O método Umedecimento, Compactação e Secagem (UCOS) (1, 2, 3) produz, a partir de gesso e água, um material de elevada resistência mecânica: até 90 MPa na compressão. Este trabalho apresenta o estudo do comportamento mecânico deste material e como a água, a temperatura, as impurezas e a microestrutura influenciam no seu comportamento. Durante o estudo da adesão intercristalina, foi encontrada presença de água confinada e que é responsável por grande parte da resistência mecânica. Para auxiliar o estudo, foi desenvolvido outro método: Empacotamento Direto do Dihidrato (EDD). Nesta metodologia, é produzido um material com a mesma resistência, porém com algumas diferenças no comportamento mecânico diferente. Através da elevada resistência mecânica alcançada pelos métodos UCOS e EDD, as aplicações do gesso podem ser ampliadas desde que o gesso conformado por tais métodos possuam confiabilidade e segurança. Para avaliar as propriedades mecânicas, a confiabilidade e a segurança de tal material, realizou-se o estudo dos mecanismos tenacificadores e da mecânica da fratura. Os mecanismos tenacificadores estudados neste trabalho são: controle da microestrutura (aumento da superfície de ruptura), introdução de fibras poliméricas (distribuição da tensão na ponta da trinca, ramificação da ponta da trinca e contenção da abertura da trinca) e introdução de adesivo polimérico (melhora a adesão entre cristais e distribui melhor a tensão na ponta da trinca). Os resultados mostram que os compósitos de gesso reforçados com fibras poliméricas e/ou adesivo polimérico possuem elevada resistência e comportamentos mecânicos distintos para cada tipo de compósito e método de conformação. Concluímos que, com o conhecimento adquirido, é possível intervir no processamento e na microestrutura, além de poder incorporar elementos a esse material para atender às condições de uma determinada aplicação / The humidification, compaction and drying (Umedecimento, Compactação e Secagem UCOS) (1, 2, 3) method produces a high strength material from plaster and water: up to 90 MPa in compression. This work presents the study of mechanical properties of this material and how water, temperature, impurity and microstructure influence in its behavior. During the study of the intercrystalline adhesion force, we found the presence of confined water and that it accounts for great part of the strength. In order to aid the study, another method was developed: Direct Packaging of the Dihydrate (Empacotamento Direto do Dihidrato EDD). In this methodology, it produces a material with the same resistance, but with some difference in the mechanical behavior. Through the high strength reached by the UCOS and EDD methods, the plaster applications can be extended, since the set material by these methods are reliable and safe. In order to evaluate the mechanical properties, the reliability and the safety of these pieces, we performed the study of the fracture mechanics and the fracture toughening mechanisms. In this work, the studied toughening are: microstructure control (enlargement of the fracture surface), polymeric fiber reinforcement (tension distribution on the fracture tip, fracture tip deflection, and fiber bridging), and polymer adhesive reinforcement (they enhance the adhesion between crystals and better distribute the tension on the fracture tip). The results show that the plaster composites of polymeric fibers and/or polymer adhesive have high resistance, and different mechanical behaviors for each type of composite and setting method. Based on the acquired knowledge, we conclude that it is possible to interfere on the processing and on the microstructure, as well as reinforcements in this material to satisfy the needs of a specific application

O método Umedecimento, Compactação e Secagem (UCOS) (1, 2, 3) produz, a partir de gesso e água, um material de elevada resistência mecânica: até 90 MPa na compressão. Este trabalho apresenta o estudo do comportamento mecânico deste material e como a água, a temperatura, as impurezas e a microestrutura influenciam no seu comportamento. Durante o estudo da adesão intercristalina, foi encontrada presença de água confinada e que é responsável por grande parte da resistência mecânica. Para auxiliar o estudo, foi desenvolvido outro método: Empacotamento Direto do Dihidrato (EDD). Nesta metodologia, é produzido um material com a mesma resistência, porém com algumas diferenças no comportamento mecânico diferente. Através da elevada resistência mecânica alcançada pelos métodos UCOS e EDD, as aplicações do gesso podem ser ampliadas desde que o gesso conformado por tais métodos possuam confiabilidade e segurança. Para avaliar as propriedades mecânicas, a confiabilidade e a segurança de tal material, realizou-se o estudo dos mecanismos tenacificadores e da mecânica da fratura. Os mecanismos tenacificadores estudados neste trabalho são: controle da microestrutura (aumento da superfície de ruptura), introdução de fibras poliméricas (distribuição da tensão na ponta da trinca, ramificação da ponta da trinca e contenção da abertura da trinca) e introdução de adesivo polimérico (melhora a adesão entre cristais e distribui melhor a tensão na ponta da trinca). Os resultados mostram que os compósitos de gesso reforçados com fibras poliméricas e/ou adesivo polimérico possuem elevada resistência e comportamentos mecânicos distintos para cada tipo de compósito e método de conformação. Concluímos que, com o conhecimento adquirido, é possível intervir no processamento e na microestrutura, além de poder incorporar elementos a esse material para atender às condições de uma determinada aplicação / The humidification, compaction and drying (Umedecimento, Compactação e Secagem UCOS) (1, 2, 3) method produces a high strength material from plaster and water: up to 90 MPa in compression. This work presents the study of mechanical properties of this material and how water, temperature, impurity and microstructure influence in its behavior. During the study of the intercrystalline adhesion force, we found the presence of confined water and that it accounts for great part of the strength. In order to aid the study, another method was developed: Direct Packaging of the Dihydrate (Empacotamento Direto do Dihidrato EDD). In this methodology, it produces a material with the same resistance, but with some difference in the mechanical behavior. Through the high strength reached by the UCOS and EDD methods, the plaster applications can be extended, since the set material by these methods are reliable and safe. In order to evaluate the mechanical properties, the reliability and the safety of these pieces, we performed the study of the fracture mechanics and the fracture toughening mechanisms. In this work, the studied toughening are: microstructure control (enlargement of the fracture surface), polymeric fiber reinforcement (tension distribution on the fracture tip, fracture tip deflection, and fiber bridging), and polymer adhesive reinforcement (they enhance the adhesion between crystals and better distribute the tension on the fracture tip). The results show that the plaster composites of polymeric fibers and/or polymer adhesive have high resistance, and different mechanical behaviors for each type of composite and setting method. Based on the acquired knowledge, we conclude that it is possible to interfere on the processing and on the microstructure, as well as reinforcements in this material to satisfy the needs of a specific application

O uso de fibras lignocelulósicas em compósitos de cimento, aliados a cura em atmosferas com excesso de CO2 para promover processos de carbonatação acelerada são potenciais tecnologias para desenvolvimento de materiais sustentáveis que fixam CO2. O presente estudo avaliou o potencial da fibra de curauá para aplicação em compósitos, bem como comparou fibrocimento com reforço de curauá (FCR) com fibrocimento com reforço de polipropileno (FPP), e estudou os efeitos da cura térmica, da cura em atmosfera com excesso de CO2, e a durabilidade ao longo de 100 ciclos de envelhecimento acelerado nesses compósitos. Para avaliar o potencial da fibra, foi realizada a análise anatômica foliar com intuito de analisar o arranjo, as funções e a morfologia das fibras na folha. Também foram determinadas: influência de comprimentos 20 e 40 mm nas variáveis mecânicas; e propriedades de massa específica; teores químicos e análise térmicas da fibra. Para os fibrocimentos, foram quantificadas propriedades de densidade aparente, porosidade aparente e absorção de água e variáveis mecânica módulo de ruptura, módulo de elasticidade, limite de proporcionalidade e energia específica. Também foram feitas as caracterizações mineralógicas por meio do DRX e microestrutural por MEV. A análise foliar evidenciou três classes de estruturas fibrilares denominadas genericamente como \"fibras\", sendo fibras de reforço primário (FP), fibras de reforço secundário (FS) e fibras associadas aos feixes vasculares (FV). A fibra de 40 mm atingiu melhor comportamento mecânico em relação a 20 mm e os comprimentos influenciam os valores de módulo de Young e módulo de Weibull. A análise química das fibras indicou altos teores de alfacelulose (68%) e extrativos (3,8%) e baixos teores de hemicelulose (10%) e lignina (13%). A análise termogravimétrica demonstrou que as estruturas de hemiceluloses e celuloses iniciam a degradação acima de 200ºC. Os resultados dos fibrocimentos indicaram que a cura em atmosfera com excesso de CO2, proporcionou melhorias nas propriedades mecânicas e físicas em FCR e FPP em relação a cura térmica. O processo de envelhecimento acelerado de 100 ciclos melhorou as propriedades da matriz em FCR e FPP, em ambas as curas. Em FCR a carbonatação acelerada melhorou a durabilidade dos compósitos. A fibra de curauá tem potencial para ser utilizada como reforço de materiais cimentícios, embora apresente limitações por ser instável dimensionalmente, sendo necessários tratamentos adicionais para superar esse problema. A carbonatação acelerada promovida pela cura em atmosfera com excesso de CO2 melhorou a durabilidade e propriedades físicas e mecânicas dos fibrocimentos. / The use of lignocellulosic fibers in cement composites with curing to promote accelerated carbonation is a promising technology for the development of sustainable materials to fix CO2. The aim of this study was to evaluate the potential of curauá fiber for use in composites and to compare fiber cement composite reinforcing with curauá (FCR) and cement reinforcing with polypropylene (FPP). In addition, to study the effects of thermal curing, curing in an atmosphere of excess CO2 and the durability over 100 cycles of accelerated aging in these composites. The potential of the curauá fibers was evaluated by leaf anatomical analysis to characterize their arrangement, function and morphology of the fibers\' leaves. The influence of their length (20 and 40mm) were also determined by the mechanical tests, specific mass properties, chemical contents and thermal analysis of the fibers. In the analysis of the fiber cement the density properties, porosity, water absorption, modulus of rupture (MOR), the modulus of elasticity, the limit of proportionality (LOP) and specific energy were measured. The mineralogical and microstructural characterizations were also carried out by DRX and MEV respectively. Foliar analysis showed three classes of fibrillar structures called generically as \"fibers\", with primary reinforcing fibers (PF), secondary reinforcement fibers (FS) and fibers associated with vascular bundles (FV). The 40 mm fiber showed a better mechanical behavior compared to 20 mm fiber, and the length has influenced Young\'s modulus values and Weibull modulus. The chemical analysis of the fibers has demonstrated high levels of alfacellulose (68%) and extractives (3.8%), and low hemicellulose (10%) and lignin (13%) content. Thermogravimetric analysis showed that the structures of celluloses and hemicelluloses started the degradation above 200°C. The fiber cement curing in an atmosphere with excess of CO2 provided improvements in mechanical and physical properties and for FCR and FPP when compared to thermal curing. The accelerated aging test was performed with 100 soak & dry cycles and showed improved performance of the matrix and for both fibers thru pores refinement. The curauá fiber has potential to be used as reinforcement of cementitious materials, although it has some limitations because it is dimensionally unstable, requiring additional treatments to overcome this problem. Accelerated carbonation promoted by curing in an atmosphere of excess CO2 enhanced the physical durability and the mechanical properties of the fiber cements.

O uso de fibras lignocelulósicas em compósitos de cimento, aliados a cura em atmosferas com excesso de CO2 para promover processos de carbonatação acelerada são potenciais tecnologias para desenvolvimento de materiais sustentáveis que fixam CO2. O presente estudo avaliou o potencial da fibra de curauá para aplicação em compósitos, bem como comparou fibrocimento com reforço de curauá (FCR) com fibrocimento com reforço de polipropileno (FPP), e estudou os efeitos da cura térmica, da cura em atmosfera com excesso de CO2, e a durabilidade ao longo de 100 ciclos de envelhecimento acelerado nesses compósitos. Para avaliar o potencial da fibra, foi realizada a análise anatômica foliar com intuito de analisar o arranjo, as funções e a morfologia das fibras na folha. Também foram determinadas: influência de comprimentos 20 e 40 mm nas variáveis mecânicas; e propriedades de massa específica; teores químicos e análise térmicas da fibra. Para os fibrocimentos, foram quantificadas propriedades de densidade aparente, porosidade aparente e absorção de água e variáveis mecânica módulo de ruptura, módulo de elasticidade, limite de proporcionalidade e energia específica. Também foram feitas as caracterizações mineralógicas por meio do DRX e microestrutural por MEV. A análise foliar evidenciou três classes de estruturas fibrilares denominadas genericamente como \"fibras\", sendo fibras de reforço primário (FP), fibras de reforço secundário (FS) e fibras associadas aos feixes vasculares (FV). A fibra de 40 mm atingiu melhor comportamento mecânico em relação a 20 mm e os comprimentos influenciam os valores de módulo de Young e módulo de Weibull. A análise química das fibras indicou altos teores de alfacelulose (68%) e extrativos (3,8%) e baixos teores de hemicelulose (10%) e lignina (13%). A análise termogravimétrica demonstrou que as estruturas de hemiceluloses e celuloses iniciam a degradação acima de 200ºC. Os resultados dos fibrocimentos indicaram que a cura em atmosfera com excesso de CO2, proporcionou melhorias nas propriedades mecânicas e físicas em FCR e FPP em relação a cura térmica. O processo de envelhecimento acelerado de 100 ciclos melhorou as propriedades da matriz em FCR e FPP, em ambas as curas. Em FCR a carbonatação acelerada melhorou a durabilidade dos compósitos. A fibra de curauá tem potencial para ser utilizada como reforço de materiais cimentícios, embora apresente limitações por ser instável dimensionalmente, sendo necessários tratamentos adicionais para superar esse problema. A carbonatação acelerada promovida pela cura em atmosfera com excesso de CO2 melhorou a durabilidade e propriedades físicas e mecânicas dos fibrocimentos. / The use of lignocellulosic fibers in cement composites with curing to promote accelerated carbonation is a promising technology for the development of sustainable materials to fix CO2. The aim of this study was to evaluate the potential of curauá fiber for use in composites and to compare fiber cement composite reinforcing with curauá (FCR) and cement reinforcing with polypropylene (FPP). In addition, to study the effects of thermal curing, curing in an atmosphere of excess CO2 and the durability over 100 cycles of accelerated aging in these composites. The potential of the curauá fibers was evaluated by leaf anatomical analysis to characterize their arrangement, function and morphology of the fibers\' leaves. The influence of their length (20 and 40mm) were also determined by the mechanical tests, specific mass properties, chemical contents and thermal analysis of the fibers. In the analysis of the fiber cement the density properties, porosity, water absorption, modulus of rupture (MOR), the modulus of elasticity, the limit of proportionality (LOP) and specific energy were measured. The mineralogical and microstructural characterizations were also carried out by DRX and MEV respectively. Foliar analysis showed three classes of fibrillar structures called generically as \"fibers\", with primary reinforcing fibers (PF), secondary reinforcement fibers (FS) and fibers associated with vascular bundles (FV). The 40 mm fiber showed a better mechanical behavior compared to 20 mm fiber, and the length has influenced Young\'s modulus values and Weibull modulus. The chemical analysis of the fibers has demonstrated high levels of alfacellulose (68%) and extractives (3.8%), and low hemicellulose (10%) and lignin (13%) content. Thermogravimetric analysis showed that the structures of celluloses and hemicelluloses started the degradation above 200°C. The fiber cement curing in an atmosphere with excess of CO2 provided improvements in mechanical and physical properties and for FCR and FPP when compared to thermal curing. The accelerated aging test was performed with 100 soak & dry cycles and showed improved performance of the matrix and for both fibers thru pores refinement. The curauá fiber has potential to be used as reinforcement of cementitious materials, although it has some limitations because it is dimensionally unstable, requiring additional treatments to overcome this problem. Accelerated carbonation promoted by curing in an atmosphere of excess CO2 enhanced the physical durability and the mechanical properties of the fiber cements.