Modified expanded polystyrene as partial substitute for lightweight concrete aggregates
Este estudo otimizou o tratamento térmico do poliestireno expandido (EPS) para criar o EPS modificado (MEPS) e descobriu que, embora a substituição de agregados graúdos por MEPS reduza significativamente a resistência à compressão do concreto, a substituição de agregados miúdos por até 40% de MEPS reduz efetivamente a densidade com um impacto estatisticamente insignificante na resistência.
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O concreto é o material de construção mais amplamente utilizado na Terra, formando o esqueleto de nossas cidades e a fundação de nossos lares. Ele é valorizado por sua capacidade de suportar cargas pesadas e resistir ao fogo, mas possui uma desvantagem significativa: é incrivelmente pesado. Esse peso torna sua forma de transporte difícil e limita seu uso em certas estruturas onde um material mais leve é necessário. Para resolver isso, engenheiros há muito buscam maneiras de criar o "concreto leve", um material que mantém a resistência do concreto tradicional, mas pesa significativamente menos. Uma maneira promissora de alcançar isso é substituindo parte das pedras e areia pesadas dentro da mistura por algo mais leve, como o poliestireno expandido. Este é o plástico familiar, semelhante à espuma, usado em embalagens e copos descartáveis. No entanto, o poliestireno bruto é muito macio e escorregadio para funcionar bem no concreto; ele tende a flutuar para o topo e não consegue aderir ao cimento. Pesquisadores descobriram que o aquecimento do plástico altera sua estrutura, tornando-o mais duro e adequado para a construção, mas as condições exatas para essa transformação permaneciam obscuras.
Uma equipe de pesquisadores da Universidade Ateneo de Davao, nas Filipinas, propôs-se a refinar esse processo e entender exatamente como melhor utilizar esse plástico modificado no concreto. O trabalho deles começou abordando uma questão simples, mas negligenciada: o tamanho do pedaço de plástico importa ao aquecê-lo? Estudos anteriores frequentemente utilizavam um único tempo de aquecimento para todos os tamanhos de plástico, assumindo que um pequeno pedaço e um grande bloco reagiriam da mesma forma. Os pesquisadores suspeitavam que isso estava incorreto, raciocinando que um bloco maior levaria mais tempo para que o calor viajasse através de seu centro. Para testar isso, eles utilizaram duas formas de poliestireno: cubos grandes e fragmentos triturados de vários tamanhos. Eles colocaram essas amostras em um forno a uma temperatura constante de 130 graus Celsius e as aqueceram por diferentes durações, variando de cinco a vinte e cinco minutos. Ao medir o quanto o plástico encolheu e o quanto se tornou forte após o resfriamento, descobriram que o tempo de aquecimento ideal está, de fato, ligado ao tamanho da peça. Eles descobriram que, para partículas menores, um tempo mais curto era suficiente, enquanto peças maiores exigiam uma exposição mais longa para atingir o mesmo nível de dureza e densidade. Essa relação permitiu que criassem um cronograma específico de aquecimento para qualquer tamanho de poliestireno para obter os melhores resultados.
Com o processo de aquecimento otimizado, a equipe passou para a próxima fase: misturar esse plástico modificado em concreto real. Eles criaram uma receita de concreto padrão usando cimento, areia e brita, mas então substituíram partes da areia e da brita pelo plástico tratado termicamente. Eles testaram uma ampla gama de substituições, trocando de dez a quarenta por cento da areia e da brita, tanto separadamente quanto em combinação. O objetivo era ver quanto plástico poderia ser adicionado antes que o concreto se tornasse fraco demais para ser útil. Os resultados mostraram uma diferença clara entre substituir a areia versus substituir a brita. Quando os pesquisadores substituíram a areia, que consiste em partículas menores, o concreto tornou-se significativamente mais leve, mas sua capacidade de suportar pressão de esmagamento permaneceu surpreendentemente estável. Mesmo em altos níveis de substituição, a resistência não caiu drasticamente. No entanto, quando substituíram as pedras de brita maiores pelo plástico, a resistência do concreto caiu bruscamente. As peças de plástico maiores simplesmente não conseguiam suportar as mesmas cargas que as pedras pesadas que substituíram.
Os pesquisadores também examinaram o concreto sob um microscópio poderoso para entender por que essas mudanças ocorreram. Eles observaram que as peças de plástico tratadas com calor eram preenchidas com pequenos buracos, tornando-as porosas. Esta porosidade é o que permitiu que o concreto se tornasse mais leve, pois o plástico introduziu bolsas de ar na mistura sólida. A análise confirmou que o plástico se ligou razoavelmente bem com a pasta de cimento, mas a fraqueza inerente do plástico em comparação com a pedra natural significava que ele não poderia carregar cargas pesadas por conta própria. O estudo concluiu que, embora este plástico modificado seja um excelente candidato para tornar o concreto mais leve, ele funciona melhor quando usado para substituir as partículas de areia menores, em vez da brita maior. Essa abordagem permite que construtores reduzam o peso de uma estrutura sem sacrificar a resistência necessária para sustentá-la. As descobertas sugerem que, ao controlar cuidadosamente o processo de aquecimento com base no tamanho das peças de plástico, é possível criar um material de construção durável e leve que ajuda a resolver os problemas duplos do desperdício de plástico e dos materiais de construção pesados.
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