Estudo e avaliação da carbonatação acelerada no fibrocimento sob aspectos de cura, desempenho físico-mecânico, microestrutura e permeabilidade

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Filomeno, Rafael Henrique
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Carbonatação; Carbonation; CO2 diffusion; Difusão de CO2; Fibras vegetais; Microestrutura; Microstructure; Porosidade; Porosity; Vegetable fibers
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/74/74133/tde-07022024-111809/

A utilização da carbonatação acelerada em materiais cimentícios tem sido abordada de diferentes maneiras atualmente. No fibrocimento reforçado com fibras vegetais, a carbonatação acelerada pode ser adotada como recurso para mitigar a degradação alcalina das fibras, melhorando as características de interface fibra-matriz, desempenho físico-mecânico e durabilidade. O fibrocimento é formado por uma microestrutura irregular que interfere nos mecanismos de difusão do CO2 para a carbonatação. Além disso, o processo de carbonatação ocorre por meio de uma reação complexa o qual depende de parâmetros como umidade, temperatura, pressão, concentração de CO2 e tempo de carbonatação. Assim, o presente trabalho teve como objetivo estudar a influência dos parâmetros de concentração de água, tempo de carbonatação e constituintes da matriz cimentícia no processo de carbonatação acelerada, e os principais efeitos no desempenho físico-mecânico, microestrutural e permeabilidade do fibrocimento. Para isso, foram produzidas placas de fibrocimento reforçadas com polpas celulósicas de eucalipto pelo método de sucção e prensagem (Hatschek). Após 2 dias de cura inicial os materiais foram carbonatados com saturação de CO2 (~100%), temperatura de 60°C e pressão de 5 bar. Os materiais foram avaliados sob aspectos de idades e tipos de cura (3, 7 e 28 dias), teores de polpas celulósicas na produção do fibrocimento (5, 8, 10, 12 e 15%), diferentes concentrações de água durante a carbonatação (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 e 90%), e tempo de carbonatação (2, 12 e 24 h). A avaliação das amostras de fibrocimento foi realizada por meio de difração de raios X (DRX), termogravimetria (TGA), grau de carbonatação (GC), microscopia eletrônica de varredura (MEV), porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM), permeabilidade ao ar e ensaios físico-mecânicos para obtenção das propriedades de porosidade aparente (PA), densidade aparente (DA), módulo de ruptura (MOR), limite de proporcionalidade (LOP), módulo de elasticidade (MOE) e energia específica (EE). Os resultados obtidos mostraram que a utilização da carbonatação acelerada favorece a obtenção de fibrocimentos com menores idades de cura (3 dias). Não foram apresentadas diferenças estatísticas significativas quanto ao desempenho físico-mecânico em relação aos materiais com idades de cura mais avançadas (7 e 28 dias). A utilização de 8% de polpa celulósica no fibrocimento influenciou em um ganho de resistência de 51% após a carbonatação, atingindo um MOR de 17 MPa. No entanto, a densificação ocasionada pela carbonatação na matriz cimentícia ocasionou a obtenção de matrizes mais rígidas e menor capacidade de deformação, o que não aconteceu para as amostras produzidas com maiores teores de polpas celulósicas (12 e 15%). Ainda que não tenham alcançado as maiores taxas de grau de carbonatação, as amostras produzidas com 15% de polpas celulósicas preservaram a capacidade de deformação do fibrocimento mesmo após a carbonatação acelerada. Em relação a influência da água no processo de carbonatação, pode-se perceber que as menores concentrações de água favoreceram a carbonatação de poros de menor tamanho, enquanto as maiores concentrações de água influenciaram na carbonatação dos poros maiores no fibrocimento. Os teores de água entre 50-70% influenciaram na obtenção de maiores graus de carbonatação (55,7%) e resistência (17,4 MPa). Quanto ao desenvolvimento da reação de carbonatação no material, pode-se perceber que a estabilização da reação ocorreu mais rápido (12 h) para os materiais carbonatados com 50% de água. Isso mostra que o processo de carbonatação pode ser afetado de diferentes formas à medida que os parâmetros de carbonatação sejam alterados, proporcionando a obtenção de diferentes características aos materiais carbonatados.