anÁlise microestrutural de pastas de cimento...

ANAIS DO 54º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2012 – 54CBC 1

ANÁLISE MICROESTRUTURAL DE PASTAS DE CIMENTO PORTLAND BRANCO MODIFICADO POR UM POLÍMERO DE BASE ACRÍLICA COMO

FERRAMENTA PARA ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE RESISTÊNCIA MECÂNICA.

MICROSTRUCTURAL ANALYSIS OF WHITE PORTLAND CEMENT PASTES MODIFIED BY ACRYLIC POLYMER AS A TOOL TO STUDY THE BEHAVIOR OF MECHANICAL

STRENGTH.

Emerson José da Silva (1), Simone Perruci Galvão (2), João Manoel de Freitas Mota (3), Rosa Maria Souto Maior (4).

(1) Graduando da Faculdade do Vale do Ipojuca – FAVIP – email: [email protected]

(2) Professora Doutora do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade do Vale do Ipojuca – FAVIP – email: [email protected]

(3) Professor Coordenador do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade do Vale do Ipojuca – FAVIP e Doutorando do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de

Pernambuco – UFPE – email: [email protected] (4) Professora Doutora, Departamento de Química Fundamental da Universidade Federal de

Pernambuco – UFPE – email: [email protected]

(1) Av. Presidente Vargas, nº 09, Centro – Panela/PE, CEP: 55470-000

Resumo

As propriedades obtidas por argamassas e concretos modificadas por polímeros no estado macroscópico são relatadas pela literatura, no entanto, o estudo voltado à microestrutura do material para se compreender a natureza das interações que ocorrem nas pastas são pouco relatados e factíveis para justificar o comportamento no estado macroestrutural. Este trabalho, portanto, tem o objetivo de avaliar e discutir as características macroestruturais apresentadas por uma pasta cimentícia modificada por um polímero em pó, de base acrílica (MOD – E10%), em relação a uma pasta de referência (REF), e assim, confrontar os resultados com as características microestruturais destas pastas. Para tal foram realizados ensaios mecânicos (compressão axial e tração por compressão diametral), ensaio de durabilidade (absorção de água por capilaridade) e ensaios microestruturais (FTIR, MEV), nas idades de 28 e 91 dias. As propriedades da pasta no estado fresco foram avaliadas pelos tempos de pega. Um melhor desempenho da pasta de referência (REF) para os ensaios mecânicos foi constatado, devido a maior maturidade desta pasta em relação à modificada, bem como uma menor presença de poros. A menor resistência à tração da pasta (REF) evidenciou um comportamento contrário ao constatado pela literatura. As pastas modificadas apresentaram uma menor absorção capilar em relação à de referência, devido, provavelmente, a barreira criada pela formação de filmes poliméricos no interior dos poros. Palavra-Chave: Cimento Portland Branco, Polímero em pó acrílico, Análise microestrutural, Análise macroestrutural.

Abstract

The properties obtained by mortars and concretes modified by polymers in macroscopic state are reported in the literature, however, the study focused on the microstructure of the material to understand the nature of interactions that occur in pastes are rarely reported and feasible to justify the behavior in the state structural aspects. This work, therefore, is to evaluate and discuss macrostructural characteristics presented by a polymer-modified paste, acrylic (MOD - E10%), compared to the reference paste (REF), and thus compare the results with the microstructural characteristics of these paste. For such, mechanical tests (axial compression and tensile strength by diametrical compression), durability test (water absorption by capillarity)

mailto:[email protected]





and microstructural testing (FTIR, SEM) were performed, at the ages 28 and 91 days. The properties of the pastes in the fresh state were evaluated by the time the handle. A better mechanical tests performance of the reference paste (REF) was observed, due to a more maturity in relation to the modified paste and a lesser porosity. A higher tensile strength obtained by reference paste (REF) was different of the results reported by literature. The modified pastes had a lower capillary absorption, probably due to the barrier created by the formation of polymeric films within the pores. Keywords: White Portland Cement, Acrylic Polymer powders, microstructural analysis, macro-structural analysis

1. Introdução Uma grande variedade de estudos tem sido orientada para o compósito cimento-polímero, com enfoque na composição; tipos e teores de polímeros empregados e condições de cura, a fim de se alcançar um melhor desempenho do material no estado endurecido. Neste campo entram as propriedades de resistência mecânica (resistência à tensão de flexão, aderência e resistência à abrasão) e durabilidade (alta impermeabilidade e resistência química). (GALVÃO, 2011). Outros estudos tentam compreender o mecanismo de interação entre os polímeros e o cimento na matriz cimentícia relatando as interações físicas, propiciada pelo envolvimento de filmes e/ou partículas poliméricas entre os produtos hidratados e cobrindo a região dos poros (OHAMA, 1987.; BEELDENS et al, 2005.; PUTERMAN & MALORNY, 1998.; apud GALVÃO, 2011), e as interações químicas que ocorrem entre certos grupos ácidos do polímero, ao sofrer hidrólise alcalina na solução dos poros, e os íons de Ca2+, formando um sal orgânico (SUGAMA, KUKACKA & HORN, 1979.; CHANDRA, BERNTSSON & FLODIN, 1981.; SUGAMA & KUKACKA, 1982.; SUGAMA, KUKACKA & CARCIELLO, 1984, OHAMA, 1987.; LARBI & BIJEN, 1990.; SILVA, 2001, GOMES, FERREIRA & FERNANDES, 2005.; apud GALVÃO, 2011).Entretanto, uma correlação entre os aspectos de interação e as propriedades macroestruturais ainda são poucos (GALVÃO, 2011). Visto esta característica, o trabalho tende relacionar e também confrontar a análise microestrutural com o desempenho mecânico de uma pasta de referência (REF) com uma pasta modificada por um polímero acrílico (MOD – E10%). As adições à base de polímeros, também conhecidas por modificadoras do cimento, são misturas que contém o polímero como um dos componentes principais, sendo os mesmos responsáveis pela modificação ou melhoria das propriedades dos materiais de base cimento (OHAMA, 1998). Ainda segundo Ohama, (1998), adições poliméricas podem ser classificadas em quatro tipos: látices poliméricos, polímeros em pó redispersíveis, polímeros solúveis em água, resinas líquidas. As propriedades de resistência à compressão, resistência à tração e absorção de água por capilaridade foram avaliadas com o intuito de confrontar os desempenhos apresentados pelas pastas estudadas às suas características microestruturais, e assim, tentar descrever quais as principais mudanças ocorrem na pasta quando um polímero acrílico em pó é incorporado na matriz cimentícia, justificando assim algumas propriedades da pasta no estado macroestrutural.


2. Programa Experimental – Materiais e Métodos

2.1. Materiais As pastas estudadas foram confeccionadas utilizando um cimento Portland branco do tipo CPB 40, de acordo com a norma brasileira NBR 12989/93, água distribuída pela COMPANHIA PERNAMBUCANA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA (COMPESA), no município de Caruaru, e um polímero em pó de base acrílica.

Algumas exigências físicas e mecânicas relativas ao cimento Portland branco no Brasil é regido pela NBR 12989 (ABNT, 1993), listados a seguir (Tabelas 1 e 2).

Tabela 1. Exigências físicas para o cimento Portland branco

Características e propriedades Unidade Limites

CPB-40

Resíduo na peneira 45 µm % 12,0

Tempo de início de pega H 1

Expansividade a quente Mm 5

Resistência à compressão

3 dias 7 dias 28 dias

MPa

15,0 25,0 40,0

Brancura % 78

fonte: NBR 12989 – ABNT (1993)

Tabela 2. Classes de resistência do cimento Portland branco estrutural

Classe de resistência Resistência à compressão aos 28 dias de idade (MPa)

Limite inferior Limite superior

40 40,0 -

fonte: NBR 12989 – ABNT (1993)

Nesta pesquisa o polímero utilizado foi um polímero acrílico em pó, redispersível, desenhado para melhorar o desempenho das argamassas de cimento Portland. Segundo dados do fabricante, ao incorporar este polímero às formulações cimentíceas podem ser obtidas grandes melhorias nas propriedades como aderência, resistência à abrasão, tensão de flexão e durabilidade externa, que estão associadas ao uso de polímeros acrílicos, além da conveniência de um sistema monocomponente. Este polímero confere algumas propriedades físicas típicas que seguem (Quadro 1):

Quadro 1 – Propriedades Físicas típicas do polímero:

Propriedades Físicas Típicas

Aparência Pó branco de fluxo livre

Tipo de Polímero 100% Acrílico

Densidade a granel Aproximadamente 25,0 Ib./ft3

Tg (início DSC) 10 0C

Tamanho Médio da Partícula Aproximadamente 60 microns

Agente Antiaglomerante Aproximadamente 5,0%


2.2. Métodos 2.2.1. Procedimentos de mistura, moldagem e acondicionamento das pastas. A pesquisa foi executada no Laboratório de Engenharia Civil da Faculdade do Vale do Ipojuca (LEC– FAVIP), em Caruaru/PE, e as análises microestruturais foram realizadas na Universidade Federal de Pernambuco (UFPE/campus Recife/PE), no departamento de química fundamental. A pesquisa é constituída por 02 grupos de pastas, sendo uma amostra de referência (pasta REF), composta por cimento e água, e outra modificada com a adição de 10% do polímero em pó (base acrílica), em relação à massa do cimento, designada como pasta (MOD – E10%). As pastas foram confeccionadas com uma relação a/c (água/cimento) de 0,29 e 0,28, respectivamente, que foram os teores de água necessários para a pasta atingir uma consistência de (06 mm e 05 mm), respectivamente, de acordo com a norma (NBR NM 65/2002). A mistura ocorreu em uma argamassadeira mecânica/elétrica, por um tempo total de 3min 30s, de acordo com a seguinte sequência de mistura dos materiais: 1° Mistura do pó mais o cimento com espátula até a homogeneização (30s); 2° Mistura do pó (resultante do passo 1°), mais a água (de fração em fração) por um período de 90s (em baixa rotação); 3° Após adicionada toda água na argamassadeira, esta foi ajustada para alta rotação por mais um período de 120s; Para a família de referência foram moldados 37 cp’s (corpo de prova) cilíndricos de dimensão de 50x100 mm e para a família modificada foram moldados 34 cp’s. Após 24hs de moldagem os cp’s foram desmoldados e submetidos à cura mista, sendo mantidos por 07 dias em cura úmida (submersos em tanque de água). Após esta idade foram mantidos em uma temperatura média ambiente de 26±3 0C até a idade de estudo (28 e 91 dias), revestidos com plástico “insufilme” (para evitar o contato das amostras com o CO2 do ar). 2.2.2. Métodos de ensaio. As pastas foram analisadas nos estados fresco e endurecido. O método utilizado para a avaliação das pastas no estado fresco foi à análise dos tempos de pega (ABNT NBR NM 43, 2002). No estado endurecido foram feitas análises microestruturais: espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Para análise macroestrutural foram adotados os ensaios de resistência à compressão (NBR 5739, 2007), resistência à tração por compressão diametral (NBR 7222, 1994) e absorção de água por capilaridade (NBR 9779, 1995). Foram moldados cp’s cilíndricos de 50 x 100 mm cujas quantidades ensaiadas estão relacionadas no quadro abaixo (Quadro 2).


Quadro 2 – Ensaios versus quantidades de corpo de prova moldados por amostra.

Ensaio

Quantidade de cp’s ensaiados

REF MOD. 10%

Resistência à compressão (28 dias) 09 06

Resistência à tração por compressão diametral (28 dias) 06 06

Absorção de água por capilaridade (28 dias) 05 05

Resistência à compressão(91 dias) 09 09

Resistência à tração por compressão diametral (91 dias) 08 08

Para as análises da resistência à compressão e resistência à tração foi utilizado o equipamento (Prensa servo-hidráulica - EMIC), que possui tipo de acondicionamento servo-controlada, com escala digital e capacidade 2000 kN. Amostras em pó das pastas (REF) e (MOD – E10%) foram utilizadas para realizar os ensaios de FTIR. Os espectros de infravermelho por transformada de Fourier foram obtidos em equipamento BRUKER IFS 66, utilizando a técnica de pastilhas prensadas de

KBr (3,3 mg de amostra e 200 mg de KBr). As amostras foram submetidas a 50 varreduras, na região espectral de 4000 a 400 cm-1. As análises por MEV foram realizadas em amostras fraturadas, extraídas do terço-médio do corpo de prova, devidamente metalizada com uma fina camada de ouro na superfície ~20NM, utilizando-se o equipamento SHIMADZU SS 550.

3. Resultados e discussões

3.1. Avaliação das pastas no estado fresco 3.1.1. Inicio e fim de pega A pega é basicamente um processo de transformação de uma suspensão concentrada dispersa, existente inicialmente no meio, para um sistema de partículas ligado e fortalecido. No caso do cimento e do concreto esta transformação ocorre pela reação química entre as partículas do cimento e a água, chamada hidratação (JIANG, MUTIN & NONAT, 1995, apud Galvão et al, 2011a). Os tempos de pega das pastas analisadas são apresentados na Tabela 3.

Tabela 3 – Tempos de início e fim de pega das pastas:

Pastas

Tempos de Pega (min)

Início Fim

REF 100 175

MOD (E10%) 630 > 630

Foi observado na pasta (MOD – E10%) um aumento dos tempos de inicio e fim de pega, em relação à pasta de referência (REF). Essa diferença nos tempos de pega é atribuída


aos distintos grupos funcionais dos polímeros, sua natureza, comprimento de cadeia, etc, que afetam as propriedades da mistura cimentícia (RAY & SINGH, 2005, apud KIRCHHEIM, 2003). GALVÃO (2011), relacionou o retardo no fenômeno de pega devido aos efeitos dos polímeros na matriz cimentícia. A autora levanta algumas hipóteses para este fenômeno de acordo com a literatura pesquisada, nas quais as mais plausíveis para justificar o comportamento da pasta (MOD – E10%) seriam:

O envolvimento dos polímeros nas partículas anidras, dificultando a sua dissolução e o transporte dos íons para solução, estendendo o período dormente (OHAMA, 1987.; SU, BIJEN & LARBI, 1991.; BEELDENS et al, 2005.; PUTERMAN & MALORNY,1998; apud GALVÃO, 2011);

Devido à baixa hidratação, os produtos que viriam a dar rigidez ao sistema são formados em pequenas quantidades, logo, as pastas permanecem plásticas por tempos maiores (GALVÃO, 2011);

3.2. Avaliação das pastas no estado endurecido 3.2.1. Análise microestrutural 3.2.1.1. Espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) Neste trabalho os espectros de infravermelho da pasta de Referência (REF) e da pasta modificada por um polímero de base acrílica (MOD – E10%) foram comparados entre si e com os espectros do cimento anidro e do polímero PE (polímero acrílico). As principais modificações e formações de fases, no decorrer das idades de estudo, foram determinadas a partir das bandas visualizadas nos espectros. As atribuições das principais vibrações características das fases anidras, das fases hidratadas, dos polímeros e de fases resultantes da interação entre o polímero e o cimento foram feitas com base na revisão da literatura. Na Figura 1 são informadas as bandas do cimento anidro. Na Figura 2 são mostrados os espectros das pastas (REF) e (MOD – E10%), na idade de 91 dias. Não houveram modificações significativas nos espectros das pastas aos 28 dias, por isso, os mesmos não foram plotados.

Figura 1- Espectro de infravermelho do Cimento. Figura 2- Espectro de infravermelho das pastas aos

91 dias.


Observou-se em ambas as pastas (Figura 2) e idades bandas em 3640 cm-1, referente à vibração da banda O-H, ligada a um metal, neste caso Ca(OH)2. (GOMES, FERREIRA & FERNANDES, 2005.; LARBI & BIJEN, 1990.; SILVA, 2001.; WANG, XIN-GUI & WANG, 2006, apud GALVÃO et al 2011a). Sendo esta banda bem mais desenvolvida em relação ao espectro do cimento anidro (Figura 1), onde teoricamente não deveria existir e é típico de uma prévia hidratação do cimento durante o armazenamento do material. Em ambas as idades verifica-se que as pastas (REF) apresentaram uma maior intensidade desta fase em relação à pasta (MOD – E10%). Este resultado indica uma maior quantidade desta fase na pasta (REF), que pode ser devido a menor hidratação da pasta nesta idade, influenciada pelo polímero. A banda de estiramento e a banda de deformação da ligação O-H são sensíveis ao ambiente químico em que a água se encontra. Nos espectros das pastas estudadas (Figura 2) foram constatadas bandas alargadas, centradas em 3438,5 cm-1, atribuídas às

vibrações de estiramento simétrico e assimétrico (1 e 3) da ligação O-H, e bandas mais estreitas em 1639,2 cm-1, 1615 cm-1 e em 1683 cm-1, referentes à vibração de deformação desta mesma ligação, presentes em moléculas de água. (TAYLOR, 1990.; GAO et al, 1999.; MOLLAH et al, 1995.; MOLLAH et al, 2000, Apud GALVÃO et al, 2011a). Segundo Taylor (1990), a banda em 3440-3446 cm-1 pode ser atribuída ao estiramento O-H, presente nas fases de C-S-H, monossulfoaluminato e/ou etringita. Já as bandas em 1675 cm-1 e em 1640 cm-1, podem também ser associadas à vibração de deformação no

plano (2) referente à fase etringita. (TREZZA & LAVAT, 2001). Bandas bem próximas a estas (1641,1 e 3438,5 cm-1), foram observadas em ambas as pastas (Figura 2) e idades, não sendo possível por esta técnica detectar diferenças significativas entre as mesmas. O mesmo foi constatado para o singleto em (1120 e 1116 cm-1) em ambas as idades, típicos da fase etringita. As fases carbonática caracterizada pelas vibrações referentes à ligação do íon CO3

2- foi observada na fase anidra (Figura 1), e nas pastas hidratadas (Figura 2). As vibrações associadas ao ânion carbonato foram observadas em 1427,1 cm-1, atribuída à vibração de

estiramento assimétrico 3, em 713,5 cm-1 concernente à deformação angular fora do

plano 4 (HUGHES et al, 1995.; JANOTKA et al, 1996, Apud GALVÃO et al, 2011a). A hidratação das fases anidras C3S e C2S promove a formação da fase silicato de cálcio hidratado (C-S-H). Pela análise de FTIR, esta transformação é observada pelo deslocamento da banda em 923 cm-1 (cimento anidro, Figura 1) para 970 cm-1 (pastas

hidratadas, Figura 2), sendo esta a vibração de estiramento assimétrica (3) da ligação Si-O. (MOLLAH et al, 1998; SINGH & SINGH, 2006, Apud GALVÃO et al, 2011a). Observam-se nos espectros que esta banda é mais intensa nas pastas (REF), em ambas as idades, caracterizando uma maior hidratação desta pasta. Pela análise dos espectros não foi constatado diferenças nas fases formadas e que houve uma maior fixação das moléculas de água nesta fase com o decorrer da idade, justificado pelo maior estreitamento da banda em 970 cm-1.


3.2.1.2. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) Através da análise da superfície das pastas utilizando os elétrons secundários, em conjunto com a análise de energia dispersiva de raios X (EDS), foi possível identificar os principais produtos hidratados formados nas pastas estudadas, no decorrer da idade de hidratação, bem como, constatar mudanças na morfologia das mesmas na presença do polímero. Pela micrografia da pasta (REF) - (Figura 3 a e b), aos 28 dias, visualizam-se poucos poros superficiais e esféricos, típicos de ar incorporado, com fraturas em seu interior (oriundas do processo de rompimento das amostras por compressão). Esta pasta apresenta uma certa maturidade e uma morfologia mais densa e sem presença marcante de regiões de contornos de grãos, embora em alguns pontos tenham sido observados grãos anidros em processo de hidratação (Figura 3.1) e fases hidratadas como etringita.

Figura 3a – Vista geral da zona de fissuração

(devido à tensão de compressão) – aos 28 dias. Figura 3b – Ampliação da região do ponto 2 (Fig. 3a)

10000x

Figura 3.1 – EDS da pasta REF do ponto 1 (Fig. 3a)

aos 28 dias. Figura 3.2 – EDS da pasta REF do ponto 2 (Fig. 3a)

aos 28 dias.

Pela análise da microscopia da pasta (MOD – E10%), aos 28 dias (Figura 4), foi constatada várias zonas com fissuras, direcionadas em relação aos poros, e uma porosidade mais elevada em relação à pasta de referência. Os poros observados variam de superficiais a mais profundos, contendo em seu interior fases com morfologia rugosa e

1

2


rica em Ca, Si, K, Al, e fases irradiadas a partir da superfície do poro, ricas em Ca, provável CH. A morfologia interna na região dos poros apresenta-se heterogênea, variando de regiões com cristais hexagonais com plano de clivagem definidos à outros com contornos de grãos bem definidos, típicos de uma menor maturidade da pasta (Figura 5 a e b).

Figura 4 - Vista geral da pasta (MOD – E10%), aos 28 dias.

Figura 5a - Vista do poro da pasta (MOD – E10%),

aos 28 dias. Ampliação 5000x Figura 5b - Vista do poro da pasta (MOD – E10%,

aos 28 dias. Ampliação 5000x.

Aos 91 dias também foi observado na pasta (MOD – E10%) porosidade e presença de grãos, ainda em hidratação. Típicos de uma hidratação mais lenta desta pasta. 3.2.2. Análise macroestrutural No estado endurecido são analisadas nas pastas (REF) e (MOD – E10%) três propriedades, a saber: ensaios mecânicos (compressão e tração) e de durabilidade (ascensão capilar), nas idades de 28 e 91 dias, para as mesmas condições de cura. 3.2.2.1. Resistência à compressão As pastas (REF) e (MOD – E10%) foram submetidas ao ensaio de resistência à compressão, nas idades de 28 e 91 dias, na condição de cura mista. Os resultados dos ensaios seguem (Quadros 3 e 4):


Quadro 3 – Valor individual e médio da resistência à compressão, das pastas (REF), (MOD – E10%), na idade de 28 dias, em (MPa).

Pasta de REF Pasta MOD. (E10%)

65,99 29,02

60,67 31,10

66,81 -

62,83 -

Média: 64,07 30,06

Desvio Padrão: 2,46 1,04

Quadro 4 – Valor individual e médio da resistência à compressão, das pastas (REF), (MOD – E10%), na idade de 91 dias, em (MPa).


82,77 40,59

84,33 43,00

81,13 55,69

76,34 52,15

77,45 -

Média: 80,40 47,85


Os dados acima referem-se aos valores de resistência à compressão obtidos nos cp´s ensaiados, utilizando-se apenas os resultados tratados estatisticamente, onde os valores espúrios foram excluídos da análise. Os resultados em gráficos são apresentados abaixo nas figuras 6 e 7.

Figura 6. Resistência média à compressão aos

28 dias. Figura 7. Resistência média à compressão aos

91 dias.

A partir da análise dos resultados da resistência à compressão das pastas (REF) e (MOD – E10%), nas idades de 28 e 91 dias, foi observado que a pasta modificada apresenta resistências à compressão inferior à pasta (REF), em uma média de 53,5%. Muito provavelmente este resultado deve-se ao menor grau de maturidade da pasta (MOD – E10%), visualizada na análise de MEV e FTIR, aliada a presença de uma maior


porosidade da mesma. Aos 91 dias, houve um aumento na taxa da resistência à compressão da pasta (MOD – E10%), em relação a idade de 28 dias. Logo, um amadurecimento mais acentuado da pasta (MOD – E10%) ocorreu ao longo da idade de hidratação, fortalecendo a ideia da baixa maturidade da pasta em idades iniciais. Walters (1993) e Ohama et al. (1991), apud Pina et al, (2009) observaram melhorias na resistência à compressão de argamassas modificadas com polímeros de SB (Estireno-Butadieno) e de AE (Família dos polímeros de éster acrílicos), o contrário do observado nas argamassas com polímeros de VAc (Acetato de vinila). Popovics et al (1985), apud Pina, (2009) observaram redução da resistência quando modificaram argamassas com polímeros de EP (Epoxídicos), o mesmo comportamento foi observado por Schulze e Killermann (2001), apud Pina, (2009), em argamassas modificadas com polímeros de VAE (Estireno vinilacetato) e de As (Acrílicos). Logo, na maioria dos casos a introdução de polímeros nos materiais cimentícios diminui ou retarda a sua resistência à compressão, embora os resultados variem com a natureza e tipo de polímero adicionado. Esta característica está associada, provavelmente, a menor maturidade da pasta e a presença de vazios, neste último caso associado em muitos casos a ausência de um aditivo antiespumante. Ribeiro (2004), apud Pina et al, (2009), observou que, para idades mais tardias, independentemente do valor de P/C (polímero/cimento) adotado, as PCM (argamassas modificadas por polímeros) apresentaram maior taxa de crescimento da resistência à compressão do que a argamassa padrão (Pa1). No presente trabalho esta característica também foi observada, a pasta (MOD – E10%) apresentou um percentual da resistência à compressão aumentado, aos 91 dias, cerca de (37,20%), em relação aos 28 dias. Sendo este resultado superior ao atingido pala pasta (REF) que foi de 20,30%. Segundo a autora, nas PCM em idades mais tardias ainda existiriam partículas de cimento por hidratar e água por consumir, devido à maior impermeabilidade conferida pelo filme, que terá aumentado a capacidade de retenção de água, conferindo uma cura interna à PCM (PINA, 2009). Este comportamento provavelmente ocorre nas pastas analisadas neste trabalho, uma vez que por MEV também foi visualizado partículas anidras nas diferentes idades e em quantidades superiores as observadas na pasta (REF). Ribeiro (2004), apud PINA (2009), observou, por MEV, a presença do filme polimérico revestindo os cristais Ca(OH)2, tendo como consequência o atrofiamento do seu crescimento. Neste trabalho não foi possível observar o filme polimérico na superfície dos hidratos, no entanto, nota-se na superfície dos poros o crescimento de cristais de Ca(OH)2, diferenciados em relação a pasta de (REF). A autora, justifica que o atrofiamento dos cristais de Ca(OH)2 e a redução das microfendas na pasta contribuem também para aumentar a resistência à compressão das PCM. Contudo, o retardo do processo de hidratação do cimento e o aumento da porosidade fechada têm um peso maior, resultando na redução da resistência à compressão nas primeiras idades. Em idades tardias, embora a taxa de crescimento da resistência à compressão seja maior nas PCM, esta pode não ser suficiente para se atingirem as resistências das argamassas cimentícias. (PINA, 2009).


Embora o teor de 10% da modificação cimentíca ser considerado um teor ótimo para promover as melhores resistências aliadas à durabilidade das pastas, neste trabalho esta constatação não foi observada. No entanto, houve um maior desenvolvimento da resistência com o decorrer da idade da hidratação. Pelas análises microestruturais, o retardo na maturidade da pasta, juntamente com a visualização da sua maior porosidade, contribuíram efetivamente para este resultado. Muito embora, a quantidade e tamanho de poros devam ser medidos por outras técnicas, em virtude da MEV não ser a mais indicada para esta constatação. 3.2.2.2. Resistência à tração por compressão diametral As pastas REF e MOD E10% foram submetidas ao ensaio de resistência à tração, nas idades de 28 e 91 dias, na condição de cura mista. Os resultados dos ensaios seguem, nos Quadros 5 e 6.

Quadro 5 – Valor individual e médio da resistência à tração por compressão diametral, em (MPa), das pastas (REF) e (MOD – E10%), na idade de 28 dias.


16,93 16,89

17,15 08,85

15,92 08,04

17,67 16,41

Média: 16,92 12,55


Quadro 6 – Valor individual e médio da resistência à tração por compressão diametral, em (MPa), das

pastas (REF) e (MOD – E10%), na idade de 91 dias.


25,97 08,59

21,72 09,86

21,13 11,79

22,88 11,72

23,47 10,86

- 11,64

Média: 23,03 10,74


Os resultados em gráficos são apresentados abaixo, nas Figuras 8 e 9.


Figura 8. Resistência média à tração aos 28 dias. Figura 9. Resistência média à tração aos 91 dias.

Os dados acima se referem aos valores de resistência à tração obtidos nos cp’s ensaiados, utilizando-se apenas os resultados tratados estatisticamente, onde os valores espúrios foram excluídos da análise. A partir da análise de resistência à tração por compressão diametral das pastas (REF) e (MOD – E10%), nas idades de 28 e 91 dias, foi observado que a pasta modificada apresenta resistência à tração por compressão diametral inferior à pasta (REF), em uma média de 21,69%. Aos 91 dias, houve um aumento na taxa da resistência à tração da pasta (REF), cerca de (36,11%), esta foi superior à atingida pala pasta (MOD – E10%) – que diminuiu em (14,42%). As pastas de cimento Portland hidratadas são formadas por estruturas aglomeradas de silicato de cálcio hidratado, ligadas por ligações fracas, do tipo Van der Waals, ao hidróxido de cálcio. Nestas, após uma situação de tensão, ocorre à formação de microfissuras promovendo nas argamassas tradicionais uma menor resistência à tração e menor tenacidade à fratura (OHAMA & RAMACHANDRAN, 1995, apud GALVÃO, 2011). Para as pastas modificadas por polímero há a formação de filmes contínuos ou membranas, que tendem a formar uma massa monolítica na qual a fase látex interpenetra na fase do cimento hidratado (OHAMA, 1987, apud GALVÃO, 2011). Além de que, os filmes poliméricos formados podem envolver fissuras em desenvolvimento, após uma situação de tensão, opondo-se à sua formação e aumentando a resistência do material quanto à tração. Ao contrário do exposto, identificamos uma menor resistência à tração da pasta de (MOD – E10%) em ambas as idades. Provavelmente este resultado foi influenciado pela condição de extração dos corpos de prova dos moldes (PVC), com utilização de um macaco hidráulico, que induziu a um estado de tensão prévio, propiciando defeitos nos cp’s, comprometendo assim os resultados. Isso também pode explicar os valores da resistência à compressão, uma vez que exigiu-se maior esforço para extração dos corpos-de-prova da pasta modificada. O que ocorre é que nas pastas modificadas foi aplicado um


maior esforço para a retirada dos corpos de prova dos moldes e isto muito provavelmente afetou os resultados estabelecidos. 3.2.2.3. Ascensão de água por capilaridade As pastas (REF) e (MOD – E10%)foram submetidas ao ensaio de absorção de água por capilaridade, na idade de 28 dias, os resultados obtidos são informados no Quadro 7.

Quadro 7 – Valor individual e médio da ascensão capilar da água, nas pastas (REF) e (MOD – E10%), na idade de 28 dias. Valores em (Cm).


3,0 0,50

3,7 0,60

4,7 0,40

Média: 3,8 0,5


Os resultados em gráfico é apresentado abaixo na Figura 10.

Figura 10. Ascensão capilar da água média aos 28 dias.

A partir da análise da absorção de água por capilaridade das pastas (REF) e (MOD – E10%), na idade de 28 dias, foi observado menores ascensões capilares nas pastas modificadas. A absorção da pasta (MOD – E10%) é reduzida em torno de 87% em relação à pasta de referência. A pasta (REF) teve o pior comportamento apesar da maior maturidade desta pasta. As pastas com polímeros em sua constituição possuem, quando dosadas e curadas adequadamente, uma maior barreira física à entrada da água. Esta barreira é criada pela formação de filmes poliméricos no interior dos poros e também pelos produtos formados no interior dos mesmos. A formação de poros maiores é propiciada por maiores teores de polímeros (OHAMA, 1987.; RILEY & RAZL, 1974, apud GALVÃO, 2011) e neste caso uma menor ascensão capilar pode ocorrer, principalmente quando os mesmos não são conectados.


A formação de produtos no interior dos vazios de ar incorporado foi observada, por MEV, nas pastas (MOD – E10%), o que pode também ter contribuído para a menor ascensão capilar destas pastas, agindo como uma barreira adicional à ascensão da água pela pasta. A formação de filmes poliméricos na pasta (MOD – E10%) não foi visualizada pela MEV, porém muito provavelmente os mesmo existem, uma vez que uma menor maturidade da pasta foi detectada pelas análises microestruturais adotadas neste trabalho.

4. Conclusão Um melhor desempenho da pasta de referência (REF) para os ensaios mecânicos, em relação ao modificado (MOD – E10%) foi constatado, devido a uma maior maturidade em relação à modificada, bem como uma menor presença de poros, visualizados pela análise da morfologia da pasta pela técnica MEV. Foi observada uma menor resistência à tração da pasta (MOD – E10%) que à pasta REF, ao contrário do constatado pela literatura, sendo atribuído ao estado prévio de tensões ao qual os cp’s passaram na ocasião de sua extração dos moldes de PVC utilizados na pesquisa. As pastas modificadas apresentaram uma menor absorção capilar em relação à de referência, devido, provavelmente, a barreira criada pela formação de filmes poliméricos no interior dos poros (embora os mesmos não tenham sido visualizados neste trabalho) e a presença de produtos no interior dos mesmos, servindo de barreira física para o deslocamento da água no interior da pasta. Pode-se concluir que o uso de polímeros podem vir a melhorar a durabilidade destes compósitos, porém há uma necessidade de se introduzir na mistura produtos como: aditivos antiespumantes e materiais como adições minerais, que venham aumentar o desempenho quanto às propriedades mecânicas, devido ao melhor refinamento que promovem na microestrutura da pasta.

5. Agradecimentos Os autores agradecem ao NAPE – Núcleo de Apoio Pedagógico (Programa de Iniciação Científica) da Faculdade do Vale do Ipojuca – FAVIP, pelo apoio para a realização desse trabalho, ao curso de pós-graduação em ciências de materiais (UFPE) e laboratório de polímeros por fornecer a estrutura para o desenvolvimento dos ensaios de microestrutura e as empresas fornecedoras dos materiais: cimento (Votorantim Cimentos) e polímero em pó de base acrílica utilizadas neste trabalho.

6. Referências


ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739: Concreto – Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2007. . NBR 7222: Argamassa e concreto – Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 1995. . NBR 9779: Argamassa e concreto endurecidos – Determinação da absorção da água

por capilaridade. Rio de Janeiro, 1995. . NBR 12989: Cimento Portland branco. Rio de Janeiro, 1993. . NBR 11578: Cimento Portland Composto. Rio de Janeiro, 1991. . NBR NM 43: Cimento Portland – Determinação da pasta de consistência normal. Rio

de Janeiro, 2002. . NBR NM 65: Cimento Portland – Determinação do tempo de pega. Rio de Janeiro, 2003. GALVÃO, S.P. Estudo microestrutural de pastas de cimento modificadas por emulsões de base acrílica e acrílica-estirenada. Tese (Doutorado em Ciências de Materiais) – Universidade Federal de Pernambuco. Recife, 2011. GALVÃO, S.P.; MAIOR, R.M.S.; CARNEIRO, A.M.P. Aplicação da técnica de FTIR para análise da evolução dos produtos hidratados em pastas de cimento modificadas por um polímero acrílico. Anais do 10º Congresso Brasileiro do Concreto. Florianópolis, 2011a. KIRCHHEIM, A. P. Concreto de cimento Portland branco estrutural: avaliação da carbonatação e absorção capilar. Tese (mestrado em Engenharia) – Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, 2003. OHAMA, Y. Polymer-based admixtures. Cement and Concrete Composites, 1998. PINA, F. B. C. Resistência à carbonatação de argamassas de reparação para estruturas em betão armado – Estudo de argamassas cimentícias e cimetícias modificadas com polímero. Dissertação (mestrado em Engenharia Civil) – Instituto Superior Técnico – Universidade Técnica de Lisboa. Lisboa, 2009. TAYLOR, H.F.W. Cement Chemistry. London: Thomas Telford, 1990. TREZZA, M.A & LAVAT, A.E. Analysis of the system 3CaO.Al2O3-CaSO4.2H2O-CaCO3-H2O by FT-IR spectroscopy. Cement and Concrete Research. v. 31,n. 6, p 869-872, 2001.

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