Universidade de Coimbra
EFEITO DO ADITIVO REDUTOR DE RETRAÇÃO (SRA) NO
CIMENTO PORTLAND DE ALTA RESISTÊNCIA INICIAL
Antonio A. de Melo Neto(1), Maria A. Cincotto(2), Wellington L. Repette(3)
(1) M.Sc, Universidade de São Paulo, Brasil. E-mail: antonio.melo@poli.usp.br
(2) Professora Doutora, Universidade de São Paulo, Brasil. E-mail: maria.cincotto@poli.usp.br (3) Professor Doutor, Universidade Federal de Santa Catarina, Brasil. E-mail: ecv1wlr@ecv.ufsc.br
Resumo
Este trabalho tem como objetivo estudar o efeito do aditivo redutor de retração (SRA) no desenvolvimento da retração por secagem e na retração autógena em argamassas confeccionadas com cimento Portland de alta resistência inicial (ARI). Os corpos-de-prova foram preparados com a relação água/aglomerante igual a 0,48 e com quatro teores de aditivo redutor de retração: 0,5%, 1,0%, 1,5% e 2,0% em relação à massa de cimento. Foram realizados ensaios de resistência à compressão a 1, 3, 7 e 28 dias. Os ensaios de retração por secagem e a retração autógena foram realizados com 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 11, 14, 21 e 28 dias. No ensaio de retração autógena, os corpos-de-prova foram selados com filme plástico e fita adesiva. De acordo com os resultados, houve uma redução da resistência à compressão mais significativa nas primeiras idades e com uma tendência ao aumento da redução com o aumento do teor de SRA. Com relação à retração por secagem, ocorreu à redução da retração com a utilização do aditivo SRA e a mesma foi proporcional ao aumento do teor de aditivo. Com relação à retração autógena, ocorreu a redução da retração autógena com a utilização do aditivo SRA, porém não foi verificada nenhuma tendência com a elevação do teor de aditivo.
Palavras-chave: Retração por secagem, retração autógena, cimento de alta resistência inicial.
1 Introdução
O combate à retração em misturas cimentícias pode ser realizado com ajustes na dosagem, utilização de armaduras, aplicação de uma cura eficiente, minimização da relação água/cimento, entre outros métodos. A utilização de aditivos é mais uma contribuição no controle da retração, basicamente existe dois tipos: os redutores de retração e os compensadores de retração. Ainda há certa confusão com respeito à denominação destes tipos de aditivos, tendo sido adotadas neste trabalho as seguintes denominações: SRA (shrinkage reducing admixture) que age reduzindo a retração, e SCA (shrinkage compensating admixture) que age gerando uma expansão de modo a compensar a retração. Shah et al. [1] afirmam que os aditivos expansores já foram uma solução viável, mas que atualmente não são muito utilizados. Pode-se dizer que os aditivos redutores de retração são a mais recente tentativa de
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prevenir a retração de misturas cimentícias. Por ser um produto mais recente e em desenvolvimento contínuo ainda existem poucas publicações a respeito, assim como uma dificuldade por parte dos estudos em diferenciar a composição dos aditivos existentes no mercado, protegidas pelos fabricantes. A introdução do uso de aditivos de natureza orgânica para o fim específico de reduzir a retração é atribuída a Sato et al. [2]. Os primeiros aditivos redutores de retração (SRA) apresentavam baixa viscosidade, solubilidade em água e tinham a função de reduzir a tensão capilar que se desenvolve nos poros do concreto com a secagem [3]. Outra característica citada é a possibilidade de utilizar o aditivo diretamente na superfície do concreto, como uma solução tópica para amenizar a retração. Segundo He et al. [4], a maior parte dos aditivos redutores de retração são líquidos orgânicos com base em derivados do glicol. Atualmente, o propileno glicol (CH3-CH2-CH-(CH2-OH)2) e o neopentil glicol
((CH2)2-C-(CH2-OH)2) são alguns dos derivados do glicol utilizados para a obtenção dos aditivos
SRA, sendo os derivados do propileno os mais utilizados para este fim [5].
Bentz et al. [6] realizaram ensaios experimentais para determinar o efeito do aditivo redutor de retração na tensão superficial da água, obtendo uma tensão superficial para água destilada igual a 0,0765 N/m e com a utilização do aditivo SRA (6% da massa de água destilada) uma redução da tensão para 0,0325 N/m. Folliard e Berke [7] obtiveram redução semelhante da tensão superficial da água com a utilização do aditivo SRA, para aproximadamente 0,040 N/m. Rongbing e Jian [8], em estudos direcionados ao desenvolvimento do processo químico de obtenção do aditivo SRA, apresentam resultados similares aos obtidos por Bentz et al. [6] para a redução da tensão superficial da água (Figura 1).
Figura 1 – Efeito do aditivo redutor de retração (SRA) na tensão superficial da água [8]. A teoria que embasa o funcionamento do aditivo SRA é descrita e explicada por Bentz [9, 10], sendo as afirmações seguintes baseadas na discussão desse autor. Resumidamente, os aditivos SRA influenciam a tensão superficial e a viscosidade da água presente nos poros do concreto, acarretando em efeitos significativos no mesmo. Sabe-se, de acordo com equação de Kelvin-Laplace (Equação 8), que tensões capilares surgiram na solução aquosa remanescente dos poros de um concreto parcialmente saturado; admite-se que os poros têm formato cilíndrico. A redução da tensão superficial da água do poro incorrerá na redução da pressão capilar da mesma e, conseqüentemente, na redução da retração. Analisando a equação de Kelvin-Laplace e com resultados experimentais, Bentz [9, 10]
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0 20 40 60 80 100 T e n s ã o s u p e rf ic ia l ( N /m )
Concentração de aditivo redutor (SRA) em água (porcentagem em massa)
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obteve conclusões importantes sobre a influência da tensão superficial no fenômeno da retração (Tabela 1). Dentre as conclusões do autor, destaca-se a menor perda de massa por secagem quando utilizado o aditivo SRA, atribuída à hipótese de que a secagem inicial causa a formação de uma solução concentrada de SRA na superfície e esta inibe a futura evaporação da água de amassamento [6]. σ 2γ r ln RH 100%⁄ RT V (1)
Onde σ é a tensão capilar, γ é a tensão superficial da água do poro, r é o raio do maior poro parcialmente saturado, RH é a umidade relativa em porcentagem, R é a constante universal dos gases, T é a temperatura absoluta e V é o volume molar da solução do poro
Tabela 1 – Influência da tensão superficial no fenômeno da retração [9].
Fenômeno Influência da redução da tensão superficial
Retração por secagem Redução no equilíbrio da saturação
Redução na taxa de secagem (menor perda de massa) Retração autógena Redução da tensão capilar
Redução da umidade relativa interna Evaporação nas primeiras idades Alteração do perfil da curva de secagem
Redução da taxa de secagem
Na prática, sabe-se que os aditivos redutores não eliminam a retração, mas reduzem a retração final na ordem de 25% a 50% [11]. Bentz et al. [6] relatam os resultados obtidos de ensaios em argamassas e pastas de cimento Portland com e sem adição de aditivo SRA. Foram realizados ensaios para determinação da retração autógena nas argamassas e a medida da variação de umidade relativa interna das pastas. Neste estudo o uso do SRA reduziu a retração em mais de 50%, além de atenuar consideravelmente a redução da umidade relativa interna dos corpos-de-prova ao longo do tempo. Um detalhe importante é que os autores também determinaram a resistência à compressão; estatisticamente o SRA não teve influência nesta propriedade. Este fato é incomum, pois se têm alguns relatos abordando a redução da resistência à compressão com o uso do SRA [7, 12], efeito também admitido pelos fabricantes destes tipos de aditivo.
Apesar da pouca divulgação, os aditivos redutores têm alguns efeitos negativos, e o principal é que a ação de reduzir a tensão superficial implica na alteração de algumas propriedades da mistura cimentícia. O retardo do início de pega e a redução da resistência à compressão são as mais divulgadas e comprovadas, tendo como possível explicação que a redução da tensão superficial pode reduzir também a força de atração entre as partículas na fase de floculação do aglomerante, afetando as propriedades citadas anteriormente [13]. Por ser uma alternativa recente, os aditivos SRA ainda não são amplamente difundidos e estudados na aplicação em cimento Portland no meio científico internacional. Portanto, este trabalho tem como objetivo contribuir para o avanço do conhecimento sobre o efeito do aditivo redutor de retração (SRA) na retração livre, por secagem e autógena, do cimento Portland.
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2 Programa experimental
2.1 Materiais e preparo das argamassas
As argamassas foram preparadas em laboratório (T=24ºC) com a proporção em massa igual a 1:2 (aglomerante: areia) e com relação água/aglomerante igual 0,48. Neste estudo foi considerado que o aditivo SRA, por ser utilizado na forma líquida, terá a sua massa descontada da massa de cimento Portland. Foram utilizados quatro teores de aditivo SRA: 0,5%, 1,0%, 1,5% e 2%, sendo o resumo das argamassas confeccionadas e a simbologia adotada apresentado na Tabela 2. A caracterização do cimento Portland utilizado neste trabalho é apresentada na Tabela 3. No preparo dos corpos-de-prova de argamassa foi utilizada a areia quartzosa, previamente preparada. Esta preparação consistiu na lavagem da areia, peneiramento na peneira de abertura de 4,8 mm, secagem estufa (105ºC por 24 horas) da fração passante em e armazenamento para a espera da utilização. Foi utilizado o aditivo redutor de retração (SRA) “Eclipse”, específico para a redução da retração, produzido pela Grace Brasil, disponível no mercado brasileiro. O aditivo foi fornecido na forma líquida e tem como base química o polipropileno glicol (densidade = 0,96 g/cm3), segundo dados fornecidos pelo fabricante.
Tabela 2 – Argamassas preparadas e a simbologia adotada.
Cimento Portland de alta resistência inicial
Relação água/aglomerante Teor SCA (%) Simbologia
0,48 0 ARIB0 0,5 ARIB0,5 1,0 ARIB1 1,5 ARIB1,5 2,0 ARIB2 Tabela 3 – Características do cimento Portland de alta resistência inicial (ARI).
Composição Química Características Físicas Área específica
461,8 m2/kg
Determinação Teor (%) Determinação Teor (%) Resistência à Compressão
Perda ao fogo 2,92 CaO 64,44 1 dia – 29,2 MPa Início de Pega
138 minutos SiO2 19,45 MgO 0,62 3 dias – 42,6 MPa
Al2O3 4,86 SO3 2,94 7 dias – 46,9 MPa Fim de Pega
200 minutos Fe2O3 3,12 K2O 0,70 28 dias – 56,1 MPa
2.2 Métodos de ensaio
O ensaio de resistência à compressão foi realizado em cubos de argamassa (4 x 4 cm), sendo utilizada a prensa hidráulica fabricada pela Shimadzu-modelo UH-200A com célula de carga de 200 kN. De acordo com a BS EN 196, foi aplicada uma velocidade de carregamento igual a 2400 N/s. Foram ensaiados 6 de-prova para cada tipo de argamassa e para cada de idade de ensaio. Os corpos-de-prova foram desmoldados após 24 horas e em seguida submetidos à cura úmida (T=24ºC, U.R.=100%) até a idade do ensaio. As idades de ensaio para a resistência à compressão foram 1, 3, 7, e 28 dias.
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O ensaio de retração foi realizado de acordo com o procedimento da norma ASTM C 490 (1997). Os corpos-de-prova prismáticos (25x25x285 mm) foram ensaiados na retração por secagem e retração autógena nas idades de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 11, 14, 21 e 28 dias com o objetivo de caracterizar o seu comportamento no estado livre. Foram moldados 8 corpos-de-prova de 25x25x285 mm para cada mistura, sendo 4 corpos-de-prova para retração por secagem e 4 corpos-de-prova para retração autógena. A deformação decorrente da variação de temperatura foi descontada dos valores obtidos no ensaio da retração por secagem e retração autógena. A leitura da variação dimensional dos corpos-de-prova foi realizada em câmara seca (T=24ºC, U.R.=50%) logo após a desmoldagem. A variação de massa foi medida em balança de precisão de 0,01g antes de se realizar a leitura da retração. Para o ensaio de retração autógena foi utilizado papel alumínio revestido com uma fita plástica para a vedação dos corpos-de-prova prismáticos (25x25x285 mm), sendo esta garantida através do controle da pesagem da massa em balança com precisão de 0,01g antes de realizar a leitura da retração. A perda de massa ocorreu, mas pode ser considerada não significativa, pois alcançou no máximo 0,2% aos 28 dias em uma das misturas, enquanto sem vedação atingiu 11% aos 28 dias.
3 Resultados e discussão
3.1 Resistência à compressão
Na Figura 2 é analisada a influência do teor de SRA nas argamassas utilizadas. Inicialmente, observa-se que ocorre a redução da resistência à compressão com a utilização do aditivo redutor de retração (SRA) em todas as argamassas estudadas. O efeito do aditivo é mais intenso nas primeiras idades, sendo a resistência à compressão reduzida em até 54,5% com a utilização de 2% de aditivo com 1 dia idade e redução de até 28% com 3 dias de idade. A Tabela 4 apresenta o efeito do aditivo SRA na redução da resistência à compressão. Aos 28 dias o efeito do aditivo não é tão intenso quanto nas primeiras idades e a redução aumenta proporcionalmente com o aumento do teor de aditivo SRA. Em resultados ainda em análise, do comportamento da hidratação por análise termogravimétrica das misturas estudadas neste trabalho, adianta-se que a utilização do aditivo redutor de retração (SCA) diminui o grau de hidratação. Esta análise confirma os resultados obtidos por outros autores [7, 12] e com a afirmação de Brooks et al. [13] de que este tipo da aditivo afeta a aglomeração do cimento.
Figura 2 – Efeito do teor de SRA na resistência à compressão das argamassas. Água:aglom = 0,48.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 5 10 15 20 25 30 35 R e s is t. à c o m p re s s ã o ( M P a ) Idade (dias)
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Tabela 4 – Evolução da resistência à compressão e o efeito do aditivo SRA. Teor de aditivo SRA
Idade 0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% Resistência à compressão (MPa) 1 dia 25,5 18,9 17,9 19,0 16,5 3 dias 48,3 43,9 40,3 40,5 37,8 7 dias 59,1 51,0 57,7 49,6 49,4 28 dias 62,1 59,8 59,1 58,5 55,7 Redução da resistência à compressão (%) 1 dia 0 -34,4 -42,2 -33,9 -54,5 3 dias 0 -10,2 -19,9 -19,4 -28,0 7 dias 0 -15,9 -2,4 -19,2 -19,8 28 dias 0 -3,9 -5,1 -6,2 -11,6
3.2 Retração por secagem
Na Figura 3 é apresentado o efeito do teor de SRA na retração por secagem, assim como o percentual de redução da retração com a utilização do mesmo aos 28 dias. Observando-se que a utilização do aditivo redutor de retração (SRA) obteve êxito para amenizar significativamente a retração por secagem. O aumento do teor de aditivo incorreu em diminuição proporcional da retração por secagem, alcançando uma redução de até 42% com a utilização de 2% de aditivo. Na Figura 4, observa-se a relação direta entre o teor de aditivo SRA e a retração por secagem, sendo esta reduzida com o aumento do teor de aditivo. Na Tabela 5 são apresentadas as equações utilizadas nas regressões apresentadas na Figura 4, observa-se a excelente correlação entre o aumento do teor de aditivo SRA e a diminuição da retração por secagem nas idades de 3, 7, 14 e 28 dias. Com 1 dia de idade a correlação observada não foi satisfatória, indicando que o teor de aditivo SRA afeta de forma significativa a retração por secagem nesta idade, porém, independente do teor de aditivo utilizado.
Figura 3 – Efeito do teor de SRA na retração por secagem das argamassas estudadas. Ág:aglom= 0,48. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 5 10 15 20 25 30 35 R et . s ec ag em m m /m m ( 1 0 -6) Idade (dias)
0% SRA 0,5% SRA 1,0% SRA 1,5% SRA 2,0% SRA
- 7,9%
- 23,8%
- 32,3% -41,9%
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Sabe-se que a perda de massa por evaporação é um fenômeno básico da retração, sendo o principal fator para o aumento das tensões internas. O comportamento da variação de massa em razão da evaporação é apresentado na Figura 5. Observa-se que a utilização do aditivo SRA incorreu na diminuição da evaporação de água. Este fato está de acordo com a hipótese levantada por Bentz [9]. Porém, não se observa proporcionalidade entre o aumento do teor de aditivo SRA e a diminuição da perda de massa por evaporação, pois a diminuição não foi afetada com o aumento do teor de aditivo SRA, permanecendo similar entre as misturas estudadas com aditivo. Ressalta-se que o aditivo SRA reduz a secagem da argamassa e este fato é um fator que contribui para a redução da retração por secagem, porém, a ausência de proporcionalidade entre o teor de aditivo e esta redução, indica que outros mecanismos estão agindo para justificar a redução da retração por secagem obtida por este tipo de aditivo.
Tabela 5 – Regressões utilizadas para correlacionar o efeito do teor de aditivo SRA na retração por secagem.
Idade Regressão exponencial 1 dia y = 265 e-0,37x R² = 0,59 3 dias y = 665 e-0,34x R² = 0,95 7 dias y = 1015 e-0,31x R² = 0,98 14 dias y = 1281 e-0,28x R² = 0,99 28 dias y = 1508 e-0,27x R² = 0,99
Figura 4 – Correlação entre o teor de aditivo SRA e a retração por secagem das argamassas estudadas com 1, 3, 7, 14 e 28 dias. Água:aglomerante = 0,48.
Figura 5 – Efeito do teor de SRA na perda de massa por evaporação das argamassas estudadas. Água:aglomerante = 0,48.
1 dia 3 dias 7 dias 14 dias 28 dias
R et . s ec ag em m m /m m ( 1 0 -6 )
Teor de aditivo SRA (%) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 0,5 1 1,5 2 2,5 0 1 2 3 4 5 6 0 5 10 15 20 25 30 35 V ar ia çã o d e M as sa % Idade (dias)
0% SRA 0,5% SRA 1,0% SRA 1,5% SRA 2,0% SRA
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3.3 Retração autógena
Antes de analisar os resultados da retração autógena é necessária uma breve definição da mesma. A retração autógena é definida como a mudança de volume sob temperatura constante, e sem perda de umidade da mistura cimentícia para o meio ambiente, causada pela redução da umidade relativa no interior dos poros em decorrência da evolução da hidratação do cimento [14, 15]. Neste tipo de retração, ocorre o consumo da água dos capilares em razão das reações de hidratação resultando na retração do material. Este mecanismo também é conhecido como auto-secagem. Tazawa et al. [16] sugerem que o resultado macroscópico da retração autógena é soma da retração química mais o efeito físico da auto-secagem, que seria a retração por depressão capilar.
Na Figura 6 é apresentado o efeito do teor de SRA na retração autógena. Observa-se que a utilização do aditivo redutor de retração (SRA) obteve êxito para amenizar a retração autógena. Diferentemente da retração por secagem, o aumento do teor de aditivo SRA não incorreu em uma diminuição proporcional da retração autógena. Este fato pode ser explicado pelo mecanismo principal da retração autógena não ser a perda de água por evaporação como na retração por secagem, o que faz com que o efeito do teor de aditivo SRA seja menos intenso, visto que o seu principal mecanismo é a diminuição da tensão capilar que se desenvolve com a perda de água por evaporação. Como na condição autógena a saturação do meio é de 100% e existem outros fenômenos agindo, como a retração química, o teor de aditivo SRA interfere de modo menos intenso no desenvolvimento da magnitude da retração autógena. De modo geral, a utilização do aditivo SRA neste trabalho resultou em uma redução média em torno de 40% da retração autógena. Esta redução ocorre em razão da diminuição da tensão superficial da água do poro e, conseqüentemente, na redução das tensões capilares que ocorrem com a auto-secagem da mistura.
Figura 6 – Efeito do teor de SRA na retração autógena das argamassas estudadas. Ág:aglom = 0,48. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 5 10 15 20 25 30 35 R et . a ut óg en a m m /m m ( 1 0 -6) Idade (dias)
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4 Conclusões
- Com relação à resistência à compressão, pode-se afirmar que a utilização do aditivo redutor da retração (SRA) incorreu na redução da mesma. No entanto, ressalta-se que a redução ocorreu de forma mais intensa nas primeiras idades, alcançando 54,5% de redução com 1 dia e 2% de aditivo SRA. Porém, o efeito na resistência final aos 28 dias foi bem mais ameno, sendo constatada uma redução máxima de 11,6% com a utilização de 2% de aditivo SRA;
- O aditivo SRA reduziu de forma significativa a retração por secagem, obtendo-se uma redução máxima em torno de 42% aos 28 dias e utilizando um teor de 2% de aditivo. Observou-se a correlação direta entre o aumento do teor de aditivo SRA e a diminuição da retração por secagem; - A utilização do aditivo SRA alterou a perda de massa por evaporação, observando-se a menor
perda de massa com a sua utilização. Porém, não ocorreu uma proporcionalidade entre o aumento do teor de aditivo SRA e a perda de massa por evaporação, indicando que outros mecanismos podem estar interferindo na redução da retração por secagem;
- O aditivo SRA obteve êxito na redução da retração autógena, resultando em uma redução média em torno de 40% aos 28 dias. Diferentemente da retração por secagem, não foi observada a correlação direta entre o aumento do teor de aditivo SRA e a diminuição da retração autógena.
Agradecimentos
Agradecemos à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo – Fapesp e à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES, pela concessão de recursos de auxílio a esta pesquisa.
Referências
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