Análise da influência do tipo de agregado miúdo nas características e dosagem de argamassas mistas

Analysis of the influence of fine aggregate type on the characteristics and dosage of mixed mortars

Resumo

As argamassas de revestimento e assentamento de alvenaria com uso de areia artificial de britagem tem se tornado uma alternativa viável nos últimos anos, contudo têm-se grandes divergências quanto a preceitos de dosagem adequada para esses materiais. Diante disso, este trabalho objetiva estudar argamassas mistas de revestimento e assentamento de alvenaria com areia artificial de britagem e areia natural, de forma a avaliar os efeitos desses agregados em propriedades do estado fresco e endurecido sob análise de um processo de dosagem mais eficiente. Foram realizados ensaios de teor de ar incorporado; resistências à compressão, tração na flexão e aderência; módulo de elasticidade; absorção de água; porosidade; fissurabilidade e testes estatísticos em três idades (14, 28 e 85 dias). Empregou-se CP-II-E-32, cal CH-I, areia artificial de britagem de gnaisse e areia natural quartzosa. Percebe-se que o tipo de agregado influencia significantemente nas propriedades analisadas e que se necessita de um método de dosagem que considere esses preceitos/condições para obtenção de argamassas mistas de boa qualidade e de acordo com as condições de uso.

Palavras-chave:
Argamassas mistas; Areia natural; Areia artificial de britagem

Abstract

Coating mortars and plastering masonry using artificial sand from crushing has become a viable alternative in recent years, however, there is widespread disagreement with regards to the adequate dosage of materials. The objective of this project was to study coating mortars and plastering masonry with artificial crushing sand and natural sand, in order to evaluate the effects of these aggregates on fresh and hardened states properties under analysis of a more efficient mix design process. The samples were tested for incorporated air content, resistance to compression, traction in flexion and grip, modulus of elasticity; water absorption; porosity. Cracking and statistical tests were performed in three age groups (14, 28 and 85 days). CPII-E-32, CH-I lime, artificial crushing gneiss sand and natural quartz sand were used. The results showed that the artificial aggregate is suitable for use in mixed mortars. The study demonstrated that the type of mortar significantly influences the properties analysed and and that it is necessary to have a dosage method that considers those conditions in order to obtain good-quality mortars that are suitable to the conditions of use.

Keywords:
Coating mortar; Natural sand; Artificial Crushing Sand

Introdução

As argamassas de revestimento apresentam problemas no que tange ao efeito do tipo de agregado nos processos de dosagem (HADDAD et al., 2016; SANTOS et al., 2018). Quando se fala em agregados artificiais de britagem, verificam-se grandes vantagens, como, por exemplo: uniformização das características, isenção de impurezas orgânicas, entre outras (SILVA, 2006; SOUZA et al., 2018). Contudo, há algumas desvantagens como a forma dos grãos, o elevado teor de material pulverulento e a elevada porosidade devido ao processo de britagem (FREITAS, 2010; HADDAD et al., 2016 SOUZA et al., 2018).

Diante disso, evidencia-se a necessidade de se considerar na escolha de um traço com foco no desempenho esperado da argamassa ao longo do tempo, ou seja, sua durabilidade (HADDAD et al., 2016). No entanto, na prática identifica-se o emprego de traços mais pobres (BARBOSA; SANTOS; COURA, 2018; COSTA, 2005), o que reduz a qualidade dos revestimentos. Destaca-se que o desempenho da argamassa está condicionado à aspereza, determinada em função da natureza mineralógica e granulometria do agregado (FARIA; SANTOS; AUBERT, 2015; SAHMARAN et al., 2009); acabamento final (HADDAD et al., 2016); resistência mecânica oriunda dos materiais empregados (PENG; HU; DING, 2009; KADRI; DUVAL, 2002) e de dosagem de forma eficiente (SILVA, 2006; SANTOS et al., 2018) e quantidade de água na mistura (BARBOSA; SANTOS, 2013).

Para atender a essas condições necessita-se de um método de dosagem (SANTOS et al., 2018) de argamassas mistas que considere as características dos materiais (aglomerantes e agregados em geral) e as condições de aplicação (propriedades mecânicas e de durabilidade e condições de obra) de modo a obter de forma eficiente e prática as argamassas adequadas. Tem-se ainda o fato de muitas empresas estarem substituindo as argamassas preparadas em obra pelas pré-fabricadas, devido à dificuldade de estoque e caracterização adequada de materiais e sua dosagem de forma ineficiente no canteiro de obras (BARBOSA; SANTOS, 2013; SANTOS et al., 2018). Logo, a areia artificial de britagem pode permitir maior controle de produção e garantia das características dos agregados e, assim, das argamassas (SILVA, 2006; HADDAD et al., 2016).

Diante desse contexto, este trabalho objetiva estudar argamassas mistas com areia artificial de britagem e areia natural analisando sobre o ponto de vista do processo de dosagem proposto em Santos et al. (2018) de forma a avaliar os efeitos desses agregados em propriedades do estado fresco e endurecido e como o processo de dosagem pode ajudar nesse preceito. Buscou-se uma dosagem para uma condição pré-estipulada e ajustada segundo a classificação da NBR 13281 (ABNT, 2005a) para uma argamassa de média a alta exigência em fachadas, e assim avaliar como as premissas de um processo de dosagem aliado à tipologia dos materiais constituintes podem ajudar na geração de uma argamassa de boa qualidade.

Síntese do método de dosagem

O método de dosagem de Santos et al. (2018) corresponde a uma sequência de atividades simples que permitem obter o traço ideal (TI) para condições pré-estabelecidas (seja por meio de norma, condições ambientais e/ou características dos materiais). Resumem-se as atividades do método de Santos et al. (2018) em:

(a) definição do tipo e da quantidade de agregado: ocorreu a partir da análise da curva granulométrica, definindo-se a dimensão máxima característica em função do acabamento desejado (2,4 mm para acabamento mais áspero ou 1,2 mm para superfícies mais finas) e das massas específicas unitárias compactas e reais através da Equação 1:

Eq. 1 ${\mathit{P}}_{\mathit{areia}}=100-\left[\left(1-\frac{\mathit{\gamma }\mathit{u}}{\mathit{\gamma }\mathit{r}}\right).100\right]$

Onde:

P_areia = teor de agregados miúdos no traço, em %;

Y_u = massa específica unitária compacta do agregado miúdo, em g/cm³;

Y_r = massa específica real do agregado miúdo, em g/cm³;

C_vazios = coeficiente de vazios, em %;

V_s = volume de sólidos, em litros;

V_t = volume total, em litros; e

V_v = volume de vazios, em litros.

(b) estimativa da quantidade de água: é recomendado o valor inicial de 15%, considerando uma consistência (flow table) de 260±10 mm, e essa água deve ser adicionada gradualmente, conforme o ajuste do traço à consistência e trabalhabilidade desejada;

(c) atribuição da quantidade de aglomerante: o método propõe uma dosagem para argamassas mistas (dois aglomerantes - cimento e cal). Ele indica duas expressões, sendo uma expressão que permita obter o consumo de cimento (P_cimento) em função do consumo atribuído de cal (P_cal), conforme experiência dos profissionais (Equação 2), ou encontrar o valor da cal em função do cimento, conforme a Equação 3.

Eq. 2 ${\mathit{P}}_{\mathit{cimento}}=100-\left({\mathit{P}}_{\mathit{cal}}+{\mathit{P}}_{\mathit{areia}}+{\mathit{P}}_{\mathit{á}\mathit{gua}}\right)$

Eq. 3 ${\mathit{P}}_{\mathit{cal}}=100-\left({\mathit{P}}_{\mathit{cimento}}+{\mathit{P}}_{\mathit{areia}}+{\mathit{P}}_{\mathit{á}\mathit{gua}}\right)$

(d) ajuste experimental dos traços básicos: a partir das etapas anteriores, devem-se extrair pelo menos três traços de argamassa expressos em porcentagem do volume aparente total de materiais. Esses traços devem ser ajustados de forma experimental, e, se necessário, acertar a quantidade de água e dos demais materiais na mistura considerando: exsudação e/ou falta de coesão no material, que podem ser indício de que há pouco aglomerante, sendo necessário o incremento do aglomerante ou adaptações no agregado com a inserção de finos; se a coesão for excessiva, indica-se acrescentar agregado à mistura e/ou reduzir o teor de finos do agregado ou teor de aglomerantes; e se a argamassa ficar muito áspera é indício de que a granulometria da areia possui várias partículas de dimensões maiores, devendo realizar um peneiramento para retirar a graduação indesejável, e refazer todo o processo de dosagem. Pode-se ainda inserir adições e aditivos nessa etapa do método;

(e) definição das propriedades e idades: é preciso conhecer as condições do local de aplicação e qual a expectativa para a argamassa a ser dosada, e especificar as propriedades que melhor representem e atenda a condição ambiental. Os autores indicam que as propriedades resistência à tração na flexão e potencial de aderência à tração, consistência e coesão como mínimas sejam consideradas no planejamento das argamassas de revestimento, visto que são propriedades básicas, e, qualquer que seja a condição, seus resultados são extremamente relevantes para as argamassas de revestimento; e

(f) definição do traço ideal: as argamassas de revestimento devem atender a uma condição de dosagem dada pela Equação 4. Para definir o traço ideal, pode-se construir gráficos correlacionando os valores das propriedades (eixo das abscissas) e os percentuais (volumes aparentes) dos materiais utilizados (eixo das ordenadas). A partir destes se constroem linhas de tendência por meio de uma planilha eletrônica e encontram-se as correlações do consumo de cada material para cada propriedade. Encontra-se o traço ideal para cada propriedade atribuindo o valor de _Fd e o percentual de material para a condição especificada. O traço final é aquele que atende a todas as condições, ou seja, aquele que estiver mais à direita do gráfico, ou mais próximo do traço mais forte para propriedades com limitações superiores, e traço mais fraco para limitações inferiores.

Eq. 4 ${\mathit{F}}_{\mathit{d}}={\mathit{F}}_{\mathit{k}}\pm {\mathit{t}}_{\frac{\mathit{\alpha }}{z}\mathit{n}-1}·\mathit{s}$

Onde:

F_d corresponde ao limite de dosagem de determinada propriedade da argamassa;

F_k corresponde ao limite característico de determinada propriedade da argamassa;

${\mathit{t}}_{\frac{\mathit{\alpha }}{\mathit{z}}\mathit{n}-1}$ corresponde a um valor tabelado (Distribuição t) para um nível de significância de 5%;

“s” é o desvio padrão da amostra avaliado através de regressão linear de cada propriedade em função dos constituintes dos materiais em porcentagem de volume; e

“n” é o número de amostras.

Materiais e programa experimental

No programa experimental buscou-se caracterizar os agregados e as argamassas mistas de modo a avaliar a influência do tipo de agregado no processo de dosagem e nas propriedades analisadas.

Materiais

Empregou-se cimento CP II-E-32; cal hidratada tipo CH I, agregado miúdo na zona utilizável inferior: areia natural quartzosa e areia artificial de britagem de gnaisse. As características físicas das areias natural e artificial utilizadas encontram-se compiladas na Tabela 1 e Figuras 1 e 2, juntamente com as normas que preconizaram para cada propriedade. Ambos não apresentaram nenhum mineral que comprometesse sua aceitação para uso em argamassas de revestimento.

Tabela 1
Características físicas das areias artificial e natural

Granulometria - NBR NM 248 (ABNT, 2003a)	Areia natural	Areia artificial
Classificação	Zona utilizável inferior
Dimensão máxima característica Módulo de finura Massa específica real - kg/dm3 Massa específica unitária solta - kg/dm3 Massa específica unitária compacta - kg/dm3 Teor de argila - % Teor de material pulverulento - % Impureza orgânica - % Absorção de água - % Formas dos grãos	1,2 mm 1,48 2,577 1,291 1,439 Isento 4,70 < 300 p.p.m. 2,68% Arredondado	1,2 mm 1,56 2,660 1,440 1,656 Isento 14,70 < 300 p.p.m 5,32% Angulosa

Fonte:ABNT, 2000ABNT, 2001aABNT, 2001bABNT, 2006ABNT, 2010aABNT, 2009a

Figura 1
Curvas granulométricas dos agregados, com apresentação das zonas utilizável superior (ZUS) e inferior (ZUI) e ótima (ZO) e das curvas granulométricas da areia natural (A.N.) e areia artificial (A.A.)

Figura 2
Imagens de microscópio digital dos agregados artificial e natural

Programa experimental

O programa experimental deste trabalho consistiu em caracterizar os materiais (Tabela 1) e realizar os ensaios necessários para avaliar as características de argamassa com areia artificial de britagem e natural. Os ensaios (Tabela 2) foram estruturados para uma condição pré-definida para uma argamassa de revestimento de fachada com características medianas a superiores, para um proporcionamento que atendesse às condições expressas na Tabela 3 (definidas pelos autores com base nas suas experiências e fundamentadas nas diretrizes de classificação da NBR 13281 (ABNT, 2005a) e recomendações de Carasek (2010) para intervalos de confiança unilaterais pelo processo de dosagem de Santos et al. (2018) e consistência (260±10 mm) conforme a NBR 13276 (ABNT, 2016). Os traços foram avaliados quanto à trabalhabilidade e coesão através da adesão da argamassa a colher de pedreiro e à facilidade de aplicação e adesão ao substrato composto com um prisma de alvenaria estrutural com bloco de concreto após chapisco industrializado rolado.

Tabela 2
Ensaios realizados no programa experimental

ENSAIO	IDADE (dias)	Normas
Consistência	0	NBR 13276 (ABNT, 2016)
Densidade de massa fresca	0	NBR 13278 (ABNT, 2005b)
Densidade de massa no estado endurecido	28	NBR 13280 (ABNT, 2005c)
Resistência à tração na flexão	14-28-85	NBR 13279 (ABNT, 2005d)
Resistência à compressão axial	14-28-85	NBR 13279 (ABNT, 2005d)
Módulo de elasticidade	28	NBR 15630 (ABNT, 2009b)
Resistência de aderência à tração	28	NBR 13528 (ABNT, 2010b)
Absorção de água por imersão	28	NBR NM 30 (ABNT, 2000)
Absorção de água por capilaridade	28	NBR 15259 (ABNT, 2005e)
Porosidade	28	NBR NM 30 (ABNT, 2000)

Tabela 3
Propriedades condicionantes para as argamassas

Propriedades	Limite
fc - Compressão	≥ 4,0 Mpa
ft - Tração na flexão	≥ 2,0 Mpa
Ad - Tração por aderência	≥ 0,30 Mpa
CC - Coeficiente de capilaridade	≤ 7,0 g/dm2.min1/2
C - Consistência - flow table	= 260±10 mm
ɣfresca - Densidade de massa no estado fresco	≥ 1600 kg/l
ɣseca - Densidade de massa no estado endurecido	≥ 1400 kg/l
Análise de propensão à fissuração	Ed ≤ 7 GPa e Ed/ft ≤ 2500

Fonte:ABNT, 2005aCarasek (2010)

Foi realizada a análise dos resultados por meio de teste estatísticos de normalidade (que comprovou que os valores encontrados se aproximavam de uma curva normal), ANOVA (para as curvas de correlação e interdependência das propriedades) e teste t (para aferição de atendimentos dos limites de dosagem estipulados para o traço ideal), que foram aprovados. Vislumbrando garantir e aumentar a representatividade dos resultados de forma eficiente e confiável (95% para testes de normalidade), estruturou-se a ampliação (em relação às normas) do número de corpos de prova (18 CP’s para f_t e A_d; 36 CP’s para f_c; e 10 CP’s para E_d, CC, A_i e P), de modo a maximizar a amostragem e realizar testes que comprovassem o cumprimento dos parâmetros estipulados.

Resultados e discussões

Os resultados são apresentados como média ± erro padrão. Foram realizados ainda teste t e ANOVA para comparação dos dados, significância dos resultados nos quais foi considerado p<0,05 (sendo p o nível de significância estatística para uma confiabilidade dos dados de 95%).

A maioria dos trabalhos (SENGUL; TASDEMIR; TASDEMIR, 2002; SILVA, 2006; SAHMARAN et al., 2009; CARASEK, 2010; FREITAS, 2010; HADDAD, 2015, HADDAD et al., 2016, SANTOS et al., 2018) que avalia o efeito do tipo de agregado geralmente mantém o traço e analisa as propriedades que acham pertinentes. Neste artigo buscou-se um método de dosagem (SANTOS et al., 2018) que considerasse o tipo e as caraterísticas dos agregados e a partir daí analisar a efetividade da dosagem, possíveis diferenças nos traços tanto no estado fresco quanto endurecido e limitações do método e de uso desses agregados. Para isso, estruturou-se primeiramente o processo de dosagem com algumas considerações quanto ao método e na sequência avaliaram-se as características dos traços básicos e do traço ideal (TI obtido pelo método) em relação às características da dosagem e dos componentes dos traços. Foi dado maior ênfase no tipo de agregado.

Dosagem do traço para as condições especificadas

Primeiramente, realizou-se o processo de dosagem segundo Santos et al. (2018), obtendo-se como traços básicos as seis proporções em massa expressas na Tabela 4. Conforme observado na Tabela 1, as massas específicas real e unitária compacta da areia natural é 2,577 kg/l e 1,439 kg/l, respectivamente, e da areia artificial é de 2,660 kg/l e 1,656 kg/l, respectivamente. Adotando-se a Equação 1, obteve-se um consumo de areia natural de 55,84% e para areia artificial de 62,27%. O consumo inicial de água foi de 15%, conforme orientação do método. Para definir o consumo de aglomerante, adotou-se as equações 2 e 3, sendo atribuído o consumo de cimento intermediário em 10%, um traço mais forte (+ 3% de cimento) e outro mais fraco (- 3% cimento). Destaca-se que foram utilizados os valores de massa específica real e unitária do cimento (3,10 kg/l e 1,70 kg/l) e da cal (2,8 kg/l e 0,50 kg/l), respectivamente, fornecidos pelo fabricante.

Tabela 4
Traços básicos ajustados em massa

Agregado		Cimento	Cal	Areia	Água
Natural	1º	1,000	0,931	6,752	1,471
	2º	1,000	0,564	4,727	0,979
	3º	1,000	0,366	3,636	0,833
Artificial	1º	1,000	0,661	8,667	1,605
	2º	1,000	0,374	6,067	1,177
	3º	1,000	0,220	4,667	0,932

Os traços foram ajustados (Tabela 4), buscando-se uma consistência de 260±10 mm e trabalhabilidade e coesão que permitissem uma argamassa de adequação a aplicação como argamassa de revestimento de fachada. Para tanto, foi necessário somente o incremento de água para atender as condições do estado fresco, devido à maior finura desses agregados utilizados (Tabela 1 - módulo de finura de 1,48 (A.N.) e 1,56 (A.A.)). Constatou-se maior demanda para as argamassas com agregado artificial devido à maior porosidade.

Percebeu-se que os traços com areia natural se alteraram um pouco com o ajuste, contudo a relação aglomerante/agregado (em volume) se mantém - 0,52. Para adquirir a plasticidade desejada, foi necessário aumentar (17,6%) a relação água/materiais secos (em massa) de 0,14 para 0,17 em média, em função da sua maior área específica (Tabela 1). Para areia artificial, também se identificou variação, contudo a relação aglomerante/agregado (em volume) se mantém - 0,36. Para adquirir a plasticidade desejada, foi preciso aumentar (25%) a relação água/materiais secos (em massa) de 0,12 para 0,16 em média, principalmente devido à maior área específica, forma, rugosidade e também à maior porosidade do agregado artificial devido ao processo de britagem (Figura 2). Percebe-se ainda pela Tabela 1 que a areia artificial continha maior teor de materiais pulverulentos (4,70% para A.N. e 14,78% para A.A) e pela Figura 2 que as partículas menores (0,15 mm) eram mais finas que a da areia natural, o que demanda maior quantidade de água.

Fica evidente que o método de dosagem conseguiu mensurar o efeito das caraterísticas dos agregados e definir um proporcionamento destes de modo a atender as características preestabelecidas e de acordo com uma boa aplicação, pois ambas as argamassas apresentaram coesão e trabalhabilidade adequadas para aplicação como revestimento de fechada. Pode-se destacar que os grãos da areia artificial são mais angulosos que a areia natural e isso poderia deixar a argamassa mais áspera (SILVA, 2006; HADDAD, 2015), contudo a presença de cal permitiu reduzir esse efeito e gerar uma argamassa com boa trabalhabilidade e coesão.

O consumo de cimento se mostrou bem parecido, e o de cal exibiu diferenças, o que se justifica pelo maior teor de finos presentes no agregado artificial, reduzindo o consumo desse aglomerante que atua também como componente plastificante. A partir desses traços moldaram-se os corpos de prova, ensaiaram-se e encontraram-se os valores de cada propriedade por traço (Tabela 5), balizados nos limites da Tabela 3 e no desvio-padrão de cada resultado.

Tabela 5
Resultados de cada traço de argamassa

Propriedade	Areia natural			Areia artificial
	1º A.N.	2º A.N.	3º A.N.	1º A.A.	2º A.A.	3º A.A.
fc (MPa)	4,76	8,41	14,30	4,04	7,13	11,44
Erro	0,06	0,27	0,63	0,08	0,15	0,15
ft (MPa)	1,52	2,68	3,50	1,90	2,71	3,90
Erro	0,02	0,05	0,08	0,02	0,07	0,02
Ad (MPa)	0,277	0,389	0,557	0,323	0,467	0,620
Erro	0,010	0,010	0,012	0,010	0,006	0,015
CC (g/dm2.min1/2)	8,70	4,30	1,58	8,12	4,50	2,10
Erro	0,11	0,08	0,49	0,11	0,81	0,04
ɣ seca(kg/l)	1,751	1,871	1,932	2,027	2,096	2,122
Erro	0,007	0,030	0,015	0,012	0,007	0,010
ɣ fresca(kg/l)	1,957	1,976	1,987	2,031	2,036	2,047
Erro	0,001	0,000	0,004	0,001	0,000	0,000
Ed (Gpa)	4,18	6,52	7,36	4,83	6,25	7,71
Erro	0,03	0,03	0,04	0,10	0,13	0,14
Ed/ft	2748	2435	2104	2542	2306	1976

Estruturou-se o intervalo de confiança para esses resultados, com confiabilidade de 95%, sendo adotado aqui o parâmetro que f_c, f_t, A_d, E_d, ɣ_seca, ɣ_fresca, os valores de F_d (parâmetros de dosagem), vide Tabela 7, deveriam ser maiores que o F_k (parâmetros característicos). Já para o coeficiente de capilaridade e a avaliação de tendência a fissurabilidade, optou-se que F_d fosse menor que o F_k, devido ao fato de que quanto maior esses parâmetros menores seriam as outras propriedades, ou, ainda, este seria um elemento depreciativo na qualidade das argamassas.

Tabela 6
Traço ideal para areias natural e artificial em massa

Traço final	Cimento	Cal	Areia	Água
A.N.	1,000	0,551	4,653	0,964
A.A.	1,000	0,455	6,793	1,298

Tabela 7
Resultados, erros e teste t para o traço ideal

Propriedade	Areia natural			Areia artificial
	Fd	Fencontrado	Erro	Fd	Fencontrado	Erro
fc(MPa)	> 4,872	8,24	0,74	> 4,899	5,96	0,44
ft(MPa)	>2,456	2,69	0,23	>2,396	2,40	0,17
Ad(MPa)	>0,390	0,39	0,03	>0,396	0,40	0,03
CC (g/dm2.min1/2)	<5,729	4,68	0,08	<6,412	6,07	0,18
ɣseca (kg/l)	>1522	1,884	0,03	>1460	2,020	0,018
ɣfresca (kg/l)	>1612	1,978	0,001	>1602	2,034	0,003
Ed (GPa)	< 6793	6,31	0,05	< 6167	5,58	0,04
Ed/ft	< 2500	2346		< 2500	2321

• Nota: o teste t constatou que os valores encontrados em cada propriedade atendiam aos limites estipulados na Tabela 3.

Diante desta análise de cada propriedade, obtêm-se as correlações que definem o traço ideal para cada areia. Para areia natural identificou-se que aderência se mostrou como crítica, e pode-se utilizar as Equações 5 a 8 para definir o consumo dos materiais:

Eq. 5 ${\mathit{C}}_{\mathit{areia}}=-\mathit{33},\mathit{688}{\mathit{A}}_{\mathit{d}}^2+\mathit{26},\mathit{359}{\mathit{A}}_{\mathit{d}}+\mathit{49},\mathit{766}$

Eq. 6 ${\mathit{C}}_{\mathit{á}\mathit{gua}}=\mathit{52},\mathit{361}{\mathit{A}}_{\mathit{d}}^2-\mathit{41},\mathit{027}{\mathit{A}}_{\mathit{d}}+\mathit{24},\mathit{413}$

Eq. 7 ${\mathit{C}}_{\mathit{cal}}=\mathit{25},\mathit{859}{\mathit{A}}_{\mathit{d}}^2-\mathit{42},\mathit{942}{\mathit{A}}_{\mathit{d}}+\mathit{31},\mathit{521}$

Eq. 8 ${\mathit{C}}_{\mathit{cimento}}=-\mathit{44},\mathit{531}{\mathit{A}}_{\mathit{d}}^2+\mathit{57},\mathit{609}{\mathit{A}}_{\mathit{d}}-\mathit{5},\mathit{7}$

Para areia artificial, identificou-se a resistência a tração na flexão como propriedade limitadora. Assim, têm-se as Equações de 9 a 12 para definir o consumo de material:

Eq. 9 ${\mathit{C}}_{\mathit{areia}}=\mathit{0},\mathit{1832}{\mathit{f}}_{\mathit{t}}^2-\mathit{1},\mathit{4881}{\mathit{f}}_{\mathit{t}}+\mathit{61},\mathit{987}$

Eq. 10 ${\mathit{C}}_{\mathit{á}\mathit{gua}}-\mathit{0},\mathit{240}{\mathit{f}}_{\mathit{t}}^2+\mathit{1},\mathit{973}{\mathit{f}}_{\mathit{t}}+\mathit{15},\mathit{468}$

Eq. 11 ${\mathit{C}}_{\mathit{cal}}=\mathit{0},\mathit{628}{\mathit{f}}_{\mathit{t}}^2-\mathit{6},\mathit{048}{\mathit{f}}_{\mathit{t}}+\mathit{25},\mathit{374}$

Eq. 12 ${\mathit{C}}_{\mathit{cimento}}=-\mathit{0},\mathit{560}{\mathit{f}}_{\mathit{t}}^2+\mathit{6},\mathit{593}{\mathit{f}}_{\mathit{t}}-\mathit{2},\mathit{751}$

Através do teste ANOVA verificou-se a significância/dependência entre a propriedade e o consumo de material, e para a resistência potencial de aderência à tração (propriedade limitadora) da argamassa com areia natural a variação do consumo de areia e de água (f₀<f_0,05;1,7) não apresentou significância. Em contrapartida a resistência à tração na flexão, propriedade limitadora para areia artificial, mostrou-se influenciada por todos os componentes do traço.

Encontrou-se o traço ideal (Tabela 6) para cada tipo de agregado segundo processo de dosagem de Santos et al. (2018) pelas Equações de 5 a 12, ou seja, o traço que atende a todas as premissas (propriedade condicionantes) estipuladas nas Tabela 3.

Apresentam-se na Tabela 7 os valores limitadores de dosagem (F_d), os resultados experimentais médios e erro padrão para o traço ideal de cada tipo de areia analisada. Percebe-se que os valores encontrados para as argamassas estão dentro dos limites do intervalo de confiança (teste t), demonstrando que o processo de dosagem permite obter as argamassas mistas desejadas, com confiabilidade de 95% em função das características distintas dos agregados e das condições definidas.

Fica evidente que o uso de um método como o proposto permitiu chegar a proporções de materiais diferentes, devido a diferença do tipo de agregado, contudo com propriedades próximas. Diante dos resultados e das verificações experimentais desta parte do trabalho, e associada à metodologia de dosagem proposta, percebe-se que a metodologia de dosagem permitiu a estruturação de um proporcionamento de materiais de forma eficiente, convergindo para argamassas de boa qualidade (estado fresco e endurecido) e que atendem aos parâmetros técnico-científicos, normativos e às condições do local de uso, conforme pré-definido na Tabela 3. Faz-se no próximo tópico uma análise mais detalhada dos efeitos desses agregados nas características das argamassas mistas e, assim, do método de dosagem, sendo essa abordagem a inovação proposta neste artigo.

Análise das propriedades das argamassas

Nesta parte apresentam-se os valores encontrados para todos os traços, sob análise de cada propriedade, seus constituintes e sua evolução ao longo da idade, sempre correlacionando como processo de dosagem e bibliografia especializada.

Resistência à compressão

A Figura 3 apresenta os resultados dos traços de argamassa de revestimento com areia natural (A.N) e com artificial (A.A.) para a resistência à compressão (f_c). Os resultados de resistência dão um indicativo de que a carbonatação da cal esteja ocorrendo e contribuindo para o aumento da resistência, com projeção de crescimento positivo. O teste ANOVA demonstrou significância na variação do tempo de cura em relação à resistência à compressão, corroborando com a bibliografia (FREITAS, 2010). A influência da presença da cal pode ser observada nos traços mais ricos nesse aglomerante (1º A.N. e 1º A.A.), nos quais o aumento da resistência à compressão chegou a 86,91% (1º A.A.) após os 28 dias em relação à mesma data. O efeito do cimento pode ser observado nos traços mais ricos nesse material (3º A.N. e 3º A.A.), nos quais o aumento se mostrou mais evidente até 28 dias de idade, chegando a 49,72%.

Figura 3
Resultado dos traços 1º, 2º e 3º da areia natura (A.N.) e da areia artificial (A.A) e dos traços ideais (TI) para a resistência à compressão (f_c)

O teste t identificou que os traços são diferentes entre si, quando se avalia as composições diferentes para o mesmo material, logo a metodologia permitiu a obtenção de três traços diferentes, que margeiam os parâmetros de dosagem. Quando se analisam os dois tipos de agregados, percebe-se que os traços são semelhantes para essa propriedade e que apesar da forma e granulometria promoveram uma alteração significativa nas composições dos traços, o método permitiu obter traços diferentes, mas com valores próximos de f_c, o que demonstra sua eficiência.

Percebeu-se que o agregado artificial na presença de cal teve um ganho percentual de resistência à compressão mais acentuado (86,91% para A.A. e 33,03% para A.N.), demonstrando que houve maior afinidade entre esse agregado e a cal. Contribuíram para esse resultado a granulometria (Tabela 1 e Figuras 1 e 2), a permeabilidade dos vazios (menor teor de cal e, assim, de aditivo incorporador de ar) e a microfissuração do agregado artificial (gerada pelo processo de britagem), que permitiram melhor empacotamento de partículas (granulometria e forma) e a entrada de aglomerantes que, posteriormente, puderam se hidratar e carbonatar fechando os poros permeáveis desse agregado e aumentando as densidades desses compósitos (PENG; HU; DING, 2009; SAHMARAN et al., 2009; CARASEK, 2010; SENGUL; TASDEMIR, TASDEMIR, 2002; GULBE; VITINA; SETINA, 2017).

Quanto à classificação da NBR 13281 (ABNT, 2005a) para a resistência à compressão, constatou-se compreendida entre P4 (média resistência) e P6 (alta resistência), demonstrando que os traços propostos são indicativos de argamassas de boa qualidade quanto a esses parâmetros, uma vez que promoveram a geração de argamassas classificadas de média a alta resistência à compressão.

Resistência à tração na flexão

A Figura 4 apresenta os resultados dos seis traços básicos e o ideal (TI) de argamassa com areia natural (A.N.) e com areia artificial (A.A.) para resistência à tração na flexão (f_t). Percebe-se um comportamento linear dos valores de f_t ao longo da idade, o que permite considerar que durante o período de teste não se identificou a estabilização das reações de carbonatação da cal e hidratação do cimento, com previsão de crescimento positivo.

Figura 4
Resultado dos traços 1º, 2º e 3º da areia natura (A.N.) e da areia artificial (A.A) e dos traços ideais (TI) para a resistência à tração na flexão (f_t)

Pode-se admitir que a ação de carbonatação da cal se torna mais preponderante a partir dos 28 dias, e verificou-se que a presença da cal promoveu, em todos dos traços, aumentos expressivos (dobro) nessa propriedade nas idades entre 28 e 85, sobretudo nos traços com maior teor de cal: 1º A.N. e 1º A.A. Nos traços 3º A.N. e 3º A.A. (maior teor de cimento), constatou-se o efeito do cimento de forma mais significativa, nos quais o aumento chegou a 55,70% até os 28 dias.

Realizou-se o teste t comparando os dois tipos de agregados e comprovou-se a visualização da Figura 4, demonstrando que os resultados dos traços são semelhantes quanto à f_t, mesmo os traços apresentando composições e materiais diferentes. Novamente o método de dosagem analisado permitiu obter traços diferentes, mas com valores próximos de f_t, o que reforça sua eficiência também para essa propriedade. Os agregados contribuem para a resistência à tração das argamassas, e os agregados mais arredondados e com granulometria mais contínua promoveram o aumento da resistência mecânica e os grãos mais finos melhoraram a trabalhabilidade e coesão na interface agregado/pasta e assim também a f_t (PENG; HU; DING, 2002; LARRARD, 2009). Já os agregados mostraram ganhos de resistência consideráveis das argamassas, com valores entre 28 e 85 dias de idade (172% a 269%), tanto em relação aos traços com mais cimento como para os traços com mais cal. Logo, a forma, a granulometria e a rugosidade dos grãos, quando proporcionadas de forma adequada, promoveram boa ancoragem entre a matriz cimentícia e o agregado, repercutindo no aumento de f_t, corroborando com (PENG; HU; DING, 2009; SAHMARAN et al., 2009; SENGUL; TASDEMIR; TASDEMIR, 2002).

Quanto à classificação das argamassas da NBR 13281 (ABNT, 2005a) para a tração na flexão, têm-se argamassas entre R2 (média resistência) e R6 (alta resistência), demonstrando que os traços propostos são indicativos de argamassas de boa qualidade quanto a essa propriedade. Destaca-se que a propriedade foi a limitadora do traço ideal da areia artificial. Logo, sua aferição correta permite a definição precisa dos traços, ou seja, o caminho crítico da dosagem da A.A. passou por essa propriedade.

Resistência de aderência à tração

A Figura 5 apresenta os resultados da resistência de aderência a tração dos seis traços básicos de argamassa com areia natural (A.N) e com areia artificial (A.A.) e o traço ideal para cada agregado realizado aos 28 dias de idade. Tem-se um comportamento similar ao de f_t. O teste t identificou que os traços são diferentes entre si ao se avaliar as composições e semelhantes quando se comparam os dois tipos de agregados. Novamente demonstra que o método de Santos et al. (2018) permite encontrar os traços para atender aos pré-requisitos de forma adequada mesmo para agregados diferentes.

Figura 5
Resultado dos traços 1º, 2º e 3º da areia natura (A.N.) e da areia artificial (A.A) e dos traços ideais (TI) para a resistência de aderência à tração (A_d)

Quanto aos aglomerantes constatou-se que os traços mais ricos em cimento apresentam maiores valores A_d, sobretudo nas areias artificiais, devido à maior rugosidade. Os traços mais riscos em cal apresentaram valores menores em A_d, confirmando a bibliografia que afirma que quanto maior o teor de cal, maior a queda de resistência (PAIVA; GOMES; OLIVEIRA, 2007; HAACH; VASCONCELOS; LOURENÇO, 2011), menor a densidade, maior a quantidade de poros (GULBE; VITINA; SETINA, 2017), e este último está intimamente ligado à redução de contato com o substrato (THIRUMALINI; RAVI; RAJESHC, 2017).

Percebe-se que houve influência um pouco mais acentuada da granulometria, forma e rugosidade na aderência das argamassas do que nas demais propriedades. A forma e a rugosidade visualizadas pelas arestas mais contundentes e superfície mais áspera (Figura 2) do agregado artificial propiciaram maior ancoragem dos grãos à pasta (SAHMARAN et al., 2009; HADDAD, 2015), conferindo aumentos que variaram entre 10% e 22% da A_d em relação à argamassa com areia natural. Além disso, a maior presença de finos pode melhorar a plasticidade e coesão das argamassas no estado fresco (PAIVA et al., 2006), causando um recobrimento mais eficiente dos agregados e melhorando a interface agregado/pasta, e assim também a A_d (PENG; HU; DING, 2002; LARRARD, 2009).

Quanto à classificação das argamassas pela NBR 13281 (ABNT, 2005a) para aderência à tração, observam-se argamassas entre A2 (média aderência) e A3 (alta aderência), o que demonstra que os traços propostos são indicativos de argamassas de boa qualidade quanto aos parâmetros que foram exigidos. Permitiu-se obter argamassas para uso interno (A_d ≥0,2 MPa) como o traço 1º A.N. e para uso externo (A_d ≥0,3 MPa) como os demais traços analisados (CARASEK, 2010).

Módulo de elasticidade dinâmico e tendência à fissurabilidade

A Figura 6 apresenta os resultados dos seis traços básicos de argamassa com areia natural (A.N.) e com areia artificial (A.A.) e os dois traços ideias para avaliação da tendência à fissurabilidade pelo módulo de elasticidade dinâmico (E_d) e pela relação E_d/f_t avaliados aos 28 dias. O teste t demonstrou que os traços são diferentes entre si, quando se avalia as composições diferentes para o mesmo material, contudo se apresentaram como semelhantes para os dois tipos de agregados, conforme já observados nas demais propriedades.

Figura 6
Resultado dos traços 1º, 2º e 3º da areia natura (A.N.) e da areia artificial (A.A) e dos traços ideais (TI) para a módulo de elasticidade dinâmico (E_d)

Evidencia-se que à medida que se aumenta o consumo de cimento, as argamassas ficaram mais rígidas, aumentando o valor do módulo de elasticidade em aproximadamente 20% nos traços analisados. Aliado a isso, tem-se a presença da cal hidratada nos traços mais fracos, e a cal do tipo CH I (da Ical) pode possuir aditivo incorporador de ar (GULBE; VITINA; SETINA, 2017) para melhoria da plasticidade das argamassas sem a necessidade de pré-hidratação da cal na obra. Tem-se com isso o aumento dos vazios (poros) e a redução do valor dessa propriedade (MALHOTRA; SIVASUNDARAM, 2004; BARBOSA et al., 2015). Quanto à tendência à fissurabilidade, pode-se afirmar que os dados indicaram baixa fissurabilidade (E_d<7 GPa e E_d/ft<2500), o que demonstra que as argamassas produzidas têm indicativo de alta durabilidade e eficiência quanto aos parâmetros analisados (SOUZA; LARA, 2007), sobretudo para uso em revestimentos de fachada devido à grande insolação e às grandes áreas de exposição.

Ao se analisar os traços comparando os dois tipos de agregados, comprova-se a visualização da Figura 6, cujos resultados dos traços mais ricos em cimento tendem a ser um pouco maiores (15%) para areia artificial. Justificam-se esses resultados pela maior densidade de agregado, maior teor de finos que podem maximizar o empacotamento dos grãos (HADDAD et al., 2016) e menor teor de cal, incorporando ar (GULBE; VITINA; SETINA, 2017).

Absorção de água por imersão e porosidade

A Figura 7 apresenta o resultado dos traços de argamassa com areia natural (A.N) e com areia artificial (A.A.) para absorção de água por imersão e porosidade.

Figura 7
Resultado dos traços 1º, 2º e 3º da areia natura (A.N.) e da areia artificial (A.A) e dos traços ideais (TI) para a absorção de água (A_i) e da porosidade (P)

Constata-se pouca diferença entre os traços, comprovado pelo teste t. A pequena diferença existente converge para condição de aumento da resistência mecânica e hidratação do cimento e carbonatação da cal preenchendo os poros percoláveis à água, ou seja, com acesso pela superfície da amostra. Como o teor volumétrico de cimento foi o mesmo (10% iniciais pelo método de Santos et al. (2018)) percebe-se que nos traços com menores teores de cal os valores de porosidade e absorção por imersão são menores e semelhantes entre os diferentes agregados. Contudo, nos traços mais ricos em cal e areia natural constatou-se aumento de 12% na absorção de água e porosidade semelhante. Admite-se que isso representa que o maior teor de cal diminui o tamanho dos poros (Figura 8) e convergiu para uma maior sucção, mesmo o volume de poros se mantendo estável.

Figura 8
Imagem de microscópio digital das argamassas dos traços 1º, 2º e 3º da areia natura (A.N.) e da areia artificial (A.A) e dos traços ideais (TI)

Destaca-se que esse consumo superior de cal para areia natural saiu do processo de Santos et al. (2018), no qual se percebeu que a presença de mais finos nos agregados artificiais permitia um aumento de massa específica unitária, o que é plausível, pois esses finos ajudam na plasticidade e compacidade da argamassa e reduzem o consumo de cal para essa finalidade (FREITAS, 2010; DADAD et al., 2016). Com o maior teor da cal, as argamassas aumentaram a quantidade de vazios e consequentemente de absorção de água, conforme observado na areia natural (CARASEK, 2010; BAIA; SABBATINI, 2008; SANTOS et al., 2018).

Comprova-se ainda pelas Figuras 8a e 8b os dados obtidos anteriormente nas quais se percebe uma macroestrutura com muitos poros e com grande proximidade e interceptações, situação própria de argamassas de revestimento (BAIA; SABBATINI, 2008; CHEN; WU; ZHOU, 2013; DADAD et al., 2016). É perceptível que os poros nas argamassas com areia artificial são ligeiramente maiores, contudo em menor quantidade que as argamassas com areia natural, novamente demonstrando grande proximidade das propriedades analisadas neste trabalho. Os poros da A.A. são mais irregulares que na A.N., uma vez que são provenientes dos arranjos dos grãos na matriz cimentícia e no caso da A.N. a presença de cal promove poros esféricos (CARASEK, 2010; HADDAD et al., 2016)

Absorção de água por capilaridade

A Figura 9 apresenta os resultados dos traços de argamassa com areia natural (A.N.) e com areia artificial (A.A.) para absorção de água por capilaridade e a Figura 8 apresenta os resultados do coeficiente de capilaridade, ambos após 28 dias.

Figura 9
Resultado dos traços 1º, 2º e 3º da areia natural (A.N.) e da areia artificial (A.A) e dos traços ideais (TI) para a absorção de água por capilaridade (A_c)

Percebe-se que durante o período de teste se identificou a estabilização da percolação capilar da água, permitindo assim identificar os valores de absorção de água por capilaridade de cada traço. Percebeu-se que a composição do traço interferiu nessa propriedade, ou seja, ela reduziu (≈ 30%) com o aumento do consumo de cimento e aumento da resistência mecânica, evidenciando o fechamento dos poros ou a interceptação dos capilares pela hidratação do cimento e carbonatação da cal (CHEN; WU; SHOU, 2013; NOKKEN; HOOTON, 2008).

Constata-se, ainda, que ao se comparar os dois tipos de agregados (teste t), comprova-se a visualização da Figura 9 demonstrando que os resultados dos traços mais pobres em cimento são semelhantes quanto à absorção por capilaridade, mesmo os traços apresentando composições e materiais diferentes. Nos traços mais ricos em cimento, em contrapartida, percebe-se uma pequena diferença nos valores intermediários (16,7% em 12 horas) e finais (9,5% em 72 horas). Logo, pode-se afirmar que os agregados mostraram efeitos significativos nessa propriedade, com valores diferenciados, o que conduziu a diferenças que demonstram que os poros deixados pela areia natural são mais percoláveis e em tamanhos menores que os deixados pela areia artificial, maximizando a capilaridade sem redução das demais propriedades (HADDAD et al., 2016; SENGUL; TASDEMIR; TASDEMIR, 2002), conforme já observado na porosidade e absorção por imersão e nas imagens ampliadas (1.000 vezes) da seção da argamassa exposta da Figura 8.

Quanto ao coeficiente de capilaridade (Figura 10), pode-se classificar (ABNT, 2005a) as argamassas entre C2 e C5 (média capilaridade), logo as argamassas analisadas apresentaram-se adequadas a esses parâmetros preestabelecidos na pesquisa e permitirão bom desempenho à edificação que utilizar as argamassas com essas características (CARASEK, 2010; HADDAD et al., 2016).

Figura 10
Resultado dos traços 1º, 2º e 3º da areia natura (A.N.) e da areia artificial (A.A) e dos traços ideais (TI) para o coeficiente de capilaridade (CC)

Destaca-se a importância dessa propriedade no que tange à permeabilidade da argamassa, uma vez que esta permitirá a entrada de agentes agressivos (SEGAT, 2005), mas também permitirá a percolação de água (CARASEK, 2010) e CO₂ (SIM; PARK, 2011) que garantirá a carbonatação da cal. Logo, o teor encontrado para os traços demonstram que se obtiveram argamassas de qualidade assegurada para uso na construção civil em revestimentos de fachadas que são os mais submetidos aos agentes agressivos e à umidade. Outro fato a se destacar é a interligação dos poros nos traços mais fracos, convergindo para maiores coeficientes de capilaridade (≈ 8 g/dm²min^1/2), embora ainda dentro dos limites de classificação NBR 13281 (ABNT, 2005a).

Conclusão

A realização de todas as etapas propostas no programa experimental permitiu constatar que a utilização de agregado britado em substituição ao agregado natural é uma boa alternativa técnica, uma vez que garante melhorias e/ou manutenção das propriedades das argamassas. A utilização correta dos agregados possibilita a produção de argamassas mais duráveis e que apresentam menos vazios, maior resistência e menor porosidade. Essas características podem ser potencializadas ao se utilizar método de dosagem adequado. Conclui-se, assim, que o método de dosagem de Santos et al. (2018) se mostra como uma ferramenta viável e eficiente, com parâmetros e condições de aplicação exequíveis para os agregados artificias de britagem e naturais. Percebe-se que a metodologia de dosagem permitiu a estruturação de um proporcionamento de materiais de forma eficiente, convergindo para argamassas de boa qualidade e que atendem aos parâmetros técnico-científicos, normativos e às condições do local de uso pré-estabelecidos no início do processo.

De modo geral, a forma angulosa e o teor de finos dos grãos britados associado a sua maior massa específica real favoreceram a densificação no estado endurecido, o que aumentou o módulo de elasticidade e reduziu a porosidade. Também interferiu positivamente na resistência de aderência, devido à melhor ancoragem dos grãos à pasta. Entretanto, isoladamente, essa não é garantia de acréscimo dessa propriedade, pois também depende da distribuição granulométrica e do fator água/cimento que foi aumentando. O efeito da forma dos agregados também se mostrou importante para a resistência à tração na flexão, na qual os grãos mais angulosos garantiram melhor travamento do grão à pasta. Constatou-se, ainda, que grãos arredondados promoveram boa compacidade no estado endurecido e boa trabalhabilidade no estado fresco oriunda do melhor arranjo e formato granular que, no geral, propiciaram bons valores para o módulo de elasticidade dinâmico, convergindo para os menores valores de E_d e, assim, para a tendência à baixa fissurabilidade.

Fica evidenciado que os procedimentos de dosagem propostos podem otimizar as características das argamassas mistas, demonstrando que as características dos constituintes (granulometria, dimensão máxima característica, módulo de finura, massa específica real e unitária, teor de argila e de material pulverulento, impureza orgânica, absorção de água e formas dos grãos) interferem nas propriedades desses compósitos, seja no estado fresco (consistência exigindo mais água com aumento do teor de cal e/ou material pulverulento devido ao aumento da área especifica) ou endurecido com as propriedades mecânicas, aumentando com o consumo de cimento, e os indicadores de durabilidade (porosidade, absorção de água) aumentando com o consumo de cal.

Evidencia-se, ainda, a convergência para um material mais econômico (menor consumo de aglomerante), durável (dependência entre resistência, módulo de elasticidade, porosidade, absorção e condições do local de aplicação) e sustentável (materiais mais eficientes e duráveis). Conclui-se que a elaboração de argamassas mistas com areia artificial de britagem ou areia natural é eficiente e adequada aos padrões normativos, desde que dosadas de forma adequada. Tem-se, ainda, que o uso da cal se faz necessário também com a areia artificial para garantir a coesão e a retenção de água necessárias aos revestimentos argamassados, diferente do uso convencional em vários locais.

Agradecimentos

Os autores agradecem às instituições UFV e UFMG e aos órgãos de fomento Capes, Fapemig e CNPq pelo apoio.

• Errata
  No artigo "Análise da influência do tipo de aregado miúdo nas características e dosagem de argamassas mistas", com número de DOI: <http://dx.doi.org/10.1590/s1678-86212019000400355>, publicado no periódico Ambiente Construído, 19(4):271-288.
  Na página 271 e 288:
  Onde se lia:
  "Leonardo Gonçalves Petroti"
  Leia-se:
  "Leonardo Gonçalves Pedroti"
  Na página 271 e nas páginas pares:
  Onde se lia:
  "Petroti, L. G."
  Leia-se:
  "Pedroti, L. G."

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  03 Out 2019
• Data do Fascículo
  Oct-Dec 2019

Histórico

• Recebido
  16 Jul 2018
• Aceito
  02 Jan 2019