Aplicação da Técnica de Perda de Água sob Sucção como Ferramenta na Caracterização das Argamassas de Revestimento no Estado Fresco

José Getulio Gomes de Sousa Universidade Federal do Vale do São

Francisco - UNIVASF Brasil

jose.getulio@univasf.edu.br

Elton Brauer Universidade de Brasília - UnB

Brasil elbauer@terra.com.br

Resumo: O presente trabalho discute o uso da técnica de perda de água sob sucção como ferramenta a ser utilizada no estudo e na caracterização das propriedades das argamassas de revestimento no estado fresco. O estudo foi desenvolvido em argamassas de cal e agregado avaliadas em uma mesma faixa de consistência, no caso 50 ± 1 mm (determinada usando a norma ASTM C 780). Os resultados obtidos permitem uma análise precisa da influência do teor de finos, presente na composição da argamassa, que atua minimizando a tendência de exsudação das misturas, favorecendo a coesão entre as partículas e, consequentemente, a trabalhabilidade. Palavras–chave: Argamassa; Retenção de Água; Exsudação; Trabalhabilidade. 1. INTRODUÇÃO O estudo das propriedades no estado fresco de concretos e argamassas tem sido objeto de inúmeras pesquisas nos últimos anos. Novos parâmetros e conceitos descritos no estudo do comportamento reológico dos materiais são cada vez mais usados, além de equipamentos especiais, denominados de viscosímetros e reômetros, o que demonstra certos avanços na área. Entretanto, outros aspectos precisão ainda ser melhor explorados como, por exemplo, grande parte desses equipamentos é de custo relativamente alto e com limitações de uso dependendo das características dos materiais ensaiados (faixa de consistência, dimensões das partículas, condições de ensaio, dentre outros). Este panorama é suficiente para motivar o estudo e o desenvolvimento de métodos mais simples que permitam uma avaliação indireta das propriedades no estado fresco de argamassas e concretos. Estes estudos devem, de certa forma, também envolver e relacionar os parâmetros tradicionalmente conhecidos e que são corriqueiros em uma avaliação qualitativa da trabalhabilidade como, por exemplo: a consistência, a plasticidade, a coesão, a aspereza e a tendência de exsudação.

No caso da consistência, alguns procedimentos como o método vane test, descrito na norma ASTM D 46481 (aplicado no estudo das argamassas por ALVSE2, SANTOS3 e BAUER4) e o ensaio de penetração de cone, descrito na norma ASTM C 7805 (aplicado no estudo das argamassas por ANGELIM6; BAUER7 e CASCUDO8) vêm ganhado destaque em algumas pesquisas no Brasil, condição que tem contribuído para o melhor entendimento dessa propriedade. A exsudação, que é caracterizada pela formação de um filme de água na superfície da argamassa quando a mesma é deixada em repouso em um recipiente, é bastante comum em argamassa não trabalháveis. A relação da exsudação com a trabalhabilidade pode resultar de uma visível falta de plasticidade e coesão da argamassa, implicando em dificuldades de adesão ao substrato, bem como perda de água acelerada. Este comportamento é muitas vezes avaliado e corrigido empiricamente pelo profissional pedreiro, aumentando-se o teor de finos na composição da argamassa. O meio técnico tem certa carência de um método rápido e eficiente para avaliação da exsudação, permitindo certa correlação com as variações na composição das argamassas. Como proposta de avaliação dessa característica, tem-se a determinação do teor de água livre presente na argamassa, utilizando a técnica, denominado no presente artigo, de: “Técnica de Perda de Água sob Sucção”. O ensaio foi assim denominado, tendo em vista, avaliar, de forma indireta, a capacidade da argamassa em exibir certa tendência a exsudar. A idéia proposta é medir, em poucos minutos, a quantidade de água livre capaz de contribuir, potencialmente, para o fenômeno de exsudação das argamassas. Tal método tem como princípio de execução o procedimento utilizado por DO Ó9 no estudo da retenção de água de argamassa, que segue recomendações do procedimento CSTB 2669-410. Nesse método, a argamassa é submetida a uma pressão de sucção de 50 mmHg em uma aparelhagem composta por um funil (funil de Büchner modificado) e uma bomba de vácuo, sendo avaliada a perda de água em determinados intervalos de tempos. Maiores detalhes podem ser conferidos no estudo experimental apresentado a seguir. 2. PROGRAMA EXPERIMENTAL 2.1 Variáveis do Estudo A pesquisa foi planejada tendo em vista avaliar argamassas com diferentes comportamentos no estado fresco, caracterizando faixas de argamassas trabalháveis e não trabalháveis. No estudo foram usadas argamassas de cal e areia, por entender que as variações nas proporções entre esses dois materiais são suficientes para atender as faixas de trabalhabilidade desejadas. Como variáveis do estudo tem-se: I - Variáveis independentes • três relações Aglomerante/Agregado em volume absoluto (TC1 = 5,5%, TC2 = 16,5% e TC3 = 27,5;

• três composições granulométricas (definidas como A1, A2 e A3, conforme Tabela 4). II - Variável dependente • O valor de perda de água sob sucção expresso em %.

A consistência das argamassas foi fixada em 50 mm de penetração de cone, avaliada segundo o procedimento descrito na norma ASTM C 7805. Esse valor foi escolhido a partir de estudos preliminares (conforme descrito em SOUSA11), além de representar a consistência de uma faixa de argamassas trabalháveis encontradas em algumas pesquisas que utilizaram o método6, 8. A Tabela 1 apresenta um resumo com as composições das argamassas utilizadas no estudo, em destaque, encontram-se as denominações das séries estudadas, os valores de relação Aglomerante/Agregado (em volume absoluto) e a proporção das argamassas em massa. Cada proporção pode ser convertida em volume absoluto e em volume aparente, utilizando-se os valores de massa específica e massa unitária, da cal e dos agregados (Tabelas 2 e 5).

Tabela 1 - Proporções entre os materiais das séries de argamassas estudadas

Série TC Proporção em massa (%) Agl Agr Ag

5,5 1,00 20,18 4,50 A1 16,5 1,00 6,73 1,45 27,5 1,00 4,04 0,91 5,5 1,00 20,18 4,32 A2 16,5 1,00 6,73 1,33 27,5 1,00 4,04 0,89 5,5 1,00 20,18 4,64 A3 16,5 1,00 6,73 1,51 27,5 1,00 4,04 0,92

Legenda: TC – Relação entre o volume absoluto de aglomerante e o volume absoluto de agregado, em %; Agl – Aglomerante; Agr – Agregado, Ag – Água. As variações nas composições dos agregados e na relação Aglomerante/Agregado foi um dos principais artifícios utilizados durante o desenvolvimento da pesquisa para provocar, intencionalmente, variações específicas nas propriedades das argamassas no estado fresco como, por exemplo: maior aspereza, provocada por teores consideráveis de partículas de dimensões maiores; maior exsudação, resultante de um menor teor de finos; ou maior plasticidade, resultante de um maior teor de finos. 2.2 Caracterização dos Materiais As composições das argamassas foram definidas com base nos materiais que são freqüentemente utilizados na produção das argamassas mistas, dando ênfase aos disponíveis comercialmente na região de Brasília, Brasil. 2.2.1 Cal A cal utilizada na composição das argamassas foi uma cal hidratada CH III (conforme a norma brasileira NBR 7175/2003 - Cal hidrata para argamassa – que apresenta dentre outras exigências: óxidos totais (MgO e CaO) ≥ 88% e óxidos não hidratados ≤ 15%), fabricada pela ICAL-Indústria de Calcinação Ltda., localizada em São José da Lapa - MG. Esse material foi adquirido no comércio local de Brasília, em sacos de 20 kg, de um mesmo lote. A caracterização física e química da cal encontra-se nas Tabelas 2 e 3, respectivamente.

Tabela 2 - Características físicas da cal MU (g/cm3) NBR 7251

ME (g/cm3) NBR 6474

Finura (%) NBR 9289

Estabilidade NBR 9205

IA NBR 9207

RA (%) NBR 9290

PL NBR 9206

0,53 2,36 0,10 9,30 Ausência 5,4 80 116 Legenda: MU – Massa unitária, ME – Massa específica, IA – Incorporação de areia, RA – Retenção de água, PL Plasticidade.

Tabela 3 - Características químicas da cal

PF (%) RI (%) CO2 (%)

OnH (%)

CaO + MgO

Fe2O3 + Al2O3

CaO MgO SO3

25,93 3,61 9,22 3,68 91,93 1,71 66,95 1,08 0,69 Legenda: PF – Perda ao Fogo, RI – Resíduo insolúvel, OnH – Óxidos não hidratados.

2.2.2 Agregados Como agregado, utilizou-se na composição das argamassas uma areia lavada, proveniente do Rio Corumbá, em Goiás, sendo adquirida no comércio local de Brasília. Inicialmente, os agregados passaram por processo de secagem, peneiramento e seleção dos grãos, sendo separados em três faixas granulométricas de acordo com as dimensões das malhas das peneiras (peneiras especificadas na NBR 5734, 1988), a saber: • Faixa 1 - entre as peneiras de malhas 1,2 e 0,6 mm; • Faixa 2 - entre as peneiras de malhas 0,6 e 0,3 mm; e • Faixa 3 - menor que a peneira de malha 0,3 mm. Após a seleção, as frações, individualmente, passaram por um processo de homogeneização sendo, em seguida, armazenadas em tambores apropriados, protegidos da umidade e de possíveis contaminações externas. A homogeneização individual de cada fração teve como objetivo reduzir as possíveis variações granulométricas originadas durante a etapa de peneiramento da areia. Cada fração foi utilizada na definição das diferentes curvas granulométricas dos agregados que formaram as argamassas. Ao todo, foram empregadas três composições granulométricas produzidas em laboratório. As composições utilizadas estão descritas na Tabela 4, em termos do percentual de cada fração considerada. Estas composições estão ainda caracterizadas na Tabela 5 e na Figura 1 a partir das características físicas e das curvas granulométricas dos agregados. Tabela 4 - Composição dos agregados em termos das frações consideradas na pesquisa

Peneiras % de cada fração granulométrica na composição dos agregados

A1 A2 A3 Faixa 1 - entre 1,2 e 0,6 mm 50 50 20 Faixa 2 - entre 0,6 e 0,3 mm 50 30 30 Faixa 3 - menor que 0,3 mm 0 20 50

Tabela 5 - Caracterização física dos agregados utilizados na pesquisa

Propriedade Agregado utilizado nas argamassas

A1 A2 A3

Massa unitária (g/cm3) - NBR 7810 (1983) 1,37 1,44 1,43

Massa específica (g/cm3) - NBR 9776 (1987) 2,62 2,62 2,62

Módulo de finura - NBR 7217 (1987) 2,27 2,03 1,32

0102030405060708090100

0,01 0,1 1 10

Abertura das peneiras (mm)

% Retida acumulada

A1 A2 A3

Figura 1 - Curva granulométrica dos agregados utilizados na composição das argamassas 2.3 Procedimentos Empregados O procedimento utilizado durante o desenvolvimento do estudo pode ser enumerado nas seguintes etapas: • definição das composições de argamassa, especificando principalmente a relação aglomerante/agregado para cada série;

• estudo piloto para a determinação do teor de água necessário à obtenção da consistência requerida (no caso, penetração de cone de 50 mm5);

• produção e homogeneização dos materiais anidros, para todas as séries (produção das argamassas);

• mistura em argamassadeira planetária com a quantidade de água especificada para a consistência desejada (definida na etapa 2);

• determinação dos valores de perda de água sob sucção; • avaliação e registro das argamassas com uma lupa de aumento de 40 vezes (argamassas avaliadas antes e depois da ensaio de sucção).

O ensaio de perda de água sob sucção consiste na execução das etapas descritas a seguir (baseado no procedimento utilizado por DO Ó9), sendo a configuração do equipamento apresentada da Figura 2: • colocar o papel-filtro sobre o funil e umedecê-lo; • retirar o excesso de água do papel-filtro, acionando a bomba de vácuo e aplicando ao conjunto uma sucção de 50 mm Hg durante aproximadamente 90 segundos;

• pesar o conjunto funil/papel-filtro úmido em balança com resolução de 0,01g e registrar sua massa (Mfv);

• preencher o prato do funil com uma amostra de argamassa até um pouco acima da borda e adensá-la com 37 golpes, sendo 16 desses aplicados, uniformemente, junto à borda e 21 na parte central;

• retirar o excesso de argamassa mediante o uso de uma régua metálica, de tal forma a obter uma superfície plana.

• limpar a parte externa do funil e, assim, pesá-lo em uma balança, com resolução de 0,01g, registrando a massa do conjunto funil e amostra de argamassa (Mfc);

• submeter a amostra de argamassa a uma pressão negativa (sucção) correspondente à coluna de 50 mmhg durante o intervalo de tempo de 1,0 min. Feita a sucção, registrar a massa correspondente ao conjunto funil e amostra de argamassa (Mfi).

Com os dados obtidos do ensaio, a partir da Equação 1, determinou-se a retenção de água da argamassa.

( ) 100**

1

−

−−=

fvfc

fc

MMafa

MfiMRa (1)

onde: Ra = retenção de água, em %; Mfv = massa do funil vazio e filtro, em g; Mfc = massa do funil cheio e filtro, em g; Mfi = massa do funil para o tempo “i” de exposição à sucção, em g; a/af = relação água/argamassa fresca (Equação 2);

w

w

MM

Maf

a+

= (2)

Mw = massa total de água utilizada na argamassa, em g; M = soma das massas dos componentes anidros da argamassa (cimento cal e areia).

a) Dispositivo utilizado no ensaio de perda de

água por sucção

b) Pesagem do funil com argamassa

após a sucção Figura 2- Funil de Büchner utilizado no ensaio de perda de água por sucção

Cabe lembrar que a perda de água por sucção, neste estudo, foi adotada numericamente igual ao valor determinado pela Equação 3, sendo Pag a perda de água e Ra o valor da retenção de água após 1 min de sucção (ambos em %).

RaPag −= 100 (3)

As particularidades operacionais consideradas durante a aplicação do método de penetração de cone estão apresentadas na Tabela 6. Maiores detalhes sobre os procedimentos utilizados no presente estudo podem ser obtidos em SOUSA11.

Tabela 6 - Particularidades do método de penetração de cone5

Característica Características do equipamento Base de medida do equipamento

Aparelho de Vicat modificado disposto de régua com precisão de 1 mm.

Cone e haste guia Conjunto cone e haste com massa total de 200 g.

Dimensões do recipiente

Recipiente cilíndrico com diâmetro = 76 ± 1,6 mm e altura = 88,1 mm, sendo ajustado para um volume de 400 ± 1 ml, com água destilada a uma temperatura de 23o C.

Preparo da amostra

Após a mistura com água, na argamassadeira, a amostra foi colocada no recipiente de ensaio em três camadas iguais, sendo aplicado, em cada uma, 20 golpes com uma espátula de 152,4 mm de altura e 12,7 mm de largura.

3. APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS Os resultados individuais de perda de água, para cada série de argamassa, estão apresentados na Figura 3.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

5,5 16,5 27,5

Relação Aglomerante/Agregado

Perda de água (%)

A1 A2 A3 Figura 3- Perda de água das argamassas após um minuto de sucção

Em geral, percebe-se que as argamassas, com os menores teores de aglomerante na sua composição, apresentam uma forte tendência de perda de água. Esse fato é melhor visualizado se compararmos, para todos os agregados, as perdas de água nas relações Aglomerante/Agregado igual 5,5% e 27,5%. Outra condição de destaque é a comparação da perda de água entre o agregado com maior teor de finos na composição (A3) e os demais agregados. Nesse caso, todos os teores de aglomerante utilizados apresentaram menor valor de perda de água. A configuração das curvas de perda de água sob sucção (Figura 3) apresenta ainda dois trechos bem característicos: • um compreendido entre as relações Aglomerante/Agregado igual a 5,5% e 16,5%, onde a redução na tendência de perda de água é mais acentuada, sendo caracterizada por uma maior inclinação do trecho analisado; e

• outro, compreendendo o trecho entre as relações Aglomerante/Agregado igual a 16,5% e 27,5%, onde a redução na tendência de perda de água é menos acentuada, caracterizada por uma menor inclinação do trecho da curva.

Os fatos apresentados, anteriormente, demonstram que as variações nos teores de aglomerante exercem considerável influência nos valores de perda das argamassas (em uma mesma consistência). Levando-se em conta que grande parte da água extraída, durante a sucção, é água livre (sucção durante o período de 1 min), com grande potencial de exsudar, tem-se, então, a variação no teor de aglomerante como forma de diminuir esta tendência. Outra saída, também identificada no estudo, é trabalhar a distribuição granulométrica de tal forma a exigir menores teores de água para uma mesma consistência. Durante o estudo de perda de água sob sucção, foi desenvolvida uma avaliação de cada argamassa através de uma lupa com aumento de 40 vezes. Durante o ensaio, as argamassas eram avaliadas antes e depois do processo de sucção. Cada argamassa está apresentada nas Figuras 4, 5 e 6, em função de cada tipo de agregado utilizado e da relação Aglomerante/Agregado. Essa avaliação permitiu uma análise mais minuciosa da estrutura interna, visualizando a interação entre os diferentes elementos constituintes das argamassas (agregado, aglomerante e água). Para a série com o agregado A1 (Figura 4), a imagem destaca bem as características do agregado utilizado, apresentando a textura, uma idéia das dimensões, além de indicar a falta de outras partículas de agregado, que complementam uma distribuição granulométrica (no caso dessa série, partículas menores que 0,3 mm). A argamassa A1-5,5 demonstra que o teor de cal utilizado é insuficiente para envolver os grãos de agregado, estabelecendo uma ligação entre as partículas, fato que pode ser comprovado pela imagem logo após a sucção da argamassa, onde prevalece o contato íntimo entre cada partícula de agregado (alto atrito entre as partículas e maior aspereza). Com o aumento no teor de cal na mistura, a partir da relação Aglomerante/Agregado igual 16,5%, as imagens começam a indicar a presença de uma camada de aglomerante em volta das partículas de agregado. No teor máximo de aglomerante analisado (27,5%), percebe-se que a quantidade de aglomerante torna-se, aparentemente, suficiente para favorecer a ligação entre as partículas, minimizando o atrito interno. As imagens apontam, ainda, a necessidade da presença de partículas em dimensões menores, introduzidas na estrutura interna da argamassa, capazes de exercer um papel intermediário entre cada partícula do agregado e o teor de pasta presente na argamassa. Para as demais Séries A2 e A3 a simples presença de agregados, com partículas inferiores a 0,3 mm, já muda nitidamente o panorama das argamassas (Figuras 5 e 6). Em geral, percebe-se que a fração inferior a 0,3 mm está desempenhando um papel intermediário no preenchimento dos vazios entre os agregados maiores, favorecendo uma maior interconexão entre as partículas do agregado e o teor de pasta presente na mistura. Para a argamassa com o agregado A2 (Figura 4.11 e 4.12), observa-se que uma relação Aglomerante/Agregado igual 16,5% é suficiente para fornecer um teor de pasta capaz de atuar como elemento de conexão entre as partículas de agregado. Na argamassa com agregado A3, devido a um maior teor de partículas inferiores a 0,3 mm, a conexão descrita, anteriormente, começa a ser identificada já a partir do teor igual a 5,5%. No geral o teor de finos, principalmente aglomerante, pode contribuir aumentando a coesão e reduzindo o atrito entre as partículas de agregado, além de aprisionar na estrutura interna parte da água de amassamento utilizada (minimizando a exsudação), condição que favorece a trabalhabilidade.

Série Antes do ensaio Depois do ensaio

A1-5,5

A1-16,5

A1-27,5

Figura 4- Série AG1 antes e depois do ensaio de perda de água sob sucção

1 mm

Série Antes do ensaio Depois do ensaio

A2-5,5

A2-16,5

A2-27,5

Figura 5- Série AG2 antes e depois do ensaio de perda de água sob sucção

1 mm

Série Antes do ensaio Depois do ensaio

A3-5,5

A3-16,5

A3-27,5

Figura 6- Série AG3 antes e depois do ensaio de perda de água sob sucção

4. CONCLUSÕES Com base no estudo em questão, pode-se concluir que: • a técnica de perda de água sob sucção mostrou-se sensível as alterações realizadas na composição das argamassas, permitindo uma avaliação indireta do teor de água livre com grande potencial de exsudação;

• o teor de finos influenciou decisivamente nos valore de perda de água sob sucção, em todas as séries avaliadas;

• as argamassas com os menores teores finos na sua composição (seja aglomerante ou partículas do agregado menores que 0,3 mm), apresentaram uma forte tendência de perda de água sob sucção, condição minimizada à medida que o teor de cal foi aumentado em cada série;

• os valores de perda de água sob sucção também podem ser corrigidos a partir de alterações na distribuição granulométrica dos agregados de tal forma a exigir menores teores de água para uma mesma consistência;

1 mm

• A análise das imagens ampliadas das argamassas, antes e depois do ensaio de perda de água sob sucção, permitiu uma análise mais precisa da interação entre as partículas constituintes das argamassas, sendo uma ferramenta, também, com grande potencial de uso.

5. REFERÊNCIAS [1] AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard test method for laboratory miniature vane shear test for saturated fine-grained clay soil: ASTM D 4648. Philadelphy, 2000. [2] ALVES, N. J. D. Avaliação dos aditivos incorporadores de ar nas argamassas de revestimento. 2002. 174p. Dissertação (Mestrado) - Universidade de Brasília, Brasília, 2002. [3] SANTOS, C. C. N. Critérios de projetabilidade para as argamassas industrializadas de revestimento utilizando bomba de argamassa com eixo helicoidal. 2003. 130p. Dissertação (Mestrado) - Universidade de Brasília, Brasília, 2003. [4] BAUER, E.; SOUSA, J. G. G.; GUIMARÃES, E. A.; SILVA F. G. Study of the laboratory Vane test on mortars. Building and Environment, v. 42, p. 86-92, 2007. [5] AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS, Philadelphy. Standard test method for preconstruction and construction evaluation of mortars for plain and reinforced unit masonry: ASTM C 780. Philadelphy, 1996. [6] ANGELIM, R. R. Influência da adição de finos calcários, silicosos e argilosos no comportamento das argamassas de revestimento. 2000. 146p. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2000. [7] BAUER, E.; SOUSA, J. G. G.; GUIMARÃES, E. A. Estudo da consistência de argamassas pelo método de penetração estática de cone. In: Simpósio Brasileiro de Tecnologia das Argamassas, 6., 2005, Florianópolis. Anais... Florianópolis: UFSC/ANTAC. 2005. p. 371-378. [8] CASCUDO, O.; CARASEK, H.; CARVALHO, A. Controle de argamassas industrializadas em obras por meio do método de penetração do cone. In: Simpósio Brasileiro de Tecnologia das Argamassas, 6., 2005. Florianópolis. Anais... Florianópolis: UFSC/ANTAC, 2005. p. 83-94. [9] DO Ó, S. W. Análise da retenção de água em argamassas de revestimento aditivadas. 2004. 173p. Dissertação (Mestrado) - Universidade de Brasília, Brasília, 2004. [10] CENTRE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE DU BATIMENT. Certification CSTB dês enduits monocouches d’imperméabilisation – Modalités d’essais: CSTB 2669-4. Bruxelles, 1993. [11] SOUSA, J. G. G. Contribuição ao estudo das propriedades das argamassas de revestimento no estado fresco. 2005. 233p. Tese (Doutorado) - Universidade de Brasília, Brasília, 2005. 6 AGRADECIMENTOS Os autores agradecem o apoio do Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil da UnB e do CNPq no desenvolvimento dessa pesquisa e, ainda, a Fapesb por acreditar e incentivar a continuação dos estudos.