MOVIMENTAÇÃO E FIXAÇÃO DA ÁGUA NA ARGAMASSA

2.2.1 Introdução

A argamassa é um material poroso, o que favorece a condensação e a evaporação da água, bem como o transporte e fixação dentro de seus poros capilares. Estes poros podem estar secos, parcialmente preenchidos por água ou saturados.

A movimentação e a fixação da água no interior de uma argamassa dependerão da forma como a água está presente e do tipo de poro onde ela está contida e serão responsáveis pela deformação de toda a estrutura, influenciando no desempenho da argamassa no estado fresco e endurecido.

2.2.2 Poros capilares

A porosidade é uma das características de grande importância dos materiais à base de cimento, que influencia várias propriedades como permeabilidade, resistência e durabilidade (ANDRIAMANANTSILAVO, 2003).

Em um material poroso é possível distinguir três fases: sólida, líquida e gasosa. No caso de uma argamassa endurecida, a matriz representa a fase sólida e os poros preenchidos de ar ou de água

representam as fases gasosas ou líquidas, respectivamente. Estes poros podem estar conectados entre si ou não.

A impermeabilidade de um material sólido é uma propriedade caracterizada, dentre outros fatores, pelo volume de poros que não estão interconectados, enquanto que a permeabilidade é uma propriedade que caracteriza a tendência de um material sólido deixar-se penetrar por líquidos e gases através dos poros conectados (ISMAIL, 2006). A Figura 1 mostra a representação esquemática de um material sólido impermeável e permeável quanto à conectividade dos poros.

Figura 1 – Material sólido: (a) impermeável; (b) permeável (ISMAIL, 2006)

Quando ocorre a hidratação do cimento em compósitos com relação água/cimento superior a 0,38, uma parte do volume não é preenchida pelos hidratos que irão formar os poros capilares que possuem formas variadas e em geral estão interconectados (NEVILLE, 1982).

Noções de microestrutura são necessárias para permitir descrever o desenvolvimento da porosidade de uma argamassa. A descrição da geometria dos poros está associada essencialmente ao tamanho e à forma dos poros, bem como da sua organização espacial. Esses fatores exercem influências importantes na movimentação e fixação da água de uma argamassa e, conseqüentemente, na retração.

Dentre todos os parâmetros microestruturais, possivelmente o de maior importância é a distribuição de tamanho dos poros, sendo a técnica de porosimetria por intrusão de mercúrio a mais utilizada para caracterização da estrutura porosa de materiais a base de cimento (SATO, 1998; SILVA, 2001; IGARASHI et al., 2005). Entretanto, Diamond (2000) salienta que as características da estrutura dos poros caracterizadas por esta técnica não são representativas da estrutura real dos poros, por causa das suposições impróprias feitas da forma dos

poros e de suas conectividades. Uma das grandes críticas ao método se deve à suposição de que os poros têm formato cilíndrico (diâmetro constante ao longo do seu comprimento), e o que fica determinado é o diâmetro da entrada do poro, e não o diâmetro do poro propriamente dito, que pode ser diversas vezes maior (FERNANDES, 1994). Além disso, as elevadas pressões necessárias para a intrusão do mercúrio no interior dos poros podem causar danos na estrutura interna das amostras, distorcendo os resultados (SILVA, 2001). Porém, segundo Sarkar citado por Silva (2001), apesar da porosimetria por intrusão de mercúrio não representar de forma real a microestrutura de materiais como pastas, argamassas e concretos, os resultados podem ser indiretamente relacionados à mesma, servindo como um bom suplemento para caracterização detalhada da microestrutura com ênfase na porosidade.

A classificação dos poros de uma pasta de cimento quanto ao diâmetro, segundo Union of Pure and Applied (IUPAC, 1997), está apresentado na Tabela 4.

Tabela 4 – Classificação dos poros da pasta de cimento (IUPAC, 1997)

Denominação Tipo Diâmetro

Microporos Poros de gel < 2,5 nm Mesoporos Poros capilares 2,5 nm a 50 nm Macroporos Poros capilares 50 nm a 10 µm

A quantidade de poros encontrados nos produtos hidratados do cimento, conhecidos por poros de gel, aumenta com a hidratação do cimento cujas dimensões não ultrapassam alguns nanômetros, porém maiores que as dimensões das moléculas de água. Com o aumento do volume de poros de gel ocorre uma diminuição do volume de poros capilares e conseqüentemente ocorre uma redução da conectividade dos capilares (BRESSON, 2006).

2.2.3 Mecanismos da ação da água

A movimentação da água no interior de uma argamassa de revestimento depende das condições de cura, das condições ambientais (temperatura, umidade relativa e velocidade do vento), da natureza dos

substratos porosos, entre outros, que condicionam o grau de hidratação numa certa idade e que é função da evolução da quantidade de água livre presente na argamassa.

A água está presente sob diferentes formas no interior de uma argamassa e apresenta uma grande diversidade de tipos de ligações com os componentes anidros do cimento (COPELAND e KANTRO citados por GALLIAS, 1982; FERON, 2002):

Água combinada quimicamente com a formação dos produtos hidratados da microestrutura;

Água adsorvida que é constituída de camadas de moléculas de água condensadas sobre a superfície dos agregados constituintes da argamassa ou concreto. O aumento da quantidade água adsorvida se deve às interações físicas e químicas entre as moléculas de água e os agregados por meio de ligações do tipo van der Waals e eletrostática;

Água intersticial ou capilar retida dentro dos poros da argamassa por forças capilares. Neste caso a água é separada da fase gasosa por um menisco.

A água intersticial pode se apresentar também na forma livre dentro do espaço dos poros da microestrutura, sem nenhuma força de interação que sob a ação de uma pressão pode passar para o meio poroso (BAROGHEL-BOUNY, 1994; FERON, 2002).

A Figura 2apresenta a representação esquemática da presença da água no interior da estrutura de uma pasta de cimento (BREUGEL, 1991).

Figura 2 – Representação esquemática da presença da água na estrutura da pasta de cimento (BREUGEL, 1991)

A elevação da temperatura provoca um desequilíbrio termodinâmico das ligações que levam a sua ruptura e à evaporação da água. Toda a água capilar é completamente eliminada a uma temperatura de 105ºC, enquanto que a água combinada quimicamente começa a evaporar após esta temperatura até 900ºC (GALLIAS, 1982).

As águas capilares, presentes nos poros maiores que 50 nm, são águas livres da influência das forças de atração exercidas pela superfície sólida, diferentemente da água adsorvida que está ligada à superfície sólida através de forças de atração molecular (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

A Figura 3 ilustra as diferentes formas que a água pode estar presente na estrutura do silicato de cálcio hidratado (C-S-H) de acordo com o modelo de Feldman e Sereda citados por Neville (1982).

Figura 3 – Modelo esquemático da estrutura da pasta de cimento hidratado (FELDMAN e SEREDA citados por NEVILLE, 1982)

A água retida pelas forças superficiais das partículas de gel é denominada água adsorvida, e a parte que fica retida entre as superfícies de certos planos num cristal é denominada água intersticial ou interfolha. A água estrutural é a parte da água de cristalização não quimicamente associada aos principais componentes de malha cristalina (NEVILLE, 1982). A água interfolha está localizada nos nanoporos do gel de C-S-H de aproximadamente 2,5 nm e constitui em uma camada monomolecular fortemente ligadas às lamelas do C-S-H por ponte de hidrogênio (MEHTA e MONTEIRO, 1994). Sob efeito de secagem (autodessecação3 ou através de equilíbrio com o meio ambiente), esta água livre coexiste no estado gasoso e no estado líquido e as depressões

3

É o fenômeno de esvaziamento dos poros capilares no decorrer da hidratação do cimento (AÏTCIN, 2003).

criadas pelos meniscos dentro dos capilares permitem assegurar o equilíbrio entre estes dois estados. Para manter o equilíbrio com o meio exterior, esta água movimenta-se através da rede de poros da microestrutura e evapora para o meio exterior, o que provoca uma grande retração (GALLIAS, 1982). As leis que registram a difusão dos gases e dos líquidos se aplicam então a este material.

A depressão capilar e variações de tensões superficiais que estão associadas ao movimento e perda de água durante a secagem são creditadas como sendo as principais causas da retração (HUA et al., 1995; BENTZ, 2008). A Equação de Laplace (Equação 1) e de Kelvin (Equação 2) deduzem a variação da depressão capilar.

Figura 4 – Esquema de um capilar não saturado

Equação 1 Equação 2 Onde: cap