Desenvolvimento de argamassas microporosas para a construção civil

Development of microporous mortar for the civil construction

Resumos

Esse trabalho consistiu na obtenção e estudo de uma argamassa de peso leve para o uso na construção civil através da adição combinada, de aditivos formadores de microporosidade, mais a utilização de cargas que incorporam resíduos industriais. A técnica vem sendo recentemente apontada como uma promissora alternativa para a construção de estruturas leves, onde o compromisso da resistência mecânica aliada às ações ambientais, tais como degradações físico-químicas provocadas por intemperismo, não representam pré-requisitos básicos da construção civil, que possam impedir a utilização de argamassas de baixa densidade, com micro porosidade controlada. Assim sendo, esse trabalho utilizou aditivos adequados para a formação de bolhas estáveis, e quando necessário, agentes promotores de resistência mecânica, tais que puderam compensar perdas de resistência devido a presença excessiva das bolhas. A avaliação da influência dos aditivos, bem como do método de preparação das argamassas leves que incluem o mecanismo de mistura, o desenvolvimento microestrutural e propriedades são correlacionados, visando a obtenção de uma composição adequada que possa ser utilizada na fabricação de estruturas leves.

Portland cement; lightweight mortar; microporosity


The purpose of that work was to obtain a lightweight mortar for use in the civil construction through the combined addition of micropore chemical formers and industrial residues. Recently, the lightweight mortar technique has been pointed out as an alternative for the construction of light structures, where the commitment of the mechanical resistance associated with the climate actions, such as physical-chemical degradation caused by environmental actions, do not represent basic requirements for civil construction that could restrain the use of low density mortar, with micropore controlled structure. The work analysed the influence of additives adapted for the formation of stable bubbles, and in some cases, the use of mechanical resistance promoters for compensating losses in the resistance due to excessive presence of bubbles. The evaluation of the method of preparation the lightweight mortar that include the mixture mechanism, additives, development of microstructure and properties are correlated, seeking to obtain appropriate composition to use in the production of light structures.

Portland cement; lightweight mortar; microporosity


Desenvolvimento de argamassas microporosas para a construção civil

(Development of microporous mortar for the civil construction)

M. A. Coimbra, M. R. Morelli

Departamento de Engenharia de Materiais, DEMa-USFSCar

Via Washington Luiz, Km 235, C. P. 676, S. Carlos, SP, Brasil, 13565-905

e-mail: morelli@power.ufscar.br

Resumo

Esse trabalho consistiu na obtenção e estudo de uma argamassa de peso leve para o uso na construção civil através da adição combinada, de aditivos formadores de microporosidade, mais a utilização de cargas que incorporam resíduos industriais. A técnica vem sendo recentemente apontada como uma promissora alternativa para a construção de estruturas leves, onde o compromisso da resistência mecânica aliada às ações ambientais, tais como degradações físico-químicas provocadas por intemperismo, não representam pré-requisitos básicos da construção civil, que possam impedir a utilização de argamassas de baixa densidade, com micro porosidade controlada. Assim sendo, esse trabalho utilizou aditivos adequados para a formação de bolhas estáveis, e quando necessário, agentes promotores de resistência mecânica, tais que puderam compensar perdas de resistência devido a presença excessiva das bolhas. A avaliação da influência dos aditivos, bem como do método de preparação das argamassas leves que incluem o mecanismo de mistura, o desenvolvimento microestrutural e propriedades são correlacionados, visando a obtenção de uma composição adequada que possa ser utilizada na fabricação de estruturas leves.

Palavras-chave: Cimento Portland, argamassa de peso leve, microporosidade.

Abstract

The purpose of that work was to obtain a lightweight mortar for use in the civil construction through the combined addition of micropore chemical formers and industrial residues. Recently, the lightweight mortar technique has been pointed out as an alternative for the construction of light structures, where the commitment of the mechanical resistance associated with the climate actions, such as physical-chemical degradation caused by environmental actions, do not represent basic requirements for civil construction that could restrain the use of low density mortar, with micropore controlled structure. The work analysed the influence of additives adapted for the formation of stable bubbles, and in some cases, the use of mechanical resistance promoters for compensating losses in the resistance due to excessive presence of bubbles. The evaluation of the method of preparation the lightweight mortar that include the mixture mechanism, additives, development of microstructure and properties are correlated, seeking to obtain appropriate composition to use in the production of light structures.

keywords: Portland cement, lightweight mortar, microporosity.

INTRODUÇÃO

A história da argamassa começa com a invenção do cimento por John Aspdin, em 1824 na Inglaterra. O método de fabricação consiste em cozinhar argila e calcário em forno giratório, a aproximadamente 1450 ºC; para formação de silicatos de cálcio hidratados [1]. O produto deve ser então moído, junto com um terceiro componente, a gipsita, que tem a função principal de impedir que o cimento endureça instantaneamente com a água [2].

Resultado da mistura de cimento, areia e água a argamassa e os concretos (quando à argamassa é incorporada pedra britada) passaram por uma revolução com a descoberta dos aditivos plastificantes e superplastificantes. A produção dessas argamassas e concretos compactos se deu a partir das décadas de 70 e 80.

Esses aditivos atuam de modo a diminuir ou aumentar a quantidade de água utilizada em sua composição global, pois tratam-se de substâncias químicas que fluidificam a argamassa. Com isso, a quantidade de água pode ser variada resultando em produtos finais que apresentam porosidades e propriedades mecânicas diversificadas.

As vantagens de usar os plastificantes e superplastificantes vão ainda mais longe. Por aumentarem a fluidez do material, tornando-o mais fácil de trabalhar, esses aditivos permitem também incorporar à massa certos ingredientes que potencializam a resistência original do cimento. A principal adição, no caso, é a sílica ativa [3]. Com ela, aumenta a porcentagem de silicato de cálcio hidratado no concreto. Essa substância é o componente básico do cimento e o agente responsável por seu endurecimento.

Sem os aditivos, a incorporação de sílica ativa transformaria a argamassa em uma massa seca, impossível de manusear. A combinação de plastificantes, superplastificantes e sílica ativa provocou, então, durante os anos 80, uma enorme revolução tecnológica na fabricação de argamassas chegando-se aos anos 90 à concretos bastantes resistentes e mais, ao superconcreto com um número muito pequeno de poros [4].

O super concreto vem atender às exigências de estruturas cada vez mais robustas, com solicitações de elevadas resistências mecânica e ao intemperismo, como pontes, barragens, arranha-céus, construções de grande vão livre, e outras.

No entanto, existem inúmeras aplicações em que as solicitações mecânicas e/ou a suscetibilidade à ação corrosiva das chuvas ácidas e intemperismo não são requisitos básicos de uma edificação, elas constituem uma vasta área de oportunidades a ser explorada pela construção civil. Dentre as principais aplicações dessas argamassas e concretos situam-se estruturas leves, de porosidade controlada e características adequadas para isolação térmica e acústica [5].

Ao contrário do superconcreto, a argamassa de peso leve é produzida através da adição de agentes formadores de micro bolhas para a obtenção do aumento da quantidade de poros, produzindo assim, uma argamassa menos densa e com resistência mecânica compatível com a resistência apresentada pelos materiais convencionais. Em alguns casos, dependendo da formulação (tipo e quantidade de aditivos), resistências superiores podem ser alcançadas. O tamanho da dispersão das bolhas são controladas através de aditivos químicos em combinação com o processo de mistura, que pode ser influenciado pelo tempo, intensidade e velocidade do misturador [6].

A argamassa de peso leve pode ser usada como um material de construção para o interior e o exterior de paredes, pisos e lajes. Possui notáveis propriedades de isolação, resistindo a altas temperaturas, bem como a baixas temperaturas [7]. Alguns autores já sugeriram que pudesse funcionar como um material de proteção em casas de madeira. A sua porosidade pode ser controlada através de temperaturas específicas e níveis de umidade.

A argamassa de peso leve encontra-se comercialmente no mercado há alguns anos, mas sempre foi criticada pela sua qualidade inferior ou por razões ambientais, em situações onde a porosidade aberta pode permitir a ação corrosiva da estrutura metálica, por ação do ambiente (marítimo) ou por outros elementos agressivos.

A versatilidade do processo que proporciona a geração de microporosidade é a produção de uma argamassa com um longo alcance aplicativo. Uma argamassa com uma determinada densida-de apropriada para a sua aplicação específica. Outra vantagem ainda seria que estruturas pré-moldadas confeccionadas com argamassa leve poderiam ser transportadas com um gasto menor de energia. Assim sendo, esta argamassa que apresenta características interessantes poderá ser empregada em várias situações desde que não comprometa a estrutura da edificação bem como todo o seu conjunto estrutural.

Baseados nesses conceitos o presente trabalho buscou obter e avaliar uma argamassa leve, através da ação combinada de aditivos orgânicos formadores de microporosidade e aditivos inorgânicos capazes de influenciar nas reações de cura; geralmente agentes promotores de resistência mecânica. A utilização dessa segunda classe de aditivos procurou compensar a perda de resistência mecânica devido à presença excessiva de poros (composições extremamente leves).

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Baseados em testes preliminares com corpos de provas submetidos à compressão uniaxial em diferentes condições de pega (ambiente saturado – 90% de umidade relativa, ambiente natural ou com umidade ambiente – 70% e com secagem em estufa a 110 ºC) foram obtidas várias amostras com diferentes quantidades de aditivos (orgânicos e inorgânicos).

Os aditivos foram divididos em dois grupos: um grupo chamado de aditivo orgânico (para geração de bolhas estáveis à argamassa para tornar o elemento mais leve), constituído essencialmente de dietalonamina (C4H11NO2), e outro considerado resíduo industrial ou aditivo inorgânico (mistura rica em óxido de ferro e sílica), para acrescentar resistência às composições em que foram utilizados elevados teores do aditivo orgânico.

Cada formulação, que consistiu de cimento portland comercial, areia fina (#14) no traço de 1:2,5:0,5 com os aditivos em estudo, foram homogeneizados em misturador planetário por 5 min.

Após a homogeneização as massas foram colocadas em moldes plásticos de 5,0 x 10 cm2, até a obtenção do fck (Resistência característica à compressão), que se conferiu em 28 d aproximados para todas as amostras (resistência normativa). Após esse período os corpos de prova foram então desmoldados e caracterizados quanto à densidade aparente, resistência mecânica à compressão em máquina de ensaios universal Instrom e distribuição de tamanho de poros em porosímetro de mercúrio.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados obtidos dos ensaios de compressão uniaxial e apresentados na Tabela I, para as amostras com descanso em ambientes diferentes (saturado, seco e úmido), mostraram que os corpos de provas que tiveram o processo de pega em ambiente úmido, com controle da temperatura da água em 20 ºC, apresentaram valores de resistência mecânica superiores aos valores obtidos para os corpos de prova expostos ao ambiente natural, como também, aos que foram secos em estufa a 110 ºC, com o controle da água em outras temperaturas.

Por outro lado, os valores obtidos para os corpos de prova curados em ambiente natural mostraram uma menor dispersão de resultados, e, considerando o valor médio e o desvio padrão, foi escolhido o procedimento de pega em ambiente natural como o meio de descanso dos corpos de prova produzidos para a análise do efeito dos aditivos orgânicos e inorgânicos.

A Fig. 1 mostra a variação da distribuição do tamanho de poros como função do teor de aditivo formador de bolhas em comparação com argamassa padrão (sem nenhuma adição). A curva utilizada como comportamento padrão e comparativo para as demais composições é denominada A0L0 e foi obtida através de uma amostra sem aditivos em sua composição. Pode-se observar que o comportamento das demais curvas não são alterados, mantendo a característica de distribuição bimodal, e que, o efeito do aditivo é prioritariamente sobre o tamanho médio de poros e na porosidade aparente total. As porosidades aparentes obtidas foram 19,90% para a composição sem adição (padrão) e 25,37%, 30,15%, 38,85% para as composições contendo 0,25%, 0,5%, e 5,0% de aditivo orgânico respectivamente.

A não modificação do comportamento das curvas representa um importante resultado pois permite a adequação da porosidade de acordo com a aplicação.

Os resultados obtidos da análise de resistência mecânica à compressão como função da quantidade de cada aditivo colocada na argamassa, para efeito de comparação, foram conduzidos sobre a composição inicial (sem a adição de aditivo ou resíduo industrial).

A obtenção de uma grande variação de resultados observado na Fig. 2, considerando a adição de diferentes quantidades de aditivos, mostra a sua ampla utilização para diferentes situações, de acordo com a aplicação do material (isolamento térmico e acústico, elementos estruturais, etc.).

A Fig. 2 apresenta como maior resistência mecânica à compressão a quantidade de 0,25% de aditivo orgânico e suas variações com aditivo inorgânico. A análise subseqüente de resultados foi feita em cima dessa amostragem.

Os resultados alcançados através do ensaio de distribuição de tamanho de poros em porosímetro de mercúrio, mostraram uma coerência no comportamento da distribuição de poros, tanto para o volume de mercúrio intrudido como para extrudido, como pode ser observado na Fig. 3. Os ensaios foram feitos com as composições nas quantidades de aditivo orgânico (A) = 0 e 0,25% e aditivo inorgânico (L) = 0, 5 e 10%.

As amostras A0L5 e A0L10, por possuírem quantidade de aditivo inorgânico, apresentaram curvas características com menor tamanho médio de poros e menores porosidade aparentes, 20,29% e 20,84%, respectivamente. Este fato se deve ao pequeno tamanho de partículas do aditivo inorgânico (menor que 44 mm).

O mesmo comportamento observado nas composições com a adição de somente aditivo inorgânico (A0L5 e A0L10) é observado nas composições que continham esses mesmos teores junto a 0,25% de aditivo orgânico. Nesse caso, é bastante claro que a adição do agente formador de bolhas (poros) aumentou o tamanho médio de poros, bem como a porosidade total aparente, ou seja, de 19,90%, para a massa pura, para 24,83% e 24,09% para as composições A025L5 e A025L10, respectivamente.

Cabe ressaltar que o estudo sobre a argamassa leve merece atenção especial dependendo da sua aplicação. A presença de uma porosidade elevada e aberta pode não só comprometer o desempenho mecânico estrutural, como também levar a degradações microestruturais por ações simultâneas de processos físico e químico de deterioração; este fato pode ocorrer, por exemplo, em edificações perto da praia.

Outra situação para analisar é o fato de que os oceanos cobrem 80 por cento da superfície da terra, conseqüentemente, um grande número de estruturas estão expostas aos efeitos da água do mar, direta ou indiretamente (os ventos podem carregar o ar da praia para muitos quilômetros dentro da encosta, por exemplo) [8].

Assim sendo, as argamassas leves (microporosas) são um bom material de estudo para se buscar o entendimento dos complexos problemas de durabilidade causados por ações contínuas de degradação nas edificações.

CONCLUSÕES

A temperatura da água e o ambiente de pega influenciaram diretamente na resistência das composições, sendo que o controle da temperatura em 20 ºC e ambiente de pega natural garantiram um melhor comportamento para as amostras, considerando boa resistência mecânica e reprodutibilidade de resultados (baixo desvio padrão).

A variação dos aditivos influenciaram diretamente na distribuição do tamanho e quantidade de poros, bem como na resistência mecânica do material. A modificação na porosidade foi obtida através da variação da quantidade de aditivo orgânico enquanto que o aumento da resistência mecânica à compressão uniaxial foi obtido através da adição de resíduo industrial.

Isoladamente a amostra com 0,25% de aditivo orgânico e 5% de resíduo industrial alcançou a maior resistência mecânica à compressão (o cruzamento das curvas na Fig. 2 evidencia este fato).

A obtenção de um ponto ideal para as quantidades de aditivo orgânico e resíduo industrial, foi determinada pelas variações das quantidades utilizadas através de medidas da resistência mecânica à compressão uniaxial. Com isso, foi possível obter pontos caracterizados pela eficiência da quantidade ideal de cada aditivo a ser adicionado na composição desejada que podem ser previstos através dos pontos de intersecção entre as curvas de aditivo orgânico e resíduo industrial observado na Fig. 2.

Essa metodologia viabiliza uma grande faixa de características, e conseqüentemente aplicações, que podem ser tecnicamente preestabelecidas de acordo com a utilização da argamassa leve.

AGRADECIMENTOS

Ao PIBIC/CNPQ pelo auxílio através de bolsa de iniciação científica.

(Rec. 04/03/99, Ac. 08/06/99)

  • [1] H. F. W. Taylor,. Cement Chemistry, Academic Press, London (1990).
  • [2] S. J. Jr. Schneider, Ceramics and Glasses, Engineered Materials Handbook, The Materials Information Society, 4 (1991) 10-12.
  • [3] R. Helmuth, Fly Ash in Cement and Concrete, Portland Cement Association, Technical Report (1987).
  • [4] J. T. Arantes, A Revoluçăo do Superconcreto, Revista Globo Cięncia 7, 79 (1998) 28-34.
  • [5] M. Brown, Concrete Conquest, Response 1 (1996) 10-12.
  • [6] S. N. Ghosh, Advances in Cement, Technology, Pergamon Press, Oxford, (1983).
  • [7] J. P. Skalny, The Material Science of Concrete, American Ceramic Society, I (1989).
  • [8] P. K. Mehta, P. J. M. Monteiro, Concrete, Structure, Properties and Materials, Second Edition, Prentice Hall, USA (1993).

Datas de Publicação

  • Publicação nesta coleção
    31 Mar 2000
  • Data do Fascículo
    Dez 1999

Histórico

  • Aceito
    08 Jun 1999
  • Recebido
    04 Mar 1999
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