Estudos já realizados sobre argamassas de comportamento térmico melhorado

Actualmente existe uma procura cada vez maior por argamassas de desempenho térmico melhorado que ofereçam boas características isolantes sem comprometer a sua resistência e durabilidade, através da introdução de agregados pouco utilizados normalmente. As argamassas de construção podem ser classificadas segundo o local de produção: tradicionais (doseadas em obra) ou industriais (pré-doseadas em fábrica); estes dois grupos diferem ainda nos materiais constituintes, modo de fabrico, execução e aplicação, sendo as argamassas industriais normalmente pré-doseadas em fábrica com diversos tipos de adjuvantes e adições, e aplicados numa única camada directamente no suporte. No entanto, estima-se que entre 62 e 78% dos revestimentos aplicados em edifícios correntes sejam argamassas tradicionais doseadas em obra (APFAC, 2005).

Neste capítulo apresentam-se alguns estudos, tanto no que toca a aplicações tradicionais como industriais, que se têm vindo a desenvolver sobre argamassas de desempenho térmico melhorado.

i. Argamassas térmicas

Em Soares et al (2015) produziram-se argamassas tradicionais de traço 1:4 com substituição de areia por percentagens variáveis de aerogel de sílica, granulado de cortiça e argila expandida (entre 20% e 30% em volume), de dimensões entre 0,5 mm e 2 mm, bem como uma argamassa de controlo com areia. Foram ensaiados, entre outros parâmetros, a condutibilidade térmica, a massa volúmica aparente (por pesagem hidrostática e através de um método com imersão em gás, com um equipamento Geopyc) e a porosidade aberta através de pesagem hidrostática. Concluiu-se que a incorporação de agregados leves teve o efeito de reduzir significativamente a massa volúmica e a condutibilidade térmica, bem como de causar um aumento na porosidade aberta (de 26% na argamassa de areia para 31 e 32% nas argamassas de granulado de cortiça e argila expandida e 40% na de aerogel).

Em Silva et al (2015), conduziu-se uma série de estudos para avaliar o comportamento mecânico de argamassas com substituição de agregados. Produziram-se, além de uma argamassa de referência,duas argamassas com 100% de substituição de areia por argila expandida e granulado de cortiça e duas argamassas com alternância destes dois agregados em proporções de 60% e 40%. Ensaiaram-se a resistência à compressão e o módulo de elasticidade dinâmico destas amostras. Verificou-se que a introdução de agregados leves provoca uma diminuição de ambas as características mecânicas (particularmente devido ao granulado de cortiça) existindo uma correlação de potência entre o módulo de elasticidade dinâmico e a resistência à compressão. Na tabela 2.4 apresentam-se os valores obtidos:

Tabela 2.4 – Características das argamassas estudadas por Soares et al (2015) e Silva et al (2015) Estudo Argamassa MV – método hidrostático (kg/m3) MV – Geopyc (kg/m3) Porosidade

aberta (%) Ed (MPa) Rc (MPa)

Soares et al (2015)

Referência 1827 2010 26 - - Arg. com aerogel 1527 1560 40 - - Arg. com cortiça 1528 1460 31 - - Arg. com argila 1582 1540 32 - -

Silva et al (2015) Referência - - - 12201 8,89 100% argila - - - 4220 1,43 100% cortiça - - - 184 0,41 60% cortiça + 40% argila - - - 1069 2,04 40% cortiça + 60% argila - - - 1907 2,94 Legenda: MV – massa volúmica aparente; Rc – resistência à compressão; Ed – módulo de elasticidade dinâmico

Vale (2014) e Melo (2014), em dissertações de mestrado inseridas no projecto Nanorender, investigaram o comportamento mecânico e físico de argamassas de comportamento térmico

22

melhorado. Foram produzidas 4 argamassas industriais com quantidades variáveis de agregados de EPS e cortiça, 2 argamassas tradicionais sem adjuvantes em que a areia foi substituída por 80% de granulado de cortiça e 85% de EPS seguindo a curva granulométrica Mesquita, e uma argamassa de referência com areia. O ligante utilizado nas argamassas tradicionais foi cimento portland CEM II B/L 32,5 N. Realizaram-se ensaios de resistência à compressão e à tracção por flexão, módulo de elasticidade dinâmico, aderência ao suporte, velocidade de propagação das ondas ultra-sónicas, coeficiente de condutibilidade térmica, massa volúmica, porosidade aparente, absorção de água e índice de secagem, em provetes de dimensões 160x40x40 mm3, 80x70x25 mm3, 300x300x50 mm3, e sobre tijolos.

Estes autores concluíram que são necessárias quantidades superiores a 70% de incorporação de agregados isolantes em argamassas para se obter reduções significativas na condutibilidade térmica. Com esta introdução de agregados, obtiveram-se alterações significativas no seu comportamento físico e mecânico, embora a introdução de agregados não seja suficiente, por si só, para serem classificadas como argamassas térmicas segundo a EN 998-1 (CEN, 2010). Através da introdução destes agregados verificou-se uma redução na massa volúmica (Mv ≤ 863 kg/m3), no módulo de elasticidade dinâmico (Ed ≤ 2110 MPa) e na velocidade de propagação das ondas ultra-sónicas (V ≤ 2176 m/s), uma diminuição de cerca de 60% e 90% e 40%, respectivamente; uma redução na condutibilidade térmica de cerca de 80%; uma redução na resistência à compressão (valores obtidos entre 0,40 e 4,44 MPa); e um aumento da porosidade, embora algumas argamassas não tenham sido ensaiadas pois o método não era adequado.

Ali (2011) analisou o comportamento mecânico de argamassas tradicionais de revestimento com incorporação de agregados de EPS, em substituições de 40 a 85% em volume. Os agregados de EPS usados são conhecidos comercialmente como “Addipore 55”, com dimensões entre 2 e 12 mm. Utilizou como ligante cimento Portland de tipo I, como adjuvantes sílica de fumo (massa volúmica de 250-350 kg/m3) e um superplastificante (“Sikament 163 M”), e para a argamassa de referência areia siliciosa com módulo de finura 3,28). O autor concluiu que a inclusão de agregados de EPS reduziu a massa volúmica aparente no estado endurecido em cerca de 55%, para a argamassa com 85% de substituição de volume com areia, verificando-se uma relação linear entre a quantidade de EPS na mistura e a redução de massa volúmica. Registou também uma diminuição de cerca de 90% na resistência à compressão, módulo de elasticidade estático e condutibilidade térmica, para a mesma argamassa, em relação à argamassa de referência.

Em Martins (2010) produziram-se argamassas tradicionais de revestimento com introdução de três granulometrias distintas de regranulado negro de cortiça (regranulado fino, grosso e pó de cortiça), com inclusão de cal hidráulica e cimento em traços de 1:3 (argamassas com cal) e 0,5;0,5;3 (argamassas bastardas) e sem quaisquer adjuvantes. Foram utilizadas diferentes percentagens de substituição de cortiça por areia, em proporções de 60 a 80%. Verificou-se que, para uma argamassa bastarda com 80% de inclusão de cortiça, esta registou uma diminuição de cerca de 50% na massa volúmica (944 kg/m3), 80% na resistência à compressão (2,4 MPa) e 75% na condutibilidade térmica (0,2 W/m.K), em relação à argamassa de referência. Estes resultados indicam que o regranulado

negro de cortiça tem um bom desempenho térmico mas induz uma perda de resistência significativa nas argamassas.

Brás et al (2013) ensaiaram argamassas de revestimento com subtituição de cortiça e EPS em percentagens de 10 a 80% em volume por areia, bem como uma argamassa de referência. Utilizou- se cimento CEM II B/L 32,5N, areia siliciosa de dimensões 0/1 mm, agregados de cortiça e EPS de dimensões 0,5/1 e 2 mm, respectivamente, e um superplastificante (PCE). Os autores registaram porosidades entre 20 a 30% para as argamassas com maior substituição de agregados, uma redução da massa volúmica em 30% em relação à argamassa de referência, e uma diminuição da condutibilidade térmica entre 60 a 75%. Quanto à resistência à compressão, registaram-se reduções de 56 e 84% para as argamassas de 80% de EPS e cortiça, respectivamente, indicando que o efeito de perda de resistência é mais significativo em argamassas com incorporação de cortiça.

Nepomuceno & Silva (2014) produziram argamassas tradicionais com incorporação de PCM (phase change materials, sob a forma de argila expandida e cera de parafina, com o objectivo de avaliar o seu comportamento térmico. Utilizaram cimento Portland CEM II B/L 32,5N como ligante, juntamente com um superplastificante e areia fluvial de granulometria fina e média. A argila foi peneirada de forma a conseguir uma granulometria com agregados inferiores a 4 mm. Os agregados de argila foram em seguida impregnados com os PCM através de um processo de imersão a altas temperaturas, seguida de secagem com ar comprimido. Produziram-se 3 argamassas com um traço de 1:3 fazendo variar a quantidade de substituição de argila com PCM por areia. Obtiveram-se massas volúmicas no estado endurecido perto dos 1300 kg/m3, resistências à compressão de 15 MPa, e condutibilidades térmicas de 0,5 W/(m.K), para as argamassas com maior percentagem de substituição de agregados. Verificou-se uma diminuição significativa da massa volúmica e da resistência à compressão, embora se tenha melhorado a condutibilidade térmica em cerca de 30 a 50% em relação às argamassas de referência produzidas.

Quanto às argamassas térmicas industriais, Gonçalves et al (2012) desenvolveram uma argamassa industrial térmica com substituição de 70 a 80% de agregados de EPS, cimento portland branco e adjuvantes (não especificados), com o objectivo de reduzir o coeficiente de condutibilidade térmica para 0,07 W/m.ºC sem compremeter as suas características mecânicas e de trabalhabilidade. Obteve-se uma argamassa com massa volúmica aparente de 250 kg/m3, módulo de elasticidade dinâmico de 500 MPa e resistência à compressão de classe CS I (0,4 a 2,5 MPa), de acordo com a norma EN 998-1 (CEN, 2010).

Frade et al (2012) produziram uma argamassa industrial com substituição de 70 a 80%, em volume, de agregados de cortiça, com um cimento portland e um hidrófugo não especificados. A argamassa apresenta uma condutibilidade térmica de 0,163 W/m.ºC, massa volúmica de 910 kg/m3, módulo de elasticidade de 10010 MPa, porosidade de 46,6% e resistência à compressão de 9,8 MPa.

24 ii. Comportamento acústico de argamassas

Pedroso (2014) desenvolveu um estudo com o objectivo de produzir um material isolante acústico com incorporação de fibras vegetais. Para avaliar o seu comportamento acústico, foram aplicados vários modelos teóricos previsionais, nos quais o parâmetro mais influente foi a resistividade ao fluxo de ar.

Knapen et al (2003) estudaram argamassas de areia com cimento modificadas com polímeros (acetato polivinílico), fazendo variar a quantidade de areia e polímeros em relação ao cimento. Avaliaram-se experimentalmente a porosidade aberta, resistividade ao fluxo de ar e tortuosidade. Foram também avaliados o comprimento viscoso (Λ) e o comprimento térmico (Λ’), através de uma análise de sensibilidade ao modelo de Allard-Johnson, tendo-se obtido valores de Λ’ entre 200 e 500 μm, e de Λ entre 35 e 120 μm. O comprimento viscoso (Λ’) foi mais elevado em argamassas com agregados de maiores dimensões, mas o comprimento viscoso (Λ) não foi afectado. Concluiu-se que um aumento da tortuosidade nas argamassas estudadas levou a uma diminuição do coeficiente de absorção sonora em frequências superiores a 2000 Hz, bem como uma diminuição da frequência em que se regista o pico de absorção, não se registando alterações significativas em frequências mais baixas. O aumento da porosidade aberta e a diminuição da resistividade ao fluxo de ar provocaram também um aumento do coeficiente de absorção sonora na mesma gama de frequências. A influência do comprimento térmico e comprimento viscoso não foi significativa, embora se tenha notado um ligeiro aumento do coeficiente de absorção com o aumento do comprimento térmico (Λ’), bem como um aumento da frequência em que o pico da absorção ocorre. A figura 2.13 ilustra duas curvas de absorção obtidas neste estudo, através de medição experimental e de cálculo pelo modelo de Allard- Johnson.

Figura 2.13 – Curvas de absorção sonora experimental (esq.) e calculada pelo modelo de Allard-Johnson (dir.) obtidas por Knapen et al (2003)

Neithalath et al (2005) relacionaram a absorção acústica com a porosidade, o volume de poros e a estrutura porosa em betões através de um “factor estrutural”, que consiste na razão entre a

porosidade total e o volume de poros principais. Entre as conclusões deste estudo destaca-se o facto de ter sido provado que um aumento no tamanho dos poros causa uma redução no coeficiente de absorção máximo, embora não altere significativamente a frequência em que esta ocorre; isto deve- se ao facto de, em poros de grandes dimensões, as perdas de energia devido a fricção serem baixas e uma parte considerável das ondas que penetram na estrutura serem reflectidas. O coeficiente máximo de absorção é também diminuído linearmente com um aumento no factor estrutural. Verificou-se ainda que a absorção em baixas frequências é melhorada através do aumento da relação entre as dimensões dos poros e os canais que os ligam. Note-se que neste estudo assumiu- se uma estrutura porosa em que os poros e os canais têm uma forma aproximadamente cilíndrica, o que é uma hipótese próxima da adoptada nesta dissertação (capítulos 4 e 5).

Branco & Godinho (2013) ensaiaram acusticamente argamassas tradicionais com incorporação de granulado de cortiça (dimensões 3/5 e 5/10), EPS e argila expandida (dimensões 2/4 e 3/8), bem como uma argamassa de referência. As argamassas foram produzidas sem adjuvantes, aplicadas em lajes de pavimento e submetidas a um ensaio de transmissão de ruído por impacto baseado em Godinho et al (2010). As amostras foram colocadas numa câmara isolada e submetidas a um impacto, tendo-se utilizado um microfone para medir as ondas sonoras resultantes. Os autores verificaram uma diminuição na transmissão de ruído, particularmente para as altas frequências, embora os resultados tenham dependido fortemente da geometria e dimensões das amostras, bem como da sua posição relativamente à fonte de impacto e microfone. Verificou-se também que o aumento da espessura do revestimento levou a um melhor desempenho, especialmente nas altas frequências, para todas as argamassas, mas mais notavelmente nas de agregado de cortiça.

Segundo o estudo de Vašina et al (2006), que produziram argamassas de cimento com incorporação de argila expandida e um superplastificante, a tortuosidade e variação na distribuição do tamanho dos poros não é significativamente alterado quando se variam as dimensões dos agregados; por outro lado, pode ser atingido um bom desempenho acústico (atingindo-se coeficientes de absorção sonora superiores a 0,95) se este material for utilizado em dimensões inferiores a 3,5 mm. O principal factor impeditivo no uso destas argamassas como material isolante é a dificuldade em obter resistências mecânicas elevadas sem afectar a proporção de poros abertos, uma das características que mais afecta o seu comportamento acústico.

Frías et al (2011) produziram argamassas de cimento com propriedades acústicas através da incorporação de coque de petróleo. Foi utilizado um tubo de impedância para avaliar o seu comportamento acústico, verificando-se uma relação directa entre a porosidade aberta do material e o seu desempenho acústico. No entanto, a este aumento de porosidade correspondeu também um decréscimo significativo nas suas propriedades mecânicas, nomeadamente na resistência à compressão.

No estudo de Horoshenkov e Swift (2002), avaliou-se o efeito da distribuição do tamanho dos poros no desempenho acústico através de ensaios realizados em vários materiais granulares porosos (neste caso, tratou-se de granulados de espuma de poliuretano, partículas de sílex aglutinadas com

26

um ligante de epoxy de borracha e partículas de vidro não aglutinadas). Ensaiaram-se a resistividade ao fluxo de ar, desvio padrão do tamanho dos poros, porosidade e tortuosidade. Assumindo poros cilíndricos, e através da aplicação destes parâmetros num modelo teórico baseado num estudo anterior, concluiu-se que a distribuição do tamanho dos poros é aproximadamente log-normal.

Em seguida, na tabela 2.4, sintetizam-se as características de algumas argamassas isolantes térmicas existentes no mercado ou produzidas por outros autores, nas quais são usados os mesmos materiais isolantes desta dissertação ou que tenham especificamente, além de características térmicas, uma função isolante acústica. Não foram encontradas, em Portugal, quaisquer argamassas industriais com incorporação de aerogel, tendo-se encontrado apenas um exemplo no mercado suíço.

Tabela 2.5 – Características de argamassas isolantes acústicas

Argamassa Ligante Material

isolante % adição (em volume) Adições/ adjuvantes MV (kg/m3) Rc (MPa) Ed (MPa) σ (%) λ (W/m.°C) α Aplicações Referência/ designação Tradicionais Cimento Argila

expandida s.i. Cinzas; plastificante s.i. s.i. s.i.

38 a 48 s.i. Máximo de 1,0 para 500 Hz - Vašina et al (2006) Cimento Granulado de cortiça 5 a 15 Hidróxido de cálcio/magnésio; derivado de celulose; pó redispersível; hidrófobo em pó; agente introdutor de ar e de controlo de tracção 860 a 910 3,50 a 9,80 s.i. 47 0,13 a 0,23 s.i. Reabilitação / renovação de edifícios

Nunes & Jacinto (2011) - Patente

PT105937

Cal aérea Cortiça s.i.

Pozolanas; silicato de sódio; activador

alcalino; fibras

250 a

1600 Variável s.i. s.i. 0,15 0,15 a 0,95

Int. e ext.; construções novas e reabilitação Cartaxo, F. (2007) - Patente PT103641A Cimento Nanoaerogel hidrofóbico s.i.

Fibras de vidro; fibras

de celulose 144 a 318 0,13 a >0,5 > 0,5 s.i. 0,015 a 0,066 0,05 a 0,23 (entre 250 e 2000 Hz) Int. e ext. Doshi et al (2010) – patente WO 2011/066209 A2

s.i. Perlite s.i. Fibras de algodão;

minerais diversos 200 a 300 s.i. s.i. s.i. s.i. 0,30 a 0,90 Int.

Fellert, J. (1998) Patente WO98/

27027

Industriais

Cal hidráulica Granulado de

cortiça s.i. Adições naturais; fibras de polipropileno; introdutores de ar 470 ± 30 3,0 s.i. s.i. 0,08 > 0,70 (entre 600 e 1500 Hz) Int. e ext. Catálogos e fichas técnicas dos fabricantes

Cal hidráulica Granulado de

cortiça s.i. s.i. 900 0,4 a 2,5 s.i. s.i. 0,1 a 0,2 s.i. Int. e ext.

Cal hidráulica Granulado de _cortiça s.i. s.i. 900 ± 50 1,5 a 5,0 1000 46,6 0,1 a 0,2 s.i. Int. e ext.

Cimento Argila

expandida s.i. s.i. s.i. > 0,7 s.i. s.i. 0,16 s.i. Int. e ext.

Cal, cimento branco e

ligantes sintéticos

EPS 70 a 80 s.i. 400 ± 50 0,4 a 2,5 500 s.i. 0,07 s.i.

Int. e ext.; renovação de edifícios Cal hidráulica; cimento branco

Aerogel s.i. s.i. 220 s.i. s.i. s.i. 0,028 s.i.

Int. e ext.; construções

novas e reabilitação

Legenda: MV – massa volúmica no estado endurecido; Rc – resistência à compressão; Ed – módulo de elasticidade dinâmico;  – porosidade aberta; λ – condutibilidade térmica; α – variação do coeficiente de absorção sonora; s.i. – sem informação.

28