João de Almeida Melo Filho
Título
Desenvolvimento e Caracterização de Laminados Cimentíceos Reforçados com Fibras Longas de Sisal
Resumo
Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e a caracterização física e mecânica de compósitos laminados cimentíceos reforçados com fibras longas de sisal alinhadas unidirecionalmente. Frações volumétricas de filamentos e cordões de sisal variando de 0 a 8% foram estudadas. Laminados planos reforçados por 3 e 5 camadas de fibras e moldados sob pressões de 2, 3 e 4 MPa foram produzidos visando desenvolver o melhor arranjo e pressão de moldagem. A matriz de cimento portland utilizada foi modificada pela substituição parcial do cimento por metacaulinita e tijolo moído para o completo consumo de hidróxido de cálcio gerado durante o processo de hidratação do cimento. A quantidade de hidróxido de cálcio presente na matriz foi determinada através de análise termogravimétrica tendo sido determinado que a mistura contendo 30% de metacaulinita e 20% de tijolo moído, como substitutos parciais, em massa, do cimento, é livre de hidróxido de cálcio. Ensaios de consistência foram efetuados visando à determinação da dosagem de superplastificante e da determinação do diâmetro máximo da areia a ser utilizada na matriz auto adensáve reforçada por 5% de micro fibra de volastonita. Visando à determinação da tenacidade à flexão, tensão de primeira fissura e tensão pós-fissuração foram realizados ensaios de flexão em 3 e 4 pontos. Ensaios de compressão uniaxial foram realizados para se determinar à resistência das matrizes utilizadas. Ensaios de tração direta foram realizados nos materiais estudados para a determinação da tensão de primeira e pósfissuração e para a determinação indireta da adesão fibra matriz. Ensaios de flexão em 3 pontos foram feitos em compósitos corrugados e planos para se avaliar o benefício da corrugação. Propriedades físicas como densidade, porosidade aparente, capacidade de absorção de água e estanqueidade foram determinadas. A variação dimensional dos compósitos e matrizes foi também aferida. Uma análise micro estrutural dos laminados foi efetuada utilizando-se microscópio óptico e eletrônico de varredura.
Abstract
Cement mortar laminates reinforced with long unidirectional aligned sisal fibers were developed and characterized in this study. The optimum fiber volume fraction of single filament and string sisal ranging from 0 to 8% was studied. Laminates reinforced with 3 and 5 fiber layers molded under a pressure of 2, 3 and 4 MPa were produced to determine the best fiber arrangement and molding pressure. The Ordinary Portland Cement (OPC) matrix was modified by the addition of metakaolin (MK) and calcined clay brick powder (CCB) in order to completely consume the calcium hydroxide (CH) generated during the cement hydration. The content of CH in the matrix was determined by thermal analysis and it was found that the mixture containing 30% of MK and 20% of CCB, as cement replacement in mass, was free of CH. Flow Table Spread (FTS) test was used to determine the content of superplasticizer and sand maximum diameter to be used in the self-consolidating matrix that was micro-reinforced with 5% of wollastonite fiber. Flexural toughness, first crack strength and ultimate strength of the composites were determined from four point bending tests. Uniaxial compression tests were performed to establish the resistance of the used matrices. Direct tensile tests were performed in the studied materials to determine the first crack strength, ultimate strength and the fiber-matrix bond strength. Three point bending tests were performed in corrugated and plain laminates to study the influence of corrugation.
Physical properties such as apparent porosity, water tightness, water absorption capacity and specific weight were established. The dimensional variation of the composites and matrices were also determined. A micro structural analysis of the laminates was performed using a scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy.
