argamassa com fibra de polipropileno

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São Paulo 11 a 13 junho 2003

INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE FIBRAS DE POLIPROPILENOEM ARGAMASSAS

OLIVEIRA, Maria Luiza Lopes de (1); GLEIZE, Philippe Jean Paul(2); ROMAN, Humberto Ramos (3).(1) Mestre em Engenheira Civil pela UFSC, Doutoranda do Programa de Pós-Graduação

em Engenharia Produção da UFPB, Consultora do SENAI/RN. E-mail:

[email protected]

(2) e (3) Professores e Pesquisadores do Grupo de Desenvolvimento em Alvenaria /

Núcleo de Pesquisa em Construção / Departamento de Engenharia Civil – Universidade

Federal de Santa Catarina, Cx. P. 476, Florianópolis - SC. CEP 88040-900. E-mail (2):

[email protected]. E-mail (3): [email protected].

Palavras-chave: argamassa, fibras de polipropileno, propriedades físico-mecânicas.

Keywords: mortar, polypropylene fibres, physical and mechanical properties

RESUMO

A utilização de fibras na construção civil vem crescendo a cada ano. Uma das fibrasmais utilizadas é a sintética devido às suas propriedades e seu baixo custo. O presentetrabalho analisou a influência da adição de fibras de polipropileno em algumas das propriedades das argamassas. Utilizou-se uma argamassa de cimento (1:3, emvolume) e duas argamassas de cimento-cal (1:0,5:4,5 e 1:2:9, em volume), com três

diferentes teores de fibras (0,05%, 0,15% e 0,30%, em relação à massa de cimento),além de argamassas de referência (sem fibra) como parâmetro comparativo. Osresultados encontrados mostram que as fibras proporcionam uma redução no índicede consistência, porém uma melhor coesão das argamassas; elevam a retenção deágua dos compósitos que não possuem cal na sua composição; somente reduzem aretração por secagem no caso das argamassas de cimento; e nas propriedadesmecânicas (compressão e tração na flexão) influenciam de maneira favorável naforma de ruptura.



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ABSTRACT

The use of fibres in building construction is growing every year. Fibres which are themost used are from polymeric type due to their properties and low cost. The presentwork analyzed the influence of the addition of polypropylene fibres in some of the

properties of the mortars. It was used a cement mortar (1:3 in volume) and two cement-lime mortars (1:0,5:4,5 and 1:2:9 in volume), with three different fibres ratio (0.05%,0.15% and 0.30%). A reference mortar (without fibre) was done as a comparative parameter. Results show that the fibres lead to a decrease of workability andconsistency; however they provide a better cohesion of the mortars. Composites water retention increases and shrinkage reduces only for the cement mortars. The additionof fibres contributes to the mortars dimensional stability. For the mechanical point of view, fibres influence in a favorable way the rupture form.

1. INTRODUÇÃO

A ciência e a tecnologia vêm avançando de forma significativa no que se refere aodesenvolvimento de novos materiais para uso na construção civil. Dentre estesdestacam-se os compósitos reforçados com fibras que têm como princípio básico acapacidade de melhorar as propriedades de uma matriz.

Estes materiais são constituídos basicamente por fibras e pela matriz na qual as fibrassão envolvidas. As matrizes mais empregadas são as consideradas matrizes frágeis

(não apresentam deformação plástica), que podem ser pasta, argamassa ou concretode cimento Portland ou outro aglomerante (cal ou gesso).

São diversos os tipos de fibras utilizadas, tendo elas características bem diferenciadas, principalmente com relação às suas propriedades, eficiência e custo. Devido a estasdiferenças existem algumas restrições no seu emprego e, por se tratar de umcomponente de reforço, é relevante conhecer-se suas características físicas e mecânicas para melhor empregá-las.

O uso de fibras poliméricas tem se tornado atrativo para reforçar materiais como concretos

e argamassas, especialmente nos últimos anos (BENTUR; MINDESS, 1990; BALAGURU;SLATTUM, 1995). Um dos benefício quando da utilização destas fibras é claramenteobservado no comportamento pós-fissuração do compósito, no qual se deixa de ter umaruptura frágil, passando a apresentar, eventualmente, uma maior deformação até a ruptura,levando a um aumento da sua tenacidade e resistência ao impacto (KHALED et al., 2001,TOUTANJI et al., 1998, ALHOZAIMY et al., 1996; BAYASI e ZENG, 1999; ZHENG;FELDMAN, 1995; SILVA et al., 1990; SHAH et al., 1994).



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Baixos volumes (<1% em relação ao volume de concreto) de fibras sintéticasadicionadas ao concreto minimizam problemas de fissuração por retração plástica e por secagem (MASSICOTTE; BISCHOFF, 2000; SOROUSHIAN et al., 1995; WANGet al., 2000; TANESI; AGOPYAN, 1997; TOLEDO FILHO; SANJUÁN, 1999;SANJUÁN; MORAQUES, 1997; KAYALI et al., 1999).

Entretanto, segundo Tanesi e Figueiredo (1999), a comparação dos concretos reforçadoscom fibras de polipropileno em relação aos concretos convencionais quanto aos efeitosda retração são variáveis. Enquanto que em alguns estudos as fibras parecem nãodesempenhar nenhuma contribuição na diminuição da retração (SWAMY;STRAVIRDES, 1979; GRZYBOWSKY; SHAH, 1990; KOVLER et al., 1992;SARIGAPHUTTI et al., 1993), em outros estudos (ZOLLO, 1984; PADRON; ZOLLO,1990) as fibras parecem ter contribuído significativamente para a redução da retração.Tais diferenças, podem ser atribuídas à dosagem da matriz, características geométricas

e teor de fibras, à granulometria do agregado graúdo, geometria dos corpos-de-provae à metodologia de ensaio (TANESI; FIGUEIREDO, 1999).

No entanto, se não há consenso sobre o efeito das fibras de polipropileno na reduçãoda retração por secagem, sabe-se que elas retardam o aparecimento da primeirafissura e diminuem sensivelmente a largura da sua abertura (MESBAH; BUYLE-BODIN, 1999; GRZYBOWSKY; SHAH, 1990; SCHMIDT et al., 2003). Nestesimpósio, Schmidt et al. (2003) apresentaram uma metodologia para avaliação daocorrência de fissuração em argamassas baseado no método do anel desenvolvido

por Grzybowsky e Shah (1990).O emprego de fibras na indústria da construção civil vem crescendo nas últimasdécadas. São diversos os tipos de fibras sintéticas existentes no mercado, com as maisdiferentes características e funções. Contudo, apesar da grande gama de fibras jáutilizadas na construção civil, neste trabalho, dá-se ênfase às fibras de polipropileno.

Uma das principais vantagens atribuídas ao uso de fibras de polipropileno éconsequência das mesmas não estarem sujeitas à corrosão, além de resistirem ao ataquequímico em meio alcalino. Portanto, não comprometem o desempenho do compósito

ao longo da vida útil da edificação (TANESI; AGOPYAN, 1997).Se os benefícios no uso de fibras de polipropileno em materiais à base deaglomerantes hidráulicos são bem conhecidos, elas são ainda muito pouco usadasem argamassa de alvenaria. O objetivo deste trabalho preliminar é de estudar oefeito da adição de baixos teores de fibras de polipropileno nas principaiscaracterísticas físicas e mecânicas de uma argamassa de cimento e areia e duasargamassas de cimento, cal e areia.



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2. METODOLOGIA

Utilizou-se o cimento CP II F-32, com massa unitária de 1,12 kg/dm3. A cal utilizadafoi do tipo CH III, apresentando massa unitária de 0,67 kg/dm3. As areias foram areiamédia e fina, com massas unitárias de 1,52 kg/dm3 e 1,48 kg/dm3, respectivamente. A

água foi proveniente da rede de abastecimento local. As fibras de polipropilenoutilizadas foram do tipo monofilamento, caracterizadas na Tabela 1.

As argamassas utilizadas neste estudo experimental foram argamassas com proporção de mistura 1:3 (cimento:areia), em volume, e, a fim de verificar ainfluência da presença da cal no desempenho dos compósitos, foram empregadasargamassas de assentamento com função estrutural com proporção de mistura1:0,5:4,5 (cimento:cal:areia), em volume, utilizadas em prédios de alvenariaestrutural acima de 4 (quatro) pavimentos; além de argamassas com proporção demistura 1:2:9 (cimento:cal:areia), em volume, utilizadas como revestimento.Procurou-se utilizar argamassas com traços comumente empregados em obras,retratando-se assim a realidade das edificações brasileiras.

Todas as argamassas utilizadas neste estudo experimental foram confeccionadasem uma fábrica de argamassas, onde todos os seus componentes sólidos forammisturados mecanicamente, a fim de permitir uma mistura mais homogênea quandoda adição das fibras.

Estas argamassas foram formuladas a partir de diferentes teores de fibras emrelação à massa do cimento. Como mostra a Tabela 2, foi formulada um total de 9(nove) argamassas com adições, consideradas argamassas reforçadas, e 3 (três)argamassas sem adições, consideradas argamassas de referência, que serviramcomo parâmetro comparativo.

Neste experimento as argamassas foram produzidas utilizando-se um misturador mecânico (argamassadeira) de eixo vertical com capacidade de 5 litros.



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Primeiramente determinou-se o teor de água para a obtenção do índice deconsistência padrão prescrito na NBR 13276/95, utilizando-se as argamassas dereferência (sem adição). Chegou-se a uma consistência no intervalo (255 ± 10)mm estabelecido pela Norma, fixando-se a relação água/cimento para cada umdas proporções de mistura de referência, como mostra a Tabela 3, onde os valores

encontrados foram igualmente utilizados nas proporções de mistura quecontinham adições.

Por tratar-se de argamassas “industrializadas”, a mistura das argamassas com águaobedeceu ao prescrito pela NBR 13276/95: colocou-se a água em quantidade já fixada pela relação água/cimento, no recipiente do misturador, juntou-se a argamassa“industrializada” e ligou-se o misturador em velocidade lenta por 4 min.

Os métodos de ensaio utilizados para caracterização das argamassas foram: índice deconsistência (NBR 13276/95), retenção de água (RILEM MR 4/82), retração por secagem (RILEM MR 12/82), resistência à compressão (NBR 13279/95) e resistênciaà tração na flexão (DIN 18555: part 3/82 e RILEM LUM A 7/91).



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3. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS

3.1. Índice de consistência

A Tabela 4 mostra que ocorreu uma redução do índice de consistência das argamassasreforçadas, independente do traço. Tal fato foi devido às fibras de polipropileno que

elevam a área específica do compósito dificultando o manuseio das argamassas, masnão ao ponto de tornar a argamassa não trabalhável.

Na Tabela 5, pode ser observado uma maior redução do índice de consistência nas proporções de mistura A1 e A2.

A Tabela 5 mostra, também, que quando aumenta a relação água/aglomerante, a atuaçãodas fibras torna-se mais perceptível ao reduzir o índice de consistência. As fibras podemestar proporcionando uma melhor ligação entre o agregado e a pasta de aglomerante,atuando assim como um agente capaz de aumentar a coesão nas argamassas. Este aumento

na coesão pode resultar em melhorias relativas à qualidade e produtividade das alvenarias, podendo ainda influenciar na redução de perdas das argamassas.



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3.2. Retenção de água

Na Tabela 6 encontra-se os resultados obtidos nos ensaios de retenção de água queforam realizados conforme o prescrito pela RILEM MR 4/82.

Quando se analisa a variação do percentual da retenção de água pelas argamassas(Tabela 7), verifica-se que a adição de fibras influi apenas em proporção de misturascujo o único aglomerante é o cimento. Neste caso, devido à grande superfície específicadas fibras sintéticas, ocorre um aumento da área específica do compósito, gerandoassim uma melhoria na retenção de água.

Em proporções de mistura de argamassa de cimento e cal a influência das fibras é

anulada pela ação da cal, que já possui características favoráveis à retenção de água.

3.3 Retração por secagem

A Tabela 8 mostra que as fibras têm um efeito benéfico na redução da retração livre por secagem até 28 dias de idade somente para a argamassa de cimento e areia (A1). No caso das argamassas onde o aglomerante é composto por cimento e cal,estatisticamente, a adição de fibras é sem efeito na retração por secagem.



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3.4. Resistência à compressão

Na Tabela 9 encontram-se os resultados obtidos no ensaio de resistência à compressãoconforme a NBR 13279/95. A análise de variação percentual (Tabela 10) mostra quenas proporções de misturas A1 e A2 ocorre um aumento desta propriedade. Porém, para a proporção de mistura A3 ocorre uma redução.

Para as proporções de misturas A1, observa-se que em teores acima de 0,05% ocorreuma tendência à redução da resistência à compressão dos compósitos reforçados. Nestecaso se considera o teor de 0,05% como teor ótimo de fibra a ser adicionado na mistura.

Para as proporções de misturas A2, verifica-se que em teores acima de 0,15% existeuma tendência à redução das resistências à compressão. Sendo assim, considera-se

0,15% como o teor ótimo para este tipo de proporção de mistura.

Por apresentar uma matriz com alta relação água/cimento (Tabela 3), a proporção demistura apresenta uma estrutura porosa, consequentemente torna-se menos resistenteque as outras proporções de mistura (A1 e A2). A adição de fibra aumenta ainda maisesta porosidade devido ao maior teor de ar incorporado quando da produção dasargamassas, provocando assim uma maior redução no desempenho do compósito.

Os resultados encontrados apenas reforçam o que diz a literatura com relação às fibrasde baixo módulo de elasticidade (como as fibras de polipropileno), a saber, o fato

delas não influenciarem de forma favorável e significativa a resistência à compressãodos compósitos reforçados (ALHOZAIMY et al., 1996).

Em todas as proporções de misturas, contudo, a presença das fibras provocou ummelhor controle da propagação das fissuras quando o compósito é solicitado, pois oscorpos de prova passaram a ter uma ruptura menos frágil.

A influência das fibras é mais perceptível no traço menos resistente (A3). Neste traçose pode observar que as fibras atuam desfavoravelmente nesta propriedade.



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3.5. Resistência à tração na flexão

A Tabela 11 mostra todos os resultados médios encontrados no ensaio de resistência àtração na flexão conforme o prescrito pela DIN 18555: part 3/82.

Apesar de não atuarem favoravelmente na resistência à tração na flexão, observou-seque as fibras proporcionaram uma mudança quando da forma de ruptura dos corposde prova. Nas argamassas reforçadas com fibra a ruptura pode ser considerada comouma ruptura menos frágil, apresentando uma pequena deformação plástica até chegar à ruptura.

Este tipo de comportamento é decorrente do aumento da absorção de energiaocasionada pela alta capacidade de alongamento das fibras de polipropileno e peloseu comprimento de ancoragem.



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Ao analisar a variação de percentagem entre os resultados (ver Tabela 12), verifica-seque a adição de fibras de polipropileno influencia consideravelmente na redução daresistência à tração na flexão das argamassas menos resistentes (A3). Provavelmenteesta adição ocasionou uma maior incorporação de ar pelas argamassas reforçadas, provocando assim um maior índice de vazios e redução da sua capacidade mecânica.

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Neste trabalho preliminar no qual foi analisado o efeito da adição de baixos teores de fibrasde polipropileno em algumas propriedades de três tipos de argamassas, foi constatado que:

· A cal inibe a atuação das fibras quanto à retenção de água e retração por secagem.

· As fibras atuam nos compósitos como um agente capaz de melhorar a coesão dasmatrizes. Isto resulta em uma redução da trabalhabilidade e do índice de consistência.Estas reduções são diretamente proporcionais ao teor de fibra adicionado.



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· Na resistência à tração na flexão, quando as fibras são adicionadas em baixos teores,entre 0,05% e 0,30% em relação à massa de cimento, elas não mudam o desempenhodo compósito. No caso das argamassas menos resistentes (A3), estas adiçõeschegaram a reduzir de maneira mais perceptível esta propriedade. Porém, atuaramfavoravelmente na forma de ruptura das argamassas reforçadas, onde se registrou

uma pequena deformação plástica até atingir a ruptura.· Para a resistência à compressão pode-se concluir que, para as proporções de mistura

A1 e A2, o teor de 0,05% e 0,15%, respectivamente, são considerados como teoresótimos de fibras a serem adicionados à mistura. Porém na proporção de mistura A3a adição de fibra, em qualquer dos teores analisados, contribui desfavoravelmentenesta propriedade.

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AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao CNPq pelo apoio financeiro.

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