Influência da estrutura de tecido plano de juta empregado como reforço em compósitos cimentícios

Abstract

Diversos podem ser os tipos de fibras e estruturas têxteis, como tecidos planos, malhas e nãotecidos, utilizados para o reforço em materiais compósitos. Neste sentido, estudos recentes têm destacado a fibra de juta como importante material de reforço em compósitos cimentícios. Além disso, quando se considera a aplicação de têxteis, as características e propriedades químicas, físicas e mecânicas dos materiais utilizados devem ser considerados. Entendendo que muito é explorado sobre o emprego de fibras no reforço de materiais de construção, há considerável escassez de estudos sobre a influência de parâmetros estruturais relativos a tecidos planos no reforço de compósitos para a construção civil. Portanto, o presente trabalho buscou avaliar estes parâmetros bem como características do próprio fio utilizado no desenvolvimento de tecidos planos de juta, como também os tratamentos superficiais necessários para adequar o material têxtil a matrizes cimentícias. Para tanto, a investigação baseou-se na caracterização de estruturas do tipo tela/tafetá (T e F) e basket/panamá (A), sem e após tratamento superficial por hornificação, hidrotérmico e impregnação de copolímero estireno-butadieno (SBR). Além disso, foi avaliado o comportamento mecânico dos raportes por intermédio da realização de ensaio de tração uniaxial dos tecidos. Posteriormente, foi realizada a escolha do material com características mais assertivas de reforço para a constituição de compósitos cimentícios. Materiais compósitos de matriz cimentícia foram produzidos com fração volumétrica de reforço de 1 %, 3 % e 3,5 %, correspondendo a uma, três e cinco camadas, respectivamente. Assim, o desempenho mecânico foi estudado, através do ensaio de resistência à tração direta. Além disso, a técnica de DRX foi empregada para identificação de fases da matriz cimentícia. O padrão de tecido com melhor desempenho foi obtido para estrutura basket (direção do urdume) com tratamento superficial de estireno-butadieno (AUC). Para os compósitos, a fração volumétrica de 3 % de reforço mostrou-se mais adequada, exibindo comportamento padrão strain-hardening. Como também, demonstraram maior adesão entre matriz-reforço.

Abstract: Various types of fibers and textile substrate structures, such as woven, knitted fabric, and nonwoven can be used as reinforcement in composite materials. Recent studies highlighted jute fiber as an important reinforcement material in cementitious composites. Furthermore, when considering an application of textiles, their most different forms should be highlighted, such as woven, knitted fabric, and nonwoven, as well as their chemical, physical, and mechanical, characteristics and properties. Considering that much is explored about the use of fibers in the reinforcement of construction materials, there is considerable scarcity about the influence of different structures of woven fabrics as reinforcement composites for civil construction. Therefore, the present work aims to evaluate geometric parameters and characteristics of jute woven fabric, as well as surface treatments necessary to adapt the textile material for a cement-based matrix. Therefore, the investigation was based on the characterization of fabrics such as plain weave/taffeta (T and F) and basket/panama (A), without and after surface treatment by hornification, hydrothermal, and styrene-butadiene copolymer (SBR). In addition, the mechanical behavior of the jute woven fabric structure was evaluated through uniaxial tensile testing. Subsequently, the choice of material with better characteristics of reinforcement was carried out for the constitution of a cement-based composite. Cementitious matrix composites were produced with a volumetric fraction of 1 wt%, 3 wt%, and 3.5 wt% corresponding to one, three, and five layers of reinforcement, respectively. Thus, the mechanical performance was studied through the direct tensile strength test. In addition, the XRD technique was used to identify phases of the cement-based matrix. The higher-performing fabric pattern was obtained for basket structure (warp direction) with styrene-butadiene treatment (AUC). For composites, the volumetric fraction of 3 wt% reinforcement proved to be more adequate, exhibiting a standard strain-hardening behavior. As well as, demonstrated greater adhesion between matrix-reinforcement.