Taylana Piccinini Scolaro
INFLUÊNCIA DE DIFERENTES FÍLERES NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS E NA RETRAÇÃO DE ARGAMASSAS AUTONIVELANTES
Florianópolis - SC 2020
INFLUÊNCIA DE DIFERENTES FÍLERES NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS E NA RETRAÇÃO DE ARGAMASSAS AUTONIVELANTES
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina para a obtenção do Título de Mestre em Engenharia Civil.
Orientadora: Prof.ª Dr.ª Janaíde Cavalcante Rocha.
Florianópolis - SC 2020
NA RETRAÇÃO DE ARGAMASSAS AUTONIVELANTES
O presente trabalho em nível de mestrado foi avaliado e aprovado por banca examinadora composta pelos seguintes membros:
Prof. Dr. Elton Bauer Universidade de Brasília (UnB)
Prof. Dr. Philippe Jean Paul Gleize Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
Prof. Dr. Roberto Caldas de Andrade Pinto Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
Certificamos que esta é a versão original e final do trabalho de conclusão que foi julgado adequado para obtenção do título de mestre em Engenharia Civil.
____________________________ Prof.ª Dr.ª Poliana Dias de Moraes
Coordenador(a) do Programa
____________________________ Prof.ª Dr.ª Janaíde Cavalcante Rocha
Orientador(a)
motivadores e nunca medirem esforços para a minha formação. E ao meu irmão Ricardo, pelo incentivo ao meu desenvolvimento.
Agradeço também ao meu namorado João Gabriel, pelo companheirismo, pelo apoio e por todo o amor.
Aos meus tios, Marli e Walter, por terem me recebido em Florianópolis e pelo carinho. Aos meus amigos da pós Vanessa, Ariane, Régis, Jéssica, Renata, Nágilla, Lucas, Laura, Geannina, Luis, Francine e Artur, pela ajuda, pelos momentos de descontração e, sobretudo, pela amizade.
À minha orientadora, Prof.ª Dr.ª Janaíde Cavalcante Rocha, por ter me guiado durante esse período e por ter contribuído com o meu crescimento.
Agradeço também aos membros da banca, Prof. Dr. Elton Bauer, Prof. Dr. Philippe Jean Paul Gleize e Prof. Dr. Roberto Caldas de Andrade Pinto pelas contribuições com esta pesquisa e aos demais professores da UFSC, pelo conhecimento transmitido.
Aos laboratórios GPEND (Grupo de Pesquisa em Ensaios Não-Destrutivos), LCME (Laboratório Central de Microscopia Eletrônica), LMCC (Laboratório de Materiais de Construção Civil) e Nanotec (Laboratório de Aplicações de Nanotecnologia em Construção Civil) pelo apoio técnico.
Da mesma forma, agradeço aos funcionários do LMCC, Renato e Luiz, pelo auxílio no decorrer da fase experimental. E também à Priscila, da secretaria do PPGEC, por sua calma e paciência ao sanar nossas dúvidas.
Ainda, agradeço à UTFPR e aos seus professores, pela contribuição com o meu desenvolvimento durante a graduação. Em especial a Prof.ª M.ª Eloise Aparecida Langaro, pelo incentivo a ingressar no mestrado e por ser um exemplo para mim.
Agradeço também ao CNPq pela concessão da bolsa de mestrado e à CAPES pelo apoio financeiro. O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001.
auto nivelar, sem apresentar segregação de seus componentes. Para atingir a fluidez necessária sem prejuízos à estabilidade do sistema, elevados teores de cimento e de finos são adicionados. O aumento no teor de finos pode refinar a estrutura porosa, aumentando a retração por secagem. Por outro lado, estes finos podem contribuir com o aumento da resistência e da rigidez da mistura, reduzindo os valores de retração. Este trabalho corresponde à um estudo sobre o uso de finos em argamassas autonivelantes e seus efeitos nesses sistemas. Objetivou-se avaliar a influência de três adições minerais de naturezas distintas e de três tipos de areias no comportamento mecânico e na retração por secagem de argamassas autonivelantes. Fíler calcário (FC), fíler quartzoso (FQ) e fino de britagem basáltico (FB) foram utilizados como material fino em 5, 10 e 20% da massa do total de sólidos. Areias média (AM), fina (AF) e muito fina (AMF) foram utilizadas como agregado miúdo. As argamassas foram avaliadas por meio dos ensaios de espalhamento no estado fresco e densidade de massa aparente, resistência à compressão, resistência à tração na flexão, módulo de elasticidade dinâmico, índice de vazios, absorção de água por capilaridade, retração por secagem e isoterma de dessorção no estado endurecido. A microestrutura foi avaliada por meio de calorimetria isotérmica e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados obtidos mostram que, de modo geral, a utilização do FC proporcionou maiores valores resistência à compressão, principalmente quando empregado em 20% (até 29 e 25% maior que FQ e FB, respectivamente), provavelmente devido ao seu melhor efeito físico. Quando utilizado 20% de fino, o uso de FC e FQ resultou em menores valores de retração das argamassas quando comparado ao uso de FB (retração entre 29 e 74% maior que FC e entre 60 e 72% maior que FQ, dependendo da areia). Os maiores valores de retração por secagem das argamassas com FB podem estar relacionado com a estrutura porosa formada, com a deformação associada à natureza do FB e com o maior teor de aditivo superplastificante utilizado nessas formulações. Com relação às areias, os resultados apresentados mostram que as argamassas com areias AM e AF apresentam melhor desempenho mecânico e menores valores de retração por secagem quando comparadas com a AMF. Ressalta-se, entretanto, que as argamassas formuladas com AM demandam maior quantidade de aditivo superplastificante com relação às demais. Conclui-se que os finos de calcário, quartzo e basalto têm potencial de utilização no desenvolvimento de argamassas autonivelantes, no entanto, se utilizado o fíler basáltico, o mesmo deve ser empregado em até 10%.
Palavras-chave: Argamassa autonivelante. Cimento Portland. Adições minerais. Resistência
segregation of its components. In order to reach the target fluidity without losing stability, high contents of cement and fines are added. The increase in fines content can refine the porous structure, increasing drying shrinkage. On the other hand, these fines can increase the strength and the stiffness of the mixture, reducing the shrinkage values. This work corresponds to a study on the use of fines in self-leveling mortars and their effects on these systems. The objective was to evaluate the influence of three different fine mineral additions of different nature and three types of sands on mechanical behavior and drying shrinkage of self-leveling mortars. Limestone filler (FC), quartz filler (FQ) and crushed basalt filler (FB) were used as fine materials in 5, 10 and 20% of the mass of total solid. Medium (AM), fine (AF) and very fine (AMF) sands were used as fine aggregate. Mortars were evaluated by means of slump flow test in the fresh state and bulk density, compressive strength, flexural strength, dynamic modulus of elasticity, voids, capillary absorption, drying shrinkage and desorption isotherm in the hardened state. The microstructure was evaluated using isothermal calorimetry and scanning electron microscopy. The results obtained show that, in general, the use of FC provided higher compressive strength values, mainly when used in 20% (up to 29 and 25% higher than FQ and FB, respectively), probably due to its better physical effect. When 20% of fine was employed, the use of FC and FQ resulted in lower shrinkage values of the mortars when compared to the use of FB (shrinkage between 29 and 74% greater than FC and between 60 and 72% greater than FQ, depending on the sand). The higher drying shrinkage values of mortars with FB may be related to the porous structure formed, the deformation associated with the nature of FB and the higher superplasticizer content used in these formulations. With regard to sands, the results presented show that mortars with AM and AF sands show better mechanical performance and lower drying shrinkage values when compared to AMF. It emphasizes, however, that mortars produced with AM demand a greater amount of superplasticizer compared to the others. It is concluded that the limestone, quartz and basalt fines have potential to be used in the development of self-leveling mortars, however, if basaltic filler is used, it must be up to 10%.
Keywords: Self-leveling mortar. Portland cement. Mineral admixtures. Mechanical strength.
... 31
Figura 2 – Esquema ilustrando o fenômeno da pressão de desligamento quando há perda de água entre os cristais de C-S-H... 31
Figura 3 - Tipos de isoterma de acordo com a classificação da IUPAC ... 36
Figura 4 - Estrutura esquemática do C-S-H associada aos espaços ocupados pela água ... 38
Figura 5 - Fluxograma com as etapas da metodologia ... 45
Figura 6 - Imagens das argamassas autonivelantes desenvolvidas com proporção aglomerante: agregado de (a) 1:3, (b) e (c) 1:2,5 ... 45
Figura 7 - Curva granulométrica do cimento CPV - ARI ... 48
Figura 8 – Curva granulométrica das areias ... 49
Figura 9 - Curva granulométrica dos finos ... 50
Figura 10 - Imagens de MEV dos finos (a) calcário, (b) quartzoso e (c) de britagem basáltico ... 51
Figura 11 - Ensaio de espalhamento (tronco de cone)... 52
Figura 12 - Ensaios realizados no estado endurecido ... 53
Figura 13 - Esquema de corte dos corpos de prova prismáticos para obtenção das amostras destinadas ao ensaio de isoterma ... 59
Figura 14 - Teor de aditivo superplastificante necessário às argamassas autonivelantes para obtenção do espalhamento entre 25 e 30cm ... 62
Figura 15 - Densidade de massa aparente no estado endurecido (28d) das argamassas autonivelantes com 5, 10 e 20% de finos com as areias (a) média, (b) fina e (c) muito fina ... 65
Figura 16 - Resistência à compressão 1 e 28d das argamassas autonivelantes com 5, 10 e 20% de finos com areia (a) média, (b) fina e (c) muito fina ... 67
Figura 17 - ANOVA: Efeito isolado do tipo e do teor de fino na resistência à compressão 1d de argamassas autonivelantes com areia (a) média, (b) fina e (c) muito fina ... 69
Figura 18 - ANOVA: Efeito isolado do tipo e do teor de fino na resistência à compressão 28d de argamassas autonivelantes com areia (a) média, (b) fina e (c) muito fina ... 70
Figura 19 - Relação entre consumo de cimento e resistência à compressão das argamassas autonivelantes com 5, 10 e 20% de finos com areia (a) média, (b) fina e (c) muito fina ... 73
Figura 21 - Resistência à tração na flexão das argamassas autonivelantes com 5, 10 e 20% de finos com areia (a) média, (b) fina e (c) muito fina ... 76 Figura 22 - Correlação entre resistência à compressão (1d) com resistência à tração na flexão (1d) das argamassas autonivelantes com 5, 10 e 20% de finos com as areias (a) média, (b) fina e (c) muito fina ... 77 Figura 23 - Módulo de elasticidade dinâmico (28d) das argamassas autonivelantes com 5, 10 e 20% de finos com as areias (a) média, (b) fina e (c) muito fina ... 78 Figura 24 – Correlação entre resistência à compressão (28d) com módulo de elasticidade dinâmico (28d) das argamassas autonivelantes com 5, 10 e 20% de finos com as areias (a) média, (b) fina e (c) muito fina ... 80 Figura 25 – Índice e vazios e absorção de água por imersão das argamassas autonivelantes com 5, 10 e 20% de finos para areia (a) média, (b) fina e (c) muito fina ... 81 Figura 26 - Absorção de água por capilaridade das argamassas autonivelantes com 5, 10 e 20% de finos para areia (a) média, (b) fina e (c) muito fina ... 83 Figura 27 - Retração linear das argamassas autonivelantes com 5, 10 e 20% de finos com areia (a) média, (b) fina e (c) muito fina ... 87 Figura 28 - Perda de massa das argamassas autonivelantes com 5, 10 e 20% de finos com areia (a) média, (b) fina e (c) muito fina ... 88 Figura 29 - Relação entre perda de massa e retração por secagem aos (28d) das argamassas autonivelantes com 5, 10 e 20% de finos com as areias (a) média, (b) fina e (c) muito fina ... 90 Figura 30 - Isotermas de dessorção das argamassas autonivelantes com 10 e 20% de finos com areia (a) média, (b) fina e (c) muito fina, a partir do ajuste dos pontos experimentais ao modelo de GAB ... 93 Figura 31 - Quantidade de água dessorvida em cada intervalo de UR das argamassas autonivelantes com 10% e 20% de finos com areia (a) média, (b) fina e (c) muito fina ... 95 Figura 32 - (a) Fluxo de calor durante as primeiras horas de hidratação e (b) ampliação do pico de fluxo de calor das pastas FC20, FQ20 e FB20 ... 98 Figura 33 - Calor acumulado durante as primeiras horas de hidratação das pastas FC20, FQ20 e FB20 ... 100 Figura 34 - Imagens de MEV das argamassas (a) FC20, (b) FQ20 e (c) FB20 com areia média ... 101
Figura 36 - Imagem de lupa binocular da areia média (AM) aumentada 8x ... 112
Figura 37 - Imagem de lupa binocular da areia média (AM) aumentada 20x ... 113
Figura 38 - Imagem de lupa binocular da areia média (AM) aumentada 40x ... 113
Figura 39 - Imagem de lupa binocular da areia fina (AF) aumentada 40x ... 114
Figura 40 - Imagem de lupa binocular da areia muito fina (AMF) aumentada 40x ... 114
Figura 41 - Efeito (a) do tipo de fino, (b) do teor de fino e (c) da interação do tipo com o teor de fino na densidade de massa aparente de argamassas com areia fina ... 116
Figura 42 - Efeito (a) do tipo de fino, (b) do teor de fino e (c) da interação do tipo com o teor de fino na densidade de massa aparente de argamassas com areia muito fina ... 117
Figura 43 - Efeito (a) do tipo de areia, (b) do teor de fino e (c) da interação do tipo de areia com o teor de fino na densidade de massa aparente de argamassas com fíler calcário ... 118
Figura 44 - Efeito (a) do tipo de areia, (b) do teor de fino e (c) da interação do tipo de areia com o teor de fino na densidade de massa aparente de argamassas com fíler quartzoso ... 119
Figura 45 - Efeito (a) do tipo de areia, (b) do teor de fino e (c) da interação do tipo de areia com o teor de fino na densidade de massa aparente de argamassas com fino de britagem basáltico ... 120
Figura 46 - Efeito da interação do tipo com o teor de fino na resistência à compressão 1d de argamassas com areia média... 121
Figura 47 – Efeito da interação do tipo com o teor de fino na resistência à compressão 1d de argamassas com areia fina ... 122
Figura 48 - Efeito da interação do tipo com o teor de fino na resistência à compressão 1d de argamassas com areia muito fina ... 123
Figura 49 - Efeito da interação do tipo com o teor de fino na resistência à compressão 28d de argamassas com areia média... 124
Figura 50 - Efeito da interação do tipo com o teor de fino na resistência à compressão 28d de argamassas com areia fina ... 125
Figura 51 - Efeito da interação do tipo com o teor de fino na resistência à compressão 28d de argamassas com areia muito fina ... 126
Figura 52 - Efeito (a) do teor de fino e (b) da interação do teor de fino com o tipo da areia na resistência à compressão 28d de argamassas com fíler calcário ... 127
resistência à compressão 28d de argamassas com fino de britagem basáltico ... 129 Figura 55 - Efeito (a) do tipo de fino, (b) do teor de fino e (c) da interação do tipo com o teor de fino na resistência à tração na flexão 1d de argamassas com areia média ... 130 Figura 56 - Efeito (a) do tipo de fino, (b) do teor de fino e (c) da interação do tipo com o teor de fino na resistência à tração na flexão 1d de argamassas com areia fina ... 131 Figura 57 - Efeito (a) do tipo de fino, (b) do teor de fino e (c) da interação do tipo com o teor de fino na resistência à tração na flexão 1d de argamassas com areia muito fina ... 132 Figura 58 - Efeito (a) do tipo de fino, (b) do teor de fino e (c) da interação do tipo com o teor de fino no módulo de elasticidade dinâmico de argamassas com areia média ... 135 Figura 59 - Efeito (a) do tipo de fino, (b) do teor de fino e (c) da interação do tipo com o teor de fino no módulo de elasticidade dinâmico de argamassas com areia fina ... 136 Figura 60 - Efeito (a) do tipo de fino, (b) do teor de fino e (c) da interação do tipo com o teor de fino no módulo de elasticidade dinâmico de argamassas com areia muito fina ... 137 Figura 61 - Efeito (a) do tipo de areia, (b) do teor de fino e (c) da interação do tipo de areia com o teor de fino no módulo de elasticidade dinâmico de argamassas com fíler calcário ... 138 Figura 62 - Efeito (a) do tipo de areia, (b) do teor de fino e (c) da interação do tipo de areia com o teor de fino no módulo de elasticidade dinâmico de argamassas com fíler quartzoso ... 139 Figura 63 - Efeito (a) do tipo de areia, (b) do teor de fino e (c) da interação do tipo de areia com o teor de fino no módulo de elasticidade dinâmico de argamassas com fino de britagem basáltico ... 140 Figura 64 - Umidades relativas e temperaturas registradas durante o ensaio de retração por secagem para as diferentes formulações de argamassas autonivelantes... 141
operativas ... 38
Tabela 2 - Composições das argamassas autonivelantes (% massa) ... 46
Tabela 3 - Relação entre teor de finos e teor de areia sem finos nas argamassas autonivelantes ... 46
Tabela 4 - Ensaios de caracterização dos materiais ... 47
Tabela 5 - Características químicas e físicas do cimento CPV - ARI ... 48
Tabela 6 - Características físicas das areias... 49
Tabela 7 - Características químicas e físicas dos finos ... 50
Tabela 8 - Características técnicas do aditivo superplastificante ... 51
Tabela 9 - Diâmetro de espalhamento alcançado pelas argamassas autonivelantes ... 62
Tabela 10 – Imagens das argamassas autonivelantes desenvolvidas com (a) areia média, (b) areia fina e (c) muito fina ... 64
Tabela 11 - Velocidade de propagação da onda ultrassônica das argamassas autonivelantes com 5, 10 e 20% de finos ... 78
Tabela 12 - Massa específica seca, saturada e real das argamassas autonivelantes com 5, 10 e 20% de finos ... 81
Tabela 13 – Sorptividade das argamassas autonivelantes com 5, 10 e 20% de finos ... 84
Tabela 14 - Conteúdo de umidade mássico em função da umidade relativa das argamassas autonivelantes com 10 e 20% de finos ... 92
Tabela 15 – Valores ajustados pelo modelo de GAB e superfície específica (SGAB) das argamassas autonivelantes com 10 e 20% de finos ... 92
Tabela 16 - Valores de raio do poro limite das argamassas autonivelantes com 10 e 20% de finos ... 96
Tabela 17 - Período de indução e coeficiente angular da reta do período de aceleração (a partir das curvas de fluxo de calor das pastas FC20, FQ20 e FB20) ... 99
Tabela 18 - Síntese dos resultados da pesquisa ... 102
Tabela 19 - ANOVA da densidade de massa aparente das argamassas com areia média ... 115
Tabela 20 - ANOVA da densidade de massa aparente das argamassas com areia fina ... 116
Tabela 21 - Teste de Tukey da densidade de massa aparente das argamassas com areia fina116 Tabela 22 - ANOVA da densidade de massa aparente das argamassas com areia muito fina ... 117
Tabela 25 - Teste de Tukey da densidade de massa aparente das argamassas com fíler calcário ... 118 Tabela 26 - ANOVA da densidade de massa aparente das argamassas com fíler quartzoso . 119 Tabela 27 - Teste de Tukey da densidade de massa aparente das argamassas com fíler quartzoso ... 119 Tabela 28 - ANOVA da densidade de massa aparente das argamassas com fino de britagem basáltico ... 120 Tabela 29 - Teste de Tukey da densidade de massa aparente das argamassas com fino de britagem basáltico ... 120 Tabela 30 - ANOVA da resistência à compressão 1d das argamassas com areia média ... 121 Tabela 31 - Teste de Tukey da resistência à compressão 1d das argamassas com areia média ... 121 Tabela 32 - ANOVA da resistência à compressão 1d das argamassas com areia fina ... 122 Tabela 33 - Teste de Tukey da resistência à compressão 1d das argamassas com areia fina . 122 Tabela 34 - ANOVA da resistência à compressão 1d das argamassas com areia muito fina 123 Tabela 35 - Teste de Tukey da resistência à compressão 1d das argamassas com areia muito fina ... 123 Tabela 36 - ANOVA da resistência à compressão 28d das argamassas com areia média ... 124 Tabela 37 - Teste de Tukey da resistência à compressão 28d das argamassas com areia média ... 124 Tabela 38 - ANOVA da resistência à compressão 28d das argamassas com areia fina ... 125 Tabela 39 - Teste de Tukey da resistência à compressão 28d das argamassas com areia fina ... 125 Tabela 40 - ANOVA da resistência à compressão 28d das argamassas com areia muito fina ... 126 Tabela 41 - ANOVA da resistência à compressão 28d das argamassas com fíler calcário ... 127 Tabela 42 - Teste de Tukey da resistência à compressão 28d das argamassas com fíler calcário ... 127 Tabela 43 - ANOVA da resistência à compressão 28d das argamassas com fíler quartzoso . 128 Tabela 44 - Teste de Tukey da resistência à compressão 28d das argamassas com fíler quartzoso ... 128
britagem basáltico ... 129 Tabela 47 - ANOVA da resistência à tração na flexão 1d das argamassas com areia média . 130 Tabela 48 - Teste de Tukey da resistência à tração na flexão 1d das argamassas com areia média ... 130 Tabela 49 - ANOVA da resistência à tração na flexão 1d das argamassas com areia fina .... 131 Tabela 50 - Teste de Tukey da resistência à tração na flexão 1d das argamassas com areia fina ... 131 Tabela 51 - ANOVA da resistência à tração na flexão 1d das argamassas com areia muito fina ... 132 Tabela 52 - Teste de Tukey da resistência à tração na flexão 1d das argamassas com areia muito fina ... 132 Tabela 53 - ANOVA da resistência à tração na flexão 28d das argamassas com areia média ... 133 Tabela 54 - ANOVA da resistência à tração na flexão 28d das argamassas com areia fina .. 133 Tabela 55 - ANOVA da resistência à tração na flexão 28d das argamassas com areia muito fina ... 133 Tabela 56 - ANOVA da resistência à tração 28d das argamassas com fíler calcário... 134 Tabela 57 - ANOVA da resistência à tração 28d das argamassas com fíler quartzoso ... 134 Tabela 58 - ANOVA da resistência à tração 28d das argamassas com fino de britagem basáltico ... 134 Tabela 59 - ANOVA do módulo de elasticidade dinâmico das argamassas com areia média ... 135 Tabela 60 - Teste de Tukey do módulo de elasticidade dinâmico das argamassas com areia média ... 135 Tabela 61 - ANOVA do módulo de elasticidade dinâmico das argamassas com areia fina .. 136 Tabela 62 - Teste de Tukey do módulo de elasticidade dinâmico das argamassas com areia fina ... 136 Tabela 63 - ANOVA do módulo de elasticidade dinâmico das argamassas com areia muito fina ... 137 Tabela 64 - Teste de Tukey do módulo de elasticidade dinâmico das argamassas com areia muito fina ... 137
calcário... 138 Tabela 67 - ANOVA do módulo de elasticidade dinâmico das argamassas com fíler quartzoso ... 139 Tabela 68 - Teste de Tukey do módulo de elasticidade dinâmico das argamassas com fíler quartzoso ... 139 Tabela 69 - ANOVA do módulo de elasticidade dinâmico das argamassas com fino de britagem basáltico ... 140 Tabela 70 - Teste de Tukey do módulo de elasticidade dinâmico das argamassas com fino de britagem basáltico ... 140
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas AF – Areia fina
AM – Areia média AMF – Areia muito fina
ASTM – American Society for Testing and Materials BET – Modelo desenvolvido por Brauner, Emmette e Teller CP – Cimento Portland
CZP – Cinza pesada
EDS – Espectrometria de Dispersão de Energia FB – Fino de britagem basáltico
FC – Fíler calcário FQ – Fíler quartzoso
GAB – Modelo desenvolvido por Guggenheim, Anderson e De Boer IUPAC – International Union of Pure and Applied Chemistry
NBR – Norma brasileira de referência MEV – Microscopia eletrônica de varredura RCD – Resíduos de construção e demolição SP – Aditivo superplastificante
1.1 JUSTIFICATIVA ... 20 1.2 OBJETIVOS ... 21 1.2.1 Objetivo geral ... 21 1.2.2 Objetivos específicos... 21 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 22 2.1 ARGAMASSA AUTONIVELANTE ... 22 2.2 AGREGADO... 23 2.3 ADIÇÕES MINERAIS ... 24
2.3.1 Fíler calcário, quartzoso e basáltico em sistemas à base cimento Portland ... 25
2.4 ADITIVOS ... 28
2.5 PROPRIEDADES QUE AFETAM O DESEMPENHO DAS ARGAMASSAS ... 28
2.5.1 Retração ... 29
2.5.2 Isotermas de adsorção e dessorção ... 34
2.5.2.1 Explicação do fenômeno ... 34
2.5.2.2 Aplicação das isotermas de adsorção e dessorção... 38
2.5.2.3 Teorias de adsorção ... 39
2.6 SÍNTESE DA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 42
3 MATERIAIS E MÉTODOS ... 44 3.1 MATERIAIS ... 47 3.1.1 Aglomerante ... 48 3.1.2 Agregado ... 48 3.1.3 Adições ... 49 3.1.4 Aditivo ... 51 3.2 MÉTODOS ... 51
3.2.1 Ajustes de dosagem (espalhamento) ... 51
3.2.2 Ensaios no estado endurecido ... 52
3.2.2.1 Densidade de massa aparente no estado endurecido ... 53
3.2.2.2 Resistência à compressão ... 54
3.2.2.3 Resistência à tração na flexão ... 54
3.2.2.4 Módulo de elasticidade dinâmico ... 55
3.2.3 Análises microestruturais ... 60
3.2.3.1 Cinética de hidratação ... 60
3.2.3.2 Microscopia eletrônica de varredura ... 60
3.2.4 Análise estatística dos resultados ... 61
4 RESULTADOS ... 62
4.1 AJUSTES DE DOSAGEM (ESPALHAMENTO) ... 62
4.2 ENSAIOS NO ESTADO ENDURECIDO... 65
4.2.1 Densidade de massa aparente no estado endurecido ... 65
4.2.2 Resistência à compressão ... 67
4.2.3 Resistência à tração na flexão ... 75
4.2.4 Módulo de elasticidade dinâmico ... 78
4.2.5 Índice de vazios (absorção de água por imersão) ... 81
4.2.6 Absorção de água por capilaridade ... 83
4.2.7 Retração linear ... 86
4.2.8 Isoterma de dessorção ... 92
4.3 ANÁLISES MICROESTRUTURAIS ... 98
4.3.1 Cinética de hidratação ... 98
4.3.2 Microscopia eletrônica de varredura ... 100
4.4 SÍNTESE DOS RESULTADOS ... 102
5 CONCLUSÕES ... 103
6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 105
7 REFERÊNCIAS ... 106
APÊNDICE A – Imagens dos agregados utilizados ... 112
APÊNDICE B – Análise estatística dos resultados de densidade de massa aparente no estado endurecido ... 115
APÊNDICE C – Análise estatística dos resultados de resistência à compressão 1d ... 121
APÊNDICE D – Análise estatística dos resultados de resistência à compressão 28d .... 124
APÊNDICE E – Análise estatística dos resultados de resistência à tração na flexão 1d...130
APÊNDICE F – Análise estatística dos resultados de resistência à tração na flexão 28d ...133
1 INTRODUÇÃO
O desenvolvimento tecnológico tem impulsionado o crescimento e a modernização do setor da construção civil. Empresas fabricantes de materiais de construção têm adequado seus produtos, buscando viabilizar a utilização de novas tecnologias na produção de materiais que otimizem prazos, aumentem a produtividade nos canteiros de obra, agreguem qualidade ao produto final e aperfeiçoem o processo construtivo. O progresso na produção também incentiva a pesquisa relacionada ao desenvolvimento e aperfeiçoamento desses materiais.
Nesse contexto, a argamassa autonivelante caracteriza-se por ser um material com superfície lisa e regular que apresenta elevada fluidez, capacidade de se nivelar sem a necessidade de vibração, resistência à segregação, elevada resistência inicial e estabilidade volumétrica. Devido à propriedade de se espalhar, o material tem sido utilizado principalmente na execução de contrapisos e regularização de superfícies. Este tipo de argamassa permite a redução da espessura do contrapiso, aumenta a produtividade de execução (é aplicada por bombeamento, não sendo necessário o desempeno) e possui rápida secagem, permitindo o tráfego de pessoas em poucas horas. Embora a argamassa autonivelante já venha sendo produzida e utilizada correntemente em países europeus, as aplicações nacionais são voltadas aos sistemas autoadensáveis.
As argamassas autonivelantes devem apresentar a capacidade de se espalhar sobre superfícies sem apresentar segregação de seus componentes. Para atingir a fluidez necessária mantendo a estabilidade, elevados teores de cimento e de finos são adicionados. De acordo com Mokarem et al. (2005), a utilização de adições minerais pode aumentar a retração por secagem devido a formação de poros capilares mas refinados, uma vez que a retração ocorre principalmente devido à perda de água de poros menores. Por outro lado, o uso de adições em materiais cimentícios pode reduzir a retração por secagem devido à uma densificação da matriz, prevenindo a evaporação da umidade interna (ITIM et al., 2011) ou devido à restrição que esses materiais proporcionam à retração (EGAN et al., 2017).
Essas argamassas podem retrair tanto no estado plástico quanto no endurecido devido a uma combinação de características como geometria da estrutura, dosagem do material e condições climáticas. Como são comumente utilizadas em sistemas de pisos, as argamassas autonivelantes apresentam uma grande área exposta ao ambiente externo, o que facilita a perda de água.
A retração por secagem ocorre em argamassas e concretos após a pega do cimento. A retração, neste caso, acontece principalmente devido à perda de água para o ambiente externo,
principalmente água fisicamente adsorvida aos sólidos da pasta (BASTOS, 2001). Ainda, uma causa menor da retração é a remoção de água contida em pequenos capilares (<50nm), mantida por tensão hidrostática (MEHTA; MONTEIRO, 2014). O fenômeno da retração pode levar ao aparecimento de fissuras, o que permite a entrada de agentes agressivos que podem reduzir a vida útil do material. Além disso, a retração em argamassas autonivelantes pode levar à perda de aderência com o substrato e prejudicar o nivelamento da superfície, afetando a funcionalidade do material.
Atualmente, em compostos cimentícios de cimento Portland, o efeito de diferentes tipos de fílers tem sido comparados (NAM; CHUONG, 2008; SARAYA, 2014; BERODIER; SCRIVENER, 2014; KUMAR et al., 2017; KANG et al.; 2018). Entretanto, ainda não é claro se a utilização destes diferentes materiais finos exerce influência sobre a estrutura porosa das argamassas autonivelantes e sobre a rigidez da parcela da pasta (cimento, finos e água), afetando o comportamento mecânico e a estabilidade dimensional destas argamassas.
Com o intuito de avaliar a influência da natureza dos finos, esta pesquisa utilizou para efeito comparativo, além do fíler calcário (FC), os finos: quartzoso (FQ) e de britagem basáltico (FB) na composição de argamassas autonivelantes, visto que são materiais comumente utilizados na composição materiais cimentícios.
1.1 JUSTIFICATIVA
A proporção e os tipos de materiais empregados nas argamassas autonivelantes determinam a fração volumétrica da pasta hidratada, a de vazios e, consequentemente, podem afetar o desenvolvimento da resistência mecânica e da retração por secagem. Entretanto, a influência da adição mineral fina não tem sido diretamente comparada nesse sistema.
O estudo de fatores que afetam a retração por secagem é importante para a preservação da vida útil do sistema, uma vez que a ocorrência de retração pode levar ao aparecimento de fissuras nessas argamassas. Posto isso, evidencia-se a necessidade de estudos acerca do comportamento mecânico e da retração em argamassas autonivelantes, que utilizam elevado teor de finos em sua composição, bem como da tipologia dos poros formados nesses sistemas. Ademais, grandes quantidades de materiais finos são coletadas em pedreiras, constituindo um problema ambiental pela falta de destinação desses resíduos. Entretanto, esses materiais podem ser utilizados como fíler em argamassas autonivelantes. Subprodutos industriais ou materiais residuais são comumente utilizados como adições minerais. O fino de britagem basáltico utilizado por essa pesquisa é um subproduto da britagem de basalto em pedreiras. As
elevadas quantidades de material fino coletadas constituem um grande problema do ponto de vista de disposição, poluição ambiental e riscos à saúde (UNČÍK; KMECOVÁ, 2013).
Assim, o presente trabalho tem por finalidade buscar o entendimento do comportamento de argamassas autonivelantes com base em cimento Portland, juntamente com a adição de finos de naturezas distintas (fíler calcário, fíler quartzoso e fino de britagem basáltico) e areias de diferentes composições granulométricas, bem como da estrutura porosa por eles formada.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo geral
Avaliar o desempenho de argamassas autonivelantes com base em cimento Portland, com adição de fíler calcário, quartzoso e de britagem basáltico frente às propriedades mecânicas e de retração por secagem, desejando identificar o teor de fino que pode ser adicionado a essas argamassas sem perda de desempenho.
1.2.2 Objetivos específicos
Ajustar a dosagem das argamassas autonivelantes para uma fluidez adequada, avaliada por meio do diâmetro de espalhamento;
Avaliar a influência do tipo e do teor de finos no comportamento mecânico e na retração das argamassas autonivelantes;
Verificar a influência da areia nos resultados mecânicos e de retração das argamassas autonivelantes.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 ARGAMASSA AUTONIVELANTE
A argamassa autonivelante é um tipo especial de argamassa que possui alta capacidade de fluxo e autonivelamento. É frequentemente utilizada em sistemas de pisos, tanto para renovação de substratos irregulares, quanto para a construção de novos, através da formação de superfície plana e lisa (ONISHI; BIER, 2010). São propriedades essenciais às argamassas autonivelantes: autonivelamento, baixa viscosidade, menor tempo de pega, rápido endurecimento, rápido ganho de resistência, rápida secagem, estabilidade dimensional, durabilidade, resistência superficial e boa aderência ao substrato (SEIFERT et al., 2012).
Essas argamassas são geralmente compostas por: aglomerante (cimento), agregado miúdo (areia), adições (finos), aditivo superplastificante (para proporcionar fluidez) e aditivo modificador de viscosidade (para controle de exsudação e segregação) quando necessário.
A utilização de finos nesse sistema ocorre para atingir a fluidez e a trabalhabilidade necessária, sem segregação dos componentes. Entretanto, o aumento no teor de finos no sistema requer maior quantidade de água para molhar a superfície das partículas, devido a maior área superficial especifica (BENABED et al., 2012). Rizwan e Bier (2012) ressaltam a importância de formulações adequadas, com teores de adições minerais apropriados, de modo a otimizar a demanda de água no sistema, o conteúdo de cimento, a retração, o calor de hidratação, o adensamento e a microestrutura.
Em análise aos estudos da bibliografia, nota-se que esses sistemas têm consumo de aglomerante em torno de 450 à 700kg/m³ em misturas baseadas em cimento Portland (CANBAZ et al., 2016; COLANGELO; CIOFFI, 2016; JAAFRI et al., 2019). A relação aglomerante: agregado utilizada é bastante variável, indo de 1:1,5 à 1:4,5 em massa aproximadamente, entretanto, há um predomínio de composições com essa relação por volta de 1:2 (considerando a adição de finos como parte do agregado). Ainda, percebe-se que argamassas autonivelantes geralmente são produzidas a partir de areias com grãos de dimensão máxima inferior a 4mm, com predomínio de dimensões máximas menores que 1mm (CANBAZ et al., 2016; COLANGELO; CIOFFI, 2016; JAAFRI et al., 2019; YANG et al., 2019).
Uma vez que as argamassas autonivelantes necessitam de uma grande quantidade de finos se comparadas com as argamassas convencionais, esse sistema possibilita utilizar a fração fina de agregados reciclados (COLANGELO; CIOFFI, 2017). Sendo assim, além dos agregados naturais, materiais alternativos como o fíler calcário tem sido adicionados ao sistema para
melhorar algumas propriedades e reduzir custos. O fíler calcário tem sido utilizado como material fino em sistemas autonivelantes baseados em cimento Portland em teores entre 5 e 15% da massa de sólidos (JAAFRI et al., 2019; YANG et al., 2019) e teores de até cerca de 30% em sistemas etringíticos autonivelantes.
2.2 AGREGADO
Como agregado miúdo, geralmente faz-se o emprego de areia natural, e em alguns casos residual. O teor de agregado nestes sistemas deve ser limitado e o teor de pasta suficiente para o alcance da fluidez desejada, sem segregação dos componentes. Ressalta-se que não somente o volume de pasta, como também a interação da pasta com as partículas maiores (agregado) deve ser considerada. A influência das partículas mais grossas relaciona-se com a dificuldade de movimentação entre elas, resultado da existência de um coeficiente de atrito entre estas partículas, o que pode contribuir com o enrijecimento da argamassa, dificultando a fluidez. Segundo Sousa (2005), um dos fatores que afeta o espalhamento das argamassas é o atrito interno. Neste caso, menores valores de atrito interno contribuem com o aumento dos valores de espalhamento. Além disso, de acordo com Katsiadramis et. al (2010), agregados com grãos mais finos favorecem a fluidez destas argamassas.
Benabed et al. (2012) verificaram a influência de diferentes tipos de areia (areia de britagem com substituição parcial por fíler calcário, areia de duna e areia de rio) na composição de argamassas autoadensáveis. Foi observado que com o aumento do percentual de fíler calcário, a fluidez das argamassas diminui. Isso pode ser explicado pelo aumento da finura e da área superficial específica dos agregados com o aumento do conteúdo de finos, assim, mais água é necessária para umedecer a superfície das partículas. De modo semelhante, a areia de duna (módulo de finura 0,78) reduz a fluidez se comparada às areias de britagem e de rio (com módulos de finura de 2,21 e 2,45, respectivamente) por demandar maior quantidade de água. Ainda, verificou-se que a substituição de areia por fíler calcário em teores entre 10 e 15% melhora a resistência à compressão das argamassas, pois os finos preenchem os espaços entre a pasta de cimento e as partículas finas de agregado. Em teores menores, a quantidade de finos é insuficiente para o preenchimento dos vazios. Em teores maiores, a resistência sofre um decréscimo, provavelmente devido à insuficiência de pasta de cimento para cobrir todas as partículas finas. Em misturas binárias e ternárias das areias de britagem, de duna e de rio, um aumento no teor de areia de duna causa uma redução da resistência à compressão. Isso se deve
ao fato de que a maior área superficial dessa areia exige maior conteúdo de cimento para revestir a superfície do agregado.
Canbaz et al. (2016) estudaram o efeito de diferentes tipos de agregado nas propriedades de argamassas autonivelantes (areia natural de rio em dimensões entre 0-1mm e 0-3mm e areia de britagem proveniente de uma companhia de concreto 0-3mm). Os autores verificaram que a areia de rio possui grãos em formato mais arredondado, o que proporciona maior diâmetro de espalhamento às argamassas se comparada com a areia triturada que possui grãos mais angulares. Além disso, os autores, registraram menor diâmetro de espalhamento em argamassas autonivelantes contendo areia de rio 0-3mm com 5,4% de material pulverulento, se comparadas àquelas com areia de rio 0-1mm com 1,0% (para um mesmo teor de aditivo superplastificante).
2.3 ADIÇÕES MINERAIS
As adições minerais são materiais finamente moídos adicionados em argamassas e concretos para modificar suas propriedades (MEHTA; MONTEIRO, 2014). Os minerais com ação predominantemente física atuam como pontos de nucleação para a hidratação dos grãos do cimento. Já os minerais reativos, quando finamente divididos e na presença de água, reagem quimicamente com hidróxido de cálcio para formar compostos com propriedades cimentantes (NEVILLE; BROOKS, 2013). São exemplos de minerais de ação física: fíler calcário, pó de quartzo e pó de pedra e de minerais reativos: materiais pozolânicos como cinza volante, sílica ativa, metacaulim e cinza de casca de arroz.
Em estudos relativos às argamassas autoadensáveis (LIBRE et al., 2010; RIZWAN; BIER, 2012; TURK, 2012; MEHDIPOUR et al., 2013), tem se observado a utilização de adições de natureza pozolânica em teores entre 10% e 50%. Os finos, que são utilizados nesse sistema para a garantia da fluidez, geralmente demandam mais água que os grãos maiores devido à sua elevada área específica. Ainda, a utilização de finos reduz o risco de segregação, uma vez que partículas maiores tendem a se separar por se assentarem mais que partículas mais finas (NEVILLE; BROOKS, 2013).
Além da área específica, a forma e a textura dos grãos também influenciam nas propriedades das argamassas autoadensáveis. A utilização de cinza volante em argamassas, por exemplo, pode proporcionar maior fluidez, devido à forma esférica e à superfície lisa de suas partículas, que tendem a reduzir o atrito e produzir um efeito de “rolamento” (RIZWAN; BIER, 2012; MEHDIPOUR et al., 2013).
2.3.1 Fíler calcário, quartzoso e basáltico em sistemas à base cimento Portland
Os fílers são materiais usualmente inertes com a aproximadamente a mesma finura do cimento Portland e de ação predominantemente física. Entretanto é possível que participem de algumas reações com os produtos reativos na pasta de cimento (NEVILLE; BROOKS, 2013). Alguns mecanismos têm sido reportados para explicar o efeito fíler. De acordo com Lawrence et al. (2003), são três os principais efeitos físicos observados na hidratação do cimento quando aditivos minerais são utilizados em materiais cimentícios:
Efeito de diluição: acontece quando parte do cimento é substituído por adições minerais. Nesse caso, ocorre um aumento da relação a/c que é inversamente proporcional à taxa de substituição. Ou seja, menor quantidade de cimento na mistura implica em menor quantidade de cimento hidratado.
Efeito da distribuição granulométrica: depende da finura e da quantidade de fíler utilizado e está relacionado com a modificação da porosidade inicial da mistura.
Nucleação heterogênea: é um processo físico que leva à ativação química da hidratação do cimento. Está relacionado com a nucleação dos hidratos nas partículas minerais das adições, que catalisam o processo de nucleação, reduzindo a barreira energética. Esse efeito depende: da finura das partículas de adição (a diminuição do tamanho das partículas favorece a nucleação), da quantidade de adição utilizada (a probabilidade de os locais de nucleação estarem perto das partículas de cimento aumenta com o quantidade de adição) e da afinidade do fíler mineral com os hidratos do cimento, relacionada com a natureza da adição utilizada.
No entanto, o efeito fíler ainda não é totalmente compreendido e outras explicações têm sido propostas. Estudos de Berodier e Scrivener (2014) revelam que o aumento no efeito de nucleação não tem forte dependência da superfície específica fornecida pelas partículas dos fílers, ao contrário do que se reporta anteriormente. As autoras argumentam que o parâmetro mais importante é a distância entre partículas. Assim, propõe-se que os fílers auxiliam principalmente no empacotamento de partículas, e, na medida em que a distância entre partículas diminui, o cisalhamento entre partículas aumenta. Segundo as autoras, o alto cisalhamento das misturas pode diminuir o acúmulo de íons carregados na superfície das partículas de cimento, dispersando-os melhor através da mistura. O efeito fíler é mais importante no primeiro dia de hidratação, pois é quando a microestrutura está se desenvolvendo rapidamente. Os hidratos, principalmente o C-S-H, formam conexões entre os grãos de cimento, levando ao endurecimento e o desenvolvimento da resistência.
De la Varga et al. (2018) realizaram um estudo separando os efeitos químicos e físicos da cinza volante em argamassas durante as primeiras idades. Os autores explicam o efeito fíler
ocasionado pela cinza (ou fíler inerte) por meio de dois mecanismos: aumento do número de espaços potenciais para nucleação e redução do contato entre as partículas de cimento. Ambos os mecanismos são verificados por meio de calorimetria isotérmica, através da comparação dos resultados de reatividade de distintas argamassas: uma constituída apenas por cimento, outra por cimento + cinza volante e uma terceira composta por cimento + fíler inerte (areia silicosa de composição granulométrica similar à da cinza volante).
Segundo o estudo de De Weerdt et al. (2011), o efeito do fíler calcário calcítico na hidratação do cimento Portland não deve ser atribuído apenas à um efeito físico, mas também devido à sua interação com os produtos de hidratação. Na ausência de fíler calcário, a reação dos aluminatos do cimento Portland (C3A e C4AF) com sulfato de cálcio tem como principal
produto a etringita ou AFt (C6As̅3H32). Posteriormente, quando a relação sulfato/aluminato
diminui, a etringita é gradualmente convertida em monossulfato ou AFm (C4As̅H18), conforme
as Equações 1 e 2 (MEHTA; MONTEIRO, 2014).
C3A + 3Cs̅H + 26H → C6As̅3H32 (1)
C6As̅3H32 + 2C3A + 22H → 3C4As̅H18 (2)
No entanto, na presença de carbonato de cálcio, o principal constituinte do calcário, a decomposição de etringita em monossulfato é impedida, pois o monossulfato se torna instável e, em vez disso, equivalentes AFm-carbonato (mais estáveis), como o monocarbonato (C3A.CaCO3.11H2O), são formados em vez das fases de AFm contendo sulfato. A estabilização
da etringita, em vez do monossulfato menos volumoso, gera um aumento do volume total de produtos de hidratação (DE WEERDT et al., 2011).
Comparado com o quartzo, o fíler calcário confere maior eficiência na aceleração da hidratação do clínquer e reduz o período de indução. Segundo Berodier e Scrivener (2014), o calcário parece ter um efeito superior na nucleação de C-S-H, enfatizando que a natureza química do fíler afeta a eficiência da nucleação. As autoras argumentam que o efeito superior do fíler calcário com relação ao quartzo é causado pela sua estrutura superficial favorável a nucleação do C-S-H.
Para Liu et al. (2018), o efeito dos materiais cimentícios suplementares na resistência à compressão deve-se à características como textura superficial, ao efeito de refinamento, relacionado com o tamanho das partículas e à hidratação, que depende da reatividade dos materiais e se torna mais significativa com a diminuição do tamanho de partículas dos materiais suplementares.
Já o estudo de Kumar et al. (2017), aponta que o fíler calcário (que tem a calcita como componente principal cristalino) acelera a hidratação do C3S mais que o quartzo devido a
habilidade do calcário de induzir reações de troca iônica com o C-S-H, aumentando a força motriz de crescimento do C-S-H. Isso ocorre devido à sorção dos íons CO3-2 do calcário pelo
C-S-H, que por sua vez libera OH-. Conforme os autores, as diferenças entre as propriedades
interfaciais do calcário e do quartzo, apontadas por pesquisas anteriores, apresentam pouca ou nenhuma influência na aceleração das reações de hidratação.
Estudos comparativos acerca dos efeitos do fíler calcário e basáltico em misturas cimentícias, afirmam que o calcário melhora a hidratação do cimento Portland em idades iniciais, refletindo em melhores resistências à compressão, enquanto que o basalto não contribui notavelmente para o desenvolvimento da resistência inicial, devido à lentidão da reação pozolânica, desempenhando apenas o papel de material inerte (NAM; CHUONG, 2008; SARAYA, 2014).
O estudo de Nam e Chuong (2008) mostra que o ganho de resistência com o emprego do basalto, devido à sua reação com Ca(OH)2, nem sempre fica evidente aos 28 dias. Ou seja,
maiores ganhos de resistência podem aparecer a partir dos 28 dias, dependendo do teor de basalto incorporado à mistura. No caso do estudo destes autores, até o momento em que a atividade pozolânica do resíduo começa a refletir nos ganhos de resistência, misturas contendo fíler calcário apresentam resistência à compressão superior. Já no trabalho de Saraya (2014), foi observado que as pastas contendo basalto apresentaram melhores propriedades físico-mecânicas que àquelas contendo calcário como fíler. Isso, devido à natureza física de um melhor empacotamento, pois a adição de basalto rege a resistência à compressão devido à matriz densa e à melhor dispersão dos grãos de cimento.
Como substituto do agregado natural, a adição de fíler basáltico melhora a resistência do concreto, principalmente devido ao efeito fíler, isto é, a natureza física do melhor empacotamento de partículas. Além disso, as partículas finas de basalto atuam como locais de nucleação para a precipitação de produtos de hidratação, acelerando a hidratação dos grãos de cimento, contribuindo para o aumento de resistência em idades iniciais. Ainda, interações químicas podem acontecer na superfície das partículas de basalto (DOBISZEWSKA et al., 2018).
2.4 ADITIVOS
Os aditivos químicos são essenciais em argamassas autonivelantes, que exigem elevada fluidez, sem apresentar segregação. Os aditivos comumente utilizados são os superplastificantes e os modificadores de viscosidade.
Aditivos superplastificantes, também chamados de agentes redutores de água de alta eficiência, permitem que determinada trabalhabilidade seja alcançada com uma menor relação a/c. Essa redução da relação a/c possibilita a produção de argamassas e concretos de maiores resistências. O uso de superplastificantes em proporções normais de a/c permite a produção de um material com elevada fluidez e propriedades autonivelantes. A atuação dos superplastificantes ocorre de forma a proporcionar maior dispersão dos grãos de cimento na água da mistura. O superplastificante adsorvido pelos grãos de cimento induz a uma repulsão entre as partículas evitando a formação de flóculos (TAYLOR, 1990).
Canbaz et al. (2016) afirmam que a utilização de diferentes teores de aditivo superplastificante afeta a trabalhabilidade e, consequentemente, propriedades no estado endurecido das argamassas autonivelantes. Dessa forma, o aumento no teor de aditivo superplastificante (base química policarboxilato) no intervalo de 0 à 1,5% resulta em aumento do diâmetro de espalhamento. No estado endurecido, com o emprego de aditivo em até 1%, ocorre aumento da densidade de massa, da velocidade de pulso ultrassônico e da resistência à compressão, enquanto que a absorção capilar diminui, devido à compacidade e diminuição dos vazios capilares. Entretanto, acima de 1%, verifica-se um aumento de vazios capilares devido à queda de coesão.
Os modificadores de viscosidade melhoram a coesão da mistura, limitando a segregação e a perda de água por exsudação. Este tipo de aditivo tem como base polissacarídeos com cadeias poliméricas, permitindo a formação de uma mistura mais homogênea e diminuindo os efeitos da falta de uniformidade granulométrica (TUTIKIAN E DAL MOLIN, 2008). São utilizados somente quando a mistura apresenta riscos de segregação ou exsudação.
2.5 PROPRIEDADES QUE AFETAM O DESEMPENHO DAS ARGAMASSAS
A umidade em materiais cimentícios pode ser fornecida de duas formas: através da água adicionada ao cimento anidro para a hidratação e através da absorção de água tanto sob forma de vapor quanto sob forma líquida. Se a umidade do ambiente for mais baixa que a do material, este pode perder água para o meio, como ocorre na retração por secagem. O estado de umidade
desses materiais pode ser estudado em termos de isotermas de adsorção e dessorção, isto é, relações entre a umidade relativa e o teor de umidade em equilíbrio.
2.5.1 Retração
A retração é a variação volumétrica de um material que ocorre sem a ação de cargas externas. Dentre os tipos de retração, estão a retração plástica, por carbonatação, autógena e por secagem.
A retração plástica ocorre ainda em estado fresco, antes da pega do cimento, devido à contração volumétrica da pasta de cimento quando parte da água é removida do sistema. Um dos mecanismos desse tipo de retração ocorre durante o adensamento de uma pasta de cimento, em que as partículas sólidas sedimentam, enquanto as bolhas de ar e a água sobem para a superfície, formando a água exsudada. Em climas secos ou quentes, a água exsudada pode evaporar e, então, são formados meniscos próximos a superfície provocando tensões capilares nos poros, resultando na retração (WITTMANN, 1976). Medidas como ajuste de dosagem para evitar exsudação, proteção do material por algum sistema de cura e uso de aditivos retentores de água podem ser tomadas para minimizar a retração plástica (BASTOS, 2001).
A retração por carbonatação ocorre quando o dióxido de carbono atmosférico reage com componentes do cimento, principalmente com o hidróxido de cálcio, formando produtos sólidos como o carbonato de cálcio, cujo volume é inferior ao volume dos componentes do cimento que reagiram. Essas reações ocorrem com a liberação de água (VEIGA, 2004). A retração por carbonatação aumenta a retração total (carbonatação + secagem) em umidades entre 25 e próximas à 100%. Quando a umidade é igual a 25%, a água existente é insuficiente para a formação de ácido carbônico. Já quando os poros estão cheios de água, a carbonatação é muito lenta (NEVILLE; BROOKS, 2013).
Na cura selada, ocorre a chamada retração autógena (TAYLOR, 1990). A retração autógena caracteriza-se pela variação volumétrica do material sem apresentar trocas de água com o ambiente externo. Nesse caso, a retração ocorre devido à retração química (redução de volume dos materiais constituintes da pasta, considerando que o cimento anidro e a água tem um volume maior do que o composto de cimento hidratado) e à auto dessecação (ocorre quando o processo de hidratação do cimento consome água capilar para a hidratação) (TAZAWA; et al., 2000). Assim, de acordo com Nunes e Figueiredo (2006), com a migração da água livre para contribuir com as reações de hidratação, formam-se meniscos capilares, cuja tensão superficial leva à contração da pasta. Uma vez que a retração autógena está ligada com as reações de hidratação do cimento, as variáveis que influenciam no desenvolvimento da
hidratação também influenciam esse tipo de retração, como o tipo e a finura do cimento e a relação a/c. Além disso, quanto mais refinada a microestrutura, isto é, menores os poros, maiores serão as tensões nos capilares e consequentemente, maior a retração autógena.
A retração por secagem ocorre em argamassas e concretos após a pega do cimento. A retração, neste caso, acontece principalmente devido à perda de água para o ambiente externo e depende do tamanho e do tipo dos vazios que perdem água (água capilar, adsorvida, interlamelar ou quimicamente combinada). Além da dificuldade de remoção de água, a magnitude total da retração também depende das propriedades mecânicas do compósito (BASTOS, 2001).
A água capilar pode ser dividida em duas categorias: água em grandes vazios (>50nm), também chamada de água livre, pois sua remoção não causa alteração de volume, e água retida por tensão capilar em pequenos capilares (5 a 50nm), cuja remoção pode causar retração (MEHTA; MONTEIRO, 2014). A perda da água adsorvida na superfície sólida dos produtos de hidratação é considerada a principal causa da retração por secagem. A água interlamelar, contida entre as camadas do C-S-H é perdida somente em umidades relativas extremamente baixas, inferiores à cerca de 11%. Já a água quimicamente combinada não é perdida na secagem, apenas se decompõe por aquecimento (BASTOS, 2001; MEHTA; MONTEIRO, 2014).
De acordo com Taylor (1990), a pasta de cimento Portland expande ligeiramente durante a cura úmida e uma pasta saturada sofre retração quando secada. A retração é parcialmente irreversível na primeira secagem e após ciclos de molhagem/secagem, essa retração irreversível aumenta. Entretanto, após alguns ciclos, a variação com mudanças de umidade é praticamente reversível. Segundo o mesmo autor, são fatores que contribuem para a retração reversível:
Tensão capilar: existem forças atrativas entre a água e um poro de uma matriz; quando o líquido evapora, a tensão no menisco é transferida para as paredes e o poro tende a retrair. Esse efeito é importante entre as umidades relativas de 45 e 90%. Acima de 90% os poros que estão sendo esvaziados são muito grandes e as tensões capilares resultantes são pequenas, e abaixo de cerca de 45%, não ocorre a formação de um menisco estável. Nesse sentido, segundo as leis de Kelvin e Laplace quanto menor o raio do menisco, maior a tensão capilar. A Figura 1 ilustra esse fenômeno.
Pressão de desligamento: quando duas superfícies sólidas estão em contato e as forças de atração entre elas são superadas por aquelas existentes com as moléculas de um líquido, diz-se que existe uma pressão de desligamento e as superfícies sólidas são forçadas a diz-se diz-separar. Quando uma parte deste líquido é perdida, a pressão de desligamento diminui e as partículas
sólidas se aproximam. O mesmo é aplicado ao C-S-H e, quando as partículas de C-S-H se aproximam, ocorre a retração da pasta. A Figura 2 ilustra esse fenômeno.
Energia livre de superfície: a superfície de uma partícula sólida, assim como um líquido, está sob tensão; quando moléculas são adsorvidas, a tensão diminui e, se forem removidas, a partícula tende a se contrair. A maior diferença ocorre quando a última camada adsorvida é removida, e o efeito é maior abaixo de 20% de umidade relativa.
Movimento de água interlamelar: movimentação de água entre camadas dentro de uma única partícula.
Figura 1 – Esquema ilustrando as tensões hidrostáticas desenvolvidas em meniscos capilares
Fonte: Adaptado de Nunes e Figueiredo (2006).
Figura 2 – Esquema ilustrando o fenômeno da pressão de desligamento quando há perda de água entre os cristais de C-S-H
Fonte: Adaptado de Nunes e Figueiredo (2006).
Durante a dessorção, quando os capilares estão sob pressão, ocorre retração e quando a pressão de desligamento é reestabelecida durante a adsorção, ocorre expansão (os termos dessorção e adsorção são explicados no item 2.5.2). Este mecanismo é significativo em umidades relativas acima dos 50% (JENNINGS et al., 2013).
A retração irreversível ocorre provavelmente devido ao desenvolvimento de ligações químicas dentro da estrutura C-S-H como consequência da secagem (MEHTA; MONTEIRO,
2014). Essa deformação irreversível ocorre devido ao rearranjo das partículas e não à deformação das partículas (JENNINGS et al., 2013).
Segundo Mehta e Monteiro (2014), os movimentos de umidade na pasta de cimento hidratada são influenciados por diversos fatores que interagem simultaneamente, cujas relações são complexas e não facilmente compreendidas. A principal fonte de deformações relativas à umidade é a pasta (determinada pelo consumo de cimento e pelo grau de hidratação). Apesar disso, não existe uma relação direta entre retração por secagem e teor de pasta, uma vez que a restrição contra deformação também exerce notável influência sobre a retração. Nesse sentido, o cimento anidro e o agregado restringem a retração. De maneira geral, apesar de a granulometria, dimensão máxima, forma e textura do agregado exercerem influência sobre a retração, é consenso que o módulo de elasticidade é o fator mais relevante. Como o módulo de elasticidade do agregado afeta a deformação elástica do concreto, existe uma relação entre deformação elástica do concreto e retração por secagem. Assim, concretos confeccionados com agregados cujo módulo de deformação é baixo geralmente apresentam retração mais elevada.
As argamassas autonivelantes, assim como as autoadensáveis, caracterizam-se por uma composição cimentícia modificada por aditivos e adições minerais. Como a retração por secagem também está relacionada com a perda de água contida em pequenos capilares, na faixa de 3 a 20nm, a utilização de adições minerais que aumentem o volume de poros finos pode aumentar o desenvolvimento da retração por secagem. Além disso, aditivos que causem uma melhor dispersão de partículas de cimento anidro na água também levam a um refinamento da estrutura porosa (MEHTA; MONTEIRO, 2014). Kazmierczak et al. (2016), por exemplo, verificaram que a retração por secagem em argamassas de revestimento pode ser intensificada com o aumento do teor de fíler da areia de britagem de rocha basáltica, proveniente de britador tipo VSI. Os autores reportam que com a utilização de teores de fino de 10% ou mais, o teor da areia diminui substancialmente, aumentando o teor relativo de pasta na mistura, ocasionando maior retração.
Entretanto, o aumento da resistência e da rigidez da mistura e a redução da perda de água devido a uma menor permeabilidade podem compensar os efeitos do aumento da retração devido ao refinamento dos poros (NUNES; FIGUEIREDO, 2006). Pesquisas demonstram que a utilização de fíler calcário em substituição ao cimento pode reduzir retração por secagem quando em teores de substituição inferiores a 15%, pois proporciona uma estrutura menos porosa, com a formação de poros mais refinados, impedindo a dessecação (ITIM et al., 2011). Segundo os mesmos autores, o efeito fíler proveniente do calcário e sua contribuição com o aumento da nucleação acelera a formação dos hidratos, ocasionando maior retração autógena
durante as idades iniciais. A retração total das argamassas (secagem + autógena) não é afetada significativamente pelo emprego de fíler calcário em teores de substituição entre 5 e 25% a longo prazo (mais de 100 dias), apresentando valor semelhante à argamassa sem adição, cerca de 1,250mm/m. Egan et al. (2017), verificaram que quando fíler calcário e quartzoso são adicionados, a retração por secagem reduz com o aumento do teor de fíler, uma vez que essas adições rígidas promovem restrição a nível de pasta.
No Brasil, a NBR 15261, ABNT 2005 fornece as diretrizes para a determinação da retração ou expansão linear de argamassas para assentamento e revestimento de paredes e tetos. De acordo com a norma, moldes 25x25x285mm devem ser preenchidos com argamassa em ambiente com temperatura de 23 ± 2ºC e umidade relativa do ar de 60 ± 5%. Os corpos de prova devem permanecer nos moldes durante 48 ± 6h cobertos com filme PVC e logo após a desforma, devem ser registradas as leituras iniciais de comprimento e massa de cada um. Em seguida, os corpos de prova devem ser armazenados em câmara seca com temperatura de 23 ± 2ºC e umidade relativa do ar de 50 ± 5%. As demais leituras de comprimento e massa devem ser feitas em 1d, 7d e 28d após a desforma. O cálculo da variação dimensional e da variação de massa é realizado de acordo com as Equações 19 e 20, apresentadas no item 3.2.2.7.
A ASTM C 1708, 2016, que descreve métodos padronizados para argamassas autonivelantes, também apresenta alguns procedimentos para a medida de variação do comprimento. Segundo essa norma, as argamassas devem ser colocadas também em moldes 25x25x285mm. No entanto, os corpos de prova devem permanecer nos moldes sem cobrir em temperatura de 23 ± 2⁰C e umidade relativa > 50% por 23 ± 1/2h. A primeira leitura deve ser realizada em 24h ± 15min. As amostras devem ser armazenadas ao ar e as demais leituras de comprimento devem ser realizadas em 3, 7, 14 e 28 dias a contar da mistura dos materiais, que corresponde a 2, 6, 13 e 27 dias depois da primeira leitura.
As normas apresentadas não estabelecem valores numéricos limites para retração linear por secagem em argamassas autonivelantes como critério de desempenho. De acordo com Barluenga e Hernández-Olivares (2010), valores de retração por secagem inferiores a 1,200mm/m seriam considerados satisfatórios em argamassas autonivelantes baseadas em cimento Portland e destinadas à aplicação em sistemas de pisos.
Nos últimos anos, algumas pesquisas nacionais estudaram o fenômeno da retração por secagem em argamassas autonivelantes baseadas em cimento Portland com a utilização de adições minerais.
Carvalho (2015) desenvolveu argamassas autonivelantes substituindo parte do cimento Portland por fíler calcário (FC) isolado e em conjunto com finos cinza pesada (CZP) e de
resíduos de construção e demolição (RCD) em teores de 10 e 15%, formando misturas binárias, ternárias e quaternárias. A retração por secagem das argamassas foi avaliada em um prisma 50x7x7cm por meio de um sensor de deslocamento do tipo LVDT. Durante todo o período do ensaio, foram mantidas as condições 23± 2⁰C e UR 60 ± 5%. De modo geral, observou-se que as amostras contendo cinza pesada (FC+CZP e FC+CZP+RCD, em 10 e 15% de substituição) apresentaram os resultados mais satisfatórios, com retração linear abaixo de 0,002mm. O RCD utilizado não se mostrou eficaz no combate a retração, retraindo até 0,009mm quando empregado com FC em 15% de substituição do cimento. Quando empregado isolado, o aumento no teor de 10 para 15% do FC resultou em diminuição da retração em cerca de 0,008mm, exibindo valor de 0,001mm nesse último caso.
Silva (2016) estudou o efeito da substituição de cimento Portland por cinza volante em 30 e 50% no combate a retração por secagem. A retração foi avaliada em prismas 25x25x285mm. As leituras e pesagens foram tomadas em 1, 7, 14, 21 e 28 dias. Observou-se que a substituição parcial do cimento por cinza, por sua vez, só foi eficaz para controle da retração para formulação com 50% de substituição. Para a argamassa com 30% de substituição não foi observada redução da retração. Segundo a autora, isso pode ter ocorrido devido ao fato de a cinza utilizada apresentar uma faixa granulométrica maior que a do cimento, não contribuindo com o preenchimento de vazios e aumentando uma certa classe de partículas, levando à um aumento dos vazios.
2.5.2 Isotermas de adsorção e dessorção
2.5.2.1 Explicação do fenômeno
A adsorção consiste na fixação de moléculas de vapor ou gás (adsorvato) em superfícies sólidas (adsorvente) devido à existência de forças que atuam entre esses meios, o que resulta em ganho de massa do sólido. Já a dessorção, é a liberação das moléculas adsorvidas pela superfície sólida. Conforme o tipo das forças que fixam as moléculas de adsorvato à superfície do adsorvente, dois tipos de adsorção podem ser considerados: química, que ocorre por meio de reações químicas, e física, governada pelas forças de Van der Waals (GREGG; SING, 1982). Os processos de adsorção e dessorção podem ser utilizados para avaliar a área superficial especifica e a distribuição de tamanho de poros de materiais cimentícios por meio do desenvolvimento das isotermas de vapor ou de gás, geralmente nitrogênio. De acordo com Odler (2003), as isotermas de nitrogênio resultam em menores valores de área superficial específica quando comparadas às de vapor de água em materiais cimentícios e, por isso, não
representam bem a área superficial desses materiais. Isso ocorre devido à capacidade restrita das moléculas de nitrogênio de penetrar em entradas de poros pequenos sob as condições utilizadas na medição. A presente pesquisa utilizou-se das isotermas de vapor de água para caracterizar a estrutura porosa das argamassas autonivelantes de cimento Portland.
As isotermas de vapor de água são curvas que expressam a relação entre o teor de umidade em equilíbrio de um produto com os diferentes valores de umidade relativa a uma dada temperatura. Quando um material poroso é inserido em uma determinada umidade relativa, a amostra tende a estabelecer equilíbrio com o meio. Dessa forma, ocorre a adsorção ou dessorção de vapor de água nos poros ao longo do tempo. Essa variação de umidade ao longo do tempo, em cada UR específica é dada pelo conteúdo de umidade mássico (W).
Em geral, as isotermas são afetadas por qualquer parâmetro que contribua para o processo de hidratação do cimento e que, consequentemente, altere a estrutura e distribuição dos poros. São exemplos de parâmetros: relação água/cimento, tipo de cimento, tempo e método de cura, temperatura, carbonatação, aceleradores, redutores de água, retardadores, superplastificantes, aditivos incorporadores de ar e relação areia/cimento (XI et al., 1994).
A ASTM C 1498-01, 2001, descreve o método padrão de ensaio para obtenção das isotermas, que compreende basicamente na colocação da amostra em uma atmosfera em equilíbrio com uma solução salina ou em uma câmara climática, que promove determinada umidade relativa constante. No ensaio das isotermas de adsorção, as amostras secas são colocadas em dessecadores com distintas UR crescentes e são pesadas diariamente até a constância de massa, sendo determinado o conteúdo mássico para cada UR. Já para a determinação das isotermas de dessorção, as amostras saturadas são colocadas sob UR decrescentes e são medidas as perdas de massa do sistema. O equilíbrio com o meio em determinada UR é reconhecido pela estabilização do conteúdo de umidade mássico, quando ele não é mais variável ao longo do tempo (<0,1% após três pesagens diárias consecutivas).
De acordo com a classificação da International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) existem 6 tipos de isoterma, conforme mostra a Figura 3.
