Efeito da Goma Xantana como estabilizador da espuma em concretos celulares de diferentes densidades

Effect of Xanthan Gum as a stabilizer for foamed concrete with different densities

RESUMO

O concreto celular é um material cimentício de estrutura porosa e com baixa densidade, resultante do endurecimento de uma mistura constituída por aglomerantes, agregados miúdos e poros de ar. Uma das formas de inserҫão dos poros de ar é através de uma espuma pré-formada, composta por bolhas de ar, as quais influenciam o comportamento do concreto celular no estado fresco e endurecido. Trabalhos recentes propuseram a utilizaҫão de pequenas quantidades Goma Xantana (XG) como agente espessante da espuma, e verificaram que XG aumentou a estabilidade da mesma e proporcionou melhor desempenho ao concreto celular no estado endurecido. No entanto, o funcionamento da XG em diferentes teores ainda não está esclarecido. Assim, este artigo apresenta um estudo da influência de XG na qualidade da espuma pré-formada, como também nas propriedades físicas e mecânicas do concreto celular. Foram avaliadas amostras com duas densidades diferentes, 800 Kg/m³ e 1200 Kg/m³. A composiҫão que proporcionou melhor qualidade da espuma foi 2% de XG. No concreto celular, a adiҫão de XG mostrou-se mais eficiente para as amostras com densidade alvo de 800 Kg/m³, pois proporcionou uma diminuiҫão do índice de vazios e da interconectividade entre poros, além de maior resistência á compressão.

Palavras-chave
Concreto Celular; Espuma pré-formada; Goma Xantana

ABSTRACT

Cellular concrete has a porous structure and low density, resulting from a mixture of binders, fine aggregates and air pores. One way of inserting the air pores is through a preformed foam. The foam is composed of air bubbles, which influence the behaviour of cellular concrete both in the fresh and hardened state. Recent studies have proposed the use of xanthan gum (XG) as a foam thickening agent, which increases the foam stability and improves the performance of cellular concrete in the hardened state. However, the functioning of XG and the use of different contents is still unclear. Thus, this work presents a study of the influence of xanthan gum on the quality of preformed foam, as well as on the physical and mechanical properties of cellular concrete. Samples with two different densities (800 Kg/m³ and 1200 Kg/m³) were evaluated. The content that provided better foam quality was 2% of XG. In cellular concrete, the addition of XG proved to be more efficient for foamed concrete with a target density of 800 Kg/m³, since decreases the void ratio, as well as the interconnectivity between pores. Likewise, xanthan gum promoted an increase in compressive strength.

Keywords
Cellular concrete; Preformed foam; Xanthan Gum

1. INTRODUÇÃO

O concreto celular é um tipo de concreto leve, composto por cimento, água, bolhas de ar, podendo ou não possuir agregados miúdos [¹]. De acordo com HOU et al. [²] os poros de ar ocupam de 10% a 90% em volume do concreto celular endurecido, o que proporciona muitas vantagens de aplicaҫão, como leveza, aumento de produtividade, diminuiҫão do peso estrutural, destacando-se também como resistente ao fogo e bom isolante térmico e acústico [³-⁶]. Apesar de ser um material adequado para ser aplicado na construҫão civil, em decorrência da qualidade das espumas no estado fresco a mistura é instável, o que contribui com a baixa resistência mecânica no estado endurecido do concreto celular [⁷]. Dessa forma a bolha da espuma é um constituinte chave para o concreto celular, cuja qualidade, escala e distribuiҫão na matriz cimentícia influenciam significativamente nas propriedades resultantes [⁸, ⁹].

As espumas formam um sistema instável que envelhecem e mudam suas características com o tempo. São suscetíveis a alguns efeitos que comprometem sua estabilidade como a drenagem do filme líquido, a qual ocorre devido ao efeito da gravidade. Em fluidos mais viscosos ocorre mais lentamente, contribuindo com a estabilidade da espuma [¹⁰]. Com o intuito melhorar a qualidade das espumas e assim aumentar a sua viscosidade, alguns autores propuseram a utilizaҫão de Goma Xantana (XG). A XG é um exopolissacarídeo fabricado comercialmente através de uma bactéria gram-negativa da espécie Xanthomas campestres. Apresenta alta solubilidade em água quente ou fria e alta viscosidade mesmo em baixas concentraҫões, sendo comumente utilizada nas indústrias alimentícia, farmacêutica, petrolífera, entre outras [¹¹-¹³].

HAJIMOHAMMADI et al. [¹⁴] utilizaram 0,45% de XG em relaҫão á massa do aditivo espumante do tipo sintético e obtiveram como resultado uma espuma que permaneceu sem drenar durante os 80 min de realizaҫão do ensaio. ZHU et al. [¹³] constataram que ao adicionar 0,5% de XG em relaҫão a massa do agente espumante sintético, a espuma permaneceu sem drenar até os primeiros 15 min de ensaio e aos 30 min drenou 13,4%, o que atende ao requisito de menor que 20% para aplicaҫões em engenharia, assim estabilizando e aumentando a qualidade da espuma através do aumento de viscosidade do filme líquido [¹³]. Os autores mencionados acima também destacam alguns benefícios da XG na estrutura dos poros no estado endurecido do concreto celular espumoso para densidades alvo de 700 Kg/m³ e 600 Kg/m³, respectivamente, tais como menor conectividade, tamanho e faixa de distribuiҫão de poros. Devido a melhor estrutura de poros proporcionada pela XG, ZHU et al. [¹³] verificaram um aumento da resistência á compressão em aproximadamente 50%, como também diminuiu a densidade, absorҫão de água, absorҫão de umidade [¹³] e a condutividade térmica [¹⁴].

Em decorrência de poucos trabalhos utilizando a Goma Xantana em concreto celular, bem como do baixo percentual utilizado por outros pesquisadores, a presente pesquisa buscou avaliar a qualidade da espuma pré-formada através da inserҫão de maiores percentuais de XG (0, 1,5%, 1,0% e 2,0%). Para tanto, as espumas foram analisadas quanto a capacidade de drenagem ao longo do tempo, densidade, estabilidade e resistência. A partir do resultado de melhor desempenho da espuma, o concreto celular foi confeccionado em duas densidades alvo (800 Kg/m³ e 1200 Kg/m³), comparando-se a mistura contendo XG com uma de referência. Os concretos foram avaliados quanto a densidade, absorҫão de água por imersão, resistência á compressão e condutividade térmica.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

Para produҫão dos concretos celulares, foram utilizados cimento Portland CP V ARI-RS, agente espumante do tipo sintético e agregado miúdo. O cimento Portland CPV- ARI RS possui massa específica igual a 2,98 g/cm³. A escolha do cimento deve-se ao fato de apresentar um menor percentual de adiҫões como também um ganho de resistência inicial a curto prazo, diminuindo assim as tensões que a pasta fresca gera na espuma [¹⁵], além disso possibilita que a desmoldagem ocorra de maneira mais rápida. O agregado possui características de uma areia fina, de massa específica 2,5 g/cm³, diâmetro máximo de 0,6 mm e módulo de finura 1,25. A areia natural disponível para a utilizaҫão nesta pesquisa é proveniente de rio e comumente comercializada na região de Alegrete/RS. A Figura 1 apresenta a curva granulométrica do agregado miúdo. A produҫão das espumas foi realizada com o uso de aditivo espumante sintético Celublock, da empresa Liga Química, e Goma Xantana (XG) como agente estabilizador da espuma, a qual pode ser visualizada na Figura 2. A Goma Xantana é um exopolissacarídeo de coloraҫão branca, produzida a partir do processo de fermentaҫão de aҫúcares pelas bactérias pertencentes ao gênero Xanthomonas, a qual apresenta alta viscosidade, características pseudoplásticas como também fácil solubilidade em água [¹²]. O aditivo foi escolhido em razão da disponibilidade do mesmo na região de realizaҫão da pesquisa.

Figura 1
Curva granulométrica do agregado miúdo.

Figura 2
Goma Xantana.

2.1. Caracterizaҫão das espumas

Para avaliaҫão da estabilidade das espumas, o percentual de XG variou entre 0 (REF), 0,5% (XG-0,5), 1% (XG-1) e 2% (XG-2) em relaҫão a massa do aditivo espumante. Os diferentes teores de XG foram diluídos com o auxílio de um agitador magnético na água de preparo da soluҫão do aditivo espumante. O aditivo espumante foi preparado conforme orientaҫão do fabricante na proporҫão 1:30, em volume, sendo 1 de aditivo espumante e 30 de água. A espuma foi produzida com um equipamento incorporador de ar ECOFOAMER-100 W- 10BP, o qual é formado por uma bomba hidráulica de recalque e um compressor de ar.

A qualidade da espuma foi aferida através da densidade e ensaios de estabilidade e resistência das espumas. O ensaio de estabilidade foi adaptado da metodologia proposta por SUN et al. [¹⁶] e ZHU et al. [¹³], onde três béqueres de 5 litros foram preenchidos com a espuma recém formada e registrado a quantidade de liquido drenado no fundo do béquer, a cada 5 min, durante 30 min. O ensaio de resistência foi adaptado da metodologia proposta por SUN et al. [¹⁶], na qual uma bola plástica com 3 cm de diâmetro e 2,53 g de massa foi colocada suavemente sob a superfície da espuma recém formada e medido seu deslocamento ao longo do tempo, durante 30 min. Para obter maior precisão dos valores aferidos, o ensaio de estabilidade e resistência das espumas foi fotografado com uma câmera de resoluҫão de 48 MP e as medidas foram realizadas através do software ImageJ.

2.2. Especificaҫão dos traҫos e procedimento de mistura

O concreto celular seguiu a metodologia de dosagem proposta por TEIXEIRA FILHO e TEZUKA [¹⁷]. Foram estudadas duas massas específicas alvo de 800 kg/m³ e 1200 Kg/m³, ideais para utilizaҫão como blocos de vedaҫão. Fixou-se um consumo de cimento de 350 kg/m³ e relaҫão água/cimento de 0,5. A quantidade de agregado miúdo, espuma pré-formada e água foram calculadas conforme os parâmetros propostos por TEIXEIRA FILHO e TEZUKA [¹⁷]. A Tabela 1 apresenta o consumo de material para a produҫão de um m³ para os traҫos base de concreto celular espumoso estudados.

Tabela 1
Consumo de material para a produҫão de um m³ de concreto celular.

DENSDADE ALVO (KG/M3)	CIMENTO (KG)	AREIA (KG)	ESPUMA (L)	ÁGUA (L)	FATOR A/C
800	350	275	597,6	127,2	0,5
1200	350	675,5	437,5	161	0,5

A mistura do concreto celular foi realizada em um misturador de eixo vertical, no qual, primeiramente, foi produzido a argamassa e após obter a homogeneizaҫão da mesma, foi adicionado a espuma e misturado por três minutos. Na sequência, o concreto celular foi lanҫado nas fôrmas em duas camadas e adensado por 5 segundos em mesa vibratória. A fim de evitar a perda de água para o ambiente, as superfícies dos corpos de prova foram recobertas com plástico filme. As amostras de concreto celular permaneceram em cura ambiente por 24 h, e após foram retiradas das fôrmas e mantidas na câmara úmida até as idades pré-estabelecidas dos ensaios. A câmara úmida possui temperatura de 23ºC e umidade relativa de 95%.

2.3. Programa experimental

Anteriormente á confecҫão dos concretos, as espumas pré-formadas foram testadas quanto a sua estabilidade e resistência variando o teor de Goma Xantana (XG) em diferentes percentuais (1,5%, 1,0% e 2,0%) e comparadas á espuma referência (sem XG). Na sequência, o estudo contou com a análise dos concretos com e sem XG para cada densidade estudada (800 e 1200 kg/m³). O teor de XG utilizado para a confecҫão do concreto espumoso foi de 2%, pois apresentou melhor desempenho nos testes de caracterizaҫão. As misturas sem XG foram nomeadas como 800-REF e 1200-REF, e as misturas contendo Goma Xantana foram nomeadas 800-XG e 1200-XG. Os índices físicos e resistência á compressão foram determinados utilizando corpos de prova cilíndricos de dimensões 10 x 20 cm. Para determinar a condutividade térmica foi utilizado o equipamento LaserComp, o qual faz uso do método fluxiométrico para realizar o ensaio. Para tanto, foram moldados corpos de prova cúbicos de 15x15 cm em que, após 28 dias de cura, foram fatiados com o auxílio de uma serra circular de bancada em três amostras prismáticas de 15x15x5 cm. As amostras foram posicionadas entre os pratos do equipamento, os quais são configurados para que possuam uma diferenҫa de temperatura de 25ºC (ΔT). A faixa de temperatura adotada foi entre 10 ºC e 35 ºC, com precisão de ±0,01ºC. Para determinar a condutividade térmica, o equipamento leva em consideraҫão a espessura da amostra, a variaҫão de temperatura entre os pratos e o fluxo térmico sobre a amostra. A Tabela 2 resume o programa experimental, com os ensaios realizados, dimensão e quantidade de corpos de prova para cada traҫo, como também as idades de realizaҫão dos ensaios e as referências técnicas utilizadas.

Tabela 2
Programa experimental.

ENSAIO	DIMENSÃO DO CP	QUANTIDADE DE CP	IDADE DO ENSAIO	NORMA/TRABALHO
Índices Físicos	10 × 20 cm	3	28 dias	NBR 9.778/2009
Resistência á compressão	10 × 20 cm	4	7 e 28 dias	NBR 5.739/2018
Condutividade térmica	5 × 15 × 15 cm	3	28 dias	NBR 15.220/2005

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

3.1. Estabilidade das espumas pré-formadas

As Figuras 3a e 3b mostram os efeitos da Goma Xantana no processo de drenagem das espumas. Para ter uma maior representatividade estatística dos dados, o ensaio de drenagem foi repetido três vezes e ao final aferido um valor médio para cada tempo. A espuma sem XG é denominada REF e as demais XG-0,5, XG-1 e XG-2 denominadas para cada teor estudado de 0,5%, 1,0% e 2,0%, respectivamente. Nota-se que é inevitável o processo contínuo de drenagem das espumas a partir do momento em que foram geradas, estando de acordo com o encontrado por SUN et al. [¹⁶].

Figura 3
Drenagem média das espumas. (a) Volume médio drenado total (b) Drenagem média normalizada.

Conforme observa-se na Figura 3a, as amostras com XG não drenam durante os primeiros 5 minutos, e á medida que aumenta a concentraҫão de XG, menor é a drenagem final da espuma. Nota-se também que a amostra XG-2 apresenta um valor de drenagem inferior nos primeiros 10 minutos de ensaio se comparado aos demais traҫos, constatando-se que a XG proporcionou um retardo na drenagem. Na Figura 3b, também é possível visualizar que após 25 minutos de ensaio a drenagem da amostra XG-2 estabiliza.

Decorrido o período de ensaio, o traҫo XG-2 apresentou menor volume total drenado em comparaҫão aos traҫos XG-0,5 e XG-1, porém maior que o valor aferido para a amostra referência. De acordo com HAJIMOHAMMADI et al. [¹⁴] a estabilidade das espumas pode influenciar na qualidade do concreto celular no estado fresco, mantendo uma maior quantidade de bolhas de pequeno tamanho nos poros até que a matriz endureҫa e assuma o controle do tamanho e da forma permanente dos poros. O tempo de retardo da drenagem também é importante para garantir a qualidade e homogeneidade do preparo e moldagem das amostras, desta forma quanto menor o volume de água drenado mais estável e adequada é a espuma para produҫão do concreto celular. Salienta-se que a drenagem de todos os traҫos ficou abaixo de 4%, satisfazendo assim os requisitos de menor que 20% para uso em engenharia conforme ZHU et al. [¹³].

A Figura 4 apresenta a densidade das espumas. É possível visualizar que com o aumento do teor de Goma Xantana, para o aditivo do tipo sintético em uso, a densidade da espuma é aumentada. Além disso, apenas o traҫo XG-2 apresenta densidade igual a 30 Kg/m³, estando dentro da faixa ideal abordada por ZHU et al. [¹³], entre 30 Kg/m³ e 50 Kg/m³.

Figura 4
Densidade das espumas produzidas.

A Figura 5a apresenta o ensaio de resistência da espuma, no qual é possível visualizar a drenagem da espuma no fundo do béquer. A Figura 5b apresenta de forma gráfica os respectivos resultados de resistência da espuma. O ensaio de resistência da espuma não teve repetibilidade uma vez que a bola plástica dever ser posicionada no momento exato de produҫão da espuma. Conforme ilustrado na Figura 5a, quando a bola plástica entra em contato com a espuma, a espuma XG-2 apresentou menor velocidade de afundamento se comparado ás demais, sendo assim é a que apresenta maior resistência. A goma xantana proporciona um aumento da viscosidade do filme líquido, o que pode aumentar sua resistência superficial, diminuir a taxa de drenagem e a coalescência entre as bolhas circundantes e, consequentemente, aumentar a estabilidade da espuma. Portanto, com base nos resultados expostos o teor de XG escolhido para a referida pesquisa foi de 2% em relaҫão a massa do aditivo espumante.

Figura 5
Resistência das espumas. (a) Ilustraҫão do afundamento pelo tempo (b) Velocidade de afundamento.

Notou-se que á medida que se aumentava o percentual de Goma Xantana, o tempo de visualizaҫão das espumas no microscópio óptico era também aumentado, isto é, havia uma maior estabilidade e, consequentemente, um maior retardo no envelhecimento da espuma. A Figura 6 apresenta as imagens obtidas em microscópio óptico para as amostras REF e XG-2, na qual é possível observar que em (a), sem XG, há uma instabilidade na imagem, dificultando a visualizaҫão das bolhas. Além disso, verifica-se que há presenҫa de bolhas maiores, ocasionadas pela junҫão de pequenas bolhas devido á movimentaҫão fluídica. Na Figura 6b, com XG, é possível identificar as bolhas de ar com maior precisão, evidenciando a estabilizaҫão da espuma em decorrência da adiҫão de 2% de XG, além da maior quantidade de bolhas menores.

Figura 6
Imagem em microscópio óptico: (a) REF e (b) XG-2.

3.2. Índices físicos

A Figura 7 apresenta os resultados obtidos para a densidade média, índice de vazios e absorҫão de água por imersão, aos 28 dias. Na Figura 7a encontram-se os valores obtidos para as amostras com densidade alvo de 800 Kg/m³ e na Figura 7b os valores obtidos para as amostras com densidade alvo de 1200 Kg/m³.

Figura 7
Densidade média, índice de vazios e absorҫão de água por imersão. (a) 800 Kg/m³ (b) 1200 Kg/m³.

Observa-se que, para as amostras com densidade alvo de 800 Kg/m³, a adiҫão de 2% de XG proporcionou um aumento da densidade, como também diminuiu o índice de vazios e a absorҫão de água por imersão. Para comprovar a influência da XG, realizou-se o teste de Tukey, com nível de significância de 95%, comprovando que há diferenҫa significativa entre as amostras 800-REF e 800-XG, conforme apresenta a Tabela 3. Para ZHU et al. [¹³] a maior densidade conferida á amostra contendo XG ocorre devido ao aumento da estabilidade da espuma, o que mantêm a conformaҫão da bolha após a mistura com a pasta de cimento, garantindo assim a densidade do concreto espumado. Os autores também observaram que para amostras com baixas densidades, ou seja, menor que 1000 Kg/m³, a Goma Xantana proporcionou uma menor absorҫão de água, se comparado a amostra referência. De acordo com os mesmos, a Goma Xantana melhora a viscosidade superficial e a elasticidade da espuma. Após misturar a espuma estabilizada com a pasta de cimento, a XG pode efetivamente resistir á forҫa da pasta sobre as bolhas e impedir que as mesmas se difundam para bolhas circundantes. Por fim, após a solidificaҫão do concreto celular espumoso, um número significativo de minúsculos poros fechados é gerado, os quais consequentemente absorvem pouca água, o que pode proporcionar a reduҫão da absorҫão de água do concreto celular espumado.

Tabela 3
Programa experimental.

VARIÁVEL	COMBINAÇÕES	PROBABILIDADE	SIGNIFICÂNCIA
Densidade	800-REF X 800-XG	6,69457E-5	Sim
	1200-REF X 1200-XG	0,0238	Sim
Índice de vazios	800-REF X 800-XG	0,00384	Sim
	1200-REF X 1200-XG	0,84642	Não
Absorҫão de água por imersão	800-REF X 800-XG	1,67355E-4	Sim
	1200-REF X 1200-XG	0,99999	Não

Para as amostras com densidade alvo de 1200 Kg/m³, a inserҫão de XG proporcionou uma reduҫão na densidade. No entanto, o índice de vazios e a absorҫão de água por imersão não apresentaram resultados significativos. O teste de Tukey, com nível de confianҫa de 95%, comprova que para as amostras com densidade alvo de 1200 Kg/m³, há influência da Goma Xantana na densidade, porém não há influência para as propriedades de índice de vazios e absorҫão de água por imersão, conforme pode ser visualizado na Tabela 3.

Em suma, para a densidade alvo de 800 Kg/m³, a XG proporcionou uma menor interconectividade entre os poros, pois ocorreu uma diminuiҫão significativa na absorҫão de água por imersão, com menor impacto no conteúdo de vazios. Por outro lado, para um concreto de densidade mais elevada, como o de 1200 Kg/m³, em que seu volume é composto por 44% de espuma, a Goma Xantana não se mostrou relevante nos resultados para a dosagem estudada. Já para o concreto com 800 kg/m³, composto por 60% de espuma, a quantidade de XG já se mostra mais eficiente na estabilizaҫão da espuma e proteҫão das bolhas de ar. De acordo com HASHIM e TANTRAY [¹⁸], concretos celulares com densidades alvo menores são mais instáveis em comparaҫão a concretos celulares com maiores densidades, uma vez que a espuma se torna muito instável e suscetível a coalescência. Já em maiores densidades, devido a maior estabilidade da mistura referência, os poros são menores e mais uniformes [¹⁹, ²⁰], portanto, o conteúdo de XG não é suficiente para obter diferenҫa significativa nos resultados.

3.3. Resistência á compressão

A Figura 8 apresenta os resultados dos ensaios de resistência á compressão axial média aos 7 e 28 dias de cura. Observa-se que todos os traҫos tiveram um significativo aumento na resistência á compressão média dos 7 para os 28 dias, conforme pode ser visualizado na Tabela 4. Com a evoluҫão da idade de cura, os traҫos 800-REF e 800-XG apresentaram um aumento de 82% e 58%, respectivamente. Por outro lado, os traҫos 1200-REF e 1200-XG exibiram um aumento médio de 27% e 18%, respectivamente.

Figura 8
Resistência á compressão axial média.

Tabela 4
Resistência á compressão média.

VARIÁVEL	COMBINAÇÕES	PROBABILIDADE	SIGNIFICÂNCIA
Comparando entre 7 e 28 dias para mesmas misturas	800-REF X 800-REF	0,02352	Sim
	800-XG X 800-XG	0,01988	Sim
	1200-REF X 1200-REF	3,70256E-4	Sim
	1200-XG X 1200-XG	0,23509	Sim
Comparando aos 7 dias entre misturas	800-REF X 800-XG	8,30868E-4	Sim
	1200-REF X 1200-XG	1,50925E-4	Sim
Comparando aos 28 dias entre misturas	800-REF X 800-XG	0,00843	Sim
	1200-REF X 1200-XG	0,07031	Não

Quando analisada a influência da Goma Xantana na resistência á compressão média do concreto celular, observa-se que para os traҫos com densidade alvo de 800 kg/m³, a utilizaҫão de XG representou um aumento médio de 92% na resistência á compressão média, aos 28 dias. Já para os traҫos com densidade alvo de 1200 kg/m³, a resistência média de 1200-XG, aos 28 dias, foi 34% superior a 1200-REF, porém os resultados não são significativos devido ao elevado desvio-padrão para a amostra 1200-XG. O fato se deve porque dois corpos de prova apresentaram ruptura de topo, em decorrência de uma aplicaҫão de carga de forma irregular ou porque os corpos de prova apresentaram defeito de retificaҫão. Embora tenha ocorrido este problema, a resistência á compressão destes corpos de prova foi mais elevada comparada ás demais amostras, com um aumento de 34% em comparaҫão a REF. Além disso, para a densidade de 1200 Kg/m³, é evidente que o teor de 2% de XG pode não ter sido suficiente para obter uma amostra estável, pois as bolhas tendem a coalescer devido ao peso da matriz, assim não gerando efeitos positivos na estrutura de poros e consequentemente afetando a resistência á compressão. Embora tenha ocorrido este problema, a resistência á compressão destes corpos de prova foi mais elevada comparada ás demais amostras. O teste de Tukey, com nível de confianҫa de 95%, comprova que, para os traҫos com densidade alvo de 800 Kg/m³ a Goma Xantana influencia na resistência á compressão média, já para os traҫos com densidade alvo de 1200 Kg/m³ a Goma Xantana influenciou somente na resistência á compressão média aos 7 dias, conforme apresentado na Tabela 4.

Para HASHIM e TANTRAY [¹⁸] a resistência á compressão do concreto celular espumoso depende principalmente de dois fatores, a fase de endurecimento da matriz de ligaҫão e a qualidade e tamanho dos poros de ar. Pode-se observar que a XG contribuiu para a estabilizaҫão da espuma, como também no estado endurecido proporcionou poros menores e menos interconectados, consequentemente viabilizou o aumento da resistência á compressão média. Os resultados estão de acordo com os resultados encontrados por HAJIMOHAMMADI et al. [¹⁴] e ZHU et al. [¹³], os quais obtiveram o aumento da capacidade de resistência á compressão através da utilizaҫão de goma xantana. Para ZHU et al. [¹³] ao estabilizar a espuma com XG, a espessura da parede do poro aumenta, e por conseguinte aumenta a resistência á compressão do concreto celular espumoso. Salienta-se que, aos 28 dias, para concretos celulares espumosos com densidades menores que 1000 Kg/m³, a resistência á compressão é proveniente da estrutura da parede de poros, a qual está relacionada com a distribuiҫão de tamanho [²¹], homogeneidade e espessura da parede dos poros [¹³]. Já para concretos celulares espumosos com densidades acima de 1000 Kg/m³, a pasta de cimento é quem determina a resistência á compressão [²¹].

A influência da densidade na resistência á compressão média também pode ser analisada de forma que as amostras com 800-REF apresentaram cerca de 12,46% da resistência alcanҫada pelo traҫo 1200-REF aos 28 dias. Já as amostras do traҫo 800-XG apresentaram 16,08% da resistência atingida pelo traҫo 1200-XG também aos 28 dias de cura. Assim, com o aumento da densidade ocorreu um incremento na resistência á compressão média. Pode-se observar que a inserҫão de XG contribuiu para a estabilizaҫão da espuma, e consequentemente aumentou a resistência á compressão média, estando de acordo com os resultados encontrados por HAJIMOHAMMADI et al. [¹⁴] e ZHU et al. [¹³].

Os traҫos 1200-REF e 1200-XG atingiram resistência á compressão média superior a resistência mínima de 1,50 MPa, estipulada pela NBR 15.270 [²²], podendo assim serem utilizados como materiais de vedaҫão. Já os traҫos 800-REF e 800-XG não atingiram a resistência mínima á compressão, pois o concreto celular apresenta baixas resistências em funҫão dos vazios presente em sua estrutura [²³-²⁵].

3.4. Condutividade térmica

A Figura 9 mostra os valores médios obtidos para a condutividade térmica. Tais resultados foram obtidos a partir da média de três amostras. Devido os valores de condutividade térmica divergirem após a segunda casa decimal, foi utilizada uma precisão de quatro casas decimais.

Figura 9
Condutividade térmica.

Observa-se que para a densidade alvo de 800 Kg/m³, a utilizaҫão de XG proporcionou um aumento evidente na condutividade térmica de cerca de 18,26%. Conforme o teste de Tukey (Tabela 5), com 95% de confianҫa, os resultados apresentam diferenҫa significativa. As amostras com densidade alvo de 1200 Kg/m³, a adiҫão de XG também apresentou um leve aumento, porém significativo, de cerca de 12,31%, o qual pode ser comprovado pelo teste de Tukey, conforme apresentado na Tabela 5.

Tabela 5
Teste de Tukey para a condutividade térmica.

VARIÁVEL	COMBINAÇÕES	PROBABILIDADE	SIGNIFICÂNCIA
Condutividade térmica	800-REF X 800-XG	4,36994E-5	Sim
	1200-REF X 1200-XG	0	Sim

A condutividade térmica possui relaҫão com a conectividade, tamanho e quantidade de poros. Além disso, possui também relaҫão direta com a densidade, em consequência do conteúdo de pasta. Conforme pode ser visualizado na Figura 9, em se tratando das misturas de referência, o aumento da densidade proporcionou a diminuiҫão do índice de vazios e, assim, o aumento da condutividade térmica. Tais resultados estão de acordo com o exposto por CORREIA [²⁵], SACHT et al. [²⁶], LERTWATTANARUK e SUNTIJITTO [²⁷] e PACHLA et al. [²⁸], onde a condutividade térmica é proporcional á densidade.

Em relaҫão as amostras contendo XG, para as duas densidades analisadas, a adiҫão de XG apresentou um aumento dos resultados de condutividade térmica em relaҫão aos traҫos de referência. Tais resultados não estão de acordo com os obtidos por HAJIMOHAMMADI et al. [¹⁴], os quais obtiveram, para a densidade alvo de 700 Kg/m³, uma pequena diminuiҫão da condutividade térmica á medida que se aumentava a porcentagem de XG, quando utilizado teores de 0,18%, 0,25% e 0,45% em relaҫão a massa do agente espumante. No entanto, embora houvesse aumento da distribuiҫão de tamanho dos poros e maior frequência de poros menores á medida que o teor de XG era aumentado, os autores não apresentaram valores de porosidade total que justificassem os dados de condutividade térmica obtidos. De acordo com PAPA et al. [²⁹], a combinaҫão de alta macroporosidade, arredondamento, dimensão dos poros e reduҫão da espessura interporosa (pelo incremento da porosidade total), permite o atingimento de menores condutividades térmicas.

No presente estudo, a utilizaҫão de Goma Xantana na densidade de 800 kg/m³ proporcionou uma sutil diminuiҫão do índice de vazios como também da interconectividade entre poros, evidenciado pela maior diminuiҫão na absorҫão de água. Tal fato se deve á maior estabilidade proporcionada á espuma, conforme ilustrado na Figura 7. Da mesma forma, a Goma Xantana proporcionou um aumento da densidade, resultando em uma maior resistência média á compressão, e uma maior condutividade térmica. No entanto, para o concreto espumoso com densidade de 1200 kg/m³, embora os resultados de índice de vazios e absorҫão não tenham sofrido alteraҫões com o uso de XG, há evidência de que a Goma Xantana tenha gerado efeito positivo, mesmo que pequeno, na proteҫão das bolhas, em virtude do aumento na resistência á compressão e condutividade térmica.

Com base na NBR 15.220-3 [³⁰], os resultados obtidos encontram-se dentro do valor estipulado para a condutividade térmica de blocos cerâmicos, materiais comumente utilizados para alvenaria de vedaҫão, os quais apresentam condutividade térmica igual a 0,65 W/ (m.K). Os valores também se encontram bem abaixo do valor máximo estipulado pela norma de desempenho, a NBR 15.575-1 [³¹], para paredes externas e internas, de 1,75 W/ (m.K). Sendo assim, no que se refere á condutividade térmica, todas as amostras em estudo, podem ser utilizadas como alvenaria de vedaҫão.

4. CONCLUSÃO

No presente estudo foi avaliado a inserҫão de Goma Xantana no processo de produҫão da espuma, com o intuito de melhorar sua estabilidade na produҫão de concretos celulares. Foram avaliadas as propriedades do concreto celular no estado endurecido, utilizando duas densidades alvo (800 kg/m³ e 1200 kg/m³).

A Goma Xantana melhorou a qualidade da espuma. Entre as composiҫões analisadas, o uso de 2% de Goma Xantana em relaҫão ao agente espumante, proporcionou uma melhor qualidade á espuma pré-formada, diminuindo a taxa de drenagem e aumentando a resistência da espuma.

No concreto celular, o uso de 2% de Goma Xantana para as duas densidades produzidas, apresentou uma maior resistência á compressão aos 7 e 28 dias. Os traҫos com densidades de 1200 kg/m³ apresentaram valores de resistência significativos de 2,64 MPa para 1200-REF e 3,83 MPa para 1200-XG, sendo superiores ao mínimo exigido para blocos de vedaҫão.

A utilizaҫão de Goma Xantana na densidade de 800 kg/m³, proporcionou uma diminuiҫão do índice de vazios, como também da interconectividade entre poros em decorrência da maior estabilidade proporcionada á espuma. Da mesma forma, a Goma Xantana proporcionou um aumento da densidade, resultando em uma maior resistência média á compressão, e uma maior condutividade térmica. Por outro lado, o impacto da Goma Xantana não fica tão evidente para o concreto celular com densidade de 1200 kg/m³, em que sua estrutura de poros parece não ser afetada de maneira substancial em decorrência da menor quantidade de espuma em sua composiҫão. Apesar de haver variaҫão significativa entre os dados analisados, a diferenҫa entre os valores médios obtidos é sutil.

Por fim, a utilizaҫão de 2% de Goma Xantana se mostrou mais eficiente para a densidade de 800 Kg/m³, o que dá indícios de ter maior influência em densidades menores de concretos celular, compostos por maiores quantidades de espuma pré-formada. Os resultados indicam que a Goma Xantana tende a proteger as bolhas, formando poros mais isolados, diminuindo a absorҫão de água, aumentando a resistência mecânica e condutividade térmica.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  03 Nov 2023
• Data do Fascículo
  2023

Histórico

• Recebido
  12 Jul 2023
• Aceito
  04 Set 2023