Introdução

De acordo com a Associação nacional do fibrocimento (ANF, 2024), o fibrocimento é composto por cimento Portland, calcário, fibras lignocelulósicas, além dos fios sintéticos de reforço. Segundos dados de Mordor Inteligente (2024), estima-se que produção global de fibrocimento seja de 38,24 milhões de toneladas para o ano de 2024, com expectativa de crescimento de 47,36 milhões de toneladas até 2029. Isso é principalmente impulsionado pelo aumento da construção residencial em países em desenvolvimento. No Brasil, os produtos de fibrocimento mais utilizados são telhas e acessórios para coberturas. Porém, nos últimos anos, placas planas e painéis cimentícios passaram a ser utilizados em aplicações de construção a seco e sistemas de fachadas de prédios, além de oferecerem várias outras possibilidades de uso (ANF, 2024).

As fibras sintéticas são muito utilizadas para a produção de fibrocimento, devido à sua acessibilidade e resistência mecânica. Contudo, o seu uso extensivo pode proporcionar riscos à saúde humana e ao meio ambiente, uma vez que não são recicláveis e nem biodegradáveis. Consequentemente, observa-se uma crescente busca por materiais mais sustentáveis, como as fibras vegetais, como alternativa para a produção de fibrocimento (Ng et al., 2020; Akinyemi; Adesina, 2021). As fibras vegetais têm potencial para se transformarem em um material alternativo para a produção de fibrocimento, uma vez que geram menos poluição em seu processo produtivo (Bahja et al., 2021). O estudo de Pederneira, Veiga e Brito (2021) constatou que a incorporação de fibras de coco contribuiu para controlar a fissuração da matriz cimentícia.

Sabe-se que matriz cimentícia apresenta baixa resistência à tração e fissuração, baixa ductilidade e pouca absorção de energia (Galicia-Aldama et al., 2019; Yoo; Shin; Chun, 2021). Em contrapartida, as fibras vegetais são caracterizadas por apresentarem baixa densidade, baixo módulo de elasticidade, alta resistência à tração e flexão (Bahja et al., 2021). Sendo assim, a incorporação de fibras traz alguns benefícios como melhorar a tenacidade e resistência à tração do compósito cimentício através da ponte de fissuração e transferência de carga. Uma ponte de fissuração corresponde a inserção de um material, como aço e fibras, em regiões de potencial fissuração. Assim, esses materiais redistribuem as tensões geradas na matriz cimentícia, minimizando a propagação de fissuras (Figueiredo; Ceccato., 2015; Galicia-Aldama et al., 2019; Hedjazi; Castillo, 2020).

Segundo a Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura (FAO, 2021), o Brasil é o maior produtor mundial de sisal. De acordo com os dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2023), a produção de sisal em 2021 foi de 98,4 mil toneladas. Sabe-se que, as fibras de sisal são baratas, disponíveis no Brasil e requerem apenas um baixo grau de industrialização para seu processamento. Além disso, apresentam alta reciclabilidade, biodegradabilidade, elevada resistência mecânica e baixa densidade. Nesse cenário, a utilização de fibra de sisal é uma oportunidade para a indústria da construção civil, como por exemplo, para a fabricação de fibrocimento (Senthilkumar et al., 2018; Kesikidou; Stefanidou, 2019; Bahja et al., 2021).

As fibras alteram o comportamento do fibrocimento no estado fresco, interferindo na consistência que é responsável pela facilidade de extrusão (Schmidt et al., 2013; Baldino, 2014; Kim et al., 2018). Além disso, um desafio da utilização das fibras vegetais é a incompatibilidade entre as fibras hidrofílicas e a matriz cimentícia. Isso pode resultar em baixa adesão entre as fibras e a matriz, contribuindo para a redução da resistência do compósito cimentício. Consequentemente, as fibras podem afetar a mistura cimentícia no estado fresco, influenciando a consistência do compósito cimentício (Castoldi et al., 2022).

Assim, a fim de garantir o desempenho de materiais reforçados com as fibras vegetais, pode-se utilizar aditivos surfactantes em pequenas quantidades que auxiliam na interação com a matriz cimentícia. Eles são responsáveis por facilitar a transferência da água presente nas fibras para as partículas de cimento, devido ao seu efeito dispersor, que por sua vez melhora a trabalhabilidade e a molhabilidade da mistura (Atahan et al., 2008; Mangane et al., 2018). A melhoria da trabalhabilidade no estado fresco contribui para redução da energia de extrusão. Isso garante a melhor eficiência do processo, garantido menor gasto energético (Romano; Cincotto; Pileggi, 2018). Os aditivos surfactantes podem atuar como redutores de água ou como incorporadores de ar (Romano; Cincotto; Pileggi, 2018).

Os autores Raabe et al. (2022) relataram que ao se utilizar a extrusão como processo de fabricação do fibrocimento, é possível alcançar baixa relação água/cimento (por exemplo, de 0,15 a 0,20) com aditivos redutores de água. Consequentemente, há uma diminuição de água e hidróxido de cálcio ao redor das fibras. Contudo, esse processo gera um compósito cimentício mais compacto e denso. Uma maneira de reduzir a massa específica é pela utilização de aditivo incorporador de ar. Note que, a redução da densidade reduz os custos de produção do fibrocimento (Silva et al., 2021). Assim, a combinação de aditivos surfactantes pode contribuir para a melhoria na produção de fibrocimento reforçado com fibras vegetais (Texeira et al., 2019).

Os aditivos redutores de água são utilizados para a redução de água do fibrocimento. Os aditivos redutores de água de primeira geração, à base de lignosulfonato, (RA1) além de reduzirem a quantidade de água, também incorporam ar (Topçu; Atesin, 2016). Por outro lado, os aditivos superplastificantes, redutores de segunda geração à base de policarboxilatos, apresentam maior capacidade de redução de água, porém não incorporam ar (Raabe et al., 2022).

Os aditivos incorporadores de ar são adicionados aos compósitos cimentícios para introduzir pequenas bolhas de ar uniformemente distribuídas na matriz cimentícia. Essas microbolhas distribuídas homogeneamente melhoram a coesão e a trabalhabilidade do compósito cimentício, evitam a penetração de água e reduzem a tendência de segregação no estado fresco (Mehta; Monteiro, 2014; Mendes et al., 2017). Além disso, elas podem reduzir a probabilidade de aglomeração ou agrupamento das fibras. Isso pode facilitar a incorporação das fibras vegetais na mistura sem comprometer significativamente o processo de hidratação do cimento (Veigas; Najimi; Shafei, 2022). O aumento do teor de ar incorporador tem relação direta com a redução da densidade de massa dos materiais, mas pode comprometer o desempenho mecânico (Romano; Cincotto; Pileggi, 2018). A densidade é importante para o processo de extrusão e moldagem, isolamento térmico e acústico e peso do produto.

No estudo realizado por Soto (2010), foram utilizados diferentes tipos de aditivos surfactantes para a produção de fibrocimento extrudado com fibras de eucalipto e polipropileno. Eles visavam verificar o efeito dos diferentes componentes da formulação no estado fresco da mistura. Soto (2010), Fonseca et al. (2019), Silva et al. (2020) e Raabe et al. (2022) produziram fibrocimento com combinação de aditivos surfactantes (incorporador de ar e redutor de água) na produção de fibrocimento reforçado com fibras vegetais de eucalipto, juta, polpa de eucalipto e fibras de celulose. Os resultados indicaram que os aditivos auxiliam na trabalhabilidade, facilitando a passagem do fibrocimento pela boquilha do equipamento.

A inovação proposta reside na produção de fibrocimento exclusivamente com fibras de sisal in natura, sem a adição de outros materiais como sílica ativa ou cinzas. Essa abordagem inclui a combinação estratégica de aditivos, como incorporadores de ar e redutores de água à base de lignosulfonato, para o desenvolvimento de um compósito com fibras, a fim de melhorar a interação entre a fibra e a matriz cimentícia. Os aditivos desempenham um papel importante na formação e distribuição de poros no compósito cimentício com fibras. Por exemplo, a introdução controlada de ar pode reduzir a formação de poros grandes e prejudiciais, aumentando a capacidade das fibras de sisal de mitigar fissuras e falhas no material. Além disso, contribuem para a redução da densidade do fibrocimento, tornando-o mais leve e proporcionando benefícios como a redução de cargas permanentes nas estruturas de uma edificação.

Diante desse contexto, para a produção do fibrocimento reforçado com fibras de sisal por extrusão é necessário utilizar aditivos para promover uma mistura cimentícia com aspectos pseudoplásticos. Isso permite a conformação por extrusão. Além disso, como visto acima, cada aditivo tem uma forma de atuação diferente e a combinação entre eles pode ser vantajosa. Assim sendo, o presente estudo visa investigar o efeito da utilização combinada de aditivos surfactantes no fibrocimento extrudado reforçado com fibras de sisal in natura e seus efeitos sobre as propriedades físicas e mecânicas do compósito endurecido. Vale ressaltar que esta pesquisa representa uma contribuição original, visto que são escassos os estudos que abordam o uso de fibras de sisal como reforço no fibrocimento e a combinação dos aditivos.

Material e métodos

Materiais

O fibrocimento foi produzido com cimento Portland de alta resistência inicial (CPV-ARI), por apresentar menor teor de adições, conforme definido pela norma NBR 16697: Cimento Portland – Requisitos (ABNT, 2018); calcário agrícola moído utilizado como substituto parcial do cimento Portland; e os aditivos: modificador de viscosidade e retentor de água à base de hidroxipropilmetilcelulose (MV-RT), redutor de água tipo 1 à base de lignosulfonato (RA1), redutor de água tipo 2 à base policarboxilato (RA2), incorporador de ar (IA), conforme NBR 11768-1. As especificações e funções dos aditivos são apresentadas na Tabela 1, de acordo com as fichas técnicas.

As fibras de sisal (Agave sisalana) foram picadas manualmente e lavadas em água corrente. Após essa etapa, foram secas em estufa a uma temperatura de 105 °C. As fibras de sisal secas foram moídas com o uso de moinho de faca tipo Willye. O material foi peneirado com peneiras de granulometria de 40 e 60 mesh sobrepostas e apenas a fração retida na peneira de 60 mesh foi utilizada. Em seguida, as fibras foram secas em estufa a 105 °C por um período de 24 horas. Na Figura 1 estão indicadas as etapas de produção das fibras curtas.

Métodos

Na Tabela 2 estão apresentados os traços utilizados nessa pesquisa. As amostras de fibrocimento foram identificadas conforme composições realizadas. Portanto, a amostra de referência foi nomeada de MV-RT_RA2, pois foram empregados 1% de MV-RT e 1% de RA2. A outra amostra foi identificada como MV-RT_RA2_IA devido à adição de 0,8% de incorporador de ar, e a terceira amostra foi identificada por MV-RT_RA2_RA1 devido à adição de 0,6% de redutor de água à base de lignosulfonato. Todas essas amostras foram dosadas em relação à massa do cimento e foram nomeadas de acordo com as alterações feitas em relação à composição de referência. Note que, todas as amostras foram moldadas com um modificador de viscosidade e com o redutor de água tipo 2. Como a densidade é uma propriedade importante, decidiu-se verificar a influência de um incorporador de ar e um redutor de água que incorpora ar.

Com a finalidade de avaliar os aditivos no fibrocimento reforçado com fibras de sisal foram desenvolvidas três composições conforme pesquisa de Raabe et al. (2022). Para isso, quatro etapas foram realizadas conforme mostrado na Figura 2. Todas as amostras de fibrocimento foram produzidas com os materiais secos (cimento, calcário e MV-RT) misturados com relação água/cimento de 0,30 em um misturador planetário. As fibras de sisal foram adicionadas gradativamente, para obter uma boa distribuição na mistura.

Na etapa (I) as fibras foram misturadas com os demais componentes até a completa homogeneização, na seguinte ordem: fibras previamente dispersas; cimento, calcário e modificador de viscosidade, previamente misturados (~2 min), água destilada e RA2 (~2 min). Já para produção dos corpos de provas de fibrocimento com aditivo incorporador de ar (IA) foram adicionados 0,8% e misturados novamente com os materiais secos e aditivo RA2 (~2 min). Para produção da amostra RA1 foi utilizado 0,6% de redutor de água, o procedimento foi o mesmo (~2 min). O intervalo do tempo entre a adição dos componentes de ordem foi de aproximadamente 2 min. A homogeneização completa da mistura composta ocorreu em torno de 10 min.

Na etapa (II) moldagem, a mistura fresca foi moldada por extrusão com equipamento extrusora helicoidal modelo VERDES 051. Foram produzidas 42 amostras no total, divididas em três grupos: 14 amostras do tipo MV-RT_RA2, 14 do tipo MV-RT_RA2_IA e 14 do tipo MV-RT_RA2_RA1, as dimensões dos corpos de provas foram de 50 x 16 x 200 mm (largura, espessura e comprimento), respectivamente. A etapa (III) cura, ocorreu após a moldagem dos corpos de prova que foram armazenados em saco plástico selado em condições saturadas para cura em temperatura ambiente por 28 dias. Para etapa (IV) foram realizados os ensaios físico, mecânico e análise de microestrutura.

Propriedades físicas do fibrocimento

As propriedades físicas como absorção de água, densidade e porosidade aparente foram analisadas de acordo com a norma C 948-81: Método de teste para densidade aparente seca e úmida, absorção de água e porosidade aparente de seções finas de concreto reforçado com fibra de vidro (ASTM, 2023). Os compósitos foram imersos em água à temperatura ambiente (± 21 °C) por 72 h para obtenção da massa úmida (saturada de água do compósito com remoção do excesso de água da superfície) e massa imersa. Posteriormente, as amostras foram secas em estufa a 80 °C por 24 h para determinar a massa seca. Os resultados foram determinados pela a média de 7 amostras.

Propriedades mecâncias do fibrocimento

O teste de flexão estática foi realizado na máquina de teste universal modelo WDW-20E, equipada com uma célula de carga de 20 kN. Foi empregada uma configuração com três pontos de apoio (com vão inferior igual a 150 mm) para determinar os valores médios do módulo de ruptura, do limite de proporcionalidade, do módulo de elasticidade e da tenacidade dos compósitos cimentícios quando submetidos ao ensaio de flexão estática (RILEM, 1984; Santos et al., 2019). Os resultados foram determinados pela a média de 7 amostras.

Caracterização microestrutural

A caracterização por microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi realizada em um equipamento JEOL modelo JSM-6510, com tensão aplicada de 10 kV e distância de trabalho de 10 mm. As amostras foram recobertas com ouro pelo método de sputtering em um equipamento da marca Leica para os ensaios. As análises foram realizadas na superfície de ruptura das placas de fibrocimento que foram ensaiadas por flexão estática. Foram avaliados aspectos relacionados à microestrutura da interface fibra-matriz, presença de vazios e fissuras.

A identificação das fases policristalinas das amostras de fibrocimento foi realizada por difração de raios X (DRX) em um difratômetro XRD-6000 (Shimadzu Co., Kyoto, Japão) operando com radiação de Cu Kα (λ = 0,15428 nm), voltagem de 30 kV, corrente de 30 mA e modo varredura contínua a 1º min^-1 no intervalo de ângulo de Bragg (2θ) de 5 a 60º.

A análise termogravimétrica das amostras de fibrocimento aos 28 dias de idade foi realizada no equipamento SDT Q500 da TA Instruments. As amostras foram aquecidas até uma temperatura de aproximadamente 1000 ºC, com uma taxa de aquecimento de 10 ºC/min e um fluxo de N2 de 50 mL/min. inicialmente, os compósitos foram moídos manualmente em um almofariz de ágata, e o material utilizado na análise foi o passante na peneira de malha quadrada de 0,075 mm de abertura. O teor de hidróxido de cálcio (Ca(OH)₂) e de carbonato de cálcio (CaCO₃) foram calculado de acordo com a Equação 1, considerando que a decomposição deste composto ocorreu na faixa de temperatura de 380-430 ºC e 605-715 ºC (Scrivner; Snellings; Lothenbach, 2016).

Onde:

W% é a perda de massa do composto;

mX é a massa molar do composto;

m Ca(OH)₂ é a massa molar do composto (74 g/mol);

m CaCO₃ é a massa molar do composto (100 g/mol); e

m H₂O é a massa molar da água (18 g/mol).

Análise dos resultados

Para realizar a análise estatística dos resultados, utilizou-se o software SISVAR e a Análise de Variância (ANOVA) com o objetivo de investigar possíveis diferenças entre as médias dos grupos, uma vez que o número de tratamentos no experimento excedeu 3. Para isso, optou-se por aplicar o teste Scott-Knott para distinguir entre as médias dos diferentes tratamentos e foi estabelecido um critério de significância de 95%, o que implica considerar uma diferença de estatística significativa se a probabilidade de ocorrência por acaso for inferior a 5%. Para avaliar possíveis diferenças entre grupos, utiliza-se o Teste Scott-Knott. Este teste atribui letras sobrescritas para identificação dos grupos que são diferentes ou similares. Quando os resultados recebem letras sobrescritas iguais, indica que não há diferenças estatísticas entre eles. Por outro lado, se recebem letras diferentes, isso implica que são estatisticamente distintos (Antoniazzi et al., 2020).

Resultados e discussão

Propriedades físicas do fibrocimento

Na Figura 3 estão apresentados os resultados da densidade aparente das amostras. Comparando os valores, percebe-se que a densidade aparente dos fibrocimentos não apresentou diferença estatisticamente significativa, mesmo com a utilização de aditivo incorporador de ar. De acordo com Silva et al. (2020), quanto menor a densidade do fibrocimento, mais leve é o compósito e menor será a carga permanente atribuída a estrutura da edificação.

Contudo, é possível notar que as amostras de fibrocimento com o aditivo incorporador de ar apresentaram porosidade maior conforme visto na (Figura 4). No entanto, a absorção de água manteve-se similar ao das outras amostras. Isso pode ser explicado, pois, os aditivos incorporadores de ar são responsáveis por incorporar ar na matriz cimentícia, e pode resultar em um material cimentício menos permeável devido à presença de poros não conectados em seu interior (Cordeiro, 2018). Além disso, observa-se uma diferença significativa nos resultados de porosidade entre os compósitos de fibrocimento (MV-RT_RA2) e as amostras contendo incorporadores de ar e redutor de água (MV-RT_RA2_IA e MV-RT_RA2_RA1), com valores de 14,86%, 21,01% e 15,16%, respectivamente. Resultados semelhantes de porosidade, devido à utilização de teor 0,8% de incorporador de ar foram obtidos por Mendes et al. (2017). Além disso, não houve diferença estatística entre as amostras de referência (MV-RT_RA2) e as amostras com aditivos incorporadores de ar e redutor de água (MV-RT_RA2_IA e MV-RT_RA2_RA1) em relação à absorção de água.

Mendes et al. (2017), pesquisaram argamassa produzida com aditivo incorporador de ar e observou que a dosagem inferior 0,4%, a permeabilidade da argamassa não se altera com o aumento do teor de ar incorporado. Nesse caso, os poros desenvolvidos não contribuem para a penetração da água na matriz. São bem distribuídos, de forma que não haja ligação entre eles, e/ou interrompam os canais capilares próximos à superfície, impedindo a penetração de água. Já em relação às misturas com 0,8%, os tamanhos dos poros, sua quantidade e distribuição permitem que a água penetre mais profundamente na matriz. Contudo, na presente pesquisa, observou-se que o teor de 0,8% de IA não afetou a permeabilidade.

Propriedades mecânicas

Na Figura 5 estão apresentados os resultados de resistência à flexão dos fibrocimentos produzidos. Observou-se que o valor de resistência de tração na flexão de 15,46 MPa para a amostra (MV-RT_RA2) encontrado foi inferior em comparação com os valores de 19,73 e 25,53 MPa das amostras MV-RT_RA2_IA e MV-RT_RA2_RA2, respectivamente, conforme apresentado na Figura 5. Estes resultados são consistentes com a resistência mecânica dos compósitos de fibrocimentos e demonstram que as amostras mais resistentes são mais rígidas.

O estudo de Ferreira et al. (2022), revela que as argamassas mais resistentes são mais rígidas. Do ponto de vista da durabilidade dos revestimentos de argamassa, esta não é uma característica desejável, pois, via de regra, os revestimentos mais rígidos têm menor capacidade de absorver deformações e, portanto, são mais propensas as fissuras, além de facilitarem o acesso de água e agentes agressivos. Isso implica que as amostras de fibrocimento MV-RT_RA2 (Figura 5) com baixa resistência tiveram uma maior deformação. Quanto menor o valor de resistência, maior será sua deformação e, consequentemente, sua tenacidade. Isso indica que, em alguns casos, materiais com menor resistência podem apresentar uma capacidade de absorver mais energia antes da falha, tornando-os mais tenazes (Ferreira et al., 2022).

A redução da resistência à flexão na amostra MV-RT_RA2_IA apresentado na Figura 5 é atribuída ao aumento do teor de ar incorporado na matriz cimentícia, o que está correlacionado com o resultado de maior porosidade (Figura 4). Isso valida que quanto maior for o teor de ar incorporado para uma mistura, maior será a redução de suas propriedades mecânicas (Büyükyağci; Tuzcu; Aras, 2009). Essa relação da diminuição da resistência mecânica com o aumento da porosidade também foi observada por Mendes et al. (2017).

A combinação de aditivos surfactantes nas amostras de fibrocimento MV-RT_RA2 e MV-RT_RA2_IA, com valores de módulo de ruptura de 9,2 e 10,3 MPa, respectivamente, conforme mostrado na Figura 6a, não apresentou diferença estatística significativa. No entanto, quando comparados com o valor de MOR de 14,48 MPa da amostra de MV-RT_RA2_RA1, observa-se um aumento. Além disso, na Figura 6b, são apresentados os valores de limite de proporcionalidade para as amostras MV-RT_RA2, MV-RT_RA2_IA e MV-RT_RA2_RA1, sendo os valores de 8,2, 8,9 e 12,48 MPa, respectivamente. Sendo assim, os resultados apresentam o limite de proporcionalidade menor que os resultados de módulo de ruptura, isso pode indicar que o material possui uma faixa mais ampla de deformação elástica antes da ruptura.

Os valores de módulo de elasticidade, mostrados na Figura 6c, de 5,6 e 6,3 GPa, respectivamente, para as amostras de referência (MV-RT_RA2) e MV-RT_RA2_IA, não revelaram diferença estatística significativa entre elas. No entanto, quando comparados com o valor de 7,8 GPa da amostra MV-RT_RA2_RA1, foi observado um aumento. Isso sugere que os valores mais altos de módulo de elasticidade podem indicar uma maior rigidez do fibrocimento, corroborando com os resultados de módulo de ruptura mais elevados confirmados na Figura 6a. O estudo de Pederneira, Veiga e Brito (2021) sugere que um baixo módulo de elasticidade contribui para uma melhor deformabilidade, enquanto uma alta resistência à flexão indica uma melhor resistência mecânica para suportar a carga aplicada. Portanto, os autores sugerem que as argamassas reforçadas com fibras de coco tendem a apresentar maior suscetibilidade à fissuração quando a relação entre módulo de elasticidade e resistência à flexão (E/f_t) for alta. Desta forma, acredita-se que o mesmo efeito possa estar ocorrendo com as fibras de sisal.

A combinação dos aditivos da amostra (MV-RT_RA2_RA1) foi eficiente em manter as propriedades físicas do fibrocimento reforçado com fibras de sisal estáveis, e ao mesmo, resultou em um aumento da resistência a flexão, limite de proporcionalidade e módulo de elasticidade. Essa relação entre as propriedades mecânicas sugere que o fibrocimento possui uma maior rigidez e capacidade de suportar cargas antes da ruptura em comparação com as outras amostras. O aumento da porosidade nas amostras de fibrocimento reforçado com fibras de sisal, produzidas com aditivo incorporador de ar (MV-RT_RA2_IA), resultou em reduções significativas nos valores de módulo de Ruptura e módulo de Elasticidade em comparação com a amostra MV-RT_RA2_RA1. No entanto, as amostras de fibrocimento reforçado com fibras de sisal MV-RT_RA2, MV-RT_RA2_IA e MV-RT_RA2_RA1, com os valores de tenacidade de 2,0, 2,40 e 2,7 kJ/m², respectivamente, não apresentaram diferença estatística significativa entre elas.

Pederneira, Veiga e Brito (2021) afirmam que, no que diz respeito às propriedades de flexão, é sabido que a adição de fibras de coco aumenta a resistência à flexão, a tenacidade à fratura e a ductilidade das argamassas. A explicação dada pelos autores foi que as fibras distribuem as tensões antes da ruptura. Além disso, a superfície das fibras de coco apresenta-se rugosa, o que proporciona uma melhor adesão interfacial entre a fibra e a matriz cimentícia. Deste modo, a mesma característica superficial foi observada na fibra de sisal e os resultados encontrados de resistência podem ter sido atribuídos à incorporação de fibras de sisal, e as alterações nas propriedades mecânicas podem ser motivadas pelo incremento e pela combinação dos aditivos nos compósitos de fibrocimento. Com base na classificação das amostras de fibrocimento como categoria C, classe 2, pela norma NBR 15498 (ABNT, 2021), que estabelece requisitos mínimos com valores de MOR de 7 MPa, as amostras MV-RT_RA2, MV-RT_RA2_IA e MV-RT_RA2_RA1 atendem aos requisitos mínimos para a categoria e classe especificada na norma. Sendo assim, as amostras podem ser consideradas adequadas para a aplicação como chapas cimentícias para piso não estrutural.

Microestrutura

A Figura 7 apresenta os resultados das análises térmicas das amostras produzidas. De acordo com Scrivener, Snellings e Lothenbach (2016), no ensaio de termogravimetria, a perda de massa entre 20-105 ºC está associada à remoção da água livre presente nos poros do compósito cimentício, incluindo a água adsorvida na superfície dos materiais e a água não quimicamente ligada. No intervalo de temperatura aproximadamente entre 380-430 ºC ocorre perda de massa relacionada à decomposição do hidróxido de cálcio (portlandita - Ca(OH)₂) presente na matriz cimentícia. Durante essa faixa de temperatura, o hidróxido de cálcio é desidratado e convertido em óxido de cálcio (CaO). Por fim, a faixa de temperaturas entre 617-707 ºC está relacionada à decomposição térmica do carbonato de cálcio (CaCO₃). O carbonato de cálcio é um produto de hidratação do cimento e sua decomposição térmica resulta na liberação de dióxido de carbono (CO₂) e na formação de óxido de cálcio (Scrivener; Snellings; Lothenbach, 2016).

A redução na alcalinidade da matriz do compósito cimentício pode ser benéfica para evitar a degradação das fibras vegetais, como destacado por Castoldi et al. (2022). Em compósitos cimentícios, a hidratação do cimento pode resultar no acúmulo de grandes cristais de portlandita, que tendem a se depositar nas proximidades das fibras, prejudicando a ancoragem entre a matriz e o reforço, conforme observado por Gualberto et al. (2021). No entanto, a redução na quantidade de portlandita pode contribuir para a resistência a agentes agressivos, aumentando a durabilidade do compósito. Além disso, pode auxiliar na redução da retração por secagem do fibrocimento, ajudando a minimizar o desenvolvimento de fissuras.

A difração de raios-X foi realizada com o intuito de avaliar se a combinação de aditivos afetaria os produtos hidratados formados e os resultados estão apresentados na Figura 8. Pode-se observar que não houve alteração dos produtos cristalinos presentes nas três amostras. A presença de carbonato de cálcio é explicada pela incorporação de carbonato de cálcio para produção do fibrocimento. O hidróxido de cálcio corresponde a um produto de hidratação do cimento Portland. Pode-se observar um leve aumento dos picos característicos do CH na amostra MV-RT_RA2. Esses resultados corroboram com o observado na termogravimetria (Figura 7). A presença de C₂S é explicada pela presença de partículas anidras no fibrocimento, uma vez que a quantidade de água utilizada é de apenas 0,3.

Na Tabela 3, são apresentadas as quantidades de portlandita (Ca(OH)₂ ou CH) e carbonato de cálcio, ou calcita (CaCO₃), nos compósitos de fibrocimento calculados a partir da Figura 7. Observa-se que houve um leve aumento da quantidade de CH e CaCO₃ nas amostras com utilização de aditivo incorporador de ar (MV-RT_RA2_IA) e no redutor de água tipo 1 (MV-RT_RA2_RA1). Portanto, a presença das bolhas de ar pode ter facilitado a formação de CH. Isso explicaria o leve aumento de CH nas amostras com IA e RA1, respectivamente. De acordo com Bernardes, (2013), a presença de poros facilita a formação de cristais de CH, devido a mais espaço disponível.

Imagens de MEV foram realizadas para analisar os compostos hidratados, a presença de poros e a interação matriz/fibra. Na Figura 9 estão apresentadas imagens ilustrativas de elétrons secundários, com suas imagens binárias dos poros. Note que essas imagens foram realizadas em superfície de fratura com foco nas fibras. Realizando uma análise semi-quantitativa, a amostra referência MV-RT_RA2 apresentou porosidade de 4,78%, a amostra MV-RT_RA2_IA de 6,24% e a amostra MV-RT_RA2_RA1 de 4,81%. Além disso, parece haver a tendência de aumento de poros de maior diâmetro na amostra com incorporador de ar. A porosidade foi determinada pela área ocupada pelos poros em função da área total da imagem. Além disso, os poros estão distribuídos de maneira homogênea por toda a matriz cimentícia. Contudo, não se observa uma alteração significativa na distribuição, tamanho ou quantidade de poros ao comparar as imagens de MEV das amostras. De acordo com Mendes et al. (2017), a presença de poros na matriz de cimento é comum, pois é resultado dos componentes do material e do processo de mistura. Isso significa que é esperado que haja porosidade em todas as amostras, e a presença desses poros pode afetar as propriedades físicas e mecânicas do compósito.

Na Figura 10, são apresentadas as imagens de elétrons retroespalhados de seção polida. É evidente a presença de fissuras, agregados e fibras de sisal em todas as amostras. Além disso, é possível notar a presença de partículas anidras de cimento, o que corrobora com os resultados de DRX (Figura 8).

Observa-se na Figura 10, que as fissuras estão se propagando pelo material, entretanto, são interrompidas nas fibras. No caso dos agregados, as fissuras os atravessam. Segundo Costa (2015), em sua pesquisa menciona que as fibras como reforço no compósito cimentício podem prevenir a propagação de fissuras. No entanto, a presença de poros pode comprometer a eficácia dessas fibras, especialmente se os poros estiverem localizados em regiões onde as fissuras são mais propensas a se desenvolver. É importante notar que as imagens das Figuras 9 e 10 são imagens da microestrutura com foco nas fibras e na matriz cimentícia, não sendo direcionadas para os poros. Contudo, como evidenciam as Figuras 5 e 6, a resistência mecânica está diretamente relacionada à porosidade, conforme demonstrado na Figura 4. Por exemplo, a amostra MV-RT_RA2_IA, caracterizada por alta porosidade, apresentou baixa resistência à flexão em comparação com as demais amostras.

Conclusões

A partir dos resultados obtidos pode-se inferir as seguintes conclusões:

1. é possível obter fibrocimento reforçado com fibras de sisal in natura, combinadas com aditivos para melhorar sua interação com a matriz cimentícia;

2. a utilização da combinação dos aditivos, incluindo 0,8% de incorporador de ar, provocou alterações nas propriedades de porosidade aparente, resistência à flexão e módulo de elasticidade dos compósitos em comparação com a amostra MV-RT_RA2_RA1;

3. o compósito MV-RT_RA2_RA1, contendo 0,6% de aditivo redutor de água à base de lignosulfonato, apresentou os maiores resultados de módulos de ruptura e elasticidade e limite de proporcionalidade em relação às demais amostras;

4. as propriedades de absorção de água, densidade aparente e tenacidade não foram alteradas com ação combinadas dos aditivos no compósito de fibrocimento.;

5. pode-se observar que não houve alteração nos produtos cristalinos presentes nas três amostras, conforme demonstrado nos difratogramas; e

6. a presença das fibras de sisal como reforço no fibrocimento restringiu a abertura das fissuras nas amostras, conforme observado nas imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV).

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