Performance par rapport à la pollution carbonée

O tratamento ou a modificação das fibras é uma estratégia que deve ser realizada para aumentar a durabilidade antes do contato com a matriz. Consiste na modificação física ou química das fibras com objetivo de otimizar a adesão entre matriz e fibras, tornando menos sensíveis à composição da matriz e da umidade do ambiente (ARDANUY; CLARAMUNT; TOLEDO FILHO, 2015).

Experimentos com modificação de fibras são normalmente realizados para minimizar a descolagem das fibras, e/ou a migração de água em torno e por meio das fibras durante ciclos de envelhecimento (MOHR; BIERNACKI; KURTIS, 2007). São inclusos testes como impregnação, tratamentos termomecânicos e refinamento das fibras.

A lignina possui alta solubilidade em meio alcalino e sua remoção é uma parte essencial do processo de polpação (AGOPYAN et al., 2005). Segundo Onuaguluchi e Banthia (2016), o processo de branqueamento de polpas celulósica remove além da lignina residual, os extrativos da parede celular da fibra, melhorando assim o brilho das polpas de fibras. Como desvantagem, o branqueamento torna o compósito de cimento menos dúctil e são susceptíveis a mineralização acelerada devido ao aumento da migração da portlandita por meio da parede celular. De acordo com Mohr, Nanko e Kurtis (2005a), a perda de resistência e tenacidade com o aumento do número de ciclos foi mais lenta (não evitada) para compósitos de fibrocimento pinus não-branqueados em comparação com compósitos de fibra branqueada.

Para compósitos reforçados com pinus não branqueados em Mármol e Savastano Jr. (2017) após 200 ciclos de envelhecimento, a presença da lignina em sua estrutura dificultou a presença de produtos de hidratação, como a portlandita, em seu lúmen. Mesmo assim, houve uma redução do desempenho mecânico (MOR e tenacidade) causado por um fenômeno de adsorção que ocorre simultaneamente com a liberação de água das fibras com o tempo, que consequentemente provoca a dissolução e a precipitação da portlandita na superfície das fibras, reduzindo a aderência entre a fibra-matriz. Além disso, a degradação provocada pela portlandita na superfície externa da fibra de pinus foi menor que a mineralização das fibras de eucalipto em seu lúmen.

A lignina atua como uma barreira, sendo o primeiro componente da polpa a sofrer ataque alcalino e, consequentemente, diminui a deterioração da celulose e hemiceluloses. A ausência de lignina na composição química da polpa de eucalipto branqueada pode produzir

um aumento da permeabilidade das fibras e, consequentemente, um aumento da formação dos íons Ca2+ _{e OH}- _{que se instalam com o tempo para produzir cristais de portlandita, que}

penetram nas regiões internas (lúmens) e permanecem em torno das paredes das fibras (MÁRMOL; SAVASTANO JR., 2017).

O processo de refinamento em polpas celulósicas consiste em um sistema que fibrila a superfície da fibra, ou seja, ocorre o aumento da área superficial da fibra e maior dissipação de energia durante a falha do compósito. Torna as fibras mais finas e menos rígidas (ONUAGULUCHI; BANTHIA, 2016). Este comportamento foi observado por Mohr, Nanko e Kurtis (2005a), onde compósitos com reforço de polpa de pinus refinada tiveram melhores ligações entre fibra-matriz a partir de envelhecimento acelerado. Após 25 ciclos, as camadas S1 e S2 são parcialmente removidas da fibra durante a falha do compósito, sendo que os compósitos de fibras refinadas exibem um aumento de 10,5% na resistência da primeira fissura e resistência máxima, e um aumento de 12,9% na tenacidade em comparação aos compósitos com fibra não refinadas.

O processo de refinamento foi utilizado por Tonoli et al. (2009a) para alterar as propriedades morfológicas das polpas de eucalipto e pinus. Um comportamento positivo foi observado na microestrutura do compósito com polpas refinadas devido melhor empacotamento das partículas, que consequentemente, favorece uma estrutura menos porosa, com redução da permeabilidade e a desidratação. Altos níveis de refino foram necessários para que a polpa de pinus obtivesse valores semelhantes de retenção de partículas de cimento aos obtidos pela polpa não refinada de eucalipto, que possui maior número de fibras por massa (quatro vezes maior) em relação à polpa de pinus.

O tratamento térmico de fibras mostrou ser uma importante ferramenta para aumentar a durabilidade e a resistência mecânica da fibra de celulose em compósitos cimentícios devido à facilidade de cristalização da celulose quando submetida à baixas temperaturas. Em Mohr, Nanko e Kurtis (2005b), o tratamento em polpas de pinus termomecânicas apresentou menores perdas comparadas às polpas kraft branqueadas e não branqueadas sem tratamento, onde, após 25 ciclos de envelhecimento acelerado, estes compósitos exibiram maior resistência à primeira fissura e resistência máxima, e também maior tenacidade. A taxa de degradação de um compósito é mais lenta quanto maior a cristalinidade da celulose (ONUAGULUCHI; BANTHIA, 2016).

No intuito de evitar a absorção de água e álcalis livres, conforme Pacheco-Torgal e Jalali (2011), são utilizados agentes repelentes de água nas fibras, como silicato de sódio,

sulfito de sódio ou sulfato de magnésio. Uma forma de reduzir a degradação do compósito é revestindo ou impregnando as superfícies das fibras com agentes hidrófugos. O uso de polímeros como modificador em matrizes cimentícias é uma estratégia viável para melhorar a microestrutura e aumentar a durabilidade dos materiais, como em concreto e argamassas (RAO et al., 2013).

Em Tonoli et al. (2009b) foi avaliado o efeito da modificação superficial de fibras de polpa celulósica de eucalipto na mecânica e microestrutura de compósitos de fibrocimento, por meio de tratamento químico da superfície com silanos, numa tentativa de melhorar a durabilidade dos compósitos. Comparado a amostra sem modificação, no envelhecimento acelerado, o módulo de elasticidade aumentou em consequência da densificação e da contínua hidratação da fase cimentícia do compósito causada pelos ciclos de molhagem e secagem. Devido à densificação após o envelhecimento acelerado, houve uma diminuição da tenacidade e na deformação, que consequentemente, levou à ruptura da fibra em vez de seu arrancamento. Notou-se que os ciclos de envelhecimento acelerado diminuíram o módulo de ruptura e a tenacidade dos compósitos independentemente do tratamento inicialmente aplicado à polpa de celulose.

Com relação ao tratamento por hornificação, é um efeito irreversível que surge como um pré-tratamento nas fibras celulósicas quando são submetidas a ciclos de secagem e umidificação. Fundamental para o processo de produção do papel, a hornificação pode ser alcançada pela remoção parcial da água nas fibras celulósicas por meio de prensagem, secagem em temperatura ambiente ou temperatura elevada em estufa (KATO; CAMERON, 1999). A expectativa em se utilizar fibras hornificadas é que estas possuem maior estabilidade dimensional, assim, proporcionam menor retenção de água, maior adesão fibra- matriz e redução na formação de portlandita na superfície e lúmen das fibras, buscando assim, ocorrer uma redução na degradação da celulose na matriz cimentícia (CLARAMUNT et al., 2011).

Em ensaios de caracterização, Ballesteros et al. (2015) indicaram que o tratamento por hornificação em polpas de eucalipto não branqueado e pinus branqueado diminuíram a capacidade de retenção de água, contudo observou-se uma redução insignificante nas propriedades de viscosidade e no índice de cristalinidade, que são variáveis influentes nas propriedades mecânicas. Em Claramunt et al. (2011), uma argamassa de cimento reforçadas com fibras hornificadas (polpa de pinus não branqueadas ou fibra de algodão) apresentaram valores superiores de resistência à flexão, módulo de elasticidade e tenacidade em relação às

fibras não tratadas. Após envelhecimento acelerado, a maior perda de durabilidade foi observada nas polpas sem tratamento, pois foram saturadas de produtos de hidratação do cimento, principalmente nas zonas próximas ao lúmen.

2.4.1.1 Utilização do látex para a modificação das fibras em compósitos

Segundo Silva et al. (2017), a utilização do látex é outra forma de reduzir o ataque alcalino da matriz em compósitos cimentícios, visto que os filmes poliméricos e a dispersão de suas partículas causam a diminuição no transporte de íons no meio aquoso que enchem os poros da pasta de cimento. Filmes poliméricos causam uma redução do espaço vazio na estrutura do material provocando uma diminuição do transporte de íons no meio aquoso (SAKAI; SUGITA, 1995).

Silva et al. (2017) buscaram um novo tratamento para fibras de coco combinando o uso de látex natural ou água deionizada com concentração de 1% em 1 minuto, e materiais pozolânicos (microssílica e metacaulim), a fim de melhorar a durabilidade das fibras naturais em compósitos de cimento Portland. Algumas informações são salientadas:

- No estudo de degradação das fibras, comparando com as fibras de coco não tratadas, foi observado um aumento na durabilidade (menor perda de massa) das fibras tratadas expostas à matrizes cimentícias em ambientes alcalinos (concentração de hidróxido de sódio - 1,7%) por 60 dias.

- Em relação à resistência à flexão aos 28 dias, o uso de látex natural como solução aderente mostrou resultados ainda melhores do que o tratamento com água deionizada. Além disso, notou-se melhores resultados em compósitos com microssílica ao invés de metacaulim, devido sua maior reatividade e menor finura. - Pozolana aderida com látex natural à superfície da fibra provocou um efeito pozolânico local. O uso do látex natural em soluções com fibras de coco gerou melhores resultados de módulo de elasticidade, estabilidade térmica e degradação da lignina na superfície da fibra em amostras que utilizaram materiais pozolânicos (microssílica e metacaulim) em relação às outras amostras tratadas com água deionizada ou não tratadas. O tratamento aplicado provocou reações pozolânicas locais que modificaram tanto a matriz cimentícia ao redor da fibra quanto a superfície da fibra, impedindo o ataque alcalino e a mineralização das fibras.

Conforme Sudin e Swamy (2006), em painéis com compósitos de fibrocimento reforçados com folhas de palmeira, o látex natural foi utilizado como material substituto do cimento a 10, 20, 30 e 40% em massa de cimento. A substituição do cimento pelo látex foi baseada no teor de sólidos do látex. Em termos gerais, o calor total de hidratação diminuiu, e o tempo para atingir esta propriedade aumentou com o aumento do nível de substituição do cimento. Aos 28 dias, as propriedades dos compósitos (massa específica, módulo de ruptura e módulo de elasticidade) diminuiu à medida que a proporção de substituição de cimento foi aumentada. A redução destas propriedades foi resultado do retardo em idades iniciais no grau de hidratação do cimento e também da ligação incompleta das fibras com a matriz cimentícia. Comparando a incorporação de cinza de casca de arroz, cinza volante e referência, a utilização de 10 e 20% de látex natural em compósito reforçados com folhas de palmeira apresentou melhores resultados em relação à estabilidade dimensional, já que foi observado a redução da absorção de água.

O revestimento da fibra com a adição de látex sintético (1/3 do teor de água) numa matriz cimentícia foi investigado em Sawsen et al. (2014), sendo observado o comportamento reológico e o desempenho mecânico dos compósitos cimentícios reforçados com fibras de linho. Além da melhoria da trabalhabilidade, a resistência à flexão deste compósito aos 28 dias foi melhorada em 35% em comparação ao compósito controle sem modificação devido à melhor adesão fibra-matriz. Após 90 dias, os compósitos tratados continuaram com um comportamento mecânico superior aos de referência.