DESENVOLVIMENTO DE GEOPOLÍMEROS LEVES REFORÇADOS COM FIBRAS DE SISAL

Abstract

No que diz respeito ao desenvolvimento sustentável, a construção civil está em constante busca de materiais para reduzir os impactos ambientais causados pela utilização do cimento Portland, já que a sua produção é uma das principais fontes de emissões de CO2 na atmosfera. Uma das alternativas que tem tomado destaque são os polímeros inorgânicos ou geopolímeros, que são matérias que devido a polimerização, ganham rigidez quando são submetidos a soluções alcalinas. A produção de geopolímeros, a partir de fontes ricas em sílica e alumina, representa uma nova fronteira na pesquisa de materiais. Sua fabricação menos poluente e a sua matriz porosa possibilitam a criação de materiais leves e multifuncionais com propriedades personalizadas e por isso, tem impulsionado o seu desenvolvimento global. Entretanto, a formação de poros na composição gera uma queda significativa na resistência mecânica, de modo que a adição de fibras é uma boa alternativa para tornar viável a incorporação de geopolímeros na construção civil. Neste estudo, o metacaulim foi utilizado como principal fonte de aluminossilicato, enquanto o pó de alumínio atuou como agente porogênico. A solução ativadora alcalina é composta pelo hidróxido de sódio juntamente com o silicato de sódio. Para o reforço das misturas geopoliméricas foram adicionadas fibras de sisal. Os resultados obtidos foram validados pela metodologia estatística ANOVA e mostram que a adição de pó de alumínio exerce uma influência considerável na densidade aparente e na absorção de água, especialmente em concentrações mais altas, enquanto as fibras não apresentaram impacto significativo nessas propriedades. As pastas poliméricas porosas alcançaram 2,26 MPa de resistência à compressão aos 28 dias de cura, chegaram a valores de densidade de 510 kg/m³ e absorção de água de 47,68%. A análise de otimização de múltiplas variáveis indicou que, para o uso do material em blocos de vedação interna, níveis de pó de alumínio próximos a 0,147% e teores de fibras de sisal em torno de 0,3% são ideais para maximizar a resistência, minimizar a porosidade e otimizar as propriedades dos geopolímeros.

Regarding sustainable development, the construction industry is constantly seeking materials to reduce the environmental impacts caused by the use of Portland cement, as its production is one of the main sources of CO₂ emissions into the atmosphere. One alternative that has gained prominence is inorganic polymers or geopolymers, which are materials that, through polymerization, gain rigidity when subjected to alkaline solutions. The production of geopolymers from sources rich in silica and alumina represents a new frontier in materials research. Their less polluting fabrication process and porous matrix enable the creation of lightweight and multifunctional materials with customized properties, thus driving their global development. However, pore formation in the composition leads to a significant decrease in mechanical strength, so the addition of fibers is a good alternative to make the incorporation of geopolymers in construction feasible. In this study, metakaolin was used as the primary source of aluminosilicate, while aluminum powder acted as the pore-forming agent. The alkaline activating solution consisted of sodium hydroxide combined with sodium silicate. For reinforcing the geopolymeric mixtures, sisal fibers were added. The results obtained were validated using the ANOVA statistical methodology and show that the addition of aluminum powder has a considerable influence on bulk density and water absorption, especially at higher concentrations, while the fibers did not have a significant impact on these properties. The porous polymeric pastes achieved 2.26 MPa of compressive strength at 28 days of curing, density values of 510 kg/m³, and water absorption of 47.68%. The multi-variable optimization analysis indicated that, for the material to be used in internal sealing blocks, aluminum powder levels close to 0.147% and sisal fiber content around 0.3% are ideal to maximize strength, minimize porosity, and optimize the properties of the geopolymers.