CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA EM FLEXÃO DE BETÕES DE RESINA

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1 1 CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA EM FLEXÃO DE BETÕES DE RESINA António J. M. Ferreira, Cassilda Tavares, Cristina Ribeiro, André Vieira Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Rua do Barroco , Leça do Balio Resumo Neste trabalho de investigação pretende-se determinar a influência da composição e dos tratamentos térmicos nas caracteristicas mecânicas em flexão de betões poliméricos termoendurecíveis, mais conhecidos por betões de resina. Pretende-se estudar os betões de resina poliester, com cargas correntes como areia e brita usadas em betões de cimento. As características mecânicas são apresentadas em função da composição, do número de dias de cura e do efeito da pós-cura.

2 2 MECHANICAL CHARACTERISATION IN BENDING OF RESIN CONCRETE António J. M. Ferreira, Cassilda Tavares, Cristina Ribeiro, André Vieira Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Rua do Barroco , Leça do Balio Abstract In this research it is investigated the influence of mixing and curing methods in the mechanical characteristics in bending of thermoset polymer concrete, known as resin concrete. Polyester concrete are studied, with natural aggregates as in cement concrete. The mechanical characteristics are presented as a function of mixing, curing time and postcure effects.

3 3 1. Introdução O betão polimérico é um tipo de betão relativamente recente onde uma resina termoendurecível liga inertes naturais, tais como a areia de silica, entre outros. Os catalizadores e aceleradores são adicionados à resina antes da sua mistura com os inertes inorgânicos para iniciar a reacção de cura (polimerização). Assim, nos betões de resina os inertes são ligados por um polímero, sem a adição de água, enquanto num betão de cimento, os inertes são ligados por cimento e água. Em particular, a água ou a humidade dificultam ou podem mesmo inibir completamente a cura (endurecimento) do betão de resina [1]. As resinas termoendurecíveis mais tipicas são as resinas poliester, epóxida, vinilester ou acrilicas. A resina mais utilizada é sem dúvida a resina poliester, devido ao seu baixo custo e às suas boas propriedades mecânicas e de corrosão. As vantagens dos betões de resina, comparativamente aos betões de cimento, são a alta resistência, boa durabilidade, permeabilidade muito baixa e tempos de cura muito rápidos (da ordem dos minutos ou poucas horas). As aplicações de betões poliméricos estão em crescimento, nomeadamente na pré-fabricação, onde é hoje comum ver-se drenos para águas, caixas, tubagens ou postos de transmissão, bem como painéis de fachadas [2]. A boa resistência e durabilidade dos betões poliméricos permite a produção de componentes pré-fabricados de alta qualidade com secções menores e com espessuras de recobrimento também menores nos betões armados, reduzindo assim as cargas próprias na estrutura. Os custos de transporte e manuseamento são também minimizados. Tal como o betão de cimento Portland, os betões de resina têm baixa resistência em tracção, quando comparada com a resistência em compressão (esta da ordem dos 1 MPa). Assim, podem ocorrer roturas frágeis em planos onde as tensões tractivas excedam as tensões últimas do material. Utilizam-se reforços, na forma de varões de aço ou de plástico reforçado, para aumentar a carga última resistente destas estruturas, bem como a sua ductilidade e tenacidade [3-6]. O objectivo deste artigo é o de apresentar o programa experimental preliminar para a caracterização do comportamento em flexão de betões poliméricos, com resina de poliester.

4 4 2. Procedimento experimental Neste trabalho realizaram-se ensaios de flexão em três pontos, segundo a norma RILEM 1995 TC 113-CPT [7], a betões com diferentes composições e diferentes tratamentos de pós-cura. Na figura 1 ilustra-se o procedimento experimental, bem como a geometria do provete de flexão. a) Unid.: ( mm ) b) Figura 2 Ensaio de flexão em três pontos para betões de resina: a) fotografia do ensaio, b) esquema de ensaio e geometria dos provetes ensaiados.

5 5 A tabela 1 mostra a composição dos diferentes betões elaborados. Nº do betão Tipo de resina Quantidade de carga % de resina Tipo de areia Tratamento de pós cura (%CaCO 3 ) 1-24 h Poliester Sem carga 17% Limpa 24 h, 23ºC 1-48h Poliester Sem carga 17% Limpa 48h, 23ºC 1-6d Poliester Sem carga 17% Limpa 6 dias, 23ºC 2 Poliester Sem carga 17% De fundição 3 h, 8ºC 3 Poliester Sem carga 2% Limpa 3 h, 8ºC 4-24h Poliester Sem carga 2% De fundição 24 h, 23ºC 4-48h Poliester Sem carga 2% De fundição 48h, 23ºC 4-7d Poliester Sem carga 2% De fundição 7 dias, 23ºC 5 Poliester 25 % 17% Limpa 3 horas 8ºC 6-24h Poliester 25 % 17% De fundição 24 h, 23ºC 6-48h Poliester 25 % 17% De fundição 48h, 23ºC 6-7d Poliester 25 % 17% De fundição 7 dias, 23ºC 7-24h Poliester 25 % 2% Limpa 24 h, 23ºC 7-48h Poliester 25 % 2% Limpa 48h, 23ºC 7-7d Poliester 25 % 2% Limpa 7 dias, 23ºC 8 Poliester 25% 2% Limpa 3 horas 8ºC Tabela 1 Composição e tratamento de pós cura dos diferentes betões Os materiais utilizados para a elaboração dos provetes foram os seguintes: Resina: A resina utilizada foi uma resina poliester ortoftálica pré-acelerada (NESTE-S226 E), à qual foi adicionado 2% (em massa) de catalizador (Peróxido MERCK). Areia: Utilizaram-se dois tipos de areia para a elaboração dos betões, areia limpa e areia de fundição. Carga: A carga utilizada foi carbonato de cálcio.

6 6 3. Resultados experimentais Foram retirados dos ensaios as curvas carga-deslocamento, para os diferentes betões e para diversas condições de cura da resina, apresentadas nas figuras 2 a 14. Betão 1-24 horas Betão 1-48 horas Fig. 2 Curvas carga-deslocamento para betão nº 1-24h Fig. 3 Curvas carga-deslocamento para betão nº 1-48h Betão nº 1-6 dias Betão nº 2-8ºC - 3 horas Fig. 4 Curvas carga-deslocamento para betão nº 1-6d Fig. 5 Curvas carga-deslocamento para betão nº 2 Betão nº 3-8 ºC - 3 horas Betão nº 4-24 horas Fig. 6 Curvas carga-deslocamento para betão nº 3 Fig. 7 Curvas carga-deslocamento para betão nº 4-24h

7 7 Betão nº 4-48 horas Betão nº 4-7 dias Fig. 8 Curva carga-deslocamento para betão nº 4-48h Fig. 9 Curvas carga-deslocamento para betão nº 4-7d Betão nº 5-8 ºC 3 horas Betão nº 7-24 horas Fig. 1 Curvas carga-deslocamento para betão nº Fig. 11 Curvas carga-deslocamento para betão nº 7 24h Betão nº 7-48 horas Betão nº 7-7 dias Fig. 12 Curvas carga-deslocamento para betão nº 7-48h Fig. 13 Curvas carga-deslocamento para betão nº 7-7d Betão nº 8-8ºC / 3 horas Fig. 14 Curvas carga-deslocamento para betão nº 8

8 8 Na tabela nº 2 estão representadas as cargas de ruptura médias e as tensões de ruptura médias para os diferentes betões poliméricos. Betão nº Carga de ruptura média (N) Tensão de ruptura média (MPa) 1-24h h d h h d h -* -* 6-48h -* -* 6-7d -* -* 7-24h h d *- O betão com esta composição não endurece. Tabela 2 Cargas e tensões de ruptura médias para os diferentes betões poliméricos. Na figura 15 é apresentado o gráfico da tensão de ruptura em função do tempo de pós cura para os betões nº1, nº 4 e nº 7.

9 9 Tensão de ruptura vs tempo de pós cura 3 Tensão de ruptura (MPa Betão nº 1 betão nº 4 betão nº Tempo (dias) Fig. 15 Gráfico da tensão de rotura em função do tempo depós-cura A moldabilidade dos betões realizados com areia limpa é superior a dos betões realizados com areia de fundição. A moldabilidade dos betões aumenta com o aumento da percentagem de resina, e diminui com a utilização de carbonato de cálcio como material de carga. Os provetes dos betões realizados com areia de fundição são mais difíceis de desmoldar, aumentando esta dificuldade com a utilização de carga e com a diminuição da percentagem de resina, como o mostra o caso do betão nº 6 que não curou, tornando impossivel a desmoldagem dos provetes. 4. Conclusões Foi elaborado um conjunto de betões com diferentes composições e tratamentos de pós-cura. Estes betões foram sujeitos a ensaios de flexão em três pontos, tendo-se registado as curvas cargadeslocamento e os respectivos valores de carga de ruptura. Na generalidade, as curvas cargadeslocamento registadas para os diferentes provetes de cada betão são muito semelhantes, o que quer dizer que os valores obtidos são bastante reprodutíveis. Quanto à carga de rotura, observa-se que esta aumenta com a o aumento da quantidade de resina. No caso dos betões realizados com carga, a carga de rotura é superior nos betões de areia limpa, enquanto que no caso dos betões realizados sem carga, a carga de rotura é superior nos betões de areia de fundição. Quanto ao caso dos betões com tratamento de pós cura a temperatura ambiente, a carga de rotura aumenta com o tempo de pós-cura. No betão nº 4 a tensão de ruptura diminui entre às 24 e 48 horas, isto provavelmente ocorreu devido aos provetes do betão nº 4-48h apresentarem uma surperfície bastante danificada. Os provetes com maior resistência foram os do betão nº 7-7d, o que provavelmente é devido à utilização de areia limpa, à utilização de carbonato de cálcio como carga, e à utilização de uma percentagem superior de resina. É de notar que os provetes do betão nº 4-7d tiveram uma resistência semelhante à do betão nº 7-7d.

10 1 5. Agradecimento Agradece-se o apoio da Fundação para a Ciência e Tecnologia no projecto PRAXIS/C/ECM/12277/1998, Desenvolvimento de novos betões poliméricos. Referências [1] ACI Committee 548, Guide for the use of polymers in concrete (ACI 548, IR-86), American Concrete Institute, Detroit, 1986 [2] J. Dikeou, Precast polymer concrete in the United States, Proceedings of the Fifth International Congress of Polymers in Concrete, Brighton, England, 1987, pp [3] K. S. Rebeiz and D. W. Fowler, Flexural strength of reinforced polymer concrete made with recycled plastic waste, ACI Structural Journal, 1996, pp [4] K. S. Rebeiz, S. P. Serhal, D. W. Fowler, Recommended design procedure in shear for steelreinforced polymer concrete, ACI Structural Journal, 1993, pp [5] J. T. San José and J. L. Ramirez, FRP bars in the bending behaviour of the polymer concrete, IRF International Conference, Porto, 1999 [6] J. T. San José and J. L. Ramirez, Pure bending in polymer reinforced concrete-design guidelines for polyester polymer concrete, Proceedings of Arquimacom, 98, Bordeaux, France, 1998 [7] PMC-8 Method of test flexural strength and deflection of polymer-modified mortar, RILEM, Technical Committee TC-113, Symposium on properties and test methods for concretepolymer composites, Oostende, Belgium, 1995