INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE SÍLICA DE FUMO A GROUTS DE CAL HIDRÁULICA Resumo

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  Reabilitação e cidade

  ANÁLISE DAS PROPRIEDADES DE GROUT ENDURECIDO 1 2 3 Fernando Jorne , Fernando M.A. Henriques , Luis G. Baltazar

  

1 Doutorando em Engenharia Civil, Dep. de Engenharia Civil, FCT - Universidade Nova de Lisboa. fjorne@fct.unl.pt

  

2 Professor Catedrático, Dep. de Engenharia Civil, FCT - Universidade Nova de Lisboa. fh@fct.unl.pt

3 Doutorando em Engenharia Civil, Dep. de Engenharia Civil, FCT-Universidade Nova de Lisboa.

luis.baltazar@fct.unl.pt

  INFLUÊNCIA DA ADIđấO DE SễLICA DE FUMO A GROUTS DE CAL HIDRÁULICA Resumo

As intervenções para a reabilitação e conservação de alvenarias antigas envolvem

frequentemente acções de consolidação destinadas a melhorar o comportamento

estrutural. Uma das técnicas de consolidação mais utilizadas consiste na injecção de

grouts (caldas) no interior das alvenarias, permitindo a criação de ligações entre

elementos da alvenaria e aumentar a sua homogeneidade através do preenchimento dos

vazios existentes no núcleo da alvenaria. O processo de injecção apenas ser á bem-

sucedido se for assegurado um adequado escoamento do grout no meio poroso, daí a

necessidade de uma concepção adequada. Uma vez que a preservação das alvenarias é

indispensável, a concepção do grout deve também atender à melhoria das propriedades

de grout endurecido. Assim, a aplicação de aditivos como os superplastificantes

(maioritariamente orgânicos) e a sílica de fumo (material inorgânico) surge como uma

consequência desta necessidade. O presente estudo incide na influência da adição de sílica

de fumo nas propriedades de grout endurecido. Deste modo, será analisada a sua

estrutura porosa através da realização de ensaios de capilaridade e de porosidade aberta,

de acordo com as especificações das normas EN e/ou ASTM. Além disso, serão analisadas

as propriedades microscópicas (a porometria e a geometria da rede porosa) recorrendo a

ensaios num porosímetro de mercúrio, através dos quais se podem obter valores fiáveis da

porometria de um grout endurecido, bem como a permeabilidade e a superfície específica.

A escassez de informação científica em relação ao tema enunciado anteriormente, justifica

a realização da investigação sobre o assunto.

  Palavras-chave: grouts de cal hidráulica, Sílica de Fumo, estrutura porosa

I. INTRODUđấO

  Um largo número das construções em alvenarias antigas que representam uma parcela significativa do edificado, manifestam um elevado nível de degradação, apresentando uma baixa compactação e um fraco comportamento de monolitismo. A sua preservação requer muitas vezes necessidade de consolidação com vista à melhoria das suas características estruturais. Uma das técnicas de consolidação consiste na injecção de

  

grouts no interior das alvenarias. O sucesso do processo de injecção será assegurado se

  existir um adequado escoamento do grout no meio poroso, daí a necessidade de uma concepção adequada que garanta boas propriedades de grout fresco, tais como alta estabilidade e um bom comportamento reológico. Uma vez que a preservação das alvenarias é indispensável, a concepção do grout deve também atender à melhoria das propriedades de grout endurecido. Neste sentido, apresenta-se um trabalho experimental que pretende atestar se as melhorias enunciadas nas fichas técnicas da pozolana sílica de fumo(SF), ao nível das propriedades endurecedoras para o betão, se verificam nos grouts de cal hidráulica. As propriedades estudadas serão a massa volúmica, resistências mecânicas e a permeabilidade relacionada com a absorção capilar e a resistência ao ataque dos sulfatos.

II. DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL

  1. Materiais

  A escolha da cal hidráulica deve-se ao facto de ser o ligante hidráulico que apresenta propriedades físicas e químicas mais próximas daquelas que existem numa alvenaria antiga. A cal hidráulica usada é a EN459-1 NHL5 produzida em Portugal pela Secil- Martingança. O outro ligante usado foi a pozolana artificial sílica de fumo (SF) da Sika, com o nome SikaFume, este contém dióxido de silício potencialmente reactivo e extremamente fino (0.1µm). O superplastificante(SP) utilizado foi o Glenium, pertence ao grupos dos policarboxilatos. A opção recaiu sobre este SP, dado ser o que apresentou melhor compatibilidade com a cal hidráulica em outros ensaios laboratoriais desenvolvidos pelos autores.

  2. Preparação do grout e provetes

  As misturas de cal hidráulica foram preparadas com uma relação A/L de 0.65 e uma dosagem de SP igual a 1.5% da total massa de ligante. A dosagem de SF variou entre os 0 e os 25% da massa total de ligante, originando 6 misturas diferentes. Todos os provetes com as dimensões 16x4x4cm foram executados em idênticas condições e sujeitos a um processo de cura de dois meses à temperatura de 20±2 ฀ e humidade relativa de 65 ± 5%.

  3. Procedimentos de ensaio

  As propriedades porosidade aberta, massa volúmica, tortuosidade e distribuição de tamanho de poros são outputs da técnica de ensaio de porosimetria de mercúrio, que consiste na leitura do volume de mercúrio introduzido dentro dos poros do material com um determinado diâmetro, para os patamares de pressão pré-definidos. Antes de serem ensaiadas, as amostras foram condicionadas até massa constante numa estufa ventilada à temperatura de 60 ฀ , e posteriormente colocadas num recipiente com sílica-gel até atingirem a temperatura ambiente.

  A absorção de água por capilaridade foi determinada usando provete inteiros. O coeficiente de absorção capilar é obtido de acordo com a ficha de ensaio Fe 06 UNL/DEC [Rato, 2006]. A resistência à compressão foi determinada recorrendo às indicações da norma EN 196-1 2006.

  Todas as propriedades analisadas são o resultado da média de 3 amostras ensai adas para cada uma das 6 misturas.

III. RESULTADOS E DISCUSSÃO

4. Porosidade aberta e massa volúmica

  A porosidade de um grout é definido como o espaço no interior do grout que é preenchido por ar. Este ar resulta na sua maioria da evaporação do excesso de água dos

  

grouts que é necessário para a amassadura dos vários componentes. Esta evaporação

  origina que o espaço anteriormente ocupado pela água passe a ser ocupado pelo ar [Rato, 2006]. Normalmente, a água no interior do grout está interligada, e portanto, a evaporação dessa água origina uma porosidade com bom grau de conexão e ligação ao exterior. Através desta explicação é fácil perceber que a quantidade de água tem um papel determinante no grau de porosidade de um grout. Um aumento da água excedente do processo de amassadura dos grouts tem como consequência um acréscimo da porosidade aberta, bem como do tamanho dos poros. Neste caso, a água de amassadura é constante para todas as misturas, mas o teor de SF varia conforme a mistura. Quanto maior for o valor do dos ligantes, pois a SF além de ser fortemente reactiva, é um ligante com uma maior 2 finura, apresentando uma superfície específica de 20000m /kg, enquanto que a cal 2 hidráulica tem uma superfície específica de 350m /kg [Poon, et al., 1999]. Ao haver um maior consumo de água, há um menor excesso de água de amassadura, logo o volume de espaços ocupados anteriormente com este excesso de água é menor, dando origem a menor volume de poros dentro da estrutura [Sahu, et al., 2004]. Assim sendo, pode-se concluir que a porosidade aberta diminui com o aumento do teor de SF na composição do

  grout [Figura 1].

  A porosidade é um dos factores mais importantes, senão o mais importante, no comportamento dos grouts e desempenha um papel determinante na sua durabilidade. Na medida que o valor de porosidade influencia de forma directa diversas propriedades e comportamentos, como absorção de água, permeabilidade, susceptibilidade às degradações e resistências mecânicas.

  ʹ Relação entre a Porosidade aberta[%] e a Massa Volúmica[g/ml] Figura 1 Os resultados do valor da massa volúmica estão em conformidade com os valores da porosidade aberta, se atendermos que ao aumento da primeira está associada um decréscimo da segunda, como já era espectável. O maior valor de massa volúmica é alcançado para as composições com teores mais altos de SF, de salientar que a partir da percentagem de 15% os ganhos deixam de ser consideráveis.

5. Distribuição de dimensão de poros e diâmetro médio dos poros

  a) b)

  ʹ a) Volume introduzido de mercúrio vs diâmetro dos poros do grout; b) Diâmetro médio dos Figura 2

poros[µm] em função do teor de SF na composição do grout

  Os resultados da Figura 2 confirmam que a porosidade total diminui com o aumento do teor de SF (existe uma menor área na parte inferior das curvas). Grouts de cal hidráulica sem presença de SF, em geral, apresentam principalmente poros de média e grande dimensão (0.1-5µm). Em grouts com SF, pode ser observado uma redução dos poros de grande dimensão (1-5µm) e um aumento dos poros de pequena e média dimensão (0.01-0.5µm) à medida que o teor de SF aumenta. Nas amostras sem SF, observa-se que não existem praticamente poros de pequena dimensão. Desta forma, pode-se atribuir a formação de poros com raio de pequena dimensão à adição de SF [Huang, 1997]. No que diz respeito aos poros com dimensões compreendidas entre 0. m são resultado do espaço que é deixado livre pela evaporação da água de amassadura (esta evaporação é maior nas composições com menor teor de SF). Uma vez que formam canais no grout e são os principais responsáveis pela absorção de água por capilaridade (atribuindo-se a designação de poros capilares), são considerados prejudiciais no que diz respeito à impermeabilidade das pastas de cal hidráulica, resultando numa menor durabilidade. Face ao referido, pode-se concluir que o aumento do teor de SF na composição do grout pode-se inferir como um factor positivo sob o ponto de vista das suas propriedades de endurecimento.

  O diâmetro médio dos poros (D avg ) é calculado: [µm] em que I é volume introduzido de mercúrio total e A é área total das paredes dos tot tot poros (superfície específica). Ao observar a Figura 2, constata-se que se pode observar uma relação (não linear) entre a dimensão dos poros e a finura dos ligantes usados na composição do grout. De facto, ao aumentar o teor de SF na composição do grout, existe uma redução significativa no diâmetro médio dos poros, uma vez que a introdução de SF provoca uma diminuição da porosidade da mistura (menor I tot ) e um aumento da superfície específica(maior A tot ).

  A diminuição da porometria, à semelhança do que acontece com a porosidade aberta, implica um aumento dos valores de resistência mecânica [Tabela 1]. A dimensão dos poros desempenha um papel muito significativo no comportamento mecânicos das amostras de grout [Rato, 2006]. Julga-se existir ainda um outro factor que justifica a tendência observada: os grouts com poros de menores dimensões parecem ser aqueles em que existe menor dispersão das fracções de matriz simples. Estando a matriz simples menos dispersa, compreende-se que exista maior eficácia na mobilização das ligações entre os cristais do ligante endurecido para fazer face às solicitações mecânicas [Rato, 2006].

  6. Coeficiente de capilaridade

  No que diz respeito ao coeficiente de capilaridade, a dimensão dos poros é determinante, uma vez que a absorção inicial torna-se mais célere com o aumento do diâmetro dos poros, pelo que é compreensível que grouts com poros de maior dimensão apresentem um maior coeficiente de capilaridade do que grouts com poros pequenos [Tabela 1]. Assim, é compreensível que os valores referentes ao diâmetro médio dos poros [Figura 2b)] e coeficiente de capilaridade tenham a mesma evolução. Semelhantes resultados foram obtidos por [Rato, 2006].

  Tabela 1

  Valores médios do Coeficiente de Capilaridade, Tortuosidade e Resistência à compressão

  Misturas de Grout Propriedades SF=0% SF=5% SF=10% SF=15% SF=20% SF=25%

  Coeficiente de capilaridade 2 0.5 3.86 2.99 2.12 1.90 1.65 1.31

  [Kg/(m .min )] Tortuosidade*

  1.53

  1.54

  1.64

  1.68

  1.66

  1.69 Resistência à compressão 3.01 3.73 3.84 4.44 4.49 4.56 [MPa]

  • é o rácio da distância real de dois pontos e a mínima distância entre esses mesmos dois pontos

  7. Resistência mecânica e resistência ao ataque dos sulfatos

  O fenómeno de ascensão capilar está presente em muitas paredes que estejam em contacto com o solo. Na maioria das vezes, o solo tem em abundância sais como os nitratos ou os sulfatos. Os sulfatos quando reagem com os aluminatos de cálcio hidratados da cal hidráulica provocam reacções expansivas, dando origem a uma deterioração do

  grout por perda de resistência e desagregação. Os mecanismos de transporte destes sais

  são condicionados pela resistência à penetração dos líquidos no meio poroso por forças de sucção capilar [Henriques, 1994]. Deste modo, quanto mais permeável for um grout, maior vai ser a sua exposição ao ataque dos sulfatos, provocando uma redução da resistência mecânica. Como os grouts com maior teor de SF (25%) são os que apresentam um menor valor de coeficiente de capilaridade [Tabela 1] e de porosidade aberta [Figura

  1], terão uma menor exposição ao ataque dos sulfatos. De acordo com [Huang, 1997], a

  exposição ao ataque dos sulfatos podem ser controlada com a presença de aditivos com

  

m icroest rut u ra do grout , consequent em ent e apresent am um a m enor perm eabilidade,

que é o equivalent e a dizer m aior t ort uosidade[ Tab ela 1] .

  Ao observar -se os valores da Tabela 1 referent es à resist ência m ecânica, const at a-se

um a t endência de crescim ent o consoant e o aum ent o do t eor de SF na com posição do

grout . No ent ant o, a part ir do t eor de SF igual 15% as m elhorias são pouco relevant es. A

razão para o su cedido, est á asso ciada à fase de evaporação do excesso de água da

am assadura (um d os fenóm enos de ret racção) e ao processo de crist alização. As t ensões

que se geram na m icroest rut ura dos grout s são m aiores em poros m ais pequenos (que

exist em em m aior núm ero nas com posições de grout com m aior t eor de SF) devido ao seu

m enor raio [ Lanas, et al., 2003]. Est a t ensão pode p roduzir f issuras durant e a ret racção e

subsequent e crist alização da calcit e. As f issuras dão origem a poros m aiores, e

consequet em ent e a um decréscim o na resist ência m ecânica.

IV. CONCLUSÕES

  Foi possível verif icar que o uso da SF provo ca alt erações signif icat ivas nas

propriedades do grout endurecido. Assim , a u m aum ent o da presença de SF na

com posição do grout de cal hidráulica, est á asso ciada um a m enor porosidade aber t a e

um a m enor porom et ria, co nsequent em ent e obt ém -se um a m aior m assa volúm ica e um a

m enor perm eabilidade (m aior t ort uosidade). Em relação à absorção de água p or

capilaridade, pode-se af irm ar que a velocidade da absorção inicial depende de dois

parâm et ros: dim ensão dos po ros e da p orosidade abert a, sendo superior em grout s com

poros de m aiores dim ensões e m aior porosidade abert a. Assim , pode-se af irm ar que a

presença da SF é benéf ica sob o pont o de vist a da redução da exposição ao at aque d os

sulfat os.

  Em relação às resist ências m ecânicas, a sílica de f um o de elevada f inura e react iva

com bina-se com a cal livre, e a crist alização adicion al daí resul t ant e produz um m at riz de

cal hidráulica significat ivam ent e m ais densa, dando origem a m aiores resist ência

m ecânicas.

  Face ao referido ant eriorm ent e, pode-se con cluir que o aum ent o d o t eor de SF na com posição, dá origem a um a m elhoria das propriedades de grout endurecido.

AGRADECIM ENTOS

  

Agradecer ao Eng. Vít or pela ajuda p reciosa na execução dos ensaios e à engenheira

Dina Frade pelo fornecim ent o da cal hidráulica.

  REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Henriques, Fernando M . A. Humidade em Paredes. s.l. : LNEC, 1994.

  

Huang, W ei-Hsing. Propert ies of Cement -Fly Ash Grout admixed w it h bent onit e, silica fume, or organic f iber.

s.l. : Cem ent and Concret e Research, Vol. 27, No.3, pp 395-406, 1997, 1997.

  

Poon, Chi Sun, Lam, Lik e W ong, Yuk Lung. Eff ect s of Fly Ash and Silica Fume on Int erf acial Porosit y of

Concret e. s.l. : JOURNAL OF M ATERIALS IN CIVIL ENGINEERING / AUGUST 1999 / 205, 1999.

Rato, Vasco Nunes. Inf luência da M icroest rut ura morfológica no comport am ent o de argamassas. Lisboa :

Universidade Nova de Lisboa - Faculdade de Ciências e Tecnologia, 2006.

Sahu, S., et al. Det erminat ion of w at er– cement rat io of hardened concret e. s.l. : Cement Concret e Comp.

  26(2004) 987 - 992, 2004.

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