DISSERTAÇÃO DE MESTRADO OBTIDA POR Sidnei Lourenci CARACTERIZAÇÃO DE ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO FABRICADAS COM MATERIAIS ALTERNATIVOS

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  i

  

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC

CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM

PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM CIÊNCIA E

  

ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM

  Formação: Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais DISSERTAđấO DE MESTRADO OBTIDA POR

  Sidnei Lourenci

  

CARACTERIZAđấO DE ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO FABRICADAS

COM MATERIAIS ALTERNATIVOS

  Apresentada em 31 / 07 / 2003 Perante a Banca Examinadora: Dr. Enori Gemelli – UDESC (Presidente) Dr. Dachamir Hotza – UFSC (Membro) Dra. Marilena Valadares Folgueras – UDESC (Membro) Dr. Nelson H. A. Camargo – UDESC (Membro) ii

  UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEM PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS – PGCEM DISSERTAđấO DE MESTRADO Mestrando: SIDNEI LOURENCI – Engenheiro Civil Orientador: Prof. Dr. ENORI GEMELLI CCT/UDESC – JOINVILLE CARACTERIZAđấO DE ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO FABRICADAS COM MATERIAIS ALTERNATIVOS

  DISSERTAđấO APRESENTADA PARA OBTENđấO DO TễTULO DE MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS DA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA, CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT, ORIENTADA PELO PROF. DR. ENORI GEMELLI.

  Joinville 2003 iii

  UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT COORDENAđấO DE PốS-GRADUAđấO - CPG "Caracterização de Argamassas de Revestimento Fabricadas com Materiais Alternativos”

  por

  

Sidnei Lourenci

  Essa dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de

  MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

  na área de concentração "Cerâmica", e aprovada em sua forma final pelo CURSO DE MESTRADO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

  DO CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA

  Banca Examinadora:

  Dr. Enori Gemelli (Presidente) Dr. Dachamir Hotza – UFSC Dra. Marilena Valadares Folgueras -UDESC

  Dr. Nelson H. A. Camargo - UDESC iv

  ICHA CATALOGRÁFICA

  F

  NOME: LOURENCI, SIDNEI DATA DEFESA: 31/07/2003 LOCAL: Joinville, CCT/UDESC NÍVEL: Mestrado Número de ordem: – CCT/UDESC FORMAđấO: Ciência e Engenharia de Materiais ÁREA DE CONCENTRAđấO: Cerâmica

TÍTULO: Caracterização de Argamassas de Revestimento fabricadas com Materiais Alternativos.

PALAVRAS – CHAVE: argamassa, materiais alternativos, construção civil, caracterização. NÚMERO DE PÁGINAS: vii, 129 p. CENTRO/UNIVERSIDADE: Centro de Ciências Tecnológicas da UDESC PROGRAMA: Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais – PGCEM CADASTRO CAPES: 4100201001p-9 ORIENTADOR: Dr. Enori Gemelli PRESIDENTE DA BANCA: Dr. Enori Gemelli

MEMBROS DA BANCA: Dr. Dachamir Hotza, Dra. Marilena Valadares Folgueras, Dr. Nelson H.

  A. Camargo. v AO PAI, AO FILHO E AO ESPÍRITO SANTO.

vi

  

AGRADECIMENTOS

  Ao Prof. Dr. Enori Gemelli, que como orientador e amigo soube cobrar, mas também não mediu esforços em oferecer todas as condições necessárias à realização do presente trabalho. À Prof. Dra. Marilena V. Folgueras pela colaboração nas análises de MEV e difração de raios-x.

  À Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC e ao Programa de Pós- graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM pela realização do presente trabalho. À Finep e à UDESC que através do projeto Finep – MIFRAEL - Melhoria da

  Infraestrutura Laboratorial para o Ensino e Pesquisa deram condições de caracterizar melhor os materiais fabricados.

  À empresa FRANKE DOUAT pelo fornecimento da areia e do poliestireno expandido utilizado nesse trabalho.

  À empresa FABRIL LEPPER pelo fornecimento do lodo têxtil utilizado neste trabalho. Às empresas MULTIBRÁS E ORPED pelo fornecimento do poliuretano e da fibra de polipropileno utilizados neste trabalho.

  Ao Laboratório de Materiais de Construção do Departamento de Engenharia Civil na pessoa da Prof. Lígia V. Maia por todo auxílio na fabricação das argamassas.

  Ao bolsista Eduardo Kayama pela colaboração referente à preparação das argamassas. À CAPES pela bolsa de estudo concedida.

  • A Deus em primeiro lugar pois sem o seu auxílio divino nada seria possível.
vii À minha família que esteve presente em mais essa etapa importante da minha vida.

  A todos os professores do Curso de Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, que de uma forma direta ou indireta contribuíram para a realização desse trabalho.

  Aos amigos que fiz durante esses dois anos de convivência, pelo apoio técnico e moral recebido durante o desenvolvimento desse trabalho.

  viii

  

SUMÁRIO

  RESUMO ............................................................................................................................X ABSTRACT ..................................................................................................................... XII

  INTRODUđấO ..................................................................................................................14 Capítulo 1: Características das Matérias Primas ................................................................16

  1.1. Aglomerante ................................................................................................................16

  1.1.1. Composição Química do Cimento ..........................................................................17

  1.1.2. Hidratação do Cimento Portland ............................................................................19

  1.1.2.1. Hidratação dos Aluminatos .................................................................................20

  1.1.2.2. Hidratação dos Silicatos ......................................................................................23

  1.1.3. Pega e Endurecimento do Cimento ........................................................................25

  1.1.4. Cimento Portland de Alta Resistência Inicial Resistente à Sulfatos ......................27

  1.1.5. Agregados................................................................................................................29 Capítulo 2: Características das Argamassas ........................................................................31

  2.1. Características Gerais das Argamassas ........................................................................31

  2.2. Resistência Mecânica das Argamassas e dos Concretos ..............................................35

  2.3.Reações que Podem Ocorrer Durante a Cura ou o Envelhecimento da Argamassa/Concreto............................................................................................................38

  2.3.1. Reação Álcali-Minerais Reativos ..............................................................................38

  2.3.2. Reação Álcali Sílica ..................................................................................................39

  2.3.3. Reação Álcali-Silicato ...............................................................................................39

  2.3.4. Reação Álcali-Carbonato...........................................................................................40

  2.3.5. Carbonatação .............................................................................................................41

  2.4. Propriedades das Argamassas no Estado Fresco .........................................................44 2.5 . Propriedades das Argamassas no Estado Endurecido .................................................45 Capítulo 3: Utilização de Polímeros e Resíduo Têxtil em Argamassas ..............................47

  3.1. Generalidades Sobre a Utilização de Polímeros na Fabricação de Argamassas .........47

  3.1.1. Considerações Gerais do Poliuretano........................................................................48

  3.1.2. Considerações Gerais do Polipropileno.....................................................................48

  3.1.3. Utilização do Polímero em Argamassas....................................................................49

  ix

  3.2. Resíduo Têxtil ..............................................................................................................59

  3.2.1. Características Gerais ................................................................................................59

  3.2.2. Composição Química ................................................................................................59

  3.2.3. Utilização do Resíduo Têxtil em Argamassas...........................................................61 Capítulo 4: Durabilidade de Materiais à Base de Cimento .................................................63 Capítulo 5: Materiais e Métodos Experimentais .................................................................73

  5.1. Materiais Utilizados na Fabricação das Argamassas ...................................................73

  5.2. Metodologia Experimental ...........................................................................................77

  5.2.1. Preparação das Argamassas.......................................................................................77

  5.2.2. Ensaio de Granulometria ...........................................................................................80

  5.2.3. Ensaio de Flexão em Três Pontos..............................................................................80

  5.2.4. Ensaios de Caracterização Física, Térmica e Microestrutural .................................81

  5.2.5. Ensaios de Lixiviação e Solubilização ......................................................................82

  5.2.6. Ensaio de Envelhecimento Acelerado .......................................................................83 Capítulo 6: Resultados Experimentais.................................................................................84

  6.1. Caracterização dos Materiais Utilizados ...................................................................... 84

  6.2. Caracterização Mecânica das Argamassas ...................................................................93

  6.3. Caracterização Físico-química e Microestrutural das Argamassas ............................ 94

  6.3.1. Argamassa Padrão (AP) .......................................................................................... 94

  6.3.2. Argamassa Alternativa (A1).................................................................................... 99

  6.3.3. Argamassa Alternativa (A2)....................................................................................105

  6.4. Ensaio de Lixiviação e Solubilização.........................................................................110

  6.5. Ensaio de Envelhecimento Acelerado .......................................................................116 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS .................................................................................118 CONCLUSÃO GERAL ....................................................................................................122 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..............................................................................124

  x

  

RESUMO

  Este trabalho teve por objetivo a caracterização de três traços de argamassas, a primeira delas denominada argamassa padrão (AP) composta por cimento, areia e água; a segunda denominada de argamassa alternativa 1 (A1) composta por cimento, areia, poliestireno expandido, fibras de polipropileno e água e a terceira denominada de argamassa alternativa 2 (A2) composta por cimento, resíduo têxtil, poliuretano, fibras de polipropileno e água. Os traços das argamassas alternativas foram desenvolvidos anteriormente na dissertação de mestrado de Raquel L. Pereira, através de um projeto de parceria com as empresas FRANKE DOUAT e FABRIL LEPPER sobre a utilização de traços de resíduos sólidos resultantes de processos industriais na preparação de uma argamassa para revestimento de chapas metálicas. Foram utilizados os resíduos sólidos do processo de tratamento de efluentes da indústria têxtil, o qual foi denominado de resíduo têxtil, e o resíduo sólido de poliuretano resultante do descarte obtido no processo de isolamento de refrigeradores. As matérias primas bem como os resíduos foram caracterizados através de ensaios granulométricos, análise morfológica por microscópia eletrônica de varredura (MEV), microanálise EDX, difratometria de raios-x, análise térmica diferencial (ATD), análise termogravimétrica (TG) e ensaios de lixiviação e solubilização. O trabalho se concentrou no estudo do comportamento mecânico, microestrutural, físico-químico e ambiental dos materiais. Foram estudados as propriedades mecânicas de resistência à flexão em três pontos das argamassas nas idades de 7, 14, 28, 60 e 90 dias para dois processos de cura diferentes (ar e estufa). Além de ensaios mecânicos, os corpos de prova foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura, microanálise, difratometria de raios-x e ensaios de lixiviação e solubilização. Também foram realizados ensaios de envelhecimento acelerado das argamassas fabricadas com materiais alternativos. Esta avaliação foi baseada no ensaio de durabilidade pelo método de molhagem-secagem utilizado em solo-cimento. Foram avaliadas as mudanças nas propriedades mecânicas de resistência à flexão dos corpos de prova frente à ciclos pré- definidos de envelhecimento acelerado somente para as argamassas alternativas curadas ao ar. De modo geral, a caracterização das argamassas nos permitiu observar que a resistência mecânica depende dos materiais de adição e da evolução da microestrutura durante o processo de hidratação. Após completar o processo de hidratação a tensão de resistência à xi corpos de prova previamente secados em estufa (cura em estufa) apresentaram uma resistência à flexão inferior aos 7 e 14 dias, porém aos 28 dias suas resistências foram equivalentes aos dos corpos de prova envelhecidos sem secagem inicial em estufa (cura ao ar). Os estudos térmicos, físico-químicos e microestruturais mostraram que as argamassas AP e A1 são formadas essencialmente por C

  3 S e/ou C

  2 S hidratados, Ca(OH) 2 , SiO 2 e

  cristais de etringita. A argamassa A2 apresenta, além dos compostos citados acima, o CaCO

  

3 , que é proveniente do resíduo têxtil o qual é basicamente formado de CaCO

3 e

  Ca(OH)

  2 . O resíduo têxtil é, portanto, o principal responsável pela diminuição da

  resistência mecânica da argamassa A2 com relação à argamassa A1. No entanto, a resistência mecânica da argamassa A1 se mantém acima do valor mínimo de 1 MPa exigido para a aplicação industrial. Além disso, o trabalho de mestrado da Raquel L. Pereira mostrou que a argamassa A2 é 30% mais leve do que a argamassa A1. Por outro lado, a caracterização ambiental nos forneceu elementos importantes que podem ser utilizados para avaliar o uso comercial das argamassas alternativas. xii

  

ABSTRACT

  The aim of this work was to assess the properties and characteristics of two alternative mortars compared to a reference mortar, named (AP), composed of cement, sand, and water. The first alternative mortar, named (A1), was fabricated with cement, sand, expanded polystyrene, polypropylene fibers, and water, and the second alternative mortar, named (A2), was fabricated with cement, textile residue, polyurethane, polypropylene fibers, and water. The first alternative mortar was developed by Franke Douat industry and the second alternative mortar was developed previously in a master course by Raquel L. Pereira through a project sponsored by UDESC, CAPES, FRANKE DOUAT and FABRIL LEPPER on the development of a low cost and light weight mortar for sheet metal coating used in an industrial application. The raw materials as well as the residues, supplied by industries from Joinville/SC, were characterized by granulometric test, morphological analysis performed at the scanning electron microscope (SEM), microanalyses by energy dispersion spectrometry (EDX), x-ray diffraction (XRD), differential thermal analyses (DTA), thermogravimetrical analyses (TG), and leaching and solubilization test. For each mixture, the mortar samples were molded into rectangular molds and then aged through the follows hydration processes: half of samples were dried

  o

  10 hours at 50 C and then removed from the molds and half of them were removed from the molds after 24 hours. After had been removed from the molds the samples were aged in a room at an environmental temperature for 7, 14, 28, 60, and 90 days. The mortars were characterized by flexion test, scanning electron microscope, micro-probe analyses, X-ray diffraction, thermal analyses, and leaching and solubilization test. Upon completion of hydration process the flexion strength stress of the AP, A1 and A2 mortars was 5.21, 3.84, and 1.42 MPa respectively. The samples dried previously presented lower flexion strength at 7 and 14 days of aging time but after 28 days they reach the same flexion strength of the samples aged without initial drying. The AP and A1 mortars were constituted of hydrated C

3 S and/or C

  2 S phases, Ca(OH) 2 , SiO 2 and etryngite crystals. The A2 mortar present, apart

  from the compounds above mentioned, CaCO . The later compound is more likely to be

  

3

  present in A2 due to the textile residue that is composed essentially of CaCO

  3 and

  Ca(OH)

  2 . This residue is responsible for the poor mechanical resistance of the A2 mortar

  compared to the A1 mortar. Even so, its mechanical strength is acceptable because the xiii The A2 mortar provide the bests results of adherence and light weight. As reported previously in Pereira's master work the alternative mortar 2 (A2) is lighter than the current one (A1 mortar) by 30%.

  INTRODUđấO GERAL

  Apesar da conscientização ecológica e de tudo o que foi dito e discutido sobre desenvolvimento sustentável, ainda não existe uma política adequada sobre reciclagem, utilização ou reaproveitamento de materiais. Sendo assim, o interesse, de modo geral, pelos resíduos sólidos industriais está na redução de custos. O assunto dessa dissertação se enquadra dentro deste critério industrial. Ele faz parte de um projeto de pesquisa realizado em parceria entre a Universidade do Estado de Santa Catarina e as empresas Fabril Lepper e Franke Douat . O objetivo do projeto foi de desenvolver argamassas de revestimento para chapas metálicas com baixa densidade e com resistência mínima à flexão de 1 MPa. Os objetivos iniciais do projeto foram atingidos com a dissertação de mestrado de Raquel L. Pereira [PEREIRA, 2002]. Nesta dissertação foram testados vários traços de argamassas fabricadas com materiais alternativos tendo como referência o traço da argamassa utilizado pela Franke Douat (A1). Os testes de densidade e de resistência mecânica permitiram definir um traço de argamassa (A2) com densidade de aproximadamente 30% menor do que A1 e com resistência à flexão superior a 1 MPa.

  Em se tratando de processo industrial, para diminuir o tempo de residência, a argamassa moldada sobre a chapa metálica é colocada na estufa durante 10 horas à 50°C. Todas as argamassas estudadas seguram essa metodologia de cura. A vantagem da secagem em estufa é que se consegue diminuir o peso da argamassa e acelerar a aderência da argamassa na chapa metálica. Por outro lado, a secagem em estufa da argamassa pode interferir no processo de hidratação da mesma. Sendo assim, um dos objetivos desse trabalho de dissertação foi de estudar a influência do processo de cura na hidratação das argamassas alternativas A1 e A2 com relação a uma argamassa básica fabricada com cimento, areia e água denominada de padrão (AP). Embora os traços utilizados aqui tenham sido aqueles desenvolvidos na dissertação de Raquel L. Pereira [PEREIRA, 2002], foram feitos ensaios preliminares para diminuir ao máximo a relação água cimento. Portanto, esta relação foi modificada para diminuir o tempo de secagem. Foi estudado então o processo de hidratação das argamassas AP, A1 e A2 através de dois processos de cura: cura em estufa, ou seja, cura da argamassa com secagem inicial em estufa seguido de cura ao ar e, cura ao ar, ou seja, sem secagem inicial em estufa. Outro objetivo do trabalho foi de estudar melhor a influência dos materiais alternativos no comportamento mecânico, microestrutural e ambiental assim como o envelhecimento das argamassas. Este estudo foi feito através de ensaios mecânicos, ensaios de envelhecimento, ensaios de lixiviação e solubilização, análise térmica, difração de raios-x, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microanálise por dispersão de energia (EDS).

  A dissertação foi dividida em seis capítulos sendo que os capítulos de 1 à 4 abordam uma revisão da literatura sobre características das matérias primas, características das argamassas, utilização de polímeros e resíduo têxtil em argamassas e durabilidade de materiais à base de cimento. O capítulo 5 apresenta os materiais e métodos experimentais utilizados e o capítulo 6 os resultados experimentais obtidos. Por fim tem-se a discussão dos resultados e conclusão do trabalho.

   Capítulo 1 Características das Matérias Primas

  As argamassas são fabricadas basicamente pela mistura de três componentes: aglomerante, agregado miúdo e água. O tipo e a quantidade relativa, normalmente em volume, desses componentes, chamada de traço, é que determina as propriedades de uma argamassa. O aglomerante é o principal componente da argamassa pois é ele que contém os compostos químicos que fazem parte do processo de hidratação. Portanto, a qualidade de uma argamassa depende das características de seus componentes, principalmente do aglomerante. Sendo assim, antes de fabricar uma argamassa é preciso ter conhecimento a respeito dos seus componentes. Os principais deles serão abordados a seguir.

1.1. Aglomerante

  O aglomerante utilizado na fabricação de argamassas é o cimento. Ele é constituído em grande parte por silicatos hidráulicos de cálcio. As fontes industriais de cálcio mais comuns são: rocha calcária, giz, mármore e conchas do mar, tendo argila e dolomita como principais impurezas. As fontes industriais de sílica são as argilas e xistos argilosos que, ao contrário da sílica quartzítica e arenítica, reage com mais facilidade. Essas argilas contém alumina, óxidos de ferro e álcalis que são componentes importantes pois formam aluminatos e ferroaluminatos e ajudam na formação de silicatos de cálcio durante o processo de clinquerização. Outras fontes eventuais de óxido de ferro e de alumínio são os minérios de ferro e bauxita, respectivamente. Essas matérias primas são moídas, misturadas e tratadas termicamente para a produção dos clínqueres. Os clínqueres são compostos químicos com nódulos de 5 a 25 mm de diâmetro obtidos pela sinterização de calcário e argila, por aquecimento até fusão incipiente (30% de fase líquida aproximadamente) de modo que toda cal se combine com os compostos argilosos sem que haja a formação de cal livre em quantidade prejudicial. As reações químicas responsáveis pela formação dos clínqueres são:

  CaO+CO (Decomposição de rochas) (1.1)

  2 SiO 2 +Al

  2 O 3 +Fe

  2 O 3 +H

2 O (Decomposição da argila) (1.2)

  3CaO.SiO

  2 (Silicato tricálcico) (1.3)

  2CaO.SiO (Silicato bicálcico) (1.4)

  2

  3CaO.Al

  2 O 3 (Aluminato tricálcico) (1.5)

  4CaO.Al

  2 O 3 .Fe

  2 O 3 (Ferro aluminato tetracálcico) (1.6)

  Estes compostos são responsáveis pelas propriedades do aglomerante [BAUER, 1985]. O cimento é um produto obtido pela moagem e pulverização do clínquer mais gipsita, constituídos de partículas inferiores à 75 µm, de silicatos e aluminatos de cálcio sem a presença de cal livre em grande quantidade, com uma certa proporção de cálcio natural e adições de certas substâncias, como por exemplo sulfatos, que modificam suas propriedades ou facilitam o seu emprego. Os silicatos e os aluminatos em presença de água hidratam-se e adquirem resistência mecânica. O cimento é um aglomerante hidráulico, ou seja, não só endurece através de reações com a água, como também forma um produto resistente à água, ao contrário dos aglomerantes cal e gesso que necessitam de uma adição de material pozolânico para ter comportamento semelhante. Isso justifica hoje a utilização do cimento em concreto estrutural, visto que ele é insolúvel em água [PETRUCCI, 1975; ALVES, 1980; BAUER, 1985].

1.1.1. Composição Química do Cimento

  O cimento Portland consiste essencialmente de vários compostos de cálcio. As análises químicas de rotina são expressas em termos de óxidos dos elementos presentes, porque a determinação da composição direta dos compostos requer equipamentos e técnicas especiais. As matérias primas utilizadas para a fabricação do cimento Portland são basicamente ricas em sílica e cálcio, por isso o cimento Portland é constituído de compostos de cal (CaO), sílica (SiO

  

2 ), alumina (Al

  2 O 3 ), óxido de ferro (Fe

  2 O 3 ), certa

  proporção de magnésia (MgO) e uma pequena porcentagem de anidrido sulfúrico, que é adicionado após a calcinação para retardar o tempo de pega do produto. Também existem as impurezas constituídas de óxido de sódio (Na

  2 O), óxido de potássio (K

  2 O), óxido de

  titânio (TiO ) e outras substâncias de menor importância [PETRUCCI, 1975; ALVES,

  2

  1980; BAUER, 1985]. Os óxidos de potásio e sódio constituem os denominados álcalis do cimento. As propriedades do cimento Portland estão estritamente relacionadas com o teor

  Fe

  2 O 3 , MgO, Na

2 O, K

  2 O e TiO 2 ) são os formadores dos compostos principais do cimento

  (silicatos e aluminatos) e são os primeiros a colaborar com características de resistência, pega e estabilidade de volume sendo que alguns tem até função de mineralizadores (permitem que haja a formação de compostos do cimento à temperaturas consideravelmente mais baixas do que seria possível de outro modo) ou fundentes. Como exemplos podemos citar o óxido de cálcio (CaO), onde a resistência do cimento aumenta de acordo com o teor deste óxido desde que completamente combinado. Se o processo de fabricação não é perfeito, pode resultar uma certa quantidade de cal livre, cuja presença em estado anidro, acima de certos limites, prejudica a estabilidade de volume das argamassas e concretos. A sílica (SiO

  2 ) combinada com o CaO resulta nos compostos mais importantes

  do cimento. A alumina (Al

  2 O 3 ) combinada com a cal, acelera a pega do aglomerante e

  reduz sua resistência aos sulfatos; age também como fundente reduzindo a temperatura exigida para a formação do clínquer. O óxido de ferro (Fe

  2 O 3 ), como a alumina, age

  também como fundente. O sulfato de cálcio adicionado correntemente ao cimento regula sua pega, retardando-a. O óxido de magnésio (MgO) em quantidades superiores a certos limites atua como expansivo, agindo de forma nociva sobre a estabilidade do volume de argamassas e concretos. O álcalis, representado por K

  2 O e Na

  2 O, desenvolvem papel de

  fundentes e agem como aceleradores de pega [PETRUCCI, 1975]. Para simplificar, na prática usam-se abreviações para representar os óxidos e os compostos presentes no cimento (tabela 1.1) [METHA e MONTEIRO, 1994].

Tabela 1.1 – Óxidos formadores dos compostos do cimento e suas respectivas abreviações [METHA e MONTEIRO, 1994].

  ốXIDOS ABREVIAđấO COMPOSTOS ABREVIAđấO

  CaO C

  3CaO. SiO C S

  2

  3 SiO

  2 S

  2CaO.SiO

  2 C

  2 S

  Al

  2 O

  3 A

  3CaO. Al

  2 O

  3 C

  3 A

  Fe

  2 O

  3 F

  4CaO. Al

  2 O 3 . Fe

  2 O

  3 C

  4 AF

  SO S_ 3CaO.

  2SiO .3H O C S H

  3

  2

  2

  3

  2

  6 MgO M

  4CaO.3Al

  2 O 3 . SO

  3 C

  4 A

  3 S

  H

  2 O H CaSO 4 .2H

  2 O CSH

  2 Como as análises químicas dos compostos do cimento portland são apresentadas em termos de óxidos é difícil apresentar qualquer conclusão, em termos de propriedades, baseada apenas nos percentuais de óxidos existentes. Utilizam-se então uma série de equações que foram desenvolvidas por R. H. Bogue [BAUER, 1985] que são válidas para uma relação A/F (Al

  2 O 3 /Fe2O3) maior ou igual à 0,64. Estas equações possibilitam a

  obtenção do teor de compostos principais do cimento portland (C S, C S, C A e C AFe)

  3

  2

  3

  4

  com base no teor de óxidos presentes e admitem que as reações químicas de formação dos compostos estão completas e que impurezas tais como MgO e álcalis possam ser ignorados. Considera também que o cimento é inteiramente cristalino, sem qualquer fase vítrea, o que não seria uma verdade. Outro fator importante é que a altas temperaturas de clinquerização, os elementos presentes no sistema, inclusive as impurezas tais como Mg, Na, K e S tem capacidade de entrar em solução sólida com os compostos principais do clínquer e isso, dependendo da quantidade, pode alterar ou não a natureza cristalográfica e a reatividade dos compostos com a água. A partir disso observa-se que existem limitações nessas equações sendo que o teor de compostos do cimento obtidos pelas mesmas chama- se composição potencial do cimento [PETRUCCI, 1975; MEHTA e MONTEIRO, 1994]. As propriedades do cimento estão relacionadas não somente com os óxidos existentes, mas principalmente com o teor de silicatos e aluminatos, além do MgO e pequena quantidade de cal livre, devendo-se considerar ainda a existência de gesso. Nos cimentos brasileiros, são os seguintes os teores médios dos compostos: C

  3 S - 42 a 60% , C

  2 S - 14 a 35%, C

  3 A -

  6 a 13%, C

4 AF - 5 a 10% [PETRUCCI, 1975]. De acordo com a ABCP (Associação

  Brasileira de Cimento Portland) que realizou centenas de ensaios em 30 cimentos nacionais, pelas fórmulas de Bogue, têm-se as seguintes composições: C

  3 S - 18 a 66% ,

  C

  2 S - 11 a 53%, C

  3 A - 5 a 20%, C 4 AF - 4 a 14% [ALVES, 1980].

1.1.2. Hidratação do Cimento Portland

  Chama-se hidratação a reação química do cimento com a água, a qual gera produtos com características de pega e endurecimento transformando compostos anidros mais solúveis em compostos hidratados menos solúveis [MEHTA e MONTEIRO, 1994; PETRUCCI, 1975]. Os compostos presentes no cimento Portland, como visto não estão em equilíbrio e por isso estão em um estado de energia elevada. Quando estes compostos reagem com a água (hidratação), os mesmos tendem a atingir estados de baixa energia, e este processo é acompanhado pela liberação de energia na forma de calor (reações exotérmicas) [MEHTA e MONTEIRO, 1994].

  Foram propostos dois mecanismos de hidratação do cimento Portland. Um destes mecanismos é a hidratação por dissolução-precipitação que envolve a dissolução de compostos anidros em seus constituintes iônicos, formação de hidratos na solução e, devido à sua baixa solubilidade, tem-se a precipitação de hidratos provenientes da solução supersaturada [MEHTA e MONTEIRO, 1994]. Este mecanismo visa uma completa reorganização dos constituintes dos componentes originais durante a hidratação do cimento. Outro mecanismo, denominado topoquímico ou hidratação no estado sólido do cimento, as reações ocorrem diretamente na superfície dos componentes do cimento anidro sem entrarem em solução [MEHTA e MONTEIRO, 1994]. Estudos em microscopia eletrônica de varredura mostram que o primeiro mecanismo é dominante nos estágios iniciais de hidratação e em estágios posteriores. Quando a mobilidade atômica se torna restrita, a hidratação da partícula residual de cimento pode ocorrer por reações no estado sólido [MEHTA e MONTEIRO, 1994]. Sendo o cimento formado por vários compostos, estes não se hidratam à mesma velocidade, como por exemplo, os aluminatos se hidratam muito mais rapidamente que os silicatos. Desta forma, as reações de hidratação dos aluminatos nos permitem analisar a perda de consistência (enrijecimento) e a solidificação (pega), visto que os aluminatos são os primeiros a se hidratarem. Na fase do enrijecimento a pasta ainda é trabalhável com as mãos, mas após o início da pega a pasta não se torna mais trabalhável. Os silicatos em maioria na pasta (presentes em 75% do cimento), são responsáveis pelo aumento de resistência (endurecimento).

1.1.2.1. Hidratação dos Aluminatos

  Conforme Mehta e Monteiro [1994], a reação do C

  3 A com a água é imediata,

  formam-se rapidamente os hidratos cristalinos, tais como C AH , C AH e C AH , com

  3

  6

  4

  9

  2

  8

  liberação de uma grande quantidade de calor de hidratação. Para a construção civil não é interessante essa reação imediata. A desaceleração da reação é conseguida adicionando gipsita (gêsso) à solucão. Várias teorias têm sido postuladas para explicar o mecanismo de uma vez que a gipsita e o álcalis entram em solução rapidamente, a solubilidade do C

  3 A é

  diminuída na presença de íons hidroxila, álcalis e sulfato. Dependendo da concentração do aluminato e dos íons sulfato na solução, o produto cristalino de precipitação é o trissulfoaluminato de cálcio hidratado ou o monossulfoaluminato de cálcio hidratado. Em soluções saturadas com íons cálcio e hidroxila, o primeiro cristaliza-se como pequenas agulhas prismáticas e é também denominado alto-sulfato ou etringita. O monossulfato é também denominado baixo-sulfato e cristaliza-se na forma de placas hexagonais delgadas. As reações químicas relevantes podem ser expressas como:

  • 2 - -2

  [AlO ] + 3[SO ] + 6[Ca] + aq. AS H (etringita) (1.7)

  4 4 → C

  6

  3

  32

  • 2 +2 -

  [AlO ] + [SO ] + 4[Ca] + aq. ASH (monossulfato) (1.8)

  4 4 → C

  

4

  18 A etringita é geralmente o primeiro hidrato a cristalizar-se devido à elevada relação

  sulfato/aluminato na fase aquosa durante a primeira hora de hidratação. Nos cimentos Portland normalmente retardados que contêm 5 a 6% de gipsita, a precipitação da etringita contribui para o enrijecimento (perda de consistência), para a pega (solidificação da pasta) e para a evolução da resistência inicial. Mais tarde, depois do sulfato da solução ter sido consumido, quando a concentração de aluminatos se eleva novamente devido à renovação da hidratação do C A e do C AF, a etringita torna-se instável e é gradativamente

  3

  4

  convertida em monossulfato, que é o produto final da hidratação do cimento Portland que contém mais de 5% de C

3 A:

  C

  6 AS

  3 H 32 + 2C

  3 A → C

  4 ASH

  18

  (1.9) O aluminato de cálcio hidratado reage com o sulfato de cálcio e forma um sulfoaluminato conhecido pelo nome de sal de Candlot. Este sal se cristaliza com fixação de muita água. Havendo cal dissolvida na água, o aluminato precipita e forma-se nos poros da massa uma quantidade de sulfoaluminato maior do que eles podem conter, o que provoca a expansão e desagregação do material. Em caso contrário, isto é, a precipitação do sulfoaluminato a partir do aluminato dissolvido não ocupa um volume maior que a dos três componentes (água-aluminato-sulfato). Assim, este sal se aloja nos poros e a massa se torna mais compacta [PETRUCCI, 1975].

  Segundo Mehta e Monteiro [1994], o equilíbrio aluminato-sulfato na fase aquosa comportamento da pega é normal ou não. Vários fenômenos de pega influenciados pelo desequilíbrio na relação A/S (Al O /SiO ) são discutidos à seguir:

  2

  3

  2

  • Caso I: Quando as concentrações disponíveis dos íons aluminato e sulfato na fase aquosa são baixas, a pasta de cimento vai permanecer trabalhável por aproximadamente 45 min; depois disso começará a se enrijecer à medida que os espaços preenchidos com água começam a ser preenchidos com os cristais de etringita. A maioria dos chamados cimentos de pega normal pertencem a esta categoria. A pasta torna-se menos trabalhável entre 1 e 2 horas após a adição de água e pode iniciar o endurecimento dentro de 2 ou 3 horas.
  • Caso II: Quando as concentrações dos íons aluminato e sulfato disponíveis na solucão são altas, grandes quantidades de etringita se formam rapidamente e causam uma perda considerável de consistência dentro de 10 a 45 min, com o enrijecimento da pasta entre 1 e 2 horas. Cimentos de alto teor de C

  3 A recém-

  produzidos contendo mais do que a quantidade normal de sulfatos alcalinos ou sulfato de cálcio hemidratado são geralmente caracterizados por este tipo de comportamento.

  • Caso III: Quando a quantidade de C

  3 A reativo é alta, mas a quantidade de

  sulfato solúvel presente é menor do que aquela necessária para um retardamento normal, cristais em formas de placas hexagonais de monossulfato e de aluminato de cálcio hidratados formam-se rapidamente e em grandes quantidades com a pega da pasta de cimento em menos de 45 min após a adição de água. Este fenômeno é conhecido como pega rápida.

  • Caso IV: Quando pouco ou nenhuma gipsita for adicionada a um clínquer pulverizado de cimento Portland, a hidratação do C A é rápida e os aluminatos

  3

  de cálcio hidratados em placas hexagonais começam a se formar em grandes quantidades, logo após a adição de água, gerando quase uma pega instantânea. Este fenômeno conhecido como pega instantânea, está associado a uma grande evolução de calor inicial com resistências baixas a longo prazo.

  • Caso V: Quando o C

3 A no cimento é de baixa reatividade, como no caso de

  cimentos parcialmente hidratados ou cimentos carbonatados que foram armazenados de modo inadequado, e ao mesmo tempo, uma grande quantidade de hemidrato está presente no cimento, a fase aquosa conterá uma baixa relação aos íons cálcio e sulfato. Esta situação conduzirá a uma rápida formação de grandes cristais de gipsita com uma correspondente perda de consistência. O fenômeno, chamado falsa pega, não está associado com grande evolução de calor e pode ser remediado pela mistura enérgica da pasta de cimento com ou sem a presença de água adicional. Na verdade, o teor ótimo de gipsita no cimento que atua como retardador, é determinado por ensaios normalizados. Estes ensaios permitem mostrar a resistência máxima do cimento e a retração mínima para dadas idades de hidratação. Os íons sulfato que entram em solução pela dissolução de gipsita têm um efeito retardador sobre os aluminatos, mas um efeito acelerador na hidratação dos silicatos. Portanto, dependendo da composição de um cimento, tem-se um teor específico de gipsita para o desempenho ótimo do cimento.

1.1.2.2. Hidratação dos Silicatos

  Segundo Mehta e Monteiro [1994], a hidratação do C

  3 S (alita) e do βC

  2 S (belita)

  no cimento Portland produz família de silicatos de cálcio hidratados com estruturas similares mas a composição química é diferente quanto à relação cálcio/sílica e o teor de água quimicamente combinada. Os silicatos de cálcio hidratados são pouco cristalinos e formam um sólido poroso com características de gel rígido, no qual a literatura se refere como gel de tobermorita. Esse nome não é mais aceito pois a tobermorita é um mineral cuja semelhança na estrutura com este gel ainda é muito pobre. Tornou-se comum, devido à composição química dos silicatos dependerem da relação água/cimento, temperatura e idade de hidratação, referir-se a estes hidratos simplesmente como C-S-H, o que não implica em uma composição fixa. Na hidratação completa, a composição que mais se aproxima é C S H .

  3

  2

3 As reações estequiométricas para as pastas completamente hidratadas de C

  3 S e C

  2 S

  podem ser expressas como:

  2C

  3 S + 6H → C

  3 S

  2 H 3 + 3CH

  (1.10)

  2C

  2 S + 4H → C

  3 S

  2 H 3 + CH

  (1.11) Segundo Mehta e Monteiro [1994] os produtos das reações de hidratação dos compostos C S e C S são similares. Porém, alguns pontos precisam ser observados e estão

  3

  2

  descritos à seguir: S produziria 61% de

  • Cálculos estequiométricos mostram que a hidratação do C

  3 C

  3 S

  2 H 3 e 39% de hidróxido de cálcio, enquanto que a hidratação do C

  2 S

  produziria 82% de C

  3 S

  2 H 3 e 18% de hidróxido de cálcio. Se a área específica e,

  consequentemente, a propriedade adesiva da pasta de cimento for principalmente devido à formação de silicatos de cálcio hidratados, espera-se que para um cimento de alto teor de C

  3 S a resistência final seja menor do que

  um cimento com alto teor de C 2 S.

  • A durabilidade da pasta endurecida à águas ácidas e sulfáticas é reduzida com a presença de hidróxidos de cálcio. Então espera-se que um cimento contendo uma proporção maior de C

2 S seja mais durável em ambientes ácidos e

  sulfatados do que outros contendo maior proporção de C S. Muitas

  3

  especificações objetivam limitar o teor máximo de C

  3 S nos cimentos e outras

  recomendam o uso de pozolanas que inibem o excesso de hidróxido de cálcio na pasta hidratada.

  • Para a hidratação completa, o C

  3 S e o C

  2 S exigem 24% e 21% de água,

  respectivamente. As equações estequiométricas não dizem nada sobre a velocidade da reação. Percebe-se que o C S hidrata a uma velocidade maior do

  3

  que o C

2 S. Na presença de gipsita, o C

  3 S em finas partículas começa a hidratar

  uma hora após a adição de água ao cimento, e contribui para o tempo final de pega e a resistência final da pasta de cimento. Essa evolução rápida de hidratação do C 3 S é um importante fator em cimentos de alta resistência inicial. Por outro lado, Petrucci [PETRUCCI, 1975] confirma alguns dos pontos destacados acima:

  • O C

3 S hidrata-se dentro de poucas horas, desprendendo-se calor; o composto

  anidro vai passando pela solução aparecendo hidróxidos de cálcio, enquanto uma massa gelatinosa de silicato hidratado se forma em torno dos grãos originais.

  • O C

2 S é atacado lentamente pela água; depois de semanas os cristais se

  recobrem de silicato hidratado. Forma-se também o hidróxido de cálcio, porém em menor quantidade do que no C

  

3 S.

  As reações da alita e belita são aceleradas na presença de íons sulfatos na solução, o que ao contrário ocorre com os aluminatos que diminuem sua solubilidade na presença de íons sulfatos. Uma problemática é que a adição de gipsita provoca o retardamento na hidratação dos aluminatos que seria imediata, mas um efeito colateral é que essa adição provoca a aceleração na hidratação da alita sem a qual os cimentos não endureceriam à taxas mais lentas [MEHTA e MONTEIRO, 1994].

  Dos compostos resultantes, o único solúvel em água é o hidróxido de cálcio, sendo esta solubilidade a principal causa de desagregação do cimento endurecido. Nos cimentos Portland comuns formam-se de 13 a 17% de Ca(OH)

  2 . O hidróxido de cálcio, Ca(OH) 2 ,

  pode se dissolver com a umidade do ar e reagir com o CO

  2 na superfície da argamassa

  formando o CaCO . Este carbonato insolúvel forma eflorescência brancas. Na água do

  3

  mar, o sulfato de magnésio nela contido reage com o Ca(OH)

  2 , e resulta CaSO 4 , sulfato de

  cálcio, com consequente depósito de hidróxido de magnésio. Este sulfato de cálcio ocasiona a expansão da massa do cimento e, juntamente com o existente na água do mar, combina-se com a alumina e forma o sal de Candlot, o que agrava com o tempo a fragmentação do cimento [PETRUCCI, 1975].

1.1.3. Pega e Endurecimento do Cimento

  O endurecimento é o ganho de resistência mecânica com o tempo e é fortemente marcado pela hidratação do C

3 S durante muitas semanas. Durante esse tempo também

  ocorre o preenchimento progressivo dos espaços vazios na pasta com os produtos da reação, o que resulta em decréscimo de porosidade e de permeabilidade acompanhado de um ganho de resistência.

  Os dados de estudos de calor de hidratação podem ser usados para caracterizar o comportamento de pega e endurecimento do cimento e para prever a elevação de temperatura. Segundo Lerch [1946], usando um calorímetro de condução, registrou a taxa endurecimento como mostra a figura 1.1. Percebe-se uma rápida evolução do calor (pico

  A), o que representa a dissolução de aluminatos e sulfatos. Devido aos sulfatos que reduzem a solubilidade dos aluminatos, essa evolução termina rapidamente. O segundo pico (B) é atingido entre 4 e 8 horas de hidratação e representa o calor de formação da etringita.

Figura 1.1 - Taxa de liberação de calor de uma pasta de cimento Portland durante a pega e o período inicial de endurecimento [ MEHTA e MONTEIRO, 1994].

  O valor do calor de hidratação do cimento Portland ordinário varia entre 85 e 100 cal/g, reduzindo-se para 60 a 80 cal/g nos cimentos de baixo calor de hidratação [BAUER, 1985].

  A perda de plasticidade caracteriza o fenômeno de pega e endurecimento do cimento. O enrijecimento é o nome dado à perda de consistência da pasta plástica de cimento e está associado à perda de abatimento do concreto (ensaio de abatimento do tronco de cone, onde um tronco de cone de dimensões padronizadas é preenchido com concreto e vagarosamente suspenso. O concreto sem suporte abate-se pelo seu próprio peso. A diminuição da altura do tronco de cone se chama abatimento), perda gradual de água livre do sistema para as reações, adsorção física na superfície de produtos de hidratação de baixa

  Existem os chamados tempos de pega, ou seja, os tempos de início e fim de pega que podem ser determinados e que são dados importantes pois nos fornecem uma idéia do tempo disponível para trabalhar e manusear de maneira geral o cimento Portland. Nesse tempo decorrido entre o início e fim da pega do cimento ocorre a perda de plasticidade, aumento de viscosidade e aumento de temperatura e após esse tempo final de pega o cimento continua a aumentar a coesão entre suas partículas, adquirindo resistência, fase chamada de endurecimento.

  Os tempos são influenciados por vários fatores. Por exemplo, cimentos com teores maiores de C A que, como visto anteriormente reage imediatamente com a água, resultado

  3

  em um tempo de pega menor. Outro fator é a composição química do clínquer, no qual existe uma quantidade ótima de gesso à adicionar para retardar a pega. O grau de moagem das partículas também influencia na velocidade de hidratação e também as quantidades de água de amassamento colocadas para que o cimento hidrate. Os tempos de pega são influenciados também pela temperatura que podem acelerar ou até paralisar as reações.

  Certos compostos solúveis são utilizados para acelerar a pega ou para retardá-la. Entre esses compostos estão o cloreto de cálcio, cloreto de sódio e alcalinos para acelerar a pega e gesso, carbonato de sódio, óxido de zinco, bórax, tanino e ácido fosfórico para retardar a pega.

  Na própria normalização brasileira [NBR NM65, 2002], os cimentos são classificados em cimentos de pega normal e de pega rápida, sendo estes primeiros os que tem início de pega em um tempo superior a uma hora e os de pega rápida terminando a pega em poucos minutos.

1.1.4. Cimento Portland de Alta Resistência Inicial e Resistente à Sulfatos

  O cimento Portland CPV-ARI-RS é um aglomerante hidráulico que atende às exigências de alta resistência inicial e resistência à sulfatos. Ele é obtido pela moagem do clínquer portland ao qual se adiciona, durante a operação e em quantidade necessária, sulfato de cálcio. Esse aglomerante tem um baixo teor de aluminato tricálcico (C

  A) e se

  3

  caracteriza pelo endurecimento rápido nas primeiras idades. No caso da construção civil ele é interessante, pois permite uma remoção mais rápida das fôrmas utilizadas para a obtenção de peças estruturais ou durante a estação fria, quando se deseja reduzir o tempo necessária na reação de hidratação. Portanto pode ser utilizado em concretagens à baixas temperaturas quando se deseja resistência inicial elevada. Para o tipo de cimento Portland com alta resistência inicial, Neville [1997] diz que esse tipo de cimento (tipo III), desenvolve a resistência mais rapidamente e, por esse motivo, é especificado como cimento para resistências iniciais elevadas. O tempo de pega desse cimento é semelhante ao cimento comum, especificado por norma como 45 minutos. Não se deve confundir velocidade de endurecimento com velocidade de pega. O aumento da resistência é atribuído devido à elevação do teor de silicato tricálcico (C

  3 S) (maior do que 55% e às

  vezes até maior do que 70%) e também pelo processo de moagem desse cimento promovendo uma finura maior do clínquer. Os cimentos tipo III da ASTM (American Standad Testing Materials) têm área específica determinada pelo método Blaine, de 450 m²/kg a 600 m²/kg, enquanto que os cimentos tipo I têm 300 m²/kg a 400 m²/kg. A resistência das 10 horas até às 20 horas é significativamente aumentada pela finura do cimento, persistindo essa diferença até os 28 dias. As resistências se igualam à idade de 2 meses à 3 meses, mas com o tempo, a resistência dos cimentos de menor finura ainda ultrapassa a resistência dos cimentos de maior finura. Neville [1997] diz que de modo semelhante à reação do composto aluminato tricálcico (C

  3 A) com o gesso formando o

  sulfoaluminato de cálcio, no cimento endurecido, o aluminato de cálcio pode reagir com um sulfato proveniente do exterior cujo produto é o mesmo sulfoaluminato de cálcio que surge dentro da estrutura da pasta de cimento. Outra reação possível é a troca de bases entre o hidróxido de cálcio e os sulfatos, resultando na formação de gesso com aumento de volume da fase sólida em 124%. Os sais particularmente ativos são os sulfatos de magnésio e o sulfato de sódio e as reações são conhecidas como ataques por sulfatos sendo bastante acelerados quando acompanhados por molhagem e secagem alternadas. Para situações em que o cimento será provavelmente atacado por sulfatos, deve-se utilizar um cimento com baixo teor de aluminato tricálcico (C

  A). Portanto, para ambientes agressivos

  3

  com presença de sulfatos, quer seja solos contaminados ou água saloba, se faz necessário a utilização de um cimento resistente à ação desses sulfatos.

1.1.5. Agregados

  Segundo Petrucci [1975], os agregados são materiais granulares, sem forma e volume definidos, geralmente inertes e de dimensões e propriedades adequadas para uso em obras de engenharia. Uma de suas maiores aplicações está na confecção de argamassas e concretos. São materiais relativamente baratos e têm sido atualmente tratados como material de enchimento inerte. A utilização de agregados de minerais naturais compreendem mais de 90% do total de agregados utilizados e devido ao grande potencial de uso, também têm-se os agregados dos rejeitos industriais, tais como escória de alto- forno, cinza volante, concreto reciclado e resíduos selecionados de rejeitos urbanos [MEHTA e MONTEIRO, 1994].

  Os agregados podem ser naturais ou artificiais e sua qualidade exerce benéfica influência nas propriedades finais da argamassa, como: retração, aumento da resistência ao desgaste, etc. Eles são classificados quanto à sua granulometria em miúdos e graúdos. Para Petrucci [1975], agregado miúdo é aquele material que passa (podendo deixar retido até 15% de grãos) na peneira n °4 , de abertura de malha quadrada de 4,8 mm de lado e agregado graúdo é o material que fica retido na peneira n ° 4.

  O termo “agregado” é de uso generalizado na tecnologia do concreto; nos outros ramos da construção é conhecido, conforme cada caso, pelo nome específico: filer, pedra britada, bica-corrida ou rachão [SILVA, 1991].

  O agregado utilizado na confecção das argamassas é a areia quartzosa com diâmetro entre 0,06 e 2,0 mm. Pode-se citar ainda os agregados existentes e classificados como filler, pedrisco, seixo rolado e pedra britada. Esses agregados são extraídos diretamente do leito dos rios, através de equipamentos para essa finalidade, ou extraídos de minas, onde posteriormente sofrem um beneficiamento consistindo de lavagem e classificação.

  Devido a esse material ser relativamente de baixo custo em comparação com os demais utilizados na argamassa, e também por ser inerte com a água, muitas vezes é tratado como apenas material de enchimento. Entretanto, buscando compreender melhor a importância deste elemento na argamassa, podem-se perceber que suas características influenciam diretamente em propriedades de alta relevância, no que diz respeito às argamassas. Nestas características incluem-se porosidade, composição granulométrica, textura superficial das partículas, resistência à compressão, módulo de elasticidade e os tipos de substâncias deletérias presentes proveniente das composições mineralógicas da rocha matriz e do tipo de operação e equipamento usados para a produção do agregado. Essas características são importantes no estudo das propriedades da argamassa no estado fresco sendo que a variação desses parâmetros pode afetar as propriedades finais do produto obtido. Ferreira e Silva [1995], analisaram argamassas com incorporação de fibras de polipropileno usando dois tipos de areias diferentes. Perceberam que o teor de material pulverulento constituído de partículas de argila ( < 0,002 mm) e silte (entre 0,002 a 0,06 mm) assim como uma elevada quantidade de finos aumentam a relação água/cimento provocando uma maior retração da argamassa e, em consequência, afetando suas propriedades finais. Com isso percebe-se então a importância de se conhecer melhor o agregado utilizado, embora neste trabalho não se esteja variando a granulometria do agregado para se perceber variações nas propriedades finais do produto.

  Capítulo 2 Características das Argamassas

2.1. Características Gerais das Argamassas

  As características de uma argamassa dependem da natureza, composição físico- química e da proporção de seus componentes sendo imprescindível o estudo tanto dos componentes quanto da proporção entre eles. A água utilizada para fazer com que a mistura adquira plasticidade deve ser limpa, isenta de sais ferrosos e de matérias orgânicas a fim de não alterar as propriedades químicas dos aglomerantes. A água deve ser colocada na quantidade certa sem excessos e nem em pouca quantidade pois prejudicará a trabalhabilidade e a cura da pasta e, consequentemente, a resistência mecânica da pasta. A quantidade e a qualidade da água a ser utilizada também é muito importante pois a relação água/aglomerante influencia diretamente na resistência, além do que o uso de muita água ainda pode influenciar na porosidade da argamassa. O traço de uma argamassa pode ser apresentado em volume ou em peso, sendo o primeiro mais prático e o segundo mais preciso [VERÇOZA, 1984].

  As argamassas tem propriedades que são influenciadas por diversos fatores, visto que há inúmeros tipos de argamassas existentes atualmente. As propriedades da argamassa são consequência da qualidade do aglomerante que se usa e do agregado, além da proporção entre eles. O traço é muito importante pois a resistência mecânica e a trabalhabilidade estão a ele relacionadas [VERÇOZA, 1984].

  As primeiras misturas de sucesso na junção de blocos de alvenaria foram batizadas com o nome de argamassa: misturas de cal, água e areia para construções. Dá-se o nome de pasta à mistura de um aglomerante mais água. Quando se coloca água em excesso na pasta, tem-se um produto denominado nata. Misturando-se agregado miúdo à pasta obtém-se uma argamassa, podendo eventualmente conter adições que melhorem suas propriedades. A adição de areia se faz por vários motivos, e dentre eles destacam-se a diminuição da retração e o barateamento do produto [GUIMARÃES, 1997; SILVA, 1991].

  As argamassas podem ser utilizadas como revestimento de pisos, tetos e paredes (emboço e reboco), ou no assentamento de tijolos, blocos, azulejos e ladrilhos, reparos de obras de concreto, injeções [SILVA, 1991].

  Chama-se traço da argamassa a proporção dos componentes relativamente ao aglomerante. Normalmente se calcula o traço em massa, o qual dá origem ao traço em volume, que é o mais usado em obras correntes. O traço de argamassa, 1 : a, significa uma parte em massa do aglomerante (cimento) para “a” partes de agregado miúdo (areia).

  As propriedades da argamassa estão diretamente ligadas a diversos fatores, tais como: qualidade e quantidade do aglomerante; qualidade e quantidade de água. Variando estas condições, tem-se a qualificação do produto final, de acordo com as condições de envolvimento dos grãos pela pasta, quantidade de vazios e aderência dos grãos com a pasta [SILVA, 1991].

  A Tabela 2.1 fornece alguns exemplos de argamassas utilizadas e suas respectivas aplicações. As argamassas podem ser classificadas de diversos modos [SILVA, 1991]:

  a) Quanto ao emprego:

  • comuns (para rejuntamentos, revestimentos, pisos, injeções); • refratárias (para fornos, revestimentos térmicos).

  b) Quanto ao tipo de aglomerante:

  • aéreas (cal aérea, gesso);
  • hidráulicas (cal hidráulica, cimento); • mistas (cimento e cal aérea).

  c) Quanto ao número de elementos ativos:

  • simples (um aglomerante); • composta (mais de um aglomerante).

  d) Quanto a dosagem:

  • pobres ou magras (volume de pasta insuficiente para preencher vazios);
  • ricas ou gordas (excesso de pasta);
e) Quanto a consistência

  • secas;
  • plásticas; • fluidas.

Tabela 2.1 - Aplicações de argamassas, traços e relações A/C – água/cimento [SILVA, 1991].

  Relação A/C Finalidade Traço Materiais Consistência (massa)

  Assentamento de 1:0,5:2,5 Cimento, Saibro e Areia 0,60 Muito Tijolos Fina Plástica

  Revestimento 1:1:5,5 Cimento, Saibro e Areia 0,90 Plástica Fina

  Chapisco 1:5,0 Cimento e Areia Grossa 1,00 Fluida Contrapiso 1:4,0 Cimento e Areia Média 0,50 Seca

  Produção de Blocos Entre 1:6 Cimento e Areia Muito 0,60 Muito Seca de Concreto e 1:11 Grossa Argamassa não é apenas um material que se molda, que dá forma a um corpo estrutural, que participa da determinação de sua resistência, ou que caracteriza uma cor, uma textura nas superfícies aparentes. Um elemento estrutural de uma argamassa pode sofrer tanto as ações mecânicas decorrentes das leis de equilíbrio quanto as que resultam de uma chuva ácida em uma atmosfera poluída, por exemplo. A qualidade da argamassa é tão importante para a durabilidade das construções como é a epiderme para a proteção do corpo humano, tanto que as vezes é possível assemelhar algumas funções de ambas, principalmente do ponto de vista de proteção da armadura [HANAI, 1992].

  Como se sabe, os agentes agressivos do meio ambiente não são apenas os mecânicos – que deformam, rompem e desgastam – mas também os físico-químicos – que provocam sobretudo a corrosão das armaduras, contra os quais a argamassa desempenha um papel importante. A argamassa é sempre, por menos que o seja, um material permeável a líquidos e gases, sujeito a diferenças de potencial elétrico e outros fatores, em permanente equilíbrio com o meio ambiente, e além disso sujeito a limitações de execução.

  As adições das argamassas são componentes ativos ou não, como as pozolanas e os aditivos para concreto em geral, que são empregadas com finalidades diversas na modificação das propriedades da argamassa fresca ou endurecida. Há propriedades físicas, químicas e mecânicas, de deformação ou de durabilidade da argamassa endurecida a serem consideradas, mas existem também importantes propriedades da mistura seca e da argamassa fresca que devem ser observadas com todo o cuidado, uma vez que elas refletem o potencial de qualidade final do material [HANAI, 1992].

  A qualidade dos materiais constituintes é fundamental, mas as relações quantitativas entre eles fornecem indicadores globais de tendências, os quais são imprescindíveis na execução de argamassas adequadas às exigências de cada caso. Se a argamassa resulta essencialmente de uma mistura de cimento (aglomerante), água e agregados, há de se considerar duas importantes relações:

  • água/cimento; • pasta/agregado. A relação água/cimento é um parâmetro de mais alta importância, que influi de maneira decisiva nas diversas propriedades da argamassa. Esta relação não apenas determina a plasticidade ou a fluidez da pasta de cimento no estado fresco, e portanto as características de consistência e trabalhabilidade da argamassa, mas afeta também, incisivamente, as propriedades da argamassa endurecida. As propriedades de resistência mecânica e de deformação da argamassa dependem de forma direta dessa relação (Figura 2.1); entretanto, são as propriedades físicas e químicas da argamassa – intervenientes na durabilidade das construções – que merecem destaque especial na tecnologia da argamassa [HANAI, 1992].

  Quanto a relação entre quantidades de cimento e de agregados, os parâmetros de diluição ou de concentração da pasta e da distribuição granulométrica do agregado diluente alteram as propriedades físicas, mecânicas e químicas das argamassas [BUCHER, 1983].

  A análise das relações entre quantidades de água e cimento, e pasta e agregado permite estabelecer algumas considerações sobre as propriedades das argamassas.

  O agregado graúdo deve ser sempre de uma rocha muito mais resistente do que a pasta de água e cimento. O concreto deve sempre romper na pasta caso haja uma solicitação maior do que a projetada [TARTUCE e GIOVANNETTI, 1990].

  A Tabela 2.2 apresenta a evolução da trabalhabilidade e da resistência mecânica em função de certos fatores de composição do concreto.

Tabela 2.2 - Evolução da trabalhabilidade e da resistência mecânica em função dos fatores de composição do concreto [TARTUCE e GIOVANNETTI, 1990].

  Fatores de Composição do Para Uma Boa Para Uma Boa

Concreto Trabalhabilidade Resistência

  

Finura da areia De preferência fina De preferência grossa

Relação graúdo/areia A diminuir A aumentar Dosagem de água A aumentar até um certo ponto A diminuir Granulometria Preferível contínua Preferível levemente descontínua

  Dimensão máxima dos grãos De preferência pequena De preferência grande

2.2. Resistência Mecânica das Argamassas e dos Concretos

  Pode-se dizer que a resistência mecânica da argamassa, acaba sendo satisfatória na maioria dos casos, em conseqüência de cuidados que são tomados na garantia de outras qualidades importantes, como baixa permeabilidade, trabalhabilidade adequada, etc. A resistência mecânica das argamassas usuais, isto é, aquelas com consumo de cimento entre

  3

  520 e 800 kg/m e relação água/cimento entre 0,38 e 0,48, medida por meio de ensaio de compressão axial sobre corpos de prova cilíndricos de 50 mm de diâmetro e 100 mm de altura, varia entre 25 MPa e 50 MPa, considerada suficiente em grande parte dos casos práticos. Sabe-se que a resistência mecânica da argamassa depende fundamentalmente da relação água/cimento, das proporções entre cimento e agregados, das impurezas contidas no cimento e agregados, e das propriedades dos agregados: granulometria, forma, textura, resistência e dimensão máxima característica [HANAI, 1992].

  A grande influência da relação água/cimento deve-se ao fato de que ela determina a porosidade da pasta de cimento endurecida; quanto menor a porosidade, maior a resistência da pasta e conseqüentemente da argamassa.

  Quando o concreto é bem adensado, admite-se que a sua resistência é inversamente proporcional à relação água/cimento, de acordo com a “lei” estabelecida por Duff Abrams, em 1919, f c = K 1 __ (2.1)

  a/c

  K 2 onde f c representa a resistência do concreto, a/c, a relação água/cimento (originalmente em volume) e K

  1 e K 2 , constantes empíricas. O gráfico de Abrams está representado na figura 2.1 [NEVILLE, 1997].

  A influência da relação água/cimento na resistência não se constitui, verdadeiramente, em uma “lei”, pois a regra da relação água/cimento não contém várias qualificações necessárias para a validade. Em particular, a resistência com qualquer relação água/cimento depende do grau de hidratação do cimento e das suas propriedades químicas e físicas, da temperatura à qual se processa a hidratação, do teor de ar do concreto e também da variação da relação água/cimento efetiva e da formação de fissuras devidas a exsudação. Portanto, é mais correto relacionar a resistência com a concentração de produtos sólidos da hidratação do cimento no espaço disponível para os mesmos.

Figura 2.1 - Gráfico de Abrams mostrando a resistência mecânica do concreto em função da relação água/cimento [ NEVILLE, 1997].

  Outra observação interessante é que os concretos e/ou argamassas com relação água/cimento mais baixa apresentam maior velocidade de endurecimento do que aqueles estabelece mais rapidamente um sistema contínuo de gel. Com relação ao grau de diluição da pasta de cimento, pode ocorrer que uma argamassa de relação água/cimento muito baixa e alto teor de cimento apresente um retrocesso de resistência. Possivelmente isso seria conseqüência de tensões induzidas pela retração, uma vez que a restrição oferecida pelas partículas do agregado causaria fissuração da pasta de cimento ou perda de aderência entre pasta e agregado [HANAI, 1992].

  A relação de agregado/cimento tem influência sobre a resistência de todos os concretos/argamassa de resistência média e alta. Não há dúvida de que a relação agregado/cimento é apenas um fator secundário da resistência do concreto/argamassa, mas foi constatado que para uma mesma relação água/cimento os concretos/argamassas mais pobres tem resistência maior. No entanto, é provável que outros fatores também participem; por exemplo, o teor total de água por metro cúbico de concreto é menor em uma mistura pobre do que em uma rica. Como resultado, em uma mistura pobre os vazios ocupam uma fração menor de volume do concreto e são esses vazios que tem um efeito prejudicial sobre a resistência [NEVILLE, 1997].

  A permeabilidade das argamassas e dos concretos é uma propriedade extremamente importante, uma vez que reflete a capacidade do material facilitar a penetração de líquidos e gases nocivos no seu interior. A permeabilidade desses materiais depende da porosidade dos agregados e da pasta de cimento endurecida. De modo geral, a porosidade dos grãos dos agregados naturais e compactados é extremamente baixa, dependendo a permeabilidade, portanto, das características da pasta endurecida de cimento [BUCHER, 1983].

  A existência de uma maior quantidade de pasta nas argamassas empregadas em argamassa armada poderia induzir à conclusão de que elas seriam mais permeáveis. Contudo, deve-se salientar que, com emprego de baixo fator água/cimento, a porosidade capilar da pasta de cimento endurecida é bastante reduzida, conferindo assim à argamassa a qualidade de material “impermeável”, uma virtude sempre citada em relatos diversos [HANAI, 1992]. A Figura 2.2 apresenta a relação entre a permeabilidade e relação água/cimento de pastas endurecidas (93% de cimento hidratado). Com relação água/cimento da ordem de 0,40, a permeabilidade na pasta de cimento é praticamente nula. A partir de 0,45, já começa a crescer até atingir valores muito altos, com relação água/cimento de cerca de 0,70 [NEVILLE, 1997].

  A permeabilidade da pasta de cimento diminui à medida que se processa a hidratação, pois a redução do coeficiente de permeabilidade é tanto maior quanto menor for a relação água/cimento da pasta [NEVILLE, 1997].

  A baixa permeabilidade a líquidos e gases é uma das mais importantes propriedades da argamassa, a se conseguir geralmente com baixa relação água/cimento, consumo mais elevado de cimento, granulometria adequada de agregado, bom adensamento e cura adequada.

Figura 2.2 - Relação entre permeabilidade e relação água/cimento de pastas endurecidas [NEVILLE, 1997].

  

2.3. Reações que Podem Ocorrer Durante a Cura ou o Envelhecimento da

Argamassa/Concreto

2.3.1. Reação Álcali-Minerais Reativos A reação álcali-minerais reativos afeta a durabilidade de uma argamassa/concreto.

  A deterioração causada consiste na expansão provocada por um gel formado através da reação química entre os álcalis de sódio (Na) e de potássio (K), existentes no cimento Portland, e os minerais reativos presentes no agregado. Este gel, ao absorver água exerce pressões hidráulicas produzindo expansões elevadas, causando fissurações que com o tempo interferem negativamente na durabilidade das argamassas e das estruturas de concreto, com conseqüente redução da resistência à tração e compressão [VIVIAN, 1951].

2.3.2. Reação Álcali-Sílica

  É definida como a reação que envolve a presença de sílica amorfa, assim como certos tipos de vidros naturais (vulcânicos) e artificiais. Foi inicialmente observada na Califórnia em 1940 por Stanton, sendo depois reconhecida em diversos países.

  A deterioração do concreto ou argamassa pela reação álcali-sílica é devida a alta concentração de álcalis na solução dos poros da argamassa/concreto, que resulta em uma elevação do pH a níveis que tornam a solução altamente agressiva, susceptíveis a reagir com a sílica amorfa das rochas usadas como agregado. É importante ressaltar que não são os álcalis que reagem, e sim os íons hidroxilas provenientes da dissociação dos hidróxidos alcalinos [VIVIAN, 1951].

  O mecanismo da reação álcali-sílica pode ser dividido em dois passos: sílica + álcalis → gel gel + H

2 O → expansão

  Trata-se de uma reação onde o grupo silanol (Si – OH) é neutralizado pela solução alcalina de Na formando um gel de silicato alcalino conforme as equações 2.2 e 2.3.

  Si – OH + OH + H O (2.2) → Si – O

  2

  Si – O + Na → Si – ONa (2.3)

2.3.3. Reação Álcali-Silicato

  O princípio da reação álcali-silicato é similar ao da álcali-sílica, porém o processo ocorre mais lentamente devido a quantidade de minerais reativos disseminados na matriz (silicatos eventualmente presentes nos feldspatos, folhelhos argilosos e rochas sedimentares como quartzitos, magmáticas e os granitos) e principalmente a presença de quartzo deformado e minerais expansivos da classe dos filossilicatos como as esmectitas [VAN AARDT e VISSER, 1977].

  VAN AARDT e VISSER [1977] observaram que feldspatos, folhelhos argilosos e

  o

  determinadas rochas ígneas a temperatura de 95

  C, reagem com hidróxido de cálcio

  o

  produzindo silicatos hidratados de cálcio e álcalis. A temperatura de 39

  C, os feldspatos alcalinos produzem aluminatos tetracálcicos hidratados e álcalis. A quantidade de álcalis liberada depende da composição dos feldspatos em relação ao cálcio, sódio e potássio.

  A teoria que explica como os feldspatos podem ser um material reativo, tem como sustentação o fato de que nas primeiras idades do concreto ou argamassa desenvolve-se uma camada de aderência em torno do agregado formada de silicatos de cálcio hidratados e hidróxido de cálcio. Com o tempo, em condições de umidade o hidróxido de cálcio reage com o feldspato liberando álcalis sob a forma de KOH e NaOH e/ou silicatos de sódio e potássio, sendo este último sob a forma de gel e parcialmente solúvel em água. Quando os álcalis atingirem uma certa concentração, os silicatos de cálcio (camada de aderência) tenderão a se dissolver em silicatos de sódio e potássio formando um gel contendo cálcio, potássio, sódio e sílica em sua vizinhança. Este gel constitui um mau elemento de ligação, especialmente se considerarmos que está sujeito a contrações e dilatações conforme perda ou ganho de água.

2.3.4. Reação Álcali-Carbonato

  A reação álcali-carbonato ocorre entre alguns calcários dolomíticos e soluções alcalinas presentes nos poros do concreto ou argamassa, causando expansões e intensas fissurações. Não há formação de gel alcalino como produto desta reação. Um mecanismo bastante aceito é que este tipo de reação está fundamentado na reação de deslomitização com formação de hidróxido de magnésio (brucita) e regeneração do hidróxido alcalino, conforme as seguintes equações [VAN AARDT e VISSER, 1977]: Formação da brucita: CaMg(CO

  3 ) 2 + 2NaOH → Mg(OH) 2 + CaCO 3 + Na

  2 CO 3 (2.4)

  Regeneração dos álcalis: Na

  2 CO 3 + Ca(OH)

2 → 2NaOH + CaCO

3 (2.5)

  Como conseqüência tem-se o enfraquecimento da ligação entre a pasta de cimento e o agregado e a presença de microfissurações.

2.3.5. Carbonatação

  A palavra carbonatação em seu sentido mais amplo significa converter em carbonato, ou seja, transformar qualquer sal proveniente da reação de neutralização em que participe o ácido carbônico (H

2 CO 3 ).

  O ácido carbônico nada mais é do que a dissolução em água do dióxido de carbono (CO

  2 ) presente na atmosfera e, de modo geral, proveniente da queima de combustíveis

  fósseis, de queimadas, da respiração humana e animal ou de algumas reações químicas envolvidas no processo de putrefação de matéria orgânica.

  Em engenharia civil a carbonatação significa a neutralização do hidróxido de cálcio [Ca(OH)

  2 ] liberado como subproduto ao longo do processo de hidratação do C

  3 S (silicato

  tricálcico) e do C S (silicato dicálcico) do cimento Portland [REVISTA TÉCHNE, 1994]:

  2 Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H

2 O (2.6)

  A equação (2.7) caracteriza a formação do ácido carbônico. Como essa reação só ocorre em presença de água, em um ambiente de baixa umidade relativa, a carbonatação apenas se verificará em níveis muito baixos. Paralelamente, considerando um concreto saturado, a dificuldade de difusão do CO

  2 reduz a reação a níveis desprezíveis.

  A equação (2.8) tem como produto uma fase instável representada pelo bicarbonato de cálcio. A equação (2.9) apresenta a forma estável do carbonato de cálcio com liberação de água [REVISTA TÉCHNE, 1994]:

  CO

  2 + H

  2 O → H

  2 CO

  3

  (2.7)

  2H

  2 CO 3 + Ca(OH) 2 → Ca(HCO 3 ) 2 + 2H

  2 O (2.8)

  Ca(HCO

  3 ) 2 + Ca(OH) 2 → 2CaCO 3 + 2H

  2 O (2.9)

  Esta reação apresentada na equação (2.8) depende, entre outros fatores, tanto da argamassa/concreto como do meio ambiente. Quanto ao ambiente, são condições básicas para a reação a presença de dióxido de carbono no ar e de umidade, a fim de que possa eminentemente química caracterizada pelo ataque do ácido carbônico aos cristais instáveis de hidróxido de cálcio, considerada a etapa “molhada”, já que é fundamental a penetração da umidade no concreto ou argamassa. A outra, a etapa seca, envolve o transporte da água saturada com o hidróxido de cálcio dissolvido até zonas de menor pressão, podendo ser estas poros ou capilares de maiores dimensões ou até a superfície da peça, onde a evaporação da água permite a precipitação do carbonato de cálcio.

  Quanto à argamassa, é fundamental vincular a porosidade e conseqüente permeabilidade com a intensidade da carbonatação. Assim, tem-se que a variável mais importante do processo é o fator água/cimento (a/c), desde que se comparem traços semelhantes. A alteração do traço, para um mesmo fator a/c, pode alterar as condições de retenção de água da mistura, estabelecendo processos diferenciados com a possibilidade de formação de uma rede capilar mais efetiva no estabelecimento da permeabilidade do material. Outros fatores podem ser citados como intervenientes indiretos no processo, tais como grau de adensamento, nível de hidratação do cimento e eficiência da cura, já que sua ação direta se verifica na permeabilidade da argamassa/concreto [REVISTA TÉCHNE, 1994].

  A exsudação, sendo um tipo especial de segregação, é a separação da água de amassamento que aflora à superfície da argamassa/concreto. É um fenômeno que pode diminuir a durabilidade e a aderência entre camadas da argamassa/concreto. A exsudação não é prejudicial quando não causa mudança na estrutura do concreto ou argamassa, sendo nesse caso, benéfica [SILVA, 1991].

  A carbonatação provoca uma redução do pH da argamassa/concreto pela neutralização de uma base forte de pH entre 12 e 13, o hidróxido de cálcio. O efeito químico direto da carbonatação é a redução do pH da mistura, com conseqüências que podem determinar a diminuição da vida útil do concreto/argamassa.

  Os cristais formados na hidratação do cimento Portland apresentam estabilidade química em ambiente alcalino; a alteração do ambiente em níveis intensos pode determinar a destruição destas ligações. O fenômeno é identificável quando um concreto é submetido à ação de ácidos em geral.

  O ácido carbônico é um ácido fraco, atuando sobre o hidróxido de cálcio de forma sensível mas sendo quase inofensivo ao carbonato de cálcio, o que explica quimicamente a tendência decrescente da intensidade da carbonatação ao longo do tempo.

  Fisicamente, o efeito do fenômeno consiste na obturação de poros e canais pelo revestimento da sua superfície interna, ou pela sua obturação completa a partir da deposição do carbonato de cálcio neo-formado. Dessa maneira, a própria carbonatação consiste em uma barreira eficaz contra si mesma, a menos que esta barreira venha a ser rompida por um ácido de ação mais intensa, já que tende a fechar os poros do concreto/argamassa, desde que não tenha sido produzido com fator a/c demasiadamente alto [REVISTA TÉCHNE, 1994].

  Admite-se que o concreto/argamassa protege adequadamente as armaduras de reforço, através de uma ação física representada pelo cobrimento propriamente dito, e de um efeito químico obtido da reação do hidróxido de cálcio com a camada superficial de óxido sempre presente nas barras de aço, sendo este o efeito mais importante da carbonatação.

  A reação típica do fenômeno pode ser apresentada como:

  2Fe(OH)

  3 + Ca + (OH) 2 → CaO.Fe

  2 O 3 + 4H

  2 O (2.10)

  O produto dessa reação pode ser entendido como um óxido de ferro e cálcio. A camada desse óxido de ferro e cálcio em uma armadura revestida também é chamada de capa passivadora ou passivada, subentendendo-se como imune à corrosão. A estabilidade química dessa capa passivadora depende de um ambiente alcalino caracterizado por um pH entre 10,5 e 13. A neutralização apresentada pela carbonatação pode reduzir o pH do meio a valores inferiores a 9, instabilizando a capa passivadora e vulnerabilizando a armadura à instalação de um processo degenerativo de corrosão. Tendo em mente o violento e relativamente rápido processo de corrosão das armaduras, é possível relacionar diretamente esse fenômeno com a carbonatação, e esta com a durabilidade das estruturas de concreto armado [REVISTA TÉCHNE, 1994].

  Já que a carbonatação é um processo inerente aos concretos e argamassas, sua ocorrência pode sugerir o envelhecimento do material, sendo necessário saber conviver com esse fato inevitável. O ataque por ácidos fortes determina não só a lixiviação do hidróxido de cálcio como também do carbonato de cálcio, reduzindo drasticamente o pH da argamassa/concreto, despassivando a armadura e instabilizando os produtos da

  A argamassa/concreto não resiste à ação de ácidos fortes; ácidos fracos tendem a deteriorar o concreto/argamassa a longo prazo; o ácido carbônico é uma exceção em função do produto salino formado. É de responsabilidade também da carbonatação o aumento da dureza superficial do concreto/argamassa, fato benéfico a concretos/argamassas sujeitos à abrasão, além de sua maior proteção contra a ação de sulfatos [REVISTA TÉCHNE, 1994].

2.4. Propriedades das Argamassas no Estado Fresco

  As propriedades da argamassa no estado fresco são avaliadas pela consistência, trabalhabilidade, coesão e tixotropia, plasticidade, retenção de água, massa específica e adesão inicial. Essas propriedades no estado fresco são muito importantes pois também interferem na qualidade final da argamassa. A consistência é a propriedade pela qual a argamassa tende a resistir à deformação e a capacidade da argamassa manter a consistência ao longo do tempo de aplicação e é influenciada pela quantidade de água que se põe na mistura. A trabalhabilidade em termos práticos seria a facilidade de manuseio por parte do operário que a aplica sendo alterada à medida em que decresce o módulo de finura do agregado, mantém-se a continuidade da granulometria e decresce o teor de grãos angulosos. A coesão refere-se às forças físicas de atração que existem entre as partículas sólidas da argamassa e às ligações químicas da pasta aglomerante. A tixotropia seria a mudança pela qual um material passa por uma transformação isotérmica reversível, do estado sólido para o estado de gel (massa mais densa da pasta após a hidratação). A plasticidade é a propriedade pela qual a argamassa tende a reter a deformação, após redução do esforço de deformação sendo influenciada pelo teor de ar, natureza e teor de aglomerantes e pela intensidade de mistura das argamassas. A retenção de água seria a capacidade que a argamassa fresca tem de manter sua consistência ou trabalhabilidade quando sujeita a solicitações que provocam perda de água (evaporação, sucção, absorção pelo componente da mistura). A massa específica absoluta da mistura aglomerante/agregado refere-se ao volume de material sólido não sendo considerado os vazios. A adesão inicial ou aderência é a propriedade que caracterizará o comportamento futuro do conjunto base-revestimento e depende das características de trabalhabilidade da argamassa e também quanto à porosidade e rugosidade da base onde a argamassa será

2.5. Propriedades das Argamassas no Estado Endurecido

  As propriedades das argamassas no estado endurecido estão relacionadas com a ligação entre a argamassa e os componentes da base onde será assentada e se caracterizam pela resistência mecânica, elasticidade, resistência ao fogo, resistência ao ataque por agentes químicos agressivos, retração, aderência, permeabilidade e condutividade térmica. A resistência mecânica diz respeito à capacidade destas argamassas resistirem às tensões de tração, compressão ou cisalhamento sendo influenciada pelo endurecimento da argamassa, ou seja, pelos produtos de hidratação que se formarão. Também é influenciada pela proporção dos constituintes, suas características e sua pureza. A elasticidade é a capacidade de deformar uma argamassa sem que ocorra a ruptura, retornando às suas dimensões iniciais quando cessam as solicitações e essa propriedade determina a ocorrência de fissuras no revestimento. A resistência ao fogo diz respeito à integridade dos elementos que constituem essa argamassa quando sujeitos à elevação de temperatura decorrente da ação do fogo. A resistência ao ataque por sulfatos ou outros agentes químicos está ligada à sua composição química, natureza dos materiais, resistência ao desgaste superficial e à permeabilidade da argamassas, e dos materiais a ela adjacentes. A retração dentre todas as outras propriedades, tem papel fundamental no que diz respeito à estanqueidade e a durabilidade. É um mecanismo complexo e é resultado da variação da umidade da pasta aglomerante. É influenciada por diversos fatores como porosidade da base, temperatura, incidência solar, umidade relativa, granulometria do agregado, teor de aglomerantes e velocidade do ar. O desaparecimento da água de amassamento é um problema pois a argamassa é um material que precisa de água para hidratar e endurecer, dependendo das condições, parte dessa água é sugada pela base, ocorrendo a chamada retração de secagem que é seguido de variação de volume gerando fissuras. A aderência é o comportamento quanto à absorção de tensões que surgem na interface do revestimento com os componentes da base onde a argamassa será assentada. A porosidade, absorção de água, resistência mecânica, textura superficial, execução do assentamento dos componentes (tijolos), natureza do aglomerante, capacidade de aderência, capacidade de retenção de água, consistência e o conteúdo de ar na argamassa são fatores que influenciam a aderência ao substrato. A permeabilidade está ligada à estanqueidade à água e diretamente ao substrato onde será aplicada essa argamassa. Dependendo das afirmar que esse mecanismo diminui com o teor de aglomerantes e com a evolução do endurecimento da argamassa. A condutividade térmica é influenciada pelos fatores como a composição, quantidade de matéria sólida, distribuição, geometria e dimensões dos poros que conferem estrutura celular à argamassa, teor de umidade e o tipo de gás contido no interior dos poros [CINCOTTO e SILVA, 1995].

  Capítulo 3 Utilização de Polímeros e Resíduo Têxtil em Argamassas

3.1. Generalidades sobre a Utilização de Polímeros na Fabricação de Argamassas

  O estudo sistemático de fibras com finalidade de reforço de matrizes começou na Inglaterra em 1970. Atualmente estão sendo empregadas no mercado da construção civil diversas tecnologias construtivas. Dentre elas, a adição de polímeros à argamassa é uma dessas tecnologias que vem sendo largamente usada pelas empresas atuantes no mercado. Segundo Tanesi e Figueiredo [1999], nos Estados Unidos e Europa é comum o emprego de compósitos reforçados com fibras de polipropileno, principalmente em pavimentos industriais, onde estas fibras, adicionadas em baixos teores (0,1% em volume), substituem as telas metálicas, destinadas apenas ao controle da fissuração por retração. Segundo Bocchile [2001], o emprego de fibras ajuda a controlar a retração e permite aumentar as espessuras das argamassas aplicadas graças à melhoria de coesão. Num estudo sobre o emprego de fibras vegetais como reforço de matrizes frágeis feito por Agopyan e col. [1997] que relacionou 19 tipos de fibras potencialmente úteis para a construção civil, a partir de análises de propriedades mecânicas, características físicas, relação entre comprimento e diâmetro, possibilidade de cultivo no Brasil, custo de durabilidade no ambiente natural, colocou a fibra de polipropileno entre estas que seriam classificadas como as mais adequadas. A argamassa desenvolvida neste trabalho contém resíduos de espumas de poliuretano e fibras de polipropileno que foram adicionados com o objetivo de diminuir a densidade e aumentar a resistência mecânica da argamassa. As características desses resíduos são apresentadas à seguir.

  3.1.1. Considerações Gerais do Poliuretano

  O poliuretano possui elevada resistência à tração com grande alongamento até a ruptura. Comparado com as borrachas, o poliuretano possui elevado módulo de elasticidade. Além disso, possui um intervalo de dureza que vai de 75 a 98 shore A.

  O poliuretano apresenta as seguintes características: Excelente resistência ao desgaste; Excelente resistência a óleos, solventes, graxas, benzina e benzeno; Excelente adesão a metais; Alta resistência ao corte; Otima flexibilidade; Boa resistência à compressão, à tração e ao impacto; Grande variação de dureza; Atóxico; Baixo índice de absorção de umidade; Baixo coeficiente de atrito; Baixa estabilidade térmica; Excelente resistência à oxidação; Até 110

  °C mantém estabilidade dimensional por pequenos períodos de tempo; As propriedades gerais das espumas dependem da formulação: flexível ou rígida, densidade, quantidade de poros (células) e o grau de reticulação. Também apresentam bom isolamento térmico.

  3.1.2. Considerações Gerais do Polipropileno

  O polipropileno é obtido do monômero propileno ou propeno através de uma reação de poliadição. De acordo com a técnica de polimerização, pode-se obter polipropileno com estrutura atática, sindiotática ou isotática. O polipropileno atático produz polímeros elásticos e o polipropileno isotático oferece uma estrutura regular, fazendo com que as moléculas do polímero se aproximem fortemente entre si aumentando a organização molecular, podendo chegar a uma cristalização de até 70%. As propriedades físicas dependem principalmente da porcentagem de material isostático presente, da massa

  O polipropileno é incolor, inodoro e com peso específico em torno de 0,90 g/cm³. É um material com propriedades muito boas quanto a resistência química a ácidos, álcalis, graxas, óleos; possui alta resistência à abrasão. Possui peso específico baixo, é atóxico, absorve pouca umidade e possui excelente resistência mecânica. O polipropileno é bastante afetado quando exposto a intempéries. Em aplicações externas, deve-se prever estabilização adicional, anti-UV. É quimicamente inerte e sua espessura varia de 0,30 mm à 20 mm e possui uma dureza Shore70. Possui uma resistência à tração de 0,55-0,69 MPa, módulo de Young igual a 0,003.10³ MPa e alongamento total de aproximadamente 25%.

3.1.3. Utilização de Polímero em Argamassas

  A eficiência do reforço das fibras, bem como as propriedades do compósito são dependentes do teor de fibras (comumente chamado volume de fibras - teor de fibras em volume adicionado à matriz, normalmente expresso em porcentagem), do seu módulo de elasticidade, do comprimento e da aderência matriz-fibra [TANESI e FIGUEIREDO, 1999].

  Dafico e col. [1997] realizou uma pesquisa sobre a viabilidade da utilização de fibras de polipropileno em adição às argamassas de assentamento com o objetivo de aumentar a coesão dessas argamassas usadas em alvenarias onde os blocos de vedação são assentados com os furos na vertical. A verificação da manutenção de certas características da argamassa, essenciais para o bom desempenho da alvenaria, tais como resistência à tração e compressão, módulo de deformação e plasticidade. Também foi determinada a proporção ideal de fibras para a utilização nas argamassas. Para esse estudo foram fabricados corpos de prova cilíndricos de 50 x 100 mm de altura com 4 traços, em volume úmido, com cimento, cal hidratada, areia média e água, na proporção 1:2:6, contendo 0,0; 0,5; 1,0 e 1,5% em massa de poliuretano com relação ao cimento. Também foram confeccionados prismas de blocos cerâmicos. O autor relata que como não existiu diferença significativa entre as médias dos valores das tensões de ruptura à compressão axial e dos módulos de deformação dos prismas de blocos cerâmicos assentados com furos na vertical, para diferentes teores de fibras, a adição das mesmas não altera significativamente essas propriedades. Verificou-se uma pequena redução na resistência à ruptura em tração e compressão das argamassas com fibras em relação à argamassa sem interessante é que a variação no teor de fibras adicionadas não alterou significativamente a resistência mecânica do material.

  Não foi observada diferença significativa entre os módulos de deformação das argamassas com fibras em relação à argamassa sem fibra. Conforme Dafico e col. [1997], isso se deve ao baixo módulo de deformação das fibras de polipropileno em relação ao módulo de deformação das argamassas em geral.

  A utilização de fibras de polipropileno adicionada nas argamassas de assentamento de alvenaria mostrou ser uma ótima solução para o problema de execução de alvenarias estruturais de blocos cerâmicos de vedação com os furos posicionados na direção vertical. As fibras adicionadas na proporção de apenas 0,5% com relação à massa do cimento para o traço 1:2:6 já é suficiente para proporcionar boa condição de trabalho, sem trazer nenhum prejuízo nas qualidades da alvenaria.

  Cestari e Paulon [1999], por sua vez, estudaram a eficácia de um copolímero adicionado à argamassa e seu possível uso na indústria brasileira, procurando encontrar um produto que pudesse proporcionar relevante desempenho às argamassas de revestimentos. Foram acrescentados gradativamente aos traços, percentuais de aditivo em função da massa de cimento. Adotou-se a mistura dos materiais secos, para depois ser acrescentada água, isso devido a característica do aditivo em estudo apresentar-se na forma de pó, podendo assim obter uma maior homogeinização da mistura, visando também sua possível utilização em argamassas industrializadas.

  Foram utilizados dois traços de argamassas, um rico em cimento (1:3) e outro pobre (1:6), com porcentagens de copolímero de 2, 4, 6, 8, 10 e 14%, analisando-se suas características no estado fresco e no estado endurecido. Para a argamassa no estado fresco foram utilizados ensaios de consistência, retenção de água, densidade de massa e teor de ar incorporado. Para a argamassa no estado endurecido foram utilizados os ensaios de compressão, absorção de água por capilaridade e imersão, e densidade de massa aparente.

  O autor relata que com a adição do copolímero acetato versatato à argamassa, ocorreu uma melhora significativa na trabalhabilidade. Essa melhoria ocorreu para os dois traços estudados, 1:3 e 1:6, tendo diminuído consideravelmente a relação água/cimento (a/c), para a obtenção do mesmo índice de consistência padrão. Ao se fixar um valor da relação a/c em 0,622 (a/c obtido para argamassa padrão), e acrescentando-se gradativamente o aditivo, a argamassa ganhou gradativamente trabalhabilidade, retenção de água para o traço 1:3, quando comparada com a argamassa padrão. Para o traço mais pobre 1:6, a adição do teores abaixo de 10% do copolímero acetato versatato não alterou significativamente os valores da retenção de água. Quanto à densidade de massa notou-se que, para os dois traços utilizados, 1:3 e 1:6, ocorreu um decréscimo gradativo de suas densidades de massa e uma aproximação dos valores dos dois traços. O aditivo acetato versatato mostrou incorporar grande quantidade de ar, para os dois traços, em comparação às argamassas padrões, mostrando-se assim ser um ótimo aditivo para argamassas de revestimento para ambientes interiores onde a isolação térmica e acústica são fundamentais. Em relação a análise da densidade de massa aparente no estado endurecido, os valores para o traço 1:3 sofreram uma redução com o acréscimo do aditivo, obtendo valor mínimo no teor de 4%. Esse valor de densidade é aproximadamente 12% inferior ao valor obtido para a argamassa padrão. Para o traço 1:6, a argamassa apresenta uma redução da densidade de massa aparente, com a adição gradativa do copolímero, até o teor de 4%. A partir desse valor há um aumento alcançando valor próximo ao do padrão, com o teor de 14% de aditivo.

  Cestari e Paulon [1999] argumentam que a redução da densidade aparente no estado endurecido significa uma maior incorporação de ar à argamassa, sendo este, um aspecto favorável para a utilização de uma argamassa de revestimento interno, pois proporciona uma melhor isolação acústica e térmica. Por outro lado, a resistência à compressão sofreu redução com o acréscimo do aditivo à argamassa com traço mais forte (1:3), não modificando essa tendência com idades mais avançadas. Para o traço mais pobre (1:6) notou-se uma estabilidade nos valores das resistências à compressão, não ocorrendo variação significativa conforme a adição do copolímero. Segundo o autor, a diminuição desta é um fato comum, observado com a maioria dos polímeros adicionados a concretos e argamassas. A partir de 4% de copolímero acrescido à argamassa notou-se um aumento do valor da resistência de aderência para todos os traços utilizados.

  Godoy e Barros [1999], misturaram no estado fresco de uma argamassa, polímeros em dispersão aquosa (látex) com o objetivo de utilizar esta argamassa como camada promotora da estanqueidade, aderência e capacidade de absorver deformações em áreas molháveis em edifícios. Os polímeros utilizados por eles foram o estireno-butadieno (SBR), o estireno-acrílico e o acetato de polivinila (M). As dosagens empregadas foram de 1:3 e 1:5 (cimento:areia) em volume do material seco. Para os polímeros, as dosagens de 5 recente no Brasil, mas existem casos de sua aplicação que datam de 1933 na Alemanha. A modificação das propriedades, segundo os autores, é governada não só pela hidratação do cimento, mas também pelo processo de formação do filme polimérico, o qual ocorre após a saída de água do sistema. Quando o látex é misturado à agua de amassamento da argamassa de cimento no estado fresco, as partículas de polímero são uniformemente dispersas formando-se então uma pasta de polímero e cimento. O cimento hidrata-se gradualmente liberando entre outros produtos, o hidróxido de cálcio, enquanto parte das partículas de polímero depositam-se na superfície das partículas de cimento parcialmente hidratado. Com a saída de água, as partículas adesivas de polímero são gradativamente confinadas nos poros capilares da pasta de cimento, preenchendo-os. Seguindo-se a hidratação do cimento, as partículas de polímero floculam para formar uma camada contínua e compacta sobre a superfície das partículas de cimento parcialmente hidratado e sobre a superfície dos agregados. Após a remoção completa da água, as partículas de polímero coalescem em um filme ou membrana contínua para formar uma estrutura monolítica em que a fase do polímero interpenetra pela fase do cimento hidratado. Tal estrutura atua como uma matriz para as Argamassas Modificadas com Polímeros (AMP), onde os agregados estão aglomerados por essa matriz. Os polímeros são adicionados nas argamassas AMP através do látex, que consiste em pequenas partículas esféricas com diâmetro geralmente entre 0,05 a 5,0 mm mantidas suspensas em um meio aquoso pela ação de tensoativos. O cimento utilizado foi o Portland com escória de alto forno classe 32, mesmo sabendo que os tensoativos presentes na composição do látex podem retardar ainda mais a pega dos cimentos que contenham partes de escória, pozzolana ou microsílica, causado pela sua absorção na superfície do aglomerante. A areia não foi considerada variável de pesquisa optando-se então por uma de granulometria média comumente empregada em argamassas para contrapisos. Foram ensaiadas argamassas cujas dosagens resultaram da combinação de dois traços (1:3 e 1:5 de cimento e areia, em volume de materiais secos) e de dois teores polímero/cimento (p/c) de 5 e 10% para cada polímero considerado comparadas com argamassas padrões.

  Os resultados revelaram que o aditivo estireno-butadieno tanto para as argamassas 1:3 e 1:5 é o que proporciona o maior aumento da resistência à compressão e à tração na flexão. Quanto às argamassas de traço 1:5, os ganhos de resistência à compressão são muito pequenos quando se emprega 5% de p/c, demonstrando que a adição dos polímeros é estireno-butadieno no teor de 10% apresentou o maior módulo elástico (8375 MPa), porém esta argamassa também possui a maior deformação específica, quase 1200 mm/mm, maior do que a argamassa comum (1:3). Segundo os autores, são necessárias mais análises minuciosas e comparações das curvas de tensão x deformação de cada tipo de argamassa. O estudo das propriedades de retração e absorção capilar das argamassas modificadas com polímeros demonstram que há um comportamento específico para cada tipo de polímero empregado. De maneira geral, o aditivo à base de polímero de estireno-butadieno demonstrou os melhores resultados, isto é, a adição de 5% ou 10% de polímero em relação à massa de cimento diminui a retração bem como a absorção da água por capilaridade, indicando ser este o aditivo de maior potencial de aplicação para a produção do contrapiso de AMP como camada promotora da estanqueidade de pisos de edifícios.

  Rossignolo e Agnesini [1999] apresentam um estudo comparativo entre duas argamassas para uso em revestimentos de fachadas sendo uma delas modificada pela adição de látex estireno-butadieno. A primeira argamassa é constituída por cimento Portland, cal hidratada, areia e água (com traços em volume cimento:cal:areia – 1:1:6, 1:2:9 e 1:3:12), e a segunda por cimento Portland, areia, látex estireno-butadieno e água (com traços em volume cimento:areia de 1:6, 1:9 e 1:12, tendo relação látex/cimento igual a 0,15 em massa). O teor de cimento foi semelhante entre as argamassas comparadas,

  3

  variando de 110 a 130 kg/m . O agregado miúdo foi classificado como muito fino segundo a NBR 7211 e a quantidade de materiais pulverulentos e impurezas orgânicas está abaixo das exigências das normas vigentes. O cimento utilizado foi o CP II-E-32 e a cal utilizada foi CH-III. Foi utilizado uma dispersão aquosa formulada a partir de um copolímero à base de estireno-butadieno.

  Conforme os resultados dos ensaios realizados para a argamassa no estado fresco e no estado endurecido, nota-se que:

  • As argamassas modificadas com o látex tiveram menor valor de massa específica ocasionada pelo elevado teor de ar incorporado na mistura, provocado pela presença de agentes espumantes no látex. Usou-se o látex de tal forma como ele é comercializado, ou seja, sem agentes anti-espumantes. Essa excessiva incorporação de ar também pode ser diminuída reduzindo-se o tempo da mistura da argamassa ou também através de outro método de preparo no qual o látex é colocado na betoneira depois dos 10 minutos de repouso seguido por
dos componentes da argamassa comum e modificada durante 3 minutos na betoneira, descanso de 10 minutos seguido de mais 1 minuto de mistura.

  • As argamassas modificadas com o látex estireno-butadieno reteram mais água do que as argamassas normais pela ação do látex que inibe a perda de água, seja por evaporação ou sucção, pela formação de um filme impermeável e aumento das características hidrófugas das argamassas.
  • Mesmo com a incorporação excessiva de ar nas argamassas modificadas com látex estireno-butadieno, a resistência à compressão superou em 16 a 50% a resistência à compressão das argamassas comuns.
  • A resistência à tração axial e à tração em flexão nas argamassas modificadas são acrescidas em relação às argamassas comuns. Isso se deve ao aumento de aderência entre a matriz de cimento e os agregados e pela formação de um filme polimérico contínuo no compósito.
  • Quanto ao módulo de elasticidade, estes foram inferiores para as argamassas modificadas em relação às comuns, demonstrando que as argamassas modificadas são menos rígidas do que as argamassas comuns, aumentando assim a capacidade de absorver as deformações nesses revestimentos.
  • Para o ensaio de resistência de aderência à tração foram utilizados dois substratos diferentes. Um deles foi o bloco cerâmico e o outro o bloco de concreto. Houve um acréscimo na resistência da aderência para ambos os substratos. Para os traços com menor teor de cimento os resultados foram praticamente iguais. Para os blocos de concreto esses valores de resistência à aderência foram maiores devido à superfície do bloco ser mais irregular e porosa, favorecendo a aderência.
  • Os revestimentos executados com argamassas modificadas apresentaram valores sensivelmente inferiores de absorção de água em comparação aos revestimentos executados com argamassas comuns. Segundo alguns estudos, Ohama [1987]; Saija [1995] e Shaker et al. [1997], as argamassas modificadas apresentam permeabilidade bem inferior quando a incorporação de ar é controlada. Nesse caso, onde as argamassas apresentam elevado teor de ar incorporado e presença de cal hidratada nas argamassas comuns, justifica a modesta redução de permeabilidade dos revestimentos executados com

  A conclusão que melhor se tirou com relação à esse comparativo foi que as argamassas modificadas apresentaram bons resultados no que tange às propriedades, principalmente retenção de água, resistência à tração, módulo de deformação, aderência e permeabilidade demonstrando ser vantajosa sua utilização. A redução da incorporação de ar pode melhorar ainda mais o desempenho de algumas propriedades, como resistência à compressão, resistência à tração, aderência e permeabilidade dessa argamassa modificada, porém a relação custo/benefício deve ser analisada, pois a redução de ar incorporado aumentaria o consumo de cimento e látex, aumentado assim o custo do material.

  Ferreira e Silva [1995] estudaram a adição de fibras descontínuas de polipropileno em argamassa de cimento visando o seu emprego em painéis revestidos com argamassa projetada. Ensaios de caracterização do agregado miúdo, verificação das propriedades da argamassa de cimento no estado fresco e no estado endurecido fazem parte do procedimento experimental para a obtenção de resultados. Foram utilizados dois tipos de areia como agregado miúdo. O aditivo plastificante utilizado para proporcionar maior plasticidade à argamassa foi Quimikal MPK 120. Para se obter a trabalhabilidade adequada à projeção, foi necessário o uso de aditivo em maior quantidade do que recomendado pelo fabricante, o que fez cair a relação água/cimento da argamassas com aditivos. A consistência da argamassa foi de 210 mm, mais ou menos 10 mm e foi considerada adequada para a execução da projeção da argamassa. Após os ensaios ficou estabelecido que uma boa trabalhabilidade da argamassa é conseguida mediante um slump mínimo de 35 mm.

  Foram estudadas 10 traços diferentes, variando-se o tipo de areia, o tipo de fibra, a presença ou não de aditivo plastificante, com a adição de fibras ou não, com respectivos teores de ar incorporado na mistura. As fibras utilizadas nas argamassas foram: Fibra 1 – fibra de polipropileno Cimentex-AT (multifilamento) e Fibra 2 – fibra de polipropileno CIR 200/998/50/OND/Normal (monofilamento). A resistência à compressão foi medida aos 28 dias de idade através de ensaios de compressão em corpos de prova prismáticos. Também foram determinadas as medidas de retração dos corpos de prova prismáticos com dimensões 40 mm x 40 mm x 160 mm e também de placas de dimensões 1,10 m x 1,0 m sendo que foram jateados 7 painéis com a argamassa de revestimento abrangendo uma área de 70 x 70 cm, moldados em laboratório. A medição da retração foi realizado com o cujas temperaturas do ar foram consideradas com variação máxima de 1 °C. Essa condição foi necessária para que o efeito da dilatação térmica não interferisse nos valores das leituras de retração.

  Segundo Ferreira e Silva [1995], a areia com menor teor de ar incorporado apresentou características melhores para a produção da argamassa utilizada nos painéis pré-fabricados. A areia com maior teor de ar incorporado possui uma maior quantidade de finos acarretando uma elevada relação água/cimento (a/c). A elevada relação água/cimento constituiu-se, a princípio, numa das principais causas de grande retração volumétrica, podendo acarretar o aparecimento de fissuras no revestimento dos painéis. Enfim, os resultados indicaram que não ocorreu uma redução satisfatória da retração da argamassa com as percentagens volumétricas de fibras empregadas, para os dois tipos de fibras de polipropileno. Dependendo da areia empregada e do tipo de fibra adicionada na argamassa, as medidas de retração obtidas apresentam-se divergentes, o que talvez possa ser explicado em razão do pequeno percentual de fibras empregados na mistura.

  Filho e Sanjuán [1999] analisaram a retração plástica e a sensibilidade à fissuração durante as primeiras idades de argamassas contendo fibras de polipropileno. Esperava-se controlar a retração livre contida nas argamassas e avaliar o desempenho da fibra. Para analisar a retração foi escolhido um modelo estatístico denominado de “factorial design”. Dizem os autores que essa técnica produz grande economia de tempo, recursos, custos com equipamentos e utilizando modelo matemático que resulta numa boa correlação com o experimento no alcance das variáveis e fatores investigados. A retração em si é até aceitável, mas o seu desenvolvimento é provocado por fissuramento que são pouco apresentáveis e aceitáveis. Segundo Filho e Sanjuán [1999] o uso de fibras como reforço (em particular quantias menores que 0,3% em volume) tem sido sugerido como o melhor método de redução da retração plástica e fissuramento de materiais à base de cimento. O ensaio foi feito através de anéis, onde o material à base de cimento é colocado entre dois anéis rígidos, com um anel interno (caroço). Os anéis podem ser colocados em várias condições de secagem para estudar a sensibilidade ao fissuramento da mistura fresca. Resultados mostram que a presença de fibra de polipropileno em 0,2% em volume em uma argamassa de traço 1:1:0,45 quando comparada com uma argamassa de traço 1:1:0,45 sem fibra, ocorre uma redução de 1.7% na retração plástica. Enquanto que, para a adição de fibra em 0,1% em volume em uma argamassa 1:2:0,5 quando comparada com uma acordo com Filho e Sanjuán [1999], enquanto que para as argamassas sem fibras, o tempo para o aparecimento da primeira fissura foi de 90 minutos, para a argamassa com a presença de fibra de polipropileno, esse tempo foi aumentado para 120 minutos, mostrando-se bastante eficiente no retardamento de fissura e também na redução à tendência ao fissuramento. Segundo os autores, isso acontece porque, nas primeiras idades, o módulo de elasticidade da fibra ainda é maior que o da matriz cimentícia. Concluiu-se que baixos volumes de fibra de polipropileno em argamassa são extremamente eficientes na redução da retração plástica, no retardamento do aparecimento da primeira fissura e no controle do desenvolvimento de fissuras.

  Sanjuán e Moragues [1997] investigaram as proporções de misturas de fibras de polipropileno em argamassa e a sua influência na retração plástica. O objetivo principal foi de otimizar a utilização da fibra a fim de minimizar a retração plástica. O método escolhido foi baseado em projetos experimentais em que os parâmetros considerados foram as relações cimento/areia, água/cimento e a fibra de polipropileno contida. Os autores afirmam que muitas dessas fissuras não causarão preocupação do ponto de vista da durabilidade. Porém aquelas que excedem a um limite de largura (0,05 mm para ambientes altamente corrosivos e 0,3 mm para ambientes de baixa corrosão) promoverão algum problema de durabilidade, consequentemente a importância do controle de fissuração. Também dizem que as baixas frações de fibras adicionadas agem como reforço e controlam a retração nas primeiras idades além de impedir a penetração de agentes agressivos, o que torna muito importante do ponto de vista de durabilidade. O objetivo foi obter um modelo matemático que descreva o projeto de argamassas reforçadas com fibras de polipropileno controlando a retração plástica em função da dosagem da mistura. O dispositivo utilizado para medir a retração consiste basicamente de uma câmara interna onde a velocidade do fluxo de ar e a temperatura são mantidas constantes à 0.5 m/s e 40 °C, respectivamente. Duas espécies, de dimensões 20 mm x 150 mm x 1200 mm, são testadas ao mesmo tempo. A proporção da mistura das espécies feitas estudando retração no estado plástico seguem abaixo:

  • Tipo 1: A mistura central com relação água/cimento de 0,5 e relação cimento/areia 1/2 e 0,10% em volume, respectivamente. Oito misturas com relação água/cimento de 0,45 e 0,55, relação cimento/areia de 1/3 e 1/1 e contento polipropileno de 0 e 0,20% em volume.
  • Quatro misturas com 0,1% em volume de fibras de polipropileno: duas delas com relação cimento/areia de 1/2 e relação água/cimento de 0, 42 e 0,58; e as outras duas com relação água/cimento de 0,50 e relação cimento/areia de 1/9 e 1/0,8.
  • Duas misturas com relação água/cimento de 0,50, relação cimento/areia de 1/2 e as duas contendo fibras de polipropileno contendo de 0 e 0,27% em volume. Segundo Sanjuán e Moragues [1997], a relação cimento/areia foi o mais importante fator considerado para a retração plástica e que ambos, relação água/cimento e quantidade de fibra, tem uma forte interação com a relação cimento/ areia. Esse fato suporta a evidência do papel principal da relação cimento/areia nesse processo. A função polinomial considera parâmetros que mais afetam a retração plástica das argamassas juntando com os principais efeitos e interações estudadas. Essa equação fornece erros experimentais sobre 5%, deste modo é bastante preciso do ponto de vista técnico. A equação é apresentada a seguir:

  2 PS = -29.01 + 4.7 x c/s + 103.4 x w/c – 12.62 x (PP) + 11.17 x c/s x PP – 92.48 x

  2

  2

  (w/c) + 2.92 x c/s x w/c – 13.98 x (c/s x w/c) – 16.985 x c/s x w/c x PP (3.1)

  Onde: PS: Retração Plástica; W/C: Relação água/cimento; PP: Porcentagem do volume de fibras de polipropileno; C/S: Relação cimento/areia.

  Grandes quantidades de polipropileno e baixa relação cimento/areia e água/cimento resulta em uma mínima retração plástica. Porém, as interações entre esses fatores podem acontecer de diferentes modos, com justificativa do estudo estatístico. Além disso, alguns parâmetros como a trabalhabilidade ou resistência desejada precisam ser considerados a fim de obter um produto final prático. Então, estudos adicionais devem ser conduzidos para otimizar outras propriedades. A equação polinomial proposta aqui pode predizer a retração plástica da argamassa com fibra de polipropileno reforçada. Deduz-se que os parâmetros de relação água/cimento e cimento/areia juntos afetam mais a retração plástica do que o parâmetro de relação água/cimento sozinho. Já a quantia de fibra reduz a retração plástica, mas esse efeito é o que menos influencia. Em contraste, a interação c/s x PP é bastante significante [SANJUÁN e MORAGUES, 1997].

3.2. Resíduo Têxtil

  3.2.1. Características Gerais

  Lodos são resíduos indesejados de processos industriais ou de tratamento de efluentes, sua disposição é cara podendo afetar as condições ambientais. O desenvolvimento industrial tem acarretado um aumento na produção de resíduos sólidos, principalmente os de origem industrial. O seu trato inadequado incorre em agravamento dos problemas ambientais se transformando principalmente em poluidores do ar, solo, águas superficiais e subterrâneas. A possibilidade da utilização de resíduos sólidos industriais como materiais de construção vem sendo estudada por muitos pesquisadores.

  3.2.2. Composição Química

  Na indústria têxtil os resíduos sólidos são provenientes dos restos de algodão em fardos, das aparas de tecido na confecção, dos pigmentos em estado sólido da estamparia, da varredura dos prédios e arredores, do lixo do escritório, e principalmente das lamas geradas nas estações de tratamento de efluentes (ETEs). Da prensagem desse material decantado na estação de tratamento de efluentes tem-se o lodo têxtil. Este é rico em materiais pesados e outros componentes tóxicos como: soda, polímeros, corantes, sais ácidos, gomas, sulfato de alumínio e de ferro, cal.

  A composição química de um lodo têxtil não é simples porque este é formado por toda a parte sólida dos produtos utilizados tanto no processamento industrial como no de tratamento de efluentes, que decantam após o tratamento na forma de sólidos suspensos. A

tabela 3.1 abaixo permite uma pré-caracterização através da relação das características do efluente antes do tratamento.Tabela 3.1 - Produtos químicos presentes em efluente têxtil de uma indústria catarinense de grande porte [PRIM e col., 1998].

  PRODUTO % PRODUTO %

  Ácido Acético Glacial 1,0 Etanol 0,3 Acetato de Sódio 0,3 Espumante 0,02 Aguarrás 1,0 Emulgador 0,2 Anti Espumante 0,3 Espessante 0,1 Anti Oxidante 0,07 Emulsionante 0,06 Ácido Muriático 0,3 Engomantes 0,14 Anti Migrante 0,2 Fécula de Mandioca 0,7 Amaciantes 8,0 Fixador de Corante 0,6 Anti Redutor 0,04 Glicerina Branca 0,2 Branco Ótico 0,4 Hidróxido de Cálcio 12,0 Bicarbonato de Sódio 0,6 Hidrossulfito de Sódio 3,0 Corantes à Tina 0,5 Igualizante 0,3 Corantes Azóicos 0,4 Ligante 2,0 Corantes Dispersos 0,005 Lubrificante de Engomagem 0,2 Catalizador 0,04 Nitrito de Sódio 0,06 Corantes Reativos 2,2 Pigmentos 0,7 Corantes Diretos 0,005 Pasta de Estamparia 3,0 Corantes Enxofre 0,2 Peróxido de Hidrogênio 7,0 Cloreto de Sódio 14,0 Silicato de Sódio 2,0 Carbonato de Sódio 1,0 Sulfato de Sódio 0,3 Colóide Protetor 0,3 Sulfato de Magnésio 0,02 Carrier 0,0005 Sequestrante 2,0 Dispersante 0,4 Uréia 3,0 Detergentes 4,0 Umectante 1,0

  Observa-se sobre a tabela 3.1, que dos 28 produtos usados, 6 deles somam 55% da quantidade total usada, que são: o hidróxido de cálcio (12%), os engomantes (14%), o cloreto de sódio (14%), o peróxido de hidrogênio (7%) e amaciantes (8%).

  O lodo da indústria têxtil é constituído principalmente de matérias orgânicas, que podem ser eliminadas por queima à 500 - 600 °C. Os resíduos minerais resultantes são constituídos de fosfatos e colorantes devido ao elemento fixador de pigmento utilizado no processo fabril. A presença de ferro, alumínio e sódio é devido ao uso de sulfato de alumínio e soda no processo de tratamento dos efluentes.

  Segundo Prim e col. [1998], é preciso ter certeza que os elementos não vão ser lixiviados para o meio ambiente, pois alguns resíduos podem não ter seus constituintes totalmente estabilizados dentro da matriz de cimento. Prim estudou a técnica de solidificação/estabilização (S/E) de resíduos com cimento, que tem sido usado com o objetivo de solidificar e estabilizar constituintes tóxicos ou perigosos de resíduos industriais para a sua posterior disposição. Prim e col. [1998] dizem que a solidificação e estabilização são processos de tratamento designados para melhorar as características físicas dos resíduos, diminuir a área superficial ou limitar a solubilidade ou desintoxicar os constituintes perigosos destes.

3.2.3. Utilização de Resíduo Têxtil em Argamassa

  Pereira [2002] desenvolveu um trabalho através de um projeto de parceria envolvendo a UDESC e as empresas FRANK DOUAT E FABRIL LEPPER, sobre a utilização de traços de resíduos sólidos resultantes de processos industriais, na preparação de uma argamassa para aplicação em revestimento em chapas metálicas. Pereira [2002] utilizou resíduos sólidos do processo de tratamento de efluentes da industria têxtil, o qual foi denominado de matéria prima altenativa têxtil, e o resíduo sólido de poliuretano resultante do processo de isolamento de refrigeradores, o qual foi chamado de matéria prima de poliuretano. O objetivo do trabalho se concentrou na preparação de uma argamassa para revestimento em chapas metálicas, a partir de traços de matérias primas alternativas em substituição ao agregado fino, com interesse de produzir um material de revestimento com baixa densidade e baixo custo, com propriedades mecânicas e microestrutura compatíveis para o tipo de aplicação desejada. Os resultados das propriedades mecânicas mostraram que o melhor traço obtido foi aquele cuja a areia é substituída por 30% de lodo têxtil e 70% em volume de poliuretano/fibras havendo um ganho de leveza na ordem de 30% em sua aplicação (revestimento de pias) em relação aos observou-se um aumento das propriedades mecânicas na ordem de 26%, perda de massa em função do tempo de cura na ordem de 7% em relação ao material obtido com 7 dias de cura ambiente. Os resultados de caracterização microestrutural (fig. 3.1 a 3.3) para o material com 30% de lodo e 70% de poliuretano/ fibras, mostraram uma microestrutura formada por cristais de etringita distribuídos de forma homogênea dentro da microestrutura do material, apresentando uma boa qualidade de interface entre agregado de poliuretano, lodo e gel. Outra observação importante foi a qualidade da interface entre o material de revestimento e a chapa metálica, mostrando uma boa aderência.

  10 µm 50 µm

Figura 3.1 Microestrutura do Figura 3.2. Microestrutura do material com 30% de matéria-prima material com 30% de matéria-prima

  têxtil/70% de poliuretano.Finas têxtil e 70% de poliuretano com fibras de cristais de etringita. fibras longas e sua amarração.

  µm

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  Capítulo 4

Durabilidade de Materiais à Base de Cimento

  Prever a durabilidade dos materiais utilizados em construção civil, através de ensaios de laboratório, é ainda um aspecto pouco estudado atualmente. Devido à falta de normalização que proporcionaria uma metodologia adequada ao estudo do envelhecimento do material, encontra-se muitas adaptações feitas para avaliar a durabilidade dos materiais utilizando outros métodos, como por exemplo, o método de secagem-molhagem utilizado em solo-cimento.

  Segundo Mehta e Monteiro [1994], de acordo com a ACI – American Concrete Institute, a durabilidade do concreto de cimento Portland é definida como a sua capacidade de resistir à ação das intempéries, ataques químicos, abrasão ou qualquer outro processo de deterioração, isto é, o concreto durável conservará sua forma original, qualidade e capacidade de utilização quando exposto ao seu meio ambiente.

  Pode-se afirmar, aportando-se à Ciência dos Materiais, que as interações ambientais à que os materiais estão expostos, influenciam na microestrutura do material e, claro, nas suas propriedades que variam ao longo do tempo.

  De acordo com Agopyan e col. [1997], a avaliação da durabilidade é aspecto crítico, porém o mais importante em qualquer processo de desenvolvimento de um novo material. A avaliação da durabilidade inicia com a caracterização do ambiente e dos fatores de degradação relevantes em cada aplicação específica. Araújo e col. [1996], diz que a avaliação da vida útil consiste em medir o envelhecimento de uma propriedade relevante do material, ao longo do tempo, antes e após a sua exposição à situações de envelhecimento natural ou simuladas, de modo que a previsão da durabilidade possa ser efetuada.

  Nessa dissertação considera-se indispensável estudar o envelhecimento do material à base de cimento constituído de uma argamassa com adição de resíduos sólidos industriais, visto a escassês de estudos nesta área, por falta de uma metodologia e equipamentos que possam simular as condições reais de exposição. Outro fator importante é o econômico, pois os custos de reparo e substituições em componentes de construção

  Para se estudar a durabilidade de um material se faz indispensável o conhecimento dos chamados mecanismos de degradação, que sendo inúmeros e complexos, são os que interagem com os elementos construtivos ao longo de sua vida útil. É necessário que inicialmente se definam, o que constitue uma tarefa complexa, a gama de condições ambientais a que os materiais empregados em contrução civil interagem com o meio ambiente, sendo portanto, sensíveis a um conjunto de agentes de degradação com diversificados níveis de agressividade. Para Araújo e col. [1996], os agentes deletéreos atmosféricos são a umidade, água (é o primeiro agente degradante universal dos materiais), temperatura, radiação solar, radiação ultravioleta, gases de oxigênio (O, O e O ), gases

  2

  3

  ácidos, névoas salinas, bactérias, insetos e ventos com partículas em suspensão. Alerta-se que a combinação dos diferentes agentes climáticos produz um efeito maior de degradação ao material do que cada agente agindo separadamente sobre o material. Os outros agentes agressores são os provenientes do solo, isto é, sais, fungos, bactérias e insetos; agentes relativos ao uso, como por exemplo, os agentes químicos normais em uso doméstico e finalmente, os agentes decorrentes de vícios de projeto traduzidos na compatibilidade química, física, cargas permanentes e periódicas. De acordo com o autor Agopyan e col. [1997], deve-se alertar para a necessidade de um estudo profundo sobre os fatores de degradação, o que o mesmo caracteriza como fase crítica do processo, bem como os mescanismos de degradação associados, pois basear-se em experiências obtidas com materiais similares podem nos equivocar. Com essa colocação acima, pode-se exemplificar, para o concreto, onde a carbonatação de pastas de cimento é um conhecido fator de degradação em concretos. No entanto, quando se trata de compósitos reforçados com fibras sensíveis à álcalis, este mesmo processo deixa de ser fator de degradação para ser um mecanismo de estabilização química do processo. A sinergia entre os processos de degradação de cada fase, no caso de materiais com mais de uma fase, deve ser cuidadosamente analisada, porque desta sinergia podem surgir outros agentes degradantes. A interface entre o material e outros materiais durante o uso também segue a mesma idéia.

  Existem alguns trabalhos que serão mais detalhados adiantes que mostram a análise do envelhecimento de materiais à base de cimento onde se analisa a variação de propriedades mecânicas antes, durante e após a exposição do material aos agentes de degradação em ciclos com tempos definidos. Essa análise pode ser chamada de indicador de degradação, que são definidos como propriedades utilizadas para medir o avanço da degradação ao longo do tempo. Esses indicadores de degradação podem ser: resistência à compressão, resistência à tração, resistência à flexão, lixiviação, alongamento na ruptura.

  Para avaliar a durabilidade de um compósito à base de cimento pode-se recorrer a três processos diferentes: (a) ensaio de envelhecimento acelerado que consiste em colocar o material exposto à elevadas concentrações dos fatores de degradação ou temperaturas elevadas que favorecem as reações químicas. (b) ensaio de envelhecimento natural que seria expor corpos-de-prova do material ao ambiente em que os mesmos seriam utilizados. No caso de fatores climáticos, a exposição é feita normalmente num ângulo de 30º na direção Norte (para o caso do hemisfério sul) e (c) estudos de deterioração em uso que envolveria um monitoramento de uma ou mais construções onde os materiais a serem analisados estivessem aplicados em condições reais de uso.

  Alguns trabalhos já realizados utilizando metodologias variadas serão aqui abordados, visto que não há a possibilidade de se obter uma metodologia específica, pois para cada tipo de material e também de acordo com o seu uso, agentes de degradação diferentes estarão agindo e nos trabalhos aqui apresentados, percebe-se a diferença entre essas metodologias, bem como nos tempos dos ciclos de exposição dos materiais aos agentes degradantes.

  O trabalho de Agopyan e col. [1997] trata de avaliar a durabilidade de compósitos de cimento e fibras vegetais (sisal e côco) através dos ensaios de envelhecimento existentes mostrados anteriormente. Os resultados apresentados envolvem um estudo de 12 anos simulando a ação de diferentes fatores. O emprego das fibras teve como principal objetivo, o que é normalmente citado em outros trabalhos envolvendo matrizes de cimento reforçadas com fibras, o melhoramento do compósito à cargas dinâmicas (impactos) e comportamento pós fissuração, visto que a presença da fibra diminue a velocidade de propagação da fissura. Segundo seus estudos anteriores com fibras, o emprego delas também reduz o risco da fissuração devido à retração por secagem de matrizes. Para avaliar a durabilidade das fibras, os fatores e mecanismos de degradação reportados foram a solubilidade da lignina em soluções fortemente alcalinas, a radiação ultra-violeta que age pelo mecanismo de fotodegradação (quebra de cadeias poliméricas). O último mecanismo foi desprezado visto que as fibras estão inteiramente embutidas na pasta. Os indicadores de degradação foram a resistência à tração, o alongamento na ruptura e a análise microestrutural da superfície da fibra. Na matriz, buscou-se uma redução de sua CO

  2 e a água foram um importante fator de degradação da matriz e a carbonatação o seu

  mecanismo. Os indicadores de degradação foram a lixiviação acompanhada por microscopia de superfície. Para o compósito, a interação entre a fibra e a matriz, ou seja, incompatibilidade física, como movimentação da fibra dentro da matriz provocando microfissuras e incompatibilidades químicas, como sensibilidade das fibras vegetais à ambientes alcalinos que, embora pequeno, foi considerado. Os indicadores de degradação foram a resistência à flexão, microestrutura e lixiviação. O compósito foi submetido à ensaios de envelhecimento acelerados, naturais e de uso. Para o ensaio de envelhecimento acelerado, os corpos de prova, com dimensões 10 x 50 x 200 mm foram submetidos ao QCT (Quick Condensation Test) composto de ciclos de molhagem-secagem acelerado, que simula a incompatibilidade física entre componentes. Os corpos de prova foram submetidos a ciclos de vapor de água à 100ºC e, a seguir, secagem a 45ºC. Foram adotados ciclos de 8 horas saturados e 8 horas expostos à secagem, com um total de 648 horas de exposição. A figura 4.1 mostra a comparação.

  5

  4

  3

  2

1 Módulo de Ruptura (MPa)

  1

  2 LABORATÓRIO Q.C.T.

Figura 4.1 – Comparação dos resultados de envelhecimento acelerado através do QCT com resultados dos corpos de prova mantidos em condições normais de laboratório.

  Para o envelhecimento natural, corpos de prova com 10 x 50 x 150 mm foram expostos na Estação de Envelhecimento natural do IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas) em São Paulo, com inclinação de 30º, na direção norte. A figura 4.2 mostra a evolução do módulo de ruptura observado no ensaio.

Figura 4.2 – Variação do módulo de ruptura no ensaio de envelhecimento natural.

  O envelhecimento em condições de serviço está sendo avaliado em um protótipo de

  2

  20 m , desde 1989, construído em painéis pré-moldados de compósito, revestidos com pintura PVA. O protótipo inclui paredes expostas a diferentes microclimas, como áreas secas internas, áreas úmidas expostas a águas servidas como banheiros, pia e tanque com o objetivo de maximizar condições de lixiviação e biodeterioração, alguns painéis foram deitados no chão e, sem qualquer pintura de proteção, foram deixados em contato direto com o solo e expostos à chuva. Após três anos de uso o único dano, atesta o autor, possível de detectar visualmente foi a ocorrência de pontos de lixiviação. Foi observado também um crescimento de microorganismos na região exposta aos respingos produzidos pela pia de lavar louças. As paredes externas e internas encontram-se em perfeitas condições após mais de 8 anos de exposição. Atualmente estão sendo analisadas as fibras em microscopia eletrônica de varredura e óptico. Os primeiros resultados mostram que, embora com aparência mais opaca que as fibras novas, as fibras aparentemente não sofreram qualquer tipo de dano, como o desfibramento característico do ataque alcalino.

  Concluindo esta primeira exposição, os resultados mostram que a durabilidade do material é um sucesso. O estudo apresentado de durabilidade possibilitou melhorar o sistema pela redução de gipsita, o que permitiu também a redução do custo de produção.

  O trabalho de Araújo e col. [1996], através do ensaio de molhagem-secagem para solo-cimento, teve como objetivo avaliar a durabilidade de uma argamassa alternativa com cal pozolânica. O ensaio submeteu 280 corpos de prova, divididos em cinco períodos de cura, ou seja, um total de 56 corpos de prova para cada classe. Foram feitas modificações com relação à norma de dosagem e métodos de ensaios de solo-cimento, para que o mesmo pudesse ser utilizado na avaliação da durabilidade das argamassas alternativas. Todos os corpos de prova foram curados em um tanque de imersão. Após 2 horas, 4 corpos de prova foram submetidos ao ensaio de compressão. Outros 4 corpos de prova permaneceram em câmara de imersão. O restante foi então submetido à ciclos de molhagem e secagem. Eles, foram primeiramente retirados da câmara de imersão e levados à estufa à 71ºC durante 42 horas. Ao término do primeiro ciclo, quatro corpos de prova foram rompidos na prensa manual, determinando-se suas resistências à compressão. Os outros corpos de prova foram submetidos ao segundo ciclo de molhagem secagem, isto é, passaram 5 horas imersos e 42 horas em estufa, sendo então rompidos por compressão, e assim sucessivamente até o 12º ciclo. No final foram rompidos os 4 corpos de prova que ficaram imersos durante todos os 12 ciclos para comparar os resultados com os do envelhecimento acelerado. Foram feitas análises para cura de 28, 60, 90 e 180 dias. As aplicações das argamassas foram para tijolos e revestimentos. Os resultados dos ensaios estão nas figuras 4.3 a 4.10.

Figura 4.3 – Variação da Resistência à Compressão Simples R.C.S. (MPa) da argamassa alternativa para assentamento de tijolo, traço 0,45:4:28, cura de 28 dias, em função dos

  ciclos de molhagem e secagem.

Figura 4.4 – Variação da R.C.S. (MPa) da argamassa alternativa para assentamento de tijolo, traço 0,45:4:28, cura de 60 dias, em função dos ciclos de molhagem e secagem.Figura 4.5 – Variação da R.C.S. (MPa) da argamassa alternativa para assentamento de tijolo, traço 0,45:4:28, cura de 90 dias, em função dos ciclos de molhagem e secagem.Figura 4.6 – Variação da R.C.S. (MPa) da argamassa alternativa para assentamento de tijolo, traço 0,45:4:28, cura de 180 dias, em função dos ciclos de molhagem e secagem.Figura 4.7 – Variação da R.C.S. (MPa) da argamassa alternativa para revestimento, traço 0,29:2:9, cura de 28 dias, em função dos ciclos de molhagem e secagem.Figura 4.8 – Variação da R.C.S. (MPa) da argamassa alternativa para revestimento, traço 0,29:2:9, cura de 60 dias, em função dos ciclos de molhagem e secagem.Figura 4.9 – Variação da R.C.S. (MPa) da argamassa alternativa para revestimento, traço 0,29:2:9, cura de 90 dias, em função dos ciclos de molhagem e secagem.Figura 4.10 - Variação da R.C.S. (MPa) da argamassa alternativa para revestimento, traço 0,29:2:9, cura de 180 dias, em função dos ciclos de molhagem e secagem.

  Verifica-se sobre as figuras 4.3 à 4.10 um comportamento característico para os traços estudados. Para todos eles, há no início do ensaio, um aumento nos valores de R.C.S. evidenciando que o período de cura não se completou [ARAÚJO e col.,1996]. Esse aumento é percebido até o 4º ou 5º ciclo de molhagem e secagem, ocorrendo a partir daí, um decréscimo desses valores, resultantes do fenômeno de envelhecimento da argamassa alternativa. Percebe-se que para os períodos de cura mais longos (Fig 4.6 e 4.10), esse efeito não é tão evidente. Estudos de envelhecimento para 360 dias ainda estão em andamento. Outros trabalhos que dão continuidade a este estudo de envelhecimento da argamassa com cal pozolânica mostram que a presença de materiais pozolânicos nas argamassas de alvenaria e revestimento aumenta a sua sensibilidade às condições simuladas no ensaio de durabilidade, ou seja, de acordo com os valores máximo e mínimos de R.C.S. aos ciclos de molhagem-secagem as argamassas alternativas com cais pozolânicas são mais influenciadas pelos agentes degradantes.

  Veiga e Carvalho [1998] sob a tendência dominante em regiões da Europa para a recuperação de aspectos fundamentais de técnicas e materiais antigos para intervenções em edificações antigas, avaliaram argamassas de cal que reportam as melhores características de compatibilidade com as alvenarias antigas já existentes. As dúvidas no que concerne à prescrição de argamassas de cal aérea, sua resistência e sua durabilidade, tanto quanto a sua capacidade para proteger paredes de alvenaria contra a água da chuva levaram a avaliar o desempenho através de ensaios específicos nos quais um deles foi o ensaio de durabilidade, ou seja, ensaio de desgaste acelerado para as argamassas de cal. O ensaio de durabilidade revela-se importante, pois os requisitos para o uso de argamassas em paredes antigas está no seu desempenho contra o dano e a aceleração da degradação das paredes antigas. Foram utilizados 4 corpos de prova preparados para cada traço de argamassa apresentando um revestimento de 10 mm aplicado nas faces de 3 tijolos com uma área de 300 mm x 220 mm cada e uma pequena placa de alvenaria com 3 filas e 2 colunas de tijolos que foram curados por 28 dias em laboratório por 23 +/- 2ºC e 50 +/- 5% de umidade relativa. Esse ensaio inclui 10 ciclos durante 10 dias de calor-frio de 24 horas cada, onde a temperatura é de 60 ºC durante 8 horas e –15 ºC durante 15 horas, 10 ciclos de calor-chuva com temperatura de 70 ºC durante 3 horas e 1 litro/minuto de água durante 5 horas, secagem durante 16 horas, um ciclo chuva-gelo com chuva durante 8 horas e temperatura de -15ºC durante 15 horas e uma espera de 1 hora entre os ciclos para mudar de corpos de prova e as condições. Os testes foram aplicados em uma argamassa de cimento, cimento-cal e duas de cal com dois tipos de areias diferentes (areia de rio e areia de minas de carvão) com o objetivo de avaliar a influência do tipo de areia, isto é, o conteúdo de argila em argamassas de cal. Os resultados dos testes mostraram que uma boa resistência ao desgaste foi observado para todas as argamassas nos ciclos calor-frio e argamassas de cal mostraram degradação já no segundo ciclo, enquanto argamassa de cimento e cimento-cal não apresentaram nenhuma degradação.

  73 Capítulo 5 Materiais e Métodos Experimentais

5.1. Materiais Utilizados na Fabricação das Argamassas

  O cimento Portland CPV ARI RS – Alta Resistência Inicial e Resistente à Sulfatos

caracteriza-se pelas suas altas resistências nas primeiras idades e seu melhor desempenho

frente à ambientes de alta agressividade (sais em geral). O cimento utilizado foi proveniente

  3

da Cimento Rio Branco S/A. A massa específica é de 2,98 g/cm . Este tipo de cimento

Portland tem características de alcançar grandes resistências em baixas idades, porém possui

alto calor de hidratação e além disso é resistente a ambientes agressivos de sulfatos. Este

cimento foi utilizado devido ao processo produtivo da empresa que necessita de um cimento

que tenha característica de pega rápida, o que em termos de produção é importante. A

composição típica do cimento Portland CPV ARI RS está apresentado na tabela 5.1.

Tabela 5.1 – Composição química em termos de óxidos presentes no cimento Portland CPV ARI RS [Cimento Rio Branco S/A].

  Componente Massa (%) SO 3 3,64 MgO 5,33 Al 2 O 3 7,66 SiO 2 23,77 Fe 2 O 3 3,16 CaO 51,08

  Na 2 O 0,17 K 2 O 1,28 CO 2 2,28

Resíduo Insolúvel 13,44

  74 Vale a pena ressaltar que os óxidos apresentados na tabela 5.1 não são os compostos

presentes no cimento. A tabela 5.1 mostra a composição química equivalente dos óxidos

presentes nos compostos do cimento. O óxido de alumínio, o óxido de silício, o óxido de ferro

e o óxido de cálcio são os formadores dos complexos químicos básicos do cimento C S, C S,

  3

  2 C

  3 A e C

  4 AF. O teor de trióxido de enxofre indica qual a quantidade de gesso que deverá ser

adicionada ao cimento (regulador do tempo de pega). Os componentes óxido de cálcio, óxido

de magnésio, óxido de cálcio e equivalente alcalino são controlados por serem expansivos. O

resíduo insolúvel indica a quantidade de componentes não-hidráulicos no cimento. Os

resultados de ensaios físicos realizados pela Cimento Rio Branco S/A são mostrados na tabela

  5.2. Tabela 5.2 – Ensaios Físicos do cimento CPV – ARI – RS [Cimento Rio Branco S/A].

  Material Retido (200 mesh) % 0,20 Material Retido (325 mesh) % 1,47 2 Finura Blaine m /g 5264

Água de Consistência % 31,11

Início de Pega Horas 3:59 Fim de Pega Horas 5:09

  

Expansibilidade à quente Mm 0,07

Resistência R1 (1 dia) MPa 27,38

Resistência R3 (3 dias) MPa 35,39

Resistência R7 (7 dias) MPa 40,28

  

Resistência R28 (28 dias) MPa 50,99

Perda ao fogo % 3,28 No trabalho feito anteriormente [PEREIRA, 2002] realizou-se um estudo de

caracterização da morfologia do cimento, o que colocou em evidência a heterogeneidade no

tamanho e forma das partículas, constatando-se também, a presença de cinzas conforme

mostrado na figura 5.1. Outra observação, foi a existência de pozolanas com geometria

esférica como pode-se verificar sobre a figura 5.2 [PEREIRA, 2002]. A técnica de

  75

microanálise por EDX foi utilizada para verificar a presença dos principais elementos

químicos presentes. Os elementos encontrados foram Si, Al, Mg, Fe e Ca. A presença do

elemento Ouro (Au) no EDX é devido ao procedimento de preparação das superfícies

recobertas por uma camada de material condutor a fim de obtermos as imagens no

microscópio eletrônico de varredura. A figura 5.3 mostra o espectro EDX ilustrando os

principais elementos encontrados na amostra [PEREIRA, 2002].

  5 µm 10 µm

Figura 5.1 –Micrografia do cimentoFigura 5.2 – Micrografia apresentando a mostrando a heterogeneidade do tamanho

  pozolana do cimento em forma de esfera. das partículas e a presença de cinzas [PEREIRA, 2002].

  [PEREIRA, 2002].

Figura 5.3 - Espectro EDS indicando os principais elementos químicos encontrados no cimento [PEREIRA, 2002].

  76 A areia utilizada é originária de depósitos sedimentares que se formam nos leitos dos

rios. A densidade da areia foi determinada pelo método de compactação: depositou-se a areia

em uma proveta, compactou-se a mesma com 20 golpes, e por fim fez-se a relação entre

volume e massa. A caracterização da granulometria do agregado fino foi realizada de acordo

com a norma NBR 7217 utilizando um analisador, marca Retsch AS200 digital. A massa

específica foi determinada pelo método Chapman (NBR 9776) e a massa unitária da areia no

estado solto seco pela NBR 7251. Determinou-se o teor de umidade pelo método Chapman

(NBR 9775) bem como o teor de umidade em estufa (empírico). Também determinou-se o

teor de argila em torrões (NBR 7218) e o teor de materiais pulverulentos (NBR 7219). O

ensaio de impurezas orgânicas húmicas (NBR 7220) também foi realizado.

  A água utilizada na fabricação da argamassa foi proveniente da rede de abastecimento local da CASAN. O lodo têxtil, cedido pela COMPANHIA FABRIL LEPPER, localizada em

Joinville/SC passa por um filtro prensa e em seguida por um secador rotativo onde os gases de

secagem atingem 220ºC. Este material apresenta-se sob forma de aglomerados de cor cinza

escuro sendo que sua densidade foi determinada pelo método de compactação. O ensaio

granulométrico foi realizado conforme o método utilizado para o agregado fino a fim de

identificar a finura das partículas. Para preparação da argamassa utilizou-se peneira com

abertura de malha de 4,8 mm. O estudo de caracterização da morfologia da matéria prima

têxtil foi realizado utilizando a técnica de microscopia eletrônica de varredura. Os parâmetros

ambientais da matéria prima têxtil foram caracterizados pela LABORQUÍMICA (Laboratório

de Análises Químicas Ltda, localizada em Porto Alegre – RS). Este estudo teve como interesse

verificar a composição química do resíduo têxtil, e viabilizar sua utilização como fonte

alternativa, sem que haja problemas à fauna e à flora. A técnica de difratometria de raios-x foi

utilizada a fim de se obter uma análise mineralógica qualitativa das fases, especificamente

cristalinas, presentes no lodo. Foi feito uso também da análise térmica a fim de confirmar

dados obtidos no ensaio de difratometria de raios-x.

  A matéria prima alternativa de poliuretano (PU) foi doada pela empresa MULTIBRÁS,

localizada em Joinville – SC. O poliuretano foi coletado em sacos plásticos diretamente das

sobras do processo de refrigeradores. Os sacos devidamente fechados foram armazenados em

local coberto a temperatura ambiente.

  77 O estudo de classificação da granulometria foi realizado usando o método já exposto

anteriormente para identificar a finura dos grãos. Para preparação da argamassa utilizou-se

peneira com abertura de malha de 3,36 mm.

  A fibra de polipropileno utilizada neste estudo é proveniente da indústria ORPED. O

objetivo de sua aplicação foi melhorar as características de propriedades mecânicas do

material. O comprimento da fibra é da ordem de 40 mm.

  O poliestireno expandido é proveniente da empresa Franke Douat e de densidade

  3 0,00799 g/cm . Seu diâmetro é de aproximadamente 4,8 mm tendo granulometria uniforme.

5.2. Metodologia Experimental

5.2.1. Preparação das Argamassas

  Os materiais usados para a elaboração das argamassas foram secos em estufa °C/24h) e misturados em uma argamassadeira (marca Contenco, ref. I-3010, capacidade 5 (110

litros) durante o tempo de 3 minutos. A figura 5.4 apresenta um fluxograma da metodologia

experimental usada para elaboração e caracterização das argamassas (caracterização das

matérias primas, elaboração, moldagem, secagem, obtenção e caracterização do material

cerâmico). Na moldagem dos corpos de prova teve-se o cuidado para que fossem eliminadas

ao máximo as bolhas de ar através de impactos com a colher de pedreiro nas laterais dos

moldes. Dois processos de cura foram analisados: cura ao ar e em estufa. No processo de cura

ao ar os corpos de prova foram desmoldados após 24 horas e no processo de cura em estufa, os

corpos de prova foram submetidos a temperatura de 50 °C durante um período de 10 horas e

posteriormente desmoldados. Após a desmoldagem, os corpos de prova foram colocados em

ambiente atmosférico protegido de intempéries onde ficaram curando ao ar até a realização

dos ensaios de flexão de 7, 14, 28, 60 e 90 dias. Os traços correspondentes às argamassas

ensaiadas estão mostrados na tabela 5.3 [PEREIRA, 2002].

Tabela 5.3 – Traços utilizados na fabricação das argamassas [PEREIRA, 2002].

  78 Traços Argamassa Argamassa Argamassa

Utilizados Padrão (AP) Alternativa (A1) Alternativa (A2)

  

Cimento 1000 g 25,00% 1000 g 24,53% 1000 g 66,22%

  • Areia 3000 g 75,00% 3060 g 75,07%
  • Poliestireno expan>7,17 g 0,17%
  • Poliuretano * 72,11 g 4
  • Fibra de polipropileno 8,96 g 0,23% 4,15 g 0,27%
  • Resíduo têxtil

  433,85 g 28,74%

TOTAL 4000 g 100% 4076,13 g 100% 1510,11 g 100%

No trabalho feito anteriormente [PEREIRA, 2002] a quantidade de água adicionada na

argamassa foi feita baseado em tentativas a fim de obter uma boa plasticidade e trabalhabilidade da pasta cerâmica, sendo este valor 1200 g de água para cada 1000 g de cimento. Neste trabalho, a quantidade de água que determinou o fator água/cimento (a/c), foi obtido através do ensaio do índice de consistência Flow-Table. Na tabela 5.4 estão apresentados os valores de fator água/cimento (a/c) e seus respectivos índices de consistência Flow-Table para as argamassas estudadas onde pode-se perceber uma redução na quantidade de água utilizada que resultou em 750 g, 817 g e 862 g para cada 1000 g de cimento para as argamassas estudadas, respectivamente.

Tabela 5.4 – Fator água/cimento (a/c) e Indice de Consistência Flow-Table para as argamassas estudadas.

  Fator a/c e Índice de Argamassa Argamassa Argamassa Consistência Flow-Table Padrão (AP) Alternativa (A1) Alternativa (A2) a/c (fator água/cimento) 0,7500 0,8170 0,8620 Índice de consistência 220 215 215 flow-table (mm)

A descrição do ensaio referente ao índice de consistência Flow-Table (tabela 5.4) se

encontra no anexo B da norma NBR 7215.

  79 Figura 5.4 – Esquema geral de elaboração e caracterização das argamassas.

  Lodo têxtil, cimento, poliestireno, poliuretano, areia, fibras e água.

  Mistura dos materiais utilizando uma argamassadeira Moldagem dos Corpos de

  Prova Cura ao ar Cura em estufa 50 °C/10h

  Resfriamento à temperatura ambiente (25ºC) Desmoldagem dos corpos de prova Desmoldagem dos

  Corpos de prova Ensaio de flexão em 3 pontos Ensaio à flexão em

  3 pontos Caracterização: MEV, RX, Lixiviação e Solubilização

  Caracterização: MEV, RX, Lixiviação e Solubilização Caracterização morfológica e química

  Ensaio de Envelhcimento Acelerado

  80 Para cada argamassa preparada foram moldados 8 corpos de prova retangulares de

dimensões 150 x 100 x 30 mm. Os moldes foram devidamente preparados conforme a

especificações da NBR 5738. Os corpos de prova foram posteriormente submetidos à ensaios

de flexão em 3 pontos, caracterização por microscopia eletrônica de varredura (MEV),

difração de raios-x e análise de lixiviação. As argamassas alternativas (A1 e A2) em seus

processos de cura ao ar foram submetidas também ao ensaio de envelhecimento acelerado a

fim de realizar um estudo preliminar sobre o comportamento da resistência ao longo do tempo

para esses traços.

  5.2.2. Ensaio de Granulometria O ensaio de granulometria foi realizado de acordo com a NBR 7217 para identificação

da finura dos grãos. O prato e as peneiras usadas com abertura “mesh” 20, 30, 40, 50, 70, 100,

  

140, 200 e 270, foram pesados separadamente e colocados no agitador mecânico. O

equipamento utilizado foi um agitador mecânico Retsch. Concluído o peneiramento, realizou-

se novamente a pesagem das peneiras e prato, e por diferença de massa determinou-se a

quantidade de material retido em cada peneira.

  5.2.3. Ensaio de Flexão em Três Pontos O ensaio de flexão em 3 pontos foi realizado em uma máquina universal de ensaios

mecânicos marca Contenco. A velocidade de aplicação da carga empregada foi de 1 mm/min

  

(NBR 7215). A célula de carga utilizada foi de 1 tonelada e a distância entre apoios foi de L =

120 mm. O corpo-de-prova foi colocado sobre os dois apoios e a carga foi aplicada no centro

geométrico do corpo-de-prova através de um cilindro de diâmetro 30 mm. Para determinação

da tensão de ruptura utilizou-se o método da mecânica linear da fratura frágil, partindo da

equação 5.1.

  σ rup = M . c

  (5.1)

  I M = Momento Fletor Máximo (kN.m). c = Distância da linha neutra ao ponto mais solicitado (m).

  81

4 I = Momento de Inércia (m ) perpendicular à direção da força aplicada.

  σ = (P.L/4).H/2 σ = 3. P.L (5.2) rup rup

  3

  

2

(B.H )/12 2.B.H P = Carga de Ruptura ;

  L = Distância entre apoios; H = Altura do corpo-de-prova (ou espessura); B = Largura do corpo-de-prova.

5.2.4. Ensaios de Caracterização Física, Térmica e Microestrutural

  Os corpos de prova recuperados do ensaio de flexão em três pontos foram submetidos

a um estudo de caracterização da microestrutura através da técnica de microscopia eletrônica

de varredura e microanálise por dispersão de energia de raios x (EDX). O estudo da

microestrutura foi realizado sobre os fragmentos recuperados do ensaio mecânico de cada um

o dos traços, após terem sido secos em estufa durante 24 horas a temperatura de 100

  C. Cada

fragmento de cada um dos diferentes traços constituiu uma amostra. Uma caracterização

morfológica e química também foi realizada sobre o cimento Portland CPV ARI, o resíduo

têxtil e a areia.

  A preparação de cada amostra para realizar a caracterização via microscopia eletrônica de varredura e EDX seguiu as seguintes etapas:

  • Fixou-se fita adesiva dupla face 3M sobre o suporte de cada amostra;
  • Foram depositados os materiais para estudo, individualmente, sobre a face livre da fita dupla face;
  • Como todas as amostras eram de materiais cerâmicos, foi necessário realizar uma metalização superficial. As amostras foram metalizadas com ouro usando-se um metalizador BALTEC/SCD 050 Sputter Coater;
  • A caracterização morfológica e microestrutural foi realizada no microscópio eletrônico de varredura ZEISS DSM 940A que também possuía uma sonda EDX.

  A camada de ouro depositada na superfície das amostras foi da ordem de 12 nm, camada suficiente para evitar os efeitos de carga do feixe eletrônico.

  82 O estudo da caracterização da morfologia das matérias-primas e das superfícies de

fratura dos corpos rompidos foi realizado através da análise de imagens geradas por elétrons

secundários (SE).

  A análise por difração de raios-x teve por objetivo a determinação mineralógica

qualitativa dos materiais correspondentes às fases cristalinas. A identificação das substâncias

cristalinas contidas na amostra analisada foi feita através de um software que possibilita a

comparação das distâncias interatômicas entre as fases/compostos presentes na amostra com

aquelas contidas em sua biblioteca representadas pela fichas JCPDS do International Centre

for Diffraction Data.

  As amostras foram analisadas em um difractômetro de raios-x da marca Shimadzu. Este

difratômetro é provido de um tubo de cobre, comprimento de onda λ=1,5418 com acessório

para rotação de amostra. As amostras em forma de pó foram peneiradas com peneira número

200 e em seguida colocadas no suporte de análise o qual foi programado para girar entre 10 e

70°. A identificação das fases foi realizada com a utilização das fichas JCPDS do International

Centre for Diffraction Data.

  A análise térmica diferencial (ATD) e a análise termogravimétrica (TG) teve por

objetivo conhecer as temperaturas de transformação de fase de alguns dos materiais estudados

bem como a perda de massa dos mesmos em função da variação da temperatura. O método

registra as diferenças de temperatura entre um material padrão e o material estudado. Os

materiais são aquecidos à velocidades constantes. Curvas são traçadas cujas deflexões em

sentidos opostos representam as transformações endotérmicas e exotérmicas. Pela posição,

forma e intensidade das curvas é possível a identificação de substâncias puras. Também pode-

se detectar substâncias amorfas e materiais não-cristalinos. Os resultados de análise térmica

foram complementares às análises de difratometria de raios-x.

5.2.5. Ensaios de Lixiviação e Solubilização

  Os ensaios de lixiviação e solubilização foram realizados conforme as recomendações

da ABNT. A amostragem foi realizada conforme NBR 10007 – ABNT – Amostragem de

Resíduos. Os resultados obtidos foram confrontados com a norma brasileira ABNT-NBR

  83

10004 - Resíduos Sólidos - Classificação. Esses ensaios foram realizados pela Essencis

Soluções Ambientais situada em Curitiba – PR.

5.2.6. Ensaio de Envelhecimento Acelerado

  Devido à falta de normalização fez-se adaptações no ensaio de durabilidade pelo

método de molhagem e secagem, conforme a NBR 13554, utilizado em solo-cimento. As

argamassas alternativas A1 e A2 foram então submetidas a 10 ciclos de molhagem e secagem

sendo que ao término de cada ciclo foram medidos os valores de resistência à flexão em três

pontos de 6 corpos de prova.

  Para cada traço, argamassas alternativas (A1 e A2), foram moldados 48 corpos de

prova. Inicialmente todos os corpos de prova foram curados ao ar por 28 dias. Após a cura ao

ar, 6 corpos de prova foram submetidos ao ensaio de flexão em três pontos, o que constituiu o

ponto inicial do ensaio, ou seja, ciclo zero (valor de referência). Os ciclos pré definidos para

este ensaio estão descritos na tabela 5.5.

Tabela 5.5 – Ciclos pré-definidos para o ensaio de envelhecimento. CDP´s – Corpos de Prova.

  Ciclos Qtdade de CDP´s CDP´S Rompidos de de cada amostra cada amostra Ciclo Zero

  48

  6 1° Ciclo

  42

  6 2° Ciclo

  36

  6 3° Ciclo

  30

  6 4° Ciclo

  24

  6 5° Ciclo

  12

  6 6° Ciclo

  6

  6 Cada ciclo correspondeu a 24 horas de cura úmida em água saturada com cal e 7 dias de cura em estufa à uma temperatura de 71°C.

  Capítulo 6 Resultados Experimentais

6.1. Caracterização dos Materiais Utilizados

  3 As medidas físicas da areia deram um valor de densidade de 1,60 g/cm e um

  módulo de finura de 1,26, o que classifica essa areia como uma areia muito fina (tabela

  3

  6.1). O diâmetro máximo das partículas é de 1,2 mm. A massa específica é de 2,60 g/cm

  3

  e a massa unitária da areia no estado solto é de 1,32 g/cm . O teor de umidade Chapman é de 6,73% enquanto que o teor de umidade em estufa (empírico) revelou uma umidade de 8,91%. Para a areia analisada, o teor de argila em torrões foi de 0,04% e o teor de materiais pulverulentos foi de 1,93%. O ensaio de impurezas orgânicas húmicas revelou um índice de coloração de impureza orgânica superior a 300 partes por milhão (ppm). A análise granulométrica da areia para verificação da finura dos grãos está mostrada na tabela 6.1.

Tabela 6.1 – Análise granulométrica da areia (agregado fino).

  

N° ABNT Abertura da %RETIDA(massa)

Mesh Malha (mm) Individual Acumulada

  • 9,50 0,00 0,00
  • 6,30 0,00 0,00 5 4,80 0,00 0,00 10 2,40 0,00 0,00 15 1,20 0,35 0,35 30 0,60 8,15 8,50 50 0,30 25,65 34,15 100 0,15 49,50 83,65
  • Prato 16,35 100,00 A caracterização granulométrica do resíduo têxtil, poliuretano e da fibra de polipropileno já foi realizada em trabalho anterior de dissertação [PEREIRA, 2002]. Alguns destes resultados estão sendo apresentados novamente como é o caso dos ensaios

  3

  de granulometria (tabelas 6.2 e 6.3) e das medidas de densidade: 0,6 g/cm para o resíduo

  3

  sólido têxtil e 0,043 g/cm para o poliuretano. Vale a pena ressaltar que, ao contrário da areia, o resíduo sólido têxtil bruto (forma de aglomerados) e o poliuretano fornecido apresentam granulometria grossa. Pode-se observar sobre as tabelas 6.2 e 6.3 que 92.8% do resíduo têxtil e 98.62% do poliuretano apresentam granulometria superior a uma abertura de malha correspondente à 100 Mesh. Por outro lado o resíduo têxtil e o poliuretano apresentam uma densidade bem menor que a areia. A granulometria do poliestireno expandido é homogênea com esferas de diâmetro aproximadamente igual a 4,8 mm.

Tabela 6.2 - Resultado do ensaio granulométrico do resíduo têxtil bruto [PEREIRA, 2002].

  N° ABNT % RETIDA (massa)

Mesh Individual Acumulada

  20 50,5 50,5 30 10,8 61,3 40 10,4 71,7 50 8 79,7 70 9,2 88,9 100 3,9 92,8

  140 3 95,9 200 1,9 97,7 270 1,2 99.2

  Prato 0,8 100 Tabela 6.3 – Granulometria do resíduo Poliuretano fornecido [PEREIRA, 2002].

  N° ABNT % RETIDA (massa)

Mesh Individual Acumulada

  20 72,47 72,47 30 12,19 84,66 40 9,31 93,97 50 1,46 95,43 70 2,3 97,72 100 0,9 98,62

  140 0,62 99,24 200 0,48 99,72 270 0,14 99,86 Prato 0,14 100

  Através da técnica de difração de raios-x e análise térmica foi possível a identificação das fases predominantes no resíduo têxtil. A figura 6.1 apresenta o difratograma do resíduo no seu estado natural, ou seja, como ele foi coletado na empresa. difratograma picos identificados como sendo hidróxido de cálcio (Ca(OH)

  2 ) e dois

  carbonatos de cálcio, a vaterita e a calcita, sendo este último presente em maior concentração.

   (Calcita)

  ♦ - CaCO

  3 + - CaCO (Vaterita)

  3

  ∗ - Ca(OH)

  2

  ∗ ♦ ∗

  • +

  

+

+ ♦ ♦ ♦

  • + + +

  ∗ ∗ ∗

  ♦

  • +

  10

  20

  30

  40

  50

  60

  70 Figura 6.1 - Difratograma de raios-x do resíduo têxtil no seu estado natural.

  Conforme Verçoza [1984], quando o carbonato de cálcio (CaCO

  3 ) é aquecido ou

  calcinado a altas temperaturas, ele se dissocia em CaO e CO na proporção de 56% e 44%

  2

  respectivamente. Sendo assim, foi realizada uma análise térmica diferencial (ATD) e uma análise termogravimétrica (TG) no lodo têxtil a fim de observar as modificações ocorridas e a perda de massa em função da temperatura (figura 6.2).

  Nas faixas de temperatura de 71 °C à 137,7°C (pico a 111,3°) pode-se observar uma reação endotérmica com uma perda de massa de 8,06%, o que representa a evaporação da água (umidade) existente no lodo têxtil. Nas faixas de temperatura entre 274,1 °C à 397,9 °C (pico a 350°C) ocorre uma reação exotérmica com uma perda de massa de 17,05%.

  Perda de m a ssa - TG (%)

  60

  Cal o r - DT A/( µv/ m g )

  C

  o

  Temperatura/

  T. Inicial: 274,1 o C T. Final: 397,9 o C Mudança massa: 17,05% T. Inicial: 723,8 T. Final: 767,1 o C o C Mudança massa: 8,59% 1307,1 1014,5 o C 1326,4 o C o C 769,9 o C 717,2 o C 542,1 o C 413,1 o C 350,3 o C 111,3 o C

  90 100 110

  80

  70

  50

Figura 6.2 - Curva de análise térmica diferencial (ATD) e curva de análise termogravimétrica (TG) para o resíduo têxtil.

  40

  • 1,0
  • 0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
  • T. Inicial: 71,0 o C T. Final: 137,7 o C Mudança massa: 8,06%

      200 400 600 800 1000 1200 1400

      observado no espectro de raios-x do resíduo têxtil calcinado à 800°C (figura 6.4). Portanto, acima de 767,1°C tem-se essencialmente CaO.

      3 → CaO + CO 2 ) conforme

      717,2 °C) de 8,59%. A perda de massa nessa faixa de temperatura pode ser interpretada como a descarbonatação do carbonato de cálcio (CaCO

      Outra perda de massa significativa é observada entre 723,8 °C e 767,1°C (pico a

      2 O), caracterizado pela presença de picos de CaO sobre a figura 6.3.

      2 → CaO + H

      Para identificar o fenômeno ocorrido, foi realizado um difratograma de raios-x do resíduo têxtil calcinado à 400 °C e comparado com o difratograma do resíduo têxtil no seu estado natural. Desta forma foi possível verificar que a 400 °C ocorre uma desidroxilação do hidróxido de cálcio (Ca(OH)

      ♦

    • + - CaCO 3 (Vaterita)

      ♦ - CaCO

      3 (Calcita)

    • - CaO

      ♦

    • ♦ ♦

      ♦ ♦

      ♦

      10

      20

      30

      40

      50

      60

      70 Figura 6.3 - Difratograma de raios-x do resíduo têxtil calcinado à 400 °C.

      • - CaO

      10

      20

      30

      40

      50

      60

      70 Figura 6.4 - Difratograma de raios-x do resíduo têxtil calcinado à 800 °C.

      A perda de massa total do resíduo têxtil na análise termogravimétrica foi de 52%, conforme reação apresentada na literatura [VERÇOZA, 1984]. Essa perda de massa corresponde à oxidação do carbono (27%), uma desidroxilação do Ca(OH)

      2 entre 274 e 398ºC (17%) e a evaporação da umidade presente no resíduo têxtil

      (8%). Desta forma, através das técnicas de difração de raios-x e análise térmica foi possível a caracterização do resíduo têxtil como sendo predominantemente carbonato de cálcio (CaCO

      3 ) e hidróxido de cálcio (Ca(OH) 2 ) que se transformam em CaO através de reações químicas à aproximadamente 350 e 750°C.

      O resultado da análise por EDX do resíduo têxtil mostrado na figura 6.5, ilustrando os picos dos respectivos elementos encontrados, revelando a presença do elemento cálcio (Ca) em maior quantidade que os demais. Os elementos encontrados no espectro foram Ca, S, Si, Al, Mg, e Fe. A presença de alumínio e enxofre é devido ao uso de sulfato de alumínio no processo de tratamento de efluentes. O silício provém da pasta de estamparia que possui em sua composição silicato. O ferro está presente em alguns corantes, porém em pequenas quantidades, mas utiliza-se sulfato ferroso na estação de tratamento de efluentes. O cálcio é justificado pelo uso da cal (carbonato de cálcio), que é adicionada ao lodo líquido antes de entrar no filtro prensa, com o objetivo de proporcionar consistência durante a prensagem. Através da técnica de microscopia eletrônica de varredura observou-se uma variação da forma dos grânulos e uma dispersão do tamanho dos mesmos, conforme pode-se observar na figura 6.6.

    Figura 6.5 – Espectro de EDX indicando os picos dos principais elementos químicos presentes no resíduo têxtil [PEREIRA, 2002].

      100 µm

    Figura 6.6 – Micrografia mostrando a forma e dispersão do tamanho dos grânulos do resíduo têxtil [PEREIRA, 2002].

      O cimento CPV-ARI-RS foi caracterizado através de difração de raios-x e análise térmica. A figura 6.7 mostra o espectro de raios-x do cimento.

      °

      ° - C

      3 S e/ou C

      2 S + - CaCO

      3 ° °

      ✜

    • - gipsita

      ° ♦

    • - SiO

      2 ° °

      ✜ ✜ ° °

      °

    • + °

       ✜ ✜

      ° ° ♦ ♦

      ° ° ° ° ✜ ♦

    • + 10

      ° °° °° ° ° ° ° °

      ° °° °

      20

      30

      40

      50

      60

      70 Figura 6.7 - Difratograma de raios-x do cimento Portland CPV-ARI-RS.

      A determinação das fases presentes através do difratograma é um tanto discutível, pois existem picos de fases que sobrepõem outras fases presentes por diferença de identificar o silicato tricálcico (C

    3 S) e o silicato dicálcico (C

      2 S). Com certeza existe a

      presença de aluminato tricálcico (C

      A) e ferroaluminato tricálcio (C AF) que são fases

      3

      3

      típicas do cimento, mas suas concentrações são inferiores aos silicatos dificultando sua identificação. Além disso, o cimento é muito instável em presença de umidade. Assim uma eventual hidratação bem como a presença de impurezas nos compostos do cimento dificultam sua identificação por difratometria de raios-x. A presença da fase gipsita mais conhecida como gêsso (CaSO

      4 ) é evidente sendo que o gêsso é misturado com o clínker

      para retardar a pega do cimento. Também observa-se a presença de SiO

      2 (quartzo) e eventualmente carbonato de cálcio (CaCO ).

    3 A análise térmica diferencial (ATD) e a análise termogravimétrica (TG) do cimento

      encontram-se na figura 6.8. Pode-se observar sobre a figura que entre as temperaturas de 93,9

      °C e 149,1°C (pico a 125,7°C) ocorre uma reação endotérmica com perda de massa de 0,93%, podendo ser atribuída à perda da água (umidade) do sistema. Nas temperaturas entre 659,3 °C e 729,4°C observamos uma perda de massa de 1,96%, o que corresponde à descarbonatação do carbonato de cálcio presente no cimento.

      101 o 2,0

    718,9 C

      100 o 1,5 T. Inicial: 93,9 C o T. Final: 149,1 C o

      99 0,93% o 1009,0 C 1,0 T. Inicial: 407,2 C o

      )

      98 T. Final: 431,3 C o (%

      0,27% T. Inicial: 659,3 C ) G o g

      T. Final: 729,4 C o m

      1320,1 C 1,96% 0,5 a - T

      97 µv/ ss A/( a T M o D e

      421,1 C

      96 a d

      0,0 rd o o Calor - Pe

      1354,0 C 125,7 C

      95 o T. Inicial: 1303,1 C o

    • 0,5

      T. Final: 1387,5 C 2,64%

      94

    • 1,0

      93 200 400 600 800 1000 1200 1400 o Temperatura/ C

    Figura 6.8 - Curva de análise térmica diferencial (ATD) e curva de análise

      T. Inicial: 60,6 o C Inflexão: 87,9 o C T. Final: 133,8 o C Mudança massa: 14,30% T. Inicial: 685,3 o C Inflexão: 744,1 o C T. Final: 767,0 o C Mudança massa: 9,62%

      85

      

    Temperatura/

    o C T. Inicial: 1317,4 o C Inflexão: 1364,7 o C T. Final: 1371,3 o C Mudança massa: 1,41%

      Calor

      976,8 o C 751,4 o C 711,5

    o

    C

    449,2 o C 361,5 o C 114,1 o C

      2,5

      95 100 105

      90

      80

    • D T A( µv/ m g ) Pe rda de m a ssa
    • T G (% )

      75

      70

      65

      60

      respectivamente. 200 400 600 800 1000 1200 1400

    Figura 6.9 - Curva de análise térmica diferencial (ATD) e curva de análise termogravimétrica (TG) para o sistema (cimento+resíduo têxtil+água) na proporção 1:0,43

      A análise térmica diferencial (ATD) e análise termogravimétrica (TG) do sistema (cimento+resíduo têxtil) na proporção de 1:0,43 respectivamente é mostrada na figura 6.9. Na figura 6.9 pode-se observar que entre as temperaturas de 60,6 °C e 133,8°C (pico à 114,1°C) ocorre uma reação endotérmica com perda de massa de 14,30%, podendo ser atribuída à perda da água (umidade) do sistema. Nas temperaturas entre 685,3 °C e 767°C observa-se uma perda de massa de 9,62%, o que representa a descarbonatação do carbonato de cálcio presente no sistema (cimento+resíduo têxtil). Observa-se que na mistura (cimento+resíduo têxtil), há uma perda de massa na faixa de temperatura entre 274,1 °C e 397,9°C, também observado nas curvas DTA e TG para o resíduo têxtil como sendo uma desidroxilação do hidróxido de cálcio (figura 6.2).

    • 1,0
    • 0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

    6.2. Caracterização Mecânica das Argamassas

      Os ensaios de flexão em três pontos foram realizados sobre corpos de prova obtidos da argamassa padrão curada ao ar (AP), sobre os corpos de prova das argamassas alternativas contendo poliestireno expandido com cura ao ar (A1A) e em estufa (A1E) e sobre as argamassas alternativas contendo poliuretano e resíduo têxtil com cura ao ar (A2A) e em estufa (A2E). Os resultados dos ensaios encontram-se na figura 6.10 sendo que os valores apresentados representam a média de 8 corpos de prova ensaiados para cada traço.

      6 5,5 AP

      5 4,5

    A1A

      4 3,5

      3 A1E 2,5

    2 A2A

      Tensão de Flexão (MPa) 1,5

    A2E

      1 0,5

      7

      14

      21

      28

      35

      42

      49

      56

      63

      70

      77

      84

      91 Tempo (dias)

      Fig 6.10 – Variação da Resistência à Flexão (MPa) para os diferentes traços de argamassa em seus respectivos processos de cura, nas idades de 7, 14, 28, 60 e 90 dias. De acordo com a figura 6.10, verifica-se um aumento das propriedades mecânicas das argamassas com o tempo de cura, exceto para a argamassa A2A nas primeiras idades. Pode-se observar que um dos efeitos imediatos, decorrente da adição de materiais alternativos em argamassas, foi o decréscimo de suas propriedades mecânicas. Esse destas argamassas como revestimento em chapas metálicas, o mínimo exigido de resistência foi de 1 MPa (Norma da Empresa).

      Comparando as resistências à flexão para os processos de cura ao ar e em estufa para a argamassa A1 e A2, observa-se que os valores de resistência no processo de cura em estufa são menores aos 7 e 14 dias, enquanto que aos 28 dias, obtém-se praticamente o mesmo valor encontrado para o processo de cura ao ar. Para as argamassas AP e A1A verifica-se que a partir de 60 dias de cura a resistência mecânica tende a se estabilizar. Este fenômeno atesta que ainda não houve estabilidade química da hidratação desses materiais. Para a argamassa A2A, verifica-se que a resistência tende a se tornar estável já a partir dos 28 dias. Aos 90 dias, a resistência mecânica das argamassas AP, A1A e A2A são de 5,21, 3,84 e 1,42 MPa respectivamente.

    6.3. Caracterização Físico-química e Microestrutural das Argamassas

      O material recuperado dos ensaios mecânicos foi submetido ao estudo de caracterização da microestrutura. Fragmentos do material fraturado foram secos em estufa, resfriados à temperatura ambiente e em seguida metalizados, para então, realizar a caracterização microestrutural. O objetivo da análise foi de observar as diferenças entre as microestruturas das argamassas padrão (AP), alternativa 1 (A1) e alternativa 2 (A2). Análises por difração de raios-x também foram realizadas sobre essas argamassas para identificar as fases presentes.

    6.3.1. Argamassa padrão (AP)

      A argamassa padrão (AP) pode ser considerada como um compósito cuja matriz é de cimento hidratado com inclusões de areia. Na figura 6.11 observa-se a formação de cristais de etringita que é uma fase característica do cimento hidratado. A etringita é uma fase indicativa da hidratação do cimento, ou seja, sua presença evidencia a perda de consistência e o início da pega da pasta de cimento. Ela se apresenta sob a forma de cristais prismáticos aciculares e se transforma eventualmente em monossulfato hidratado que se cristaliza em placas hexagonais. Segundo Mehta e Monteiro [1994], a etringita é uma das fases formadas pelo mecanismo de retardo do C A pela gipsita. Ela cristaliza na forma de

      3 mineralógica, etringita. O resultado da microanálise por EDX mostrado na figura 6.12, realizado sobre esta fase, permitiu colocar em evidência a composição química, a qual é formada pelos seguintes elementos: Ca, Fe, Al, Si e K. Na literatura [MEHTA e

    • 2 -

      MONTEIRO, 1994] a etringita apresenta a composição C

      6 AS

      3 H 32 ([AlO 4 ] + 3[SO + 4 ]

    • 2

      6[Ca] + aq. AS H ). Através da análise pontual, constata-se a presença de um → C

      6

      3

      32

      pico de cálcio com maior intensidade, evidenciando a formação dos compostos de cálcio do cimento. Na figura 6.13 observa-se a presença de porosidade e defeitos (reentrâncias que podem ter sido provocados por arrancamento de grãos de areia no momento da fratura do corpo de prova) espalhados internamente no material. Esses defeitos podem ter sido gerados pelo processamento e conformação do material na forma metálica através de bolhas de ar internas e também pelo fraturamento do corpo de prova. O resultado da microanálise por EDX mostrado na figura 6.14 sobre uma região da amostra permitiu colocar em evidência a composição química, a qual é formada principalmente pelos elementos: Ca, Fe, Al, Si, K e Mg. Pode-se observar na figura 6.15 a presença de microtrincas internas no material que podem ter sua origem no processamento, ou decorrente do processo de fratura, visto que as superfícies analisadas são superfícies fraturadas. Também observa-se uma boa aderência da pasta de cimento com o agregado fino (figura 6.16). Mehta e Monteiro [1994] dizem que o gel formado pela hidratação dos silicatos de cálcio, presente em quase 75% do cimento, forma um sólido poroso, pouco cristalino, e apresenta características de um gel rígido.

      ETRINGITA 2µm

    Figura 6.12 - Espectro EDX

      Figura 6.11- Microestrutura da argamassa mostrando os picos de Al, Si, K, padrão (AP) de cimento/areia/água com Ca e Fe na fase etringita da cura de 14 dias ao ar, mostrando o argamassa padrão (AP).

      DEFEITOS POROSIDADES 1 µm

    Figura 6.14 - Espectro EDXFigura 6.13 - Microestrutura da mostrando os picos de Mg, Al,

      argamassa padrão (AP) com cura de Si, K ,Ca e Fe na argamassa 28 dias ao ar, mostrando as (AP). porosidades e defeitos internos.

      50 µm 500 µm

    Figura 6.15 - Microestrutura da argamassa Figura 6.16 - Microestrutura da padrão (AP) curada 28 dias ao ar, argamassa padrão (AP), curada 14 dias ao

      mostrando microfissuras geradas pelo ar, mostrando o envolvimento entre o gel fraturamento da amostra. e o agregado.

      A figura 6.17 apresenta o difratograma de raios-x para a argamassa padrão (AP) após cura de 28 dias, onde pode-se observar algumas das fases presentes no material hidratado. Sobre a figura 6.17 pode-se identificar as fases de silicatos hidratados de cálcio (C

    2 S e/ou C 3 S hidratados) para 2 θ entre 28 e 30°, que são fases hidratadas do cimento.

      Identifica-se, em grande maioria dos picos, o quartzo (SiO

      2 ) proveniente da areia utilizada

      e também a presença de hidróxido de cálcio (Ca(OH)

      2 ) para 2 θ a 18 e 34°. Segundo Mehta endurecida. Ainda destaca que uma quantidade considerável de hidróxido de cálcio na pasta de cimento hidratado tem um efeito desfavorável, pois a solubilidade deste composto é maior do que à dos silicatos hidratados de cálcio (CSH), o que tornaria a argamassa mais vulnerável à ataques agressivos. As fases silicatos de cálcio hidratados são conhecidas na literatura como CSH-gel que representam 50 a 60% do volume de sólidos da pasta endurecida.

      98

      ♦

      ∆ - C 3 S e/ou C 2 S hidratados - Ca(OH) 2- SiO 2

      ♦ ♦

      ∆

      ♦ ∗

      ♦

      ∆

      ♦ ♦ ♦

      ∆ ∗ ♦

      ♦ ♦ ♦

      10

      20

      30

      40

      50

      60

      70

      2 (graus)

    θ

    Figura 6.17 - Difratograma de raios-x para a argamassa padrão (AP) composta de cimento, areia e água após 28 dias de cura ao ar.

      99

    6.3.2. Argamassa Alternativa (A1)

      A argamassa alternativa (A1) pode ser considerada como sendo um compósito de

    matriz cimentícia com inclusões de areia, fibra de polipropileno e poliestireno expandido (em

    forma de esferas e mais conhecido como isopor). Esta argamassa foi curada em dois processos

    diferentes: cura ao ar (A1A) e cura em estufa (A1E). A microestrutura da figura 6.18 mostra a

    interface entre o gel e o poliestireno expandido. Observa-se que existe ligação entre a esfera

    de poliestireno expandido e o gel, embora não perfeita. Mas visto que a esfera de poliestireno

    se encontra rompida, pode-se dizer que a resistência da esfera é menor que a resistência da sua

    aderência mecânica com o gel. Sendo assim, o poliestireno expandido, na forma de esferas é,

    de modo geral, encontrado fraturado (figura 6.18). No entanto é possível encontrá-lo intacto,

    como observado na figura 6.20, mostrando que nem sempre se tem boa aderência do gel no

    poliestireno. A presença dos cristais de etringita pode ser observado na figura 6.19. Através da

    figura 6.21 pode-se observar a presença da fibra no material. Observa-se que a mesma apresenta uma baixa aderência mecânica com a argamassa. Mas em contrapartida, devido ao

      

    seu comprimento, a mesma permanece bem ancorada e de modo geral, pode-se dizer que a

    ruptura acontece na fibra antes de acontecer na região de aderência da mesma com o gel ao

    longo de toda a sua extensão.

      ETRINGITA 200 µm

      2 µm

    Figura 6.19 - Microestrutura daFigura 6.18 - Microestrutura da argamassa alternativa (A1E) com 7

      argamassa alternativa (A1E) com dias de cura, mostrando a presença cura de 7 dias, mostrando a interface de cristais de etringita distribuídos do gel com o poliestireno expandido. homogeneamente.

      100 A microestrutura da figura 6.22 mostra a distribuição homogênea dos cristais de

    etringita pelo gel e também a presença de pozolana, em forma de esfera, encontrada no

    cimento. Na figura 6.23 pode-se observar melhor a aderência mecânica de uma esfera de

    poliestireno expandido. Essa aderência é maior porque a esfera de poliestireno rompeu-se

      200 µm

    Figura 6.20 - Microestrutura da argamassa alternativa (A1E), cura de 7

      dias, mostrando uma esfera de poliestireno expandido intacta.

      100 µm

    Figura 6.21 - Microestrutura da argamassa alternativa (A1E), cura de

      14 dias, mostrando interface entre o gel e a fibra.

      5 µm

    Figura 6.22 - Microestrutura da argamassa (A1E) com cura de 14

      dias, mostrando a distribuição homogênea dos cristais de etringita pela matriz e a presença da pozolana do cimento (esfera).

      50 µm

    Figura 6.23 - Microestrutura da argamassa (A1E) com cura de 7

      dias, mostrando a aderência mecânica de uma esfera fraturada de poliestireno com o gel.

      101

    durante a fabricação da argamassa. Na sua parte interna a rugosidade é maior permitindo uma

    maior penetração (aderência mecânica) da argamassa.

      O resultado da microanálise por EDX realizado sobre a argamassa alternativa A1A

    (figura 6.24), permitiu colocar em evidência a presença dos principais elementos químicos:

    Ca, Fe, Al, Si, K e Mg. Esta microanálise nos mostra que o material contém fases ricas em

    cálcio proveniente das fases hidratadas de silicatos dicálcicos e tricálcicos do cimento.

    Figura 6.24 – Espectro de EDS mostrando picos de Ca, Si, Al, Mg, K e Fe encontrados na argamassa alternativa (A1A).

      Nas figura 6.25 e 6.26 tem-se os difratogramas de raios-x para a argamassa (A1) após

    7, 14 e 28 dias de cura ao ar e em estufa, respectivamente. Através destes difratogramas foi

    possível observar e identificar algumas das fases presentes no material. Como observa-se na

    argamassa padrão (AP), a alta reflectividade da sílica (SiO

      2 ), acabou prejudicando uma análise

    mais completa das fases presentes. Isso ocorre também para a argamassa alternativa (A1). No

    entanto, pode-se destacar a presença da fase hidróxido de cálcio (Ca(OH)

      2 ), também chamado

    portlandita, cuja identificação pode ser acompanhada pelas linhas de difração localizadas para

    2 θ aproximadamente igual a 18°, 34° e 47°. As fases de silicatos hidratados (C S e/ou C S

      2

      3 θ no intervalo de 25° a 30° e são hidratados) são localizadas nas linhas de difração para 2

    fases típicas da hidratação do cimento. A fase quartzo (SiO ) constitui a grande maioria dos

      2

    picos identificados. Verificando a proporção dos picos, pode-se afirmar somente que aos 28

      102

    dias há um aumento da fase silicato de cálcio hidratado. Observando os difratogramas para as

    idades de 7, 14 e 28 dias, não observa-se muitas diferenças, somente o aumento de algumas

    fases e a diminuição de outras, mostrando o processo de cura da argamassa. As fases

    encontradas tanto para o processo de cura ao ar quanto para o processo de cura em estufa são

    similares.

      103

      75

    2 θ (graus)

      7 dias

      ♦ ♦ 28 dias 14 dias

      ∆ ∆

    ∗ ♦ ♦ ♦ ∗

      ♦ ∗

      ∗ ∆∆ ∆ ♦

      ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

      ∗ ♦ ♦ ♦

      ∗ ♦

      ∆ - C 3 S e/ou C 2 S hidratados - Ca(OH) 2 - SiO 2 ♦ ♦

      

    ♦ ♦ ♦ ♦

    ♦ ♦ ♦ ♦♦

      ∗ ∗ ∆∆ ∆

      ∗ ♦ ♦

      70

      5

      65

      60

      55

      50

      45

      

    40

      35

      30

      25

      20

      15

      10

    Figura 6.25 - Difratograma de raios-x para a argamassa alternativa (A1A) constituídas de cimento, areia, fibra de polipropileno, poliestireno expandido e água mostrando as fases presentes no material nas idades de 7, 14 e 28 dias pelo processo de cura ao ar.

      104

      ∆∆ ∆ ∆ - C

      ∆ ♦ ♦ ♦ ♦

      ∆ ∆

      ∆ ∆∆ ∗

      ♦ ♦ ∗ ♦ ♦

      ♦∗ ♦ ♦ ♦

      ∆ ∆ ∆ ∗ ♦ ♦♦ ♦

      ∗ ♦ ♦

      2 ♦ ∗

      2 - SiO

      2 S hidratados - Ca(OH)

      3 S e/ou C

      ♦ ♦ ♦♦

    Figura 6.26 - Difratograma de raios-x para a argamassa alternativa (A1E) constituídas de cimento, areia, fibra de polipropileno, poliestireno expandido e água mostrando as fases presentes no material nas idades de 7, 14 e 28 dias pelo processo de cura em

      ♦ ♦ ♦♦ ♦ ♦ ♦

      (graus) ∗

      2 θ

      70

      60

      50

      40

      30

      20

      10

      

    estufa.

      ♦ ♦ 28 dias 14 dias 7 dias

      105

    6.3.3. Argamassa Alternativa (A2)

      A argamassa alternativa A2 pode ser considerada como um compósito de matriz

    (cimento+resíduo têxtil) hidratado com inclusões de fibras de polipropileno e poliuretano. Esta

    argamassa foi curada em dois processos diferentes: cura ao ar (A2A) e cura em estufa (A2E).

    A microestrutura da figura 6.27 mostra a formação de pequena quantidade de cristais de

    etringita, indicativos da hidratação do material. Comparando-se com as microestruturas das

    argamassas padrão (AP) e alternativa (A1), de modo geral, pode-se dizer que a argamassa

    alternativa (A2) apresenta menores quantidade de cristais de etringita para a mesma idade.

    Microfissuras e defeitos no gel formado por cimento e resíduo têxtil podem ser observadas na

    figura 6.28 e na figura 6.29. Na figura 6.30 observa-se a ruptura da esfera de poliuretano e sua aderência com a matriz na interface. Na figura 6.31 observa-se a presença de porosidades e

      defeitos internos espalhados pelo material.

    ETRINGITA FISSURAS POROSIDADES

      2 µm

      20 µm

    Figura 6.27 - Microestrutura da Figura 6.28 - Microestrutura da argamassa (A2A) com cura de 28 argamassa (A2A) com cura de 28 dias,

      

    dias mostrando a presença de mostrando a matriz (resíduo+cimento) e

    a presença de porosidade e fissuras. alguns cristais de etringita.

      106 O resultado da microanálise por EDX realizado sobre a argamassa alternativa A2A

    (figura 6.32) permitiu colocar em evidência os seguintes elementos químicos: Ca, Si, Al, K,

      

    Mg e Fe. Fica evidenciado a presença de cálcio em maior quantidade visto que este material é

    composto por cimento e resíduo têxtil que são materiais ricos em cálcio.

      FISSURA 100

      µm

      20 µm

    Figura 6.29 - Microestrutura da Figura 6.30 - Microestrutura da argamassa alternativa (A2A) após 28 argamassa alternativa (A2A) após 28

      

    dias de cura ao ar, mostrando dias de cura ao ar, mostrando a

    fissuramento na matriz. aderência entre as esferas de

    poliuretano e a matriz de resíduo e cimento.

      POROSIDADES 200 µm

    Figura 6.31 - Microestrutura da Figura 6.32 – Espectro EDX argamassa alternativa (A2A) após mostrando picos de Ca, Si, Al, Mg,

      

    28 dias de cura ao ar, mostrando K e Fe encontrados na argamassa

    porosidades na matriz e defeitos. alternativa (A2A).

      107 Nas figuras 6.33 e 6.34 observa-se o difratograma de raios-x para a argamassa

    alternativa (A2) aos 7, 14 e 28 dias de cura ao ar e em estufa, respectivamente. A identificação

    das fases por difratrometria de raios-x revelou a presença da fase carbonato de cálcio (CaCO )

      3

    como sendo a fase principal, visto que o resíduo têxtil, é constituido basicamente por

    carbonato de cálcio como mostrado anteriormente. Observa-se também a presença da fase

    hidróxido de cálcio (Ca(OH) 2 ). A fase quartzo (SiO 2 ) foi encontrada devido a presença de

    sílica no cimento, porém em pequena quantidade. As fases de silicatos de cálcio hidratados

    (C

      2 S e C

      3 S hidratados) estão identificadas e são fases típicas da hidratação do cimento. Não

    existem diferenças significativas ao longo do tempo para as idades consideradas. O que pode-

    se observar para 28 dias, os picos da fase hidróxido de cálcio são menores. Os difratogramas

    de raios-x para os processos de cura ao ar e estufa são similares.

    • + 7 dias

      ∗ ♦

      ♦

    • ++

      +
      • ++

      ∗

      ∆ ∗ + +

      ♦ ∆ ∗

      ∆

    • + + +
    • +
    • ++ +
    • +
    • + + +
    • +

      + +
    • ++
    • +
    • + +

      ∆

      ♦

      ∗

      ∆ ∗ ++ + +

      ∆

      ♦

      ♦ ∆ ∗

      ♦

    • +

      + +
    • + + + +
    • ++
    • +
    • + +

      ∗ ∗ ∗

      ∆ ∗ ++ + +

      ∆

      ♦

      ♦ ∆ ∗

      50

      108

    Figura 6.33 - Difratograma de raios-x para as argamassas (A2A) constituídas de cimento, fibra de polipropileno, poliuretano, resíduo têxtil e água mostrando as fases presentes no material nas idades de 7,14 e 28 dias pelo processo de cura ao ar.

      10

      20

      30

      40

      60

      3 ∗ ∗

      70

      2 θ (graus)

      ∆ - C

      3 S e/ou C

      2 S hidratados - Ca(OH)

      2 - SiO

      2 + - CaCO

      14 dias 28 dias

    • + + + + + + + ++ + + + ++ + + +

      28 dias 14 dias

      ♦ ♦ ♦ ♦

      ∆ ∆ ∆ ∆

      ∆ ∆ ∆ ∆

      ∆ ∆ ∆ ∆

      ∗ ∗ ∗ ∗

      ∗ ∗ ∗ ∗

      ♦ ♦ ∗ ∗

      3 ♦ ♦

      2 + - CaCO

      2 - SiO

      2 S hidratados - Ca(OH)

      3 S e/ou C

      ∆ - C

      ∆ ∆ ∆ ∆

      ∆ ∆ ∆ ∆

      ∆ ∆ ∆ ∆

      ∗ ∗ ∗ ∗

      ∗ ∗ ∗ ∗

      (graus) ∗ ∗

      2 θ

      70

      60

      50

      40

      30

      20

      10

      estufa.

    Figura 6.34 - Difratograma de raios-x para as argamassas alternativa (A2E) constituídas de cimento, fibra de polipropileno, poliuretano, resíduo têxtil e água mostrando as fases presentes no material nas idades de 14 e 28 dias pelo processo de cura em

      109

    • + + + + + + + ++ ++ + ++ + + +

      110

    6.4 Ensaio de Lixiviação e Solubilização

      As normas brasileiras relativas a caracterização dos resíduos consistem essencialmente

    em determinar as características químicas e algumas características físicas, através da

    avaliação dos riscos potenciais ao meio ambiente e à saúde pública, para que eles possam ter

    manuseio e destinos adequados. Para estes fins são previstas as seguintes normas

    [ESTRELLA, 1996]:

      a) NBR 10.004 – Resíduos Sólidos – Classificação: Esta norma procura classificar os resíduos quanto a sua potencialidade de agressão ao meio ambiente e à saúde pública, definindo três grupos de resíduos: Resíduos Classe I

      

    Perigosos

    Resíduos Classe II Não Inertes Resíduos Classe III

    Inertes

    Todo resíduo é classificado quanto as suas características físicas, químicas e infecto- contagiosas.

      b) NBR 10.005 – Lixiviação de Resíduos – Procedimentos: O ensaio de lixiviação referente à NBR 10.005 é utilizado para a classificação de

    resíduos industriais, pela simulação das condições encontradas em aterros. A lixiviação

    classifica um resíduo como tóxico ou não, seja classe I ou não [CAPONERO e TENORIO,

    1999]. No ensaio de lixiviação, a amostra bruta deverá ter no mínimo 100 g a ser preparada,

      2

    para que se tenha uma superfície específica superior à 3,1 cm /g ou o material passar na

    peneira 9,5 mm, conforme especificações da referente norma. A fase sólida é colocada em

    água deionizada na proporção 16:1, e submetida a uma agitação por 24 h com pH ajustado no

    valor de 5.

      c) NBR 10.006 – Solubilização de Resíduos – Procedimentos: O ensaio de solubilização previsto na Norma NBR 10.006 é um parâmetro

    complementar ao ensaio de lixiviação na classificação de resíduos industriais. Este ensaio tem

    por objetivo a classificação do resíduo como inerte ou não, isto é, classe III ou não.

      111 Uma amostra contendo 250 g de massa seca é colocada em 1 litro de água destilada ou

    deionizada e submetida à agitação durante 5 minutos; após 7 dias de repouso o material é

    então filtrado e o líquido submetido a uma análise química.

      Conforme a norma NBR, a determinação de elementos solubilizados e lixiviados, é

    feita através de ensaios de curta duração em material previamente triturado a uma

    granulometria reduzida, imerso em um meio aquoso, podendo-se assim, deduzir o potencial

    poluente de uma matriz sólida [CAVALCANTE e CHERIAF, 1996].

      d) NBR 10.007 – Amostragem de Resíduos: Esta norma é referente à coleta de resíduos, esta estabelece as linhas básicas que devem

    ser observadas, antes de se retirar qualquer amostra, com o objetivo de definir o plano de

    amostragem (objetivo da amostragem, número e tipo de amostras, local de amostragem,

    frascos e preservação da amostra).

      Para avaliar o comportamento ambiental das argamassas foram realizados ensaios de

    lixiviação e solubilização. Os resultados do ensaio de lixiviação e solubilização do resíduo

    têxtil, cimento CPV-ARI-RS e das argamassas AP e A2, curadas ao ar aos 28 dias,

    encontram-se nas tabelas 6.5 a 6.9. A argamassa alternativa (A1) não foi analisada porque ela

    não contém resíduo.

    Tabela 6.5 - Análise química do extrato de lixiviação do resíduo têxtil.

      

    Lodo Têxtil

    Unidades Resultado Limite Máximo Parâmetros
    • - (mg/l) NBR 10004 NBR-10004

      Fluoretos Mg/l F 0,59 150,0 Arsênio Mg/l As 0,005 5,0 Bário Mg/l Ba 0,98 100,0 Chumbo Mg/l Pb 0,45 5,0 Cromo Mg/l Cr N.D. 5,0 Cádmio Mg/l Cd 0,03 0,5 Mercúrio Mg/l Hg 0,0026 0,1 Prata Mg/l Ag 0,05 5,0 Selênio Mg/l Se N.D. 1,0

      N.D. Não detectado

      112 Tabela 6.6 - Análise química do extrato de lixiviação do cimento CPV-ARI-RS.

      

    Cimento CPV – ARI – RS

    Análise de Limite Máximo Extrato Lixiviado Limite Máximo (mg/l) Parâmetros massa (mg/kg) (mg/l) NBR 10004 (mg/kg) NBR 10004

      Alumínio - - 3.621,00 -

    • Antimônio

      26,40 - Arsênio < LQ 5,0 < LQ 1000 Bário < LQ 100 < LQ -

    • Berílio - < LQ 100
    • Cádmio 0,04 0,5 1,60 Chumbo < LQ 5,0 18,80 1000 Cianetos - - < LQ 1000 Cobalto - - 10,80 -
    • Cobre < LQ
    • Cromo Hexavalente

      < LQ 100 - Cromo Total < LQ 5,0 < LQ - < LQ 10 - Fenol - 7.817,00 - - Ferro -

      Fluoretos 1,16 150 - - Magnésio - - 72.100,00 - Manganês - - 218,00 - Mercúrio < LQ 0,1 < LQ 100

    • Molibdênio - < LQ - Níquel 0,20 - 28,53 -
    • Óleos e Graxas

      429,77 - Prata < LQ 5,0 < LQ - Selênio < LQ 1,0 < LQ 100

    • Tálio - < LQ - Vanádio - - < LQ 1000 Zinco 0,03 - 19,60 -

      LQ – Limite de Quantificação

      113 Tabela 6.7 - Análise química do extrato de lixiviação da Argamassa Padrão (AP).

      Argamassa Padrão (AP) Análise de Limite Limite Máximo Extrato Lixiviado Parâmetros Máximo (mg/l) (mg/kg) Massa (mg/l) NBR 10004 NBR 10004 (mg/kg) 1.036,00 - - Alumínio -

    • Antimônio
    • < LQ Arsênio < LQ 5,0 < LQ 1000
    • Bário < LQ 100 < LQ Berílio - < LQ 100 - LQ
    • Cádmio < 0,5 < LQ Chumbo < LQ 5,0 10,70 1000 < LQ 1000 - Cianet>Cobalto - - 4,81
    • Cobre < LQ <
    • Cromo Hexavalente

      < LQ 100 Cromo Total < LQ

    • 5,0 < LQ
    • Fenol - < LQ

      10

    • Ferro - 8.199,00 -
    • Fluoretos 0,44>Magnésio - 3.380,00 - Manganês - - 77,10 - Mercúrio < LQ 0,1 < LQ 100
    • < LQ - Molibdênio - Níquel < - LQ
    • 13,39 0,05%
    • Óleos e Graxas
    • Prata < LQ 5,0 < LQ Selênio < LQ 1,0 < LQ 100
    • Tálio - &lt
    • Vanádio - < LQ 1000
    • Zinco 0,04 19,10

      LQ – Limite de Quantificação

      114

    Tabela 6.8 - Análise química do extrato de lixiviação para a Argamassa Alternativa (A2).

      

    Argamassa Alternativa (A2)

    Análise de Limite Limite Máximo Extrato Lixiviado Máximo Parâmetros (mg/l) Massa (mg/l)

      (mg/kg) NBR 10004 NBR 10004 (mg/kg)

    • Alumínio - 1.993,00 -
    • Antimônio

      18,30 - Arsênio < LQ 5,0 < LQ 1000

    Bário < LQ 100 < LQ -

    • Berílio - < LQ 100

      Cádmio < LQ 0,5 1,31 -

      Chumbo < LQ 5,0 15,90 1000
    • Cianetos - < LQ 1000
    • Cobalto - 6,62 -
    • Cobre < LQ 46,07 -
    • Cromo Hexavalente

      < LQ 100

    Cromo Total < LQ 5,0 < LQ -

    • Fenol - < LQ 10
    • Ferro - 6.994,
    • Fluoretos 0,42 150

      Magnésio - - 8.710,00 -

    • Manganês - 85,90 - Mercúrio < LQ 0,1 < LQ 100

      < LQ - - Molibdênio -

      Níquel < - LQ 20,56 -

      Óleos e Graxas

      

    0,11% - - -

    Prata < LQ 5,0 < LQ -

    Selênio < LQ 1,0 < LQ 100 Tálio - < LQ - -

    • Vanádio - < LQ 1000
    • Zinco 0,06 28,30 -

      LQ – Limite de Quantificação

    Observou-se em todas as amostras que nas análises químicas dos extratos lixiviados

    todos os elementos químicos apresentaram teores abaixo dos limites máximos estabelecidos pela NBR 10004.

      115

    Tabela 6.9 - Análise química do extrato de solubilização do resíduo têxtil, cimento CPV – ARI-RS, Argamassa Padrão (AP) e Argamassa Alternativa (A2) [PEREIRA, 2002].

      Limite Extrato Extrato Extrato Extrato Máximo Solubilizado Solubilizado Solubilizado Solubilizado Parâmetros (mg/l) (mg/l) (mg/l) NBR-10004 (mg/l) Resíduo Têxtil Cimento Argamassa Argamassa

      (mg/l) CPV ARI-RS

      Padrão (AP) Alternativa (A2) Alumínio 0,2 2,93 < LQ 0,5 1,44 Arsênio 0,05 N.D. < LQ < LQ < LQ Bário 1,0 0,24 < LQ < LQ < LQ Cádmio 0,005 0,02 0,02 < LQ 0,01 Chumbo 0,05 0,16 0,17 0,07 0,09 Cianetos 0,1 N.D. < LQ < LQ < LQ Cloretos 250,0 51 69,98 83,98 83,98 Cobre 1,0 0,36 < LQ < LQ 0,40 Cromo 0,05 N.D. < LQ < LQ < LQ Dureza 500,0 1.778,00 2.000,00 246,00 700,00 Fenóis 0,001 N.D. < LQ < LQ < LQ Ferro 0,3 0,23 0,25 0,22 0,15 Fluoretos 1,5 0,22 0,46 0,41 0,94 Manganês 0,1 0,02 < LQ < LQ < LQ Mercúrio 0,001 N.D. < LQ < LQ < LQ Nitratos 10,0 0,8 < LQ < LQ < LQ Prata 0,05 0,03 < LQ < LQ < LQ Selênio 0,01 N.D. < LQ < LQ < LQ Sódio 200,0 234 46,60 16,60 33,70 Sulfatos 400,0 170 589 32,87 24,55 Surfactantes 0,2 0,32 < LQ < LQ < LQ Zinco 5,0 N.D. 0,02 0,01 0,01

      N.D. Não detectado. L.Q. Limite de Quantificação Analisando os resultados da tabela 6.9 e comparando com a NBR 10004 ABNT –

    Resíduos Sólidos, o “resíduo têxtil ” pode ser classificado como não perigoso – classe II,

    devido aos teores de surfactantes, dureza, alumínio, chumbo, cádmio e sódio obtidos no

    extrato solubilizado estarem acima do limite especificado. O cimento CPV-ARI-RS também

    pode ser classificado como não perigoso – classe II, devido aos teores de dureza, chumbo,

    cádmio e sulfatos obtidos no extrato solubilizado estarem acima do limite especificado. Da

    mesma forma, as argamassa AP e A2 podem ser classificadas como não perigosas – classe II,

      116

    devido aos teores de alumínio e chumbo, e cádmio (argamassa A2) obtidos nos extratos

    solubilizados estarem acima do limite especificado.

      Para as argamassas analisadas da tabela 6.9 verifica-se que os teores de alumínio,

    cádmio e chumbo são provenientes do resíduo têxtil e do cimento utilizados como matéria-

    prima. Observa-se que os teores encontrados desses elementos químicos nas matérias primas

    são reduzidos quando incorporados na argamassa. Isso indica a possibilidade de uma

    estabilização, pelo menos parcial, desses elementos químicos na matriz cimentícia. Neste caso

    pode-se ter uma estabilização química e/ou mecânica.

    6.5. Ensaio de Envelhecimento Acelerado

      O ensaio foi adaptado da NBR 13554 para o ensaio de durabilidade pelo método de

    molhagem e secagem, utilizado em solo-cimento com o único objetivo de avaliar a

    estabilidade mecânica do material frente à ciclos de envelhecimento prédefinidos. A figura

    6.35 apresenta os valores de Resistência à Flexão em três pontos obtidos para cada ciclo do

    ensaio. Foram ensaiados os traços de argamassas alternativas A1A e A2A pelo processo de

    cura ao ar visto que a resistência mecânica pelos dois processos se equivalem aos 28 dias.

      Conforme pode-se observar na figura 6.35, ambas as argamassas foram submetidas a 8

    ciclos iguais de molhagem e secagem. Comparando-se a resistência à flexão das figuras 6.10 e

    6.35, observa-se que após os 28 dias a resistência mecânica em condições normais tende a

    aumentar sensivelmente com o tempo, enquanto que submentendo os materaiais aos ciclos de

    molhagem e secagem suas resistências mecânicas permanecem praticamente estáveis.

    Verifica-se que a partir do 1 ° ciclo as argamassas alternativas (A1A e A2A) tendem a se

    estabilizar. A argamassa A1A tende a se estabilizar em torno de 3,5 MPa enquanto que a

    argamassa alternativa A2A a 1 MPa. De modo geral observa-se que não há alteração

    significativa da resistência à flexão, mostrando que os ciclos de molhagem e secagem

    realizados não estão afetando diretamente a resistência do material. No entanto, deve-se

    ressaltar que a quantidade de ciclos é pequena para avaliar a degradação mecânica do material.

      117 5,00 4,00

    A1A

      3,00 2,00

    A2A

      1,00 Resistência à Flexão (MPa)

      0,00

      1

      2

      3

      4

      5

      6

      7 Número de Ciclos

    Figura 6.35 - Variação da resistência à flexão (MPa) das argamassas alternativas (A1A) e (A2A) para aplicação em chapa metálica, cura de 28 dias ao ar, em função dos ciclos de

      

    molhagem e secagem.

      DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

      Este trabalho teve como propósito a caracterização de argamassas alternativas obtidas através de dois métodos de cura diferentes (ar/estufa) tendo como referência uma argamassa padrão curada ao ar. Esta argamassa padrão (AP) feita de cimento, areia e água apresentou um processo de hidratação normal, ou seja, formação e crescimento dos compostos (fases) esperados do cimento. Os principais dentre eles tais como os silicatos hidratados de cálcio (C S e/ou C S hidratados), hidróxido de cácio (Ca(OH) ) e quartzo

      3

      2

      2

      (SiO

      2 ) foram identificados por difração de raios-x. Alguns deles, os que apresentam

      morfologia característica, como é o caso da etringita também puderam ser identificados no microscópio eletrônico de varredura. Outra característica da boa (normal) hidratação da argamassa está na evolução da resistência mecânica com o tempo. Ela aumenta mais rápido nas primeiras idades e tende a estabilizar após 90 dias de cura.

      A argamassa alternativa A1 curada ao ar também apresentou um processo de hidratação normal, idêntico àquele da argamassa padrão. A evolução dos picos de raios-x com o tempo mostram o crescimento das fases do cimento, responsáveis pela pega da pasta de cimento e, portanto, pelo comportamento da resistência mecânica com o tempo, característico de uma pega normal. Embora a evolução da resistência mecânica da argamassa A1 curada ao ar seja similar àquela da argamassa padrão AP, os valores da tensão de ruptura média da argamassa A1 são menores do que aqueles encontrados na argamassa padrão. A explicação para essa diferença de valores está na adição de poliestireno expandido em substituição parcial à areia. As análises realizadas no microscópio eletrônico de varredura mostraram, de modo geral, fratura das esferas de poliestireno nas faces de ruptura do material, ou seja, a resistência mecânica do poliestireno é muito baixa de modo que ele pode ser comparado a um defeito, quase como uma cavidade dentro da pasta de cimento. A aderência mecânica da pasta de cimento na superfície do poliestireno é baixa. Ela depende da rugosidade superficial. Isso fica evidente quando se observa a interface entre a pasta de cimento e as esferas de poliestireno fraturadas durante a fabricação da argamassa (fig. 6.23). A aderência neste caso é maior porque a face fraturada apresenta saliências acentuadas permitindo uma maior penetração da argamassa. Nas faces de ruptura da argamassa também foi observado o descolamento da pasta de cimento de algumas esferas de poliestireno, mas, de modo geral, a resistência na interface é maior do que a resistência do poliestireno. Para minimizar a queda da resistência mecânica é que foi incorporada a fibra de polipropileno [PEREIRA, 2002]. Foi observado que ela apresenta baixa aderência com a pasta de cimento. No entanto, devido ao seu comprimento, ela fica ancorada na pasta de cimento e, portanto, se rompe ao invés de se descolar da pasta de cimento. Com isso tem-se uma resistência mecânica um pouco maior do que aquela da argamassa sem fibra. Tanto a fibra como o poliestireno são materiais inertes e não interferem no processo de hidratação da argamassa.

      Já na argamassa alternativa A1 secada inicialmente em estufa observa-se um comportamento diferente. A resistência mecânica inicial é menor do que aquela da argamassa curada ao ar e só depois de um certo tempo é que aumenta para se igualar à resistência da argamassa curada ao ar. Na verdade, a secagem em estufa retarda o processo de hidratação interferindo na pega da argamassa. O crescimento das fases responsáveis pela pega da argamassa, principalmente nas primeira idades, é mais lento e depende da umidade atmosférica. Observa-se que a resistência mecânica permanece praticamente estável e só começa a aumentar significativamente depois de um certo tempo.

      A argamassa alternativa A2 apresenta um comportamento completamente atípico. A argamassa curada ao ar apresenta uma pequena diminuição da resistência mecânica nas primeiras idades e em seguida tende a se estabilizar. A principal diferença da argamassa A2 com relação à A1 é que ela contém resíduo têxtil. Portanto, o resíduo têxtil é o responsável por esse comportamento mecânico. Através das análises de ATD, TG e EDX foi possível verificar que o resíduo têxtil é composto basicamente de carbonato de cálcio e hidróxido de cálcio. Quando adicionado na argamassa, juntamente com o cimento, ele muda o equilíbrio termodinâmico. Esta afirmação está baseada nas observações feitas durante a fabricação da argamassa. Quando o resíduo é misturado com cimento e água, ocorrem reações químicas com desprendimento de gás, caracterizado pela formação de bolhas. Através da difração de raios-x não foi possível identificar a formação de novas fases. Contudo, o resíduo pode modificar a estequiometria das fases do cimento e/ou formar novos compostos ricos em cálcio durante o processo de hidratação. Observando a curva de resistência mecânica tem-se uma diminuição da resistência com o tempo, mostrando que o resíduo interfere na hidratação do cimento. Observa-se também que os valores de resistência mecânica inicial (após 7 dias) da argamassa A2 é menor do que o da formação de bolhas de gás dentro da argamassa devido à reação do resíduo com o cimento. Por outro lado, não é possível afirmar se as fases presentes na argamassa curada também são responsáveis pela diferença de resistência mecânica. Para explicar completamente essa diferença será preciso primeiramente identificar as fases presentes na argamassa. Mas, por enquanto, não fica descartada a possibilidade da formação de fases (novas ou de estequiometria diferente) de menor resistência mecânica e/ou limitação de crescimento das fases responsáveis pela resistência mecânica da pasta de cimento. Supõe-se também que o poliuretano presente na argamassa A2 tem o mesmo efeito do poliestireno presente na argamassa A1. Ambos são inertes e diminuem a resistência mecânica das argamassas. No entanto, não é possível afirmar se ambos provocam uma diminuição equivalente. Portanto, o poliuretano também pode ser responsável pela diferença de resistência entre as argamassas A2 e A1.

      Com relação à argamassa A2 secada em estufa tem-se um fenômeno similar à argamassa A1 secada em estufa, ou seja, a eliminação da água absorvida interfere na velocidade das reações de hidratação.

      Comparando a resistência mecânica das argamassas obtidas após os ciclos de envelhecimento com aquelas das mesmas argamassas A1 e A2 curadas ao ar, observa-se que os valores são praticamente os mesmos. Isso significa que a estabilidade mecânica das argamassas não é afetada com os ciclos de envelhecimento. Por uma questão de tempo não foi possível realizar mais ciclos ou repetir o ensaio com outros parâmetros. Evidentemente que 8 ciclos são poucos para avaliar o envelhecimento das argamassas. Por outro lado para acelerar o ensaio pode-se realizar uma ciclagem mais agressiva, ou seja, aumentar a temperatura da estufa e/ou utilizar uma solução química mais agressiva.

      Analisando os ensaios de solubilização pode-se dizer que o excesso de cádmio e chumbo encontrados nos extratos solubilizados da argamassa A2 são provenientes do cimento e do resíduo utilizados e que o excesso de alumínio é proveniente das argilas e/ou do resíduo. No entanto, como o alumínio é um elemento químico fortemente eletropositivo, ele se oxida facilmente e dificilmente se encontrará na forma livre. Desta forma o alumínio não é nocivo à fauna e à flora. Observando as concentrações dos elementos químicos lixiviados e solubilizados também é possível que pelo menos alguns elementos químicos do resíduo encontram-se parcialmente estabilizados, quimicamente e/ou mecanicamente, dentro da pasta de cimento da argamassa A2.

      Vale a pena ressaltar que os valores de concentração dos elementos químicos analisados são baixos, o que torna difícil determinar com precisão suas concentrações. No caso do chumbo e do cádmio observa-se, com certa desconfiança, que ambos apresentam a mesma concentração no resíduo e no cimento. O cimento, por sua vez, não deveria apresentar excedentes de chumbo e cádmio por se tratar de uma matéria prima. Sendo assim, são necessários novas análises para verificar a concentração desses elementos nos materiais.

      Este trabalho nos permitiu concluir que:

      CONCLUSÃO GERAL

    • o resíduo têxtil é composto basicamente de carbonato de cálcio e de hidróxido de cálcio;
    • em torno de 350°C e 750°C tem-se a desidroxilação e descarbonatação do resíduo, respectivamente;
    • o resíduo têxtil reage com o cimento em presença de água;
    • visualmente durante a desforma dos corpos de prova observou-se que o resíduo têxtil aumenta a aderência da argamassa na chapa de aço;
    • a secagem em estufa retarda o processo de hidratação das argamassas;
    • a argamassa A1 curada ao ar apresentou um processo de hidratação normal comparado com aquele da argamassa AP;
    • a diminuição dos valores de resistência mecânica da argamassa A1 com relação a AP é devido à presença de poliestireno expandido;
    • o resíduo têxtil interfere no processo de hidratação da argamassa A2 dimiuindo a resistência mecânica com o tempo de cura nas primeiras idades, tendendo a se estabilizar em idades mais avançadas;
    • a diminuição da resistência mecânica da argamassa A2 com relação a AP é devido à presença do poliuretano e do resíduo e/ou da porosidade gerada durante a reação química do resíduo com o cimento;
    • a argamassa A2 apresenta resistência mecânica levemente superior ou mínimo exigido de 1 MPa. Resistência essa que se encontra praticamente estável acima dos 90 dias de cura;
    • os ciclos de envelhecimento acelerado não interferem, pelo menos de maneira significativa, na estabilidade mecânica das argamassas;
    • a concentração de todos os elementos químicos lixiviados, para todas as amostras, encontram-se abaixo do limite máximo estabelecido pela NBR 10004;
    • o excesso de chumbo e cádmio nos extratos solubilizados da argamassa A2 são provenientes do cimento e/ou do resíduo;
    • o excesso de alumínio nos extratos solubilizados da argamassa A2 é proveniente das argilas e/ou do resíduo;
    • a argamassa A2 pode estabilizar parcialmente elementos químicos do resíduo;
    • a argamassa alternativa A2 é menos abrasiva, mais aderente e mais leve do que a argamassa A1.

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