BR0201204B1 - processo de obtenção de telha de fibrocimento com reforço à base de polpa celulósica, por meio de sucção de água e prensagem, e produtos assim obtidos. - Google Patents

Description

PROCESSO DE OBTENÇÃO DE TELHA DE FIBROCIMENTO COM REFORÇO À BASE DE POLPA CELULÓSICA, POR MEIO DE SUCÇÃO DE ÁGUA E PRENSAGEM, E PRODUTOS ASSIM OBTIDOS

Refere-se a presente invenção a processo de obtenção de telha de fibrocimento com reforço de fibras celulósicas, por meio de mistura, drenagem de água por sucção e prensagem, e produtos assim obtidos.

Os produtos assim obtidos serão utilizados na cobertura de construções civis em geral, dentre elas, construções industriais, residências, instalações rurais e outras. A inovação ora em proposição usou como ponto de partida o processo

de moldagem e adensamento por vibração das telhas, as quais apresentam pequenas dimensões (ex. 490 χ 260 mm, medidas no quadro de moldagem) e formato similar ao das telhas cerâmicas tipo "romana". Essas telhas possuem recortes inclinados em dois de seus cantos diagonalmente opostos, de modo a evitar a sobreposição de quatro peças durante a montagem do telhado. O equipamento usado nesse processo já existente é composto de uma simples mesa vibratória, acionada por motor elétrico de baixa potência (ex. 736 W), à qual se acopla o quadro metálico, assentado sobre um filme plástico removível, este último com a função de facilitar a retirada da placa recém- moldada. A seguir, o quadro é suspenso e o conjunto plástico-placa arrastado para uma fôrma ondulada, que confere à telha seu formato final. Após cerca de 24 horas, as telhas são desformadas e os filmes plásticos destacados de suas superfícies, seguindo as telhas para cura úmida em atmosfera saturada ou por imersão em água.

Conforme experimento com processo análogo de fabricação, reportado no Roofing Advisory Service (RAS) Technical Bulletin, 1994, seu uso para obtenção de fibrocimentos mostrou-se pouco eficiente. Telhas de argamassa de cimento reforçadas com 1 % em volume de fibras cortadas de sisal sofreram redução de 30% da resistência à tração na flexão, em relação ao padrão sem fibra, aos 14 dias de idade, apesar do aumento da resistência ao impacto conferido pelas fibras. Como recomendação final do RAS no referido trabalho, indica-se a produção de telhas sem a incorporação de fibras, sempre que possível, a menos em regiões em que não se disponha de agregados para produção de argamassas ou microconcretos.

O objetivo da invenção ora proposta é permitir a utilização de fibras vegetais, por meio deste processo, como reforço de matrizes à base de cimento, na produção de telhas de cobertura, com melhor desempenho mecânico que aquele apresentado pelo padrão sem fibra correspondente. Este processo viabilizará o emprego de fibrocimentos com reforço de fibras vegetais, tomando por referência o fraco desempenho mecânico das telhas, descritos no estado da técnica.

Tal melhoria é conseguida pela conjunção de diversos procedimentos que compõem este novo processo, estes até então não utilizados no processo produtivo de telhas: • Preparo da fibra celulósica por desintegração com agitação em água.

• Produção do compósito por dispersão das fibras e dos constituintes da matriz em quantidade elevada de água, de modo a permitir sua perfeita homogeneização.

β Retirada do excesso de água do compósito por sucção a vácuo.

• Moldagem das telhas seguida de prensagem para retirada suplementar de água e aumento da compacidade do material.

Para melhor compreensão da invenção ora proposta, é apresentada a seguinte figura:

Figura 1: - Fluxograma do processo

De acordo com a figura 1, o processo ora proposto é composto pelas seguinte etapas:

a) Tratamento das fibras por dispersão em água e drenagem.

b) Pesagem das matérias-primas.

c) Homogeneização do compósito.

d) Espalhamento.

e) Adensamento.

f) Sucção.

g) Moldagem.

h) Prensagem.

i) Cura.

a) Tratamento da fibras a.1) Dispersão em água

O tratamento da polpa celulósica deve se dar por total dispersão em água, com o uso de agitação mecânica, por meio de liqüidificador industrial de alta rotação, com motor de pelo menos 0,5 CV de potência. A dispersão deve ser feita em baixa concentração (se possível, entre 5 e 15 g de fibra seca por litro de água), pelo tempo aproximado de 10 min.

a.2) Drenagem

A seguir, efetua-se a drenagem do excesso de água por filtração, pelo uso de tecido tipo microfibra, por exemplo. Esse processo pode ser acelerado com emprego de sucção, pelo uso da fonte geradora de pressão reduzida descrita na etapa f a seguir. A fibra tratada deve ser utilizada em curto espaço de tempo (da ordem de 24 h), ou ser mantida sob refrigeração, para evitar apodrecimento.

Além de polpas celulósicas, também é possível a utilização de macrofibras de plantas fibrosas (ex.: sisal, coco, malva e bananeira), desde que previamente cortadas em comprimento de até 30 mm, para facilitar a dispersão na matriz de cimento. No caso dessas macrofibras, fica dispensada a etapa de tratamento das fibras, supra descrita.

b) Pesagem das matérias-primas Definida a formulação, cada um dos constituintes deverá ser pesado

em balança industrial com resolução de 0,1 g para quantidades até 5 kg. Para quantidades maiores entre 5 e 60 kg, a resolução da balança pode ser de até g. Dentre as matérias primas, poderão ser utilizados o cimento Portland comercial, inclusive com adições como escória de alto-forno, material carbonático, pozolanas e sílica ativa. Também é possível o emprego de cimentos sem clínquer, como é o caso de escória de alto forno moída ( finura igual ou superior a 500 m2/kg, determinada pelo permeabilímetro de Blaine, segundo a NBR 7224/84 ) e ativada quimicamente (ex. de ativadores: gipsita e cal hidratada).

No caso de serem utilizadas macrofibras de plantas fibrosas, podem ser utilizados agregados minerais (ex.: agreagados miúdos e agregados graúdos de graduação zero, conforme especificação da NBR 7211) como componentes da matriz cimentícia. A dosagem é geralmente de, no máximo, três partes em massa de agregados para cada parte de aglomerante.

Quanto às fibras, podem ser utilizadas polpas celulósicas de fibras longas (ex. Pinus radiata) ou de fibras curtas (ex. Eucalyptus grandis), obtidas por qualquer processo disponível para polpação (ex.: polpação química, mecânica ou a combinação de ambas). Para o caso de macrofibras de plantas fibrosas, espera-se uma crescente dificuldade de dispersão das fibras no compósito à medida que aumenta o teor de fibras.

A água preferencialmente deve ser potável, de modo a atingir relação água/aglomerante suficiente para a boa trabalhabilidade do compósito recém misturado ( ver item "c" a seguir). Recomenda-se ainda a utilização de aditivo superplastificante, com dosagens prescritas pelo fabricante, de modo a atingir- se trabalhabilidade aceitável com relação água/aglomerante de pelo menos 0,50.

Outros aditivos, (ex.: aceleradores de pega) também poderão ser eventualmente empregados, juntamente com a matriz cimentícia, de acordo com a necessidade do processo produtivo, seguindo-se, para tanto, as prescrições dos fabricantes. Agentes floculantes, com a função de aglutinar as partículas de aglomerante junto à superfície das fibras de reforço, serão utilizados caso haja necessidade de se garantir a retenção de finos durante o processo de sucção, descrito no item f, a seguir. io c) Homogeneização do compósito

A mistura deve ser feita, sempre que possível, mecanicamente, com extremo cuidado, de modo a atingir a máxima homogeneização dos materiais, evitando-se a sua segregação. O tempo de mistura deve ser dimensionado entre 5 e 10 minutos. O equipamento de mistura deve apresentar eixo vertical, de

preferência com movimentos de rotação e translação, tipo "planetário". Inicialmente, o acionamento deve ser com velocidade baixa ( ex.: 830 rpm ), durante a introdução das matérias-primas, por cerca de 1 minuto. A seguir, passa-se para alta velocidade de rotação (por exemplo, 1680 rpm ) até completar-se o tempo total de mistura.

O índice de consistência, pela mesa de consistência ou flow table (medição conforme NBR-7215), para o compósito assim obtido, deve estar preferencialmente compreendido entre 200 e 250 mm. d) Espalhamento

A quantidade de material suficiente para uma telha deve ser espalhada na superfície delimitada por um quadro de moldagem, de modo a assumir o formato de uma placa esbelta com espessura recomendada entre 6 e 12 mm.

O compósito deve ser distribuído por igual em toda a superfície de

moldagem da placa, de modo a garantir espessura o mais uniforme possível para a telha, e ainda minorando o aprisionamento indesejável de bolhas de ar.

Deve-se ainda conformar um ressalto com altura de aproximadamente mm, numa das extremidades da placa, que terá a função de escorar a telha na estrutura de apoio do telhado ( ex.: ripas de madeira ).

e) Adensamento

Necessário para auxílio no processo de espalhamento da massa, bem como para expulsão do excesso de bolhas de ar. O adensamento é efetuado por vibração de superfície, com freqüência de vibração entre 1500 e 2500 rpm e duração em torno de 60 s. Deve-se evitar a segregação de material sólido, bem como a exsudação de água, ajustando-se a freqüência e o tempo de vibração para cada tipo de mistura adotada.

f) Sucção

Para retirada do excesso de água, realiza-se a drenagem por sucção a vácuo. A superfície de sucção deve estar provida de um elemento filtrante que evite a passagem de partículas menores (finos) do compósito. Também podem ser usados agentes floculantes para esse fim. A fonte geradora de pressão reduzida ("bomba de vácuo") utilizada nesse processo deve garantir vazão máxima da ordem de 4.10"3 m3/s e pressão manométrica negativa entre 60 e 80 kPa. O tempo de sucção adotado

é em torno de 2 min.

A quantidade de água residual (após sucção), no compósito, deve ser suficiente para garantir a hidratação do material cimentício, bem como deve permitir a conformação da placa recém-fabricada na superfície de moldagem.

g) Moldagem

Trata-se de dar à placa esbelta e plana recém-produzida o formato final desejado para a telha ( ex.: formato similar ao das telhas cerâmicas tipo "romana" ou outras ). Isso se dá pelo assentamento da placa de fibrocimento sobre o molde correspondente.

h) Prensagem

Por meio de uma prensa, será aplicada pressão superficial de até 3,2 MPa durante 5 min, com a função de retirada suplementar de água do compósito e aumento da sua compacidade. A prensagem pode ser feita em cada telha individualmente, ou simultaneamente em diversas telhas empilhadas.

As placas são então transferidas para fôrmas empilháveis, nas quais devem permanecer por tempo suficiente para permitir sua desforma sem risco de quebra ou de fissuração. Entre as fôrmas e as telhas pode ser aplicado um dispositivo que facilite a sua fácil desforma (ex.: filme plástico e/ou líquido desmoldante para produtos de concreto). i) Cura

Segue-se a etapa de cura, recomendável pelo período mínimo de 7 dias, por um dos seguintes procedimentos:

1.1) Cura por imersão em água.

1.2) Cura em ambiente saturado ou com umidade relativa acima de

90%.

Opcionalmente pode ser empregada cura térmica, com o propósito de permitir a rápida desmoldagem e o ganho acelerado de resistência nas primeiras idades. Neste caso, a cura deve, preferencialmente, iniciar-se nas primeiras horas após a moldagem, enquanto as telhas ainda se encontram nas fôrmas.

Por meio do invento ora proposto, obtém-se as seguintes vantagens:

• Uso de polpas celulósicas previamente dispersas em água com agitação mecânica.

• Produção do compósito por dispersão das fibras e dos componentes da matriz em quantidade elevada de água, de modo a permitir sua perfeita homogeneização.

• Retirada do excesso de água do compósito por sucção a vácuo.

« Moldagem das telhas seguida de prensagem para retirada suplementar de água e aumento da compacidade do material.

A elevada tenacidade, conferida pela polpa celulósica ao compósito, possibilita o aumento da resistência ao impacto, o que é muito vantajoso frente a carregamentos dinâmicos, como acontece no momento do transporte e do manuseio das telhas, evitando sua quebra frágil, com a conseqüente redução de custo e o aumento da segurança dos trabalhadores e usuários.

A tabela 1 apresenta as principais propriedades mecânicas e físicas de compósitos, elaborados a partir dos novos processos aqui apresentados, com o uso de matriz de cimento de escória de alto-forno ativada com gipsita e cal hidratada, reforçada com 8% em massa de polpas celulósicas de eucalipto (Eucalyptus grandis) e/ou de banana (Musa cavendishii, cultivar nanicão). Para efeito comparativo, também são apresentados os resultados do padrão sem reforço fibroso. Sendo que, os valores entre parêntesis representam o desvio- padrão e as letras iguais, na mesma coluna, acompanham grupos de valores homogêneos, com 5% de significância, pelo método comparativo de Tukey.

Tipo de fibra Módulo de elasticidade (Gpa) Resistência à tração na flexão (Mpa) Energia específica (kJ.m2) Absorção de água (% em massa) Massa específica (g.cnV3) Padrão 11,60(1,65) A 8,1 (2,2) A 0,034 (0,013) A 17,6 (0,9) A 1,84 (0,03) A Eucalipto 6,64(0,61) B 18,0(1,4) B 0,745 (0,105) B 28,0(1,4) B, C 1,44 (0,04) B Banana 6,72 (0,59) B 21,8(1,2) C 0,509 (0,060) C 27,2 (0,6) B 1,46 (0,02) B 40%Eucalipto/ 60%Banana 4,34 (0,50) C 15,0(1,1) D 0,734 (0,166) B 29,3(1,1) C, D 1,40 (0,03) C 60%Eucalipto/ 40% Banana 4,15(0,27) C 14,1 (0,6) D 0,674 (0,068) B, C 30,4 (0,7) D 1,38 (0,02) C

Tabela 1 - Propriedades físicas e mecânicas dos compósitos obtidos. Os valores de módulo de elasticidade, resistência à tração na flexão e energia específica, mostrados na tabela 1, foram determinados de acordo com procedimentos de ensaio especificados em Savastano Jr., H.; Warden. P.G.; Coutts, R.S.P. Brazilian waste fibres as reinforcement for cement-based composites. Cement & Concrete Composites. 22(5):379-384, 2000. Enquanto absorção de água e massa específica, foram determinados de acordo com procedimentos de ensaios especificados na NBR-9778.

As telhas obtidas apresentam propriedades físicas satisfatórias, segundo os seguintes critérios:

- Empenamento1 importante na avaliação do encaixe das telhas, de até 3 mm, de acordo com a NBR-13858-2.

- Permeabilidade que não ultrapassa a manifestação da mancha, na face inferior da telha, após 24 h sob pressão de coluna d'água de 250 mm, o que é aceitável, de acordo com a NBR 12800.

- Absorção de água por imersão por 24 horas, mostrou-se sempre inferior a 37%, também de acordo com a NBR 12800.

- Capacidade de carga de acordo com as especificações propostas por Gram, H. E.; Gut, P. D. Directives pour Ie controle de qualite. St. Gallen, Skat/BIT,1994. 69p. (Serie Pedagogique TFM/TVM:outil 23), segundo os quais, as telhas ensaiadas na condição saturadas em água (após imersão por 24 horas) e em dispositivo de flexão com 3 cutelos, com vão inferior de 350 mm, devem suportar no mínimo, os seguintes carregamentos:

® 250 N, para telhas de 6 mm de espessura; • 420 N1 para telhas de 8 mm de espessura;

• 680 N1 para telhas de 10 mm de espessura.

O cutelo central de aplicação do carregamento deve ajustar-se perfeitamente à superfície da telha. Uma faixa de borracha com pelo menos 5 mm de espessura pode ser empregada para auxiliar na distribuição da carga.

O processo ora apresentado possibilita o funcionamento ótimo de polpas celulósicas como reforço de matrizes à base de cimento, atendendo a requisitos de desempenho mecânico, físico e térmico adequado para produção de telhas de fibrocimento. Ele e os produtos obtidos serão utilizados na cobertura de construções civis em geral, dentre elas, construções industriais, residências, instalações rurais e outras.

Claims (14)

1. "PROCESSO DE OBTENÇÃO DE TELHA DE FIBROCIMENTO COM REFORÇO À BASE DE POLPA CELULÓSICA" caracterizado por compreender as seguintes etapas: . a) Tratamento das fibras por dispersão sob agitação mecânica em água, por no mínimo 10 minutos, sendo a concentração de fibra seca na faixa de 5 a 15 g por litro de água, retirando-se o excesso de água por filtração pelo uso de tecido tipo "microfibra"; b) Pesagem das matérias-primas usadas para obter o compósito; c) Homogeneização do compósito em misturador mecânico com o tempo entre 5 e 10 minutos e entre 830 e 1680 rpm; d) Espalhamento do compósito suficiente para uma telha de modo a garantir espessura o mais uniforme possível; e) Adensamento por vibração de superfície, com freqüência de vibração entre 1500 e 2500 rpm e duração em torno de 60 s; f) Sucção do excesso de água do compósito, por meio de fonte geradora de pressão reduzida, com vazão da ordem de 4.10"3 m3/s e pressão manométrica negativa entre 60 e 80 kPa por 2 minutos; g) Moldagem do formato final desejado para a telha; h) Prensagem da telha por meio de pressão superficial de até 3,2 MPa pelo período de 5 minutos. i) Cura da telha pelo período mínimo de 7 dias.

2. "PROCESSO DE OBTENÇÃO DE TELHA DE FIBROCIMENTO COM REFORÇO À BASE DE POLPA CELULÓSICA", de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por ser a polpa celuíósica de fibras curtas e/ou longas e macrofibras.

3. "PROCESSO DE OBTENÇÃO DE TELHA DE FIBROCIMENTO COM REFORÇO À BASE DE POLPA CELULÓSICA" de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por ser a fibra tratada mantida sob refrigeração decorridas 24 horas de tratamento.

4. "TELHA DE FIBROCIMENTO COM REFORÇO À BASE DE FIBRAS CELULÓSICAS" obtida conforme processo definido nas reivindicações 1 a 3 io caracterizada por terem os produtos recortes inclinados em dois dos seus cantos diagonalmente opostos.

5. "TELHA DE FIBROCIMENTO COM REFORÇO À BASE DE FIBRAS CELULÓSICAS" obtida conforme processo definido nas reivindicações 1 a 3 caracterizada por terem os compósitos módulo de elasticidade na faixa de 3,84 a 7,31 GPa.

6. "TELHA DE FIBROCIMENTO COM REFORÇO À BASE DE FIBRAS CELULÓSICAS" obtida conforme processo definido nas reivindicações 1 a 3 caracterizada por terem os compósitos resistência à tração na flexão na faixa de 13,5 a 23,0 MPa.

7. "TELHA DE FIBROCIMENTO COM REFORÇO À BASE DE FIBRAS CELULÓSICAS" obtida conforme processo definido nas reivindicações 1 a 3 caracterizada por terem os compósitos energia específica de, no mínimo, 0,45 kJ.m"2.

8. "TELHA DE FlBROCIMENTO COM REFORÇO À BASE DE FIBRAS CELULÓSICAS" obtida conforme processo definido nas reivindicações 1 a 3 caracterizada por terem os compósitos massa específica aparente na faixa de 1,36 a 1,48 g.cm3.

9. "TELHA DE FIBROCIMENTO COM REFORÇO À BASE DE FIBRAS CELULÓSICAS" obtida conforme processo definido nas reivindicações 1 a 3 caracterizada por terem os produtos obtidos capacidade de carga de'250 N para telhas de 6 mm de espessura, após 24 h de imersão em água.

10. "TELHA DE FIBROCIMENTO COM REFORÇO À BASE DE FIBRAS CELULÓSICAS" obtida conforme processo definido nas reivindicações 1 a 3 caracterizada por terem os produtos obtidos capacidade descarga dé 420 N para telhas de 8 mm de espessura, após 24-h de imersão em água.

11. "TELHA DE FIBROCIMENTO COM REFORÇO À BASE DE FIBRAS CELULÓSICAS" obtida conforme processo definido nas reivindicações 1 a 3 caracterizada por terem os produtos obtidos capacidade de carga de 680 N para telhas de 10 mm de espessura, após 24 h de imersão em água.

12. "TELHA DE FIBROCIMENTO COM REFORÇO À BASE DE FIBRAS CELULÓSICAS" obtida conforme processo definido nas reivindicações 1a 3 caracterizada por terem os produtos obtidos o empenamento máximo igual a 3 mm.

13. "TELHA DE FIBROCIMENTO COM REFORÇO À BASE DE FIBRAS CELULÓSICAS" obtida conforme processo definido nas reivindicações 1 a 3 caracterizada por terem os produtos permeabilidade máxima igual à manifestação da mancha, sem formação de gotas na face inferior da telha.

14. "TELHA DE FIBROCIMENTO COM REFORÇO À BASE DE FIBRAS CELULÓSICAS" obtida conforme processo definido nas reivindicações 1 a 3 caracterizada por terem os produtos obtidos absorção de água de no máximo 31,1%.