AVALIAÇÃO FÍSICA E MECÂNICA DE ROCHA ARTIFICIAL PRODUZIDA COM RESÍDUO DE MÁRMORE CALCITA Fernanda S. Silva¹, ²* (M), Carlos Eduardo G. Ribeiro¹, ² (D) e Rubén Jesus S. Rodriguez 1 - Instituto Federal do Espírito Santo IFES, Campus Cachoeiro de Itapemirim- ES, fernandas@ifes.edu.br 2 - Universidade Estadual Norte Fluminense UENF, Campos dos Goytacazes RJ Resumo: A crescente demanda mundial pela utilização de rochas ornamentais em construções e revestimentos assim como a necessidade ambiental de diminuir o impacto ambiental gerado pelos resíduos está impulsionando a produção de rochas artificiais. Este trabalho tem como objetivo investigar a formulação de rochas artificiais compostas por resíduo de mármore calcita e resina epóxi, utilizando o processo de vibro compressão a vácuo, gerando um compósito com boas propriedades físicas e mecânicas. As rochas artificiais produzidas foram submetidas a testes de absorção de água, compressão e flexão em três pontos para caracterização mecânica. As rochas produzidas artificialmente apresentaram propriedades mecânicas dentro da faixa esperada para estes materiais comparáveis com seus similares comerciais. Palavras-chave: rocha artificial, epóxi, resíduos. Evaluation physical and mechanical of a synthetic marble produced as a marble waste Abstract: The growing global demand for the use of ornamental rocks in construction and coatings as well as the environmental need to reduce the environmental impact caused by waste is driving the production of artificial rocks. This work aims to investigate the design of artificial rocks composed of calcite marble waste in epoxy resin, using the process of vibro vacuum compression, creating a composite with good physical and mechanical properties. The artificial rocks produced were subjected to water absorption, compression and bending tests on three points to mechanical characterization. The rocks produced artificially presented the expected mechanical properties comparable to those with their trading range similar materials. Keywords: artificial rock, epoxy residues. Introdução Nos últimos anos, a extração de rochas ornamentais como o mármore e o granito registrou um aumento significativo em função da utilização desses materiais em construção civil e também para a exportação. Durante o processo de extração e desdobramento de blocos de rochas para a produção de chapas, um volume expressivo de rejeito é gerado. Tal rejeito pode ser classificado como grosso e fino, sendo o grosso formado por elementos de dimensões superiores à areia fina. Já o fino é constituído pela lama gerada pelo corte dos blocos (aproximadamente 25% do bloco), polimento das placas e acabamento das peças [1]. Movimentos relacionados com a preocupação ambiental surgiram somente no final do século XX, no qual a reciclagem passa a ser utilizada como um fator prolongador da vida dos recursos não renováveis [2]. Visando atender as exigências impostas pelas legislações do meioambiente, surgiram os desenvolvimentos de novos materiais, em especial na linha de compósitos, gerando os produtos conhecidos por granitos ou mármore sintéticos [2,3].
O mármore sintético, segundo as empresas renomadas, possui uma boa aceitação no mercado em função das qualidades desenvolvidas, que dentre elas destaca-se o fato de ser um material maciço, impermeável, não permite a formação de manchas já que impede a penetração de líquidos, mantendo-os apenas sobre a superfície. Isso porque a resina utilizada em processos de fabricação realiza tanto a aderência entre as partículas da rocha quanto realiza a penetração entre os seus interstícios, eliminando a macro porosidade natural da rocha [2]. Neste trabalho foi produzida uma composição de mármore sintético para investigar suas propriedades físicas e mecânicas (absorção de água, compressão e flexão em três pontos) e em seguida comparar tais dados com seus similares comerciais. Materiais e métodos - Resíduos do Mármore Utilizou-se neste trabalho o resíduo de mármore natural, comumente denominado de calcita, originário da empresa Polita, localizada em Cachoeiro de Itapemirim, ES, Brasil. O material foi coletado em pilhas de descartes. Após a coleta do material, o resíduo foi moído de forma que as partículas passassem na peneira de 2 mm. Posteriormente, a carga de resíduo foi classificada entre as peneiras de 10 e 200 mesh, dividindo-se em três diferentes granulometrias. O material de maiores dimensões (grosseira) classificou-se dentro da faixa de 2 mm até 0,42 mm, a segunda faixa(média) englobou granulometrias entre 0,42 mm até 0,075 mm, e já a terceira(fina) foi representada por grãos de granulometrias inferiores a 0,075mm. - Resina epóxi Utilizou-se no trabalho a resina epóxi do tipo éter diglicidílico de bisfenol A (DGEBA), Fornecido pela Dow Química S/A; nome comercial: DER 331; densidade: 1,16 g/ml e massa molar: 340,41g/mol. Como endurecedor, utilizou-se a Tetraetilenopentamina (TEPA), fornecida pela Sigma Aldrich; densidade: 0,99 g/ml e massa molar: 189,31. - Fabricação de placas de mármore sintético a partir dos resíduos da indústria de mármores A proporção de quantitativo de uso de diferentes granulometrias (grossa, média e fina) foi baseada no estudo de Ribeiro et al. [4] que buscou o maior fator de empacotamento a fim de otimizar as propriedades do material produzido. Referenciando-se no estudo de Ribeiro et al. [4], adotou-se a porcentagem de 45% de material grosso, 30% de material médio e 25% de material fino em peso total do resíduo de mármore para a produção de cada placa. Para a produção das placas utilizou-se uma forma de aço baseada no processo de vibro compressão à vácuo. Os rejeitos de mármores foram depositados, a forma foi fechada, submetida à vácuo e então a resina catalisada foi inserida no processo. Para conclusão, após a entrada da resina no sistema, o molde foi comprimido em uma prensa e submetido a vibração. - Absorção de água e porosidade aparente A determinação da densidade, da absorção de água e da porosidade aparente foi realizada a partir da norma técnica NBR 15845/2010-anexo B. - Compressão O ensaio de resistência à compressão foi realizado em uma máquina universal de ensaios EMIC modelo DL10000, seguindo a normalização da NBR 15845/2010- Anexo E. - Flexão em três pontos O ensaio de resistência à flexão em três pontos foi realizado em máquina universal de ensaios EMIC modelo DL10000, seguindo a normalização NBR 15845/2010-Anexo F.
Resultados e Discussão A média do resultado de densidade aparente obtido foi de 2,23 g/cm³. Fabricantes de mármore composto informam valores de densidade entre 2,4 e 2,5 g/cm³. Lee et al. [5] durante suas pesquisas deste tipo de material artificial, variou níveis de pressão de compressão, nível de vácuo e frequência de vibração, e assim encontrou valores variando de 2,03 a 2,45 g/cm³. O valor encontrado de densidade está abaixo do valor informado pelos fabricantes, mas está dentro da faixa encontrado por Lee et al. [5]. Com relação ao valor de absorção de água do mármore artificial produzido, foi encontrado o valor de 0,05 %. Este valor está 45% abaixo do mínimo esperado para o mármore artificial industrializado. O valor também está inferior ao recomendado para o mármore calcítico natural (matéria prima regulamentado pela ASTM C503) que deve ter o valor de absorção de água menor ou igual à 0,20 % [6]. Os valores informados pelos fabricantes de mármore artificial encontram-se na faixa de 0,09 a 0,40 % [9], comprovando a baixa absorção de água do material produzido devido aos valores encontrados. Para a porosidade aparente foi encontrado um valor médio de 0,11 ± 0,03 %, mostrando excelentes propriedades físicas do mármore artificial formulado. O baixo nível de porosidade pode indicar uma boa aderência entre o resíduo e a resina epóxi. No teste de resistência a flexão em três pontos foi obtido o valor de 26,99 ± 2,73 MPa, valor superior ao mínimo esperado para o mármore calcítico que deve ser superior a 7 MPa, segundo a ASTM C503 [6]. Ribeiro et al. [4] utilizando resíduos de mármore calcítico e resina poliéster obteve o valor de 21,5 ± 1,9 MPa. Já os fabricantes da rocha industrializada a base de mármore informam valores contidos dentro da faixa entre 13,6 até 17,2 MPa [7], ou seja, o valor encontrado está 56% acima do máximo esperado para um compósito a base de mármore. Borsellino et al. [8] utilizou resíduos de mármore e epóxi e obteve como resultados valores de resistência a flexão entre 10,6 e 22,2 MPa, ou seja, o resultado obtido está 21,7% acima do esperado por estes autores. A Fig. 1 retrata os valores de resistência a compressão encontrados para os corpos de prova. Figura1 Valores de resistência a flexão encontrados para o mármore artificial produzido Já no teste de resistência a compressão, o valor encontrado foi de 85,20 ± 7,80 MPa. Tal valor é consideravelmente superior ao estabelecido pela norma ASTM C503 que regulamenta que para mármore calcítico natural (matéria prima), os valores de compressão devem ser superiores a 52 MPa [6]. Fabricantes fornecem valores de 97 até 131 MPa [7], superior ao encontrado. Mas na pesquisa de Lee et al. [5], o autor variando as condições de produção encontrou valores de 78,70 até 151,30 MPa. Vale destacar que tal autor utilizou resíduos de granito e de vidro, que apresentam maior resistência mecânica. Já Ribeiro et al. [4] encontrou a resistência de 77,9 ± 6,1 MPa, registrando 9,4% abaixo do valor registrado neste material alternativo a base de resina epóxi.
Mesmo utilizando o mesmo resíduo de mármore que Ribeiro et al. [4], a resina variou, e a epóxi apresentou maior resistência e menor dispersão, melhorando as características mecânicas. A Fig. 2 retrata a resistência a compressão encontrada para os corpos de prova. Figura2 Valores de resistência a compressão encontrados para o mármore artificial produzido Conclusões Os resultados mecânicos e físicos obtidos estão dentro da faixa esperada para materiais artificiais a base de mármore. A baixa absorção de água e do nível de porosidade indicam uma boa compactação e distribuição do resíduo calcítico na matriz de resina epóxi, fato que favorece a resistência da rocha artificial. A relativa baixa densidade do material produzido pode estar relacionado a baixa densidade da resina. Pelos resultados mecânicos, inferiu-se que o material apresentou propriedades satisfatórias para sua utilização como material alternativo. Agradecimentos Agradeço a CNPq e ao IFES pelo apoio no trabalho. Referências Bibliográficas 1. SOUZA, L.R.; RIBEIRO, R.C.C.; CARRISSO, R.C.C.; SILVA, L.P.;PACHECO, E.B.A.V.; VISCONTE, L.L.Y. Aplicação de resíduos de mármore na indústria polimérica. Série tecnologia ambiental. Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 36p. 2009. 2. MOLINARI, E.J. Reutilização dos resíduos de rochas naturais para o desenvolvimento de compósitos polímericos com matriz termofixa na manufatura de pedras industriais. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia dos Materiais) Florianópolis SC, Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, 132p. 2007. 3. CAESARSTONE. CaesarStone Quartz Surfaces. Disponível em http://www.caesarstoneus.com/catalog/technical-specs.cfm>. Acesso em Março 2014. 4. RIBEIRO, C. E. G.; RODRIGUEZ, R. J. S.; VIEIRA, C. M. F. Determination of apparent dry density for ternary mixture of crushed marble waste. The Minerals, Metals & Materials Society, San Diego, p.83-89, 20 fev. 2014. 5. LEE, M.Y.; KO, C.H.; CHANG, F.C.; LO, S.L.; LIN, J.D.; SHAN, M.Y.; LEE, J.C. (2008) - Artificial stone slab production using waste glass, stone fragments and vacuum vibratory compaction - Cement & Concrete Composites, 30, pp.583 587. 6. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS - ASTM. ( C 503 ). Standard specification for marble dimension stone. 1999.
7. S.A. Revestimentos de Mármore Composto. Ficha técnica de produto. 2015. Disponível em: <http://eurosurfaces.eu/wp-content/uploads/2015/04/creme-lagoa_v01.pdf>. Acesso em: 17 jun. 2015. 8. BORSELLINO, C.; CALABRESE, L.; DI BELLA, G. Effects of power concentration and type of resin on the performance of marble composite structures. Construction and Building Materials, vol. 23, n.5, pp 1915-1921, 2009. 9. AGLOSTONE. O que é aglostone?. 2015. Disponível em: <http://www.aglostone.com.br/>. Acesso em: 17 jun. 2015. 10. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Rochas para revestimentométodos de ensaio- NBR 15584, 32p., Rio de Janeiro.2010. 11. MEDINA H. V. DE, Clean technologies for recycling. In: Daniel Brissaud,SergeTichkiewitch and Peggy Zwolinski, Innovation in Life Cylce Engineering and Sustainable Development, Springer, Netherlands. pp. 199-208.2006.