressão reduzida, com pressão negativa de 40 kPa, de acordo

com recomendações de DJANIKIAN (1987) e de SANTOS (1989). Em seguida, os

corpos-de-prova foram mantidos em dessecador com sílica-gel e cal sodada

(CaO + NaOH), para absorção de água e de anidrido carbônico,

respectivamente, ate o momento do preparo das amostras.

A tabela 5.1 traz a relação dos ensaios microestruturais e os compósitos

para os quais cada um desses ensaios foi aplicado.

Tabela 5.1 Relação dos ensaios de MEV e de EDS.

Idade (dias) 7 28 90 180

Relação a/c 0,38 0,30 0,38 0,46 0,38 0,38

Imagem de elétrons

retroespalhados

Ac-Mv-Ss

Cc-Pp

Ac-Cc

Pp

Ac-Cc

Pp

Ac-Cc Cc Ac-Mv-Ss

Cc-Pp

Imagem de elétrons

secundários

_ _ _ _ _ Mv-Cc

Análise por EDS Ac-Mv-Ss Ac Cc-Pp Ac-Cc Cc Ac-Mv-Ss

��7pFQLFDV�GH�SUHSDUR�GRV�FRUSRV�GH�SURYD

A técnica de preparo dos corpos-de-prova para analise por imagem de elétrons

retroespalhados e por EDS fundamentou-se na recomendação feita por KJELLSEN

et al. (1991).

As amostras foram impregnadas com resina do tipo epóxi (copolímero de

epicloridrina e difenilol-propano, conhecido comercialmente por Araldite),

diluída em álcool etílico anidro, e submetidas a pressão negativa de 85 kPa

por 2 minutos. Em seguida, as amostras foram mantidas em estufa a 50ºC por

15 horas, para catalisar a polimerização da resina, e cortadas a seco em

tamanho padronizado com serra de disco. O lixamento foi composto de três

fases e utilizou, pela ordem aqui indicada, carbeto de silício em pó com

dimensões medias dos grãos iguais a 85 cm, 36 µm e 15 µm. Por último,

empregou-se polimento com pastas de diamante de três faixas granulométricas:

4 µm a 8 µm, 2 µm a 4 µm e menor que 1 µm. Como lubrificante de polimento,

utilizou-se álcool etílico anidro, para que se evitasse a dissolução do

hidróxido de cálcio presente nos compósitos.

Por fim, os corpos-de-prova foram colocados em cuba com acetona e submetidos

a limpeza por ultra-som durante dois minutos.

A impregnação do compósito com resina evita que os produtos de hidratação de

menor dureza sejam removidos pelo polimento e mantém intacta a estrutura

original de poros na zona de transição e longe dela. Alem disso, observa-se

que a superfície polida facilita a determinação da espessura da zona de

transição e a identificação do tamanho e da distribuição de alguns compostos

da pasta hidratada de cimento, à medida que se afasta da superfície da

fibra.

Por não ser condutora elétrica, a amostra necessita recobrimento de alguns

micrometros de espessura, com material que possibilite o escoamento dos

elétrons incidentes durante a microscopia. Nesta pesquisa, empregou-se

carbono, pelo fato de não ser detectado pelas analises por EDS.

Para análises por imagem de elétrons secundários, foram selecionadas

amostras não impregnadas, com superfície de fratura exposta e recobrimento

com material condutor (ouro ou carbono).

��0LFURVFRSLD�HOHWU{QLFD�GH�YDUUHGXUD

A MEV com imagem de elétrons retroespalhados e apropriada para corpo-de-

prova com superfície plana e polida, o que e favorável, pois os planos de

fratura têm o inconveniente de atravessar, preferencialmente, os elementos

de menor resistência do compósito. Essa imagem tem ainda a vantagem de

diferenciar as diversas regiões da superfície analisada, por meio de

contraste do numero atômico: quanto maior o numero atômico do elemento

químico, mais clara a imagem e vice-versa (GOODHEW; HUMPHREYS, 1988).

As analises com imagem de elétrons secundários apresentam a vantagem de

fornecer micrografias em três dimensões, pois as analises são feitas sobre

superfícies de fratura. Já a informação química não e evidenciada, pois a

emissão de elétrons secundários varia, de forma muito fraca e irregular, com

o numero atômico.

Os aumentos usualmente empregados nesta pesquisa não foram superiores a 500

vezes, e o máximo conseguido foi 4160 vezes. A distância de trabalho

(distância entre a abertura da objetiva e o corpo-de-prova) variou de 9 mm a

33 mm, e a tensão aceleradora foi 15 kV na maioria das análises.

��(VSHFWURVFRSLD�GH�UDLRV�;�SRU�HQHUJLD�GLVSHUVLYD

As analises por EDS foram feitas sobre superfícies planas e polidas das

amostras, conforme recomenda KIYOHARA (1991) para determinações

semiquantitativas. Para os elementos em estudo, a pior resolução, relativa

ao magnésio, e de 6 µm, considerada compatível com os pequenos aumentos

praticados.

A escolha das regiões para analise seguiu recomendação de PADILHA; AMBROZIO

FILHO (1985), para garantir a representatividade das determinações.

Foram empregadas análises por EDS de três tipos: distribuição dos elementos

por meio de imagem de raios X, analises em linha por varredura mecânica ou

em um ponto.

Foi determinada a composição porcentual atômica dos elementos cálcio,

silício, ferro,aluminio,enxofre, magnésio, potássio e fósforo, para as

analises pontuais. A escolha desses elementos decorreu do fato de terem sido

detectados previamente, nos ensaios preliminares.

��&RPHQWiULRV

Os ensaios mecânicos tiveram o objetivo de promover a caracterização básica

dos compósitos cujos resultados e comentários estão no capitulo 6º. Foram

feitas adaptações nesses experimentos em consequência da matriz utilizada,

de pasta de cimento, e, também, devido à sensibilidade dos equipamentos.

Os resultados dos ensaios de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de

espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDS), e seus respectivos

comentários, seguem no capitulo 7º. A principal dificuldade encontrada,

nesta fase experimental, foi o preparo dos corpos-de-prova de superfície

plana, onde o polimento não pode modificar a estrutura do material a ser

analisado.

��&203257$0(172�0(&Æ1,&2�'26�&203Ï6,726

Este capítulo traz os resultados dos ensaios mecânicos referentes às 36

séries moldadas (tabela 4.4), os quais são utilizados para estudo da

influência do tipo de fibra, da relação água-cimento e da idade de

hidratação, sobre as principais propriedades estudadas: resistência à

tração, energia específica e índice de tenacidade. São, ainda, apontadas as

limitações e deficiências dos métodos de ensaio descritos neste estudo.

Os resultados são interpretados com o uso do método de analise de

variância, que aceita ou rejeita a hipótese de igualdade das medias das

séries ensaiadas, com nível de 5% de significância. Como a analise de

variância rejeita a hipótese de igualdade, se pelo menos uma das medias e

diferente das demais, COSTA NETO (1977) recomenda o método de Tukey para

comparações múltiplas entre grupos, como critério poderoso para a definição

de quais grupos de séries devem ser considerados diferentes de quais

outros.

Nas figuras 6.1 a 6.20, são apresentados medias e intervalos de 95% de

confiança das propriedades mecânicas dos compósitos, em função dos níveis

de interação entre: (i) tipo de fibra empregado (ou matriz sem fibra) e

idade de hidratação, para relação água-cimento igual a 0,38; (ii) tipo de

fibra (ou matriz sem fibra) e relação água-cimento da pasta, com idade de

28 dias.

As tabelas B.1 a B.40 do anexo B trazem, para todas as propriedades

observadas pelos ensaios mecânicos e para todos os níveis de interação

entre fatores, os seguintes elementos: media, desvio-padrão, grupos

homogêneos de séries, segundo o critério de Tukey, e níveis de

significância (à) da analise de variância.

Os detalhes da metodologia de cada um dos ensaios mecânicos realizados,

tais como dimensões dos corpos-de-prova e procedimentos para cálculo de

resistência, energia absorvida e índice de tenacidade, já foram vistos no

capitulo 5 °. Os resultados individuais de todos os corpos-de-prova

ensaiados estão listados em IPT (1992).

Para determinadas séries dos ensaios de tração por fendilhamento, com

fibras distribuídas aleatoriamente ou alinhadas, foram desprezados alguns

resultados individuais, considerados espúrios. Como critério, calculou-se o

coeficiente de variação (CV) e tomou-se como limite para aceitação da série

CV < 25%, conforme recomendam NANNI; RIBEIRO (1987).

Para o ensaio de arrancamento de fibras, não foram excluídos os valores

espúrios, em razão do pequeno número de corpos-de-prova aproveitados por

série, o que ocorreu em decorrência da ruptura das fibras durante o

carregamento. No item 6.6, são feitas considerações a respeito da concepção

desse experimento.

Seguem, para cada um dos ensaios mecânicos realizados, os resultados

obtidos para as diversas propriedades, com as análises pertinentes. O item

6.6 traz comentários sobre o desempenho dos ensaios e o resumo das

principais caracteristicas dos compósitos. As comparações entre resultados

dos ensaios e as conclusões estão no capitulo 8 °.

��(QVDLR�GH�WUDomR�GLUHWD

A resistência à tração dos compósitos pode ser obtida pelo ensaio de tração

direta, que consegue diferenciar satisfatoriamente essa propriedade, com

níveis de significância inferiores a 1% para as diversas idades e relações

água-cimento (figuras 6.1 e 6.2 e tabelas B.1 a B.4 do anexo B). A

resistência é menor aos 7 dias e, para as demais idades, os intervalos de

95% de confiança das medias se sobrepõem e formam um só grupo homogêneo. As

fibras de amianto são as que conferem maior resistência aos compósitos,

enquanto aqueles com fibras de sisal e de coco são os de pior desempenho. A

relação água-cimento mais baixa leva aos melhores resultados.

Fig. 6.1 Resistência à tração do compósito em diversas idades. x = 0,38,

intervalo de confiança = 95%. Ensaio de tração direta.

LEGENDA: para cada tipo de fibra, as idades se repetem na sequência de 7,

28, 90 e 180 dias.

Fig. 6.2 Resistência à tração do compósito com varias relações água-

cimento. Idade = 28 dias, intervalo de confiança = 95%. Ensaio de tração

direta.

LEGENDA: para cada tipo de fibra, as relações água-cimento se repetem na

sequência de 0,30, 0,38 e 0,46.

Percebe-se ainda que, na tração direta, por ocorrer tração pura, as

resistências são por volta de 70% inferiores às registradas pelo ensaio de

flexão. Comportamento semelhante para compósitos fibrosos foi registrado

por AKIHAMA et al. (1986) e por GRAY; JOHNSTON (1987).

A energia específica total absorvida não depende da idade de hidratação,

pois, como se observa na tabela B.5 do anexo B, o nível de significância

entre as idades e superior a 30%. A figura 6.3 mostra que todos os

compósitos apresentam sobreposição dos intervalos de 95% de confiança das

medias para diversas idades, com exceção daqueles com fibras de

polipropileno, que apresentam energia absorvida superior a cinco vezes às

dos demais compósitos. Os desvios-padrão das séries de compósitos com

fibras de polipropileno atingem valores elevados, porem o coeficiente de

variação máximo e de 22%, inferior ao limite de 25%, conforme recomendado

para que se considere a série aceitável (tabela B.6 do anexo B).

A figura 6.4 e as tabelas B.7 e B.8 do anexo B mostram a energia

específica, absorvida pelos compósitos com relações água-cimento iguais a

0,30, 0,38 e 0,46, com 28 dias de idade. Nota-se que, para essa faixa de

valores, não existe

influência significativa da relação água-cimento sobre as propriedades

mecânicas e que os compósitos com fibras de polipropileno diferem dos

demais por apresentar absorção de energia muito maior, principalmente apos

a fissuração da matriz.

Fig. 6.3 Energia específica do compósito em diversas idades. x = 0,38,

intervalo de confiança = 95%. Ensaio de tração direta.


28, 90 e 180 dias.

Fig. 6.4 Energia específica do compósito com varias relações água-cimento.

Idade = 28 dias, intervalo de confiança = 95%. Ensaio de tração direta.


sequência de 0,30, 0,38 e 0,46.

A capacidade de diferenciação do presente ensaio pode ser melhorada, ao se

considerar que a heterogeneidade das propriedades das fibras e grande

principalmente para as vegetais, os valores de relação água-cimento

adotados foram próximos entre si e alguns corpos-de-prova apresentaram

ajuste ruim de seus topos no dispositivo de ensaio, porem sem chegar a

comprometer a confiabilidade dos resultados (coeficiente de variação

mantido sempre inferior a 25%).

��(QVDLR�GH�WUDomR�QD�IOH[mR

As figuras 6.5 e 6.6 e as tabelas B.9 a B.12 do anexo B trazem a

resistência à tração na flexão para todos os níveis de interação. Pela

tabela B.9, constata-se que a idade de hidratação não exerce influência

significativa sobre a resistência, pois o nível de significância encontrado

é da ordem de 25%, superior ao nível máximo de 5%, estabelecido para que

sejam considerados distintos os valores de resistência para cada uma das

idades. Apesar disso, a figura 6.5 mostra que, para compósitos com fibras

vegetais e de amianto, há tendência aparente de queda de resistência aos

180 dias de idade. Nota-se, ainda, que os compósitos com fibras de amianto

formam grupo homogêneo, isolado dos demais compósitos, com resistência

media 38% maior que a mais próxima, obtida para compósitos com fibras de

malva.

Fig. 6.5 Resistência à tração do compósito em diversas idades. x = 0,38,

intervalo de confiança = 95%. Ensaio de tração na flexão.


28, 90 e 180 dias.

Fig. 6.6 Resistência à tração do compósito com varias relações água-

cimento. Idade = 28 dias, intervalo de confiança = 95%. Ensaio de tração na

flexão.


sequência de 0,30, 0,38 e 0,46.

As tabelas B.11 e B.12 do anexo B trazem índices de significância pequenos

para todos os níveis de interação, porem conseguem demonstrar apenas que,

aos 28 dias de idade e para as relações água-cimento em estudo, os

compósitos com fibras de amianto apresentam resistência media superior à

dos demais e que compósitos com fibras de sisal e de polipropileno não

podem compor um único grupo homogêneo. A relação água-cimento mais baixa

(0,30) proporciona os melhores resultados e as menores resistências

referem-se aos compósitos com relação de 0,46, fato que apenas não foi

observado para a matriz sem fibras (figura 6.6).

Na figura 6.7 e nas tabelas B.13 e B.14 do anexo B, tem-se a energia

específica no ensaio de tração na flexão e é significativa a queda dessa

propriedade, aos 180 dias de idade, para compósitos com fibras vegetais,

provavelmente em decorrência da degradação dessas fibras em condições

severas de exposição (umidade relativa superior a 95%). O compósito que

absorve a maior quantidade de energia é o com fibras de polipropileno, que

chega a atingir aproximadamente o dobro dos resultados obtidos com fibras

de sisal e de coco. Os compósitos com fibras de amianto e de malva

apresentam valores ainda menores, em consequência do pequeno comprimento de

ancoragem dessas fibras; a matriz sem fibras, obviamente, absorve menos

energia que todos os compósitos.


intervalo de confiança = 95%. Ensaio de tração na flexão.


28, 90 e 180 dias.

Os valores de energia específica não se alteram significativamente com as

relações água-cimento ( α = 26,71% > 5%) e os compósitos com fibras de

polipropileno, de sisal, de coco e de malva, assim ordenados, formam grupos

homogêneos isolados, com valores decrescentes de energia absorvida,

conforme se observa nas tabelas B.15 e B.16 do anexo B e na figura 6.8.


Idade = 28 dias, intervalo de confiança = 95%. Ensaio de tração na flexão.


sequência de 0,30, 0,38 e 0,46.

�� (QVDLR� GH� WUDomR� SRU� IHQGLOKDPHQWR� FRP� ILEUDV� GLVWULEXtGDV

DOHDWRULDPHQWH

As cargas máximas dos ensaios de tração por fendilhamento, com fibras

distribuídas aleatoriamente na matriz, encontram-se expostas nas figuras

6.9 e 6.10 e nas tabelas B.17 a B.20 do anexo B. não são calculadas

resistências

para esse tipo de ensaio, em virtude da concentração de tensões que ocorre

na região do entalhe. As interações entre idade e tipo de fibra, com

relação água-cimento igual a 0,38, e entre relação água-cimento e tipo de

fibra, com

idade de 28 dias, mostram pequena capacidade de diferenciação dos

compósitos ( α > 5%), em decorrência da discrepância elevada entre

resultados de corpos-de-prova de uma mesma série. Isso pode ser observado

nas figuras, por meio dos intervalos de 95% de confiança das medias, que se

sobrepõem para as séries analisadas.

Fig. 6.9 Carga máxima do compósito em diversas idades. x = 0,38, intervalo

de confiança = 95%. Ensaio de fendilhamento com fibras distribuídas

aleatoriamente.


28, 90 e 180 dias.

Fig. 6.10 Carga máxima do compósito com varias relações água-cimento.

Idade = 28 dias, intervalo de confiança = 95%. Ensaio de fendilhamento com

fibras distribuídas aleatoriamente.


sequência de 0,30, 0,38 e 0,46.

As cargas máximas são, aproximadamente, 50% maiores para séries com relação

água-cimento igual 0,30, quando comparadas àquelas com relações iguais a

0,38 e a 0,46, cujas medias são próximas entre si (tabela B.19 do anexo B).

Os compósitos com fibras de amianto suportam carregamentos mais elevados do

que aqueles com outros tipos de fibra, apesar de não formarem grupo

homogêneo, distinto dos demais compósitos.

Nas figuras 6.11 e 6.12 e nas tabelas B.21 a B.24 do anexo B, registra-se a

energia específica total, absorvida pelos compósitos durante o presente

ensaio. Mais uma vez, é significativo, para o critério adotado de

comparações múltiplas, o aumento dos valores dessa propriedade para

compósitos com fibras de polipropileno. Para relação água-cimento de 0,38,

os compósitos com fibras de coco e de sisal formam grupo homogêneo, com

energia total absorvida da ordem de um terço daquela para compósitos com

fibras de polipropileno; outro grupo homogêneo é formado pela matriz sem

fibras e pelos compósitos com fibras mais curtas, ou seja, amianto e malva,

com energias ainda menores (por volta de um sexto das obtidas para

polipropileno). Os desvios-padrão encontrados foram altos, e desprezou-se

um resultado individual de energia específica da série com

fibras de amianto e com 7 dias de idade (tabela 4.4, série 2), por induzir

coeficiente de variação superior a 25%.


intervalo de confiança = 95%. Ensaio de fendilhamento com fibras

distribuídas aleatoriamente.


28, 90 e 180 dias.





sequência de 0,30, 0,38 e 0,46.

As diferenças entre as medias dos resultados de energia específica não são

significativas nem para as diversas idades ( α = 22,48% > 5%), nem para a

interação entre tipos de fibra e relações água-cimento ( α = 48,75% > 5%).

No entanto, percebe-se, pela figura 6.11, redução da energia específica

para idade de 180 dias, nos compósitos com fibras vegetais, ainda que sem

comprovação estatística.

O índice de tenacidade, que relaciona a energia específica total com a

energia específica da fase elástica, é mais alto também para compósitos com

fibras de polipropileno, em virtude das grandes deformações sofridas no

estágio pós-fissurado, como se vê pelas tabelas B.25 e B.26 do anexo B e

pela figura 6.13. Os valores mais baixos referem-se aos compósitos com

fibras de malva e de amianto crisotila e, é claro, à matriz sem fibras, que

apresenta índice mínimo de 100%. As idades mais avançadas, de 90 e de 180

dias, induzem tenacidades menores, o que significa menor capacidade de

absorção de energia no estado pós-fissurado, em decorrência do

enfraquecimento das fibras e/ou da redução do seu comprimento crítico de

ancoragem.

Fig. 6.13 Índice de tenacidade do compósito em diversas idades. x = 0,38,

intervalo de confiança = 95%. Ensaio de fendilhamento com fibras



28, 90 e 180 dias.

As tabelas B.27 e B.28 do anexo B mostram que o índice de tenacidade é mais

elevado para compósitos com relação água-cimento mais alta (0,46),

provavelmente em decorrência da maior porosidade do compósito, o que parece

aumentar a ductilidade após a fissuração da matriz. Com exceção dos

compósitos com fibras de polipropileno, a figura 6.14 mostra, nesse caso,

pequena diferença entre resultados com relação água-cimento de 0,30 e de

0,38, os quais formam um só grupo homogêneo.

Fig. 6.14 Índice de tenacidade do compósito com varias relações água-

cimento. Idade = 28 dias, intervalo de confiança = 95%. Ensaio de

fendilhamento com fibras distribuídas aleatoriamente.


sequência de 0,30, 0,38 e 0,46.

Para o índice de tenacidade, percebe-se, ainda, que os níveis de

significância foram todos nulos, o que demonstra diferenciação razoável

entre as séries estudadas para diversas idades e relações água-cimento. Por

outro lado,

houve necessidade de serem eliminados alguns resultados espúrios,

responsáveis por coeficientes de variação maiores que 25%; daí a explicação

para algumas séries contarem com número reduzido de corpos-de-prova

utilizáveis (nunca

inferior a três, para cada série). Ao todo foram desprezados cinco valores

individuais do índice de tenacidade, retirados respectivamente das séries

3, 4, 6, 15 e 22 (tabela 4.4).

��(QVDLR�GH�WUDomR�SRU�IHQGLOKDPHQWR�FRP�ILEUDV�DOLQKDGDV

As figuras 6.15 e 6.16 trazem as cargas máximas e os intervalos de 95% de

confiança das medias obtidas neste ensaio. As séries com 7 dias de idade

(tabelas B.29 e B.30 do anexo B) e aquelas com relação água-cimento igual a

0,46

(tabelasB.31eB.32)apresentam resultados significativamente inferiores aos

observados nas demais séries. O nível de significância mais alto foi 1,6%

(inferior ao máximo admissível de 5%), obtido na analise de influência dos

diversos tipos de fibra empregados.

Fig. 6.15 Carga máxima do compósito em diversas idades. x = 0,38, intervalo

de confiança = 95%. Ensaio de fendilhamento com fibras alinhadas.


28, 90 e 180 dias.

Fig. 6.16 Carga máxima do compósito com varias relações água-cimento.


fibras alinhadas.


sequência de 0,30, 0,38 e 0,46.

Um único valor espúrio precisou ser desprezado tanto para a carga máxima

quanto para a energia específica (retirado da série 5, tabela 4.4), para

que se pudesse garantir coeficientes de variação inferiores a 25%.

Ao contrario do observado para o ensaio de tração por fendilhamento com

fibras distribuídas aleatoriamente, os compósitos com fibras vegetais

suportaram carregamentos superiores aos daqueles com fibras de

polipropileno

provavelmente em consequência da menor rugosidade superficial destas

ultimas. Maiores conclusões a respeito disso seriam precipitadas, pois,

para os ensaios com fibras alinhadas, empregaram-se fitas de polipropileno,

em vez dos

filamentos utilizados nos ensaios com distribuição aleatória das fibras.

A energia específica total absorvida foi significativamente menor para

ensaios realizados aos 7 dias de idade, que constituem grupo homogêneo com

nível de significância nulo (tabela B.33 do anexo B).

Nas tabelas B.35 e B.36 do anexo B, observa-se que as séries com fibras de

malva apresentam energia específica elevada para todas as relações água-

cimento, em decorrência dessas fibras serem bastante fibriladas, o que

aumenta a

aderência com a matriz.

As discrepâncias entre os valores extremos (máximos ou mínimos) e médios

das séries chegam a ser iguais a 70%, o que torna grande a sobreposição dos

intervalos de 95% de confiança dessas medias para os diversos tipos de

fibra,

para as diferentes idades e para as três relações água-cimento (figuras

6.17 e 6.18).

Percebe-se, portanto, a pequena sensibilidade do ensaio de tração por

fendilhamento com fibras alinhadas para diferenciação dos compósitos; ainda

e bom salientar que a energia específica, absorvida durante o ensaio,

refere-se

apenas à fase elástica da solicitação, pois as fibras não conseguiram

resistir aos esforços após a fissuração da matriz. Isso pode ser melhorado,

em experimentos futuros, com o emprego de maior número de fibras. Desse

modo,

espera-se assegurar a transferência de esforços da matriz fissurada para as

fibras, importante na analise do comportamento da fratura, ao se aproximar

da zona de transição fibra-matriz.


intervalo de confiança = 95%. Ensaio de fendilhamento com fibras alinhadas.


28, 90 e 180 dias.

Fig. 6.18 Energia específica do compósito, varias rel. a/c. Idade = 28


alinhadas.


sequência de 0,30, 0,38 e 0,46.

Em pesquisas que empregavam ensaio de concepção similar, BENTUR; DIAMOND

(1984) e BENTUR et al. (1985c) conseguiram resultados satisfatórios pelo

fato de serem usadas fibras de alto modulo de elasticidade (de vidro e de

aço), que sofrem deformações relativamente pequenas no momento da fratura

da matriz e, também, porque as dimensões dos corpos-de-prova eram reduzidas

(32 x 24 x 13 mm 3 ), ou seja, compatíveis com as baixas tensões possíveis

de ser suportadas por pequeno numero de fibras.

Para o presente estudo, os corpos-de-prova tiveram que ser aumentados de

tamanho, em consequência dos dispositivos de moldagem adotados e da forma

de aplicação dos carregamentos já expostos no item 5.1.3. Alem disso, houve

o propósito de se registrarem os valores de carga máxima e de energia

absorvida, fato que não ocorreu nos experimentos de BENTUR et al. (1985c),

onde a única preocupação era a analise da progressão da fissura. Isso faz

com que, neste presente trabalho, a reprodutibilidade dos ensaios seja de

grande importância e, assim, justifique os aperfeiçoamentos propostos.

��(QVDLR�GH�DUUDQFDPHQWR�GH�ILEUDV

Neste ensaio, as tabelas B.37 a B.40 do anexo B mostram pequena

diferenciação para os diversos tipos de fibra empregados e para os níveis

de interação entre tipos de fibra e idades, com níveis de significância ( α)

bastante superiores a 5%. As figuras 6.19 e 6.20 também não conseguem

ilustrar alterações no comportamento da resistência ao cisalhamento e da

energia específica absorvida, com relação aos níveis de interação

estudados, uma vez que foram perdidas todas as séries com fibras de malva,

duas com fibras de sisal e uma com fibras de polipropileno (séries 3, 9,

15, 21, 27, 28, 30, 33 e 34, tabela 4.4).

Fig. 6.19 Resistência ao cisalhamento do compósito em diversas idades.

x = 0,38, intervalo de confiança = 95%. Ensaio de arrancamento de fibras.

LEGENDA: sequência de idades para fibra de coco: 7, 28, 90 e 180 dias;

fibra de polipropileno: 7, 28 e 180 dias; fibra de sisal: 7 e 28

dias.

Observou-se grande variabilidade de resultados e muitos corpos-de-prova

inutilizados por ruptura da fibra, durante a realização do ensaio, o que

acarretou a perda de nove séries, conforme exposto no parágrafo anterior.

Isso decorre do fato de o comprimento de ancoragem das fibras revelar-se

não apropriado, principalmente para as vegetais, e, mais ainda, em

decorrência da redução do comprimento crítico para as idades mais

avançadas, em virtude do aumento da aderência. Este último fato também é

registrado no cálculo do índice de tenacidade dos ensaios de tração por

fendilhamento com fibras distribuídas aleatoriamente (item 6.3).


intervalo de confiança = 95%. Ensaio de arrancamento de fibras.

LEGENDA: sequência de idades para fibra de coco: 7, 28, 90 e 180 dias;

fibra de polipropileno: 7, 28 e 180 dias; fibra de sisal: 7 e 28

dias.

Não se analisam figuras e tabelas referentes aos ensaios de arrancamento,

para os níveis de interação entre relação água-cimento e tipo de fibra, em

consequência da grande heterogeneidade dos resultados, o que tornou

inviável a aplicação do método de analise de variância.

Não foram desprezados os valores individuais de resistência e de energia

específica que se enquadravam como espúrios, em decorrência de a quase

totalidade das séries ensaiadas apresentar desvios-padrão elevados, o que

resulta em coeficientes de variação superiores a 25%. Desse modo,

recomenda-se que os resultados obtidos pelo ensaio de arrancamento de

fibras não sejam usados para caracterização da aderência entre fibra e

matriz nesta pesquisa.

��&RPHQWiULRV�VREUH�RV�WLSRV�GH�HQVDLR�UHDOL]DGRV

O ensaio de tração direta tem a vantagem de exercer tração pura sobre o

corpo-de-prova. Por outro lado, demonstra capacidade insuficiente de

diferenciação dos compósitos, pois consegue distinguir apenas o compósito

com fibras de amianto, por ter maior resistência, e aquele com fibras de

polipropileno, que possui maior energia específica. Os valores de

resistência dos compósitos com relação água-cimento igual a 0,30 são também

significativamente maiores que os demais, tal como ocorre no ensaio de

tração na flexão.

O ensaio de tração na flexão apresenta capacidade razoável de diferenciação

entre os compósitos, quanto à resistência e à energia específica. As

maiores resistências foram obtidas para compósitos com fibras de amianto, e

os maiores valores de energia específica, para compósitos com fibras de

polipropileno.

Observa-se, com intervalo de 95% de confiança para as médias, o efeito

negativo das relações água-cimento mais elevadas sobre as propriedades e a

queda da resistência dos compósitos com fibras vegetais em idades mais

avançadas.

Pesquisas realizadas por LEWIS; MIRIHAGALIA (1979), CASTRO; NAAMAN (1981),

HUGHES; HANNANT (1982), GARDINER et al. (1983) e WANG et al. (1987), para

determinação de propriedades mecânicas de compósitos com fibras plásticas

ou vegetais, também empregaram equipamento de flexão com quatro cutelos,

porem a comparação de resultados torna-se difícil, uma vez que os corpos-

de-prova nem sempre apresentam as dimensões preconizadas por RILEM (1984),

e as fibras plásticas frequentemente são empregadas em forma de tecidos.

Além disso, para compósitos com fibras vegetais, são poucos os estudos

similares que utilizam matrizes de pasta de cimento, podendo ser citados,

como exemplos, os realizados por COOK et al. (1978), por MAROTTA (1973)

apud COOK (1980) e por AGOPYAN; DEROLLE (1987).

Os ensaios de tração por fendilhamento fornecem a evolução da fissura, ao

atravessar o compósito com fibras distribuídas de forma aleatória ou

alinhadas na direção perpendicular à da fratura. Em 97% dos ensaios

realizados, observou-se que a fratura ficou contida no espaço compreendido

entre os pinos de aplicação do carregamento, o que demonstra a eficiência

do dispositivo de encunhamento na transferência da carga para o corpo-de-

prova, segundo o seu eixo de simetria.

No ensaio de tração por fendilhamento com fibras distribuídas

aleatoriamente, confirmam-se alguns comportamentos registrados nos demais

ensaios: ductilidade elevada dos compósitos com fibras de polipropileno,

principalmente no estágio de pós-fissuração, e maior capacidade de carga

para compósitos com relação água-cimento baixa. O fato de o índice de

tenacidade ser elevado para compósitos com relação água-cimento alta (0,46)

explica-se pelo aumento de porosidade da matriz, que induz maior

ductilidade do compósito. No entanto, a ductilidade se reduz para as idades

mais avançadas, principalmente para os compósitos com fibras vegetais.

Observa-se grande variabilidade dos resultados obtidos, em consequência da

distribuição heterogênea das fibras no interior da matriz. Para contornar

esse problema, sugere-se o aumento das dimensões do corpo-de-prova para

emprego de fibras semelhantes às deste estudo (comprimento médio de até

30 mm).

Para ensaio de tração por fendilhamento com fibras alinhadas, ha

necessidade de se aumentar o número de fibras atravessadas pela fratura, a

fim de suportarem a transferência de carga, apos a fissuração da matriz, e

para que se torne possível o cálculo do índice de tenacidade para este

ensaio. Entretanto, apesar das limitações apontadas, obtiveram-se

resultados satisfatórios para a fase de solicitação elástica, a qual mostra

pior desempenho do compósito nas primeiras idades (7 dias) e para relação

água-cimento de 0,46.

O ensaio de arrancamento de fibras também requer seu aprimoramento em

estudos futuros, a fim de se evitar a variabilidade excessiva dos

resultados e a freqüente ruptura das fibras durante o ensaio. Como visto no

item 5.1.4, o ensaio foi executado com base no experimento de TATTERSALL;

URBANOWICZ (1974) e consiste no arrancamento direto de uma única fibra, com

o objetivo de definir claramente a fase inicial elástica e o posterior

escorregamento, sem a interferência de fibras vizinhas.

Além disso, durante a concepção do ensaio, houve a preocupação com a sua

exequibilidade, para as condições disponíveis de moldagem e de

carregamento.

Para se procurar a solução dos problemas apresentados no ensaio de

arrancamento de fibras, sugere-se: (i) o emprego de maior numero de fibras

por corpo-de-prova, conforme recomendam NAAMAN; SHAH (1975), GOKOZ; NAAMAN

(1981) e MANDEL et al. (1987), em seus respectivos estudos, e (ii)

comprimentos de ancoragem diferenciados para cada tipo de fibra.

Outra dificuldade esta na comparação dos resultados dos ensaios feitos com

os daqueles ensaios similares, executados por outros pesquisadores, tais

como BARTOS (1980) e NAAMAN; NAJM (1991), pelo fato de estes últimos serem

apresentados na forma de cargas, simplesmente.

A tabela 6.1 traz o resumo das principais propriedades mecânicas, obtidas

por meio dos ensaios executados, com relação aos compósitos e à matriz sem

fibras. Comentários e justificativas a respeito dos resultados dos ensaios

mecânicos e a sua relação com a microestrutura dos compósitos encontram-se

no item 8.1.

Apesar das dificuldades apresentadas para o uso adequado dos ensaios de

tração direta e de tração por fendilhamento, e indiscutível a necessidade

do aperfeiçoamento deles, com o objetivo de se conseguir melhor

caracterização mecânica dos compósitos fibrosos. Tão importantes quanto a

resistência à tração são as medidas de ductilidade, principalmente no

estágio pós-fissurado e em compósitos com fibras de baixo modulo de

elasticidade. Além disso, os ensaios de tração na flexão, apesar de ainda

bastante utilizados, constituem medida indireta das propriedades mecânicas

(item 5.1.2), e os ensaios de arrancamento não conseguem simular

adequadamente o escorregamento da fibra, da forma como ocorre nos

compósitos reais (LAWS, 1982).

Tabela 6.1 Resumo das principais propriedades mecânicas, para os diversos

ensaios realizados.

(QVDLR 3ULQFLSDLV�SURSULHGDGHV

- UHVLVWrQFLD� j� WUDomR��menor aos 7

dias de idade; maior para

compósitos com fibras de amianto e

com relação água-cimento igual a

0,30.

Tração direta - (QHUJLD� HVSHFtILFD�� maior para os

compósitos reforçados com fibras de

polipropileno, superior a cinco

vezes a

energia absorvida pelos demais

compósitos.

- 5HVLVWrQFLD� j� WUDomR� elevada

para relação água-cimento igual a

0,30 e para compósitos com fibras

de amianto.

Tração na flexão

- (QHUJLD� HVSHFtILFD�� bastante

elevada para compósitos com fibras

de polipropileno e pequena e

pequena para matriz sem fibras.

Diminuição aos 180 dias de idade

para compósitos com fibras

vegetais.

Tração por fendilhamento com fibras


- &DUJD� Pi[LPD� a relação água-

cimento igual a 0,30 está associada

a maiores resultados.

- EQHUJLD� HVSHFtILFD�� aumento

significativo para compósitos com

fibras de polipropileno. Compósitos

com fibras de coco e de sisal formam

grupo homogêneo; idem para compósitos

com fibras de amianto, de malva e

matriz sem fibra.

Tração por fendilhamento com fibras


��ËQGLFH�GH�WHQDFLGDGH��mais elevado

para compósitos com fibras de

polipropileno e para relação água-

cimento igual a 0,46. Há redução

significativa da tenacidade para as

idades de 90 e 180 dias.

- &DUJD� Pi[LPD� valores

significativamente mais baixos para 7

dias de idade e para relação água-

cimento igual a 0,46.Tração por fendilhamento com fibras

alinhadas - (QHUJLD�HVSHFtILFD��valores menores

para 7 dias de idade. Bom desempenho

das fibras de malva, por serem

bastante fibriladas.

Arrancamento das fibras

Grande variabilidade de resultados.

Impossibilidade de formação de grupos

homogêneos.

��$1È/,6(�'$�0,&52(6758785$�'26�&203Ï6,726

Neste capítulo, são apresentados os resultados dos ensaios de microscopia

eletrônica de varredura por imagem de elétrons retro - espalhados

(BSEI) e por imagem de elétrons secundários (SEI).

Também são avaliados os resultados das análises por espectroscopia

de raios X por energia dispersiva (EDS), empregadas para

identificação dos elementos químicos presentes nos compósitos. As

analises podem ser feitas em um ponto, por varredura linear ou, ainda,

por mapeamento sobre a imagem.

O preparo de todas as amostras estudadas seguiu o procedimento

exposto no item 5.2.1. Apresentam-se 25 micrografias (figuras 7.1 a

7.25) e resultados das analises pontuais por EDS, listados na tabela 7.1.

Tabela 7.1 Análise pontual por espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDS).

Tabela 7.1 Analise pontual por espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDS). Continuação.

��&RPSyVLWRV�FRP�ILEUDV�GH�DPLDQWR

As figuras 7.1 a 7.3 trazem micrografias de compósito com fibras de

amianto crisotila, com relação água-cimento igual a 0,38 e com 7 dias

de idade. Nota-se acúmulo de macrocristais ricos em cálcio e

pequeno aumento da porosidade nas proximidades das fibras. Trata-

se de cristais de hidróxido de cálcio, também chamado de

portlandita, cinza- claros e com formato semelhante ao relatado por

SCRIVENER; BENTUR (1988), em experimento que empregou imagem de elétrons

retroespalhados.

Fig. 7.1 BSEI. Compósito com fibras de amianto, x = 0,38, 7 dias. Seta:

filme de hidróxido de cálcio com espessura media de 5 cm sobre a

superfície da fibra.

Fig. 7.2 BSEI. Compósito com fibras de amianto, x = 0,38, 7 dias.

Espectroscopia por mapeamento para o elemento cálcio.

Fig. 7.3 BSEI. Compósito com fibras de amianto. x = 0,38, 7 dias. Seta 1:

região rica em cálcio (Ca/Si = 4,30); seta 2: grão anidro (Ca/Si = 2,21)

e seta 3: silicato de cálcio hidratado (Ca/Si = 2,17).

A seta na figura 7.1 indica o ponto de realização de analise por

EDS, como registrado na tabela 7.1, e a relação entre as porcentagens

atômicas de cálcio e silício (Ca/Si) foi, aproximadamente, 40, com

incidências inferiores a 2% para todos os demais elementos observados.

Apesar de o cálcio aparecer em toda a matriz, confirma-se sua presença

pronunciada na superfície da fibra, conforme ilustra a espectroscopia por

imagem da figura 7.2. Durante a mistura do compósito, as fibras são

envolvidas por película de água, fenômeno chamado de efeito parede, e

formam-se núcleos de hidróxido de cálcio.

Na figura 7.3, ilustra-se a mesma região das micrografias anteriores, com

aumento maior e com destaque para a zona de transição na parte superior da

fibra, e evidenciam-se com setas os pontos de três analises por EDS. A

relação atômica Ca/Si, próxima de 2, indica tanto grão de cimento anidro

(cor branca na micrografia) quanto silicatos de cálcio hidratados ao

redor do grão anidro (cinza- escuro). A relação Ca/Si superior a 4

indica região com maior incidência de portlandita. A porcentagem

elevada de magnésio, registrada no ponto indicado pela seta 1, e

decorrente da proximidade da fibra de amianto crisotila (tabela 7.1).

Ainda com relação às analises por EDS, feitas nos pontos indicados pelas

setas 2 e 3 da figura 7.3, nota-se a presença de fósforo (tabela

7.1), o que ocorre em virtude da natureza das matérias-primas usadas

para produção do clinquer em questão. Os resultados do ensaio

químico, registrados no anexo A, também acusam a existência de

anidrido osfórico. Alem disso, porcentagens um pouco mais altas de

alumínio e enxofre (seta 3) podem indicar a presença de

sulfoaluminatos de cálcio hidratados, entre os produtos de hidratação do

cimento.

A figura 7.4 ilustra compósito com fibras de amianto, relação água-

cimento igual a 0,30 e 28 dias de idade. Notam-se depósitos de

portlandita com espessura media de 10 cm e fissuras que atravessam a zona

de transição, por ser região de menor resistência. A seta 3 indica a

posição de analise por EDS, cujo resultado se encontra na tabela 7.1,

onde se registra grande incidência de cálcio (portlandita) e, também, de

magnésio (fibra de amianto crisotila).

Fig. 7.4 BSEI. Compósito com fibras de amianto. x = 0,30, 28 dias. Setas

1 e 2: microfissura através das fibras; seta 3: região rica em

cálcio e em magnésio.

A figura 7.5 traz imagem de elétrons retroespalhados de compósito com

fibras de amianto, relação água-cimento igual a 0,38 e 28 dias de idade. A

fissura, com formato em "T", sofre bifurcação ao atravessar a fibra, o

que constitui o fator principal do aumento da energia absorvida

pelo compósito, ao ser comparado à matriz sem fibras. Fibras que se

aglomeram formam regiões escuras, em virtude do aumento de porosidade.

As fibras de amianto, constituídas basicamente de silício e de

magnésio, não se salientam muito no interior da matriz, e isso pode

tornar dificil sua visualização nas micrografias.

Fig. 7.5 BSEI. Compósito com fibras de amianto, x = 0,38, 28 dias. Seta:

fissura em "T", com caminhamento modificado pela presença da fibra.

Na figura 7.6, tem-se compósito com relação água-cimento igual a 0,46 e

com 28 dias de idade. A zona de transição mostra-se porosa, rica em

hidróxido de cálcio e microfissurada. Próximo à fibra, em

decorrência da disponibilidade de espaço e de água, formam-se

grandes núcleos de portlandita, pelo processo de dissolução –precipitação.

A seta 3 mostra a posição em que se realizou o ensaio pontual de EDS, e o

resultado, exposto na tabela 7.1, revela a incidência quase exclusiva

de hidróxido de cálcio.

Fig. 7.6 BSEI. Compósito com fibras de amianto, x = 0,46, 28 dias. Setas

1 e 2: fissura que atravessa aglomerado de fibras; seta 3:

cristal de portlandita.

Na micrografia da figura 7.7, tem-se o compósito com relação água-

cimento igual a 0,38 e com idade de 180 dias.

A zona de transição e menos porosa que nas primeiras idades, e ha

acumulo de portlandita próximo às fibras.

Entretanto, os núcleos de hidróxido de cálcio são restritos a espaços

menores, e isso pode dificultar a sua identificação, como

acontece com a analise por EDS registrada na tabela 7.1, que

aponta relações Ca/Si relativamente baixas nas proximidades da fibra.

Fig. 7.7 BSEI. Compósito com fibras de amianto, x = 0,38, 180 dias.

Vista longitudinal da fibra, aderida à matriz, sem zona de transição

porosa.

��&RPSyVLWRV�FRP�ILEUDV�GH�PDOYD

A figura 7.8 ilustra a imagem de elétrons retroespalhados de compósito com

relação água-cimento igual a 0,38 e com 7 dias de idade. A fibra vegetal,

de baixa densidade, aparece na micrografia como uma região negra. Ha nítido

aumento da porosidade nas proximidades da fibra, e as fissuras tendem

a atravessar a zona de transição.

A seta 2 da figura 7.8 destaca um macrocristal de portlandita,

com espessura aproximada de 40 cm, atravessado por fissura, o que evidência

sua baixa resistência. A seta 3damesmafiguramostraumahidrogranada (silico

ferro aluminato de cálcio hidratado) com 30 cm, encostada ao cristal

de hidróxido de cálcio, e com precipitações de brucita (hidróxido

de magnésio), cuja analise por EDS se encontra na tabela 7.1. Foram

também realizados ensaios de EDS para regiões com produtos

hidratados de cor cinza-escura, presentes na zona de transição e na

matriz não junto da fibra, e as relações Ca/Si foram próximas para os

dois casos (tabela 7.1), o que sugere constituição e grau de hidratação

semelhantes. A espessura da zona de transição chega a atingir 100 cm.

Percebe-se, no caso das fibras vegetais, que a elevada

porosidade favorece a formação de grandes cristais de portlandita,

que não se formam na superfície da fibra, mas, sim, no interior da zona de

transição.

Fig. 7.8 BSEI. Compósito com fibras de malva, x = 0,38, 7 dias. Setas 1

e 2: macrocristais de portlandita.

Seta 3: hidrogranada com precipitações de brucita. Nas figuras 7.9 e

7.10, tem-se compósito com relação água-cimento igual a 0,38 e 180 dias

de idade. São visíveis os descolamentos das fibras, ocorridos em virtude

de sua variação dimensional, ao perder a água que foi absorvida durante

a mistura do compósito. Esses descolamentos, de grande incidência nos

compósitos com fibras vegetais, constituem fator adicional para

prejudicar a aderência entre as fases. A zona de transição apresenta

espessura aproximada de 50 cm, e sua porosidade e um pouco menor que nas

primeiras idades; a matriz não junto à fibra mostra-se bastante compacta.

Fig. 7.9 BSEI. Compósito com fibras de malva, x = 0,38, 180 dias. Seta:

grão anidro com 50 cm de dimensão aproximada.

As imagens de elétrons secundários (figura 7.10) têm a vantagem de

ser tridimensionais, pois são obtidas de superfícies fraturadas.

Entretanto, mostram-se ineficientes para identificação de porosidade e de

produtos hidratados e para medição das fases. A partir de analises por

EDS, expostas na tabela 7.1, foram obtidas relações Ca/Si bastante

diferentes, para duas regiões próximas à superfície da fibra, o

que reitera a heterogeneidade da zona de transição. A presença eventual

de álcalis (K O) e considerada normal nas analises pontuais

realizadas. A fibra esta de perfil e parcialmente descolada da matriz.

Fig. 7.10 Imagem de elétrons secundários. Compósito com fibras de

malva, x = 0,38, 180 dias. Seta: macrocristais de portlandita

próximos à fibra.

7.3 Compósitos com fibras de sisal O compósito com relação água-cimento

igual a 0,38 e com 7 dias de idade esta representado na figura 7.11. A

fibra esta disposta longitudinalmente, descolada da matriz, e a seta

indica o local de uma analise por EDS, cujo resultado se encontra na

tabela 7.1. Nota-se a presença de produtos da hidratação do cimento

depositados na superfície da fibra, sem grande incidência de hidróxido

de cálcio (Ca/Si = 2,89). As porcentagens de alumínio, ferro e

magnésio indicam a possibilidade de existência de hidro granada com

precipitações de brucita, como já foi observado na micrografia da

figura 7.8.

Fig. 7.11 BSEI. Compósito com fibras de sisal, x = 0,38, 7 dias. Seta:

produtos de hidratação depositados na superfície da fibra.

A figura 7.12 mostra o mesmo compósito aos 180 dias de idade. A zona

de transição apresenta espessura da ordem de 200 cm, e bastante porosa e

rica em cálcio. Alem de um cristal de portlandita, em forma de

lamelas empilhadas e com dimensão superior a 70 cm, (seta 1), duas

analises por EDS (setas 2 e 3) indicam relações Ca/Si de 6,31 e 4,39,

respectivamente, conforme se observa na tabela 7.1.

Fig. 7.12 BSEI. Compósito com fibras de sisal, x = 0,38, 180 dias.

Seta 1: cristal de portlandita; setas 2 e 3: regiões da zona de

transição ricas em hidróxido de cálcio.

��&RPSyVLWRV�FRP�ILEUDV�GH�FRFR

Na figura 7.13, tem-se imagem de elétrons retroespalhados de compósito

com relação água-cimento igual a 0,38 e com 7 dias de idade. A matriz

não junto à fibra apresenta estrutura hidratada pouco compacta (pontos

escuros) e grãos anidros em proporção elevada (regiões bem claras),

com dimensões da ordem de 35 cm, em virtude da pequena idade de hidratação.

Observa-se o descolamento da fibra (seta 1) e a evolução de uma fissura

através da zona de transição (seta 2), o que mostra sua baixa resistência.

Fig. 7.13 BSEI. Compósito com fibras de coco, x = 0,38, 7 dias. Seta

1: descolamento por diminuição de volume da fibra; seta 2: fissura

que contorna a fibra, atravessando a zona de transição.

As figuras 7.14 a 7.17 trazem o compósito com 28 dias de idade e

relações água-cimento 0,30 a 0,46. São típicas as fissuras na zona de

transição, originadas da retração por secagem da matriz, e os

descolamentos de fibra.

A figura 7.14 mostra um poro, com 170 cm de dimensão e microfissuras

radiais, típicas da retração por secagem da pasta de cimento. Na figura

7.15, a fibra e vista de topo e descolada da matriz, sinal da diminuição de

seu volume por perda de água. Observa-se, também, a abertura da lacuna

central da fibra, cuja caracterização consta do item 3.1.3.

Fig. 7.14 BSEI. Compósito com fibras de coco, x = 0,30, 28 dias. Vista

longitudinal da fibra. Seta: poro com microfissuras radiais.

Fig. 7.15 BSEI. Compósito com fibras de coco, x = 0,38, 28 dias. Seta:

acumulo de portlandita com espessura aproximada de 10 cm.

Ainda com referência à figura 7.15, as analises por EDS (tabela 7.1)

indicam que os cristais de portlandita não se distribuem uniformemente na

zona de transição, pois a região apontada pela seta apresenta relações

Ca/Si elevadas (7,52 e 4,97); já em outro local mais escuro, à sua

esquerda, a relação e mais baixa (3,25).

O compósito com relação água-cimento igual a 0,46 mostra grande acumulo

de portlandita, como confirma a analise por EDS da região indicada pela

seta (figura 7.16), cujo resultado se encontra na tabela 7.1. A figura

7.17 mostra microfissuras que contornam os cristais maciços de


Fig. 7.16 BSEI. Compósito com fibras de coco, x = 0,46, 28 dias. Zona de

transição com espessura media de 30 cm. Seta: portlandita.

Fig. 7.17 BSEI. Compósito com fibras de coco, x = 0,46, 28 dias. Seta:

cristais grandes de portlandita, com espessura de ate 40 cm.

O compósito com 90 dias de idade e com relação água-cimento igual a 0,38,

mostrado na figura 7.18, apresenta zona de transição com portlandita em

macrocristais de 10 cm, em media (seta 1), e em microcristais, conforme

indica a seta 2; para os dois casos, a relação Ca/Si e elevada (tabela

7.1).

O compósito com 180 dias de idade e com relação água-cimento

igual a 0,38, como se observa na figura 7.19, apresenta zona de transição

porosa e grãos de cimento anidro (regiões brancas) com dimensões de,

no máximo, 20 cm, bem menores que aos 7 dias de idade (figura 7.13). Essa

constatação ajuda a comprovar, para o presente estudo, a eficiência do

processo utilizado na interrupção da hidratação, com o uso de

acetona (item 5.2), uma vez que os corpos-de-prova foram todos preparados

e, depois submetidos à MEV, em datas mais convenientes.

Fig. 7.18 BSEI. Compósito com fibras de coco, x = 0,38, 90 dias. Seta 1:

macrocristal; seta 2: microcristais de portlandita.

Fig. 7.19 BSEI. Compósito com fibras de coco, x = 0,38, 180 dias. Zona de

transição excêntrica.

Nota-se, ainda, na micrografia da figura 7.19, a existência de

microfissuras que envolvem a zona de transição, o que caracteriza, mais

uma vez, a significativa retração por secagem nas proximidades da

interface. A fibra da esquerda, por apresentar maiores dimensões,

também exerce maior atração sobre a água da pasta do que a fibra

menor à direita; isso faz com que a relação água-cimento seja maior nas

imediações da fibra grande, sem haver efeito parede. A excentricidade da

zona de transição ocorre, provavelmente, em virtude da mudança de direção

da fibra nas adjacências da superfície micrografada.

A figura 7.20 traz a imagem por elétrons secundários do compósito aos

180 dias e observa-se que os produtos hidratados ficam aderidos à

superfície bastante rugosa da fibra. As fibrilas se encontram

parcialmente expostas, sinal da decomposição da lignina nas idades mais

avançadas.

Fig. 7.20 Imagem de elétrons secundários. Compósito com fibras de

coco, x = 0,38, 180 dias. A seta indica descolamento da fibra.

��&RPSyVLWRV�FRP�ILEUDV�GH�SROLSURSLOHQR

Nas figuras 7.21 e 7.22, estão as micrografias do compósito com relação

água-cimento igual a 0,38 e com 7 dias de idade. Os grãos anidros

apresentam dimensão media de 30 cm, e a porosidade e um pouco maior na zona

de transição. Como a fibra (cor preta, na micrografia) e impermeável,

forma-se uma película de água na sua superfície (efeito parede), o

que leva à formação não homogênea do filme de produtos

hidratados, como indicado pela seta da figura 7.21. Ainda nessa figura,

observa-se a analise de espectroscopia por varredura, referente aos

elementos enxofre, cálcio e alumínio; ha, na zona de transição, um

pico de maior intensidade para o cálcio.

Fig. 7.21 BSEI. Compósito com fibras de polipropileno, x = 0,38, 7

dias. Espectroscopia por varredura sobre a linha pontilhada, para os

elementos S, Ca e Al; seta: filme de produtos hidratados.

A figura 7.22 traz a micrografia com o maior aumento que se conseguiu

obter, superior a 4000 vezes, e mostra cristal com espessura aproximada

de 10 cm, cinza-claro, e com empilhamento de lamelas paralelamente

à superfície da fibra, conforme observado também por BENTUR; DIAMOND

(1985) e por BENTUR et al. (1985b), para fibras de aço. Essa figura

constitui ampliação da micrografia anterior (figura 7.21) na zona de

transição, onde se notou maior concentração de cálcio, o que,

aliado ao formato do cristal, reitera a afirmação de se tratar de



dias. Grande aumento do cristal de portlandita.

As figuras 7.23 e 7.24 trazem imagens de elétrons retroespalhados

de compósitos aos 28 dias de idade, com relações água-cimento iguais a

0,30 e 0,38 respectivamente.

São quase inexistentes os descolamentos de fibra, pois esta não sofre

variação dimensional no interior da matriz, o que faz aumentar a aderência

e a energia absorvida durante a fissuração do compósito. A figura 7.23

ilustra a fibra de topo, circundada por filme de produtos hidratados,

com espessura da ordem de 1 cm, similar ao registrado na figura 7.21. A

formação desse filme foi observada, no presente estudo, unicamente

para compósitos com fibras de polipropileno.

Em geral, a porosidade da zona de transição não se apresenta muito

elevada e, também, aparecem camadas de portlandita depositadas na

superfície da fibra. Analise por EDS (tabela 7.1), na região indicada pela

seta da figura 7.24, confirma a existência de deposições de hidróxido

de cálcio com dimensão media de 10 µm.


dias. Seta: filme de produtos hidratados.


dias. Vista longitudinal de duas fibras paralelas. Seta: deposição de

portlandita.

A figura 7.25 ilustra o compósito com relação água-cimento igual a 0,38 e

com 180 dias de idade. Tem-se outra situação típica do reforço com fibras

de polipropileno: a de fissura desviada pela fibra, o que interfere

bastante no processo de dissipação de energia e ajuda a tornar esse

compósito mais dúctil que os outros estudados, modificando, assim, seu

comportamento macro estrutural.


dias. Zona de transição porosa e fissura deslocada pela fibra.

��&RPHQWiULRV�DGLFLRQDLV

A microscopia eletrônica de varredura com imagem de elétrons

retroespalhados apresenta informações mais completas a respeito da

zona de transição entre fibra e matriz, quando comparada com a

imagem de elétrons secundários. A primeira analisa superfície

polida da amostra, enquanto a segunda e realizada sobre superfície

fraturada.

A desvantagem de se observarem superfícies de fratura consiste no

fato de as fissuras, no compósito, procurarem sempre evoluir segundo

planos de maior fraqueza (BENTUR et al., 1985a). Isso acaba por mascarar

os resultados obtidos nas analises por imagem de elétrons secundários.

Por seu turno, a imagem de elétrons retroespalhados requer preparo

bastante minucioso do corpo-de-prova, a fim de que o polimento da

superfície de analise não altere a estrutura do compósito. Isso se consegue

por impregnação previa com resina de baixa viscosidade (item 5.2.1).

Assim, e garantida a observação fiel da zona de transição junto à

fibra, que pode estar disposta de topo ou de perfil. O presente

trabalho tem o caráter inédito de aplicação dessa técnica para estudo de

compósitos com fibras. Para compósitos com fibras de amianto, impermeáveis,

tem-se o efeito parede: molhagem da superfície das fibras com um filme de

água. Esse e o principal fator responsável pela formação de aureola de

portlandita com 5 cm de espessura media, na região de interface, como se

observa na figura 7.1. AKERS; GARRETT (1983a), em seu estudo sobre

compósitos à base de cimento reforçados com fibras de amianto,

utilizaram técnica de pressurização durante a moldagem e alegaram que a

grande área especifica das fibras de amianto evita a sua molhagem completa.

Essa técnica, de execução trabalhosa, diminui a porosidade e não induz à

formação de macrocristais de portlandita nas proximidades da fibra de

amianto.

As fibras vegetais apresentam absorção de água superior a 90%, o que

inibe o efeito parede e, alem disso, induz forte fluxo de água em direção

à fibra. Isso acarreta aumento localizado da relação água-cimento,

que da origem à porosidade elevada da zona de transição, cuja

espessura varia de 50 cm a 100 cm. Analises por EDS confirmam a

presença de macrocristais de portlandita, cujo crescimento se deve à maior

mobilidade de ions-cálcio em meio aquoso.

COUTTS (1987) também propôs processo de moldagem sob pressão, para

compósitos com fibras de celulose, o que reduz a relação água-

cimento. Dessa forma, retirada a pressão, a fibra saturada devolve à

matriz a água por ela absorvida. Assim, o referido pesquisador afirmou

que e possível conseguir zona de transição densa e de pequena

espessura, ao contrario do observado no presente estudo.

Outra observação, feita por meio de analise das figuras 7.4, 7.6 e 7.9,

e a de que as fibras de amianto e de malva, as quais têm aspecto

fibrilado, formam aglomerados no interior da matriz, fato que contribui

para o aumento de poros aprisionados e para a consequente perda de

aderência das fibras.

Fibras de polipropileno, impermeáveis, apresentam o efeito parede e, como

os filamentos têm superfície lisa, pode-se, em alguns casos, visualizar

um filme descontinuo de produtos hidratados na superfície da

fibra, com características semelhantes ás reportadas por BENTUR et al.

(1985b).

O aumento da concentração de etringita e de outros sulfoaluminatos

de cálcio hidratados, relatado por alguns pesquisadores (MEHTA, 1986 e

BENTUR, 1989), não foi detectado nas analises por EDS. Para estudos

onde haja interesse na observação desses compósitos, sugere-se o

emprego de técnicas de ensaio especificas, como a indicada por MONTEIRO et

al. (1985b) (item 3.3).

A síntese das principais propriedades micro estruturais, obtidas por

microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por espectroscopia de raios X

por energia dispersiva (EDS), para todos os compósitos fibrosos,

encontra-se na tabela

7.2.

Segue, no item 8.1, a inter-relação entre as principais características

micro estruturais, apresentada neste capitulo, e as propriedades mecânicas

dos compósitos em estudo.

Tabela 7.2 Resumo das propriedades micro estruturais dos compósitos.

(QVDLR 3ULQFLSDLV�SURSULHGDGHV

�� &RPSyVLWRV� FRP� ILEUDV� GH� DPLDQWR�� nota-se o

aumento da porosidade para relação água-cimento

igual a 0,46 e para 7 dias de idade. É visível a

concentração de portlandita, com espessura de 5

µm, na superfície da fibra, que é impermeável. Em

aglomerados de fibras onde se acumulam grandes

vazios, a falta de água de molhagem dificulta a

precipitação de portlandita.

��&RPSyVLWRV�FRP�ILEUDV�YHJHWDLV��fibras vegetais

com elevada absorção induzem grande porosidade da

zona de transição e espessura que varia de 50 µm

a 100 µm. Formam-se grandes cristais de

portlandita, com estrutura lamelar. É igualmente

característico o deslocamento entre fibra e

matriz. A retração por secagem diferenciada da

matriz, nas proximidades da fibra, ocasiona a

fissuração da zona de transição.

Imagem de elétrons

retroespalhados e EDS

��&RPSyVLWRV�FRP�ILEUDV�GH�SROLSURSLOHQR� efeito

parede, que induz à formação de filme descontínuo

de produtos hidratados na superfície da fibra. As

fissuras são desviadas pelas fibras.

��&21&/86®(6

Neste capítulo, sintetizam-se as inter-relações entre as características da

zona de transição e as propriedades mecânicas dos compósitos, a partir dos

resultados e comentários dos capítulos anteriores. São feitas propostas

para o prosseguimento dos estudos e apresentadas as conclusões finais.

��&RPSDUDo}HV�HQWUH�UHVXOWDGRV

Existe influência clara do tipo de fibra, da relação água-cimento e da

idade de hidratação da matriz sobre as principais propriedades dos

compósitos fibrosos, e as justificativas encontradas para tal comportamento

são destacadas neste item.

��,QIOXrQFLD�GR�WLSR�GH�ILEUD�HPSUHJDGR

As fibras de amianto, apesar do pequeno comprimento (5 mm, em média) e

baixa porcentagem em volume com que foram empregadas, igual a 1%, conferem

ao compósito resistência à tração significativamente maior que as

registradas para os demais, conforme foi observado nos ensaios de tração

direta (item 6.1) e de tração na flexão (item 6.2). Isso se explica pelo

fato de a fibra possuir estrutura fibrilada, que aumenta a aderência com a

matriz, e, também, porque a zona de transição, alem de pouco porosa, tem

pequena espessura: igual a 5 µm em média (figuras 7.1, 7.5 e 7.7).

Já os valores de energia especifica foram baixos, em consequência de

características próprias da fibra de amianto, como modulo de elasticidade

elevado e pequeno comprimento.

Os compósitos com fibras de polipropileno apresentam sua microestrutura com

as seguintes características principais: (i) a zona de transição e quase

tão densa quanto a matriz e com espessura de, no máximo, 20 µm; (ii) a

incidência de portlandita não e muito concentrada na interface,

principalmente para relações água-cimento menores e (iii) forma-se filme de

produtos hidratados, com 1 µm de espessura, ao redor da superfície de

algumas fibras (figura 7.23). Esses resultados são similares àqueles

obtidos por BENTUR et al. (1989a), para concretos reforçados com fibras de

polipropileno, o que reitera a confiabilidade dos procedimentos de ensaio

adotados para a presente pesquisa.

As fibras de polipropileno e as de côco são semelhantes quanto às

principais propriedades mecânicas, comprimento e superfície pouco rugosa

dos filamentos (tabela 4.3). No entanto, a energia especifica, absorvida

pelos compósitos com fibras de polipropileno, e a maior de todas e chega a

ser mais de cinco vezes superior à dos compósitos com fibras de côco, no

ensaio de tração direta, como se observa nas tabelas B.5 e B.7 do anexo B.

A absorção de água pela fibra de côco (da ordem de 90 % em massa) e a

principal responsável pelo seu desempenho pouco satisfatório, uma vez que a

zona de transição e muito rica em hidróxido de cálcio, que apresenta baixa

resistência à propagação de fissuras, e a fibra encontra-se parcialmente

descolada da matriz.

As fibras vegetais, por induzirem elevado fluxo de água em sua direção, no

interior da matriz, criam condições para formação de zonas de transição

muito porosas e com macrocristais isolados de portlandita, principalmente

no caso das fibras de malva e de sisal. As fibras de côco, com menor

absorção de água que as anteriores, costumam dar origem à formação de zona

de transição não muito porosa e com aureola de portlandita compacta. Esse

comportamento se acentua para relação água-cimento igual a 0,46, a mais

alta utilizada (figuras 7.16 e 7.17).

A propriedade mecânica mais afetada nos compósitos com fibras vegetais foi

a resistência à tração, por não se registrar diferença significativa com

relação à matriz sem fibras, como se observa nas tabelas B.1, B.3, B.9 e

B.11 do anexo B. Isso aconteceu em decorrência do baixo modulo de

elasticidade das fibras vegetais e devido às características desvantajosas

da zona de transição, quer pelo excesso de porosidade (compósitos com

fibras de sisal e de malva), quer pelo acúmulo elevado de portlandita

(compósitos com fibras de côco).

O ensaio de tração por fendilhamento com fibras distribuídas aleatoriamente

forneceu bons resultados para a energia especifica absorvida pelos

compósitos com fibras de côco e de sisal, que formam um grupo

estatisticamente homogêneo, com valores da ordem de dez vezes superiores

aos registrados para a matriz sem fibras. Também a energia absorvida pelos

compósitos com fibras de malva superou, em mais de quatro vezes, os

resultados da matriz, embora o método estatístico de comparações múltiplas

entre médias não garanta a diferenciação entre os compósitos com fibras de

malva e de amianto, com relação à matriz sem fibras (tabelas B.21 e B.23 do

anexo B).

As fibras vegetais atuam positivamente no estágio de pós-fissuração do

compósito, onde o escorregamento das fibras dissipa quantidade elevada de

energia, em razão de: (i) variação do diâmetro da fibra ao longo do seu

comprimento (item 4.2.2); (ii) rugosidade superficial, principalmente para

fibras de malva (figura 7.10) e (iii) regiões de boa aderência,

distribuídas ao longo da zona de transição porosa, que funcionam como

pontos de ancoragem da fibra, como visto na figura 7.16.

Os resultados obtidos demonstram a potencialidade das fibras vegetais,

principalmente nas aplicações em que a ductilidade do material e

importante, desde que superadas as deficiências de resistência à tração e

de durabilidade do compósito produzido. Para tanto, destaca-se a

necessidade de futuras pesquisas, conforme o que se discute no item 8.2.

��,QIOXrQFLD�GD�UHODomR�iJXD�FLPHQWR

Os compósitos com relação água-cimento igual a 0,46 apresentam os maiores

teores de cal livre, obtidos pelo método do etilenoglicol, de acordo com o

que foi visto no item 4.4.2. Esses resultados se associam, conforme

salientado para os compósitos com fibras de côco, à maior precipitação de

portlandita na zona de transição, e, assim, tal método pode funcionar, de

acordo com o sugerido por AGOPYAN (1991), como indicador de alcalinidade da

água de poro da matriz.

Sabe-se que o meio alcalino e o principal responsável pela degradação das

fibras vegetais, e o efeito macroscópico disso e a redução da energia

especifica e a do índice de tenacidade dos compósitos com fibras vegetais

(itens 6.2 e 6.3), para as idades mais avançadas, como se discute no item

8.1.3.

Os valores de resistência à tração, nos ensaios de tração direta e de

tração na flexão, e de carga máxima, nos ensaios de tração por

fendilhamento com fibras distribuídas aleatoriamente, são

significativamente maiores para compósitos com relação água-cimento de

0,30, a menor utilizada neste trabalho experimental. Para ensaio de tração

por fendilhamento com fibras alinhadas, os carregamentos máximos sofreram

decréscimo, para compósitos com relação água-cimento mais elevada, igual a

0,46. Esses resultados constituem a média dos compósitos com as diferentes

fibras estudadas aos 28 dias de idade.

A justificativa para a redução da resistência à tração, para relações água-

cimento maiores, esta no aumento da porosidade da matriz, principalmente,

próximo à interface com a fibra. No caso das fibras vegetais, que possuem

absorção elevada, o excesso de água, atraído para a zona de transição,

ocasiona: (i) grande dispersão dos grãos de cimento que, ao se hidratarem,

formam estrutura bastante porosa; (ii) maior mobilidade dos íons-cálcio,

que, a seguir, depositam-se em camadas espessas de portlandita e ocupam

parte dos vazios deixados pelos outros produtos de hidratação e (iii)

variação dimensional da fibra, responsável pelo seu descolamento.

O índice de tenacidade do ensaio de tração por fendilhamento com fibras

distribuídas aleatoriamente e mais elevado para compósitos com relação

água-cimento igual a 0,46 (tabela B.27 do anexo B), provavelmente porque a

ductilidade aumenta com a porosidade. Essa tendência não se repetiu nos

outros ensaios mecânicos, motivo pelo qual são desaconselhadas outras

considerações no momento.

O coeficiente de variação elevado, para os resultados de energia especifica

dos diversos ensaios, fez com que a diferenciação entre as relações água-

cimento fosse pouco significativa. Assim, pode-se concluir que essa

propriedade do compósito não sofre grandes alterações para a faixa de

relações água-cimento estudadas.

��,QIOXrQFLD�GD�LGDGH

Os compósitos com fibras vegetais apresentam, na faixa de 180 dias de

idade, diminuição da resistência à tração e da energia especifica

absorvida, em decorrência da redução tanto da resistência da fibra como do

seu alongamento máximo, em presença de meio alcalino (figuras 6.5, 6.7 e

6.11).

Também o índice de tenacidade, no ensaio de tração por fendilhamento com

fibras distribuídas de forma aleatória, e significativamente inferior para

as idades de 90 e de 180 dias, ao se considerar a média de todos os

compósitos (tabela B.25 do anexo B). As fibras de polipropileno, embora não

sejam afetadas pelas condições de exposição, têm seu comprimento critico de

ancoragem reduzido, em virtude da diminuição de porosidade da zona de

transição, o que faz reduzir os valores de ductilidade do compósito nas

idades mais avançadas (figura 6.13).

De forma análoga ao reportado para fibras de polipropileno, as de amianto

apresentam aumento de sua aderência com a pasta hidratada, aos 180 dias de

idade, com a conseqüente redução da energia absorvida e do índice de

tenacidade durante a fissuração do compósito (tabelas B.22 e B.26 do anexo

B). A difícil identificação das fibras no interior da matriz, por meio de

microscopia eletrônica de varredura (MEV), denota o preenchimento dos poros

da zona de transição por produtos de hidratação do cimento, o que reduz as

regiões propicias à progressão de microfissuras.

Outro fator que deve contribuir para a fragilidade do material e a reação

química entre a superfície da fibra de amianto crisotila e o hidróxido de

cálcio, presente na zona de transição.

��6XJHVW}HV�SDUD�FRQWLQXLGDGH�GD�SHVTXLVD

A matriz e as fibras escolhidas para esta pesquisa são de uso conhecido em

compósitos fibrosos e permitiram a obtenção de bons resultados. No entanto,

novos compósitos, de interesse especifico para determinado uso ou região,

poderão ser estudados de maneira semelhante, desde que previamente

caracterizados, como e o caso de aglomerantes e fibras oriundos de resíduos

de outras atividades econômicas.

Em estudos futuros, sugere-se que as condições de cura sejam mais adequadas

qs características das fibras vegetais, que perdem resistência e ficam

menos dúcteis em decorrência do aumento da alcalinidade do meio, conforme

estudado no item 2.2.3. Fibras vegetais, imersas em matrizes à base de

cimento, em condições de baixa umidade relativa, parecem sofrer degradação

bem menos intensa, o que pode tornar viável o uso desse material, pelo

menos para funções de menor responsabilidade.

A produção dos compósitos, na presente pesquisa, seguiu métodos

convencionais e de aplicação simples, o que possibilitou resultados

satisfatórios. Com o objetivo de se melhorar o desempenho mecânico dos

compósitos com fibras vegetais, são recomendados, para continuidade da

pesquisa:

• moldagem sob alta pressão, a fim de remover o excesso de água atraído

para as proximidades das fibras de absorção elevada, como aplicado por

BAHIA (1984) e por COUTTS 1987);

• tratamento das fibras por impregnação, a exemplo dos estudos realizados,

respectivamente, por GRAM (1983), OLIVEIRA; AGOPYAN (1990) e GUIMARSES

(1990), com os cuidados de não prejudicar a aderência fibra-matriz e de

não aumentar muito o custo de preparo da fibra;

• uso de adições na matriz de cimento Portland, que preenchem os vazios e

as microfissuras existentes na zona de transição e que reduzem o elevado

teor de cal livre existente nas proximidades das fibras. Pode ser citado

o emprego de cinza de casca de arroz, de elevada atividade pozolânica,

em teores iguais ou superiores a 30% da massa de cimento, estudado por

SALAS et al. (1986) e por CINCOTTO et al. (1990).

Os ensaios mecânicos de tração por fendilhamento deverão sofrer

aperfeiçoamento, com o objetivo de se reduzir a variabilidade entre

resultados de uma mesma serie. Nos ensaios com fibras distribuídas

aleatoriamente, isso poderá ser atingido com o emprego de corpos-de-prova

de maiores dimensões, para garantir distribuição homogênea das fibras no

interior da matriz. Para o ensaio com fibras alinhadas, de grande interesse

para estudo da evolução de uma fissura perpendicularmente à direção da

fibra, e necessário o uso de feixes com maior numero de fibras, o que

possibilitara a interpretação do comportamento da interface fibra-matriz no

estágio de pós-fissuração.

Também o ensaio de arrancamento de fibras devera ser remodelado, com o

objetivo principal de se evitar a ruptura freqüente das fibras durante a

realização dos ensaios, principalmente para as vegetais, nas idades mais

avançadas.

Comentários mais detalhados sobre os ensaios mecânicos estão no item 6.6.

Os ensaios de microscopia também podem ser melhor aproveitados, com o

emprego de técnicas mais apropriadas de impregnação e polimento da

superfície de amostras, submetidas à análise por imagem de elétrons

retroespalhados. Com esse avanço, será possível o emprego de analisador

quantitativo de imagem, acoplado ao MEV, para cálculo direto de grau de

porosidade, dimensões de poros e de microfissuras, incidência de cristais

de formato ou cor característicos e outros fatores que podem compor a

definição mais precisa da zona de transição em compósitos fibrosos. ZHAO;

DARWIN (1992) apresentaram técnica similar de análise quantitativa para

estudo de pasta de cimento.

Acredita-se, também, na potencialidade do emprego de microscopia óptica, de

operação mais simples e barata que a eletrônica de varredura, e que

possibilita, da mesma forma, o uso conjugado de analisador de imagem.

Apenas como exemplo, segue, na figura 8.1, a imagem de compósito com fibras

de côco e 7 dias de idade (serie 5, tabela 4.4), obtida em microscópio

óptico Zeiss, modelo Neophot 32. A região mais escura corresponde à zona de

transição, nas proximidades de uma fibra que não aparece na imagem.

Fig. 8.1 Imagem de microscopia óptica. Compósito com fibras de côco,

x = 0,38, 7 dias. A região escura e a zona de transição da fibra que não

aparece na imagem.

A figura 8.2 refere-se ao mesmo campo de observação da figura 8.1, com

emprego do sistema de análise de imagem Leco 2001, onde se registram, em

cores diferentes, a zona de transição (azul) e a matriz não junto à fibra

(verde), com suas porosidades (em vermelho e amarelo, respectivamente).

Para a região analisada, o volume de vazios registrado para a zona de

transição foi de 6,1% e, fora dela, igual a 1,5%. Para maior precisão dos

resultados, exige-se preparo de superfície perfeitamente plana do corpo-de-

prova, o que não se conseguiu de forma satisfatória ate o presente estágio

da pesquisa.

LEGENDA: Azul- zona de transição;

Vermelho- poros da zona de transição;

Verde- matriz não junto da fibra;

Amarelo- poros da matriz.

Fig. 8.2 Análise da imagem obtida na fig. 8.1. Compósito com fibras de

côco, x = 0,38, 7 dias.

Outro método possível de ser empregado para medida de porosidade e o

espalhamento de raios X de baixo ângulo, já utilizado por RENHE et al.

(1990), para estudo da distribuição de poros em pasta de cimento hidratado.

A adaptação desse método para análise da porosidade da zona de transição

entre fibra e matriz requer procedimentos adequados : (i) o corpo-de-prova

deve ter superfície polida e espessura da ordem de 1 mm, para possibilitar

a transmissão dos raios X, não podendo ser impregnado com resina; (ii) uma

única fibra deve ser imersa a matriz, alinhada perpendicularmente à direção

do feixe de raios X, não sendo necessário expô-la à superfície do corpo-de-

prova.

��&RQFOXV}HV�ILQDLV

A zona de transição mostra-se de forma diferenciada do restante da matriz,

por sua maior porosidade, concentração de macrocristais de portlandita e

microfissuras. Essas características, que podem apresentar-se com

diferentes intensidades, estão diretamente ligadas à aderência fibra-matriz

e, conseqüentemente, ao desempenho mecânico do compósito. O aumento da

aderência faz com que se torne maior a resistência à tração do compósito e,

também, a sua ductilidade, desde que não haja redução excessiva do

comprimento critico de ancoragem da fibra.

As fibras vegetais demonstraram potencialidade satisfatória como reforço de

pastas de cimento Portland, uma vez que foram obtidos bons resultados para

os ensaios mecânicos realizados, principalmente no que se refere ao aumento

de ductilidade. A energia especifica, absorvida por esses compósitos com

fibras vegetais, incluindo o estágio de pós-fissuração da matriz, chegou a

atingir valores ate dez vezes maiores do que aqueles para matriz sem

fibras.

No entanto, o objetivo deste trabalho não e atingir o melhor desempenho

mecânico possível, e, sim, comparar materiais diferentes em situações

idênticas de ensaio.

Desse modo, constatou-se que compósitos com fibras vegetais não atingiram

os níveis de resistência à tração e de energia especifica, referentes a

compósitos com fibras de amianto crisotila e com filamentos de

polipropileno, respectivamente. A perda de ductilidade em meio úmido e

alcalino, a elevada absorção de água e a heterogeneidade de suas

propriedades físicas e mecânicas são os fatores mais importantes que

interferem negativamente no desempenho das fibras vegetais, quando

aplicadas para reforço de matrizes à base de cimento Portland.

Conclui-se que as características favoráveis das fibras vegetais, como

rugosidade superficial e resistência à tração elevada, poderão ser mais bem

aproveitadas com o desenvolvimento de técnicas de produção e de conservação

dos compósitos fibrosos, adequadas a essas fibras.

No contexto apresentado, a zona de transição constitui o elo fraco entre as

fases, o que impossibilita a soma de efeitos das propriedades físicas,

químicas e mecânicas, da matriz e das fibras. Nos compósitos com fibras

vegetais, com intensidade muito superior ao observado para os demais, a

zona de transição apresenta alta concentração de portlandita, porosidade

excessiva (gerada pelo acúmulo de água) e descolamento pronunciado das

fibras. A modificação da zona de transição, que poderá ser objeto de

estudos futuros, e fator determinante para tornar os compósitos mais

resistentes, dúcteis e duráveis, a exemplo do que ocorre com aqueles

reforçados com fibras de amianto e de polipropileno, para os quais a zona

de transição costuma ser bem menos espessa e, também, menos porosa.

Fica também comprovada a necessidade de pesquisas futuras, referentes a

compósitos reforçados com fibras, seguirem as tendências atuais de estudo

da microestrutura dos materiais polifásicos. O emprego de MEV com imagem de

elétrons retroespalhados, inédito para estudo de materiais reforçados com

fibras, e de microanálise por raios X (EDS) demonstrou grande

potencialidade para análise da zona de transição. Também os ensaios

mecânicos de tração por fendilhamento, desenvolvidos com o objetivo de se

alcançar um melhor correlacionamento entre o desempenho macroestrutural dos

compósitos e o de suas propriedades microestruturais, apesar de

necessitarem de melhorias, constituem outra contribuição do presente

trabalho.

O principal resultado pratico do aprimoramento dos compósitos reforçados

com fibras será o suprimento do mercado com materiais apropriados para a

produção de painéis, nos quais o emprego de fibras de baixo modulo de

elasticidade parece ideal. Para isso, a escolha de fibras e de aglomerantes

hidráulicos devera recair sobre opções regionais e de baixo custo de

obtenção, principalmente quando destinados a moradias de interesse social.

Em resumo ao estudo da zona ou aureola de transição, destacam-se as

seguintes características principais:

• espessura de ate 100 æm, que pode ser identificada pela fissuração da

matriz e pelo aumento localizado da porosidade e da concentração de

portlandita;

• influência do tipo de fibra, relação água-cimento e idade de hidratação,

dentro das condições experimentais estipuladas para esta pesquisa;

• porosidade excessiva e descolamento das fibras, o que determina o pior

desempenho mecânico dos compósitos. E o caso das fibras vegetais, que,

durante a sua mistura com a matriz, por serem muito porosas, não

possibilitam a formação de película de água em sua superfície (o chamado

efeito parede), fazendo com que a zona de transição seja mais

pronunciada e se forme segundo mecanismo diferente do observado para as

outras fibras estudadas.

Como conclusão principal desta pesquisa experimental, comprova-se a

existência de correlação direta entre o desempenho macroestrutural dos

compósitos fibrosos e a zona de transição fibra-matriz. Isso ocorre para os

diversos tipos de fibra, relações água-cimento e idades de hidratação em

estudo, conforme demonstrado no item 8.1.

O estudo da zona de transição apresenta-se, portanto, como importante

caminho para tornar viável a aplicação de materiais reforçados com fibras

na construção civil, em especial para o caso de matrizes à base de cimento

reforçadas com fibras vegetais, e, desse modo, poderá contribuir para a

redução dos custos e para a melhoria da qualidade de vida nos países

subdesenvolvidos.

Anexo A - Ensaios de caracterização do cimento

Este anexo traz os resultados dos ensaios de caracterização do cimento CP

I-32, utilizado na fase definitiva da pesquisa.

Os ensaios físicos, mecânicos e de analise química foram realizados no

Agrupamento de Materiais de Construção Civil do Instituto de Pesquisas

Tecnológicas do Estado de São Paulo S.A., e os resultados estão

registrados, pela ordem, nas tabelas A.1 a A.3. O ensaio de granulometria

do cimento anidro foi feito pelo Departamento de Pesquisa e Desenvolvimento

da Serrana S.A. de Mineração e esta na figura A.1.

Foram ainda realizadas analises por difração de raios X (DRX), para a pasta

de cimento hidratado, com 7, 28, 90 e 180 dias de idade e com relações

água-cimento iguais a 0,30, 0,38 e 0,46. Esses ensaios foram feitos no

Laboratório de Mineralogia da Divisão de Geologia e Recursos Minerais do

IPT, e os difratogramas encontram-se nas figuras A.2 a A.7.

Tabela A.1 Resultados dos ensaios físicos de caracterização do cimento

utilizado. IPT – certificado nº 786.463, de 8/5/91.

Ensaio Resultado Método

Finura – resíduo na peneira de 0,075 mm (%) 0,6 NBR 7215/82

Água para pasta normal (% peso do cimento) 30,5 NBR 7215/82

Pega: Início (h:min)

Fim: (h:min)

4:05

6:05

NBR 7215/82

Expansibilidade Le Chatelier:

Frio (mm)

Quente (5h) (mm)

0,0

0,0

NBR 7215/82

Massa específica (kg/dm³) 3,12 NBR 6474/84

Área específica (m²/kg) 421 NBR 7224/84

Índice de consistência da argamassa (mm) 158 NBR 7215/82

Tabela A.2 Resistência à compressão do cimento Portland. IPT – certificado

nº 786.463, de 8/5/91. NBR 7215/82.

Idade (dias) Resistência média à compressão

(Mpa)

Desvio relativo máximo

(%)

3 24,2 1,2

7 29,4 2,0

28 49,4 2,8

NOTA: O resultado da resistência é igual à média de seis corpos-de-prova.

Tabela A.3 Análise química do cimento. IPT – certificados nº 786.481, de

11/4/91, e nº 796.190, de 9/4/92.

Análise Teores (%) Método

Perda ao fogo 1,72 NBR 5743/89

Dióxido de silício (SiO2) e resíduo

insolúvel 18,4 NBR 9203/85

Óxido de alumínio (Al2O3) 4,75 NBR 5742/77

Anidro fosfórico (P2O5) 0,93 NBR 6473/80

Dióxido de titânio (TiO2) 0,38 Calorim. visual

Óxido de ferro (Fe2O3) 3,94 NBR 5742/77

Óxido de cálcio (CaO) 59,1 ASTM C-114/85

Óxido de magnésio (MgO) 6,70 Perkin Elmer/71

Trióxido de enxofre (SO3) 2,96 NBR 5745/89

Óxido de sódio (Na2O) 0,19 Perkin Elmer/71

Óxido de potássio (K2O) 0,66 Perkin Elmer/71

Óxido mangânico (Mn2O3) 0,16 Perkin Elmer/71

Resíduo insolúvel 0,09 NBR 5744/89

Óxido de cálcio livre 2,36 NBR 7227/89

Anidrico carbônico 0,23 Det. Gas. - Orsat

Fig. A.1 Distribuição granulométrica do cimento anidro (granulometria a

laser). Serrana - certificado CIM 399/90, de 17/4/91.

Fig. A.2 Difratograma de raios X. Pasta de cimento hidratado, 7 dias de

idade, rel. a/c = 0,38.

$QH[R�%��5HVXOWDGRV�GRV�HQVDLRV�PHFkQLFRV

Este anexo traz, nas tabelas B.1 a B.40, os resultados médios e os desvios-

padrão para todas as propriedades medidas pelos ensaios mecânicos de tração

na flexão, tração direta, tração por fendilhamento e arrancamento de

fibras.

Para cada ensaio, e observada a influência do tipo de fibra empregado no

compósito, a idade de hidratação e a relação água-cimento da matriz de

pasta de cimento.

São feitas análises de comparações múltiplas entre grupos de resultados,

segundo o método de Tukey, para auxiliarem a diferenciação das series

ensaiadas. São considerados como pertencentes a um grupo homogêneo, aqueles

resultados cujos asteriscos indicativos estejam na mesma vertical (última

coluna da tabela B.1, por exemplo).

A análise de variância e utilizada para aceitar ou não a hipótese de

igualdade entre os resultados das series ensaiadas, com nível de 5% de

significância. Pelo critério adotado, apenas são considerados diferentes

aqueles grupos cujo nível de significância (à) seja menor que 5%.

A interpretação dos resultados deste anexo estão no capitulo 6º.

Tabela B.1 Resistência à tração do compósito para diferentes tipos de fibra

e idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de tração na flexão.

)LEUD��WRGDV�DV�LGDGHV� 0pGLD��0SD� 'HVYLR�SDGUmR��0SD� *UXSRV�KRPRJrQHRVï

Amianto 3,037 0,072 *

Côco 1,714 0,177 *

Malva 2,257 0,102 * *

Matriz 2,495 0,121 *

Polipropileno 2,253 0,091 * *

Sisal 1,925 0,082 * *

Nível de significância (fibras) : α = 0,00%

,GDGH��GLDV��WRGDV�DV

ILEUDV�

0pGLD��0SD� 'HVYLR�SDGUmR��0SD� *UXSRV�KRPRJrQHRVï

7 1,854 0,140 *

28 2,295 0,091 *

90 2,434 0,117 *

180 2,537 0,067 *

Nível de significância (idades) : α = 0,00%

NOTA: 1 – asteriscos na mesma vertical indicam séries que compõem um único

grupo homogêneo.

Tabela B.2 Resistência à tração. Idem tabela anterior, com resultados

individuais das séries.

)LEUD ,GDGH��GLDV� 0pGLD��0SD� 'HVYLR�SDGUmR��03D�

Amianto

7

28

90

180

2,960

2,853

3,228

3,107

0,139

0,143

0,189

0,051

Côco

7

28

90

180

0,375

1,820

2,223

2,438

0,013

0,159

0,132

0,133

Malva

7

28

90

180

1,745

2,633

2,332

2,318

0,173

0,238

0,078

0,124

Matriz

7

28

90

180

2,237

2,482

2,753

2,510

0,206

0,120

0,412

0,124

Polipropileno

7

28

90

180

1,997

2,120

2,275

2,618

0,062

0,183

0,217

0,158

Sisal

7

28

90

180

1,812

1,863

1,795

2,230

0,106

0,139

0,232

0,120

Nível de significância (fibras x idades): α = 0,00%


e relações água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio de tração na flexão.

)LEUD��WRGDV�DV

UHODo}HV�D�F�


Amianto 3,099 0,200 *

Côco 2,080 0,094 * *

Malva 2,423 0,144 * *

Matriz 2,927 0,310 * *


Sisal 1,831 0,110 *


5HODomR�D�F��WRGDV�DV

ILEUDV�


0,30 3,041 0,176 *

0,38 2,295 0,091 *

0,46 1,958 0,082 *

Nível de significância (relações a/c) : α = 0,00%


grupo homogêneo.



)LEUD 5HODomR�D�F 0pGLD��0SD� 'HVYLR�SDGUmR��0SD�

Amianto

0,30

0,38

0,46

3,862

2,853

2,583

0,389

0,143

0,233

Côco

0,30

0,38

0,46

2,452

1,820

1,920

0,058

0,159

0,137

Malva

0,30

0,38

0,46

2,753

2,633

1,882

0,203

0,238

0,157

Matriz

0,30

0,38

0,46

4,278

2,482

2,020

0,613

0,120

0,142

Polipropileno

0,30

0,38

0,46

2,635

2,120

1,933

0,191

0,183

0,092

Sisal

0,30

0,38

0,46

2,265

1,863

1,363

0,122

0,139

0,086

Nível de significância (fibras x relação a/c) : α = 0,55%

Tabela B.5 Energia específica do compósito para diferentes tipos de fibra e

idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de tração na flexão.

)LEUD��WRGDV�DV�LGDGHV� 0pGLD

�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�

*UXSRV�KRPRJrQHRVï

Amianto 0,946 0,043 *

Côco 1,121 0,097 *

Malva 0,757 0,048 *

Matriz 0,693 0,055 *

Polipropileno 8,445 0,693 *

Sisal 1,422 0,109 *



ILEUDV�

0pGLD

�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


7 1,985 0,362 *

28 2,469 0,569 *

90 2,097 0,489 *

180 2,395 0,648 *



grupo homogêneo.

Tabela B.6 Energia específica. Idem tabela anterior, com resultados



Amianto

7

28

90

180

1,027

0,852

1,072

0,833

0,094

0,075

0,102

0,025

Côco

7

28

90

180

0,388

1,390

1,534

1,048

0,025

0,099

0,075

0,049

Malva

7

28

90

180

1,051

0,817

0,574

0,587

0,051

0,083

0,041

0,039

Matriz

7

28

90

180

0,718

0,564

0,810

0,679

0,101

0,035

0,187

0,055

Polipropileno

7

28

90

180

6,379

9,527

7,579

10,294

0,433

1,198

1,639

1,617

Sisal

7

28

90

180

2,081

1,662

1,015

0,929

0,139

0,098

0,079

0,052


Tabela B.7 Energia específica do compósito para diferentes tipos de fibra e

relações água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio de tração na flexão.


UHODo}HV�D�F�

0pGLD

�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


Amianto 1,052 0,093 *

Côco 1,467 0,081 *

Malva 0,796 0,050 *

Matriz 0,998 0,172 *


Sisal 1,512 0,077 *



ILEUDV�

0pGLD

�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


0,30 2,103 0,299 *

0,38 2,469 0,569 *

0,46 2,358 0,552 *



grupo homogêneo.



)LEUD 5HODomR�D�F 0pGLD��N-�Pð� 'HVYLR�SDGUmR��N-�Pð�

Amianto

0,30

0,38

0,46

1,448

0,852

0,856

0,151

0,075

0,116

Côco

0,30

0,38

0,46

1,420

1,390

1,591

0,140

0,099

0,182

Malva

0,30

0,38

0,46

0,884

0,817

0,686

0,107

0,083

0,056

Matriz

0,30

0,38

0,46

1,781

0,564

0,649

0,332

0,035

0,074

Polipropileno

0,30

0,38

0,46

5,681

9,527

0,649

0,650

1,198

1,507

Sisal

0,30

0,38

0,46

1,406

1,662

1,469

0,092

0,098

0,187



e idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de tração direta.

)LEUD��WRGDV�DV�LGDGHV� 0pGLD��0SD� 'HVYLR�SDGUmR��0SD� *UXSRV�KRPRJrQHRVï

Amianto 5,755 0,321 *

Côco 3,233 0,114 *

Malva 4,150 0,124 *

Matriz 3,682 0,206 *


Sisal 3,734 0,083 * *



ILEUDV�


7 4,157 0,291 *

28 4,068 0,163 *

90 4,181 0,150 *

180 3,963 0,291 *



grupo homogêneo.




Amianto

7

28

90

180

7,540

5,753

5,572

4,125

0,664

0,214

0,368

0,112

Côco

7

28

90

180

3,132

3,752

3,518

2,618

0,143

0,136

0,152

0,152

Malva

7

28

90

180

3,843

3,985

4,828

3,942

0,132

0,290

0,227

0,062

Matriz

7

28

90

180

2,672

3,362

3,988

4,707

0,219

0,335

0,243

0,327

Polipropileno

7

28

90

180

3,865

3,765

3,735

4,755

0,110

0,213

0,252

0,239

Sisal

7

28

90

180

3,890

3,738

3,675

3,633

0,227

0,153

0,136

0,166


Tabela B.11 Resistência à tração do compósito para diferentes tipos de

fibra e relações água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio de tração na flexão.


UHODo}HV�D�F�


Amianto 5,522 0,176 *

Côco 3,806 0,129 * *

Malva 4,172 0,231 * *

Matriz 4,053 0,221 * *


Sisal 3,663 0,091 *



ILEUDV�


0,30 4,892 0,167 *

0,38 4,068 0,163 *

0,46 3,813 0,124 *



grupo homogêneo.



)LEUD 5HODomR�D�F 0pGLD��03D� 'HVYLR�SDGUmR��03D�

Amianto

0,30

0,38

0,46

5,905

5,753

4,908

0,315

0,214

0,233

Côco

0,30

0,38

0,46

4,230

3,752

3,427

0,113

0,136

0,244

Malva

0,30

0,38

0,46

5,190

3,985

3,340

0,259

0,290

0,204

Matriz

0,30

0,38

0,46

4,647

3,362

4,152

0,393

0,335

0,247

Polipropileno

0,30

0,38

0,46

5,615

3,765

3,567

0,363

0,213

0,182

Sisal

0,30

0,38

0,46

3,767

3,738

3,483

0,159

0,153

0,163


Tabela B.13 Energia específica do compósito para diferentes tipos de fibra

e idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de tração na flexão.


�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


Amianto 0,144 0,008 *

Côco 0,325 0,021 *

Malva 0,196 0,026 *

Matriz 0,039 0,004 *


Sisal 0,387 0,031 *



ILEUDV�

0pGLD

�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


7 0,374 0,042 *

28 0,331 0,045 *

90 0,326 0,055 *

180 0,264 0,052 *



grupo homogêneo.



)LEUD ,GDGH��GLDV� 0pGLD��N-�Pð� 'HVYLR�SDGUmR��N-�Pð�

Amianto

7

28

90

180

0,176

0,131

0,124

0,139

0,023

0,008

0,005

0,013

Côco

7

28

90

180

0,438

0,323

0,324

0,214

0,018

0,017

0,030

0,032

Malva

7

28

90

180

0,365

0,225

0,116

0,077

0,036

0,011

0,026

0,014

Matriz

7

28

90

180

0,021

0,031

0,042

0,064

0,003

0,005

0,005

0,008

Polipropileno

7

28

90

180

0,743

0,786

0,954

0,891

0,077

0,061

0,090

0,047

Sisal

7

28

90

180

0,499

0,491

0,361

0,158

0,030

0,021

0,034

0,030



e relações água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio de tração na flexão.


UHODo}HV�D�F�


Amianto 0,119 0,004 *

Côco 0,311 0,012 *

Malva 0,212 0,014 *

Matriz 0,050 0,006 *


Sisal 0,489 0,017 *



ILEUDV�


0,30 0,329 0,047 *

0,38 0,331 0,045 *

0,46 0,314 0,041 *



grupo homogêneo.




Amianto

0,30

0,38

0,46

0,111

0,131

0,115

0,005

0,008

0,004

Côco

0,30

0,38

0,46

0,321

0,323

0,290

0,012

0,017

0,029

Malva

0,30

0,38

0,46

0,206

0,225

0,206

0,030

0,011

0,032

Matriz

0,30

0,38

0,46

0,062

0,031

0,057

0,013

0,005

0,007

Polipropileno

0,30

0,38

0,46

0,906

0,786

0,707

0,020

0,061

0,077

Sisal

0,30

0,38

0,46

0,465

0,491

0,509

0,035

0,021

0,031


Tabela B.17 Carga máxima do compósito para diferentes tipos de fibra e

idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de tração por fendilhamento com fibras


)LEUD��WRGDV�DV�LGDGHV� 0pGLD��1� 'HVYLR�SDGUmR��1� *UXSRV�KRPRJrQHRVï

Amianto 123,96 7,76 *

Côco 88,91 5,98 * *

Malva 92,48 6,93 * *

Matriz 77,35 3,85 *


Sisal 83,68 5,82 * *



ILEUDV�

0pGLD��1� 'HVYLR�SDGUmR��1� *UXSRV�KRPRJrQHRVï

7 83,44 5,64 *

28 88,82 5,83 *

90 108,34 5,40 *

180 101,25 5,79 *



grupo homogêneo.

Tabela B.18 Carga máxima. Idem tabela anterior, com resultados individuais

das séries.

)LEUD ,GDGH��GLDV� 0pGLD��1� 'HVYLR�SDGUmR��1�

Amianto

7

28

90

180

122,67

118,50

131,83

122,60

13,26

11,50

24,62

11,14

Côco

7

28

90

180

71,67

96,33

96,50

91,60

8,62

18,27

4,65

6,78

Malva

7

28

90

180

59,33

86,40

108,67

114,50

9,22

13,50

8,55

12,46

Matriz

7

28

90

180

66,20

77,00

88,33

76,00

4,67

7,28

10,78

4,55

Polipropileno

7

28

90

180

97,60

92,60

113,00

140,75

10,77

18,17

6,98

22,89

Sisal

7

28

90

180

82,25

62,33

112,50

77,17

15,05

7,12

9,09

5,60



relações água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio de tração por fendilhamento

com fibras distribuídas aleatoriamente.


UHODo}HV�D�F�


Amianto 120,44 9,25 *

Côco 87,65 9,55 * *

Malva 92,18 7,24 * *

Matriz 88,44 5,97 * *


Sisal 84,38 9,35 *



ILEUDV�


0,30 121,37 7,00 *

0,38 88,82 5,83 *

0,46 80,21 4,35 *



grupo homogêneo.


das séries.

)LEUD 5HODomR�D�F 0pGLD��1� 'HVYLR�SDGUmR��1�

Amianto

0,30

0,38

0,46

141,67

118,50

101,17

22,55

11,50

8,22

Côco

0,30

0,38

0,46

106,60

96,33

63,17

16,70

18,27

10,56

Malva

0,30

0,38

0,46

107,67

86,40

81,50

13,66

13,50

9,54

Matriz

0,30

0,38

0,46

112,67

77,00

75,67

9,29

7,28

6,96

Polipropileno

0,30

0,38

0,46

138,00

92,60

91,40

23,01

18,17

12,71

Sisal

0,30

0,38

0,46

119,17

62,33

65,25

14,90

7,12

9,86



e idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de tração por fendilhamento com fibras



�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


Amianto 0,476 0,035 *

Côco 1,315 0,144 *

Malva 0,677 0,107 *

Matriz 0,144 0,013 *


Sisal 1,353 0,163 *



ILEUDV�

0pGLD

�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


7 1,335 0,224 *

28 1,196 0,224 *

90 1,392 0,208 *

180 1,014 0,310 *



grupo homogêneo.




Amianto

7

28

90

180

0,339

0,474

0,691

0,359

0,022

0,040

0,042

0,026

Côco

7

28

90

180

1,697

1,305

1,497

0,686

0,357

0,272

0,146

0,071

Malva

7

28

90

180

1,221

0,501

0,729

0,228

0,292

0,066

0,022

0,025

Matriz

7

28

90

180

0,088

0,142

0,180

0,156

0,011

0,024

0,030

0,017

Polipropileno

7

28

90

180

3,024

3,802

3,718

5,264

0,712

0,594

0,148

0,956

Sisal

7

28

90

180

1,657

1,269

1,943

0,646

0,382

0,169

0,368

0,044



e relações água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio de tração por



UHODo}HV�D�F�

0pGLD

�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


Amianto 0,536 0,026 *

Côco 1,699 0,169 *

Malva 0,743 0,071 *

Matriz 0,166 0,012 *


Sisal 2,050 0,212 *



ILEUDV�

0pGLD

�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


0,30 1,753 0,302 *

0,38 1,196 0,224 *

0,46 1,531 0,240 * *



grupo homogêneo.




Amianto

0,30

0,38

0,46

0,531

0,474

0,604

0,048

0,040

0,036

Côco

0,30

0,38

0,46

2,024

1,305

1,822

0,192

0,272

0,332

Malva

0,30

0,38

0,46

0,667

0,501

1,021

0,089

0,066

0,091

Matriz

0,30

0,38

0,46

0,196

0,142

0,161

0,017

0,024

0,018

Polipropileno

0,30

0,38

0,46

4,567

3,802

3,833

0,890

0,594

0,537

Sisal

0,30

0,38

0,46

2,578

1,269

2,429

0,186

0,169

0,500


Tabela B.25 Índice de tenacidade do compósito para diferentes tipos de

fibra e idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de tração por fendilhamento com



�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


Amianto 199,9 19,1 * *

Côco 1008,7 105,0 *

Malva 594,4 151,6 * *

Matriz 100,0 0,0 *


Sisal 1005,5 85,1 *



ILEUDV�

0pGLD

�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


7 1343,2 280,0 *

28 1136,3 252,1 *

90 823,8 133,4 *

180 654,8 187,7 *



grupo homogêneo.

Tabela B.26 Índice de tenacidade. Idem tabela anterior, com resultados


)LEUD ,GDGH��GLDV� 0pGLD�� 'HVYLR�SDGUmR��

Amianto

7

28

90

180

156,7

184,5

308,2

140,4

7,2

17,4

48,8

11,5

Côco

7

28

90

180

1529,8

819,7

1073,6

545,4

123,0

152,0

217,9

53,3

Malva

7

28

90

180

1635,6

347,3

349,8

136,0

338,9

61,6

26,8

53,3

Matriz

7

28

90

180

100,0

100,0

100,0

100,0

0,0

0,0

0,0

0,0

Polipropileno

7

28

90

180

4259,0

4255,8

2324,2

3198,5

901,4

340,6

93,8

573,1

Sisal

7

28

90

180

1040,3

1367,7

1078,7

552,7

62,7

61,2

153,3

69,7


Tabela B.27 Índice de tenacidade do compósito para diferentes tipos de

fibra e relações água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio de tração por



UHODo}HV�D�F�

0pGLD�� 'HVYLR�SDGUmR�� *UXSRV�KRPRJrQHRVï

Amianto 232,6 19,2 *

Côco 1510,1 218,5 *

Malva 590,1 87,9 * *

Matriz 100,0 0,0 *


Sisal 1381,4 90,2 * *



ILEUDV�

0pGLD�� 'HVYLR�SDGUmR�� *UXSRV�KRPRJrQHRVï

0,30 872,9 148,4 *

0,38 1136,3 252,1 *

0,46 1829,3 416,4 *



grupo homogêneo.

Tabela B.28 Índice de tenacidade. Idem tabela anterior. Com resultados


)LEUD 5HODomR�D�F 0pGLD�� 'HVYLR�SDGUmR��

Amianto

0,30

0,38

0,46

204,0

184,5

309,3

28,0

17,4

29,4

Côco

0,30

0,38

0,46

1285,2

819,7

2388,0

239,6

152,0

336,9

Malva

0,30

0,38

0,46

371,2

347,3

971,0

31,0

61,6

113,3

Matriz

0,30

0,38

0,46

100,0

100,0

100,0

0,0

0,0

0,0

Polipropileno

0,30

0,38

0,46

2047,2

4255,8

6241,4

443,5

340,6

1268,9

Sisal

0,30

0,38

0,46

1298,8

1367,7

1574,0

193,7

61,2

229,6



idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de tração por fendilhamento com fibras

alinhadas.

)LEUD��WRGDV�DV�LGDGHV� 0pGLD��1� 'HVYLR�SDGUmR��1� *UXSRV�KRPRJrQHRVï

Côco 85,82 6,24 * *

Malva 101,54 8,10 *


Sisal 89,41 5,98 * *



ILEUDV�


7 63,73 5,34 *

28 89,43 7,75 *

90 104,63 5,81 *

180 96,64 5,18 *



grupo homogêneo.


das séries.

)LEUD ,GDGH��GLDV� 0pGLD��1� 'HVYLR�SDGUmR��1�

Côco

7

28

90

180

49,75

99,67

75,83

106,00

7,69

9,37

4,13

12,58

Malva

7

28

90

180

56,83

123,67

121,17

104,50

5,86

19,11

11,89

9,54

Polipropileno

7

28

90

180

75,33

60,83

97,00

81,00

15,96

6,97

11,80

7,80

Sisal

7

28

90

180

68,33

70,40

124,50

91,60

7,77

7,19

3,53

8,47

Nível de significância (fibras x idades) : α = 0,06%


relações água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio de tração por fendilhamento

com fibras alinhadas.


UHODo}HV�D�F�


Côco 84,06 7,13 * *

Malva 98,89 8,00 *


Sisal 90,53 7,48 * *



ILEUDV�


0,30 97,58 4,65 *

0,38 89,43 7,75 *

0,46 71,86 4,46 *



grupo homogêneo.


das séries.

)LEUD 5HODomR�D�F 0pGLD��1� 'HVYLR�SDGUmR��1�

Côco

0,30

0,38

0,46

98,67

99,67

47,80

5,55

9,37

6,92

Malva

0,30

0,38

0,46

83,67

123,67

89,33

5,55

19,11

8,34

Polipropileno

0,30

0,38

0,46

85,33

60,83

71,00

5,17

6,87

3,54

Sisal

0,30

0,38

0,46

122,67

70,40

75,17

10,72

7,19

6,07


Tabela B.33 Energia específica da faze elástica do compósito para

diferentes tipos de fibra e idades. Relação a/c = 0,38 Ensaio de tração por

fendilhamento com fibras alinhadas.


�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


Côco 0,121 0,013 * *

Malva 0,160 0,020 *


Sisal 0,111 0,015 *



ILEUDV�

0pGLD

�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


7 0,061 0,008 *

28 0,128 0,017 *

90 0,169 0,016 *

180 0,142 0,011 *



grupo homogêneo.

Tabela B.34 Energia específica da fase elástica. Idem tabela anterior, com

resultados individuais das séries.

)LEUD ,GDGH��GLDV� 0pGLD��N-�Pð� 'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�

Côco

7

28

90

180

0,055

0,133

0,108

0,166

0,009

0,017

0,017

0,032

Malva

7

28

90

180

0,051

0,230

0,208

0,149

0,008

0,033

0,043

0,014

Polipropileno

7

28

90

180

0,087

0,069

0,160

0,123

0,022

0,012

0,026

0,018

Sisal

7

28

90

180

0,046

0,072

0,200

0,123

0,010

0,008

0,018

0,020


Tabela B.35 Energia específica da fase elástica do compósito para

diferentes tipos de fibra e relações água-cimento. Idade = 28 dias. Ensaio

de tração por fendilhamento com fibras alinhadas.


UHODo}HV�D�F�

0pGLD

�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


Côco 0,103 0,012 *

Malva 0,155 0,018 *


Sisal 0,121 0,015 * *



ILEUDV�

0pGLD

�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


0,30 0,141 0,011 *

0,38 0,128 0,017 * *

0,46 0,099 0,010 *



grupo homogêneo.

Tabela B.36 Energia específica da fase elástica. Idem tabela anterior, com



Côco

0,30

0,38

0,46

0,120

0,133

0,046

0,011

0,017

0,008

Malva

0,30

0,38

0,46

0,103

0,230

0,133

0,011

0,033

0,022

Polipropileno

0,30

0,38

0,46

0,167

0,069

0,097

0,020

0,012

0,008

Sisal

0,30

0,38

0,46

0,175

0,072

0,109

0,028

0,008

0,016


Tabela B.37 Resistência ao cisalhamento do compósito para diferentes tipos

de fibra e idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de arrancamento de fibras.


�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


Côco 79,20 9,05 *


Sisal 115,26 14,58 *



ILEUDV�

0pGLD

�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


7 76,80 9,17 * *

28 117,34 17,03 * * *

90 62,53 14,64 *

180 131,67 14,12 *



grupo homogêneo.

Tabela B.38 Resistência ao cisalhamento. Idem tabela anterior, com


)LEUD ,GDGH��GLDV� 0pGLD��N3D� 'HVYLR�SDGUmR��N3D�

Côco

7

28

90

180

76,50

86,65

62,53

100,80

17,29

12,85

14,64

32,10

Polipropileno

7

28

90

180

59,30

118,53

0,00

147,10

14,98

37,13

0,00

9,40

Sisal

7

28

90

180

94,60

146,25

0,00

0,00

13,16

2,65

0,00

0,00



e idades. Relação a/c = 0,38. Ensaio de arrancamento de fibras.


�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


Côco 2,034 0,343 *


Sisal 1,854 0,250 *



ILEUDV�

0pGLD

�N-�Pð�

'HVYLR�SDGUmR

�N-�Pð�


7 1,420 0,220 * *

28 3,182 0,617 * *

90 1,177 0,420 *

180 3,830 0,286 *



grupo homogêneo.




Côco

7

28

90

180

1,590

2,407

1,177

3,613

0,433

0,190

0,420

0,353

Polipropileno

7

28

90

180

1,161

4,239

0,000

3,939

0,570

1,277

0,000

0,414

Sisal

7

28

90

180

1,510

2,372

0,000

0,000

0,136

0,354

0,000

0,000


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