UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E
ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM
Formação: Mestrado em Engenharia de Materiais
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO OBTIDA POR Luciana Cristina Armange
UTILIZAÇÃO DE AREIA DE FUNDIÇÃO RESIDUAL PARA USO EM ARGAMASSA
Apresentada em 25 / 02 / 2005 Perante a Banca Examinadora:
Dr. Enori Gemelli – UDESC (Presidente)
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA
E ENGENHARIA DE MATERIAIS – PGCEM
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
Mestranda: LUCIANA CRISTINA ARMANGE – Licenciada em Matemática Orientador: Prof. Dr. ENORI GEMELLI
CCT/UDESC – JOINVILLE
UTILIZAÇÃO DE AREIA DE FUNDIÇÃO RESIDUAL PARA USO EM ARGAMASSA
DISSERTAÇÃO APRESENTADA PARA
OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM
ENGENHARIA DE MATERIAIS DA
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA
CATARINA, CENTRO DE CIÊNCIAS
TECNOLÓGICAS – CCT, ORIENTADA PELO PROF. DR. ENORI GEMELLI
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT
COORDENAÇÃO DE PÓS-GRADUAÇÃO - CPG
"
Utilização de Areia de Fundição Residual para Uso em Argamassa"
por
Luciana Cristina Armange
Essa dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de
MESTRE EM ENGENHARIA DE MATERIAIS
na área de concentração "Cerâmica", e aprovada em sua forma final pelo
CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS
DO CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
Dr. Enori Gemelli – UDESC (Presidente)
Banca Examinadora:
Dr. Carlos A. K. Gouvêa - SOCIESC
Dr. Nelson H. A. Camargo – UDESC
FICHA CATALOGRÁFICA
NOME: ARMANGE, Luciana Cristina Armange DATA DEFESA: 25/02/2005
LOCAL: Joinville, CCT/UDESC
NÍVEL: Mestrado Número de ordem: – CCT/UDESC FORMAÇÃO: Engenharia de Materiais
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: Cerâmica
TÍTULO: Utilização de Areia de Fundição Residual para Uso em Argamassa
PALAVRAS - CHAVE: Resíduo, Argamassa, Areia de fundição, Materiais de Construção NÚMERO DE PÁGINAS: 104 p.
CENTRO/UNIVERSIDADE: Centro de Ciências Tecnológicas da UDESC PROGRAMA: Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM CADASTRO CAPES: 4100201001P-9
ORIENTADOR: Dr. Enori Gemelli
PRESIDENTE DA BANCA: Dr. Enori Gemelli
AGRADECIMENTOS
A Deus em primeiro lugar pois sem o seu auxílio divino nada seria possível.
Ao Prof. Dr. Enori Gemelli, que como orientador e amigo soube cobrar e não mediu esforços em oferecer todas as condições necessárias à realização deste trabalho.
À Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC e ao Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais – PGCEM pela realização do presente trabalho.
Ao Centro de Ciências Tecnológicas – CCT e ao Departamento de Engenharia Mecânica – DEM pela infra-estrutura oferecida.
À empresa EMBRACO FUNDIÇÃO S. A. pelo fornecimento do resíduo industrial utilizado nesse trabalho.
Ao Laboratório de Materiais de Construção do departamento de Engenharia Civil na pessoa da Prof. Lígia V. Maia por todo auxílio na fabricação das argamassas.
Ao bolsista Luiz Fernando Neppel pela colaboração referente à preparação das argamassas.
A todos os professores e colegas mestrandos do Curso de Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, que de uma forma direta ou indireta contribuíram para a realização desse trabalho.
A meu esposo Daniel pela compreensão, companheirismo e apoio durante esses anos de estudo.
SUMÁRIO
LISTA DE SIMBOLOS ...IX RESUMO...XI ABSTRACT...XII
INTRODUÇÃO GERAL...13
Capítulo 1: Características das matérias-primas...15
1.1 Aglomerantes...15
1.1.1 Composição química do Cimento Portland...16
1.1.2 Hidratação do Cimento Portland...19
1.1.2.1 Etringita primária e monossulfoaluminato...20
1.1.2.2 Etringita tardia...23
1.1.2.3 Alterações possíveis na microestrutura de materiais cimentícios por etringita tardia ...24
1.1.2.3 Hidratação dos silicatos...28
1.1.3 Pega e endurecimento do cimento...31
1.1.4 Cimento Portland resistente aos sulfatos...33
1.1.5 Influência dos tipos de cimento nas argamassas e concretos...37
1.2 Agregados...38
1.2 Água...41
Capítulo 2: Características das argamassas...42
2.1 Composição das argamassas...42
2.2 Resistência mecânica das argamassas e dos concretos ...45
2.3 Reações que podem ocorrer durante a cura ou o envelhecimento da argamassa/concreto...49
2.3.1 Reação álcali-minerais do agregado...49
2.3.2 Reação álcali-sílica ...49
2.3.3 Reação álcali-silicato...50
2.3.4 Reação álcali-carbonato...50
Capítulo 3: Resíduos Sólidos Industriais Utilizados em Argamassas/Concretos...55
3.1 Resíduos provenientes da indústria têxtil ...56
3.2 Resíduos provenientes da indústria alimentícia...56
3.3 Resíduos provenientes das termoelétricas ...58
3.4 Resíduos provenientes da indústria metalúrgica ...61
3.4.1 Utilização de areia de fundição em argamassa ...62
3.4.2 Utilização da escória de cobre como agregado em argamassa e concreto ...68
3.4.3 Utilização da escória de aciaria elétrica em concreto ...69
Capítulo 4: Materiais e Métodos Experimentais...71
4.1 Materiais utilizados... 71
4.1.1 Areia de fundição...71
4.1.2 Cimento Portland C-II-Z-32...73
4.1.3 Areia ...74
4.1.4 Água...74
4.2 Metodologia experimental...75
4.2.1 Preparação das argamassas ...75
4.2.2 Moldagem e cura dos corpos de prova ...76
4.2.3 Ensaio de granulometria... ...76
4.2.4 Ensaio de compressão ...77
4.2.5 Determinação da umidade em estufa...77
4.2.6 Caracterização microestrutural ...77
4.2.7 Ensaios de lixiviação, análise de massa e solubilização ...78
Capítulo 5: Resultados Experimentais...80
5.1 Ensaio granulométrico... ...80
5.2 Características dos agregados...81
5.3 Resistência à compressão das argamassas ...86
5.4 Caracterização microestrutural das argamassas...87
5.5 Ensaios de lixiviação, análise de massa e solubilização ...92
LISTA DE SIMBOLOS
AFm – monossulfoaluminato de cálcio hidratado AFt – trissulfoaluminato de cálcio
Arg. - Argamassa A – Al2O3
C – CaO H – H2O F – Fe2O3 M – MgO S – SiO2
C3S – Silicato tricálcico C2S – Silicato dicálcico C3A – Aluminato tricálcico
C4AF – Ferro aluminato tetracálcico C6AS3H32 – Etringita
C4AS3H18 – Monossulfato
C-S-H – Silicato de Cálcio hidratado Ca(OH)2 – Hidróxido de Cálcio CP – Cimento Portland
MF – Módulo de Finura A/C – Relação água cimento fc – Resistência mecânica
RAM – Reação álcali-minerais do agregado P.F. – Perda ao Fogo
EDX – Análise química qualitativa por dispersão de energia MEV – Microscópio eletrônico de varredura
µm – mícron MPa – Mega Pascal T – Tonelada
RESUMO
ABSTRACT
INTRODUÇÃO
_________________________________________________________________________
O método de moldagem mais utilizado em todo o mundo para a produção de peças fundidas é a moldagem em areia. Pode-se estimar que mais de 80% das peças fundidas produzidas utilizam moldes feitos de areia aglomerada. O aglomerante mais comum é a argila. Areias aglomeradas com argila são, em geral, empregadas para confeccionar os moldes. Após vários ciclos de operação as características da areia mudam, tornando-a imprópria para a moldagem. A partir desse instante, a areia tem que ser renovada, gerando então o resíduo de areia de fundição. A areia a ser descartada é colhida em um ponto conveniente do sistema de transporte interno. Os pedaços de moldes que não se desagregam totalmente (torrões) e que ficam retidos na peneira rotativa também são rejeitados.
O total de excedentes de areia de fundição gerados em todo Brasil no ano de 2004 atinge aproximadamente 2,3 milhões de toneladas anuais, requerendo à mineração igual quantidade de areia nova [ABIFA, 2005]. Considerando os demais Estados, esses números praticamente dobram. A disposição dessa areia em aterros contribui de forma marcante para o agravamento dos problemas ambientais, principalmente nos grandes centros urbanos, constituindo tarefa potencialmente poluidora do solo e principalmente das águas superficiais e do subsolo. A implementação de regulamentos ambientais mais restritivos nos últimos anos tem obrigado as fundições a destinar seus excedentes de areia para aterros controlados, muitas vezes distantes da fundição, onerando consideravelmente seus custos. Por outro lado, também têm-se perdas econômicas pelo não aproveitamento desses materiais. De modo geral, esses resíduos são classificados como não perigosos, classe II, segundo a NBR 10004/87 da ABNT. Portanto, muitos desses materiais apresentam potencial para outras aplicações. O presente trabalho faz parte de um projeto em estudo que visa buscar uma destinação alternativa para os resíduos de fundição com o objetivo de diminuir o impacto ambiental e os custos com a disposição dos resíduos em aterros industriais. Uma das soluções que está sendo investigada é a utilização desses resíduos como matéria-prima para a fabricação de argamassas. Vários estudos mostram que essa é uma solução sustentável, com a vantagem de diminuir os custos de produção [PEREIRA et al., 200], [WATANABE et al., 2002]. No que concerne a utilização de resíduos como
produção de argamassa para aplicação na construção civil. Dependendo da composição química, esses resíduos podem substituir o aglomerante (cimento) e (ou) o agregado (areia).
Capítulo 1
Características das Matérias-Primas
_______________________________________________________________________________________
As argamassas são fabricadas basicamente pela mistura de três componentes: aglomerante, agregado miúdo e água. O tipo e a quantidade relativa, normalmente em volume, desses componentes, chamada de traço, é que determinam as propriedades de uma argamassa. O aglomerante é o principal componente da argamassa, pois é ele que contém os compostos químicos que fazem parte do processo de hidratação. Portanto, a qualidade de uma argamassa depende das características de seus componentes, principalmente do aglomerante. Sendo assim, antes de fabricar uma argamassa, é preciso ter conhecimento a respeito dos seus componentes. Os principais deles serão abordados a seguir.
1.1 Aglomerantes
O aglomerante utilizado na fabricação de argamassas é o cimento. Ele é constituído em grande parte por silicatos hidráulicos de cálcio. As fontes industriais de cálcio mais comuns são: rocha calcária, giz, mármores e conchas do mar, tendo argila e dolomita como principais impurezas. As fontes industriais de sílica são as argilas e xistos argilosos, que, ao contrário da sílica quartzítica e arenítica, reagem com mais facilidade. Essas argilas contêm alumina e óxido de ferro, os quais formam aluminatos e ferroaluminatos durante o processo de clinquerização. Outras fontes eventuais de óxido de ferro e de alumina são os minérios de ferro e bauxita, respectivamente. Essas matérias-primas são moídas, misturadas e tratadas termicamente para a produção dos clínqueres. Os clínqueres são compostos químicos com nódulos de 5 a 25 mm de diâmetro obtidos pela sinterização de calcário e argila, por aquecimento até fusão incipiente (30% de fase líquida aproximadamente) de modo que toda cal combine com os compostos argilosos sem que haja formação de cal livre em quantidade prejudicial. As reações adivindas dos compostos abaixo são:
CaO + CO2 (rocha calcária) (1.1) SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + H2O (argila) (1.2) Formando compostos de:
2CaO.SiO2 (silicato dicálcico) (1.4) 3CaO.Al2O3 (aluminato tricálcico) (1.5) 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (ferroaluminato tetracálcico) (1.6)
Esses compostos são responsáveis pelas propriedades do aglomerante [BAUER, 1985]. O cimento, obtido pela moagem e pulverização do clínquer mais gipsita, é constituído de partículas inferiores a 75 µm, podendo conter adições de certas substâncias, como por exemplo sulfatos, que modificam suas propriedades ou facilitam o seu emprego. As partículas de cimento, quando em contato com a água, hidratam-se e adquirem resistência mecânica. Portanto, o cimento é um aglomerante hidráulico, ou seja, não só endurece por meio de reações com a água, como também forma um produto resistente à água, ao contrário dos aglomerantes cal e gesso que necessitam de uma adição de material pozolânico para terem comportamento semelhante. Hoje isso justifica a utilização do cimento em concreto estrutural, visto que ele é insolúvel em água [PETRUCCI, 1979; ALVES 1980; BAUER, 1985].
1.1.1 Composição química do cimento Portland
mineralizadores (permitem que haja a formação de compostos do cimento a temperaturas consideravelmente mais baixas do que seria possível de outro modo) ou fundentes. Como exemplos, podemos citar o óxido de cálcio (CaO), em que a resistência do cimento aumenta de acordo com o teor desse óxido; a sílica (SiO2) combinada com o CaO resulta nos compostos mais importantes do cimento; a alumina (Al2O3) combinada com a cal, acelera a pega do aglomerante e reduz sua resistência aos sulfatos, age também como fundente, reduzindo a temperatura exigida para a formação do clínquer; o óxido de ferro (Fe2O3), como a alumina, age também como fundente; o sulfato de cálcio adicionado corretamente ao cimento regula sua pega, retardando-a; o óxido de magnésio (MgO) em quantidades superiores a certos limites atua como expansivo, agindo de forma nociva sobre a estabilidade do volume de argamassas e concretos; os álcalis, representado por K2O e Na2O, desenvolvem papel de fundentes e agem como aceleradores de pega [PETRUCCI, 1979]. Para simplificar, na prática usam-se abreviações para representar os óxidos e os compostos presentes no cimento (tabela 1.1) [METHA, 1994].
Tabela 1.1 – Óxidos formadores dos compostos do cimento e suas respectivas abreviações [METHA, 1994]
ÓXIDO SIMBOLOGIA COMPOSTO ABREVIAÇÃO
CaO C 3CaO.SiO2 C3S
SiO2 S 2CaO.SiO2 C2S
Al2O3 A 3CaO.Al2O3 C3A
Fe2O3 F 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF
SO3 S_ 3CaO.2SiO2.3H2O C3S2H3
MgO M 4CaO.3Al2O3.SO3 C4A3S
H2O H CaSO4.2H2O CSH2 _
álcalis, possam ser ignoradas. Considera também que o cimento é inteiramente cristalino, sem qualquer fase vítrea, o que não é verdade. Outro fator importante é que a altas temperaturas de clinquerização os elementos presentes no sistema, inclusive as impurezas, como Mg, Na, K e S, possuem capacidade de entrar em soluções sólidas com cada um dos principais compostos do clínquer. Pequenas quantidades de impurezas em solução sólida podem não alterar significativamente a natureza cristalográfica e a reatividade de um composto com a água, porém grandes quantidades sim [PETRUCCI, 1979; METHA, 1994; MONTEIRO, 1994]. As propriedades do cimento estão relacionadas não somente com os óxidos existentes, mas principalmente com o teor de silicatos e aluminatos, além do MgO e pequena quantidade de cal livre, devendo-se considerar ainda a existência de gesso.
O comportamento mecânico de cada composto do cimento Portland pode ser melhor visualizado pelo gráfico da figura 1.1. As reações dos silicatos (C3S e C2S) com a água resultam na formação de silicato de cálcio hidratado ( C-S-H). O C3S é o responsável pela resistência inicial da pasta endurecida e aumento da resistência final, enquanto que o C2S é responsável pelo aumento da resistência em idades avançadas. Os produtos formados pela hidratação dos aluminatos (C3A e C4AF) são estruturalmente semelhantes àquele formados do C3A. A reação do C3A com a água é rápida e provoca a liberação de uma grande quantidade de calor. Desta forma, ocorre uma rápida formação de hidratos cristalinos, tais como C3AH6, C4AH9 e C2AH8. O C4AF também apresenta uma hidratação rápida e conseqüentemente também é o responsável pelas primeiras reações, mas apresenta um desprendimento de calor médio. No entanto esses dois últimos compostos apresentam baixa resistência mecânica comparando-os com os dois primeiros [MEHTA, 1994; MONTEIRO, 1994].
A tabela 1.2 apresenta algumas propriedades de cada um dos compostos de cimento Portland apresentados [TARTUCE e GIOVANNETI, 1990].
Tabela 1.2. Propriedades dos compostos do cimento Portland [TARTUCE e GIOVANNETI, 1990]
Propriedades C3S C2S C3A C4AF
Resistência à compressão nas primeiras idades
Boa Fraca Boa Fraca
Idades posteriores (28 dias) Boa Boa Fraca Fraca
Velocidade de reação com a água (hidratação)
Média Lenta Rápida Rápida
Quantidade de calor gerado na hidratação
Média Pequena Grande Média
Resistências a águas agressivas Média Boa Fraca Fraca
1.1.2 Hidratação do cimento Portland
Chama-se hidratação a reação química do cimento com a água a qual gera produtos com características de pega e endurecimento, transformando compostos anidros mais solúveis em compostos hidratados menos solúveis [MEHTA, 1994; MONTEIRO, 1994; PETRUCCI, 1979]. Os compostos presentes no cimento Portland, como mencionado anteriormente, foram obtidos por meio de reações à alta temperatura (clinquerização) e, portanto, não estão em equilíbrio estável à temperatura ambiente. Quando esses compostos reagem com a água (hidratação), tendem a atingir estados mais estáveis, de menor energia, liberando então energia na forma de calor (reações exotérmicas) [ MEHTA, 1994].
anidro sem entrarem em solução [MEHTA, 1994; MONTEIRO, 1994]. A partir de estudos sobre pastas de cimento com microscópio eletrônico, parece que o mecanismo de dissolução-precipitação é dominante nos estágios iniciais de hidratação do cimento. Em estágios posteriores, quando a mobilidade iônica na solução se torna restrita, a hidratação da partícula residual de cimento pode ocorrer por reações no estado sólido [MEHTA, 1994; MONTEIRO, 1994].
Sendo o cimento formado por vários compostos, estes não se hidratam a mesma velocidade, como por exemplo, os aluminatos se hidratam muito mais rapidamente que os silicatos. Dessa forma, as reações de hidratação dos aluminatos nos permitem analisar a perda de consistência (enrijecimento) e a solidificação (pega), visto que os aluminatos são os primeiros a se hidratarem. Os silicatos, em maioria na pasta (presentes em 75% do cimento), são responsáveis pela taxa progressiva de resistência.
1.1.2.1 Etringita primária e monossulfatoaluminato
A gipsita é adicionada ao clínquer do cimento para evitar a pega instantânea do C3A(aluminato tricálcico) durante a hidratação dos cimentos Portland, em geral. Uma das teorias aceitas para explicar este fenômeno diz que os sulfatos, álcalis e íons hidroxila, ao entrarem em solução, acabam diminuindo a solubilidade do aluminato tricálcico [AGUIAR, 2004].
A reação do C3A com a água é imediata (pega instantânea) e a menos que a velocidade desta reação seja desacelerada, os materiais cimentícios feitos com cimento Portland não têm tempo de trabalhabilidade suficiente para serem utilizados [MEHTA, 1994; MONTEIRO, 1994].
De acordo com a teoria clássica, em compostos de cimento puros, em função da concentração do C3A e dos íons sulfato (SO4-2) na solução, o produto cristalino formado é o trissulfoaluminato de cálcio (sigla AFt) ou o monossulfoaluminato de cálcio hidratado (sigla AFm).
( )
[
Al OH]
( )
SO H O Ca O H SO OH OH AlCa 2 ( )4 4 3 4 26 2 6 6 2 4 3.26 2
6 + + + + → Eq. 1.7
A Eq. 1.8 mostra a reação Eq. 1.7 escrita de uma maneira diferente, em termos dos compostos:
(
)
etringita água o dihidratad cálcio de sulfato ico atotricálc alu O H CaSO O Al CaO O H O H CaSO O AlCaO 4 2 2 2 3 4 2
min
3
2 3 .2 26 3 . .3 .32
.
3 + + → Eq. 1.8
A etringita é geralmente o primeiro hidrato a cristalizar-se em virtude de elevada relação sulfato/aluminato na fase aquosa durante a primeira hora de hidratação. Mais tarde as características da solução se alteram, aumentando a solubilidade dos aluminatos. Esta etringita formada nas primeiras horas de hidratação é chamada etringita primária.
Depois do sulfato da solução ter sido consumido, quando a concentração de aluminatos se eleva novamente devido à renovação de hidratação do C3A e do C4AF, a etringita torna-se instável e é gradativamente convertida em monossulfoaluminato de cálcio. A figura 1.2 ajuda a entender a interação que ocorre em função da disponibilidade de sulfatos, aluminatos e óxidos de cálcio na matriz cimentícia.
Figura 1.2 Diagrama de fases da formação do AFt e AFm [TAYLOR,1997]
A reação de conversão da etringita em monossulfoaluminato de cálcio está descrita na Eq. 1.9, de TAYLOR [1996]:
Ca6[Al(OH)6]2(SO4)3.26H2O + 4Al(OH)4- + 6Ca+2 + 8OH-
[
]
[
]
cálcio de ato alu monossulfo água etringita tricálcico ato aluO
H
CaSO
O
Al
CaO
O
H
O
H
CaSO
O
Al
CaO
O
Al
CaO
min 2 4 3 2 2 2 4 3 2 min 3 212
.
.
.
3
3
4
32
.
3
.
.
3
.
3
2
+
+
→
Eq. 1.10
De acordo com a teoria clássica, como citado, por exemplo [MEHTA,1994], o monossulfoaluminato é o produto final da hidratação dos cimentos Portland com mais de 5% de C3A.
Ainda pela teoria clássica, a Figura 1.3 mostra a redução da concentração de etringita e o aumento da formação do monossulfoaluminato ao longo do tempo de hidratação, onde percebe-se a formação do monossulfoaluminato e a redução da etringita a partir de 24 horas, aproximadamente, do início da hidratação do cimento Portland.
Cabe salientar que a “hidratação da fase ferrita (C4AF) ocorre paralelamente à do C3A, com formação de fases análogas à etringita (AFt) e à fase monossulfoaluminato (AFm). As reações são mais lentas do que as do C3A e desenvolvem menos calor. O C4AF nunca reage rapidamente e a gipsita retarda ainda mais sua hidratação”. [CAMARINI, 1995].
Figura 1.3 . Produtos da hidratação do cimento x tempo [AGUIAR, 2004]
Taylor [1996] evidencia que para a ocorrência da conversão de etringita em monossulfoaluminato, a relação entre SO3 e Al2O3 precisa ser de 0,79, em massa. Kuzel [1996] salienta ainda que a concentração de SO3 dentro da solução dos poros precisa cair abaixo de 2,35 mg/L para que a etringita esteja estável e não se converta em monossulfoaluminato.
1.1.2.2 Etringita tardia
Quando a etringita é formada na pasta endurecida é chamada de etringita tardia. A sua expansão é heterogênea e em um concreto já endurecido e muito rígido pode causar fissuras e lascamentos, ou seja, a sua deterioração progressiva. Collepardi [2003] considera que isto ocorre meses ou anos depois da produção do material.
A formação da etringita em idades mais avançadas dos materiais cimentícios está relacionada com a conversão do monossulfoaluminato novamente em etringita, em função da presença de íons SO4-2 no sistema.
Segundo Collepardi [2003], os termos etringita tardia ou etringita secundária são em geral usados para descrever apenas a etringita formada a partir de sulfatos internos ou intrínsecos à pasta.
Entretanto, ele considera que o termo etringita tardia deve ser usado para descrever qualquer etringita formada posteriormente ao endurecimento da pasta e que o emprega também para descrever a etringita formada pelo ataque de sulfatos externos.
Como pode ser visto na literatura técnica, os termos usados para descrever a etringita formada após endurecimento dos produtos cimentícios divergem de autor para autor.
Em vista dessa terminologia se confusa, Odler [1997], por exemplo listou vários tipos de etringita e suas características peculiares, como mostrado na Tabela 1.3.
Tabela 1.3 Termos associados às formas de etringita em pastas de cimentos Portland [ODLER, 1997]
Designação da etringita Inglês Português
Prazo de formação
Condição de formação
Origem do Al2O3
Early primary
Primária Primeiras horas após a hidratação Condições normais de hidratação C3A Microcristalino/ não Late primary Primária atrasada Primeiros dias ou semanas após hidratação Quantidade excessiva de gesso
no cimento
C3A Microcristalino/ sim
External Externa Em qualquer tempo
Migração de SO3 do ambiente externo
monossulfato Microcristalino/ sim Delayed Tardia Meses após a
cura a vapor
Após cura a vapor com temperaturas maiores que 70ºC
monossulfato Microcristalino/ sim
Secondary Secundári a
Meses após a cura a vapor
Recristalização da etringita em fissuras
formadas após molhagem e
secagem
etringita Microcristalino/ não
Além dos prazos e origens de formação resumidos por Odler [1997], que consta na tabela 1.3, verifica-se por outros artigos, como o de Taylor; Famy; Scrivinir [2001], que há discussões sobre a formação da etringita secundária, embora equivocadas na opinião desses autores.
Collepardi [2003] propõe que o termo formação de etringita tardia (em inglês – DEF – Delayed Ettringite Formation) seja usado para descrever qualquer tipo de etringita formada após o final de pega, quando o concreto ou argamassa já se encontram endurecidos.
1.1.2.3 Alterações possíveis na microestrutura de materiais cimentícios por etringita tardia
A formação da etringita tardia não ocorre de forma homogênea em toda matriz cimentícia, ocasionando um aumento de volume, gerando tensões que podem provocar fissuras nos concretos e argamassas endurecidos [COLLEPARDI, 2003].
A relação SO4-2 /Al2O3 é um dos fatores principais na formação de etringita tardia e suas conseqüências, pois este afeta a estabilidade da etringita primária. Em relações ricas em SO4-2, a etringita encontra-se estável.
Já em relações baixas, há a presença de monossulfoaluminato, ou seja, a matriz está mais susceptível à reversão do monossulfoaluminato novamente em etringita, em função do aumento da relação SO4-2 /Al2O3 como conseqüência da presença de íons sulfato provenientes de fontes externas ou internas.
A formação de etringita tardia pode provocar pressões, causando expansão e fissuração, pois as reações de hidratação do cimento já estão avançadas e já ocorreu o fim da pega não havendo mais espaço para o aumento de volume causado pelas 32 moléculas de água do composto, conforme a Eq. 1.10, no item 1.1.2.1.
A estrutura cristalina da etringita e do monossulfoaluminato não é a mesma. A da etringita é a de cristais aciculares e monossulfoaluminato é de placas hexagonais, como pode ser visto na figura 1.4.
A figura 1.5 mostra uma representação esquemática do que acontece nos poros com a transformação do monossulfoaluminato em etringita, em função de suas estruturas cristalinas, podendo afetar as propriedades dos materiais cimentícios.
Figura 1.5. Representação esquemática da pressão causada nos poros devido à transformação do monossulfoaluminato em etringita [AGUIAR, 2004]
A possibilidade da reação expansiva tem a ver com a relação SO4-2 /Al2O3. Há situações onde há a presença de sulfato, mas este se encontra combinado ou apresenta baixa solubilidade. Nestes casos a formação de etringita é afetada. Em alguns casos pode haver a liberação do sulfato ao longo do tempo levando à formação da etringita tardia. Outro caso é a disponibilização de sulfato na matriz, proveniente do meio externo, provocando o desequilíbrio da relação SO4-2 /Al2O3 (AFt ↔ AFm) e a formação da etringita.
A escola clássica defende a reversão do monossulfoaluminato em etringita em função do ingresso de íons sulfato no sistema. No entanto, estudos , como os de Taylor [1996] e Kuzel [1996], consideram que esta reversão possa ocorrer em função da presença de outros íons ou compostos no sistema como, por exemplo, o CO2 e a portlandita, como descrito na Eq. 1.11 , transcrita de Taylor [1996].
( )
[
]
( )
( )
(
)
( )
ato hemicarbon etringita a portlandit carbônico gás ato alu monossulfoO
H
OH
Ca
CaCO
A
C
O
H
CaSO
A
C
O
H
OH
Ca
CO
O
H
CaSO
A
C
2 2 3 3 2 4 3 2 2 2 min 2 4 35
,
11
.
)
(
2
/
1
.
2
/
1
.
2
33
.
3
.
13
2
14
.
.
3
+
→
+
+
+
Eq. 1.12Como se pode ver neste caso, a reação leva à formação de etringita e à ocorrência de carbonatação. Kuzel [1996] explica que o concreto contendo monossulfoaluminato é atacado pelo CO2. O SO4-2 na estrutura cristalina do monossulfoaluminato é substituído pelo CO3-2 (figura 1.6); como resultado, a concentração de sulfato na solução dos poros aumenta, e a etringita é formada novamente.
Figura 1.6. Troca de íons SO4-2 por CO3-2 na estrutura cristalina do monossulfoaluminato [KUZEL, 1996]
Kuzel [1996] discute a ocorrência de monossulfoaluminato nos materiais cimentícios em função do teor de CO2 na matriz cimentícia, como pode ser visto na figura 1.7. Todavia, o autor reconhece que não é claro ainda se a etringita tardia formada pela carbonatação, de acordo com a Eq. 1.12, é meramente de interesse teórico ou se pode também afetar a durabilidade de materiais cimentícios na prática, porque as informações são muito limitadas quanto aos hidratos presentes em concretos e argamassas coletados em campo.
Figura 1.7. Influência do CO2 nas reações de hidratação do C3A em cimentos Portland [KUZEL, 1996]
Taylor [1997], também fala da conversão de monossulfoaluminato em etringita pela disponibilização de íons SO4-2 a partir de anidrita, e nestes casos pouca ou nenhuma dissolução da portlandita e ou descalcificação de C-S-H precisam ocorrer.
De qualquer forma, o que se pode concluir da literatura, é que a existência do monossulfoaluminato, condicionado ou não à disponibilidade de íons SO4, é um fator de risco para a formação de produtos expansivos, visto que esse é o único íon passível de propiciar a reversão do monossulfato em etringita e hoje muito se discute a importância da presença de CO2.
1.1.2.2 Hidratação dos silicatos
idade de hidratação, referir-se a esses hidratos simplesmente como C-S-H, o que não implica em uma composição fixa. Na hidratação completa a composição que mais se aproxima é C3S2H3. Os cristais de C-S-H, podem ser visualizados na figura 1.8.
Figura 1.8: Micrografia de uma pasta de cimento mostrando os silicatos hidratados de cálcio (fase C-S-H), [MEHTA, 1994]
As reações estequiométricas para as pastas completamente hidratadas de C3S e C2S podem ser expressas nas equações 1.13 e 1.14:
2C3S + 6H2O C-S-H + 3Ca(OH)2 Eq.1.13 2C2S + 4H2O C-S-H + 3Ca(OH)2 Eq.1.14 Os produtos das reações de hidratação dos compostos C3S e C2S são similares [MEHTA, 1994]. Porém alguns pontos que devem ser observados estão descritos a seguir:
• Cálculos estequiométricos mostram que a hidratação do C3S produziria 61% de C3S2H3 e
39% de hidróxido de cálcio, enquanto que a hidratação do C2S produziria 82% de C3S2H3
e 18% de hidróxido de cálcio. Se a área específica e, conseqüentemente, a aderência da pasta de cimento for principalmente em virtude da formação de silicatos de cálcio hidratados, espera-se que, para um cimento de alto teor de C3S, a resistência final seja
menor que a do cimento com alto teor de C2S.
proporção de C3S. Muitas especificações objetivam limitar o teor máximo de C3S nos
cimentos, outras recomendam o uso de pozolanas, que inibem o excesso de hidróxido de cal na pasta hidratada.
• Para a hidratação completa, o C3S e o C2S exigem 24% e 21% de água, respectivamente.
As equações estequiométricas não dizem nada sobre a velocidade de reação. De acordo com a tabela 1.3, pode-se perceber que o C3S hidrata a uma velocidade maior que a do
C2S. Na presença de gipsita o C3S em finas partículas começa a hidratar uma hora após a
adição de água ao cimento e contribui para o tempo final de pega e a resistência final da pasta de cimento. Essa evolução rápida de hidratação do C3S é um importante fator em
cimentos de alta resistência inicial.
Tabela 1.4 Calores de hidratação dos compostos do cimento Portland [METHA, 1994]
Calores de hidratação (cal/g) Compostos
3 dias 90 dias 13 anos
C3S 58 104 122
C2S 12 42 59
C3A 212 311 324
C4AF 69 98 102
Por outro lado, Petrucci [1979] confirma um dos pontos destacados acima:
• O C3S hidrata-se dentro de poucas horas, desprendendo-se calor; o composto anidro vai
passando pela solução aparecendo hidróxidos de cálcio, enquanto uma massa gelatinosa de silicatos hidratado se forma em torno dos grãos originais.
• O C2S é atacado lentamente pela água; depois de semanas os cristais se recobrem de
silicato hidratado. Forma-se também o hidróxido de cálcio, porém em menor quantidade do que no C3S.
Dos compostos resultantes, o único solúvel em água é o hidróxido de cálcio, sendo essa solubilidade a principal causa de desagregação do cimento endurecido. Nos cimentos Portland comuns formam-se de 13 a 17% de Ca(OH)2, os cristais de Ca(OH)2 pode ser melhor visualizado na figura 1.9. O hidróxido de cálcio, Ca(OH)2, pode se dissolver com a umidade do ar e reagir com o CO2 na superfície da argamassa, formando o CaCO3. Esse carbonato insolúvel forma eflorescência (depósito de sais sobre a superfície do concreto). Na água do mar, o sulfato de magnésio nela contido reage com o Ca(OH)2, e resulta CaSO4, sulfato de cálcio, com conseqüente depósito de hidróxido de magnésio. Esse sulfato de cálcio ocasiona a expansão da massa de cimento e, juntamente com o existente na água do mar, combina-se com a alumina e forma o sal de Candlot, o que agrava com o tempo a fragmentação do cimento [PETRUCCI, 1979].
Figura 1.9: Micrografia de uma pasta de cimento mostrando cristais de hidróxido de cálcio fase (Ca(OH)2), [MEHTA, 1994]
1.1.3 Pega e endurecimento do cimento
O endurecimento é o ganho de resistência mecânica com o tempo e é fortemente marcado pela hidratação do C3S durante muitas semanas. Durante esse tempo, também ocorre o preenchimento progressivo dos espaços vazios na pasta com os produtos da reação, o que resulta em decréscimo de porosidade e de permeabilidade e, em contrapartida, um ganho de resistência.
temperatura. Lerch [1946], usando um calorímetro de condução, registrou a taxa de evolução de calor das pastas de cimento durante a pega e o período inicial de endurecimento, como mostra a figura 1.2. Percebe-se uma rápida evolução do calor (pico A), o que representa a dissolução de aluminatos e sulfatos. Devido aos sulfatos reduzirem a solubilidade dos aluminatos, essa evolução termina rapidamente. O segundo pico (B) é atingido entre 4 e 8 horas de hidratação e representa o calor de formação da etringita.
Figura 1.2 Taxa de liberação de calor de uma pasta de cimento Portland durante a pega e o período inicial de endurecimento [MEHTA, 1994]
O valor do calor de hidratação do cimento Portland ordinário varia entre 85 e 100 cal/g, reduzindo-se para 60 a 80 cal/g nos cimentos de baixo calor de hidratação [BAUER, 1985].
A pega e o endurecimento são dois aspectos do mesmo processo de hidratação do cimento, vistos em períodos diferentes: a pega na primeira fase do processo e o endurecimento na segunda e última fase [SILVA, 1991; BAUER 1985].
A pega é a mudança da pasta de cimento do estado fluido para o estado rígido. É causada por uma reação seletiva de compostos do cimento. Os dois principais compostos que reagem são C3A e o C3S [NEVILLE, 1982; PRIM, 1998].
enrijecimento da pasta e, finalmente, a pega e o endurecimento [MEHTA, 1994; MONTEIRO, 1994].
O termo pega implica na solidificação da pasta plástica de cimento. O tempo de início da pega transcreve desde a adição de água até o início das reações de hidratação. Observa-se o aumento na viscosidade e temperatura e diminuição da trabalhabilidade da pasta. O fim da pega acontece quando a massa do cimento pára de se deformar, tornando-se um bloco rígido, porém de baixa resistência. Com o fim da pega, tem início o endurecimento [PRIM, 1998].
Os tempos são influenciados por vários fatores. Por exemplo, cimentos com teores maiores de C3A, que, como visto anteriormente, reagem imediatamente com a água, resultam em um tempo de pega menor. Outro fator é a composição química do clínquer, no qual existe uma quantidade ótima de gesso a adicionar para retardar a pega. O grau de moagem das partículas e a quantidade de água adicionada também influenciam na velocidade de hidratação. Os tempos de pega são influenciados também pela temperatura, que pode acelerar ou até paralisar as reações.
Certos compostos solúveis são utilizados para acelerar a pega ou para retardá-la. Entre esses compostos estão o cloreto de cálcio, cloreto de sódio e os alcalinos, que aceleram a pega; o gesso, carbonato de sódio, óxido de zinco, bórax, tanino e ácido fosfórico retardam-na.
Na própria normalização brasileira (NBR 1158) os cimentos são classificados em cimentos de pega normal e de pega rápida, sendo estes primeiros os que dão início de pega em um tempo superior a uma hora e os de pega rápida terminando a pega em poucos minutos.
Os cimentos de pega rápida terminam sua pega em tempo inferior a 8 minutos; cimentos de pega semilenta, de 8 a 30 minutos; os de pega normal entre 30 minutos a 6 horas; e os de pega muito lenta, em tempos superiores a 6 horas. Por causa das condições climáticas brasileiras, pode-se adotar, para um cimento de pega rápida, um tempo menor que meia hora, entre meia hora e 1 hora para os cimentos de pega semi-rápida, e acima de 1 hora para os de pega normal.
Os cimentos Portland resistentes aos sulfatos são aqueles – como o próprio nome diz – que têm a propriedade de oferecer resistência aos meios agressivos sulfatados, tais como os encontrados nas redes de esgotos de águas servidas ou industriais, na água do mar e em alguns tipos de solos. De acordo com a norma NBR 5737, quaisquer um dos cinco tipos básicos (CP I, CP II, CP lII, CP IV e CP V-ARI) podem ser considerados resistentes aos sulfatos desde que obedeçam a pelo menos uma das seguintes condições [GIUSTI, 2002]:
• teor de aluminato tricálcico (C3A) do clínquer e teor de adições carbonáticas de, no
máximo, 8% e 5% em massa, respectivamente.
• cimentos do tipo forno que contiverem entre 60% e 70% de escória granulada de alto-forno, em massa.
• cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico, em massa.
• cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovem resistência aos sulfatos.
No primeiro e no último caso o cimento deve atender ainda uma das normas NBR 5732, 5733, 5735, 5736 e 11578. Se o cimento original for o Portland de alta resistência inicial (NBR 5733), admite-se a adição de escória granulada de alto-forno ou de materiais pozolânicos para os fins específicos da NBR 5737.
O cimento Portland CP II-Z-32 composto com pozolana tem diversas possibilidades de aplicação e por isso é um dos cimentos mais utilizados no Brasil. Suas propriedades atendem desde estruturas em concreto armado até argamassas de assentamento e revestimento, concreto massa e concreto para pavimentos. Recomenda-se não utilizar o CP II–Z-32 na necessidade de desforma rápida sem cura térmica e concreto protendido pré-tensionado. O CP II-Z-32 leva, em sua composição, de 6 a 14% de pozolana [ITAMBÉ, 2004].
obtenção de peças estruturais ou durante a estação fria, quando se deseja reduzir o tempo necessário de hidratação a fim de proteger a argamassa do congelamento da água necessária na reação de hidratação. Portanto, pode ser utilizado em concretagens a baixas temperaturas quando se deseja resistência inicial elevada. Para o tipo de cimento Portland com alta resistência inicial, Neville [1997] diz que esse tipo de cimento (tipo III) desenvolve a resistência mais rapidamente e, por esse motivo, é especificado como cimento para resistências iniciais elevadas. O tempo de pega desse cimento é semelhante ao cimento comum, especificado por norma como 45 minutos. Não se deve confundir velocidade de endurecimento com velocidade de pega. O aumento de resistência é atribuído por causa da elevação do teor de silicato tricálcico (maior do que 55% e às vezes até maior do que 70%) e também do processo de moagem desse cimento, promovendo uma finura maior do clínquer. Os cimentos tipo III da ASTM (American Standad Testing Materials) têm área específica determinada pelo método Blaine, de 450 m2/Kg a 600 m2/Kg, enquanto que os cimentos tipo I têm 300 m2/Kg a 400 m2/Kg. A resistência das 10 horas até às 20 horas é significativamente aumentada pela finura do cimento, persistindo essa diferença até 28 dias. As resistências se igualam à idade de 2 meses a 3 meses, mas com o tempo a resistência dos cimentos de menor finura ainda ultrapassa a dos cimentos de maior finura. Neville [1997] afirma que de modo semelhante à reação do composto aluminato tricálcico com o gesso, formando o sulfoaluminato de cálcio, no cimento endurecido o aluminato de cálcio pode reagir com o sulfato proveniente do exterior cujo produto é o mesmo sulfoaluminato de cálcio que surge dentro da estrutura da pasta de cimento. Outra reação possível é a troca de bases entre o hidróxido de cálcio e os sulfatos, resultando na formação de gesso com aumento de volume da fase sólida em 124%. Os sais particularmente ativos são os sulfatos de magnésio e o sulfato de sódio, e as reações são conhecidas como ataques por sulfatos, sendo bastante acelerados quando acompanhados por molhagem e secagem alternadas. Para situações em que o cimento pode ser atacado por sulfatos, deve-se utilizar um cimento com baixo teor de aluminato tricálcico. Então, para ambientes agressivos com presença de sulfatos, quer seja solos contaminados ou água saloba, se faz necessária a utilização de um cimento resistente à ação desses sulfatos.
as exigências físico-mecânicas garantem o desempenho mecânico e reológico quando da aplicação em pastas, argamassas e concretos [GIUSTI, 2002].
Tabela 1.5 Exigências físicas e mecânicas [GIUSTI, 2002]
Finura Tempos de
pega
Expansibilidade Resistência à compressão
T ipo de c im en to po rt la nd C la ss e Resíduo na peneira 75mm (%) Área específica
(m2/Kg)
Início (h) Fim (h) A frio (mm) A quente (mm) 1 dia (MPa) 3 dias (MPa) 7 dias (MPa) 28 dias (MPa) 91 dias (MPa) CP I CP I-S 25 32 40 12 10,0 240 260 280
1 10 5 5
8,0 10 15 15 20 25 25 32 40
-CP II – E CP II – Z CP II – F
25 32 40 12 10,0 240 260 280
1 10 5 5
8 10 15 15 20 25 25 32 40 -CP III 25 32 40
8,0 - 1 12 5 5
8 10 12 15 20 23 25 32 40 32 40 48 CP IV 25
32 8,0 - 1 12 5 5
8 10 15 20 25 32 32 40
CP V-ARI 6,0 300 1 10 5 5 14 24 34 -
-Tabela 1.6 Exigências químicas [GIUSTI, 2002]
Tipo de cimento Portland Resíduo insolúvel (%) Perda ao fogo (%) MgO (%) SO3 (%) CO2 (%) S (%) CP I CP I – S
1,0 5,0
2,0
4,5 6,5 4,0
1,0 3,0 -CP II-E CP II-Z CP II-F 2,5 16,0 2,5
6,5 6,5 4,0 5,0 _
CP III 1,5 4,5 - 4,0 3,0 1,0
CP IV (1) 4,5 6,5 4,0 3,0 _
CP V-ARI 1,0 4,5 6,5 3,5
4,5 3,0 _
1.1.5 Influência dos tipos de cimento nas argamassas e concretos
A tabela 1.6 mostra, de forma simplificada, de que forma os diversos tipos de cimento agem sobre as argamassas e concretos de função estrutural com eles fabricados.
As influências assinaladas na tabela 1.6 são relativas, podendo-se ampliar ou reduzir seu efeito sobre as argamassas e concretos por meio de aumento ou diminuição da quantidade de seus componentes, sobretudo a água e o cimento. As características dos demais componentes, que são principalmente os agregados (areia, pedra britada, pó-de-pedra etc.), também poderão alterar o grau de influência, sobretudo se contiverem matérias orgânicas (folhas, raízes etc.). Finalmente, pode-se usar aditivos químicos para reduzir certas influências ou aumentar o efeito de outras, quando desejado ou necessário. Tudo isso leva à conclusão de que é necessário estudar a dosagem ideal dos componentes das argamassas e concretos a partir do tipo de cimento escolhido ou disponível na praça, de forma a estabelecer uma composição que dê o melhor resultado ao menor custo. As dosagens devem obedecer a métodos racionais comprovados na prática e que respeitem as normas técnicas aplicáveis, e o uso dos aditivos deve seguir as instruções do seu fabricante. Além disso, é absolutamente fundamental fazer corretamente o adensamento e a cura das argamassas e dos concretos. O adensamento e a cura mal feitos são as principais causas de defeitos e problemas que surgem nas argamassas e nos concretos, como a baixa resistência, as trincas e fissuras, a corrosão da armadura etc. O bom adensamento é obtido por intermédio de uma vibração adequada. O principal cuidado que se deve tomar para obter uma cura correta é manter as argamassas e os concretos úmidos após a pega, molhando-os com uma mangueira ou com um regador, ou então cobrindo-os com sacos molhados (de aniagem ou do próprio cimento), ou até colocando tábuas ou lâminas de madeira molhadas sobre a superfície, de modo a impedir a evaporação da água por ação do vento e do calor do sol durante um período mínimo de sete dias [GIUSTI, 2002].
Tabela 1.7 Influência dos tipos de cimento nas argamassas e concreto [GIUSTI, 2002]
Tipo de Cimento Portland Propriedade
Comum e composto
Alto-Forno Pozolânico Alta resistência inicial
Resistente aos sulfatos
Branco estrutural
Baixo calor de hidratação
compressão primeiros dias e maior no final da cura
primeiros dias e maior no final da cura
maior nos primeiros dias
primeiros dias e padrão no final da cura
Calor gerado na reação do cimento com a água
Padrão Menor Menor Maior Padrão Maior Menor
Impermeabilidade Padrão Maior Maior Padrão Padrão Padrão Padrão Resistência aos
agentes agressivos (água do mar e esgotos)
Padrão Maior Maior Menor Maior Menor Maior
Durabilidade Padrão Maior Maior Padrão Maior Padrão Maior
1.2 Agregados
Agregado é um material particulado natural, processado ou manufaturado, de diferentes tamanhos, que, interligado por um material aglomerante, forma argamassas ou concretos [SILVA, 1991].
Os agregados utilizados em argamassas são, normalmente, areias retiradas de leitos fluviais e de outras jazidas naturais, ou artificiais, resultantes de processos especiais de fabricação, como britamento de rochas estáveis ou pelotização de argilas expandidas [HANAI, 1992].
Pode-se classificar os agregados quanto [BAUER, 1985]:
• à origem:
a) naturais – são aqueles que já são encontrados na natureza sob a forma de agregado: areia de mina, areia de rios, seixos rolados e pedregulhos.
b) artificiais – são aqueles que necessitam de um trabalho para poder chegar à condição necessária e apropriada para seu uso: areia artificial e brita.
a) agregado miúdo – é a areia natural quartzoza ou artificial, resultante do britamento de rochas estáveis, de diâmetro máximo igual ou inferior a 4,8 mm – NBR 7211;
b) agregado graúdo – é o pedregulho natural, ou a pedra britada proveniente do britamento de rochas estáveis, de diâmetro superior a 4,8 mm – NBR 7211. A argamassa fabricada com esse tipo de agregado é chamada de concreto. O concreto também pode conter uma mistura de agregado miúdo e graúdo.
• ao peso unitário:
a) leves – menor que 1 T/m3;
b) normais – entre 1 a 2 T/m3;
c) pesados – acima de 2 T/m3.
É indispensável conhecer a composição mineralógica dos agregados que servem para a confecção das argamassas ou concretos. Eles são freqüentemente considerados como inertes; entretanto, possuem características físicas (modificações de volume por variação de umidade) e químicas (reação com os álcalis do cimento) que intervêm no comportamento da argamassa ou do concreto. A porosidade, permeabilidade e absorção influem nas reações químicas, na resistência mecânica, na elasticidade, na massa específica e na aderência entre o aglomerante e os grãos do agregado [SILVA, 1991].
Na fase inicial de prospecção dos agregados um grande cuidado deve ser tomado quanto às características mineralógicas de suas rochas matrizes. A identificação petrográfica dos agregados torna-se de grande importância na previsão do comportamento deles. Pequenas quantidades de rochas ou minerais que possam ocorrer como elementos de contaminação no agregado poderão ter influência decisiva em sua qualidade.
A areia, conforme sua distribuição granulométrica e seu módulo de finura (MF), de acordo com a NBR 7211, pode ser classificada como [BAUER, 1985]:
• muito finas – 1,35 < MF < 2,25; • finas – 1,71 < MF < 2,78; • médias – 2,11 < MF < 3,28; • grossas – 2,71 < MF < 4,02.
Quanto à forma dos grãos, os arredondados e com superfície lisa proporcionam argamassas mais plásticas e permitem redução da relação água/cimento. Contudo, os grãos de forma irregular e superfície áspera levam, por causa da melhor aderência com a pasta de cimento, as argamassas mais resistentes ao desgaste e à tração [HANAI, 1992].
A granulometria da areia ou agregado tem grande influência nas propriedades das argamassas. A Tabela 1.7 apresenta um comparativo entre a granulometria da areia e as principais propriedades das argamassas [GUIMARÃES, 1997].
Tabela 1.8. Influência da granulometria da areia nas propriedades da argamassa [CRUZ, 2002]
Granulometria Propriedades
Da Argamassa
Quanto menor o módulo de finura
Quanto mais dispersa for a Granulometria
Quanto maior o teor de grãos angulosos
Trabalhabilidade Melhor Pior Pior
Retenção de Água Melhor Variável Melhor
Elasticidade Pior Pior Pior
Retração na Secagem Aumenta Aumenta Variável
Porosidade Variável Aumenta Variável
Aderência Pior Pior Melhor
Resistência Mecânica Variável Pior Variável
Impermeabilidade Pior Pior Variável
1.3 Água
