Avaliação da Retracção de Argamassas de Reparação para Betão Armado
Resende Nsambu, Prof. Universidade Agostinho
Neto, Angola rnsambu@gmail.com
Augusto Gomes, Prof. Instituto Superior Técnico
Portugal augusto@civil.ist.utl.pt
Resumo: A retracção constitui uma das principais causas da sua fendilhação e assume uma importância fundamental no seu comportamento. Sendo a retracção uma deformação imposta, esta gera tensões de tracção no material de reparação e de compressão no betão de suporte, surgindo fendas se a tensão de tracção, devida à retracção restringida, exceder a resistência à tracção do material. O artigo apresenta os resultados duma campanha de ensaios de caracterização de três argamassas pré-doseadas e três argamassas fabricadas em laboratório com CEM I 42,5 R.
Palavras-chave: Argamassa de reparação, retracção, compressão, módulo de elasticidade e capacidade de deformação.
1. INTRODUÇÃO
A retracção é um fenómeno físico-químico resultante da hidratação do cimento e da secagem do material cimentício que causa uma diminuição do seu volume com o tempo. Na fase inicial do endurecimento do material ocorre a retracção plástica, que resulta da evaporação rápida da água superficial que, não sendo compensada por movimentos internos de água, provoca a secagem da água nos poros capilares e o consequente assentamento dos materiais que compõem o betão ou a argamassa.
Nos materiais cimentícios, após o início da presa, podem ocorrer os seguintes tipos de retracção: retracção autogénea, por secagem, por carbonatação e por variação de temperatura, Coutinho e Gonçalves [1] e Nunes et al. [2].
A retracção autogénea ocorre após o início da presa e resulta do fenómeno químico associado à hidratação do cimento, sendo quantificada na condição de não existirem trocas de humidade com o exterior e a temperatura constante.
A saída, por evaporação, da água dos poros capilares dos materiais cimentícios causa a retracção por secagem. Baron [3], citado por Veiga [4], observou por via experimental que a perda de água nos materiais cimentícios pode atingir 22% da pasta de cimento.
Relativamente à retracção das argamassas pré-doseadas, em estado fresco e endurecido, Bastos et al. [5] observaram a importância da parcela da retracção nas primeiras 24 horas, referindo que esta parcela pode atingir 70% do valor da retracção aos 28 dias de idade. Das situações que mais influenciam a retracção por secagem podem referir-se: a elevada relação água/cimento; período de cura reduzido; exposição ao calor e a vento forte. No contexto dos materiais de reparação, vários investigadores têm vindo a estudar a influência dos adjuvantes e das adições na retracção. Hori [6], Nagataki et al. [7] recomendam a utilização de adjuvantes expansivos e de adjuvantes redutores de água para compensar e reduzir a retracção autogénea.
A utilização de sílica de fumo e de cinzas volantes, foi também estuda por vários investigadores. Coutinho e Gonçalves [1] referem que a sílica de fumo não altera a retracção se for mantida a relação água/cimento. Burke et al. [9], consideram que as cinzas volantes e as escórias reduzem a taxa de aumento da resistência e o calor de hidratação inicial dos materiais cimentícios, recomendando que estas sejam utilizadas para reduzir as tensões iniciais dos materiais de reparação e a sua consequente fendilhação. Atiş et al. [9] estudaram a retracção das argamassas modificadas com cinzas volantes do tipo C. A relação de substituição do cimento pelas cinzas volantes utilizada por aqueles investigadores foi de 10%, 20%, 30% e 40%. As misturas foram curadas a uma temperatura de 20±2ºC e a uma humidade relativa de 65%. Os resultados dos ensaios mostram que as argamassas com 10%, 20% e 30% de cinzas volantes apresentam, até aos cinco meses de idade, uma redução da retracção de cerca de 25%, 37% e 47%, respectivamente, em relação à argamassa de controlo. A argamassa com 40% de cinza volantes expandiu ao longo do tempo.
Estudos publicados por vários investigadores indicam uma ligeira diminuição da retracção dos materiais cimentícios com a introdução de polímeros do tipo látex, como o estireno-butadieno (SBR), as resinas acrílicas (AS) ou acrílicas estirenadas (SAE), Saucier et al. [10], Kunieda et al. [11] e Ribeiro et al. [12]. Shah et al. [13] e Ribeiro et al. [14]. O efeito da expansão produzida pela presença de polímeros durante a hidratação produz uma pré-compressão que se contrapõe à tensão de tracção resultante da retracção restringida. Rossignolo e Agnesini [15], referindo a norma americana ACI 318 [16] e estudos realizados por Ohama [17], mostram que os betões modificados com látex de estireno-butadieno (SBR) apresentam uma redução significativa da retracção por secagem e da fluência devido à redução da permeabilidade do betão, causada pelo preenchimento dos capilares da matriz de cimento pelo polímero dos poros, que tem como consequência directa a redução da perda de água por secagem.
Ribeiro et al. [12], observaram a diminuição da retracção livre das argamassas modificadas com um adjuvante polimérico de estireno-butadieno (SBR), com teores de polímero (relação entre o peso de polímero e o peso de cimento, P/C) até 15%.
2. MATERIAIS
No presente trabalho apresenta-se um estudo realizado em seis argamassas de reparação. Três das argamassas são pré-doseadas comerciais, sendo apresentadas pelos fabricantes como tixotrópicas e de retracção compensada, uma delas como argamassa cimentícia e as
outras duas como cimentícias e modificadas com adjuvantes poliméricos. Estas argamassas foram designadas por: AC1 - argamassa cimentícia; ACP1 e ACP2 argamassas cimentícias e modificadas com adjuvantes poliméricos. As restantes três argamassas foram fabricadas em laboratório com cimento portland do tipo CEM I 42,5 R sendo uma de referência, normal sem adjuvantes, AN1, e duas modificadas com adjuvantes, uma com um polímero, AMP1, e outra com um adjuvante expansivo, AME1. Nas argamassas fabricadas em laboratório foram utilizadas duas areias, uma de granulometria mais fina (Dmax =0,59 e MF=1,39), proveniente de Sesimbra, A1, e outra média (Dmax =2,38 e MF=2,38) proveniente de Vale de Milhaços, A2.
Conforme descrito nas respectivas fichas técnicas a argamassa AC1 é um material em pó, à base de cimento portland, agregados seleccionados e aditivos especiais, de elevada resistência mecânica, recomendada para trabalhos de reparação em betão até 4 cm de espessura. A relação água-produto é de 15%. A argamassa ACP1 é melhorada com resinas sintéticas (polímero em pó redispersivo), recomendada para reparação em camada grossa, formulada à base de cimento, areias seleccionadas, sílica de fumo, resinas sintéticas e reforçada com fibras de poliamida. A água de amassadura é de 14,4% do peso da argamassa seca. A argamassa ACP2 é um material fornecido em dois componentes: A (16%) - líquido de cor branca (resina sintética em emulsão da família dos acrílicos); B (84%) - pó cinzento melhorado com resinas, fibras sintéticas e cargas especiais.
Na argamassa AMP1, fabricada em laboratório, utilizou-se uma emulsão polimérica da família de estireno-butadieno (SBR) designada por EP. O fabricante descreve o adjuvante como um líquido de cor branca, constituído por uma dispersão aquosa de resinas especiais modificadas, que tem o objectivo de melhorar as características do betão ou da argamassa: elastifica ligeiramente as argamassas; melhora a aderência, especialmente sobre suportes absorventes; reduz a água de amassadura; aumenta a resistência mecânica; facilita o endurecimento, reduz a fendilhação e aumenta a compacidade e a impermeabilidade das argamassas. Apresenta um teor de sólidos secos de 38,5%; 0,1% de iões de cloretos e uma massa volúmica de 1020 kg/m3.
Na argamassa AME1, utilizou-se um adjuvante expansivo, E1, conjuntamente com um plastificante, E2. O adjuvante E1, é um produto fornecido em pó formador de etringite expansiva, com o objectivo de compensar a retracção. De acordo com o fabricante este adjuvante necessita apenas de um dia de cura em atmosfera húmida para obter a expansão quase por completo. Este adjuvante é constituído por clínquer e por cal em proporções elevadas, sendo a sua massa volúmica de 3030 kg/m3, [14]. A dosagem recomendada pelo fabricante varia de 10 a 40 kg/m3. A utilização conjunta dum plastificante contribui para a diminuição da retracção através da redução da água de amassadura. O superplastificante utilizado, E2, apresenta-se sob a forma de um líquido castanho sendo um redutor de água para betões ou argamassas, isento de cloretos, solúvel em água e é formulado à base de polímeros sulfonados. É geralmente utilizado numa dosagem de 0,8 a 1,5% do peso do cimento. Apresenta um teor de resíduo seco de 40±2% e uma massa volúmica de 1200 kg/m3. [14]
3. FORMULAÇÃO DAS ARGAMASSAS
Para a definição da composição das argamassas fabricadas em laboratório, estabeleceu-se um traço ponderal de uma parte de cimento para três de areia. Para garantir uma melhor compacidade, das argamassas utilizou-se uma proporção em volume de 2/3 de areia média
(A2) e 1/3 de areia fina (A1). Nas tabelas 1 e 2 apresentam-se as composições das argamassas fabricadas em laboratório e da mistura das argamassas pré-doseadas, indicando-se as propriedades intrínsecas no estado fresco, relativamente à consistência por espalhamento, retenção de água, teor de ar e de teor em partículas finas.
As argamassas pré-doseadas são formuladas pelos próprios fabricantes, não sendo disponibilizada informação suficiente relativa à composição e às suas reais características. Assim, com o objectivo de compreender melhor o seu desempenho mecânico, físico e de durabilidade, julgou-se importante estudar a sua composição granulométrica, cujos resultados são apresentados em [18].
Tabela 1 – Composição das argamassas fabricadas em laboratório [21] Materiais (kg/m3) AN1 AMP1 AME1
Cimento 481,7 454,6 451,9
Areia A1 448,0 442,8 420,3
Areia A2 997,0 941,0 935,4
Total de areia 1445 1383,8 1355,7
Traço ponderal – cimento: areia 1:3 1:3 1:3
Relação: P/C (%) - 15,0 -
Emulsão, EP - 177,1 -
Teor de resíduo seco - 68,2 -
Adjuvante expansivo, E1 - - 45,2
Superplastificante, E2 - - 5,4
Adjuvante expansivo, E1 - - 9
Relação - água/cimento: A/C 0,50 0,35 0,45
Água total 240,8 108,9 203,4
Água adicional - 50,2 -
Consistência por espalhamento (%) 90,5 83,2 99,0
Teor de ar (%) 4,80 10,5 11,0
Tabela 2 – Argamassas pré-doseadas [21]
Argamassas AC1 ACP1 ACP2
Relação água/produto 0,15 0,144 -
Relação água/ligante - - 0,16
Consistência por espalhamento (%) 90,3 54,3 76,0
Retenção de água (%) 90,5 - 97,3
Teor de ar (%) 2,5 3,0 4,0
Teor em partículas finas (%) 31,6 41,7 39,4 Dimensão máxima de agregados (mm) 1,19 1,19 2,38
Módulo de finura 1,35 1,71 1,56
4. CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA
Realizaram-se ensaios mecânicos de resistência à compressão, tracção por flexão, tracção por compressão diametral e módulo de elasticidade em compressão.
4.1 Resistência à Compressão
A resistência à compressão foi determinada em provetes de 160x40×40 mm3, aos 28 e 90 dias de idade, de acordo com a norma EN 196-1 [20]. Os provetes foram ensaiados numa prensa de compressão modelo 505/202/10DM1 com a capacidade de carga máxima de 200 kN. A velocidade de carga do ensaio foi de 1.2 kN/s.
Na tabela 3 indicam-se os tipos de cura aplicados assim como os valores da resistência à compressão, aos 28 e aos 90 dias de idade, obtidos em cada argamassa estudada. As abreviaturas CS e CC significam, respectivamente, câmara saturada (T=20ºC e HR=100%) e câmara condicionada (T = 20±2ºC e HR = 60±10%), conforme definido na NP EN 12190 [22]. A cura designada por L -“Laboratório”- corresponde ao condicionamento dos provetes no ambiente interior do laboratório e por “Exterior” ao ambiente exterior, junto do laboratório, num local protegido do sol e da chuva.
Tabela 3 – Tipo de cura e valores da resistência à compressão aos 28 e 90 dias de idade Argamassa Cura normal Outras condições
24hL+CC 24hL+CS Exterior Laboratório AC1 65,5 / 65,8 - 57,6 / 61,6 55,6 / 58,4 ACP1 42,9 / 50,2 - 49,9 / 49,5 52,7 / 56,8 ACP2 56,8 / 60,8 - 49,7 / 51,0 49,3 / 53,3 AN1 - 52,0 / 57,7 30,7 / 39,6 37,1 / 40,5 AMP1 54,6 / 56,4 - 49,6 / 50,7 47,6 / 52,7 AME1 - 55,9 / 70,4 41,6 / 48,9 45,5 / 50,8
4.2 Resistência à Tracção Directa
A resistência à compressão diametral, fct,sp, foi determinada, aos 28 e 90 dias de idade de acordo com a norma americana ASTM C496-96 [23] em três provetes não normalizados de 150 mm de diâmetro e de 50 mm de espessura segundo a metodologia de ensaio proposta por Rocco et al. [24].
4.3 Módulo de Elasticidade
O módulo de elasticidade, Ec,j, é uma característica que exprime a deformabilidade de um material. Os ensaios do módulo de elasticidade foram realizados aos 28 dias de idade, de acordo com a especificação LNEC E397 [25]. O valor do módulo de elasticidade aos 90 dias de idade, foi estimado através da expressão definida na norma BS 8110 de 1995, referida por Gutiérrez e Cánovas [26]:
+ × = 28 , cm j , cm 28 , c cj f f 6 , 0 4 , 0 E E (GPa) (1)
em que: Ec,t - módulo de elasticidade tangente na idade t; Ec,28 - módulo de elasticidade aos 28 dias de idade; fcm,t - resistência à compressão na idade t; fcm,28 - resistência à compressão aos 28 dias de idade.
4.4 Capacidade de Deformação
A capacidade de deformação à tracção corresponde à extensão que os materiais cimentícios podem suportar até à fendilhação devido à solicitação de cargas, à retracção e às variações de temperatura. Na tabela 4 apresentam-se os valores da resistência à tracção
directa, do módulo de elasticidade e da capacidade de deformação à tracção aos 28 e 90 dias de idade [21].
Tabela 4 - Valores da tracção, módulo de elasticidade e da capacidade de deformação [21] Argamassa Tracção directa (MPa)
Módulo de elasticidade (GPa)
Capacidade de deformação à tracção directa (10-3) 28 dias 90 dias 28 dias 90 dias 28 dias 90 dias
AC1 2,84 4,47 26,4 26,5 0,108 0,168 ACP1 3,32 3,72 23,9 26,3 0,139 0,141 ACP2 4,02 4,37 22,4 23,3 0,179 0,187 AN1 3,02 3,20 32,8 34,9 0,092 0,092 AMP1 3,57 4,38 23,7 24,2 0,151 0,181 AME1 1,88 3,27 34,0 39,3 0,055 0,083
5. CARACTERIZAÇÃO DA RETRACÇÃO
5.1 Ensaios de Retracção Livre
Os ensaios de retracção livre foram realizados de acordo com o procedimento definido na especificação LNEC E398 [27], aos 3, 7, 14, 28, 56 e 90 dias de idade, utilizando-se provetes de 40×40×160 mm3.
5.2 Condições de Cura de Provetes
Nas fichas técnicas elaboradas pelos fabricantes das três argamassas pré-doseadas AC1, ACP1 e ACP2, apenas na argamassa AC1 é recomendada a realização duma cura saturada de 48 horas. Na tabela 5 indica-se o tipo de cura utilizado para cada argamassa bem como os resultados dos ensaios de retracção livre.
5.3 Classificação da Retracção aos 28 e 90 dias de idade
Na tabela 6, resumem-se para as argamassas ensaiadas os valores da retracção livre, aos 28 e 90 dias de idade, εsh,28 e εsh,90, da capacidade de deformação à tracção directa, εcu, apresentada em 4.4, a classificação das argamassas de acordo com o critério definido por Emmons e Vaysburd [29] e a relação entre a retracção livre e a capacidade de deformação à tracção directa, εsh/εcu.
Tabela 5 - Condições de cura e valores dos resultados da retracção [εsh×10 -3 ] Material Condições de cura Idade (dias) 3 7 14 28 56 90 AC1 L 0,106 0,425 0,563 0,888 0,968 0,968 AC1 72Hcs+CC - 0,206 0,218 0,500 0,587 0,619 0,700 ACP1 L 0,300 0,687 1,050 1,250 1,350 1,468 ACP1 72hCS+CC - 0,375 0,413 0,688 0,750 0,719 0,875 ACP2 L 0,006 0,100 0,362 0,456 0,487 0,550 ACP2 72hCS+CC - 0,131 0,200 0,438 0,681 0,744 0,900 AMP1 24hL+CC 0,070 0,131 0,238 0,413 0,506 0,563 AMP1 48hCS+CC - 0,350 0,025 0,219 0,463 0,463 0,638 AN1 24hL+CC 0,050 0,188 0,294 0,419 0,469 0,488 AME1 24CS+CC 0,062 0,038 0,188 0,475 0,625 0,500
Tabela 6 - Classificação da retracção das argamassas ensaiadas [21] Argamassa Retracção livre (εsh×10-3) Classificação segundo Emmons e Vaysburd [29] Relação εsh/εcu 28 dias 90 dias 28 dias 28 dias 90 dias
AC1/24L 0,888 0,968 Moderada 8,20 5,73 AC1/72hCS 0,587 0,700 Moderada 5,44 4,14 ACP1/24L 1,250 1,468 Elevada 8,90 11,0 ACP1/72hCS 0,750 0,875 Moderada 5,39 6,58 ACP2/24L 0,456 0,550 Baixa 2,55 3,01 ACP2/72hCS 0,681 0,900 Moderada 3,80 4,92 AMP1/24hL 0,413 0,568 Baixa 2,70 3,36 AMP1/48hCS 0,463 0,638 Baixa 3,07 3,77 AN1 /24LC 0,419 0,488 Baixa 4,60 5,48 AME1 /24CS 0,475 0,500 Baixa 7,90 5,55
Da análise da tabela 6 podem extrair-se algumas conclusões:
a) Em geral, as argamassas pré-doseadas apresentam aos 28 e 90 dias de idade, valores de retracção superiores aos das argamassas fabricadas em laboratório. A aplicação nas argamassas pré-doseadas de curas saturadas nas primeiras horas conduziu, em geral, a uma redução da retracção, verificando-se que o decréscimo aumentou com a duração da cura saturada. Face aos resultados obtidos julga-se vantajosa a aplicação duma cura saturada de 72 horas.
b) A introdução da emulsão polimérica, EP, na argamassa normal AN1, produzida com CEM I 42.5 R, não causou uma redução da retracção. No entanto conduziu, a uma menor relação εsh/εcu associada a uma maior capacidade de deformação à tracção. O adjuvante expansivo não apresentou um efeito significativo na redução da retracção. Apesar de ter apresentado um valor de retracção classificado como baixo, a relação entre a capacidade de deformação à tracção directa excedeu, aos 28 dias de idade, o limite de 6 que se recomenda.
c) As curas húmidas de 48 e 72 horas, ao contribuírem para a redução do valor da retracção ao longo do tempo conferem às argamassas uma melhor capacidade de retenção de água em relação à obtida com a cura do tipo L. Este comportamento irá certamente, garantir um melhor desempenho destas argamassas no que diz respeito à resistência à fendilhação, à durabilidade e à aderência ao suporte.
d) Para que se possa considerar uma argamassa adequada à aplicação em reparações estruturais definiu-se um critério baseado no valor da relação εsh/εcu aos 28 dias de idade, que não deve exceder o valor de 6. Para as condições de cura recomendadas nas fichas técnicas dos produtos a argamassa ACP2 verificou este critério. Aplicando o mesmo critério aos 90 dias de idade constata-se que este é verificado na maioria dos casos, excepto para a argamassa ACP1.
6 CONCLUSÕES
Da análise dos resultados dos ensaios de compressão é possível extrair as seguintes conclusões:
a) A resistência à compressão da argamassa comercial pré-doseada cimentícia não atingiu o valor indicado pelo fabricante (AC1 - 75 MPa). A resistência à compressão aos 28 e 90 dias de idade das três argamassas AN1, AMP1 e AME1, fabricadas em laboratório com CEM I 42,5 R, excedeu a resistência à compressão da argamassa comercial, ACP1. A cura saturada seguida de uma cura ao ar aplicada na argamassa comercial modificada com o polímero em pó redispersivo, ACP1, favorece a evolução da resistência à compressão. O pior resultado da resistência à tracção directa aos 28 dias de idade, foi obtida na argamassa modificada com adjuvante expansivo AME1; b) Os valores do módulo de elasticidade das argamassas modificadas com polímeros são,
em geral, inferiores aos das argamassas cimentícias. Essa redução, tal como foi referido por Emmons e Vaysburd [29], contribui para a diminuição das tensões internas, reduzindo o risco de fendilhação e de delaminação do sistema de reparação; c) As argamassas ACP2 e AMP1 modificadas com adjuvantes poliméricos do tipo
acrílico e de estireno-butadieno, apresentam uma capacidade de deformação superior à da argamassa ACP1 modificada com um polímero em pó redispersivo. As curas saturadas de 48 e 72 horas, ao contribuírem para a redução do valor da retracção ao longo do tempo, conferem às argamassas uma melhor capacidade de retenção de água em relação às obtidas com a cura no ambiente de laboratório L. Este procedimento irá certamente garantir um melhor desempenho destas argamassas em termos de fendilhação, durabilidade e de aderência ao suporte;
d) Com base no critério definido neste trabalho - relação entre a retracção livre e a capacidade de deformação à tracção directa inferior a 6 - as argamassas de reparação que apresentam elevada resistência à tracção directa e baixo módulo de elasticidade proporcionam um melhor comportamento face à fendilhação por retracção [30].
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