INFLUÊNCIA DA POZOLANA EM CONCRETOS MOLDADOS EM CARUARU PERNAMBUCO - BRASIL

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Asociación Latinoamericana de Control de Calidad, Patología y Recuperación de la Construcción

XI CONGRESO LATINOAMERICANO DE PATOLOGIA DE LA CONSTRUCCIÓN Y XIII CONGRESO DE CONTROL DE CALIDAD EN LA CONSTRUCCIÓN CONPAT 2011, Vol I: Control de Calidad, ISBN – 978-9929-40-174-7 La Antigua Guatemala, Guatemala, Editado por R. Chang, O. Flores CAPÍTULO S02: Materiales y Nanomateriales, Trabajo 274BR, PP 195 -202

K. C. de Arruda Dourado

INFLUÊNCIA DA POZOLANA EM CONCRETOS MOLDADOS EM CARUARU – PERNAMBUCO - BRASIL

1,a

; J. M. de Freitas Mota2,b; F. R. Barbosa3,c; A. Caldas e Silva4,d, A. J. da Costa e Silva5,e; E. J. da Silva6,f; A. G. Feitosa6,g e F. A. dos Santos6,h ; J. R. de Carvalho7,i

1

Professora do Departamento de Engenharia Civil da FAVIP e do Instituto Federal de Pernambuco – IFPE; Doutoranda do Departamento de Engenharia Civil, UFPE, Pernambuco,

Brasil 2

Professor do Departamento de Engenharia Civil da FAVIP e Doutorando do Departamento de Engenharia Civil, UFPE, Pernambuco, Brasil

3

Professor do Departamento de Engenharia Civil da FAVIP e Mestrando do Departamento de Engenharia Civil, UFPE, Pernambuco, Brasil

4

Professor Mestre e Coordenador do curso de Engenharia Civil da FAVIP, Pernambuco, Brasil 5

Professor Doutor do Departamento de Engenharia Civil, UNICAP, Pernambuco, Brasil 6

Graduando da Faculdade do Vale do Ipojuca - FAVIP, Pernambuco, Brasil 7

Graduando da Escola Politécnica de Pernambuco –UPE/POLI, Pernambuco, Brasil

Resumo

Este trabalho objetiva avaliar as propriedades de concretos com substituição parcial do cimento pela pozolana Metacaulim. Foram moldados corpos-de-prova, para investigação das propriedades mecânicas (compressão axial e tração por compressão diametral), elástica (módulo de elasticidade) e as relacionadas com a durabilidade (absorção de água por imersão e capilaridade) – todos ensaios nas idades de 28 e 90 dias. O traço de referência utilizada foi 1:2:3 (cimento, areia e brita). Nas demais proporcoionalidade houve a substituição da massa de cimento em 5%, 8% e 10% por Metacaulim. Os resultados indicaram melhoradas nas amostras cujo concreto tem adição, quando comparados aos concretos convencionais.

Palavras-chave: concreto com adição, pozolana, metacaulim, durabilidade, tecnoligia de concreto

Abstract

This study evaluates the properties of concrete with partial replacement of cement by pozzolan metakaolin. Bodies were cast-of-evidence for investigation of mechanical properties (tensile and compressive axial diametral compression), elastic (modulus) and those related to durability (water absorption by immersion and capillarity) - all tests at ages 28 and 90 days. The mark used was 1:2:3 (cement, sand and gravel). In other proporcoionalidade was replaced in the mass of cement 5%, 8% and 10% for metakaolin. The results indicated improved in samples where the concrete has addition, when compared to conventional concrete.

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1. INTRODUÇÃO

Diversas patologias são identificadas em concretos, fundamentalmente, as relacionadas à durabilidade. Nesse contexto, os problemas passam pela elevada porosidade dos concretos convencionais, de forma mais critica, quando os poros são conectados, haja vista a formação de caminhos capilares para agentes agressivos (deletérios) (MOTA et al., 2009).

Sabe-se que, além da necessidade de se buscar cada vez mais concretos com substanciais melhorias das propriedades mecânicas, a relação com o bom desempenho, a um só tempo, está condicionada a elevação da vida útil das peças de concreto a patamares significativos que atendam as normas pertinentes.

Portanto, diversas pesquisas mostraram que a adição de pozolanas em materiais cuja matriz é cimentícia, provoca um maior empacotamento da mistura deixando-a mais densa, gerando uma redução natural da porosidade (MOTA, 2006).

Concretos convencionais tendem a romper na zona de transição - agregado graúdo/pasta cimentícia, uma vez que a elevada relação água/cimento dessa Região devido ao efeito parede faz surgi extensas áreas com porosidade (CAQUOT, 1936). Nessa Região, os hidróxidos de cálcio gerados na hidratação do cimento se posicionam preferencialmente de forma perpendicular a superfície do agregado graúdo, onde, por conseguinte, são combinados com a sílica da pozolana (concretos com adição) resultando em C-S-H (silicato de cálcio hidratado), composto responsável pela resistência da matriz cimentícia (fenómeno químico), concomitantemente, com o próprio efeito filler - ocupação dos vazios, os poros (fenômeno físico) (CARNEIRO, 2005; MOTA et al., 2010).

A pozolana metacaulim é originada das argilas cauliníticas e do caulim, sendo moido e calcinado a temperaturas médias entre 6000C e 9000

Este trabalho objetiva avaliar o incremento de algumas propriedades de concretos adicionados com a pozolana Metacaulim - seja concernente ao desempenho mecânico e, ou, a durabilidade.

C. Sabe-se que a alta superficie específica contribui favoravelmente com os aspectos reológicos, melhorando a trabalhabilidade, haja vista otimização da curva granulométrica da pasta, promovendo maior retenção de água e coesão, reduzindo a exsudação e a segregação. Ademais, no estado endurecido, o concreto fica com melhor resistência ao ataque por sulfatos e íons cloretos, bem como pelo processo de hidratação ficar mais lento, diminui-se a velocidade de liberação de calor. Por conseguinte, a resistências à compressão e à tração do concreto é elevado e a absorção reduzida (MUNHOZ et al., 2010; NEVILLE, 1997). Essas melhorias implementam aos materiais cuja matriz é cimentícia um incremento na durabilidade e no desempenho mecânico, em relação aos mesmos materiais sem adição (DETWILER et al., 1996; SIDDIQUE; KLAUS, 2009).

2. MATERIAIS E MÉTODO 2.1 MATERIAIS

2.1.1 Cimento Portland

Utilizou-se o cimento CPII-F-32. A Tabela 01 apresenta características do cimento (fonte o fabricante).

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Tabela 01 – Características do cimento utilizado

2.1.2 Adições

A metacaulim utilizada foi produzida industrialmente na Região Metropolitana do Recife. Esse material originado da argila caulinítica possui alta reatividade, e, apresenta algumas características fornecido pelo fabricante nas Tabelas 02 e 03.

Tabela 02 – Caracterização química

Propriedades Químicas Valor Propriedades Químicas Valor

Dióxido de silício - SiO2 (%) 51% Na2O <0,1% Óxido de alumínio - Al2O3

41%

(%) K2O < 0,5%

Óxido de ferro - Fe2O3 (%) < 3% Sulfato - SO3 (%) <0,1% TiO2 < 1% Óxido de cálcio – CaO <0,5 % Óxido de Magnésio – MgO (%) <0,4%

Tabela 03 – Caracterização física

Propriedades Fino Massa específica 2,60 kg/dm3 Massa unitária 0,55 kg/dm3 Área Específica 180000 dm2/kg Resíduo na peneira < 5% 2.1.3 Agregados 2.1.3.1 Agregado miúdo

Foi utilizada areia natural de natureza quartzosa amplamente encontrada na Região. Esse material foi caracterizado pela densidade de massa especifica e aparente, determinação da curva granulométrica e coeficiente de uniformidade de acordo com o método de Allen-Hazem. Este método relaciona C=d60/d10, significando a equivalência da percentagem passante de material.

CPII-F-32 CPII-F-32 28,8 4,06 3780 1,53 3,1 4,53 *NI 18,52 2,6 2,11 11,3 60,95 Início (min) 255 3,26 Fim (min) 320 3,34 3 dias (MPa) 26,4 0,89 7 dias (MPa) 31,9 28 dias 38 SO3 CaO livre Equivalente alcalino em Na2O Determinação C a rac te ri z aç ã o Q u ím ic a ( % ) Perda ao fogo Resíduo insolúvel Al2O3 SiO2 Fe₂O₃ CaO MgO Resistência à Compressão Determinação C a rac te ri z aç ã o F ís ic a

Água para consistência normal (%) Área específica Blaine (cm2/g)

Massa Específica (g/cm3) Densidade Aparente (g/cm3) Finura Resíduo na peneira #200 (%) Resíduo na peneira #325 (%) Tempo de Pega

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2.1.3.2 Agregado Graúdo

A natureza mineralógica do agregado graúdo é granítica. Esse material amplamente encontrado na Região foi utilizado em seu estado seco, sem lavagem. Caracterizou-se quanto à densidade de massa especifica, aparente e granulométria.

As Tabelas 04 e 05 mostram características da areia natural e da brita, respectivamente. As Figuras 05a e 05b apresentam as curvas de distribuição granulométrica da areia e brita utilizada, respectivamente.

Tabela 04 – Características da areia natural Tabela 05 – Características da brita

Dimensão Máxima Característica 2,36 Módulo de finura 2,15 Densidade aparente (g/cm³) 1,63 Massa específica (g/cm³) 2,56 Coeficiente de uniformidade 1,2

Dimensão Máxima Característica 19 Módulo de finura 6,99 Densidade aparente (g/cm³) 1,24 Coeficiente de uniformidade 1,33

2.1.4 Aditivo Químico

O aditivo utilizado foi um superplastificante, com base de poliéster carboxilado. O superplastificante é um aditivo redutor de água de alto desempenho. É um líquido de baixa viscosidade pronto para o uso, e atende as especificações de aditivos químicos para concreto ASTM C 494 TIPO F. Seu peso específico é próximo de 1,08 kg/l.

2.1.5 Água

A água utilizada foi proveniente da rede de abastecimento da Companhia Pernambucana de Saneamento (Compesa). Verificou-se que o pH da água no ato de sua utilização estava próximo de 6,5.

2.2 MÉTODO

O trabalho foi constituido de 4 famílias de concretos, sendo os percentuais de substituição do cimento por Metacaulim 0% (amostra de referência), 5%, 8% e 10%. Foi moldadas 6 réplicas para cada amostra (propriedade e idade) estudada, sendo os corpos de prova cilíndricos de 100x200mm (atendendo a norma ABNT 5738, 2008), onde as réplicas ficaram imersos na água até as idades de ensaios. Os rompimentos dos corpos de prova foram executados de acordo com a norma NBR 5739 da ABNT, 2007. O teor de aditivo tensoativo foi determinado em relação à massa do cimento.

Avaliou-se a resistência à compressão – em 7, 28 e 90 dias; módulo de elasticidade - 28 dias; tração por compressão diametral - 28 e 90 dias e absorção total - 28 dias. O equipamento (prensa) utilizado possui tipo de acionamento servo-controlada, com escala digital e capacidade 2000 kN.

O estabelecimento da fixação da proporcionalidade de referência (traço), da relação água/cimento e do abatimento em 8 +/- 2mm, adveio dos parâmetros preferenciais usados nas edificações da Região de Caruaru – Pernambuco - Brasil. Assim, características proporcionais dos materiais empregados estão apresentadas na Tabela 06.

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Tabela 06 – Nomenclatura das famílias de amostras estudadas e proporcionamento médio em massa da mistura

Nomenclatura TUV (cimento: areia:brita: Ra/c:aditivo) Família 1 (referência – 0% de metacaulim) 1:2:3:0,5:0

Família 2 (5% de metacaulim) 1:2:3:0,5:0

Família 3 (8% de metacaulim) 1:2:3:0,5:0,65

3. RESULTADOS

Verificou-se nos concretos a consistência que foi determinada través do abatimento do tronco de cone conforme a NBR 7223. Registro-se a cada 15 minutos, estando a betoneira homogeneizando o material, ato contínuo. A Tabela 07 mostra as densidades e abatimentos.

Tabela 07 – Densidades e abatimentos – (médias)

FAMÍLIAS DENSIDADES (g/cm3) NO ESTADO FRECO / ENDURECIDO ABATIMENTO

Famíla 1 (Referência) 2,32 (fresco) / 2,3 (endurecido) 9mm

Famíla 2 2,37 / 2,35 10mm

Famíla 3 2,38 / 2,36 6mm

Famíla 4 2,41 / 2,38 8mm

As densidades aumentaram na medida em que o teor de adição se elevou. Essa constatação é corrobora pela literatura, tendo em vista a ocorrência do refinamento dos poros pela pozolana e, portanto, maior empacotamento das misturas. O abatimento foi fixado em 8 +\- 2mm, donde, as famílias 3 e 4 necessitaram do aditivo superplastificante para atingir o intervalo.

As propriedades mecânicas (resistência à compressão e tração por compressão diametral) e elástica (módulo de elasticidade), estão apresentadas nas Tabelas 08, 09 e 10 respectivamente.

Tabela 08 – Resistência à compressão axial

RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (MPa) IDADES

(dias)

PROPORCIONALIDADES (TRAÇOS)

Família 1 Família 2 Família 3 Família 4

M SD CV M SD CV M SD CV M SD CV 07 18,06* 1,16 6,43 18,96* 0,86 4,54 30,03* 3,71 12,34 24,14* 3,01 12,49 18,10 0,74 4,06 19,29 0,54 2,80 30,52 1,62 5,30 25,77 0,27 1,04 28 23,31* 4,00 17,15 22,45* 3,55 15,81 33,57* 2,55 7,59 29,13* 1,90 6,52 22,23 1,49 6,70 22,42 2,17 9,78 32,82 2,23 6,79 29,71 1,41 4,76 90 28,92* 3,12 10,78 27,92* 3,40 12,18 43,66* 2,24 5,13 33,61* 2,31 6,87 26,92 3,12 10,78 27,88 0,22 0,84 43,66 2,24 5,13 34,94 0,08 0,24

M – média; SD – desvio padrão (MPa); CV – coeficiente de variação (%); *

Pode-se considerar que os resultados tratados estatisticamente (sem asteriscos) indicam crescimento da resistência à compressão axial ao longo do tempo, ou seja, aumento de 7 dias para 28 e 90 dias, bem como verificou-se uma crescimento linear das famílias 2 e 3 em relação à familia 1 de referência. Ocorre que, em que pese a familia 4 apresentar aumento em relação a família 1 de referência, diminuiu em relação à família 3, indicando, de acordo com outras

considerando todos os valores ensaiados (sem tratamento estatístico).

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pesquisas, que patamares maiores de substituição já não mais incrementa essa propriedade, uma vez que a partir de determinados teores de substituição, o cimento governa frente às reações pozolânicas.

Tabela 09 – Tração por compressão diametral

FAMÍLIAS

TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL (MPa / SD / CV) 28 dias 90 dias Famíla 1 (Referência) 3,48 / 0,55 / 15,81 4,11 / 0,23 / 5,6 Famíla 2 3,67 / 0,6 / 16,35 4,13 / 0,74 / 16,67 Famíla 3 3,83 / 0,64 / 16,71 4,44 / 0,74 / 17,92 Famíla 4 3,64 / 0,4 / 10,99 3,71 / 0,68 / 21,94 SD – desvio padrão; CV – coeficiente de variação (%).

Os resultados da resistência à tração por compressão diametral mostram a tendência de elevação dos resultados ao longo do tempo (de 28 para 90 dias) devido às reações pozolânicas se processarem ao longo do tempo, bem como elevação dos resultados com o aumento do teor da adição até a família 3. Mais uma vez, verifica-se redução nessa propriedade da familia 4 em relação à familia 3 nas idades 28 e 90 dias. Isso corrobora que a partir de determinados teores de substituição não se aumenta mais essa resistência, pois a quantidade de cimento passa a ser determinante e mais relevante do que as reações pozolânicas.

Tabela 10 – Módulo de elasticidade

Famílias M (GPa) SD (GPa) CV (%)

1 19,12 2,08 10,87

2 23,69 3,42 14,46

3 26,97 5,27 19,56

4 26,44 5,02 18,98

M – média; SD – desvio padrão (GPa); CV – coeficiente de variação (%).

O módulo de elasticidade também mostrou a influência positiva da adição do Metacaulim, uma vez que houve uma evolução dessa propriedade nas famílias 2, 3 e 4 em relação a família de referência. Do mesmo modo que nas propriedades mecânicas, a família 4 decresceu em relação à família 3, denotando que nesse patamar, as reações pozolânicas possivelmente já não mais sobressaem ao teor de cimento.

A Tabela 11 apresenta a absorção total investigada com o objetivando analisar tendências acerca da durabilidade.

Tabela 11 – Absorção total (média)

FAMÍLIAS ABSORÇÃO (%)

Famíla 1 (Referência) 4,54 Famíla 2 4,14 Famíla 3 2,81 Famíla 4 2,92

Na absorção também se verificou a ação das reações pozolânicas, tendo em vista a redução da absorção das famílias 2, 3 e 4 em relação à família de referência. A mesma tendência foi constatada, redução da eficácia da família 4 em relação à família 3, caracterizando que a substituição de 10% de Metacaulim por cimento, possivelmente não mais releva diante do aglomerante cimento. Portanto, a diminuição dos poros à medida em que se adiciona pozolana (fenômeno físico – filler), contribui para a durabilidade.

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4. CONCLUSÕES

As análises dos resultados conduzem as seguintes conclusões:

► a densidade no estado fresco e endurecido foi diretamente proporcional ao teor da adição. Isto pode ser justificado, tendo em vista que as adições promovem uma maior densificação da mistura, concebendo um maior empacotamento do concreto;

► a resistência à compressão axial do concreto evoluiu, em todas as idades, na medida em que se adicionou o Metacaulim até 8% em substituição à massa de cimento. Na proporção de adição em 10%, verificou-se uma diminuição em relação a 8%, todavía, maior que a familia de referência. Pode-se dizer que nessa pesquisa, o patamar de 8% apresentou-se com melhor desempenho, haja vista possivelmente que com 10% de substituição as reações pozolânicas não relevam em relação ao teor de cimento. Portanto, é significativo o aumento de mais de 62% aos 90 dias em relação aos 28 dias nessa propriedade quando se substitui 8% (familia 3) de Metacaulim em relação ao cimento;

► comparando a resistência à tração por compressão diametral das 4 famílias - na mesma linha da compressão axial, constatou-se elevação das famílias 2, 3 e 4 em relação à família 1 de refrência. Entretanto, também verificou-se redução dessa propriedade quando substituiu-se 10% de Metacaulim em comparação à substituição de 8%;

► o módulo de elasticidade estudado também se elevou diretamente proporcional ao teor da adição, chegando ao estágio de mais de 41% quando comparou-se a família 3 com a família 1 de refrência. Contudo, mais uma vez constatou-se redução da familia 4 em relação à familia 3. Vale inferir que aos 90 dias, essa diferença poderia ser mais substancial, conforme identificado na compressão axial;

► referente a absorção total, verificou-se que o concreto reduziu a absorção em quase 62% quando comparou-se a familia 3 (menor absorção) com a de referencia. Vale destacar que o refinamento dos poros justifica essa redução. Entretanto, mais uma vez, a família 4 teve menor desempenho em relação à família 3, trazendo à baíla a corroboração de que 8% de substituição do Metacaulim é, pelo menos nessa pesquisa, a melhor proporção identificada.

5. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a empresa Tecomat – Tecnologia da Construção e Materiais, pela contribuição nessa pesquisa e ao Programa de Pesquisa (Iniciação Científica) e Extensão da Faculdade do Vale do Ipojuca - FAVIP pelo apoio incondicional para realização desse trabalho, característica imperativa dessa Intituição de Ensino Superior.

REFERÊNCIAS

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DETWILER, R. J; BHATTY, J. I; BHATTACHARJA, S. Supplementary cementing materials for use in blended cements. 1996. 96p. Research and development bulletin RD112T, Portland Cement Association, Skokie, Illinois, U.S.A.

ISAIA, Geraldo C. Concreto: ensino, pesquisa e realizações. São Paulo: Ibracon, 2005.

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MOTA, J. M. F. Influência da Argamassa de Revestimento na Resistência à Compressão Axila em Prisma de Alvenaria Resistente de Blocos Cerâmicos. Universidade Federal de Pernambuco – Dissertação de Mestrado. Recife, 2006.

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MOTA, J.M.F.; COSTA e SILVA, A.J.; BARBOSA, F.B.; ANDRADE, T.W.C.O. e DOURADO, K.C.A. Avaliação da contaminação por íons cloreto em amostras de concreto submetidas a condições agressivas. VI Congresso Internacional sobre Patologia e Reabilitação de Estruturas. Córdoba, Argentina, 2010.

MUNHOZ, F.A.C.; BATTAGIN, A.F.; BATTAGIN, I.L.S. Trends in standardization of metakaolin for use in concrete. 52º IBRACON, 2010.

NEVILLE, A. M. Propriedades do concreto. 2 ed. São Paulo: PINI, 1997. 738 p.

SIDDIQUE, R.; KLAUS, J. Influence of metakaolin on the properties of mortar and concrete: A review. Applied Clay Science, Volume 43, Issues 3-4, March 2009, Pages 392-400. SILVA, V. S.; LIBORIO, J. B. L. Avaliação do efeito da sílica extraída da casca do arroz na aderência de argamassas e chapiscos. In: V Simpósio Brasileiro de Tecnologia de argamassas. São Paulo, 2003.

SOUZA, P. S. L. Verificação da influência do uso de metacaulim de alta reatividade nas propriedades mecânicas do concreto de alta resistência. Tese de Doutorado - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre, 203p. 2003.

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Concretos Adicionados com Metacaulim como agente de mitigação da

RAA

Physical and Chemical Properties of poured concrete with pozzolan metakaolin and prevention against alkali aggregate reaction (AAR)

J. M. de F. Mota (1); K. C.Dourado (2); F. R. Barbosa (3); A. J. da Costa e Silva (4); E. J. da Silva (5); J. R. de Carvalho (6)

1

Professor Coordenador do Departamento de Engenharia Civil da FAVIP e Doutorando do Departamento de Engenharia Civil, UFPE-email: joao@vieiramota.com.br

2

Professorado Departamento de Engenharia Civil da FAVIP e doutoranda da UFPE-email: kcadourado@gmail.com

3

Professor do Departamento de Engenharia Civil da FAVIP-email: fredbarbosa@compesa.com.br 4

Professor Doutor do Departamento de Engenharia Civil, UNICAP-email: angelo@tecomat.com.br

5_{Graduando da Faculdade do Vale do Ipojuca – FAVIP- email:}

emerson_jsk18@hotmail.com

6_{Graduando da Escola Politécnica de Pernambuco –UPE/POLI- email:}

eng.jribeiro@gmail.com

Resumo

As manifestaçoes patologias como a reação alcali-agregado vem em crescente identificação nas diversas edificações do estado de Pernambuco. Concreto com resistência elevada, contribui para aumento da durabilidade devido a redução do índice de vazios. Portanto, diversas pesquisas mostraram que a adição de pozolanas em materiais cuja matriz é cimentícia, provoca um maior empacotamento da mistura, deixando-a mais densa, gerando uma redução natural da porosidade, seja pelo efeito filler - fenômeno físico; como pela geração de C-S-H (silicato de cálcio hidratado) – fenômeno químico. Este trabalho objetiva avaliar o incremento de algumas propriedades de concretos com substituição parcial do cimento pela pozolana Metacaulim. Foram moldados corpos de prova, para investigação das propriedades mecânicas (compressão axial e tração por compressão diametral), elástica (módulo de elasticidade) e as relacionadas com a durabilidade (absorção de água por imersão e absorção de água por capilaridade) – todos ensaios nas idades de 28 e 90 dias. A proporcionalidade da mistura (traço) de referência utilizada foi 1:2:3 (cimento, areia e brita). Nas demais proporcoionalidade houve a substituição da massa de cimento em 5%, 8% e 10% por Metacaulim. Os resultados indicam que as propriedades são melhoradas nas amostras cujo concreto tem adição, quando comparados aos concretos convencionais

Palavra-Chave: concreto com adição, pozolana, metacaulim

Abstract

The pathological manifestations such as alkali-aggregate reaction has been growing in identifying the various buildings of the state of Pernambuco. Concrete with high resistance, contributes to increased durability due to the reduction of voids. Therefore, various studies have shown that the addition of pozzolan materials in which the matrix is cement, resulting in a greater packing of the mixture, leaving it more dense, creating a natural reduction of porosity, whether through filler - physical phenomenon, as the generation of CSH (calcium silicate hydrate) - chemical phenomenon. This study evaluates the growth of some properties of concrete with partial replacement of cement by pozzolan metakaolin. Bodies were cast-of-evidence for investigation of mechanical properties (tensile and compressive axial diametral compression), elastic (modulus) and those related to durability (water absorption by immersion and water absorption by capillarity) - all tests at the ages of 28 and 90 days. The proportionality of the mixture (dash) reference used was 1:2:3 (cement, sand and gravel). In other proporcoionalidade was replaced in the mass of cement 5%, 8% and 10% for metakaolin. The results indicate that the properties are improved in samples where the concrete has addition, when compared to conventional concrete

Keywords: adding concrete, pozzolan, metakaolin

1. INTRODUÇÃO

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Registra-se que a reação álcali-agregado foi identificada inicialmente na Califórnia, na década de 30, causando preocupação ao meio técnico, pois nessa época foram observadas fissuras e expansões em estruturas de concreto. Os primeiros estudos foram publicados por Stanton (1940). Nessa pesquisa concluiu-se que a causa das fissuras e expansões do concreto foram causadas por uma reação originada pelos hidróxidos alcalinos liberados pelo cimento com a sílica proveniente de certos agregados (SANCHEZ, 2008).

Segundo Figueirôa e Andrade (2007) atualmente ainda não se conhece um meio de interromper a reação depois que esta se inicia, tendo se buscado meios eficientes de prevenção contra a RAA. O uso de material cimentícios, isto é, materiais compostos de cimento e materiais pozolânicos ou com características pozolânicas, tornou-se uma excelente opção, tendo em vista que além de mitigar a RAA, melhora as propriedades do concreto.

Kormann et al. (2004) explica que materiais pozolânicos diminui a permeabilidade do concreto e eleva a resistência às expansões causadas pela reação devido a redução da concentração de álcalis.

Portanto, diversas pesquisas mostraram que a adição de pozolanas em materiais cuja matriz é cimentícia, provoca um maior empacotamento da mistura deixando-a mais densa, gerando uma redução natural da porosidade (MOTA, 2006).

Concretos convencionais tendem a romper na zona de transição - agregado graúdo/pasta cimentícia, uma vez que a elevada relação água/cimento dessa Região devido ao efeito parede faz surgi extensas áreas com porosidade (CAQUOT, 1936). Nessa Região, os hidróxidos de cálcio gerados na hidratação do cimento se posicionam preferencialmente de forma perpendicular a superfície do agregado graúdo, onde, por conseguinte, são combinados com a sílica da pozolana (concretos com adição) resultando em C-S-H (silicato de cálcio hidratado), composto responsável pela resistência da matriz cimentícia (fenômeno químico), concomitantemente, com o próprio efeito filler - ocupação dos vazios, os poros (fenômeno físico) (CARNEIRO, 2005; MOTA et al., 2010). A Figura 01 apresenta condições com e sem a pozolana sílica da Região substrato/pasta. Pode-se entender situação análoga entre o agregado graúdo/pasta.

(11)

Figura 01 - Zona de interface pasta/substrato do agregado graúdo (SILVA; LIBÓRIO 2003)

Utilizou-se empiricamente adições originadas dos vulcões em edificações desde o período de 1500 a.C. na Grécia, sendo rapidamente disseminada no império romano devido sua contribuição ao desempenho (MALHORA; MEHTA, 1996). Vale destacar que, atualmente verifica-se peças hidráulicas edificadas naquela época em serviço com perfeito estado de conservação.

A pozolana metacaulim é originada das argilas cauliníticas e do caulim, sendo moído e calcinado a temperaturas médias entre 6000C e 9000C. Predominante observa-se silicato de alumínio hidratado [Al2Si2O5(OH)4], onde a perda dos íons hidroxila de sua estrutura cristalina em altas temperaturas transforma-se em metacaulinita (Al2Si2O7), composto amorfo com a forma das partículas lamelares e elevada finura. Sabe-se que a alta superfície específica contribui favoravelmente com os aspectos reológicos, melhorando a trabalhabilidade, haja vista otimização da curva granulométrica da pasta, promovendo maior retenção de água e coesão, reduzindo a exsudação e a segregação. Ademais, no estado endurecido, o concreto fica com melhor resistência ao ataque por sulfatos e íons cloretos, bem como pelo processo de hidratação ficar mais lento, diminui-se a velocidade de liberação de calor. Por conseguinte, a resistências à compressão e à tração do concreto é elevado e a absorção reduzida (MUNHOZ et al., 2010; NEVILLE, 1997). Essas melhorias implementam aos materiais cuja matriz é cimentícia um incremento na durabilidade e no desempenho mecânico, em relação aos mesmos materiais sem adição (DETWILER et al., 1996; SIDDIQUE; KLAUS, 2009).

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Na Figura 02 é apresentado como o Metacaulim se posiciona entre as partículas de cimento, preenchendo os vazios (efeito físico – filler) e reagindo com o hidróxido de cálcio transformando em C-S-H (efeito químico). Esse fenômeno físico explica a diminuição do teor de vazio, pois ocorre enquanto não se iniciam as reações pozolânicas, na qual as finas partículas inertes do metacaulim preenchem os espaços existentes que seriam ocupados pelo ar (LACERDA; HELENE, 2005).

Figura 02 – Metacaulim – Microscopia Eletrônica – ampliado 3000 X (fonte o fabricante) A Figura 03 mostra partículas da pozolana nos espaços intersticiais do cimento.

Figura 03 – Partículas da pozolana Metacaulim nos interstícios do cimento (fonte o fabricante)

Nas Figuras 04a e 04b é mostrada a microscopia eletrônica entre a pasta de referência com cimento puro (esquerda) e a pasta contendo 8% de METACAULIM

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(direita) em substituição ao cimento, ambas aos 28 dias. As regiões mais escuras representam porosidades ou interstícios.

a b

Figuras 04a e 04b – Partículas da pozolana Metacaulim nos interstícios do cimento (fonte o fabricante) PARANDE et al. (2008) mostraram que a adição de metacaulim promove o refinamento dos poros. Nessa pesquisa concluiu-se que as propriedades do concreto melhoraram com a substituição até 15% de metacaulim, uma vez que em patamares próximo de 20%, ocorre queda da resistência em relação a amostras sem adição.

Neste contexto, a presente pesquisa tecnológica procura contribuir na disseminação dos conhecimentos existentes, avaliando o incremento de algumas propriedades de concretos adicionados com a pozolana Metacaulim - seja concernente ao desempenho mecânico e, ou, a durabilidade.

2. MATERIAIS E MÉTODO

2.1 MATERIAIS

2.1.1 Cimento Portland

Utilizou-se o cimento CPII-F-32. A Tabela 01 apresenta características do cimento (fonte o fabricante).

(14)

Tabela 01 – Características do cimento utilizado Determinação CPII-F-32 Car acte rização F ísica

Água para consistência normal (%) 28,8 Área específica Blaine (cm2_/g) ₃₇₈₀ Massa Específica (g/cm3₎ _3,10 Densidade Aparente (g/cm3₎ _*NI Finura Resíduo na peneira #200 (%) 2,60

Resíduo na peneira #325 (%) 11,30 Tempo de Pega Início (min) _{Fim (min)} 255 ₃₂₀

Resistência à Compressão 3 dias (MPa) 26,4 7 dias (MPa) 31,9 28 dias (MPa) 38,0 Car acte rização Qu ím ica ( % ) Perda ao fogo 4,06 Resíduo insolúvel 1,53 Al2O3 4,53 SiO2 18,52 Fe2O3 2,11 CaO 60,95 MgO 3,26 SO3 3,34 CaO livre 0,89 Equivalente alcalino em Na2O 2.1.2 Adições

A metacaulim utilizada foi produzida industrialmente na Região Metropolitana do Recife. Esse material originado da argila caulinítica possui alta reatividade, e, apresenta algumas características fornecido pelo fabricante nas Tabelas 02 e 03.

Tabela 02 – Caracterização química

Propriedades Químicas Valor Propriedades Químicas Valor

Dióxido de silício - SiO2 (%) 51% Na2O <0,1% Óxido de alumínio - Al2O3 (%) 41% K2O < 0,5% Óxido de ferro - Fe2O3 (%) < 3% Sulfato - SO3 (%) <0,1% TiO2 < 1% Óxido de cálcio – CaO <0,5 % Óxido de Magnésio – MgO (%) <0,4%

Tabela 03 – Caracterização física

Propriedades Fino

Massa específica 2,60 kg/dm3 Massa unitária 0,55 kg/dm3 Área Específica 180000 dm2_/kg Resíduo na peneira < 5%

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2.1.3 Agregados

2.1.3.1 Agregado miúdo

Foi utilizada areia natural de natureza quartzosa amplamente encontrada na Região. Esse material foi caracterizado pela densidade de massa especifica e aparente, determinação da curva granulométrica e coeficiente de uniformidade de acordo com o método de Allen-Hazem. Este método relaciona C=d60/d10, significando a equivalência da percentagem passante de material.

2.1.3.2 Agregado Graúdo

A natureza mineralógica do agregado graúdo é granítica. Esse material amplamente encontrado na Região foi utilizado em seu estado seco, sem lavagem. Caracterizou-se quanto à densidade de massa especifica, aparente e granulométria.

As Tabelas 04 e 05 mostram características da areia natural e da brita, respectivamente. As Figuras 05a e 05b apresentam as curvas de distribuição granulométrica da areia e brita utilizada, respectivamente.

Tabela 04 – Características da areia natural Tabela 05 – Características da brita Dimensão Máxima Característica 2,36

Módulo de finura 2,15 Densidade aparente (g/cm³) 1,63 Massa específica (g/cm³) 2,56 Coeficiente de uniformidade 1,2

Dimensão Máxima Característica 19 Módulo de finura 6,99 Densidade aparente (g/cm³) 1,24 Coeficiente de uniformidade 1,33

a _B

(16)

2.1.4 Aditivo Químico

O aditivo utilizado foi um superplastificante, com base de poliéster carboxilado. O superplastificante é um aditivo redutor de água de alto desempenho. É um líquido de baixa viscosidade pronto para o uso, e atende as especificações de aditivos químicos para concreto ASTM C 494 TIPO F. Seu peso específico é próximo de 1,08 kg/l.

2.1.5 Água

2.2 MÉTODO

Toda pesquisa foi executada no Laboratório de Engenharia Civil – LEC, da Faculdade do Vale do Ipojuca – FAVIP (Caruaru, Pernambuco, Brasil), haja vista fazer parte das pesquisas científicas desenvolvidas, ato contínuo, na instituição.

O trabalho foi constituído de 4 famílias de concretos, sendo os percentuais de substituição do cimento por Metacaulim 0% (amostra de referência), 5%, 8% e 10%. Foi moldadas 6 réplicas para cada amostra (propriedade e idade) estudada, sendo os corpos de prova cilíndricos de 100x200mm (atendendo a norma ABNT 5738, 2008), onde as réplicas ficaram imersos na água até as idades de ensaios. Os rompimentos dos corpos de prova foram executados de acordo com a norma NBR 5739 da ABNT, 2007. O teor de aditivo tensoativo foi determinado em relação à massa do cimento.

Avaliou-se a resistência à compressão – em 7, 28 e 90 dias; módulo de elasticidade - 28 dias; tração por compressão diametral - 28 e 90 dias e absorção total - 28 dias. O equipamento (prensa) utilizado possui tipo de acionamento servo-controlada, com escala digital e capacidade 2000 kN.

O estabelecimento da fixação da proporcionalidade de referência (traço), da relação água/cimento e do abatimento em 8 +/- 2mm, adveio dos parâmetros preferenciais usados nas edificações da Região de Caruaru – Pernambuco - Brasil.

(17)

Assim, características proporcionais dos materiais empregados estão apresentadas na Tabela 06.

Tabela 06 – Nomenclatura das famílias de amostras estudadas e proporcionamento médio em massa da mistura

Nomenclatura TUV (cimento: areia:brita: _{Ra/c:aditivo)} Família 1 (referência – 0% de metacaulim) 1:2:3:0,5:0

Família 2 (5% de metacaulim) 1:2:3:0,5:0

3. RESULTADOS

Verificou-se nos concretos a consistência que foi determinada través do abatimento do tronco de cone conforme a NBR 7223. Registro-se a cada 15 minutos, estando a betoneira homogeneizando o material, ato contínuo. A Tabela 07 mostra as densidades e abatimentos.

Tabela 07 – Densidades e abatimentos – (médias)

FAMÍLIAS DENSIDADES (g/cm3_{) NO ESTADO FRECO / ENDURECIDO ABATIMENTO}

Famíla 1 (Referência) 2,32 (fresco) / 2,3 (endurecido) 9mm

Famíla 2 2,37 / 2,35 10mm

Famíla 3 2,38 / 2,36 6mm

Famíla 4 2,41 / 2,38 8mm

As densidades aumentaram na medida em que o teor de adição se elevou. Essa constatação é corrobora pela literatura, tendo em vista a ocorrência do refinamento dos poros pela pozolana e, portanto, maior empacotamento das misturas. O abatimento foi fixado em 8 +\- 2mm, donde, as famílias 3 e 4 necessitaram do aditivo superplastificante para atingir o intervalo.

As propriedades mecânicas (resistência à compressão e tração por compressão diametral) e elástica (módulo de elasticidade), estão apresentadas nas Tabelas 08, 09 e 10 respectivamente.

(18)

Tabela 08 – Resistência à compressão axial RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (MPa) IDADES

(dias)

PROPORCIONALIDADES (TRAÇOS)

Família 1 Família 2 Família 3 Família 4

M SD CV M SD CV M SD CV M SD CV

07 18,06* 1,16 _18,10 _0,74 6,43 _4,06 18,96* 0,86 _19,29 _0,54 4,54 _2,80 30,03* 3,71 12,34 24,14* 3,01 12,49 _30,52 _1,62 _5,30 _25,77 _0,27 _1,04 28 23,31* 4,00 _22,23 _1,49 17,15 22,45* 3,55 15,81 33,57* 2,55 _6,70 _22,42 _2,17 _9,78 _32,82 _2,23 7,59 _6,79 29,13* 1,90 _29,71 _1,41 6,52 _4,76 90 28,92* 3,12 _26,92 _3,12 10,78 27,92* 3,40 12,18 43,66* 2,24 _10,78 _27,88 _0,22 _0,84 _43,66 _2,24 5,13 _5,13 33,61* 2,31 _34,94 _0,08 6,87 _0,24 M – média; SD – desvio padrão (MPa); CV – coeficiente de variação (%); * considerando todos os valores ensaiados (sem tratamento estatístico).

Pode-se considerar que os resultados tratados estatisticamente (sem asteriscos) indicam crescimento da resistência à compressão axial ao longo do tempo, ou seja, aumento de 7 dias para 28 e 90 dias, bem como se verificou uma crescimento linear das famílias 2 e 3 em relação à família 1 de referência. Ocorre que, em que pese a família 4 apresentar aumento em relação a família 1 de referência, diminuiu em relação à família 3, indicando, de acordo com outras pesquisas, que patamares maiores de substituição já não mais incrementa essa propriedade, uma vez que a partir de determinados teores de substituição, o cimento governa frente às reações pozolânicas.

Tabela 09 – Tração por compressão diametral

FAMÍLIAS TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL (MPa / SD / CV) _{28 dias} _{90 dias} Família 1 (Referência) 3,48 / 0,55 / 15,81 4,11 / 0,23 / 5,6

Família 2 3,67 / 0,6 / 16,35 4,13 / 0,74 / 16,67 Família 3 3,83 / 0,64 / 16,71 4,44 / 0,74 / 17,92 Família 4 3,64 / 0,4 / 10,99 3,71 / 0,68 / 21,94

SD – desvio padrão; CV – coeficiente de variação (%).

Os resultados da resistência à tração por compressão diametral mostram a tendência de elevação dos resultados ao longo do tempo (de 28 para 90 dias) devido às reações pozolânicas se processarem ao longo do tempo, bem como elevação dos resultados com o aumento do teor da adição até a família 3. Mais uma vez, verifica-se redução nessa propriedade da família 4 em relação à família 3 nas idades 28 e 90 dias. Isso corrobora que a partir de determinados teores de substituição não se aumenta mais

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essa resistência, pois a quantidade de cimento passa a ser determinante e mais relevante do que as reações pozolânicas.

As Figuras 06a e 06b apresentam rupturas características das propriedades mecânicas (compressão axial e tração por compressão diametral, respectivamente).

A b

Figura 06 – (a) Característica da ruptura de compressão axial (cisalhamento); (b) característica da ruptura de tração por compressão diametral

Tabela 10 – Módulo de elasticidade

Famílias M (GPa) SD (GPa) CV (%)

1 19,12 2,08 10,87

2 23,69 3,42 14,46

3 26,97 5,27 19,56

4 26,44 5,02 18,98

M – média; SD – desvio padrão (GPa); CV – coeficiente de variação (%).

O módulo de elasticidade também mostrou a influência positiva da adição do Metacaulim, uma vez que houve uma evolução dessa propriedade nas famílias 2, 3 e 4 em relação a família de referência. Do mesmo modo que nas propriedades mecânicas, a família 4 decresceu em relação à família 3, denotando que nesse patamar, as reações pozolânicas possivelmente já não mais sobressaem ao teor de cimento. A Tabela 11

(20)

apresenta a absorção total investigada com o objetivando analisar tendências acerca da durabilidade.

Tabela 11 – Absorção total (média)

FAMÍLIAS ABSORÇÃO (%)

Família 1 (Referência) 4,54 Família 2 4,14 Família 3 2,81 Família 4 2,92

Na absorção também se verificou a ação das reações pozolânicas, tendo em vista a redução da absorção das famílias 2, 3 e 4 em relação à família de referência. A mesma tendência foi constatada, redução da eficácia da família 4 em relação à família 3, caracterizando que a substituição de 10% de Metacaulim por cimento, possivelmente não mais releva diante do aglomerante cimento. Portanto, a diminuição dos poros à medida que se adiciona pozolana (fenômeno físico – filler), contribui para a durabilidade.

4. CONCLUSÕES

As análises dos resultados conduzem as seguintes conclusões:

► a densidade no estado fresco e endurecido foi diretamente proporcional ao teor da adição. Isto pode ser justificado, tendo em vista que as adições promovem uma maior densificação da mistura, concebendo um maior empacotamento do concreto;

► a resistência à compressão axial do concreto evoluiu, em todas as idades, na medida em que se adicionou o Metacaulim até 8% em substituição à massa de cimento. Na proporção de adição em 10%, verificou-se uma diminuição em relação a 8%, todavía, maior que a família de referência. Pode-se dizer que nessa pesquisa, o patamar de 8% apresentou-se com melhor desempenho, haja vista possivelmente que com 10% de substituição as reações pozolânicas não relevam em relação ao teor de cimento. Portanto, é significativo o aumento de mais de 62% aos 90 dias em relação aos 28 dias nessa propriedade quando se substitui 8% (família 3) de Metacaulim em relação ao cimento;

► comparando a resistência à tração por compressão diametral das 4 famílias - na mesma linha da compressão axial, constatou-se elevação das famílias 2, 3 e 4 em relação

(21)

à família 1 de referência. Entretanto, também se verificou redução dessa propriedade quando se substituiu 10% de Metacaulim em comparação à substituição de 8%;

► o módulo de elasticidade estudado também se elevou diretamente proporcional ao teor da adição, chegando ao estágio de mais de 41% quando se comparou a família 3 com a família 1 de referência. Contudo, mais uma vez constatou-se redução da família 4 em relação à família 3. Vale inferir que aos 90 dias, essa diferença poderia ser mais substancial, conforme identificado na compressão axial;

► referente a absorção total, verificou-se que o concreto reduziu a absorção em quase 62% quando se comparou a família 3 (menor absorção) com a de referencia. Vale destacar que o refinamento dos poros justifica essa redução. Entretanto, mais uma vez, a família 4 teve menor desempenho em relação à família 3, trazendo à baíla a corroboração de que 8% de substituição do Metacaulim é, pelo menos nessa pesquisa, a melhor proporção identificada.

5. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a empresa Tecomat – Tecnologia da Construção e Materiais, pela contribuição nessa pesquisa e ao Programa de Pesquisa (Iniciação Científica) e Extensão da Faculdade do Vale do Ipojuca - FAVIP pelo apoio incondicional para realização desse trabalho, característica imperativa dessa Instituição de Ensino Superior.

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(24)

Tema 3 – Caracterización de materiales

INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE METACAULIM NAS

PROPRIEDADES DE ARGAMASSAS INORGÂNICAS

João Manoel Freitas Mota1,a, Romilde Almeida de Oliveira2,b, Aluízio Caldas e Silva3,c, Anderson Gustavo Feitosa4,d, Warlla Wilson Santos5,e, David Williams

da Gloria Simão6, f

(1) FAVIP – Faculdade do Vale do Ipojuca, Av. Adjar da Silva Casé, 800, Indianópolis, Caruaru, Recife – PE, Brasil.

(2) Rua Caio Pereira, 226, Cep. 52041-010, Rosarinho, Recife-PE, Brasil.

a

joao@vieiramota.com.br, bromildealmeida@gmail.com, caluizio.caldas@favip.edu.br, d

andersonfeitosa25@hotmail.com, ewarllawilson@hotmail.com, f_{davidwgsimao@yahoo.com.br}

Palavras-chave: deterioração, patologia, argamassa, pozolana, metacaulim Resumo

Em argamassas de revestimento, as patologias de fachadas são as mais freqüentes. Observa-se que o descolamento é a principal causa que influencia o desempenho (questões relativas ao estado de serviço e durabilidade). Ocorre que a retração acima de limites aceitáveis, bem como a desagregação superficial, com repercussão no descolamento de ladrilhos cerâmicos, gera patologias dos revestimentos argamassados com elevado custo de reparação. Sabe-se que os revestimentos que apresentam a durabilidade comprometida, advêm, de forma geral, do elevado índice de poros conectados, repercutindo desde a interface até a superfície. As investigações acerca dos aspectos que influenciam a redução dos poros, de forma mais substancial, na interface argamassa/base se torna importante devido ao fato deste efeito ser determinante para a vida útil. Nessa ótica, várias pesquisas mostraram que a adição de pozolanas em materiais com matriz cimentícia, provoca um maior empacotamento da mistura deixando-a mais densa, provocando uma maior extensão de aderência, gerando, por conseguinte, uma redução da porosidade na interface. Devem ser considerados, nas reações pozolânicas, aspectos físicos e químicos, desde a interface devido ao efeito parede, até a superfície.

(25)

O presente trabalho objetiva avaliar o incremento de propriedades de argamassas inorgânicas com adição de metacaulim por meio de estudos experimentais efetuados em laboratório. São consideradas amostras contendo adição de metacaulim em 10%, 15% e 20% em relação a massa do cimento, bem como a própria amostra de referência. Os resultados mostraram que a adição de Metacaulim contribui no incremento das propriedades mecânicas. Introdução

É consagrado que o principal aspecto das patologias em revestimentos, fundamentalmente, nos revestimentos externos, é uma reduzida extensão de aderência na interface base/argamassas (demasiado grau de porosidade na interface). Essa deficiência leva ao destacamento das argamassas e, ou, das placas cerâmicas [1]

As figuras “a” (destacamento de revestimento em casario no Recife antigo), “b” (descolamento de revestimento externo em edificio) e “c” (descolamento generalizado na fachada do edifício em Florianópolis) apresentam patologias com predominância na deficiência de aderência.

(a) (b) (c)

Figura 1 – Patologias concernentes a revestimentos de fachada

No contexto histórico dos estudos relativos a interface, pode-se dizer que Voss [2] observou na interface bloco cerâmico/argamassa (através de análise petrográfica e cristalográfica) uma camada de hidróxido de cálcio, onde se concluiu que a resistência de aderência é inversamente proporcional ao teor dessa camada.

Entretanto, estudos realizados por [3, 4] através da microscopia eletrônica de varredura, mostraram que a aderência base/argamassa com o povoamento de cálcio nos poros das bases, eleva-se, tendo em vista o aumento da extensão de aderência devido a maior cobertura do substrato pelas partículas finas da cal. Esses autores concluíram que laços de CSH (silicato de cálcio hidratado) sobre a superfície e interior dos poros, são os principais responsáveis pela aderência (Figura 2).

(26)

Figura 2 - Ampliação da região indicada pelo círculo na micrografia [5]

Identifica-se que, na interface pasta/bloco cerâmico, argamassas à base de cimento e cal, apresentam duas camadas, a saber: uma próxima da superfície do substrato (rica de cálcio, onde precipita hidróxido de cálcio em forma de placas) e outra camada que contém CSH e etringita [6].

Esses autores destacam que, em substratos saturados quando comparados com os secos, os produtos de hidratação encontravam-se em maiores proporções na interface, observando muito pouca presença no interior dos poros. Sabe-se que o grau de penetração dos compostos gerados é inversamente proporcional à dimensão dos poros e à saturação da base. A aderência mecânica da argamassa ao substrato, ou seja, o efeito de intertravamento dos produtos de hidratação do cimento e da cal nos poros do substrato - através da dissolução ou estado coloidal dos componentes do aglomerante que resulta em cristais de etringita, representa um ponto relevante no sentido de garantir um bom desempenho da resistência por aderência [7]. Desta forma, faz-se necessário investigar possíveis aspectos influenciadores na redução dos poros na interface, uma vez que esse aspecto é importante para a durabilidade. Diversas pesquisas mostraram que a adição de pozolanas em materiais com matriz cimentícia, provoca um maior empacotamento da mistura deixando-a mais densa, gerando uma redução

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natural da porosidade desde a interface, devido ao efeito parede, até a superfície [8].

A ação benéfica da adição de pozolanas na interface argamassa/substrato pode ser explicada através do efeito proporcionado pela reação entre a sílica da pozolana e o hidróxido de cálcio produzido na hidratação do cimento, formando o C-S-H, composto responsável pela resistência da matriz cimentícia, concomitantemente com o próprio efeito filler, reduzindo de forma extremamente benéfica a elevada relação água/cimento na interface [5, 9].

Verificam-se que, dentre os principais beneficios da adição da pozolana em argamassas, estão a maior trabalhabilidade, menor exudação e permeabilidade, elevação da resistência mecânica a longas idades, maior proteção em meios agressivos e meios expansivos. A figura 3 apresenta de forma esquemática os benefícios da adição de pozolana na zona de transição.

Figura 3 – Representação esquemática da zona de interface pasta/substrato [5] Argamassas com adição tendem a incrementar as resistências mecânicas [10]. No entanto, o cimento governa o aumento dessas propriedades. A relação água/cimento é inversamente proporcional às resistências à compressão, fato que não se pode afirmar quanto à aderência. A Figura 4 apresenta compostos presentes na interface argamassa/base, com destaque para os cristais de etringita.

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Figura 4 – Representação esquemática do modelo de aderência entre argamassas de cimento e cal sobre blocos cerâmicos [11]

A resistência mecânica das argamassas inorgânicas mistas com adição de pozolana aumenta em até 175% [12].

Ainda, avaliando a influência de pozolanas como Metacaulim e sílica ativa em argamassas, as que tiveram adições tiveram melhorias consideráveis nas propriedades mecânicas e as relacionadas com a durabilidade, quando comparadas com argamassa de referência, mista de cimento, cal e areia [13]. Sabe-se que, em diversos casos, as argamassas com Metacaulim se sobressaíram na propriedade de aderência.

Resultados mostram substanciais incrementos na aderência de chapiscos e argamassas com adição de sílica extraída da casca de arroz se encontram em [5, 16]. Chapiscos e pastas de baixa relação água/cimento, apresentam ganhos significativos na aderência. Portanto, os ensaios mostraram que chapiscos com a adição mineral na ordem de 5% possibilita uma maior compacidade, gerando ligações mais efetivas entre o chapisco e a base.

A Figura 5 apresenta detalhe desta deficiência na zona de transição argamassa/substrato cerâmico.

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Figura 5 - Região da interface entre argamassa e substrato cerâmico [14]

O presente trabalho objetiva avaliar o desempenho técnico de argamassas inorgânicas adicionadas com metacaulim por meio da análise de propriedades mecânicas e as relacionadas com a durabilidade.

METODOLOGIA E MATERIAIS

Metodologia

Com o intuito de verificar o objeto principal do estudo, ou seja, avaliação do incremento proporcionado pela adição de metacaulim nas argamassas de revestimento, foram realizados ensaios para caracterização de algumas propriedades mecânicas e relativa a durabilidade de diferentes famílias com percentuais crescentes de adição.

O trabalho foi efetuado em quatro amostras de argamassa mista de cimento, cal hidratada e areia, com percentuais de 0%, 10%, 15% e 20% de adição de metacaulim em substituição a massa de cimento. Para cada caso foram moldados corpos-de-prova cilíndricos, nos quais foram investigadas propriedades mecânicas (compressão axial, tração por compressão diametral) e algumas relacionadas com a durabilidade (absorção de água por imersão e absorção de água por capilaridade).

Todos os trabalhos foram executados no Laboratório de Engenharia Civil – LEC, da Faculdade do Vale do Ipojuca – FAVIP (Caruaru, Pernambuco), haja vista fazer parte das pesquisas científicas desenvolvidas, ato contínuo, na instituição.

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Caracterização das amostras estudadas

Durante a preparação das amostras, foi mantida constante a trabalhabilidade da argamassa, medida a partir da mesa de consistência (flow table) num valor de (200+20) mm. Assim, as quantidades proporcionais dos materiais empregados está apresentada a seguir:

amostra 1 (referência - 0% de metacaulim) – 1:1:6:1,5 (cimento:cal:areia: relação água/cimento);

amostra 2 (com 10% de metacaulim em substituição de cimento) – 1:1:6:1,5;

amostra 3 (com 15% de metacaulim em substituição de cimento) – 1:1:6:1,5

amostra 4 (com 20% de metacaulim em substituição de cimento) – 1:1:6:1,5.

Para a avaliação da influência do metacaulim no desepenho mecânico das argamassas foram realizados os ensaios descritos a seguir. Para cada caso foram realizados ensaios aos 28 dias e 90 dias, utilizando-se, em ambos os casos, as mesmas quantidades de amostras:

Propriedades mecânicas: resistência à compressão (15 réplicas – corpos-de-prova - por amostra para cada idade – 28 dias e 90 dias), resistência à tração por compressão diametral (3 réplicas) – NBR 13279 e NBR 7222;

Propriedades relacionadas com a durabilidade: absorção de água por imersão (3 réplicas por amostra para cada idade – 28 dias e 90 dias), absorção por capilaridade (3 réplicas) – NBR 9778.

Todos os cospos-de-prova para ensaiar à compressão foram capeados nas duas faces com enxofre.

As Figuras 6, 7 e 8 apresentam corpos-de-prova dos ensaios realizados.

Figuras 6, 7 e 8 – Representam CP´s dos ensaios à compressão, absorção total e por capilaridade.

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MATERIAIS

Cimento Portland, Cal Hidratada e Metacaulim

Utilizou-se os aglomerantes, cimento CP II-F-32 e cal hidratada CH-I. O metacaulim também foi utilizado nas amostras 2, 3 e 4. Sabe-se que os fabricantes desses materiais são líderes em venda na Região.

Agregado Miúdo

O Agregado miúdo foi uma areia natural de natureza quartzosa amplamente encontrada na Região. Esse material foi caracterizado pela densidade de massa especifica e aparente, determinação da curva granulométrica e coeficiente de uniformidade de acordo com o método de Allen-Hazem. Este método relaciona C=d60/d10, significando a equivalência da percentagem passante de material [15].

A Tabela 1 mostra características da areia natural, bem como a Figura 5 apresenta a curva da distribuição granulométrica.

Tabela 1 – Características da areia natural Dimensão Máxima Característica 2,36

Módulo de finura 2,15

Densidade aparente (g/cm³) 1,63 Massa específica (g/cm³) 2,56 Coeficiente de uniformidade 1,2

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Água

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Resistência à compressão

A Tabela 2 mostra resultados de resistência á compressão axial das argamassas estudadas.

Tabela 2 – Resultados dos ensaios de resistência média à compressão (MPa)

Amostras Idade do ensaio

28 dias 90 dias

1 (referência) 4,99 6,40

2 (adição 10%) 4,25 6,47

3 (adição 15%) 5,25 5,60

4 (adição 20%) 6,06 8,55

Verificou-se que, houve um incremento da amostra de referência em relação a amostra 4 na resistência à compressão axial aos 28 dias em 21,44% e para 90 dias em 33,60%. Observa-se que, o incremento máximo em relação a amostra de referência (amostra 1) foi a amostra 4, denotando assim que adições com proporção de 20% foi a mais eficiente das proporções estudadas.

Tração por compressão diametral

A tabela 3 apresenta resultados de tração por compressão diametral. Tabela 3 – Resultados médios dos ensaios por compressão diametral (MPa)

28 dias 90 dias

2 (adição 10%) 0,76 1,03

3 (adição 15%) 0,55 0,76

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Verificou-se um incremento da amostra de referência (amostra 1) em relação a amostra 4 aos 28 dias de 79,62%, sendo que aos 90 dias não houve nenhum aumento, ao contrário verificou-se uma redução. Todavia, o aumento dos 28 dias em relação aos 90 dias da amostra 4, que ofereceu os maiores resultados,foi de 25,77%.

Absorção total

A Tabela 5 apresenta os resultados da absorção total.

Tabela 5 – Resultados dos ensaios da média da absorção total (%)

28 dias 90 dias

2 (adição 10%) 9,12 9,12

3 (adição 15%) 9,13 9,12

4 (adição 20%) 9,13 9,13

Os resultados dos ensaios dessa propriedade, mostraram que não houve diferenças substancias entre as amostras aos 28 dias e aos 90 dias. Pode-se inferir que, as reações pozolânicas ocorrem em longos periodos, não se verificando, portanto, em 90 dias, incrementos relacionado a durabilidade (refinamento dos poros). Ademais, pode-se ainda ponderar que, caso se utilize aditivos plastificantes com o cunho de proporcionar a redução da relação água/cimento, a porosidade tenderá a se reduzir drasticamente.

Absorção por capilaridade

A Tabela 6, mostra os resultados dos ensaios de absorção por capilaridade Tabela 6 – Resultados dos ensaios da média da absorção por capilaridade (%)

28 dias 90 dias

2 (adição 10%) 9,09 9,06

3 (adição 15%) 9,04 9,03

4 (adição 20%) 9,03 9,04

Conforme verificado na absorção total, o ensaio de absorção por capilaridade não mostrou resultados entre as amostras, seja aos 28 dias como aos 90 dias. É cabível sublinhar que, a mesma ponderação apresentada na absorção total, pode ser atribuída nessa propriedade.

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CONSIDERAÇÕES FINAIS

Com base nos resultados experimentais colhidos em laboratório, podem-se concluir que:

► Verificou-se que na resistência à compressão o incremento máximo de 33,60% aos 90 dias (amostra 4 em relação a amostra 1, de referência). Com essa verificação poder-se-á inferir quanto a melhor aderência, considerando a relação direta entre essas duas propriedades.

► Quanto à tração por compressão diametral, verificou-se um incremento, da amostra de referência em relação à amostra 4, de 79,62% aos 28 dias. Entretanto, não se verificou incremento aos 90 dias. Ao contrário, houve redução. Contudo, o incremento máximo verificado (amostra 4) dos 28 dias em relação aos 90 dias foi de 25,77%. Pode-se dizer que para idades maiores, as reações pozolânicas agiriam de forma mais eficiente, uma vez que, em idades menores, quem governa é, de fato, o aglomerante.

► Absorção total e por capilaridade não se verificou diferenças relevantes, observando parâmetros bem similares. Sabe-se que as reações pozolânicas ocorrem a longo prazo. Por conseguinte, em períodos maiores poderá se observar incrementos relevantes.

► Vale destacar que, nesse trabalho não se utilizou aditivos tensoativos. Portanto, sugere-se novas pesquisas utilizando esse aditivo plastificante, objetivando redução da relação água/cimento para obtensão de maiores incrementos nas propriedades de argamassas com adição de pozolana.

REFERÊNCIAS

[1] COSTA e SILVA, A. J. Descolamento dos revestimentos cerâmicos de fachada na cidade do Recife. Dissertação de mestrado, USP, São Paulo, 2001.

[2] VOSS, W. C. Permeability of brick masonry walls: an Hypothesis American Society for Testing Materials. Proceedings. Philadelphia, 1933.

[3] CHASE, G. W. The effect of pretreatments of clay brick on brick-mortar bond strength. In: NORTH AMERICAN MASONRY CONFERENCE, 3rd., Arlington, June 1985.