Argamassas de cal aérea com componentes pozolânicos

A introdução de material pozolânico em argamassas de cal e areia, com vista à melhoria das suas características, pode ser considerada como na continuação da prática tradicional [273]. Geralmente na bibliografia (vd. 2.3) são considerados como materiais pozolânicos as pozolanas naturais, as cinzas volantes (entre outros subprodutos industriais) e algumas argilas cozidas (pozolanas artificiais que necessitam de tratamento térmico para activarem as suas características pozolânicas).

Os componentes pozolânicos devem ser adicionados às argamassas de cal imediatamente antes de estas virem a ser utilizadas, desenvolvendo-se reacções químicas e obtendo-se propriedades hidráulicas semelhantes às obtidas com ligantes hidráulicos. Argamassas com forte dosagem em pozolana (tal como argamassas com cais hidráulicas) podem conduzir a mecanismos de degradação semelhantes aos obtidos com argamassas de cimento [702]. Por outro lado, segundo alguns investigadores [249], a utilização dos materiais pozolânicos tem sido por vezes, pouco racional; só adições pozolânicas importantes à cal aérea ou ao cimento permitem explorar melhor as suas vantagens e propriedades. Ressalta a necessidade de se estabelecerem as dosagens e formulações mais convenientes, em função do tipo de materiais utilizados e das exigências requeridas para cada tipo de aplicação.

Bessa Pinto e Santos Silva [46] identificaram recentemente, nas argamassas antigas do Forte de S.Julião da Barra, a presença de aluminatos, sulfo-aluminatos e silicatos e alumino-silicatos de cálcio hidratados (compostos do tipo dos formados em argamassas de ligantes hidráulicos). Admitiram que estes compostos se tenham formado por reacções pozolânicas desenvolvidas entre a cal e os constituíntes mais reactivos da areia siliciosa e entre a cal e materiais de natureza pozolânica existentes na argamassa. Estes materiais de natureza pozolânica foram identificados

4. Análise de argamassas 111 nas argamassas analisadas pela existência de pequenas partículas negras com composição e morfologia do tipo das escórias de origem vulcânica.

- Tipo de componente pozolânico nas características das argamassas

No que se refere ao tipo de componente pozolânico presente particularizam-se a este nível as argamassa de cal aérea com pozolana natural, barro vermelho cozido e caulino cozido.

Argamassas com pozolana natural

Velosa e Veiga [682, 683, 685] analisaram argamassas de cal aérea e pozolanas naturais (de S. Miguel e de Stº. Antão), com traços 1:1:4 e 1:0,5:2,5, sob condicionamento seco ou em condições ambientes exteriores reais. Concluíram que a adição da pozolana dos Açores utilizada, embora apresentando elevada superfície específica, não influiu positivamente nas propriedades das argamassas testadas, contrariamente ao sucedido com as argamassas com pozolana de Cabo Verde. Atribuem esta situação à fraca reactividade da pozolana dos Açores (determinada através das resistências mecânicas de pastas de cal aérea e pozolana, segundo o procedimento definido em [192] ). Verificaram que, embora a capilaridade fosse elevada nas argamassas com pozolana, os intervalos de secagem eram equivalentes à argamassa só de cal aérea. Concluíram que o traço mais favorável de entre as argamassas com pozolana de Cabo Verde foi o 1:0,5:2,5, e que a introdução de papel de filtro nos moldes metálicos (para simular a sucção do suporte) ou a aspersão com água (para simulação de período húmido nocturno), melhoraram as características das argamassas. O ensaio de envelhecimento artificial acelerado demonstrou fragilidade das argamassas com pozolanas face à acção do gelo, mas os provetes sujeitos a exposição natural (em Lisboa) apresentaram comportamento adequado.

No que se refere a argamassas na forma de caldas para consolidação de alvenarias antigas Toumbakari et al [626] analisaram argamassas combinando cal aérea, pozolana natural e, em alguns casos, pequenas quantidades de cimento Portland e sílica de fumo, resultando argamassas de reduzida retracção, boa aderência, presa em ambiente seco ou húmido e boa penetração em vazios de pequenas dimensões.

Argamassas com barro vermelho cozido

Papayianni estudou a influência da granulometria do agregado (incluindo resíduos de tijolo) na porosidade e resistências de argamassas de cal e componentes pozolânicos. Os maiores valores da resistência à compressão foram encontrados em argamassas contendo resíduos de tijolo em pó e em grânulos, sugerindo que seja devida a uma melhor aderência entre o ligante (incluindo o pó de tijolo) e o agregado (constituído por grânulos de tijolo) [499]. Considera que esta melhoria também será devida à reacção hidráulica que ocorre e à maior taxa de carbonatação, uma vez que

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as partículas de tijolo têm maior porosidade que outro agregado corrente de igual granulometria e o material cerâmico contribuir para reter humidade [497]. Até um máximo de 80%, a humidade relativa facilita a carbonatação por melhorar a difusão do dióxido de carbono [295].

Teutonico et al [616] também apreciaram a alteração das propriedades das argamassas de cal e areia pela adição de pó de tijolo, em termos de resistência e durabilidade. Estabeleceram que os efeitos serão tanto mais pronunciados quanto mais significativa for a porção de pó de tijolo na mistura (se esta for contabilizada como fazendo parte do agregado e sem diminuir o traço em ligante – cal aérea); mais reactivo for o barro vermelho do tijolo; mais eficiente for o período e a temperatura de cozedura a que tiver sido sujeito o material cerâmico (telha ou tijolo); mais acertada for a granulometria das partículas.

Relativamente à granulometria das partículas, quando se introduzem na dosagem da argamassa partículas de tijolo com dimensão inferior a 75 µm (preferivelmente entre 38 e 60 µm), constata- -se que estas actuam como componente pozolânico, reagindo com a cal, aumentando a velocidade da carbonatação e criando uma argamassa hidráulica mais resistente; quando se adicionam partículas de tijolo com dimensão superior a 300 µm, estas actuam como agregado poroso ou aditivo introdutor de ar, aumentando a porometria da argamassa, facilitando a carbonatação e melhorando a resistência ao gelo e à cristalização de sais.

Os estudos realizados relativamente à temperatura de cozedura concluíram que, se se pretender um elevado comportamento pozolânico da adição, não se deverão introduzir partículas que tenham sido submetidas a cozedura superior a 900-950ºC, nem que sejam oriundas de tijolo refractário.

Velosa e Veiga [684, 686] analisaram argamassas de cal com pó de tijolo resultante de moagem e peneiração (de modo a utilizarem-se as partículas com dimensão inferior a 75 µm) de tijolos correntes cozidos a cerca de 1100ºC e de tijolos da mesma procedência mas crus, que foram sujeitos a cozedura em laboratório, às temperaturas de 750ºC e de 950ºC. Utilizaram o traço volumétrico 1:0,5:2,5 de cal aérea, pó de tijolo e areia. Todos os provetes de argamassas foram sujeitos a cura seca e ensaiados aos 28 dias de idade. A utilização de pó de tijolo cozido a diferentes temperaturas conduziu a argamassas de características também distintas. Comparativamente a uma argamassa padrão de cal aérea com traço 1:3, verificaram que a introdução de pó de tijolo cozido a altas temperaturas (a partir de 900ºC) não produziu melhorias nas características das argamassas. Com a utilização de pó de tijolo cozido à temperatura de 750ºC obtiveram uma argamassa de melhores características, tanto a nível de resistências como em termos de capilaridade.

4. Análise de argamassas 113 Conclusões semelhantes foram obtidas por Cortina e Dominguez [184] com o mesmo tipo de argamassas. Constataram que pó de material que tinha sido cozido a temperaturas superiores a 1000ºC, mesmo em granulometrias finas (módulo de finura de 0,32), não conduziam a argamassas com comportamento hidráulico, enquanto resíduos de material cozido a temperaturas inferiores a 1000ºC, moído na mesma granulometria, já conduziam a argamassas hidráulicas. Consideram que como o material não tem alta reactividade pozolânica, parte actua como agregado, pelo que o traço óptimo deverá ter baixa quantidade de areia.

Argamassas com caulino cozido

Domaslowski [210] estudou argamassas de cal com adição de argilas e outros materiais potencialmente pozolânicos, tais como sílica coloidal e diatomite. Os melhores resultados foram obtidos com metacaulinite (resultante da cozedura de caulinite a 900ºC, embora outros estudos recomendem cozeduras a mais baixa temperatura, por vezes seguida de arrefecimento brusco). Verificou que a retracção é mais elevada em argamassas só de cal aérea e areia do que quando parte da cal é substituída por metacaulino e que esta adição melhora a capilaridade. Tendo a quantidade de metacaulino sido incorporada como 50% da percentagem do teor em ligante, e variando o traço ligante/agregado entre 1:2 e 1:5, as características mecânicas, a retração e o comportamento face à água pioram com a diminuição da relação ligante/agregado.

Como que na continuidade deste estudo Zendri et al [706] analisaram argamassas constituídas por cal aérea, areia e por uma argila caulinítica, que foi cozida a diferentes temperaturas. As amostras de argila foram calcinadas numa mufla durante 24 horas, às temperaturas de 500, 550, 600, 650 e 700ºC e analisadas por si só e em argamassas resultantes da mistura volumétrica de uma parte de cada argila calcinada para uma parte de cal em pasta, e cerca de 46% de água. Os provetes de argamassa foram sujeitos a cura ao ar durante 5 meses, a humidade relativa de cerca de 60%. Por análise espectrográfica detectou-se uma reacção química real entre a cal em pasta e o material argiloso, comprovada pela presença de valências de oxigénio livre saturado com iões Ca++_{. A}

interacção foi maximizada nas argilas em que os minerais se converteram na forma amorfa (calcinadas a 550 e 600ºC) que aparenta, para este traço, a estrutura com maior afinidade com a cal.

- Influência da preparação, cura e especificações de ensaio

Henriques [295] comparou argamassas com traço volumétrico 1:4 de cal aérea e areia relativamente a outras com traço 1:1:4 de cal aérea, pozolana e areia (variando ainda as condições de preparação – segundo a BS 4551 [85] ou a NP EN 196-1 [318] - e as curas das argamassas - - segundo a BS e especificações do CSTB [118]).

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Relativamente ao ensaio de capilaridade - realizado segundo dois procedimentos distintos (RILEM II.6 [529] e NORMAL 11/85 [181]) ao fim de 5 meses de cura dos provetes constatou que as argamassas com pozolana resultaram hidráulicas e absorveram maior quantidade de água por capilaridade relativamente às argamassas puras de cal. O coeficiente de capilaridade apresentado pelas argamassas hidráulicas foi sempre mais elevado, sendo uma explicação possível para este facto o maior número de pequenos poros resultantes das reacções de hidratação dos componentes pozolânicos. Os valores obtidos nos ensaios relativos à absorção total por capilaridade foram semelhantes nas duas metodologias adoptadas. Relativamente ao coeficiente de capilaridade, a metodologia segundo a RILEM apresentou valores mais elevados porque a velocidade de absorção é superior por a evaporação só ocorrer pelo topo superior (todos os laterais estão impermeabilizados).

As variações na preparação não tiveram efeitos nas características mecânicas das argamassas de cal aérea mas afectaram bastante as argamassas com pozolana natural, de características hidráulicas (valores superiores na preparação segundo a BS), talvez devido a maior tempo de amassadura e aos 10 minutos de espera, que permitiu o início da reacção de hidratação dos componentes hidráulicos. Relativamente às diferentes curas, constatou-se que maiores resistências mecânicas conduziram a menores absorções capilares (material com maior compacidade) e que este fenómeno foi mais evidente em provetes preparados segundo a NORMAL que segundo a RILEM. Como seria de esperar, a cura húmida (BS) favoreceu as resistências das argamassas com pozolana, enquanto a cura mais seca (CSTB) foi benéfica para as argamassas puras de cal, e que nestas últimas argamassas as resistências tiveram um acréscimo com a idade (de um para cinco meses) de cura dos provetes. No que se refere ao módulo de elasticidade dinâmico, todas as argamassas apresentaram valores semelhantes, independentemente da cura, excepto as argamassas hidráulicas preparadas segundo a EN, que tiveram valores inferiores.

Em termos de condições de cura surge como principal inconveniente da aplicação de argamassas de cal e pozolana natural a significativa queda progressiva da sua resistência mecânica quando a cura se faz ao ar livre. Ao fim de um ano de conservação, mesmo em ambiente interior, as argamassas de cal e pozolana ficam friáveis, desagregando-se facilmente à mão. Sousa Coutinho [592] apresenta a variação da tensão de rotura de prismas com 4 x 4 x 16 cm de argamassa de 1:3:4 de cal aérea, pozolana de Stº.Antão e areia, com diferentes condições de conservação: sempre dentro de água, dentro de água até aos 28 ou aos 90 dias e a partir daí ao ar livre ou sempre ao ar livre (fig. 4.1). Verifica-se que quanto menor o tempo de cura em água, mais baixas as tensões obtidas.

4. Análise de argamassas 115

Fig. 4.1 - Influência da cura nas tensões de rotura de uma argamassas de cal aérea e pozolana [592]

Sousa Coutinho aponta como causas da queda nas tensões de rotura das argamassas de cal e pozolana natural, quando conservadas ao ar livre em pequenos provetes onde o efeito da secagem se manifesta com intensidade, por um lado, a lentidão da reacção pozolânica, que provoca uma certa facilidade para a saída da água, que se traduz num aumento do coeficiente de permeabilidade higrométrica; por outro lado, uma contracção particularmente grande no início da cura que provoca tensões iniciais muito importantes, que originam roturas locais que destroem os produtos formados e diminuem a resistência do conjunto. A falta prematura de água impede que as reacções se completem e a saída da água do composto formado (silicato ou aluminato) provoca uma alteração da sua estrutura que lhe destrói as propriedades aglomerantes.

As grandes quebras de resistência de argamassas de cal e pozolana conservadas ao ar livre induzem que a própria água de constituição dos componentes hidratados seja perdida por evaporação, o que explica o diferente comportamento obtido com diferentes curas. A queda observada nas resistências de argamassas de cal aérea e pozolanas artificiais conservadas ao ar livre também se verifica, mas de forma menos acentuada que a verificada no caso das pozolanas naturais. Por este facto o Caderno de Encargos para o Fornecimento e Recepção de Pozolanas [192] refere que “as argamassas e betões de cal aérea e pozolana só poderão empregar-se em condições em que se

evite a sua secagem (obras submersas, obras em contacto com água, certas obras enterradas, etc.).”

O problema referido relativo às condições de cura surgiu na aplicação recente de argamassas de cal aérea, pozolana natural e areia (de rio e de areeiro) no Forte de S.Julião da Barra [45]. Embora tivesse sido referida a exigência de medidas de protecção durante a cura e o endurecimento, pensa-se que a cura (devido à aplicação ter decorrido em Abril e à forte exposição dos paramentos) acabou por ser demasiado seca, situação que conduziu a que a superfície da argamassa ficasse muito friável, especialmente em zonas mais expostas.

Outra das desvantagens das argamassas de cal aérea e pozolana é o facto das resistências se desenvolverem lentamente quando a cura ocorre à temperatura ambiente. A hidratação deste tipo

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de argamassas será muito sensível à temperatura de cura. Shi e Day [574] constataram que o período de tempo necessário para o desenvolvimento de resistências iniciais em argamassas de cal aérea e pozolana diminui com o aumento da temperatura de cura. Estes autores referem que Lea, em publicação de 1974, analisou argamassas de cal aérea , pozolana e areia, com traço 1:1:6. Quando a cura decorreu a 35ºC de temperatura, as resistências obtidas aos 7 e 28 dias foram altas, enquanto as obtidas com argamassas idênticas mas sujeitas a cura a 0ºC foram muito inferiores.

No que se refere à formulação e compactação, Papayianni [499] refere que a utilização de misturas de ligantes tais como pozolana natural e/ou pó de tijolo, juntamente com cal aérea, conduz ao desenvolvimento de argamassas com porosidades aceitáveis e que a compactação tem influência positiva no aumento das resistências mecânicas e na durabilidade. A introdução de adjuvante com efeito pastificante diminui a quantidade de água necessária, aumentando as resistências e reduzindo a retracção, enquanto agentes introdutores de ar aumentam a porosidade e também contribuem para a redução da retracção.

- Acções específicas dos sais solúveis

Papayianni e Theocharidou [498] observaram várias alvenarias antigas onde foram registados problemas de ocorrência de eflorescências alguns anos após a execução de trabalhos de reparação. Atribuem as causas para o aparecimento das eflorescências à existência de cal livre, aos álcalis que são transportados pela água no interior das argamassas e ao contacto com um meio aquoso rico em sulfatos ou em cloretos. Para aferirem a tendência para a deposição superficial de sais elaboraram um estudo sobre argamassas com pequenas quantidades de cimento tipo II, cal aérea, pozolana natural de Santorini e de Skydra, pó de tijolo, agregado de tijolo e areia de rio da região de Tessalónica (materiais correntemente utilizados em argamassas de substituição na Grécia), dos quais determinaram o teor em NaCl, através da condutividade (quadro 4.2). Verificaram que o teor em NaCl apresentado pelo cimento Portland tipo II era superior ao dobro do registado pelos restantes constituintes analisados.

Foram analisadas várias formulações, com compactação, cura em ambiente seco e espalhamento de cerca de 70% e comparadas as características apresentadas por todas as argamassas ao fim de dois anos. A porosidade, e mais particularmente a porometria, parecem ser os factores que mais influenciam a tendência para a ocorrência de eflorescências em argamassas com teores em álcalis comparáveis. A adição de pó de tijolo37 _{contribuiu para o aumento da resistência e redução da}

37 _{Que os autores comparam a outro filler, por ter apresentado fracas características pozolânicas talvez por a cura ter decorrido}

4. Análise de argamassas 117 capilaridade, aumentando a retenção de água da argamassa. Esta característica é benéfica quando se tratam de argamassas para serem aplicadas em suportes muito absorventes, excepto quando há problemas de gelidificação. Mesmo quando utilizado em pequenas quantidades, o cimento aumentou o teor em sais das argamassas. Consideraram como preferível, de entre todos os traços estudados e tendo em vista a prevenção da ocorrência de eflorescências, a argamassa contendo como ligante cal aérea e pozolana com traço 1:1 entre os dois componentes.

Quadro 4.2 - Teor em NaCl de matérias-primas constituintes de argamassas [498]

Materiais NaCl (g/l)

Cal aérea 0.70

Cimento portland tipo II 1.50 Pozolana de Santorini 0.73 Pozolana de Skydra 0.70 Pó de tijolo 0.68 Areia de rio 0.60

Por seu lado, Tabasso e Sammuri [607] avaliaram a libertação de sais solúveis de diversas argamassas através da condutividade eléctrica. Atribuem o elevado valor de condutividade (que acusa alto teor de sais solúveis) encontrado na solução de 1:3 de cal aérea e areia principalmente à presença de Ca++_{, por algum hidróxido de cálcio (que não carbonatou), mesmo em amostras com}

idade superior a 1 ano (hipótese confirmada por difractogramas de raio X). A adição de componentes pozolânicos (caso da argamassa 1:0,5:2,5 de cal aérea, pozolana e areia) que podem reagir pozolanicamente com a cal mostrou reduzir muito a libertação de Ca++ _{solúvel; efeito mais}

fraco mas semelhante foi obtido com fraca adição de cimento (caso da argamassa 1:3:12 de cimento, cal aérea e areia), enquanto a argamassa com cal hidráulica branca Lafarge apresentou baixos valores de Na+ _{e K}+ _{e elevado valor de Ca}++ _{(devido à presença de hidróxido de cálcio -}

- Ca(OH)₂ - que não reagiu). A difracção de raio X mostrou que a portlandite é um dos maiores componentes cristalinos do produto, antes da cura.

Consideram que, geralmente, quando a concentração em Ca++ _{é alta, a percentagem de Na}+ _{e K}+

é baixa e vice-versa. Quando existe alto teor em Ca++_{, a argamassa ao longo do tempo vai}

provocar a incrustação de CaCO₃ insolúvel, o que pode ser aceitável no caso de paredes claras sem decoração por pintura; quando a argamassa vai ser aplicada perto de um fresco ou parede decorada, é necessário utilizar argamassa com baixo teor em Ca++, escolhida entre produtos com mínimo teor em iões alcalinos. Consideram ainda como limite aceitável os valores obtidos para argamassas de cal aérea, pozolana e areia e registam a necessidade de mais investigação que possibilite o estabelecimento de correlação entre a libertação de sais solúveis e os danos que podem ocorrer na argamassa, relacionados com características de porosidade e permeabilidade da parede.

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Por outro lado, Blanco-Varela et al [67] mostraram que argamassas contendo pozolanas que tenham alto teor em ferro podem ser sensíveis ao ataque por SO₂, devido ao ferro ser um catalizador da reacção de sulfatação.

- Compostos resultantes de pastas e argamassas de cal aérea e componentes pozolânicos Relativamente à análise de pastas de cal aérea e componentes pozolânicos, Jambor [364] analisou os compostos resultantes de pastas de cal aérea e vários materiais pozolânicos. Verificou que pastas de cal e pozolana aos traços ponderais 1:1 e 1:2, curadas à temperatura ambiente durante longo período de tempo, desenvolveram fases relacionadas com a tobermorite (CSH) e aluminatos de cálcio hidratados (CAH), de acordo com a quantidade e forma da sílica e da alumina presentes na pozolana. Os seus resultados foram corroborados por Lewin [400], que analisou em laboratório os compostos mineralógicos que se vão formando ao longo da cura de uma mistura de cal em pasta e pozolana (traço 1:1, em volume). Após 7 dias de cura a 90% de humidade relativa, através de análise por difracção de raios X (XRD), identificou a presença de hidróxido de cálcio ou portlandite, proveniente da cal em pasta e de menores quantidades de aluminato tetracálcico hidratado (Ca4Al2O7.xH2O ou C4A) ou silicato de cálcio hidratado

(5Ca2SiO4.6H2O), produtos da reacção resultantes da interacção entre a portlandite e a pozolana.

A examinação por microscópio electrónico de varrimento (SEM) mostrou que a portlandite