Este trabalho investigou a influência do TiO2 em diferentes concentrações pelo processo convencional e sol-gel in situ. Essa avaliação foi baseada no efeito do TiO2 na cinéticas de formação do TiO2 a partir do precursor tetrabutóxido de titânio Ti(OBu)4, análises térmicas de degradação e cristalização, microscopia óptica de luz polarizada, morfologias, grau de cristalinidade por difração de raios-X, fotocalorimetria, comportamento viscoelástico, visando novos métodos e aplicações na indústria. Na cinética de conversão ficou evidenciado que para 10 min e 250°C o rendimento da reação foi maior. Na cinética de degradação o nanocompósito de PP/TiO2b1,5 demonstrou ter a maior estabilidade térmica. O ajuste linear a partir do modelo de FWO permitiu calcular a energia de ativação para entender o mecanismo de degradação e o método foi satisfatório onde os valores de α demonstraram um R2 de aproximadamente 0,998. A energia de ativação apresentou variações por causa da dispersão das nanopartículas e diferentes mecanismos de degradação. Para os dois sistemas estudados a adição das nanopartículas aumentaram a temperatura de cristalização e grau de cristalinidade pelo efeito nucleante. A nucleação e o crescimento dos cristais também foram afetados, como apontados no DSC e MOLP. Pode ser demonstrado por TEM que o nanocompósito de PP/TiO2b1,5 pode dispersar melhor a nanocarga quando comparado aos outros nanocompósitos. Na MOLP ficou evidenciado que a presença de TiO2 provocou a formação de mais sítios de nucleação e um crescimento heterogêneo de cristais quando comparado ao PP puro. Tanto o PP puro quanto os nanocompósitos obtidos pelos dois sistemas apresentaram os mesmos picos nos mesmos 2θ identificando então, os mesmos planos cristalinos, sem mudança no polimorfismo, mas heterogeneidade no tamanho dos cristais foi identificada. O aumento da rigidez nos nanocompósitos foi mais pronunciado acima de 100°C e na Tg houve uma queda para o sistema sol-gel in situ quando comparado ao PP puro. Com a adição de TiO2 os nanocompósitos para os dois sistemas apresentaram maior fluxo de calor com incidência da radiação UV sendo mais significativo para o nanocompósito de PP/TiO2b2,5 pelo TiO2 apresentar maior difusividade térmica em relação ao PP. / This work aimed to investigate the influence of TiO2 in several concentrations by conventional and sol-gel in situ process. This evaluation was based on the formation kinetics of TiO2 from titanium tetrabutoxide (Ti(OBu)4) precursor, degradation and crystallization thermal analysis, polarized optical light microscopy, transmission electronic morphology and degree of crystallinity by X-ray diffraction, photocalorimetry, viscoelastic behavior, looking for new methods and applications in industry. In the conversion kinetics was shown that for 10 min and 250°C, the reaction yield was higher. In the degradation kinetics of the nanocomposite of PP/TiO2b1,5 proved to have the highest thermal stability. The linear fit from FWO model allowed us to calculate the activation energy to understand the degradation mechanism and the method was satisfactory where the values of α showed R2 of approximately 0,998. The activation energy was varied because of the dispersion of nanoparticles and different degradation mechanisms. For the two systems studied the addition of nanoparticles increased the crystallization temperature and degree of crystallinity by nucleating effect. The nucleation and crystal growth were also affected, as indicated in the DSC and MOLP. It can be shown by TEM that the nanocomposite of PP/TiO2b1,5 could disperse better when compared to other nanocomposites. In MOLP evidenced that the presence of TiO2 caused the formation of more nucleation sites and heterogeneous crystal growth when compared to pure PP. Both the pure PP and nanocomposite obtained by two systems showed the same peaks at 2θ with the same crystal planes, without changing the polymorphism, but heterogeneity in size of the crystals was identified. The increased stiffness in the nanocomposites was more pronounced above 100°C and there was a decrease in the Tg for the sol-gel in situ system when compared to pure PP. With the addition of TiO2 the nanocomposites for both systems had higher heat flux to UV radiation incidence being more significant for the nanocomposite of PP/TiO2b2,5 by TiO2 present at greater thermal diffusivity compared to PP.

Polipropileno (PP) é um termoplástico com ótimo balanço de propriedades, baixo custo e largo espectro de aplicações. Seu uso como material de engenharia é limitado pelos seus valores relativamente baixos de propriedades mecânicas. A adição de reforço ao PP melhora suas propriedades termomecânicas, tornando-o adequado para fabricação de peças de engenharia como composto termoplástico. Fibra de vidro (FV) é o reforço mais empregado em compostos de PP devido a maior resistência mecânica específica gerada no PP e por atuar como agente nucleante. Devido à diferença entre as naturezas das ligações secundárias, há pouca afinidade química entre PP-FV, sendo necessária a modificação interfacial através de agentes de acoplamento poliméricos (AA) para melhorar o desempenho termomecânico deste composto. Averiguou-se neste trabalho a influência de dois AA, um à base de PP e outro à base de EPDM, ambos graftizados com anidrido maleico (PAM e EAM, respectivamente), no comportamento térmico do composto PP∕FV. Os compostos PP30FV-AA foram preparados em extrusora dupla rosca ZSK 26, e posteriormente injetados em uma injetora Airburg para obtenção de corpos de prova utilizando teor fixo de 30% FV e teores de 0,5∕1,0∕2,0% AA. O PP e seus compostos foram caracterizados via microscopia óptica acoplada à placa Hot Stage, cristalização isotérmica e não isotérmica por calorimetria (DSC), resistência à deflexão térmica (HDT), morfologia da fratura (MEV) e comportamento viscoelástico (DMA) para analisar a influência do AA e da FV. Os resultados obtidos foram avaliados estatisticamente via metodologia ANOVA (Analysis of Variance). O efeito sinérgico FV-AA na cristalização isotérmica do PP foi dependente da combinação temperatura-natureza-teor de AA, sendo a temperatura o fator preponderante. A interação interfacial entre a matriz- reforço foi substancialmente favorecida pelo PAM. O uso de EAM retardou a cristalização do PP, enquanto que o PAM favoreceu este processo. Constatou-se que o AA teve pouca influência no tempo de meia-vida de cristalização nas menores isotermas e, para isotermas mais próximas à fusão do PP, o PAM apresentou menores valores deste parâmetro. Os valores de deflexão térmica foram semelhantes para todas as formulações contendo PAM, enquanto que a adição de EAM decresceu esta propriedade. Em temperaturas inferiores à transição vítrea (Tg) do PP, todos os compostos com AA apresentaram menor módulo elástico em relação ao composto puro; em temperaturas superiores à Tg, o PAM favoreceu aumentou esta propriedade na faixa de temperatura em que o composto usualmente é utilizado. / Polypropylene (PP) features by its properties balance, price and large array of applications. However, its use as engineering component is limited by relative low mechanical properties. PP reinforcement improves its thermomechanical properties, turning it into suitable to produce engineering components as a reinforced thermoplastic composite. Glass fiber (GF) is the most usual reinforce utilized in PP due to its great specific mechanical strength elastic modulus and nucleation capability. In reason of different secondary bonds between PP and GF, it is mandatory to modify the interface between these domains through polymeric coupling agents (CA) to improve thermomechanical performance. It was evaluated the influence of two CA based on PP and EPDM grafted with maleic anhydride (PAM and EAM) on thermal behavior of PP∕GF composite. PP30GF-CA composites were prepared in a twin screw extrusor ZSK 26 and injected in an injector Airburg with fixed GF content (30%) and different CA contents (0.5∕1.0∕2.0%). PP and PP composites were analyzed by optical microscopy with Hot Stage, isothermal and non-isothermal crystallization (DSC), as well as viscoelastic behavior. The results were statistically evaluated by ANOVA (Analysis of Variance) methodology. The synergic role between GF∕CA in PP crystallization was dependent on temperature-nature-CA content, mainly influenced by temperature. Interfacial adhesion was mainly favored by PAM. The results pointed a possible PP isotherm crystallization retardant by EAM, whereas PAM significantly favored this same process. CA presence in PP30GF composite did not influence crystallization half-life time values in lower isotherms, while in isotherms near PP melting temperature, PAM considerably decreased this parameter. Deflection thermal values were not affected by PAM, while EAM decreased this property in whole formulations. CA did not improved PP∕GF elastic modulus below PP glass transition (Tg), while in temperatures above Tg, PAM improved PP-GF this same parameter.

A reciclagem é uma alternativa para o emprego dos resíduos plásticos; diminuindo custos e preservando recursos naturais não renováveis. O setor da construção civil tem absorvido parte destes rejeitos, tornando-os subprodutos importantes, os quais podem ter desempenho tão satisfatório quanto os produtos já existentes, além de ecologicamente corretos. Esse trabalho aponta uma nova utilização destes resíduos, propondo a substituição parcial da areia natural por PET e PP (ambos pós-consumo) na forma de flocos em diversas formulações, objetivando a produção de concreto estrutural com agregados leves para a aplicação na construção civil. A pesquisa foi dividida em duas etapas: na primeira foi avaliado o teor adequado (em volume) em diferentes tempos de cura para cada polímero de maneira a garantir um bom desempenho mecânico em termos de resistência à compressão. Nesta etapa, o teor analisado que garantiu o melhor resultado foi o de10% tanto para o PET como para o PP. Na segunda etapa este teor foi utilizado para verificar a influência da adição destes resíduos no desempenho mecânico e na durabilidade do concreto para 28 e 90 dias de cura. Foram realizados ensaios de caracterização mecânica, física, química, térmica e morfológica das amostras com e sem adição dos flocos poliméricos. Os resultados da primeira etapa da pesquisa mostraram que o teor máximo com melhor desempenho mecânico foi de 10% v/v. Na segunda etapa, houve um pequeno decréscimo na resistência à compressão axial nas amostras com polímeros quando comparada à referência. Amostras com flocos de PET obtiveram menor teor de vazios e, portanto, menor absorção de água quando comparadas às amostras com PP, indicando uma possível melhor interação do PET com a matriz cimentícia. Para as amostras com PP, houve um maior teor de vazios e maior absorção de água quando comparados às amostras referência e com adição de PET. Entretanto, o PP agiu como excelente barreira à penetração dos íons cloretos, reduzindo a porcentagem de carga passante em comparação ao concreto com PET e referência, o que pode ser considerado como um resultado promissor ao se considerar seu uso (PP) como possível substituto da areia. / Recycling is an alternative to the use of plastic residues, thus contributing to the reduction of costs and preserving non-renewable natural resources. The construction sector has absorbed part of these residues, by transforming them into important by-products, which can have similar performance as the existing products and can also be considered as an environmentally friendly product. This study focus on the use to these residues to partially replace natural sand by PET and PP (both post-consumer) flakes in different contents (by volume), aiming to produce structural concrete with lightweight aggregate for civil construction use. The study was divided into two stages: in the first stage the ideal polymer content was evaluated at different curing ages in terms of compressive strength. In this this stage, the ideal polymer content that provided the best result was 10% for both PET and PP. In the second stage, this ideal polymer content was used to verify the influence of the use of these residues on the mechanical performance and durability of concrete for 28 and 90 days of curing. Mechanical characterization tests were performed, followed by physical, chemical, thermal and morphological characterization of specimens with and without the addition of polymer flakes. In the first stage of the research, it was observed a reduction in the compressive strength as the polymer content increases, except for the 10% content, which did not show major differences compared to the reference mix. In the second stage, it was observed a small decrease in the mechanical behaviour for the samples with polymer addition compared to the reference mix. In terms of durability, the specimens with PET addition presented lower void content and lower water absorption when compared to PP, which may indicate an improved interaction of PET flakes to the cementitious matrix. The specimens with PP presented higher void content and water absorption when compared to PET and reference mixes. However, the addition of PP seems to have acted as a barrier to the penetration of chloride ions, reducing the percentage of passing load compared to PET and reference mixes, which leads to the fact that this polymer (PP) may be a good option as sand replacement in structural concrete.

O compósito cimentício de elevada capacidade de deformação é um tipo especial de compósito cimentício de alto desempenho reforçado com fibras, cuja principal característica é a alta ductilidade, devido à capacidade de gerar fissuração múltipla quando em carregamento. Este compósito também é conhecido como Engineered Cementitious Composite (ECC), desenvolvido pelo Pesquisador Professor Victor Li na Universidade de Michigan, nos Estados Unidos. Nos últimos cinco anos, o Laboratório de Ensaios e Modelos Estruturais (LEME) vem desenvolvendo uma linha de pesquisa com o objetivo de adaptar o ECC com materiais locais. Neste intuito, fibras de polipropileno têm sido utilizadas em conjunto com cinza da casca de arroz visando o desenvolvimento de misturas mais viáveis economicamente e mais ambientalmente sustentáveis. Este estudo teve como finalidade avaliar a possibilidade da utilização da cinza de casca de arroz residual (moída em laboratório por 1, 2, 4, 6 e 8 horas) como material pozolânico para substituição parcial de cimento. A caracterização da cinza foi realizada por meio dos ensaios de difração de raio-x, fluorescência de raio-x, perda ao fogo, índice de desempenho, massa especifica e distribuição granulométrica. Este estudo caracterizou compósitos cimentícios de elevada capacidade de deformação contendo 10%, 20% e 30% (em volume) de substituição de cimento por cinza de casca de arroz residual, analisando o comportamento mecânico quanto à tração direta e flexão a quatro pontos. Na busca de um indicativo de durabilidade foram avaliados a absorção e índice de vazios destes compósitos. Além disso, foi realizada a análise da curva de liberação de calor de hidratação para verificar o efeito retardador que a cinza de casca de arroz possa gerar no compósito. E como possível utilização deste compósito como material de reparo, foi analisada a aderência pelo método de cisalhamento oblíquo e pelo método de arrancamento e avaliada a reflexão de fissuras juntamente com a realização de microscopia eletrônica de varredura destes compósitos. Os resultados obtidos mostraram-se satisfatórios para os compósitos com 30% de cinza de casca de arroz moída por 8 e 4 horas, apresentando bons resultados quanto à ductilidade e resistência à propagação de fissuras. / The high strain cementitious composite is a special type of fiber reinforced high performance cementitious composite which main characteristic is the high ductility achieved through the ability to generate multiple cracking under loading. This composite is also known as Engineered Cementitious Composites (ECC), which was first developed by Professor Victor Li at the University of Michigan, in the United States. Over the last five years, the Laboratory of Testings and Structural Models (LEME) of UFRGS has developed a research area aiming to adapt ECC with local materials. In this context, polypropylene fibers were used to substitute PVA fibers and rice husk ash was used to partially replace cement, aiming to develop more cost attractive and greener mixtures. This study analyzed the use of non-processed rice husk ash (grinded in laboratory for 1, 2, 4, 6 and 8 hours) as a pozzolanic material by means of x-ray diffraction tests, x-ray fluorescence, fire loss, performance index, specific mass and particle size distribution. This study characterized, in terms of mechanical behavior, the high strain cementitious composites with 10%, 20% and 30% (by volume) of non-processed rice husk ash as cement replacement. The experimental tests were carried out in terms of direct tensile and four points bending tests. Aiming to obtain a first indication of durability, absorption and void rate tests were performed. Other tests were performed to obtain the hydration heat curve aiming to determine a possible retarding effect that the rice husk ash may cause to the composite. Finally, in order to analyze the use of the composite as a reinforcement material, tests were carried out to obtain the bond behavior in terms of oblique shear and pullout methods. The reflection of cracks was also evaluated along with scanning electron microscopy of the composites. The results were satisfactory for composites with 30% of rice husk ashes grinded for 8 and 4 hours, presenting good results in terms of ductility and resistance to crack propagation.

Uma maneira de quantificar a resistência da interface de materiais compósitos é medindo a tensão necessária para separar o filme do substrato. Esta tensão é frequentemente usada como um parâmetro de projeto para desenvolver estes materiais. Entretanto, muitos métodos de medição da adesão não são capazes de eliminar as falhas de coesão das falhas de adesão filme/substrato. Neste trabalho um novo método de medição de adesão é proposto com o objetivo de eliminar a interferência da falha de coesão por cisalhamento, inerente ao filme delaminado, da medida da tensão normal de adesão feita por método padrão. O novo método provou ser eficiente e seus resultados mostraram serem mais precisos que os do método normalizado. Foram testados os seguintes compostos obtidos por evaporação de cobre usando canhão de elétrons através do processo de deposição física de vapor (PVD), formando um filme metálico sobre quatro substratos poliméricos: polipropileno (PP), poliamida 6 (PA 6), poliestireno de alto impacto (HIPS) e poli(tereftalato) de etileno (PET). A análise de espectroscopia de retroespalhamento Rutherford foi utilizada para caracterizar os filmes e o ângulo de contato para caracterizar a interface. As superfícies dos polímeros foram modificadas através de flambagem e lixamento para validar os resultados do novo método. Finalmente os polímeros delaminados através dos métodos padrão e proposto foram observados por microscopia óptica e eletrônica de varredura (MEV), comprovando assim, que somente no método novo ocorre a separação da interface metal-polímero livre da influência da falha coesiva do filme de cobre. / One of the methods to quantify the interface strength of composites is to measure the tensile stress necessary to separate a film from the substrate surface. Such value is often used as a project parameter to develop the composite. However, most of methods cannot avoid the interference of the cohesion bulk failures from the film/substrate adhesion measures. In this work a new method is proposed in order to eliminate the influence of the cohesion shear failure inherent to the delaminated film of the normal adhesion stress measured by the standard method. The new method has proved to work and their results have become more accurate than the standard pull-off method. The experiment consisted in delaminate a copper film deposited by physical vapor evaporation (PVD) through electron gun on four polymers: polypropylene (PP), polyamide 6 (PA 6), high impact polystyrene (HIPS) and polyethylene terephthalate (PET). The Rutherford backscattering spectrometry was used to characterize the films and the contact angle analysis to characterize the interfaces. The polymer surfaces have also been modified to verify the adhesion strengths of the copper film through sanding and flaming processes to validate the new method. Finally the substrates delaminated were analyzed for both methods, standard and proposed, through optical and scanning electron microscopies, proving that only the new method is effective in pulling-off the metal/polymer interface without the cohesive failure influence of the copper film.

A adição de fibras de sílica em compósitos de polipropileno (PP) foi investigada neste trabalho como uma proposta de desenvolvimento de novos materiais utilizados pela indústria automotiva, os quais permitam a redução de peso do veículo e a consequente economia de combustível. As fibras são leves, constituídas de sílica amorfa e tratadas com aminossilano para uma melhor interação com a matriz polimérica. Compósitos de PP homopolímero, bem como de compósitos de PP heterofásico modificados com o copolímero etileno e 1-octeno (POE), foram formulados utilizando-se 20% de fibras de sílica e com PP funcionalizado com anidrido maleico (PP-g-MAH) como compatibilizante. As amostras foram avaliadas quanto às propriedades mecânicas, térmicas, características morfológicas, anisotropia e quanto a requisitos específicos, como emissões de voláteis, odor e resistência a riscos. O compósito de PP homopolímero na presença de 2% de PP-g- MAH apresentou o melhor balanço de propriedades, porém com comprometimento quanto à tenacidade. A análise morfológica desta formulação indicou a presença de fibras descoladas, demonstrando que o tratamento das fibras com o aminossilano, não foi totalmente efetivo para a redução das tensões interfaciais. Os compósitos de PP heterofásico modificados com POE (5% em peso) e com fibras de sílica apresentaram boa dispersão, forma e tamanho de domínios elastoméricos, os quais promoveram um bom efeito de tenacificação. O copolímero POE atuou como um agente compatibilizante, melhorando a adesão fibra-polímero. Por outro lado, estes compósitos apresentaram um grande número de partículas de borracha descoladas da matriz por cavitação, sugerindo que a adesão entre as fases pode ser melhorada, apesar da afinidade química da blenda PP/POE. De uma forma geral, as fibras curtas de sílica constituem uma alternativa potencial para o reforço de compósitos de PP. Além de menor densidade, os compósitos estudados apresentaram bons resultados quando comparados a formulações com o emprego de talco, o qual é muito empregado em peças automotivas. / The addition of silica fibers in polypropylene (PP) composites was investigated on this work as a proposal to develop new materials used in automotive industry, in order to enable the reduction of vehicle weight and the resulting fuel economy. The fibers are lightweight, made of amorphous silica and treated with amine silane for better interaction with the polymer matrix. Composites of PP homopolymer and PP heterophasic composites modified with ethylene and 1-octene (POE) were formulated using 20% of silica fibers as reinforcement and PP functionalized with maleic anhydride (PP-g-MAH) as compatibilizer agent. The samples were evaluated for mechanical, thermal, morphological, anisotropy, as well as specific requirements such as emissions of volatiles, odor and scratch resistant. The composite of PP homopolymer in the presence of 2% of PP-g-MAH showed the best balance of properties, however the tenacity was impaired. The morphological analysis of this formulation indicated the presence of detached fibers, demonstrating that treatment of fibers with the amine silane was not totally effective in reducing the interfacial tensions. Heterophasic PP composites modified with POE (5 wt%) and silica fibers presented good dispersion, shape and size of elastomeric domains, promoting a good toughening effect. The POE copolymer acted as a coupling agent, enhancing the adhesion fiber-polymer. On the other hand, these composites showed a large number of rubber particles detached from the matrix by cavitation, suggesting that the adhesion between the phases can be improved, despite the chemical affinity of the blend PP/POE. In general, short silica fibers are a potential alternative for polypropylene composites reinforcement. In addition to lower density, the studied composites demonstrated good results when compared to formulations with the use of talc, which is very used in automotive parts.

Este trabalho aborda o comportamento de dois solos (uma argila e uma areia), reforçados com fibras plásticas de polipropileno. Os solos foram compactados no teor de umidade ótimo e peso específico seco máximo e foram misturados com fibras de diferentes teores e comprimentos. Os resultados dos ensaios de compressão simples foram usados para selecionar os teores e comprimentos ótimos de fibras. Os resultados mostraram que a resistência do solo arenoso cresceu com o aumento do teor e comprimento das fibras e o solo argiloso apresentou acréscimo de resistência, com o aumento do teor até o comprimento de fibra de 10 mm. As curvas tensão-deformação dos ensaios triaxiais, para solos com e sem reforço foram similares, com uma resistência de pico definida e pequena redução de queda de tensão pós pico. As amostras de solo arenoso apresentaram considerável aumento de resistência, com o aumento do teor e comprimento das fibras. Pequenos painéis, fabricados com o solo argiloso (300 x 300 x 100) mm, mostraram que a presença da fibra pode reduzir a magnitude das trincas quando comparados com o solo sem reforço. / This work presents the behavior of two soils (clay and sandy) reinforced with polypropylene plastic fibers. The soils were compacted at the optimum moisture content and maximum dry unit weight and were mixed with fibers of different lengths and contents. Unconfined compressive tests results were used to select the optimum fiber length and content. The results showed that the granular soil strength increased with increasing fiber length and content. The cohesive soil, on the other hand, showed strength up to fiber length of 10 mm. Stress - strain curves from triaxial tests for both reinforced and unreinforced cohesive soil were similar with a defined peak strength and small post peak reduction. Granular soil samples presented considerable strength increases with the increases of length and fiber content. Small panels fabricated with the reinforced cohesive soil (300 x 300 x 100) mm, showed that the presence of fiber can reduce crack magnitude when compared with the unreinforced soil.

O objetivo do presente trabalho foi estudar o comportamento mecânico de uma areia não saturada, com e sem reforço de fibras, através de ensaios de placa realizados em densidade relativa de 50% e 90%. Para o reforço da areia foi acrescentada a quantidade de 0,5% de fibra de polipropileno em relação ao peso seco de solo. A análise dos resultados dos ensaios de placa indica que a inclusão de fibras influencia significativamente no comportamento carga-recalque do material. O melhor resultado foi obtido para o ensaio realizado na maior densidade relativa (DR = 90%) com adição de fibras, apresentando uma mudança significativa no comportamento carga-recalque. Ensaios triaxiais também foram realizados a fim de obter os parâmetros de resistência e deformação dos materiais estudados. Além disso, ensaios de sucção foram realizados para avaliar a sua influência sobre os parâmetros de resistência do solo não saturado, com e sem reforço. / The aim of present research was to study the mechanical behavior of unreinforced and fiber-reinforced unsaturated sand through plate load tests carried out at relative densities of 50% and 90%. For the reinforced sand, 50 mm long polypropylene fibers were added at a concentration of 0.5% by dry weight. The analysis of the plate test results indicates that the soil load-settlement behavior is significantly influenced by the fiber inclusion. The best performance was obtained for the densest (DR=90%) fiber-sand mixture, where a significant change in the load-settlement behavior was observed. Triaxial tests were also carried out in order to establish the strength and deformation parameters of the materials studied. Furthermore, suction tests were carried out to investigate its potential influence on the strength parameters of the unsaturated fiber-reinforced and unreinforced materials.

A reciclagem é uma alternativa para o emprego dos resíduos plásticos; diminuindo custos e preservando recursos naturais não renováveis. O setor da construção civil tem absorvido parte destes rejeitos, tornando-os subprodutos importantes, os quais podem ter desempenho tão satisfatório quanto os produtos já existentes, além de ecologicamente corretos. Esse trabalho aponta uma nova utilização destes resíduos, propondo a substituição parcial da areia natural por PET e PP (ambos pós-consumo) na forma de flocos em diversas formulações, objetivando a produção de concreto estrutural com agregados leves para a aplicação na construção civil. A pesquisa foi dividida em duas etapas: na primeira foi avaliado o teor adequado (em volume) em diferentes tempos de cura para cada polímero de maneira a garantir um bom desempenho mecânico em termos de resistência à compressão. Nesta etapa, o teor analisado que garantiu o melhor resultado foi o de10% tanto para o PET como para o PP. Na segunda etapa este teor foi utilizado para verificar a influência da adição destes resíduos no desempenho mecânico e na durabilidade do concreto para 28 e 90 dias de cura. Foram realizados ensaios de caracterização mecânica, física, química, térmica e morfológica das amostras com e sem adição dos flocos poliméricos. Os resultados da primeira etapa da pesquisa mostraram que o teor máximo com melhor desempenho mecânico foi de 10% v/v. Na segunda etapa, houve um pequeno decréscimo na resistência à compressão axial nas amostras com polímeros quando comparada à referência. Amostras com flocos de PET obtiveram menor teor de vazios e, portanto, menor absorção de água quando comparadas às amostras com PP, indicando uma possível melhor interação do PET com a matriz cimentícia. Para as amostras com PP, houve um maior teor de vazios e maior absorção de água quando comparados às amostras referência e com adição de PET. Entretanto, o PP agiu como excelente barreira à penetração dos íons cloretos, reduzindo a porcentagem de carga passante em comparação ao concreto com PET e referência, o que pode ser considerado como um resultado promissor ao se considerar seu uso (PP) como possível substituto da areia. / Recycling is an alternative to the use of plastic residues, thus contributing to the reduction of costs and preserving non-renewable natural resources. The construction sector has absorbed part of these residues, by transforming them into important by-products, which can have similar performance as the existing products and can also be considered as an environmentally friendly product. This study focus on the use to these residues to partially replace natural sand by PET and PP (both post-consumer) flakes in different contents (by volume), aiming to produce structural concrete with lightweight aggregate for civil construction use. The study was divided into two stages: in the first stage the ideal polymer content was evaluated at different curing ages in terms of compressive strength. In this this stage, the ideal polymer content that provided the best result was 10% for both PET and PP. In the second stage, this ideal polymer content was used to verify the influence of the use of these residues on the mechanical performance and durability of concrete for 28 and 90 days of curing. Mechanical characterization tests were performed, followed by physical, chemical, thermal and morphological characterization of specimens with and without the addition of polymer flakes. In the first stage of the research, it was observed a reduction in the compressive strength as the polymer content increases, except for the 10% content, which did not show major differences compared to the reference mix. In the second stage, it was observed a small decrease in the mechanical behaviour for the samples with polymer addition compared to the reference mix. In terms of durability, the specimens with PET addition presented lower void content and lower water absorption when compared to PP, which may indicate an improved interaction of PET flakes to the cementitious matrix. The specimens with PP presented higher void content and water absorption when compared to PET and reference mixes. However, the addition of PP seems to have acted as a barrier to the penetration of chloride ions, reducing the percentage of passing load compared to PET and reference mixes, which leads to the fact that this polymer (PP) may be a good option as sand replacement in structural concrete.

O compósito cimentício de elevada capacidade de deformação é um tipo especial de compósito cimentício de alto desempenho reforçado com fibras, cuja principal característica é a alta ductilidade, devido à capacidade de gerar fissuração múltipla quando em carregamento. Este compósito também é conhecido como Engineered Cementitious Composite (ECC), desenvolvido pelo Pesquisador Professor Victor Li na Universidade de Michigan, nos Estados Unidos. Nos últimos cinco anos, o Laboratório de Ensaios e Modelos Estruturais (LEME) vem desenvolvendo uma linha de pesquisa com o objetivo de adaptar o ECC com materiais locais. Neste intuito, fibras de polipropileno têm sido utilizadas em conjunto com cinza da casca de arroz visando o desenvolvimento de misturas mais viáveis economicamente e mais ambientalmente sustentáveis. Este estudo teve como finalidade avaliar a possibilidade da utilização da cinza de casca de arroz residual (moída em laboratório por 1, 2, 4, 6 e 8 horas) como material pozolânico para substituição parcial de cimento. A caracterização da cinza foi realizada por meio dos ensaios de difração de raio-x, fluorescência de raio-x, perda ao fogo, índice de desempenho, massa especifica e distribuição granulométrica. Este estudo caracterizou compósitos cimentícios de elevada capacidade de deformação contendo 10%, 20% e 30% (em volume) de substituição de cimento por cinza de casca de arroz residual, analisando o comportamento mecânico quanto à tração direta e flexão a quatro pontos. Na busca de um indicativo de durabilidade foram avaliados a absorção e índice de vazios destes compósitos. Além disso, foi realizada a análise da curva de liberação de calor de hidratação para verificar o efeito retardador que a cinza de casca de arroz possa gerar no compósito. E como possível utilização deste compósito como material de reparo, foi analisada a aderência pelo método de cisalhamento oblíquo e pelo método de arrancamento e avaliada a reflexão de fissuras juntamente com a realização de microscopia eletrônica de varredura destes compósitos. Os resultados obtidos mostraram-se satisfatórios para os compósitos com 30% de cinza de casca de arroz moída por 8 e 4 horas, apresentando bons resultados quanto à ductilidade e resistência à propagação de fissuras. / The high strain cementitious composite is a special type of fiber reinforced high performance cementitious composite which main characteristic is the high ductility achieved through the ability to generate multiple cracking under loading. This composite is also known as Engineered Cementitious Composites (ECC), which was first developed by Professor Victor Li at the University of Michigan, in the United States. Over the last five years, the Laboratory of Testings and Structural Models (LEME) of UFRGS has developed a research area aiming to adapt ECC with local materials. In this context, polypropylene fibers were used to substitute PVA fibers and rice husk ash was used to partially replace cement, aiming to develop more cost attractive and greener mixtures. This study analyzed the use of non-processed rice husk ash (grinded in laboratory for 1, 2, 4, 6 and 8 hours) as a pozzolanic material by means of x-ray diffraction tests, x-ray fluorescence, fire loss, performance index, specific mass and particle size distribution. This study characterized, in terms of mechanical behavior, the high strain cementitious composites with 10%, 20% and 30% (by volume) of non-processed rice husk ash as cement replacement. The experimental tests were carried out in terms of direct tensile and four points bending tests. Aiming to obtain a first indication of durability, absorption and void rate tests were performed. Other tests were performed to obtain the hydration heat curve aiming to determine a possible retarding effect that the rice husk ash may cause to the composite. Finally, in order to analyze the use of the composite as a reinforcement material, tests were carried out to obtain the bond behavior in terms of oblique shear and pullout methods. The reflection of cracks was also evaluated along with scanning electron microscopy of the composites. The results were satisfactory for composites with 30% of rice husk ashes grinded for 8 and 4 hours, presenting good results in terms of ductility and resistance to crack propagation.