Estudo da Influência da Porosidade de Argamassas Colantes em Algumas Propriedades no Estado Endurecido

Arnaldo Manoel Pereira Carneiro (1); Paulo Regis (2); Jefferson Feitosa de Oliveira (3);

Allice Pereira da Silva (4)

(1) e (2)Professor do Departamento de Engenharia Civil da UFPE. Email: ampc@ufpe.br Email: pregis@ufpe.br

(3) E (4)Alunos de Iniciação Científica do Curso de Engenheiro Civil da UFPE Email: jeffersonceara@hotmail.com e allice.silva@hotmail.com

Resumo Foi estudada a influência da porosidade de três argamassas industrializadas nas propriedades no estado endurecido: capilaridade; variação de massa; resistência à compressão e à tração. O programa experimental consistiu na análise das argamassas nos estados anidro, fresco e endurecido. No estado anidro foi determinada a massa unitária e da composição granulométrica dos agregados das argamassas. No estado fresco foi determinada a curva do espalhamento vesus consumo de água, através da determinação na mesa de consistência, de quatro pontos de espalhamento para quatro adições sucessivas de água. No estado endurecido, foi determinada o coeficiente de capilaridade, a variação de massa, que é um indicativo do grau de hidratação das argamassas, portanto do ganho de resistência, e as resistências mecânicas à compressão e à tração; com esses dados foi obtida a relação ft/fc, que é um indicativo da sua fragilidade, ou da sua capacidade de deformação. A porosidade das argamassas foi observada em microscópio de varredura. Assim, a análise é feita comparando os dados dos ensaios no estado endurecido com as imagens da porosidade. A partir dos resultados obtidos, foi observado que o teor de aditivo influência nas propriedades das argamassas, através da distribuição de poros de ar incorporado pelos aditivos. Palavras chaves: argamassas industrializadas, composição granulométrica, porosidade. 1. Introdução O uso das argamassas industrializadas é crescente em relação ao uso da argamassa tradicional de cimento, cal e areia. A escolha dessa alternativa é em função da sua praticidade para aplicação, com conseqüente aumento da produtividade e redução de desperdício, função também da redução do uso de espaço no canteiro de obras, dispensando espaço para armazenar o cimento, a cal

hidratada, a areia, as adições e os aditivos, uma vez que todos estes insumos já vêm previamente misturados numa embalagem. Neste sentido, este trabalho tem por objetivo analisar as propriedades de argamassas colantes para assentamento de cerâmica em paredes verticais; as argamassas são às utilizadas na Cidade do Recife – PE. Este trabalho vem sendo desenvolvido no Laboratório de Materiais e Estruturas do Departamento de Engenharia Civil da UFPE em escala piloto, por alunos de Iniciação Científica, com bolsa de estudo do CNPq, do Grupo de Pesquisa “Estudo e Aplicação de Materiais para o Desenvolvimento Auto-sustentável do Ambiente Construído”. 2. Método de estudo e resultados obtidos 2.1 Materiais e métodos de ensaio As argamassas utilizadas neste trabalho têm as seguintes especificações para assentamento cerâmico: uso interno; uso externo e para uso em qualquer situação de exposição do revestimento cerâmico, interno ou externo, chamada de multiuso. Todas são do mesmo fabricante. As argamassas foram caracterizadas nos estados anidro, fresco e endurecido, com os respectivos indicadores: no estado anidro a massa unitária e a distribuição granulométrica; no estado fresco a massa unitária e a curva que relaciona espalhamento obtido na mesa de consistência versus relação água/materiais secos; e, no estado endurecido às resistências mecânicas à compressão e à tração, a variação de massa, a capilaridade e a observação dessas argamassas em microscópico eletrônico de varredura. 2.2 Sistematização e análise dos dados obtidos nos ensaios Nos tópicos a seguir são sistematizados os resultados obtidos nos ensaios das argamassas. E, apenas para se ter idéia da grandeza desses resultados, são citados alguns valores de argamassas à base de cimento, cal hidratada e maturada, tipo CH II e areia natural, de traço 1:1:6 em massa; adotou-se esse critério pois não é o objetivo principal deste trabalho comparar as argamassas industrializadas com as argamassas convencionais. Os dados da composição granulométrica da areia, e dos ensaios da argamassa convencional estão em ANEXO. 2.2.1 Dados no estado anidro Na Tabela 1 constam as massas unitárias das argamassas determinadas de acordo com a NBR 7251

Tabela 1 - massa unitária das argamassas no estado solto

Argamassas Massa unitária (kg/dm3) Uso Interior 1,667 Uso exterior 1,435

Multiuso 1,679 Areia natural 1,327

Nas Tabelas 2, 3 e 4 constam as composições granulométricas das argamassas industrializadas, determinadas pela série normal de peneiras da NBR 5734, sendo o peneiramento realizado por via úmida, isto é, todo o material passa pela série de peneiras, colocado em um peneirador que vibra e que passa água; sendo que o material retido em cada peneira é retirado posteriormente, seco em estufa e pesado. A determinação da composição granulométrica da areia foi a convencional. A Figura 1 mostra as curvas de distribuição granulométrica das argamassas analisadas e da areia.

Tabela 2 - composição granulométrica da argamassa uso interior Peneiras (mm) % Retida %Retida

acumulada % Passante

0.6 3 3 97 0.4 22 25 75 0.3 12 37 63 0.25 8 45 55 0.21 9 54 46 0.175 5 59 41 0.15 5 64 36 0.125 3 67 33 0.105 2 70 30 0.075 3 72 28 Fundo 28 100 0

Tabela 3 - composição granulométrica da argamassa uso exterior Peneiras (mm) % Retida %Retida

acumulada % Passante

0.85 0,0 0 100 0.6 4,8 4,8 94,38 0.4 18,37 23,2 76,17 0.3 10,41 33,6 65,86 0.25 6,5 40,0 59,46 0.21 8,23 48,3 51,30

0.175 5,0 53,3 46,33 0.15 5,6 58,83 40,82 0.125 3,6 62,4 37,28 0.105 3,25 65,65 34,05 0.075 3,20 68,87 30,85 Fundo 31,12 100 0

Tabela 4 - composição granulométrica da argamassa colante multiuso

Peneiras (mm) % Retida %Retida acumulada % Passante 1.7 0,018 0,018 99,98 1.4 0,016 0,034 99,96 1.2 0,963 0,997 99,00 0.85 5,896 6,893 93,107 0.6 6,801 13,694 86,31 0.4 17,076 30,77 69,23 0.3 8,079 38,85 61,15 0.25 5,58 44,43 55,57 0.21 4,52 48,95 51,05 0.175 4,301 53,25 46,75 0.15 3,54 56,79 43,21 0.125 2,48 59,28 40,72 0.105 3,087 62,36 37,64 0.075 6,445 68,81 31,2 Fundo 31,19 100 0

Os valores das massas unitárias obtidas das argamassas estão na faixa especificada pelo fabricante (1,4 a 1,6 kg/dm3). As curvas de distribuição granulométricas dessas areias são semelhantes. Não foi observada uma diferença significativa nas concentrações de material retido, em cada peneira da série adotada, portanto essas areias são consideradas de mesma continuidade. A areia natural é a mais grossa comparada às areias das argamassas, porém tem a mesma continuidade.

Figura 1 – curva de distribuição granulométrica das argamassas

2.2.2 Dados das argamassas no estado fresco Os dados das argamassas no estado fresco para a preparação dos gráficos que relaciona o espalhamento versus o consumo de água/ materiais secos estão descritos nas Tabelas 5, 6 e 7; e na Tabela 8 argamassa convencional para comparação. A Figura 2 mostra curvas que relacionam espalhamento versus consumo de água/ materiais secos.

Tabela 5 - argamassa para uso Interior Água (ml) Espalhamento (mm) Água/materiais secos

310 164 0,155 540 220 0,270 585 243 0,293 640 271 0,320

Tabela 6 - argamassa para uso Exterior

Água (ml) Espalhamento (mm) Água/materiais secos 175 154 0,200 190 169 0,210 205 174 0,211 220 184 0,220

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,1 1 10

#Peneiras (mm)

% P

assa

nte ColanteInterior

ColanteExteriorColanteMultiusoAreia natural

Tabela 7 - argamassa com Multiuso

Água (ml) Espalhamento (mm) Água/materiais secos 330 240 0,165 350 259 0,175 370 287 0,185 390 303 0,195

Tabela 8 - argamassa com convencional 1:1:6 em volume e cal maturada

Água (ml) Espalhamento (mm) Água/materiais secos 310 218 0,16 330 266 0,17 350 276 0,18 370 306 0,19

Figura 2 – Curvas do espalhamento das argamassas

A partir da análise da Figura 2, observa-se que a argamassa para uso exterior é a que apresentou a menor faixa de espalhamento, entre 150 e 200mm, para uma variação da relação água/materiais secos entre 0,2 e 0,24, isto é, para o espalhamento aumentar de 50mm foi necessário o acréscimo

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

Relação água/materiais secos

Espa

lham

ento

(mm

)

ColanteInteriorColanteExteriorColanteMultiusoArgamassa convencional 1:1:6

na relação água/materiais secos de 0,04. A faixa de consumo da relação água/materiais secos de uso interior é ampla, entre 0,15 até 0,33, no entanto a variação do espalhamento não foi considerada significativa, com valores entre 150 e 250mm, isto é, um acréscimo de apenas 50mm para um aumento de 0,18 na relação água/materiais seco. A argamassa com a característica de multiuso apresentou uma diferença significativa no espalhamento para uma relação água/materiais secos entre 0,15 e 0,20, pois variou de 230mm até 300mm, isto é, para o espalhamento aumentar 70mm foi necessário aumentar 0,05 na relação água/materiais secos. Os dados obtidos estão próximos aos valores para uma argamassa de cimento, cal hidratada e maturada e areia, para um traço de 1:1:6 em volume, em que os valores do espalhamento podem ficar 220 até 300mm, para uma relação água/materiais secos entre 0,16 até 0,19, sendo a cal hidratada CH II. 2.2.3 Dados das argamassas no estado endurecido Os dados das resistências mecânicas à compressão e à tração e a relação ft/fc estão descritos na Tabela 9.

Tabela 9 - resultado no estado endurecido das argamassas industrializadas

Resistências mecânicas aos 90 dias (MPa) Argamassas fc ft ft/fc

Colante interior 4,81 0,45 0,0935 Colante exterior 6,75 0,57 0,0844

Multiuso 5,41 0,50 0,0924 Argamassa 1:1:6 6,0 0,5 0,0833

Os ensaios de resistência à compressão foram realizados de acordo com a NBR 7215 e à tração de acordo com a NBR 7222. A partir da análise da Tabela 9, pode se observar que todas as argamassas apresentaram resistência a compressões próximas a de argamassas de cimento, cal e areia, no traço 1:1:6, em massa. Estes resultados estão de acordo com os encontrado por BOLORINO et al (1999) (5,0 e 6,0 MPa). Os valores da resistência à tração por compressão diametral são próximos aos valores de argamassas de cimento, cal e areia com o traço 1:0,64:7,5 em massa, com cal CH II, isto é, valores em torno de 0,60 e 0,50. A análise da relação ft/fc teve como base o trabalho de JIANG (1995), onde o autor demonstrou que esta relação pode ser um indicador de fragilidade da argamassa ao longo do tempo. O trabalho indica que uma argamassa no momento da moldagem, no tempo t0, a relação ft/fc é igual a 1, mas à medida que o tempo passa, a resistência à compressão tende a amamentar e à tração diminuir, este fato aumenta a fragilidade da argamassa, isto é, o valor da relação tende a diminuir, e no infinito as forças de compressão serão infinitas vezes maiores que à de tração (Figura 3); neste trabalho esta relação será comparada entre as argamassas industrializadas para uma mesma idade, assim, da análise dos dados da Tabela 9, observa-se que as argamassas mais flexíveis, ou menos

frágeis são as argamassas para uso interior ou multiuso, e as demais para uso exterior e a convencional são as mais frágeis.

Figura 3 – esboço da curva do grau de fragilidade com base em JIANG (1995)

Os dados da variação de massa, medidos ao longo de 28 dias constam na Tabela 10, e na Figura 4 constam as curvas da Variação de massa das argamassas obtidas de acordo com o procedimento do CSTB (1993). Este procedimento consiste em pesar as argamassas ao longo de um período 28 dias ou mais. Com os dados são obtidas as relações que indicam a variação de massa ao longo do tempo t (dm/dt); esta é calculada pelo quociente (m0 – mi)/m0, sendo m0 a massa inicial e mi a massa numa idade. Como no primeiro dia m0 = mi a variação é igual a 0. Os dados demonstram que entre as três argamassas a que possuí a menor capacidade de retenção de água, nas primeiras idades é a argamassa para uso interior, e as demais apresentam boa retenção nas primeiras idades. Em todas as argamassas observa-se uma tendência de estabilizarem ao longo do tempo. Os valores da variação de massa entre o 10O e o 28o dia ficaram entre 0,05 e 0,08 para as argamassas para uso externo e multiuso, e entre 0,11 e 0,14 para a argamassa de uso interno. A argamassa convencional, com cal maturada, os valores nestas idades podem variar entre 0,04 e 0,06. Observa-se que os valores da argamassa convencional e da argamassa industrializada para uso externo e multiuso são semelhantes até o 10o dia, posteriormente a que tem melhor retenção é a argamassa convencional.

Tabela 10 - dados da variação de massa das argamassas industrializadas Colante interior Colante exterior Multiuso

Tempo (dias)

Massa (g)

dm/dt Tempo (dias)

Massa (g)

dm/dt Tempo (dias)

Massa (g)

dm/dt

1 355,22 0 1 285,15 0 1 345,25 0 2 349,32 0,017 2 280,47 0,016 2 342,65 0,008 3 343,73 0,032 3 277,92 0,025 5 335,87 0,027 4 339,67 0,044 4 276,25 0,031 6 334,15 0,032 5 336,14 0,054 7 271,94 0,046 7 331,65 0,039

ft/fc

Tempo

1

8 319,3 0,101 8 270,99 0,05 8 330,13 0,044 9 317,47 0,106 10 269,45 0,055 20 319,95 0,073

10 316,86 0,108 11 268,52 0,058 21 319,69 0,074 22 307,29 0,135 14 266,42 0,066 26 318,57 0,077 25 307,35 0,135 16 266,04 0,067 27 318,48 0,078 28 307,52 0,134 18 265,83 0,068 28 318,23 0,078 29 307,6 0,134 21 265,70 0,068 30 317,86 0,079 30 307,65 0,134 23 265,57 0,069 34 317,72 0,08 34 307,92 0,133 25 265,48 0,069

28 264,95 0,071

Figura 4 – Curvas da variação de massa das argamassas em relação ao tempo

Os dados da capilaridade medida após 90 dias constam na Tabela 11, e na Figura 5 constam as curvas de capilaridade das argamassas obtidas de acordo com o procedimento do CSTB (1993).

Tabela 11 - dados da absorção por capilaridade das argamassas industrializadas Colante interior Colante exterior Multiuso

Tempo (min)

Massa (g)

100M/S Tempo (min)

Massa (g)

100M/S Tempo (min)

Massa (g)

100M/S

0 307.08 1563,54379 0 269.78 1373,62525 0 325.35 1656,568231 308.03 1568,63544 1 270.47 1377,13849 1 326.63 1663,08554

-0,16

-0,14

-0,12

-0,1

-0,08

-0,06

-0,04

-0,02

00 5 10 15 20 25 30 35 40

Tempo (dias)

dm/d

t

ColanteInterior

ColanteExterior

ColanteMultiuso

Convencional - calmaturada 1:1:6

4 308.32 1569,85743 4 270.64 1378,00407 4 327.40 1667,006119 308.08 1572,30143 9 270.83 1378,97149 9 328.07 1670,41752

10 308.86 1572,60692 16 270.98 1379,73523 16 328.88 1674,5417516 309.17 1574,18534 25 271.10 1380,34623 25 329.73 1678,8696525 309.61 1576,42566 36 271.18 1380,75356 36 330.25 1681,5173136 310.12 1579,0224 49 271.37 1381,72098 49 330.97 1685,1833 49 310.60 1581,4664 64 271.43 1382,02648 64 331.32 1686,9653864 310.81 1582,53564 81 271.54 1382,58656 81 332.13 1691,0896181 311.32 1585,13238 100 271.60 1382,89206 100 332.65 1693,7372790 311.68 1586,96538 121 271.62 1382,99389 121 333.19 1696,48676

100 312.05 1588,84929 144 271.64 1383,09572 144 333.74 1699,28717121 312.70 1592,15886 169 271.70 1383,40122 169 334.37 1702,49491144 313.37 1595,57026 1440 272.68 1388,39104 1440 347.38 1768,73727169 313.94 1598,47251 2880 273.34 1391,75153 2880 351.64 1790,4277 196 314.55 1601,57841 1716 329.86 419,989814

2862.3 335.75 427,489177 2916 335.89 427,667431 3025 336.44 428,367711 3136 336.89 428,940667

x Figura 5 – Curvas da capilaridade das argamassas em relação ao tempo

A partir da análise das curvas da Figura 5, observa-se que a argamassa com a menor capilaridade é a argamassa para uso externo; nas demais, a capilaridade é maior, sendo o maior na a argamassa para multiuso, seguida da argamassa para uso interno. Os coeficientes de capilaridade das argamassas, obtidos nas curvas da figura 5, são 0,49g/cm2.t1/2 para uso externo; 1,47g/cm2.t1/2 para uso interno e 2,6g/cm2.t1/2 para multiuso. Uma argamassa convencional de cimento, cal hidrata e maturada e areia, com traço 1:1:6 em massa, o valor da capilaridade fica em torno de 5,28g/cm2.t½ Nas Figuras 6, 7 e 8 constam às imagens obtidas das argamassas no microscópico eletrônico, que foram aumentadas de 50 vezes.

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

0 10 20 30 40 50 60

Tempo 1/2 (min)

100M

/S (g

/cm

2 )

ColanteInteriorColanteExteriorColanteMultiusoArgamassa Convencioal

Figura 6 – Imagem obtida em microscópico eletrônico da argamassa colante de uso interior,

aumentada de 50 vezes

Figura 7 – Imagem obtida em microscópico eletrônico da argamassa colante de uso multiuso

aumentada de 60 vezes

Figura 8 – Imagem obtida em microscópico eletrônico da argamassa colante de uso exterior

aumentada de 55 vezes A partir da análise das fotos das figuras 6, 7 e 8, observa-se que a argamassa com maior porosidade interna é a argamassa para uso externo, seguida da argamassa para multiuso e de uso interno. Esta diferença deve ser provavelmente em função do uso de aditivos aprisionadores de ar, que interferem nas propriedades das argamassas. Numa argamassa com cal maturada, observa-se uma incidência menor de poros nas argamassas, como ilustra a imagem da figura 9, aumentada 65 vezes.

Figura 9 – Imagem obtida em microscópico eletrônico da argamassa convencional com cal

maturada aumentada de 65 vezes

3. Conclusões Da análise dos dados sistematizados das argamassas industrializadas depreende-se que as seguintes conclusões:

- No estado anidro, observa-se que, como as composições granulométricas das areias que compõem as argamassas são semelhantes, pois não apresentam diferença significativa quanto à continuidade, as variações das propriedades nos estados fresco e endurecido são em função do aditivo utilizados na constituição das mesmas e que não foram fornecidos pelo fabricante.

- No estado fresco a característica mais importante é trabalhabilidade das argamassas, isto é, a facilidade de aplicação, com bom espalhamento na base e no tardoz da cerâmica para garantir a máxima extensão de aderência, sem que seja necessário um grande consumo de água e de aglomerantes e com boa coesão. Dentre as argamassas analisadas, a argamassa que apresentou maior espalhamento para um menor consumo de água foi a colante multiuso e a de com maior coesão foi a para uso externo; o que era esperado, em função da maior solicitação da argamassa externa aos agentes agressivos como radiação solar, vento e chuva. O ensaio da mesa de consistência tem limitações, pois é pouco sensível para argamassas industrializadas, pois a faixa do espalhamento sempre fica em torno de 150 até 200mm, no máximo, sendo necessário para ultrapassar esses valores um consumo de água exagerado. No entanto, como é o único aparelho de maior divulgação nas Escolas de Engenharia Civil e Laboratórios de Materiais de Construção Civil, este ainda pode deve ser utilizado até que seja substituído por um método mais adequado.

- No estado endurecido a argamassa para uso externo, apesar da imagem no microcóspico ser com maior porosidade, foi a que apresentou a maior resistência à compressão e à tração por compressão diametral e maior fragilidade, menor capilaridade e maior retenção de água até os 28 dias. Acredita-se que este fato em princípio contraditório ocorreu em função do aditivo utilizado ter aumentado a coesão da argamassa, com o aprisionamento de bolhas de ar, que lubrificaram a estrutura interna da argamassa, isto é, do sistema de partículas, cimento e agregado, o que favoreceu a redução do consumo de água, portanto aumento das resistências mecânicas e redução da sua capacidade de deformação. O aditivo utilizado proporcionou também uma argamassa compacta que reteve a água de amassamento nos seus interstícios, ajudada pela continuidade da distribuição granulométrica do agregado, e, as bolhas de ar incorporadas e aprisionadas, por não terem vasos comunicantes não favoreceram a capilaridade da água.

Diante do exposto, o método de estudo adotado para analisar as argamassas, pode ser considerado válido, pois possibilita relacionar das características das argamassas com a sua porosidade.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILERIA DE NORAMS TÉCNICAS – ABNT. Agregado em estado solto: determinação da massa unitária – NBR 7251. ABNT, Rio de Janeiro. --------Peneiras para ensaio com telas de tecido metálico – método de ensaio – NBR 5734. Rio de Janeiro. ----------Cimento Portland – Determinação da resistência à compressão – Método de ensaio – NBR 7215. Rio de Janeiro ----------Argamassa e concreto – Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos – Método de ensaios – NBR 7222. Rio de Janeiro. BOLORINI, Heloísa; CINCOTTO, Maria Alba “Adequação de argamassa mista conforme o tipo de cimento” In: Anais do III Simpósio Brasileira de Tecnologia das Argamassas – Vitória - ES , 1999. p.183-191 CENTRE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE DU BATIMENT – CSTB Certifications des enduits monocouches d’impermeabilistion – Modalités d’essais. Livarsion 341, cahier 2669 – 4, juillet – août 1993, 7p.

JIANG, Shi-Ping. Contribuition a l’etude des relations entre la microstructure et les

proprietes mecaniques des mortiers hydrauliques. Tese de doutorado, INSA, Toulouse,

França, 1988.

Agradecimentos: VOTOMASSA – PE; CNPq; UFPE e FACEPE

ANEXO

Dados da argamassa convencional de cimento, cal hidratada (maturada) e areia com traço 1:1:6.

Argamassa convencional – Variação de massa Tempo (min) Massa (g) 100M/S

0 372.72 1898.26 1 374.53 1907.47 4 375.83 1914.07 9 377.53 1922.73 10 378.90 1929.7 16 380.78 1939.31 25 382.10 1946.01 36 383.4 1952.64

49 384.72 1959.38 64 385.96 1965.68 81 387.28 1972.39 90 388.52 1978.72

100 389.80 1985.22 121 390.92 1990.95 144 402.39 2049.33 169 402.79 2051.38 196 403.1 2052.44

1716 403.13 2052.59 2862.3 403.19 2052.90

Tabela com a composição granulométrica da areia natural utilizada Peneiras (mm) Massa retida (g)

4.8 0.0 2.4 27.9 1.2 167.4 0.6 131.5 0.3 114.4 0.15 41.5

0.075 2.2 Fundo 0.6

Tabela com dados de variação de massa da argamassa convencional

Tempo (dias) Massa (g) Convencional - cal maturada 1:1:6

1 405,6 0

2 403,23 -0,0058432

5 395,3 -0,02539448

6 393,32 -0,03027613

8 390,3 -0,03772189

9 388,91 -0,04114892

12 386,4 -0,04733728

14 385,35 -0,04992604

16 384,56 -0,05187377

19 383,8 -0,05374753

21 383,32 -0,05493097

23 382,91 -0,05594181

26 382,31 -0,0574211