Estudo das propriedades de concreto massa com adição de partículas de borracha de pneu

Abstract

O aproveitamento de partículas de pneus inservíveis no concreto tem sido objeto de estudo de diversos pesquisadores, pois se justifica como uma alternativa atraente de disposição desses resíduos ao mesmo tempo em que resulta em modificações das propriedades do concreto que podem ser benéficas para certas aplicações, que requerem características específicas, tais como maior capacidade de deformação e comportamento à fratura menos frágil do que o concreto convencional. Essas características do concreto com borracha de pneu (CBP) podem ser interessantes para a redução do risco de fissuração de concretos submetidos a variações volumétricas, caso típico dos concretos massa. Nesta pesquisa se buscou averiguar como a adição de partículas de pneu afeta as propriedades mecânicas, térmicas e viscoelásticas do concreto massa, com o intuito de verificar se era possível obter um compósito menos suscetível aos riscos de fissuração devido a efeitos térmicos. As dosagens de concreto massa com borracha de pneu estudadas foram analisadas em função do teor, da granulometria e do tratamento superficial aplicado às partículas de borracha de pneu. O programa experimental foi desenvolvido em três etapas. A primeira delas envolveu uma ampla faixa de teores de borracha, sendo realizados ensaios básicos para identificar a eficácia dos tratamentos superficiais em proporcionar uma boa interface borracha/matriz do concreto e o maior teor de substituição das partículas de borracha sem prejuízo das propriedades mecânicas. Nessa etapa foram também selecionadas amostras para análise microestrutural por microscopia eletrônica de varredura, a fim de correlacionar a qualidade da interface borracha/matriz do concreto com as características mecânicas. Na segunda etapa foram selecionados os parâmetros que resultaram em melhor desempenho dentre as variáveis analisadas na primeira etapa e buscouse avaliar o efeito da adição de partículas de pneu nas propriedades referentes à tenacidade e à permeabilidade do concreto. Para o desenvolvimento da terceira etapa do estudo foram selecionadas duas composições mais promissoras dentre aquelas utilizadas na primeira e na segunda etapas, a fim de analisar o efeito da borracha de pneu nas propriedades térmicas, elásticas e viscoelásticas do concreto, bem como o comportamento termomecânico. Adicionalmente, algumas amostras foram submetidas a ensaios com vistas à avaliação de características referentes à durabilidade. Os resultados indicaram que o máximo aproveitamento da borracha de pneu no concreto, sem prejuízo considerável das propriedades mecânicas, ocorre para o teor de 10% de partículas de borracha de 1,5mm e 4,8mm em substituição parcial do volume de areia. Teores mais elevados e partículas de menor dimensão levaram a uma contínua redução das propriedades mecânicas e aumento do teor de ar aprisionado. Não houve diferença significativa de propriedades nem na microestrutura das amostras contendo partículas com e sem tratamento superficial. As análises termomecânicas indicaram que o uso de concretos com borracha de pneu pode ser uma alternativa eficiente para minimizar o risco de fissuras de origem térmica, quando comparados a um concreto convencional. Com base nos resultados obtidos até a idade de 2 anos, verifica-se que o consumo de 29 kg/m3 de borracha de pneu no concreto não prejudica as características de durabilidade do material.

The use of waste tire rubber particles in concrete has been studied by several researchers, because it constitute both an attractive alternative for the final disposition of these residues and offers a possibility to modify certain concrete properties that might contribute for a better performance in certain applications that require specific characteristics, such as increased deformation capacity and more ductile behavior than conventional concrete. These characteristics of rubberized concretes might be interesting because they reduce the risk of cracking when concrete is subjected to volumetric changes, as occurs with mass concretes. In this research, it was studied how the introduction of rubber particles would affect the mechanical, viscoelastic and thermal properties of mass concretes, with the aim to check if it is possible to obtain a composite less susceptible to cracking due to thermal effects. The mixtures were analyzed based on the following features: rubber content, granulometry and surface treatment applied to the tire rubber particles. The experimental program was performed in three stages. The first one involved a wide range of mixtures, with varying rubber contents. At this stage, basic tests were carried out in order to identify how effective surface treatments were in generating a good tire rubber/matrix interface as well as how much high tire rubber contents would impact the mechanical properties of the concrete. Samples were selected for microanalysis through scanning electron microscopy to correlate the quality of the rubber/matrix interface with mechanical characteristics. In the second stage, the mixtures that resulted in the best performance in the first stage were further studied. The effects of the addition of tire rubber particles on the properties related to tenacity and permeability of concrete were evaluated. During the third stage, the best two mixtures used in the first and second stages were selected in order to analyze the effect of the addition of rubber particles in the thermal, elastic and viscoelastic properties of concrete, as well as in the thermo mechanical behavior of structures made with this material. Additionally, some samples were subjected to tests for the assessment of features related to the durability of concrete. The results indicated that the best use of tire rubber on concrete, without reducing the mechanical properties, occurs for a 10% content of rubber particles of 1.5mm and 4.8mm, used in partial replacement of the river sand. Higher contents and smaller particles led to greater reductions of the mechanical properties and an increase in the trapped air content. There was no significant difference either in the microstructure or in the properties of the samples containing particles with and without surface treatment. The thermo mechanical analysis indicated that the use of concrete with tire rubber can be an efficient alternative to minimize the risk of cracking due to thermal effects, compared with a conventional concrete. Based on the results obtained until the age of 2 years, the consumption of 29 kg/m3 of tire rubber on concrete did not seem to affect the durability characteristics of the material.