UTILIZADOS EM MATERIAIS CIMENTÍCIOS 3.1 INTRODUÇÃO
PSA A Autor Jensen e
Hansen (2002) Monnig (2005) Assmann (2013) Esteves (2014) Manzano (2016)
Técnica Tea Bag (fluido
sintético) Espalhamento de argamassa Espalhamento de argamassa Granulometria Laser Espalhamento de argamassa Absorção (gfluido/gPSA) 12,5 10,0 11,0 13,8 15,0
Os resultados obtidos com a técnica de espalhamento de argamassas pelos distintos autores, para o mesmo tipo de PSA, mostram uma aproximação aceitável, dado que as condições de ensaio podem ter sido alteradas, especialmente pelas diferenças de composição dos materiais utilizados na confecção das argamassas. Além disso, os valores alcançados com as diferentes técnicas empregadas por outros autores, mostram concordância razoável com o resultado de absorção determinado pelo espalhamento de argamassa. Portanto, mostrou-se que essa metodologia pode ser utilizada para a determinação da absorção no meio cimentício de PSAs usados como agentes de cura interna na mitigação da retração autógena.
3.3.7 - Isotermas de adsorção e dessorção
Nesta tese as isotermas de adsorção e dessorção foram determinadas somente para o PSA A, porque esse polímero foi utilizado como agente mitigador da retração autógena no programa experimental desenvolvido em microconcretos de alta resistência (Capítulo 7). O método gravimétrico estático foi empregado para a determinação das isotermas, seguindo as recomendações da norma ASTM C1498:2004. A metodologia consiste na colocação de uma amostra de polímero seco (aproximadamente 50,0 mg) dentro de um recipiente plástico hermético com uma atmosfera em equilíbrio; que contém uma solução salina saturada no fundo, cujo objetivo é manter a umidade relativa constante. A determinação da quantidade de água adsorvida, para diferentes valores de umidade relativa, é realizada pelo método gravimétrico quando o ambiente atingir o equilíbrio higroscópico. Na Figura 3.24 são mostradas algumas etapas da execução do ensaio.
O ensaio foi realizado numa sala com temperatura (21 ± 2ºC) e umidade relativa (50% ± 2%) controlada. Para a realização da isoterma de dessorção foram coletadas amostras de PSA inchado, de aproximadamente 1.500 mg, do ensaio de absorção no meio aquoso dos cilindros graduados (item 3.3.5 -). Na Tabela 3.11 são apresentados os sais utilizados e seus correspondentes valores
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de umidade relativa (UR). Devido ao tempo necessário para atingir a estabilização da UR nos recipientes, a técnica não permite a avaliação da taxa de adsorção e dessorção do polímero.
(a) (b)
(c)
Figura 3.24 – Ensaio de Isotermas: a) coleta e pesagem de amostra, b) umidade relativa do recipiente e c) esquema geral do ensaio.
Tabela 3.11 - Umidade relativa de equilíbrio (%) das soluções saturadas de sais para uma temperatura de 21ºC.
Sal Sílica Gel CH3CO2K MgCl2 NaBr NaCl KCl BaCl2 K2SO4 Água
UR (%) 12,6 31,60 45,00 60,30 74,70 82,80 89,60 93,50 95,00
Após a realização do ensaio determinou-se que tanto as curvas de adsorção de vapor de água como as de dessorção, não apresentavam área de histerese, ou seja, eram idênticas. Na Figura 3.25 é apresentada a curva higroscópica de sorção de vapor de água do PSA A.
Para a análise do efeito do PSA em materiais cimentícios é fundamental conhecer a cinética de liberação de água, que está ligada com o comportamento da isoterma de dessorção do polímero. Uma vez que o valor da capacidade de absorção do PSA A no meio aquoso pode-se associar com a umidade relativa de 100%, conclui-se que 99% da massa absorvida de água foi liberada com 90% de UR. Isso mostra a sensibilidade do polímero às mudanças de gradiente de umidade no interior da matriz cimentícia.
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Figura 3.25 – Curva higroscópica de sorção de vapor de água do PSA A.
3.3.8 - Considerações Finais
Um dos principais parâmetros dos PSAs que pode afetar as propriedades dos materiais cimentícios é o diâmetro das partículas inchadas. Reinhardt et al. (2008) propõem uma formulação (Equação 3.3) para determinar esse valor em função das propriedades de cada polímero.
DInch = DSeco √𝜌𝜌𝑆
𝐼 (1 + 𝜒)
3
(3.3)
onde DInch é o diâmetro inchado do polímero, DSeco é o diâmetro seco do PSA, ρS é a
massa específica do polímero seco, ρI é a massa específica do PSA inchado e χ é a
capacidade de absorção de água.
Na Tabela 3.12 é apresentado um resumo dos resultados dos ensaios de caracterização dos PSAs. Tabela 3.12 – Resumo dos resultados de caracterização dos PSAs.
Amostra Comp. Química Forma Método Polim. D50 (m) D50 Inch. (m) Massa Esp. (g/ml) Absorção (g/gPSA) Água Cim.
PSA A C, O, Na, S Esférica Suspensão 66,3 189,6 1,456 96 15
PSA B C, O, Na Esférica Suspensão 153,7 365,8 1,560 146 8
PSA C C, O, K Granular Gel 224,5 755,8 1,486 163 25
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Os quatro polímeros estudados possuem composições químicas diferentes, eles podem ser classificados segundo o seu método de polimerização (suspensão ou gel) ou pela sua distribuição granulométrica (finos ou grossos). A sua capacidade de absorção no meio aquoso variou em função do tamanho das partículas e do processo de polimerização, associado ao formato das partículas. Houve uma grande diminuição da absorção quando o meio foi cimentício, causada pelo aumento da concentração iônica do líquido de exposição. A determinação dessas propriedades é fundamental na aplicação destes polímeros em materiais cimentícios, tanto para cura interna, resistência gelo-degelo ou modificação da viscosidade.
3.4 - CONCLUSÕES
Este estudo, realizado em quatro PSAs utilizados em materiais cimenticíos, permitiu a caracterização de suas principais propriedades, tais como: a composição química, a forma e a distribuição granulométrica das partículas, a massa específica e a capacidade de absorção no meio aquoso e no meio cimentício. Foram validadas várias técnicas aplicadas comumente nos materiais de construção e outras desenvolvidas por diversos autores, como descrito a seguir:
a microscopia eletrônica de varredura (MEV) permitiu fazer uma análise qualitativa dos
elementos químicos que compõem os PSAs. Além disso, possibilitou a determinação do formato das partículas, assim como uma verificação da sua granulometria. A técnica mostrou- se útil e pode ser usada amplamente nesse tipo de polímeros;
apesar da análise termogravimétrica (TG e DTG) é uma metodologia amplamente empregada
em polímeros, para as condições de aplicações em materiais cimentícios não proporciona informações relevantes da composição química dos PSAs;
o uso do granulômetro a laser representa uma ferramenta confiável e precisa para a análise
granulométrica dos PSAs, com desvios menores que 1%. O álcool absoluto mostrou-se eficaz como dispersante, pois possibilitou a determinação das dimensões do polímero seco, sem riscos de que este apresentasse absorção e consequente erros nas medidas realizadas. Devido à precisão apresentada pelo método a metodologia proposta por Esteves (2014) tem potencial para ser normalizada, com o intuito de determinar a absorção do PSA no meio cimentício, por meio da utilização de soluções sintéticas de poros;
o analisador automático de densidade (picnômetro) mostrou-se como uma metodologia
simples e confiável, podendo ser facilmente utilizada na caracterização de PSAs para uso em materiais cimentícios. A importância da determinação da massa específica reside na
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formulação para a determinação da capacidade de absorção dos polímeros. A massa específica possibilita a medição da absorção tanto por volume, quanto por massa;
o procedimento dos cilindros graduados, proposto por Jensen (2011), é uma metodologia
acessível para a caracterização da capacidade de absorção de PSAs em água. Além disso, pode ser empregada para determinar a absorção dos polímeros no meio cimentício, quando utilizado fluido sintético de poros;
o método eficiente utilizado para a determinação da absorção em meio cimentício foi o
espalhamento de argamassas, ou slump-flow test, proposto por Monnig (2005). Esse procedimento foi validado para a utilização em materiais cimentícios, pois simula as condições de mistura e o tempo necessário para a absorção do polímero, além de que gerou resultados similares aos obtidos por outros pesquisadores com diferentes técnicas. A absorção no meio cimentício é um parâmetro fundamental para calcular o teor de PSA, associado à quantidade de água de cura interna necessária para mitigar a retração autógena em concretos de alto desempenho.
Para o estudo da cinética de liberação de água dos polímeros dentro do material cimentício, é fundamental conhecer as curvas de dessorção. Sugere-se, para estudos futuros, realizar esse ensaio com os outros PSAs empregados nesta pesquisa, porém, utilizando uma solução sintética de poros que simule a concentração iônica e as condições reais do material cimentício.
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