4º Congr. de Argamassas e ETICS 29 e 30 de Março de 2012, Coimbra, Portugal Universidade de Coimbra, APFAC / ITecons

4º Congresso Português de Argamassas e ETICS

INFLUÊNCIA DA FORMA DOS GRÃOS E DO TEOR DE FÍLER NA TRABALHABILIDADE DE ARGAMASSAS

DE REVESTIMENTO

Claudio de Souza Kazmierczak Daiana Cristina Metz Arnold Universidade do Vale do Rio dos Sinos Universidade do Vale do Rio dos Sinos

Brasil Brasil claudiok@unisinos.br daianacm@unisinos.br Este trabalho avalia a influência das características morfoscópicas dos grãos e do teor de fíler dos agregados na trabalhabilidade de argamassas de revestimento. Produziram-se argamassas com areia de britagem de rocha basáltica e areia de rio, no traço 1:1:6, com índice de consistência fixado em (260±5)mm. Os teores de fíler utilizados foram 0%, 1,5%, 6% e 10%. A substituição de agregados subarredondados por grãos subangulosos e angulosos resultou numa queda sensível na trabalhabilidade das argamassas. Palavras–chave: areia de britagem; forma do grão; fíler; argamassa; trabalhabilidade. 1. INTRODUÇÃO A construção civil é responsável por um expressivo consumo de agregados, estimado em mais de 320 milhões de metros cúbicos por ano, apenas no Brasil (Bastos, 2006). Em nível mundial, a demanda por moradias supera a cifra de dois milhões de unidades, e materiais de construção com as areias de rio são cada vez mais raros (Kenai et al., 1999). Devido à redução das reservas naturais, a extração de areia vem ocorrendo em locais cada vez mais distantes, com consequente aumento de custos. Em função desta situação, o uso de areia de britagem vem aumentando continuamente. Apesar da areia de britagem ser utilizada como agregado miúdo desde 1940 (Ohashi, 2006), ainda há dúvidas com relação ao seu comportamento em argamassas de revestimento. Suas características morfoscópicas, composição granulométrica e composição alteram a trabalhabilidade e as propriedades mecânicas das argamassas (Lanas et al., 2004). Destacam-se a diferença de forma entre os grãos de areia de rio e os da areia de britagem (que é mais angulosa e menos esférica), e a maior quantidade de fíler inerente aos grãos de areia de britagem. Estas características prejudicam o empacotamento das partículas, demandando um acréscimo no conteúdo de microfinos e aumento do teor de água ou o uso de aditivos para garantir a trabalhabilidade desejada, além de exercerem

influência nas propriedades mecânicas da argamassa. Segundo Namshik (2000), são gerados entre 10% e 20% de microfinos durante o processo de britagem, o que pode contribuir para a melhoria da trabalhabilidade da argamassa. Entretanto, grandes teores de microfinos podem aumentar o teor de água necessária para a argamassa atingir determinada trabalhabilidade (Celik and Marar, 1996), o que poderá resultar em fissuração por retração. Ao longo dos últimos anos, a forma dos grãos das areias de britagem vem sendo aperfeiçoada, em função da adoção de equipamentos de britagem mais eficientes, tais como os britadores do tipo VSI (Vertical Shaft Impact), que permitem a produção de grãos mais esféricos, o que exige uma contínua readequação dos resultados das pesquisas já realizadas. 2. MATERIAIS E MÉTODOS O programa experimental consistiu na elaboração de um traço de argamassa de revestimento, com areia de rio, e na avaliação das alterações ocorridas em sua trabalhabilidade a partir da substituição desta areia por duas areias de britagem com características morfoscópicas diferentes e da adição de quatro teores diferentes de fíler. O traço utilizado como referência foi 1:1:6, em volume de cimento, cal e areia, com índice de consistência fixado em (260±5)mm em mesa de consistência. Os teores de fíler utilizados foram 0%, 1,5%, 6% e 10%. Utilizou-se cimento CPII-Z-32 e cal CH-I. A caracterização destes aglomerantes consta na tabela 1.

Tabela 1 – Caracterização do cimento e da cal

Ensaios Cimento

CPII-Z-32 Cal CH-I

Massa específica - NBR 7251 (ABNT, 1987) 2,94g/cm³ 2,40 g/cm³

Área Específica Blaine - NBR NM 76 (ABNT, 1998) 4710 cm²/g 13508 cm²/g Finura - Resíduo na Peneira de 0,075 mm (#200) –

NBR 11579 (ABNT, 1991) 1,9 % 8,3%

Resistência à compressão aos 28 d - NBR 7215 (ABNT, 1996)

40,2 MPa -

Início de pega - NBR NM 65 (ABNT, 2003) 03h 50min -

Fim de pega - NBR NM 65 (ABNT, 2003) 04h 45min -

O cimento utilizado encontra-se dentro dos padrões especificados pela norma ABNT NBR 11578:1991. A cal utilizada foi classificada como CH-I pelos padrões especificados pela norma ABNT NBR 7175:2003. Como agregado miúdo utilizou-se três areias de diferentes formas, uma areia de rio (AN), de origem quartzosa, da região de Porto Alegre, do rio Jacuí, considerada areia de referência, e duas areias de britagem de uma mesma rocha basáltica, uma obtida por britador VSI (“vertical shaft impactor”) (ABVSI) e outra obtida por britador de mandíbulas (ABM), ambas produzidas em uma unidade de britagem instalada na localidade de Quatro Colônias, no município de Campo Bom-RS. Na tabela 2 estão descritos os resultados dos ensaios de caracterização destes agregados.

Tabela 2 – Caracterização dos agregados utilizados, em sua composição original

Resultado Ensaio Método de ensaio

AN ABVSI ABM

massa específica (g/cm³) NBR NM 52 2,48 2,64 2,64 massa unitária no estado solto (kg/m³) NBR NM 45 1475 1361 1510

conteúdo de espaços vazios (%) NBR NM 45 40,7 48,5 42,8 material fino que passa através da peneira 75 µm, por lavagem (%)

NBR NM 46 1,5 9,2 11,2

absorção de água (%) NBR NM 53 2,1 2,2 2 A massa específica das areias ABM e ABVSI (provenientes da britagem da mesma rocha basáltica) são superiores à da areia AN. Observa-se que a areia AN, possui o menor conteúdo de espaços vazios, o que é resultado de seu melhor empacotamento. Os teores de material fino que passa através da peneira de 75µm da ABM e ABVSI são superiores aos resultados encontrados para AN, sendo valores usuais em areias de britagem. Há grande diferença na composição granulométrica das três areias, o que irá exercer grande influência nas propriedades das argamassas. Porém, como o objetivo do estudo é analisar a influência da forma dos grãos na trabalhabilidade das argamassas, esta variável (composição granulométrica das areias) foi isolada, igualando-se a composição granulométrica dos três agregados. A tabela 3 apresenta a composição granulométrica da areia de rio, que foi utilizada para a montagem das demais areias do programa experimental.

Tabela 3 – Distribuição granulométrica adotada para as três areias Peneira (mm)

Série Normal Série Intermediária Porcentagem Acumulada

0,075 100 0,150 97,9 0,300 79,4 0,600 50 1,2 17,9

A análise morfoscópica dos grãos foi realizada por meio da determinação do grau de arredondamento e da esfericidade dos agregados, realizada de formas qualitativa e quantitativa. A análise qualitativa foi realizada a partir de registros fotográficos dos grãos e comparada com padrões gráficos de grau de esfericidade e arredondamento (figura 1). Para determinação da forma dos grãos das areias foi aplicada a metodologia proposta por Araújo (2001) e aplicada por D`Agostino (2004), Tristão (2005) e Costa (2006). As amostras de grãos foram separadas por frações granulométricas, totalizando 400 unidades para cada fração, posteriormente foram dispostas em uma lâmina de vidro e coladas com uma fita dupla face transparente permitindo maior facilidade na análise das imagens. Após o registro fotográfico de cada amostra, as imagens foram analisadas com auxílio do software “image tool”. O software possibilita a medição automática da maior e menor dimensão, além do perímetro e área superficial de cada grão, permitindo o cálculo de seus coeficientes de arredondamento e esfericidade. A separação granulométrica foi realizada

com o auxílio de um agitador de peneiras da marca Kamacha, utilizando peneiras de 50cm x 50cm, adotando-se o tempo de vibração de 10 minutos.

Figura 1 – Visualização de grãos das areias estudadas e de Padrões gráficos dos graus de esfericidade e arredondamento (segundo a ABNT NBR 7389:1992)

Figura 2 – Amostra da AN, utilizada para a determinação morfoscópica quantitativa Após a obtenção das composições granulométricas de referência para a areia AN, foram realizadas as composições das demais areias. Em cada areia, foram incorporados quatro teores de fíler: 0% (sem fíler), 1,5% (que é o teor de fíler oriundo da areia de rio, em estudo), 6% e 10% (média do teor de fíler das areias de britagem utilizadas no estudo). O fíler foi adicionado após a lavagem dos agregados. As composições de agregados utilizadas no trabalho estão expressas na tabela 4.

Tabela 4 – Composições de agregados utilizadas

Identificação \ teor de fíler 0 % (sem fíler) 1,5 % 6 % 10 % Areia natural AN ANF1,5 ANF6 ANF10 Areia de britagem – VSI ABVSI ABVSI1,5 ABVSI ABVSI Areia de britagem – mandíbulas ABM ABM1,5 ABM6 ABM10 As composições de agregados expressas na Tabela 4 foram utilizadas para a confecção de doze argamassas, no traço em volume de cimento, cal e areia, 1: 1: 6. O trabalho experimental foi realizado em sala climatizada com temperatura de (23 ± 2)ºC e umidade de (60 ± 10)% (recomendados pela ABNT NBR 13276: 2005). Inicialmente foi preparada

uma argamassa de cal hidratada, com a areia AN, adotando-se a seqüência e o tempo de mistura especificados na norma ABNT NBR 13276:2005: Após 24 horas depositou-se a argamassa de cal na argamassadeira e acrescentou-se o cimento nas quantidades definidas a partir do traço estipulado. Realizou-se homogeneização por 4 min., no recipiente do misturador. Em seqüencia, mediu-se a consistência, por meio do ensaio de mesa de consistência especificado na norma ABNT NBR 13276: 2005, acrescentando-se a quantidade de água necessária para atingir o índice de consistência de (260 ± 5)mm. A quantidade de água necessária para a argamassa de referência foi adotada na confecção das demais argamassas, o que resultou em diferentes índices de consistência nas demais argamassas. Para a determinação da trabalhabilidade das argamassas utilizou-se, além do ensaio do índice de consistência, mais dois métodos: o ensaio de penetração de cone (especificado pela Norma ASTM C780 (2010) e por Sousa (2005)) e o ensaio de squeeze-flow (especificado na norma ABNT NBR 15839:2010). Este método consiste na determinação do esforço necessário para comprimir a argamassa entre duas placas paralelas - Os testes foram realizados em uma máquina universal de ensaios Classe I com controle de deslocamento, utilizando-se uma célula de carga de 2000 N. As amostras de argamassa foram moldadas na forma cilíndrica, com 100 mm de diâmetro e 10 mm de altura. Foi adotada a velocidade de aplicação de carga de 0,1mm/s, simulando a aplicação manual da argamassa. O tempo decorrido desde o término do preparo da argamassa até o inicio efetivo do ensaio (compressão) foi de 15 minutos. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 Análise da forma dos grãos Observa-se, a partir das figuras 1 a 3, que o agregado miúdo natural apresenta a superfície dos grãos mais lisa do que os agregados miúdos de britagem e, quanto à angulosidade, um leve arredondamento nas pontas dos grãos e um formato mais cúbico do que os agregados miúdos de britagem, ou seja, tendem a uma melhor trabalhabilidade. Estas observações são sumarizadas na tabela 5, obtida a partir da análise qualitativa de 400 grãos de cada areia.

Tabela 5 – Análise qualitativa dos grãos dos agregados miúdos

grau de arredondamento

arredondado subarredondado subanguloso anguloso grau de

esfericidade grau de

esfericidade grau de

esfericidade grau de

esfericidade

Tipo de agregado

alto baixo alto baixo alto baixo Alto baixo AN - 5% 55% 25% 10% 5% - -

ABVSI - - 30% 10% - 60% - - ABM - - - - 5% 20% - 75%

As três areias possuem características morfoscópicas muito diferentes; as partículas da ABM são angulosas com baixo grau de esfericidade, as partículas da ABVSI são subangulosas com baixo grau de esfericidade e as partículas da AN são subarredondadas com alto grau de esfericidade.

Uma análise quantitativa dos grãos foi realizada com o auxílio de software que possibilita a medição da maior e da menor dimensão, do perímetro e da área superficial de cada grão, para então calcular seus coeficientes de arredondamento e a esfericidade, sumarizados na tabela 6. Utilizou-se para os cálculos as fórmulas 1 e 2: Arredondamento = 4 x área de projeção da partícula / [π (diâmetro máximo de Feret)2] Esfericidade = 4 x π x área de projeção da partícula / p2

Tabela 6 – Análise quantitativa dos grãos dos agregados miúdos arredondamento Esfericidade Fração

(mm) AN ABVSI ABM AN ABVSI ABM 1,2 0,67 0,65 0,60 0,68 0,67 0,61 0,6 0,73 0,66 0,62 0,74 0,74 0,70 0,3 0,75 0,73 0,69 0,80 0,78 0,78 0,15 0,78 0,74 0,77 0,82 0,80 0,82 0,075 0,70 0,81 0,72 0,78 0,84 0,80

A areia AN, quando comparada com a ABVSI e a ABM, apresentou maior arredondamento e esfericidade em praticamente todas as frações. Observa-se que os resultados da análise visual e da análise quantitativa são coerentes, confirmando que a AN apresenta a melhor forma de grãos nas duas análises, seguida pela ABVSI e a ABM, que foi a areia que apresentou a pior forma. Salienta-se a grande diferença entre a esfericidade e o arredondamento das areias de britagem em função do tipo de britador utilizado. 3.2 Caracterização das argamassas no estado fresco A partir do traço definido para AN, foram elaboradas as argamassas ABVSI e ABM, mantendo-se todos os parâmetros fixos, exceto o tipo de agregado. Esta substituição resultou em diferentes índices de consistência para as diferentes argamassas. O mesmo procedimento foi adotado para a adição de fíler aos traços, nos teores de 0%, 1,5%; 6% e 10%. Na Figura 3 é apresentado o valor do índice de consistência correspondente às médias entre três leituras consecutivas, para cada argamassa ensaiada, além do teor de fíler e dos teores de água das argamassas.

Figura 3 – Índice de consistência e teor de água das argamassas

Índice de consistência

(mm)

0 1,5 6,0 10

264

262

260

258

195 175 169 160

159

143 138

134

Teor de fíler (%)

AN

14,8 14,0 15,0 15,4 Teor de água (%)

ABVSI

ABM

Na argamassa de referência, o acréscimo de fíler resultou na diminuição do teor de água da mistura e numa pequena tendência à diminuição da consistência. Mesmo assim, todas as argamassas se mantiveram dentro do intervalo especificado para a consistência, fixado em (260 ± 5) mm. Nas argamassas onde a AN foi substituída pela ABVSI e ABM houve sensível perda de trabalhabilidade, observada pelo decréscimo no índice de consistência. Este fato se deve à forma dos grãos: considerando-se as argamassas sem fíler, na argamassa ABVSI os grãos subangulosos prejudicaram o escoamento da argamassa, resultando numa diminuição de 70mm no índice de consistência, e na argamassa ABM, com grãos essencialmente angulosos, esta propriedade foi ainda mais prejudicada, resultando numa queda de 105mm. Ao se adicionar fíler, sem correção no teor de água, nas duas argamassas com areia de britagem ocorreu uma queda perceptível no índice de consistência. Considerando-se um acréscimo de fíler de 10% o decréscimo do índice de consistência em relação à AN foi de 38% para a ABVSI e de 48% para ABM. Para determinação da trabalhabilidade das argamassas também foi utilizado o método de penetração de cone. Os resultados obtidos estão expressos na Figura 4.

50 46 45 44

25 21

13710 9

8 70

10

20

30

40

50

60

70

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Teor de filer (%)

Pen

etra

ção

de c

one

(mm

)

Figura 4 – Determinação da consistência por penetração de cone

Assim como observado no ensaio de mesa de consistência, na argamassa de referência (AN) o acréscimo de fíler resultou na diminuição do teor de água da mistura e numa pequena diminuição na penetração de cone. Todas as argamassas se mantiveram próximas do intervalo especificado para a consistência, fixado em (50 ± 5) mm. Nas argamassas onde a AN foi substituída pela ABVSI e ABM houve sensível perda de trabalhabilidade, observada pelo decréscimo na penetração de cone. Para a AN a penetração de cone é 50 a 84% maior do que para a ABVSI e 80 a 84% maior do que para a ABM. Este fato se deve provavelmente a forma dos grãos, que alteram a tensão de escoamento da argamassa, permitindo uma maior penetração do cone nas areias com grãos mais arredondados. Observa-se que na ABVSI há um decréscimo na profundidade de penetração de cone (diminuição da trabalhabilidade) quando acrescentado fíler à mistura. Tal fato não foi

AN

ABVSI

ABM

constatado para a ABM devido ao valor excessivamente baixo de penetração de cone na argamassa sem fíler. Para a determinação da trabalhabilidade das argamassas, também se utilizou o ensaio do squeeze-flow. Os resultados obtidos estão expressos na figura 5.

Squeeze Flow (velocidade 0,1mm/s)

0

200

400

600

800

1000

1200

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Deslocamento (µm)

Ten

são

(N)

AN F0

AN F1,5

AN F6

AN F10

ABVSI F0

ABVSI F1,5

ABVSI F6

ABVSI F10

ABM F0

ABM F1,5

ABM F6

ABM F10

ABVSI F0

ABVSI F10

ABM F10

ABM F6

ABM F1,5

ABM F0

AN F0

AN F10

AN F6

AN F1,5 ABVSI F6

ABVSI F1,5

ABM F0

Figura 5 – Curvas de tensão x deslocamento no Squeeze-flow (v= 0,1 mm/s)

As argamassas AN apresentaram o maior deslocamento em função da carga aplicada, seguidas pelas argamassas ABVSI. As argamassas que necessitam maior energia para manuseio são as argamassas ABM. Este comportamento é coerente com o observado no ensaio de consistência. Quanto maior a quantidade de fíler adicionada à mistura menor é o deslocamento da argamassa no ensaio do squeeze-flow. No caso da areia de referência, há uma sensível diferença de trabalhabilidade, não constatada no ensaio de mesa de consistência. Nas areias de britagem (ABVSI e ABM) o comportamento foi semelhante, porém com menores variações no deslocamento. Observa-se que a influência da forma do grão supera a da adição de fíler, em todas as argamassas. Pandolfo e Masuero (2005) observaram que a adição de um maior teor de fíler aumenta a trabalhabilidade das argamassas, o que neste estudo foi confirmado para as argamassas AN, no ensaio com a mesa de consistência, onde uma maior adição de fíler resultou numa menor quantidade de água para atingir o índice de consistência pré-fixado. No ensaio do squeeze-flow, entretanto, observa-se que o acréscimo de fíler (sem correção no teor de água da argamassa) resulta num aumento da viscosidade e a conseqüente queda de trabalhabilidade da argamassa, provavelmente em função do aumento da área superficial do agregado, não compensada com acréscimo de água. Constata-se que o ensaio com a mesa de consistência, especificado pela norma ABNT NBR 13276:2005, não é capaz de identificar esta alteração na trabalhabilidade. Freitas (2010) ressalta que os resultados do ensaio squeeze-flow permitem a analogia com a aplicação da argamassa no revestimento. Argamassas com cargas intermediárias (no caso específico, as argamassas produzidas com AN), independente do teor de fíler, tendem a possibilitar uma maior produtividade de aplicação. Por outro lado, argamassas

que necessitam de cargas muito maiores para serem deformados, possivelmente são de difícil aplicação e resultam em baixa produtividade, o que foi constatado nas argamassas confeccionadas com ABVSI e ABM. 4. CONCLUSÕES A diferença de forma dos grãos exerce forte influência na trabalhabilidade das argamassas. As areias que apresentaram a menor esfericidade e o menor arredondamento, ABVSI e ABM, tiveram sua trabalhabilidade muito reduzida, quando comparadas as argamassas confeccionadas com AN. O efeito da forma destes agregados foi muito pronunciado, e é coerente com as observações de Tristão (2005). A alteração no teor de fíler adicionado às argamassas também exerce influência na trabalhabilidade, porém com menor intensidade que a forma dos grãos. A adição de uma maior quantidade de fíler nas argamassas melhora a sua trabalhabilidade, mas pode gerar maior retração na argamassa endurecida. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM C 780 – 10; Standard Test Method for Preconstruction and Construction Evaluation of Mortars for Plain and Reiforced Unit Masonry. Philadelphy, 2010. ARAÚJO, G. S. Estudo dos parâmetros texturais das areias para argamassas de revestimento através da análise de imagem. 2001. Dissertação (Mestrado Engenharia Civil) – Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, 2001. ARNOLD, M. C. D. Análise da influência da forma dos grãos nas propriedades das argamassas. 2011. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Unisinos – Universidade do Vale do Rio dos Sinos, São Leopoldo, 2011. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7251: Agregado em estado solto – determinação da massa unitária. Rio de Janeiro, 1987. _____. NBR 7389: Apreciação petrográfica de materiais naturais, para utilização como agregado em concreto. Rio de Janeiro, 1992. ___. NBR 13276: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – preparo da mistura e determinação do índice de consistência. Rio de Janeiro, 2005. ___. NBR 15839: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – caracterização reológica pelo método squeeze-flow. Rio de Janeiro, 2010. _____. NBR NM 45: Agregados – Determinação da densidade de massa e do volume de vazios. Rio de Janeiro, 2006. _____. NBR NM 46: Agregados – Determinação do material fino que passa através da peneira 75µm, por lavagem. Rio de Janeiro, 2003. _____. NBR NM 52: Agregado miúdo – Determinação da massa específica e massa específica aparente. Rio de Janeiro, 2003. ___. NBR NM 53: Teor de material fino que passa através da peneira 75µm por lavagem. Rio de Janeiro, 2002. _____. NBR NM 248: Agregados – Determinação da distribuição granulométrica. Rio de Janeiro, 2003. BASTOS, P. K. X. Fine aggregates of crushed stone for mortars and concretes - Juiz de Fora. Anais do Encontro nacional de tecnologia do ambiente construído, ANTAC, 2006.

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6. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao auxílio concedido pela FINEP, na forma de verba para fomento e à FAPERGS e ao CNPq, pelas bolsas concedidas para a pesquisa.