Investigação do efeito da incorporação de resíduos de PET em compósitos cimentícios

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1 PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA Anine Cristina Detomi Santos Investigação do efeito da incorporação de resíduos de PET em compósitos cimentícios São João Del Rei, 2012

2 Anine Cristina Detomi Santos Investigação do efeito da incorporação de resíduos de PET em compósitos cimentícios Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado da Universidade Federal de São João del-rei, como requisito para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Mecânica Área de Concentração: Materiais e processos de Fabricação Orientador: Marco Antônio Schiavon Co-orientador: Túlio Hallak Panzera São João Del Rei, 2012

3 Ficha catalográfica elaborada pelo Setor de Processamento Técnico da Divisão de Biblioteca da UFSJ Detomi, Anine Cristina D482i Investigação do efeito da incorporação de resíduos de PET em compósitos cimentícios [manuscrito] / Anine Cristina Detomi Santos f. ; il. Orientador: Marco Antônio Schiavon. Dissertação (mestrado) Universidade Federal de São João del-rei. Departamento de Engenharia Mecânica. Referências: f Indústria de reciclagem Teses 2. Planejamento experimental Teses 3. Cimento Teses 4. Engenharia mecânica Teses I. Santos, Anine Cristina Detomi ver Detomi, Anine Cristina II. Schiavon, Marco Antônio (orientador) III. Universidade Federal de São João del-rei. Departamento de Engenharia Mecânica IV. Título CDU:

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5 Dedico com todo amor e carinho, à minha maior conquista, DAVI.

6 Agradecimentos À Deus, agradeço por tudo, principalmente por ter me dado forças e iluminado meu caminho para vencer mais esta etapa da minha vida. Ao meu pai, Dalmo, que além de um superpai, sempre foi um grande amigo, me incentivando e apoiando em todas minhas decisões. Agradeço pelo amor, cuidado, conselhos e pela confiança. À minha amada mãe, Sandra, pelo amor e dedicação que sempre teve comigo. Ao meu maravilhoso filho, Davi, minha benção, por ter somado tantas coisas boas em minha vida e por simplesmente ser a razão de minha busca por vitórias, conquistas e realizações. Agradeço aos meus irmãos, Diego e Rafael, e aos meus avós, Romilda e Antônio, por todo carinho e por sempre torcerem e rezarem por mim. À minha querida madrasta, Rosângela, por todo incentivo, força, cuidado, carinho e pela hospitalidade durante a realização deste trabalho. Á toda minha família pelo constante apoio, compreensão, amor e incentivo. Ao Luis Sérgio, Dalmo, Rosângela, Daniela e Darlene pelo incentivo de ingressar na vida acadêmica. À Angélica, Maria, Jordana, Rosângela, Dalmo e Rafael pelo carinho dedicado ao meu filho durante a minha ausência. Dedicação esta que me proporcionou tranquilidade e paz para conquistar meu objetivo.

7 Aos meus sogros, Maria de Lourdes e Sérgio, que compreenderam a minha ausência e do Davi. Ao Professor Doutor Marco Antônio Schiavon pela orientação, apoio e confiança prestados ao longo deste trabalho. Ao Professor Doutor Túlio Hallak Panzera, por ter aceitado ser o co-orientador deste trabalho, pela dedicação, orientação segura em todos os momentos importantes, competência, comprometimento, incentivo e amizade. Ao Professor Doutor Paulo Henrique Ribeiro Borges do corpo docente do departamento de Engenharia Civil do CEFET / MG, pelo interesse, observações e por fazer parte da banca examinadora desta dissertação de mestrado. Ao Professor Doutor Valdir Mano do corpo docente do Departamento de Ciências Naturais da Universidade Federal de São João Del Rei por fazer parte da banca examinadora desta dissertação de mestrado. À Professora Doutora Vânia Regina Velloso Silva, pela amizade, dedicação e por acompanhar meus passos desde a graduação. Aos bolsistas de iniciação científica, Arthur Melo, Túlio Pimenta, Sergio Ribeiro, Robert Muniz e Plinio dos Santos, pela colaboração indispensável que prestaram durante a fase experimental. Aos técnicos, Francisco Marcelino da Silva, Emílio Dias e Camilo dos Santos, pela valiosa colaboração nos ensaios mecânicos preliminares e definitivos dos compósitos. À Professora Doutora Maria Teresa Paulino Aguilar do corpo docente do departamento de Engenharia de Materiais e Construção da Universidade Federal de

8 Minas Gerais, por permitir a realização de ensaios mecânicos no Laboratório de Materiais da UFMG. Ao aluno do curso de graduação em Engenharia Civil da UFMG, Ramon Tadeu, e ao técnico, Dedé, pela contribuição no ensaio mecânico realizado na UFMG. À CAPES Coordenadoria de Aperfeiçoamento de Pessoal de Ensino Superior, pela concessão da bolsa de estudos. À toda equipe do CITeC, especialmente Fábio, Reniene, Carol, Luciano, Júlio, Zélia, Caio, Rubinho e Prof. André, pela convivência acadêmica, amizade, incentivo e momentos de descontração. À empresa Moinhos Gerais Ltda, especialmente ao Sr. Ogmar Casteli Panzera, pelo fornecimento do quartzo. À empresa MinasPet Indústria e Comércio de Embalagens e Serviços Ltda, especialmente ao Eng. Luiz Gustavo Guimarães, pelo fornecimento do PET moído. Ao Professor Doutor Frederico Ozanan Neves e à secretária Mônica Jaques pelo apoio administrativo prestado neste trabalho. À todos que direta ou indiretamente, colaboraram na execução deste trabalho. Finalmente, mas não por último, gostaria de registrar meus agradecimentos, em especial, ao meu amado marido Luís Sérgio, minha vida e companheiro, que compreendeu minha ausência, meu nervosismo e todo meu stress em vários momentos durante o desenvolvimento de meu trabalho. Muito obrigada pelo amor, confiança, incentivo, apoio, paciência, companheirismo, respeito, amizade, carinho... e obrigada pelo nosso maior tesouro: Davi!!!!!

9 "Existe uma lenda acerca de um pássaro que só canta uma vez na vida, com mais suavidade que qualquer outra criatura sobre a terra. A partir do momento em que deixa o ninho, começa a procurar um espinheiro-alvar, e só descansa quando o encontra. Depois, cantando entre os galhos selvagens, empala-se no acúleo mais agudo e mais comprido. E, morrendo, sublima a própria agonia e despede um canto mais belo que o da cotovia e o de rouxinol. Um canto superlativo, cujo preço é a existência. Mas o mundo inteiro pára para ouvi-lo, e Deus sorri no céu. Pois o melhor só se adquire à custa de um grande sofrimento... Pelo menos é o que diz a lenda. (Colleen McCullough)

10 DETOMI, A. C. Investigação do efeito da incorporação de resíduos de PET em compósitos cimentícios Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de São João Del Rei, MG. Resumo A quantidade de embalagens e produtos descartáveis de PET aumentou significativamente nas últimas décadas. Os plásticos usados em embalagens industriais, principalmente em garrafas e sacolas, apresentam risco ao meio ambiente devido a seu longo período de biodegradabilidade. A adição de rejeitos poliméricos de PET em diferentes classes de materiais tem sido o foco de inúmeras pesquisas realizadas, tornando esta uma alternativa sustentável para reciclagem destes resíduos. Este trabalho investiga o efeito da substituição de partículas de quartzo por PET no comportamento mecânico de argamassas. O planejamento fatorial completo adotado permitiu identificar os efeitos dos fatores experimentais relação água/cimento (0,45 e 0,55) e granulometria das partículas de substituição do agregado (G 4 a 20 US Tyler / M 20 a 50 US Tyler / F 50 a 200 US Tyler / GM 4 a 50 US Tyler / MF 20 a 200 US Tyler) sobre as variáveis-respostas: densidade aparente, porosidade aparente, absorção de água, permeabilidade, resistência a compressão e módulo de elasticidade. Os resultados mostraram uma redução das propriedades mecânicas com a substituição de agregado natural por PET. Com base nas condições de referência fabricadas com 100% de quartzo, o compósito C6 (A/C 0,55 e G ) exibiu propriedades aceitáveis, sendo este o mais recomendado para o reuso de partículas de PET. Finalmente, este trabalho permitiu identificar e quantificar o efeito da substituição de agregado natural quartzo por partículas de PET nos compósitos cimenticios, vislumbrando seu uso em aplicações não estruturais para construção civil. Palavras Chave: reciclagem, compósitos cimentícios, partículas de PET, planejamento estatístico de experimento.

11 DETOMI, A. C. The effect of PET waste additions on cementitious composites Masters Dissertation, Federal University of São João Del Rei, MG. Abstract The amount of polymeric packages and disposable products has increased significantly in the last decades. The plastics from the industrial packaging, particularly bottles and bags, are very aggressive to the environment due to their long period of biodegradability. The addition of PET wastes as dispersive phase into composite materials has been the focus of much research, making this a sustainable alternative for the reuse of such residues. This work investigates the effect of silica particle replacement by PET particles on the mechanical behaviour of cementitious composites. A full factorial design was conducted to identify the effect of the following factors water / cement ratio (0.45 and 0.55) and particle size ranges of silica replacement (G - 4 to 20 US- Tyler / M - 20 to 50 US- Tyler / F - 50 to 200 US- Tyler / GM - 4 to 50 US- Tyler / MF - 20 to 200 US- Tyler) on the following responses: density, porosity, water absorption, permeability, compressive strength and modulus of elasticity. The results revealed a reduction of the mechanical properties based on the quartz aggregate replacement by PET. Based on the reference condition (100% of quartz) properties, the C6 composite (A / C 0.55 and "G") presented acceptable properties, being a good alternative for PET recycling. Finally, this work was able to identify and quantify the effect of quartz/pet particle replacement in the mechanical behaviour of cementitious composites, making these composites suitable for non-structural applications of civil engineering. Key Words: recycling, cementitious composites, PET particles, full factorial design.

12 Lista de Figuras Figura 2.1 As fases de um compósito (DANIEL E ISHAI, 1994) Figura 2.2 Diagrama esquemático da classificação dos materiais compósitos, segundo Daniel e Ishai (1994) Figura 2.3 O empilhamento de camadas sucessivas reforçadas com fibras orientadas em um compósito laminado. (CALLISTER, 2011) Figura 2.4 Micrografia eletrônica de varredura (MEHTA E MONTEIRO, 2006) Figura 2.5 Microestrutura da pasta de cimento (DIAMOND, 2004) Figura 2.6 Representação esquemática de duas pastas de cimento, uma contendo uma relação água/cimento 0,65 e a outra 0,25 (AITCIN, 2000) Figura 2.7 Efeito da quantidade e do tamanho das partículas na eficiência de empacotamento (OLIVEIRA et al. 2000) Figura 2.8 Representação esquemática das formas de poros que podem ocorrer nas partículas (OLIVEIRA et al. 2000) Figura 2.9 Modelos esquemáticos que apresentam duas formas de empacotamento por uma mesma distribuição granulométrica (OLIVEIRA et al. 2000) Figura 2.10 Exemplo fornecido pelo Minitab [TM] do gráfico quatro em um dos resíduos Figura 3.1 Agregado natural: (a) fino, (b) médio, (c) grosso Figura 3.2 Peneirador mecânico com peneiras ABNT Figura 3.3 PET fornecido pela MinasPet Figura 3.4 Partículas de PET após granulação e peneiramento: (a) fino, (b) médio, (c) grosso Figura 3.5 Moinho de rotor e peneiras Figura 3.6 Moldes cilíndricos de PVC... 67

13 Figura 3.7 Gabarito capeador de enxofre Figura 3.8 Corpos-de-prova capeados com enxofre Figura 3.9 Câmara de vácuo para ensaio de densidade aparente Figura 3.10 Permeâmetro para medição de permeabilidade Figura 3.11 Sistema de vedação de gás e acoplamento da amostra no permeâmetro Figura 3.12 Equipamento de ensaio de compressão Figura 4.1 Gráficos de resíduos para a densidade aparente dos compósitos Figura 4.2 Efeito da interação A/C * Granulometria da Substituição sobre a média da densidade aparente dos compósitos Figura 4.3 Gráficos de resíduos para a porosidade aparente dos compósitos.. 79 Figura 4.4 Figura 4.5 Figura 4.6 Figura 4.7 Figura 4.8 Figura 4.9 Figura 4.10 Figura 4.11 Figura 4.12 Efeito do fator principal relação A/C sobre a média da porosidade aparente dos compósitos Efeito do fator principal Granulometria da Substituição sobre a média da porosidade aparente dos compósitos Gráficos de resíduos para a absorção de água dos compósitos Efeito do fator principal relação A/C sobre a média da absorção de água dos compósitos Efeito do fator principal Granulometria da Substituição sobre a média da absorção de água dos compósitos Gráficos de resíduos para a permeabilidade dos compósitos Efeito do fator principal relação A/C sobre a média da permeabilidade dos compósitos Efeito do fator principal Granulometria da Substituição sobre a média da permeabilidade dos compósitos Gráficos de resíduos para a resistência à compressão dos compósitos... 86

14 Figura 4.13 Efeito da interação A/C * Granulometria da Substituição sobre a média da resistência à compressão Figura 4.14 Gráficos de resíduos para a resistência à compressão dos compósitos Figura 4.15 Efeito da interação A/C * Granulometria da Substituição sobre a média do módulo de elasticidade Figura 4.16 Imagem de elétrons retro espalhados com uma amplificação de 100X, (a) C1: A/C 0,45; Granulometria de substituição G ; (b) C6: A/C 0,55; Granulometria de substituição G Figura 4.17 Imagem de elétrons retro espalhados com uma amplificação de 100X, (C10: A/C 0,55; Granulometria de substituição MF ) Figura 4.18 Imagem de elétrons retro espalhados com uma amplificação de 50X (a, b) condição de referência REF 3 (100% quartzo, A/C 0,55) (b, c) condição de referência REF4 (100% PET, A/C 0,55) Figura 4.19 Módulo de elasticidade e resistência à compressão Figura 4.20 Porosidade e densidade aparentes... 94

15 Lista de Tabelas Tabela 2.1 Classificações dos Planejamentos Experimentais (Adaptação de Juran, J.M. (1988)) Tabela 2.2 Matriz de planejamento experimental Tabela 3.1 Fatores e níveis do experimento Tabela 3.2 Planejamento fatorial completo Tabela 3.3 Condições de referência Tabela 3.4 Densidade de empacotamento dos materiais Tabela 3.5 Planilha para preparação de cada amostra Tabela 4.1 Análise de Variância (ANOVA) Tabela 4.2 Densidade aparente das condições de referência Tabela 4.3 Porosidade aparente das condições de referência Tabela 4.4 Absorção de água das condições de referência Tabela 4.5 Resistência à compressão das condições de referência Tabela 4.6 Módulo de elasticidade das condições de referência... 89

16 Lista de Abreviaturas e Siglas Letras Latinas A área de superfície [m 2 ] A b Absorção de água [%] A c área da superfície de carregamento [mm 2 ] dq / dt taxa de fluxo de fluido [m 3 /s] E módulo de elasticidade ou módulo de Young [MPa] F partículas finas [US Tyler] G partículas grossas [US Tyler] L espessura do sólido [m] K e - coeficiente de permeabilidade [m 2 ] M partículas médias [US Tyler] m 1 massa do corpo de prova seco [g] m 2 massa da amostra saturada com água [g] m 3 massa da amostra totalmente submersa na água [g] P carga máxima de ruptura [N] P a porosidade aparente [%] R c resistência à compressão [MPa] V i - volume do corpo de prova dado pelo deslocamento de água [cm 3 ]... Letras Gregas H gradiente de pressão [N/m 2 ] ε deformação do corpo de prova [mm/mm] µ - viscosidade do fluido [N.s/m 2 ] ρ a - densidade aparente do material [g / cm 3 ] σ - tensão aplicada [MPa]... Abreviações ABIPET Associação Brasileira da Industria do PET

17 ABRELPE Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais ANOVA Análise de variância CEMPRE Compromisso Empresarial para Reciclagem CMC Compósitos de matriz cerâmica CMMAD Comissão Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento CMM Compósitos de matriz metálica CMP Compósitos de matriz polimérica DOE Design of experiments MEV Microscopia eletrônica de varredura ONU Organização das Nações Unidas PET Poli(tereftalato de etileno) PVC Poli(cloreto de vinila)... Siglas ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas Al 2 O 3 Alumina ASTM American Society of Testing Materials CaO Óxido de cálcio C 2 S Belita C 3 A Aluminato tricálcico C 3 S Alita C 4 AF Brownmilerita Fe 2 O 3 Óxido de ferro MgO Magnésia SiO 2 Sílica SO 3 Anidrido sulfúrico CEFET Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais NBR Norma Brasileira UFMG Universidade Federal de Minas Gerais UFSJ Universidade Federal de São João del Rei

18 SUMÁRIO CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO Justificativa Objetivos do trabalho CAPÍTULO 2: REVISÃO DA LITERATURA Materiais compósitos Definição dos materiais compósitos Classificação dos materiais compósitos Cimento Portland Fatores que influenciam compósitos cimentícios Partículas ultrafinas Relação água e cimento Tamanho de partícula Geometria da partícula Técnica de compactação Compósitos com PET Poli(tereftalato de etileno) (PET) Reciclagem Estudos realizados: compósitos com PET Planejamento experimental Terminologia básica Procedimento experimental Planejamento fatorial... 56

19 CAPÍTULO 3: METODOLOGIA EXPERIMENTAL Materiais Empregados Fase matriz: cimento Portland Fase dispersa: partículas de quartzo Fase dispersa: partículas de PET Escolha dos fatores e níveis experimentais Fabricação dos corpos de prova Seleção das variáveis respostas Densidade aparente Porosidade aparente Absorção de água Permeabilidade Resistência à compressão e módulo de elasticidade estático Análise estatística Análise microestrutural CAPÍTULO 4: RESULTADOS E DISCUSSÕES Densidade aparente Porosidade aparente Absorção de água Permeabilidade Resistência à compressão Módulo de elasticidade Análise Microestrutural Análise das condições experimentais e de referência... 93

20 CAPÍTULO 5: CONCLUSÕES CAPÍTULO 6: SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS... 98

21 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO 1.1 Justificativa O consumo crescente de produtos industrializados tem resultado em um aumento descontrolado de resíduos sólidos. Segundo o panorama de resíduos sólidos no Brasil, divulgado pela ABRELPE (Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais), a produção de lixo no país em 2010 cresceu seis vezes mais do que a população. A produção média de resíduos sólidos urbanos está na ordem de 1,213 kg/hab.dia. Desta forma, são descartadas diariamente toneladas de resíduos no país. Deste total, 42,4% acabam em lixões e aterros controlados, que pouco se diferenciam dos lixões, uma vez que ambos não possuem o conjunto de sistema e medidas para proteção do meio ambiente contra danos e degradações. É evidente a necessidade de intervenção no processo de geração e destinação dos resíduos sólidos como forma de garantir a estabilidade ecológica no meio ambiente, por meio de um desenvolvimento sustentável. A busca por um consumo responsável e sustentável tem fundamento no relatório Brundtland, intitulado Nosso Futuro Comum, elaborado pela Comissão Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento (CMMAD) da Organização das Nações Unidas (ONU), publicado em Desenvolvimento sustentável é o desenvolvimento que satisfaz as necessidades do presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras de satisfazer suas próprias necessidades [...] como tal requer a promoção de valores que encorajam padrões de consumo que estejam dentro dos limites do ecologicamente possível e para o qual todos poderiam aspirar razoavelmente (CMMAD, 1991). A crescente conscientização sobre o meio ambiente contribui para as discussões relacionadas com a eliminação e reuso dos resíduos gerados. A gestão de resíduos sólidos é uma das principais preocupações ambientais do mundo. Com a escassez de espaço para deposição em aterros e, devido ao

22 21 seu custo cada vez maior, a utilização de resíduos tem se tornado uma alternativa atraente para sua disposição (SIDDIQUE et. al., 2008). A rentabilidade do mercado de reciclagem das embalagens plásticas no Brasil, assim como em outros países desenvolvidos, mostra aspectos atraentes para iniciativas empresariais do setor, com reflexos sócio-econômicos diretamente relacionados com a melhoria da qualidade de vida da população, geração de renda, economia de recursos naturais e atenuação de problemas ambientais (FORLIN e FARIA, 2002). No Brasil a prática da reciclagem ainda apresenta-se de forma incipiente, mas o cenário indica sinais de melhora. A pesquisa Ciclosoft 2010, realizada pelo Compromisso Empresarial para Reciclagem (CEMPRE), apresenta a participação dos plásticos na composição dos materiais recicláveis resgatados pelos programas de coleta seletiva no Brasil correspondente a média de 19,5% do lixo. Destes percentuais, o poli(tereftalato de etileno) (PET) representa 27,1%. O Brasil consumiu 505 mil toneladas do polímero PET na fabricação de embalagens em 2010; 56% das embalagens pós-consumo foram recicladas, totalizando 282 mil toneladas. Em 2010 o Brasil alcançou novamente o segundo lugar na reciclagem do PET, perdendo apenas para o Japão que reciclou 72,1%. Atualmente, o maior mercado para o PET pós-consumo no Brasil é a produção de fibra de poliéster para indústria têxtil (multifilamento), onde será aplicada na fabricação de fios de costura, forrações, tapetes e carpetes, mantas de TNT (tecido não tecido), entre outras. Outra utilização muito frequente é na fabricação de cordas e cerdas de vassouras e escovas (monofilamento). Outra parte é destinada à produção de filmes e chapas para boxes de banheiro, termo-formadores, formadores a vácuo, placas de trânsito e sinalização em geral. Também é crescente o uso das embalagens pósconsumo recicladas na fabricação de novas garrafas para produtos não alimentícios. É possível utilizar os flocos da garrafa na fabricação de resinas alquídicas, usadas na produção de tintas e também resinas insaturadas, para produção de adesivos e resinas poliéster. As aplicações mais recentes estão na extrusão de tubos para esgotamento predial, cabos de vassouras e na injeção para fabricação de torneiras (CEMPRE, 2012).

23 22 Novas alternativas para reutilização destas embalagens devem ser propostas, de modo a evitar o descarte em aterros sanitários e no meio ambiente. A decomposição do PET ocorre em aproximadamente 400 anos, acarretando problemas de ordem operacional nos aterros sanitários, dificultando a compactação da parte orgânica, além da significativa perda econômica e social, uma vez que a indústria da reciclagem gera empregos e usa mão de obra de baixa qualificação (CANELLAS, 2005). A adição de fibras sintéticas em diferentes classes de materiais como cerâmicos e polímeros surge como uma boa opção para o processo de reciclagem dos resíduos minerais e industriais (SATAPATHY e NANDO, 2008). A utilização do PET como fase reforçadora em materiais compósitos poliméricos tem sido investigada nos últimos anos (SATAPATHY e NANDO, 2008; ARAUJO et. al., 2007). Outros pesquisadores têm utilizado o PET como fase matriz de compósitos laminados (PEREIRA DE OLIVEIRA e CASTRO GOMES, 2011) ou particulados (ALBANO et. al., 2009). A literatura relata aplicações para resíduos plásticos em argamassa e concreto (SILVA et. al., 2005; BATAYNEH e MARIE, 2007; KIM et. al., 2010), tornando este, um material alternativo e ecológico para a construção civil. A maioria das pesquisas trata da aplicação de resíduos plásticos em concreto. Este projeto de pesquisa visa o desenvolvimento de argamassa sustentável, sendo um material compósito particulado constituído de uma fase de partículas de quartzo / PET e uma matriz cimentícia. O efeito da substituição de partículas de quartzo por PET no comportamento mecânico de compósitos cimentícios foi investigado neste trabalho. O planejamento estatístico de experimento adotado, Design of Experiment (DOE), permitiu identificar os efeitos dos fatores experimentais relação água/cimento e faixa granulométrica do agregado sobre as variáveis-respostas absorção de água, densidade e porosidade aparentes, permeabilidade, resistência à compressão e módulo de elasticidade.

24 23 É neste contexto tecnológico e social que este projeto de pesquisa visa contribuir para novas demandas da sociedade, por meio do desenvolvimento de materiais sustentáveis para a construção civil. 1.2 Objetivos do trabalho Este trabalho tem como objetivo estudar o efeito da substituição de partículas de quartzo por PET nas propriedades de compósitos cimentícios, visando à obtenção de um material compósito sustentável com propriedades físico-mecânicas adequadas para construção civil. Dentre os objetivos mais amplos estão: - promover a reutilização de rejeitos poliméricos; - agregar valor aos materiais reciclados; - incentivar a coleta seletiva.

25 CAPÍTULO 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Este capítulo foi divido em cinco partes distintas. Na primeira parte será feita uma descrição do que é um compósito, apresentando as definições que são dadas ao material, seguidas dos diversos tipos de compósitos e suas classificações. A segunda parte trará uma descrição do cimento Portland, de seus componentes e hidratação. Os fatores que mais influenciam os compósitos cimentícios serão apresentados na terceira parte. A quarta parte desta revisão trará uma breve abordagem histórica do Poli (tereftalato de etileno) (PET) e suas formas de reciclagem, além de uma revisão sobre os estudos realizados em compósitos reforçados com PET. Finalmente, uma breve explicação sobre a metodologia experimental baseada no planejamento estatístico de experimentos com sua terminologia básica, procedimento e planejamento fatorial serão apresentados. 2.1 Materiais compósitos O avanço tecnológico permitiu o desenvolvimento de novos materiais capazes de atender exigências específicas de projeto que os materiais convencionais não conseguem atender com o mesmo desempenho. A combinação química e estrutural de diferentes materiais permitiu o desenvolvimento de uma nova classe de materiais para a engenharia: os materiais compósitos. Os materiais compósitos são projetados de modo a conjugar as características das fases individuais Definição dos materiais compósitos Os materiais compósitos não possuem uma definição universalmente aceita. A palavra compósito deriva de composto, ou seja, qualquer coisa formada por partes (ou constituintes) diferentes. Na escala microestrutural, diversos materiais podem ser considerados compósitos, uma vez que são formados por agrupamentos atômicos diferentes. Já na escala macroestrutural, onde os constituintes são diferentes e podem ser identificados a olho nu, há também uma diversidade de materiais considerados compósitos. As dificuldades em se estabelecer uma definição para

26 25 material compósito residem nas limitações dimensionais impostas aos constituintes que formam o material, de acordo com Smith (1998). Para dar uma descrição razoável para o material compósito, o referido autor o define da seguinte forma: [...] um material compósito é formado por uma mistura ou combinação de dois ou mais microconstitutintes ou macroconstituintes que diferem na forma e na composição química e que, na sua essência, são insolúveis uns nos outros. Segundo a norma ASTM D , compósito é uma substância consistindo de dois ou mais materiais, insolúveis entre si, que são combinados para formar um material de engenharia útil exibindo certas propriedades que não se encontram nos materiais isoladamente. Callister (2011), de uma forma bem generalizada, considera materiais compósitos como sendo [...] qualquer material multifásico que exibe uma proporção significativa das propriedades de ambas as fases que o constituem, de modo tal que é obtida uma melhor combinação de propriedades. Segundo Daniel e Ishai (1994), um compósito estruturado pode ser definido como sendo um sistema de materiais composto de duas ou mais fases numa escala macroscópica, cujo desempenho mecânico e propriedades são projetados para serem superiores àqueles dos constituintes atuando independentemente, onde uma das fases é geralmente descontínua, mais forte e resistente, sendo denominada dispersa ou reforçadora, enquanto que a fase menos resistente é contínua e denominada matriz. A zona de transição ou interface surge entre a fase dispersa e a matriz. A qualidade da interface exerce um papel fundamental no desempenho de um compósito, isto porque a interface é a principal responsável pela eficiente transferência dos esforços da matriz para o reforço (DANIEL e ISHAI, 1994). Algumas vezes, devido a interações químicas ou efeitos de outros processos, uma fase adicional pode ocorrer na zona de transição denominada por interfase, que exibe propriedades distintas das fases dispersa e matriz.

27 26 A Figura 2.1 representa as fases de um compósito segundo a definição de Daniel e Ishai (1994). Figura As fases de um compósito (DANIEL E ISHAI, 1994). Segundo Daniel e Ishai (1994), é necessário satisfazer três critérios antes que o material possa ser classificado como um compósito: 1. Ambos os constituintes devem estar presentes em proporções maiores que 5%; 2. As fases constituintes devem ter propriedades diferentes; 3. As propriedades do compósito devem ser notoriamente diferentes daquelas dos materiais constituintes atuando independentemente. Dessa forma, um compósito consiste em um material multifásico feito artificialmente, em contraste com um material que ocorre ou se forma naturalmente. Além disso, as fases constituintes devem ser quimicamente diferentes e devem estar separadas por uma interface distinta. Assim, a maioria das ligas metálicas e muitos materiais cerâmicos não se enquadram nessa definição, pois as suas múltiplas fases são formadas como consequência de fenômenos naturais (CALLISTER, 2011).

28 27 As propriedades dos compósitos são função das propriedades das fases constituintes, de suas quantidades relativas e da geometria da fase dispersa (CALLISTER, 2011) Classificações dos materiais compósitos Os materiais compósitos podem ser classificados de acordo com o tipo de matriz, tipo de reforço, processo, entre outros critérios. Classificações quanto à natureza da fase dispersa e da matriz, no entanto, são as mais encontradas na literatura. No que se refere à fase matriz, um compósito pode ser classificado em três grupos: compósito de matriz metálica (CMM), compósito de matriz cerâmica (CMC) e compósito de matriz polimérica (CMP). Com relação à fase dispersa, pode ser classificado em três categorias gerais, dependendo do tipo, geometria e orientação do reforço: compósitos particulados, compósitos de fibras descontínuas (whiskers) e compósito de fibras contínuas, como mostra a Figura 2.2. Compósitos particulados: consistem em partículas de vários tamanhos e formas dispersas aleatoriamente dentro de uma matriz. Compósitos de fibras descontínuas (whiskers): contêm pequenas fibras (whiskers) como reforçadores. Compósitos de fibras contínuas: compósitos reforçados por longas fibras contínuas sendo os mais eficientes sob o ponto de vista de rigidez e força. As fibras podem ser orientadas paralelamente (unidirecional), formando ângulos entre si (crossply) ou distribuídas em várias direções (multidirecional).

29 28 Figura 2.2: Diagrama esquemático da classificação dos materiais compósitos, segundo Daniel e Ishai (1994). Os compósitos laminados são aqueles fabricados com camadas de fibras sobrepostas, sejam unidirecionais ou multidirecionais, dependendo das exigências de projeto, como mostra a Figura 2.3. De acordo com Callister (2011), um compósito laminado é composto por lâminas ou painéis bidimensionais que possuem uma direção preferencial de alta resistência, tal como encontrado nas madeiras e nos plásticos reforçados com fibras contínuas e alinhadas.

30 29 Os compósitos são denominados híbridos quando são constituídos de combinações de vários tipos de reforço, combinando fibras e partículas no mesmo material ou ainda combinando mais de um tipo de fibra ou de partícula no mesmo material (OLIVEIRA, 2007). Figura O empilhamento de camadas sucessivas reforçadas com fibras orientadas em um compósito laminado (CALLISTER, 2011). Os materiais cimentícios têm sido amplamente utilizados como fase matriz em diversos compósitos particulados. A grande vantagem é que os mesmos não necessitam de temperatura elevada para solidificação (sinterização), mas sim de um processo químico de hidratação responsável pela formação das fases sólidas e microestrutura. O cimento Portand foi utilizado neste trabalho como fase matriz, sendo assim será detalhado na seção seguinte. 2.2 Cimento Portland Segundo Newell (2010), os compósitos particulados contêm um grande número de partículas aleatoriamente orientadas, denominadas agregados, que ajudam o compósito suportar cargas compressivas. As propriedades finais dos compósitos particulados são mais fáceis de predizer, porque eles não têm os problemas de orientação que ocorrem nos compósitos reforçados por fibras. Em geral, os materiais

31 30 dos agregados são muito mais resistentes do que a fase matriz que os envolve, mas partículas adjacentes de agregado não podem se ligar umas às outras. O compósito particulado mais importante comercialmente é o concreto, que é uma mistura de brita, ou pedrisco (agregado) e cimento Portland (matriz). Tecnicamente, o termo concreto se refere a qualquer compósito particulado que misture agregados minerais com uma matriz que os una, mas atualmente o termo, geralmente, é aplicável ao concreto com cimento Portland. Concreto é um material compósito consistindo de um agregado de partículas que estão ligadas umas às outras em um corpo sólido por algum tipo de meio ligante, isto é, um cimento. Os dois tipos de concretos mais familiares são aqueles feitos com os cimentos Portland e asfáltico, onde o agregado é a brita e a areia. O concreto asfáltico é largamente usado, principalmente como um material de pavimentação, enquanto o concreto de cimento Portland é empregado extensivamente como um material estrutural na construção civil (CALLISTER, 2011). Os materiais da construção civil como o concreto, argamassa e outros produtos que utilizam o cimento Portland como aglomerante podem ser retratados como materiais compósitos de matrizes cimentícias. Tal abordagem provoca divergências entre engenheiros civis e de materiais devido às diferenças conceituais, de terminologia e tipo de análise (PANZERA, 2007). Cabe ressaltar que nesta dissertação de mestrado, os produtos cimentícios, provenientes ou não da construção civil, receberão uma análise voltada para a teoria dos materiais compósitos. Segundo Petrucci (1978), o concreto é um material de construção constituído por mistura de um aglomerante com um ou mais materiais inertes e água. Quando recém misturado, deve oferecer condições tais de plasticidade que facilitem as operações de manuseio indispensáveis ao lançamento nas formas, adquirindo com o tempo, pelas reações que então se processarem entre aglomerante e água, coesão e resistência. Os materiais que o compõem são o cimento, agregados e água. A dosagem pode ser definida como uma combinação adequada e econômica dos constituintes do concreto, que possa ser usada para a primeira mistura experimental com vistas a produzir um concreto que possa estar próximo daquele

32 31 que consiga um bom equilíbrio entre as várias propriedades desejadas ao menor custo possível. O traço pode ser quantificado em volume ou em peso, muitas vezes adota-se uma indicação mista: o cimento em peso e os agregados em volume. Seja qual for a forma, toma-se sempre o cimento como unidade, e relacionam-se as demais quantidades à quantidade de cimento como referência. De um modo sintético, as misturas dos elementos constituintes dos concretos podem ser assim designadas: PASTA = CIMENTO + ÁGUA; ARGAMASSA = PASTA + AGREGADO MIÚDO; CONCRETO = ARGAMASSA + AGREGADO GRAÚDO. Segundo a NBR 13281, argamassa é a mistura homogênea de agregado(s) miúdo(s), aglomerante(s) inorgânico(s) e água, contendo ou não aditivos ou adições, com propriedades de aderência e endurecimento, podendo ser dosada em obra ou em instalação própria (argamassa industrializada). O cimento usualmente empregado em concretos e argamassas é o cimento Portland, embora possam ser empregados outros tipos de cimento. Os agregados são classificados conforme granulometria em agregados graúdos e agregados miúdos. A Norma NBR 7211 classifica como agregado graúdo aquelas partículas que passam pela peneira com abertura de malha de 75 mm e ficam retidas na peneira com abertura de malha de 4,75 mm. Agregados miúdos são aqueles que passam pela peneira com abertura de malha de 4,75 mm e ficam retidas na peneira de 150 µm. O agregado miúdo que faz parte dos principais componentes do concreto é a areia, resultante da desintegração natural e da abrasão de rochas ou processamento de rochas arenosas friáveis. Já o agregado graúdo é, normalmente, a pedra britada, que trata-se do produto resultante da britagem industrial de rochas, seixos rolados ou pedras arredondadas graúdas (MEHTA e MONTEIRO, 2006).

33 32 O cimento Portland é utilizado em grande escala como ingrediente básico na produção do concreto ou argamassa. As matérias-primas usadas na fabricação do cimento Portland se constituem, principalmente, de óxido de cálcio (CaO), sílica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), óxido de ferro (Fe 2 O 3 ), certa proporção de magnésia (MgO) e uma pequena porcentagem de anidrido sulfúrico (SO 3 ), que é adicionado após a calcinação para retardar o tempo de pega do produto. O cimento Portland é produzido pela moagem e mistura íntima de suas matérias-primas e depois pelo aquecimento da mistura resultante até uma temperatura de aproximadamente 1400 C em um forno rotativo, quando o material sofr e a sinterização e funde parcialmente, formando bolas denominadas clínquer. O clínquer é composto de silicatos de cálcio e aluminatos de cálcio, sendo: a) os silicatos de cálcio: -C 3 S (Alita -silicato tricálcico 3CaO SiO 2 ) -C 2 S (Belita -silicato dicálcico 2CaO SiO 2 ) b) os aluminatos de cálcio: -C 3 A (aluminato tricálcico 3CaO Al 2 O 3 ) -C 4 AF (Brownmilerita - ferroaluminato de cálcio 4CaO Al 2 O 3 Fe 2 O 3 ). Segue a descrição de cada componente, segundo Silva, G. J. B. (2005): Alita (silicato tricálcico, Ca 3 SiO 5 ) forma o volume do clínquer (40 70% por massa) com tamanhos de cristais na faixa de 150 µm. A Alita geralmente apresenta uma seção transversal de um cristal hexagonal e reage rapidamente com a água, sendo, portanto, responsável pelo desenvolvimento da resistência mecânica nos primeiros 28 dias; Belita (silicato dicálcico, Ca 2 SiO 4 ) forma 15 a 45% do clínquer, e apresenta tamanho de cristais variando de 5 a 40 µm. A Belita é menos reativa do que a alita, mas contribui para as resistências acima de 28 dias. Na hidratação, ambos alita e belita formam o silicato hidratado de cálcio (C-S-H) e o hidróxido de cálcio (Ca(OH) 2 );

34 33 Aluminato tricálcico, Ca 3 Al 2 O 6, abrange 1 a 15% do clínquer como pequenos cristais de 1 a 60 µm, preenchendo a área entre os cristais de ferrita. O aluminato tricálcico pode ocorrer na forma cúbica ou ortorrômbica, podendo conter 7% menos de óxidos. É mais reativo com a água; Ferrita (ferroaluminato de cálcio, Ca 2 (Al,Fe)O 5 ), compreende entre 0 e 18% do clínquer com cristais frequentemente dendríticos, prismáticos e volumosos. O enrijecimento da pasta é caracterizado inicialmente pela hidratação dos aluminatos e a evolução da resistência (endurecimento) é realizada pelos silicatos. (METHA e MONTEIRO, NEVILLE, 1997). a) Hidratação dos Aluminatos. A reação do C 3 A com água é imediata e por isto há a necessidade da adição de sulfato (gipsita CaSO 4 ) para retardar a reação. A hidratação dos aluminatos na presença de sulfato resulta na etringita (C 6 AS 3 H 32 ), que assume forma acicular e em monossulfatos hidratados (C 3 A 3 S 3 H 24 ), com a forma de placas hexagonais delgadas. A formação das agulhas de etringita começa minutos após o início da hidratação, sendo responsável pelo fenômeno da pega e desenvolvimento da resistência inicial. Após alguns dias, dependendo da proporção alumina-sulfato no cimento Portland, a etringita pode tornar-se instável e decompor-se para formar o monossulfato hidratado, que é uma forma mais estável (METHA e MONTEIRO, 2006). A Figura 2.4 mostra micrografia eletrônica de varredura de cristais hexagonais típicos de monossulfato hidratado e cristais de agulha de etringita.

35 34 Figura Micrografia eletrônica de varredura (METHA E MONTEIRO, 2006). b) Hidratação dos Silicatos A hidratação dos silicatos se dá algumas horas após o início da hidratação do cimento. A hidratação do C 3 S (Alita) e do C 2 S (Belita) origina silicatos de cálcio hidratados que possuem composição química muito variada e são representados genericamente por C-S-H e hidróxido de cálcio Ca(OH) 2, compostos estes que preenchem o espaço ocupado pela água e pelas partículas do cimento em dissolução. A reação de hidratação do C 3 S resulta em 61% de C 3 S 2 H 3 e 39% de Ca(OH) 2; a C 2 S em 82% de C 3 S 2 H 3 e 18% de Ca(OH) 2. O C 3 S necessita de 24% de água para hidratar e o C 2 S apenas 21% (NEVILLE, 1997): 2 C 3 S + 6H 2 O C 3 S 2 H Ca(OH) 2 2 C 2 S + 4H 2 O C 3 S 2 H 3 + Ca(OH) 2

36 35 Sabendo que o C-S-H contribui mais para a resistência da pasta de cimento que o Ca(OH) 2, observamos que um cimento com maior teor de C 3 S resultará em um concreto com maior resistência mecânica. Segundo Mehta e Monteiro (2006), as quatro principais fases sólidas encontradas no cimento hidratado são: - Silicato hidratado de cálcio (C-S-H): o silicato hidratado de cálcio representa 50% a 60% do volume de sólidos da pasta de cimento completamente hidratada. Estes compostos são os principais responsáveis pela resistência da pasta a esforços mecânicos. A morfologia das placas varia de fibras pouco cristalinas (estrutura amorfa) a uma malha reticulada. Geralmente o C-S-H contém pequenas quantidades de Al, Fe, Mg e outros íons; - Hidróxido de cálcio (Ca(OH) 2 ): representa 20% a 25% do volume de sólidos da pasta. Sua morfologia é bem definida, formando cristais prismáticos, que aumentam de tamanho à medida que aparecem espaços livres, decorrentes do aumento da relação água/cimento. O hidróxido de cálcio (portlandita) apresenta característica alcalina, sendo portanto responsável pela passivação das armaduras, protegendo-as da corrosão; - Sulfoaluminatos de cálcio: ocupam de 15% a 20% do volume de sólidos da pasta hidratada, sendo os principais compostos a etringita e o monossulfato de cálcio; - Grãos de clínquer não hidratado: dependendo da distribuição granulométrica do cimento anidro e do grau de hidratação, alguns grãos de clínquer não hidratado podem ser encontrados na microestrutura de pastas de cimento hidratado, mesmo após longo período de hidratação. Segundo Costa et al. (2009), a microscopia eletrônica de varredura (MEV) é uma técnica experimental que permite a observação de materiais numa vasta gama de ampliações e à qual se pode associar análise química. Segundo Diamond (2004), Figura 2.5, componentes não hidratados no cimento têm altos coeficientes de

37 36 retroespalhamento, e aparecem mais claros nas imagens de microscopia. Os componentes hidratados têm coeficientes de retroespalhamento menores e aparecem com mais acinzentados. Figura 2.5 Microestrutura da pasta de cimento (DIAMOND, 2004). No Brasil, o cimento Portland é normalizado com vários tipos no mercado. Esses tipos se diferenciam de acordo com a proporção de clínquer e sulfatos de cálcio, material carbonático e de adições, tais como escórias, pozolanas e calcário, acrescentadas no processo de moagem. Podem diferir também em função de propriedades intrínsecas, como alta resistência inicial, a cor branca etc. 2.3 Fatores que influenciam compósitos cimentícios As propriedades mecânicas de concretos são comumente discutidas e encontradas na literatura para muitos casos práticos, sendo que na maioria das vezes características como durabilidade e permeabilidade de fato possuem maior importância. Por outro lado, os compósitos desenvolvidos à base de cimento muitas vezes apresentam comportamentos diferentes, devido a sua diversidade estrutural para aplicações específicas. Dentre as principais técnicas para produção de

38 37 compósitos cimentícios de alto desempenho mecânico incluem o uso de partículas ultrafinas, baixa relação água / cimento, aditivos químicos, prensagem, cura em alta temperatura, cura em autoclave, adição pozolânica e geometria e tamanho de partículas otimizados (PANZERA, 2007) Partículas ultrafinas Compósitos com distribuições granulométricas muito estreitas apresentam maior quantidade de poros. Aumentando a faixa granulométrica, as partículas menores preenchem os poros existentes entre as partículas maiores. Partículas muito finas podem causar uma dificuldade adicional na obtenção de altas densidades de empacotamento por possuírem uma maior tendência à aglomeração. Essa tendência surge em virtude do aumento das forças coesivas interpartículas, devido a sua maior relação entre a área superficial e o volume (massa). Esse efeito de aglomeração tende a inibir a coordenação espacial que leva a maiores densidades de empacotamento. Em virtude disso, ao se buscar um empacotamento maximizado, que contenha uma fração de partículas finas, sempre se deve levar em consideração o efeito de aglomeração, sendo, na maioria das vezes, necessário adicionar à mistura agentes dispersantes que inibam as forças atrativas entre as partículas (OLIVEIRA et al., 2000) Relação água e cimento A relação água/cimento é um dos fatores mais importantes que influencia tanto a resistência mecânica, como também outras propriedades de compósitos cimentícios de alto desempenho (MEHTA e MONTEIRO, 2006). A resistência de um concreto depende fundamentalmente da relação água/cimento, isto é, quanto menor for esta relação, maior será a resistência do concreto. Mas, evidentemente, deve-se ter um mínimo de água necessária para reagir com todo o cimento e dar trabalhabilidade ao concreto. A redução da resistência mecânica do concreto é causada pelo excesso de água colocado a fim de facilitar o amassamento. A influência desta relação é representada pela

39 38 quantidade de água não necessária à hidratação do cimento e que irá evaporar, deixando vazios no interior, os quais serão diretamente responsáveis pela queda da resistência. Quando a relação água / cimento da pasta de cimento hidratada é reduzida, as partículas de cimento ficam mais próximas umas das outras na mistura da pasta fresca, como mostrado na Figura 2.6. Consequentemente, haverá menor porosidade e menos espaço para o desenvolvimento de produtos externos de hidratação. Além disso, como haverá menor quantidade de água, a água do sistema ficará mais rapidamente saturada com os íons responsáveis pelo desenvolvimento de produtos da hidratação. Desta forma, os íons de hidratação formam pontes e reagem mais facilmente. A aproximação das partículas de cimento e a movimentação da água no sistema favorecem a formação de produtos de hidratação interna (AITCIN, 2000). Figura 2.6: Representação esquemática de duas pastas de cimento, uma contendo uma relação água/cimento 0,65 e a outra 0,25 (AITCIN, 2000) Tamanho da partícula As partículas apresentam uma distribuição tendencialmente infinita de tamanhos, sem qualquer imposição de regularidade. Sendo assim, partículas de menor tamanho podem ocupar os interstícios livres deixados por partículas de tamanho superior, formando o chamado empacotamento de partículas. como: Segundo McGeary (1961), o empacotamento de partículas pode ser definido

40 39 o problema da correta seleção da proporção e do tamanho adequado dos materiais particulados, de forma que os vazios maiores sejam preenchidos com partículas menores, cujos vazios serão novamente preenchidos com partículas ainda menores e assim sucessivamente. A Figura 2.7 exibe o efeito da quantidade e do tamanho das partículas na eficiência de empacotamento: (a) sistema monodisperso; (b) deficiência de partículas grandes; (c) máxima densidade de empacotamento teórica; (d) distribuição inadequada de tamanhos de partículas; (e) deficiência de partículas pequenas. (a) (b) (c) (d) (e) Figura 2.7: Efeito da quantidade e do tamanho das partículas na eficiência de empacotamento (OLIVEIRA et al. 2000). Segundo Oliveira et al. (2000), o primeiro fator que afeta o empacotamento de partículas a ser considerado é a existência de diversas distribuições granulométricas alterando a condição de dispersão inicial. Com isso, pode-se obter sistemas com

41 40 fatores de empacotamento elevados próximos de 1 até misturas onde esse fator se aproxima do nível das monodispersões (partículas de um único tamanho, tanto esféricas como não esféricas). A sequência de preenchimento dos vazios entre as partículas, ou melhor, a distribuição granulométrica do sistema determina o aumento ou não da densidade de empacotamento da monodispesão. Empacotamentos com menor porosidade podem ser obtidos se os vazios entre as partículas de uma dispersão forem preenchidos por partículas menores que os mesmos. Mas, caso sejam introduzidas partículas maiores que os vazios, essas promoverão o surgimento de novos vazios pelo deslocamento das partículas maiores de suas posições originais, levando a um aumento na porosidade e redução da eficiência do empacotamento Geometria da partícula As rugosidades superficiais das partículas de reforço afetam sua adesão à matriz de cimento, como também influencia a demanda de água da mistura, especialmente no caso de partículas finas. A rugosidade superficial destas partículas depende da dureza, do tamanho, das características de porosidade aparente do material, como também do processo de obtenção do agregado, podendo ser ele de origem natural ou moído. O formato e a rugosidade superficial da partícula também influenciam consideravelmente a resistência do concreto. A resistência à flexão é mais afetada do que a resistência à compressão (NEVILLE, 1997). A morfologia das partículas pode alterar a sua condição de empacotamento. Quanto menos esférica for a partícula menor será a densidade de empacotamento de uma distribuição que a contenha, pois se verifica o atrito entre as partículas a partir do contato de suas superfícies irregulares. Quanto menor o tamanho das partículas irregulares maior será esse efeito, devido à maior área superficial específica (OLIVEIRA et al., 2000). A porosidade interna das partículas também altera a densidade de um material. As partículas podem ser totalmente densas, Figura 2.8 (a), com porosidade interna fechada, Figura 2.8 (b) ou com porosidade aberta, Figura 2.8 (c). Para se