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Centro de Ciências Tecnoógicas da Terra e do Mar - CTTMar Curso de Engenharia Civil TECNOLOGIA DAS ARGAMASSAS APOSTILA MATERIAIS E COMPONENTES DAS ARGAMASSAS Prof. André M. Sagave; M.Eng 2007 Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 2 SUMÁRIO ARGAMASSAS............................................................................................................... 3 IMPORTÂNCIA DOS CONSTITUINTES DAS ARGAMASSAS................................ 3 ÁGUA............................................................................................................................... 3 Movimentos da água................................................................................................. 4 Porosidade ................................................................................................................ 4 Capilaridade.............................................................................................................. 5 Permeabilidade ......................................................................................................... 5 Formação de gelo ..................................................................................................... 5 Qualidade da água para utilização em argamassas................................................... 5 Reservatórios naturais .............................................................................................. 6 AGREGADOS ................................................................................................................. 8 Definição: ..................................................................................................................... 8 Classificação................................................................................................................. 8 Origens: .................................................................................................................... 8 Qualidade dos agregados .......................................................................................... 9 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS AGREGADOS: .............................................. 9 Materiais pulverulentos: ........................................................................................... 9 Massa específica aparente ........................................................................................ 9 Massa específica absoluta....................................................................................... 10 Massa unitária......................................................................................................... 10 Granulometria......................................................................................................... 10 Influência do tipo de agregado no comportamento agregado-Água........................... 13 Inchamento ............................................................................................................. 13 Porosidade: ............................................................................................................. 15 Ensaios laboratoriais:.............................................................................................. 15 Impurezas ............................................................................................................... 17 AGLOMERANTES ....................................................................................................... 19 Definição: ................................................................................................................... 19 Tipos de Aglomerantes:.............................................................................................. 19 CIMENTO PORTLAND: .......................................................................................... 19 CAL HIDRATADA NAS ARGAMASSAS .............................................................. 23 A cal e a qualidade das argamassas ........................................................................ 24 Benefícios no Setor Técnico................................................................................... 26 Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 3 ARGAMASSAS Argamassa: Misturas homogêneas de um ou mais aglomerantes, agregados miúdos e água, podendo ter adicionado à esta materiais (aditivos) com a finalidade de melhorar determinadas propriedades. Pasta: Mistura de aglomerantes com água. Componentes das argamassas: ? Água ? Cimento ? Cal ? Gesso ? Agregado miúdo (areia) Aplicação das argamassas: São utilizadas para assentamento de tijolos, blocos cerâmicos e de concreto, cerâmicas de revestimento de piso e parede, revestimento de paredes e tetos (emboço e reboco), regularização de pisos e reparos em peças de concreto. IMPORTÂNCIA DOS CONSTITUINTES DAS ARGAMASSAS Os componentes das argamassas possuem características próprias (particulares) que irão se manifestar quando utilizadas em conjunto, formando as argamassas. Cada componente, isoladamente tem algumas propriedades físicas e químicas que irão influenciar no desempenho do conjunto. ÁGUA É de fundamental importância nas argamassas. Dando a devida importância ao tipo e quantidade de água utilizada, podem ser evitados ou reduzidos problemas, tais como fissuras por retração hidráulica e perda de aderência do estado fresco e endurecido das argamassas. Quando misturada com o aglomerante (cimento ou cal), formará a pasta que irá recobrir todos os grãos de areia. É utilizada para conferir plasticidade ou como meio de suspensão e é eliminável por evaporação. A ação da água, no entanto, não se resume ao período de mistura e cura das argamassas. Pode se estender ao longo de toda a vida útil de utilização da mesma, dependendo do ambiente em que esta estará exposta. Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 4 Movimentos da água A movimentação da água em uma argamassa irá ajudar a carregar partículas de aglomerante para o interior de poros e rugosidades das superfícies onde a argamassa é aplicada. A água pode se fixar nos componentes por duas maneiras: 1. Absorção – água ocupa o interior do material de referência Fixação de uma substância, geralmente líquida ou gasosa, no interior da massa de uma outra sustância, em geral sólida e resultante de um conjunto complexo de fenômenos de capilaridade, atrações eletrostáticas, reações químicas, etc... 2. Adsorsão – água ocupa a superfície do material de referência. Fixação de umamolécula de uma substância (adsorvada) na superfície de outra substância (adsorvente). A água adsorvida irá ajudar na trabalhabilidade da argamassa. Por ex.: uma porção de areia úmida torna-se mais trabalhável que uma areia seca. Entretanto, o excesso de água a tornará, novamente, de difícil trabalhabilidade. Porosidade absorção Capilaridade tensão superficial secagem Permeabilidade Formação de gelo Porosidade Característica geométrica do sólido que apresenta vazios internos e/ou superficiais; espaço vazio entre os grãos. A porosidade proporciona a passagem ou permanência de água e, consequentemente, a modificação de propriedades dos sólidos. Tipos de poros: Poros abertos – Existe comunicação entre os vazios do sólido Poros fechados – Não existe comunicação, para a água no estado líquido, entre os vazios do sólido(microporos). Matematicamente, pode-se traduzir a porosidade pela equação: γ γ 01−=P ou γ γγ 0100 −×=P (%) 0γ = massa específica aparente do sólido γ = massa específica real ou absoluta do sólido 1 = complemento da compacidade para unidade. Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 5 Compacidade = Relação do volume realmente ocupado por um sólido pela matéria que o compõe (porcentagem do volume dos grãos). γ γ 0 1 == V V C a Va = volume absoluto V1 = volume aparente Quanto maior o volume aparente em relação ao absoluto, menor será o índice de compacidade. A porosidade não define a forma e dimensão do poro. Estes são interpretados segundo a capilaridade. Capilaridade Propriedade desenvolvida por um sólido de acordo com o tamanho da abertura dos poros, quando ocorre a penetração de água. Os poros abertos ou canais podem ser considerados como tubos capilares que permitem a movimentação d’água. Quanto menor o diâmetro deste tubo, maior o percurso percorrido pelo líquido. Devido à capilaridade, ocorrem basicamente dois importantes fatores durante o período de uso das argamassas. 1. Absorção: movimento do líquido para o interior do sólido (devido aos poros do material. 2. Secagem: movimentação de água do interior para o exterior em função da diminuição da umidade externa. Permeabilidade Propriedade que define a quantidade de um líquido que atravessa um sólido através de uma superfície dada. Depende da compacidade e capilaridade.. Formação de gelo O resfriamento de uma água morna leva à uma redução de volume, até que a temperatura de 4°C é atingida. Entre 4°C e 0°C ocorrerá um aumento de volume, em torno de 10%, gerando aumento de tensões internas, podendo causar a ruptura de parte do material. Qualidade da água para utilização em argamassas A água que será utilizada para a dosagem de argamassas deve possuir ? características de potabilidade; ? não pode conter matéria orgânica; ? não pode conter resíduos a 180°C (salinidade), acima do tolerado para a potabilidade; Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 6 ? não pode conter PH ácido ? Baixo teor de sulfatos ? Baixo teor de bicarbonatos. Normalmente, utiliza-se na construção civil, água tratada, própria para o consumo humano, facilmente adquirida pela rede de distribuição das cidades. Entretanto, nos deparamos muitas vezes com situações onde a água encanada não é de tão fácil obtenção, sendo necessária a utilização de fontes alternativas. É interessante, então, que se tenha um conhecimento da composição química da água encontrada no local. A água pura não é conveniente para a utilização em argamassas e concretos, devido ao seu poder de dissolução muito elevado. (água das chuvas). Reservatórios naturais Normalmente, os reservatórios naturais possuem água proveniente das chuvas. A composição desta água será determinada pelo teor de dióxido de carbono do ar, que será carregado pela água da chuva e que se combinará com outros elementos do solo, podendo formar bicarbonatos e adquirir sais solúveis. Em camadas mais profundas adquirem percentuais de minerais (sódio, potássio, cálcio, ferro magnésio cloretos, sulfatos e bicarbonatos). Muitas vezes, o dióxido de carbono pode não se combinar totalmente, permanecendo na água, como gás dissolvido, neste caso, poderá trazer riscos à argamassa. A água da chuva pura, deve então ser evitada, pois o dióxido de carbono nela dissolvido, posteriormente precipita o carbonato de cálcio, ou seja, pode dissolver a cal existente no cimento Portland endurecido. Este gás, quando em presença de matéria húmica, gera o ácido carbônico (H2CO3). 2 H2CO3 + Ca(OH)2 = Ca(HCO3)2 + 2 H2O ácido carbônico + cal hidratada = bicarbonato solúvel + água Quanto maior o teor de dióxido de carbono, maior será a acidez.. Nos poros do cimento endurecido, eventualmente já formado, combina-se com a cal, gerando carbonato insolúvel. Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2 H2O Carbonato insolúvel Em contato com o ácido carbônico da água renovada, o carbonato transforma-se em bicarbonato solúvel novamente. CaCO3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2 Outro fenômeno que poderá ocorrer é o ataque por sulfatos, os quais tem orígem, normalmente de fertilizantes ou de efluentes industriais. Sulfato de amônio – ataca a pasta de cimento hidratado, produzindo gesso. Sulfato de magnésio – destrói parte do cimento hidratado. Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 7 Sulfato de cálcio – Pode destruir o cimento Portland da argamassa por reagir com outros produtos do cimento. Ataca o aluminato de cálcio hidratado, formando sulfoaluminato de cálcio, também chamado de etringita ou sal de Candlot. 3CaO.Al2O3.aq + 3(CaSO4.2H2O) + aq = 3CaO.Al2O3.3CaSO4.aq O sulfoaluminato dee cálcio hidratado, conforme a equação acima, ao cristalizar- se, exerce esforços nas paredes dos poros da massa de cimento, podendo gerar fissura, aumentando a porosidade e facilitando o ataque em regiões mais interiores da argamassa. Quanto a agressividade de uma argamassa pela água do subsolo0, temos, resumidamente, como solos agressivos ao cimento Portland. Solos com PH abaixo de 6.0 Águas com teor de SO3 superior a 100 –200 mg/L Águas com mais de 100 mg de MgO/L. Bibliografia utilizada e sugerida como leitura complementar: BAUER, L. A. F. Materiais de construção. PINTO, J. A do N. Elementos para a dosagem de argamassas. NEVILLE, A. M. Propriedades do concreto. Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 8 AGREGADOS DEFINIÇÃO: Material granular, sem forma e volume definidos, geralmente inertes, de dimensões e propriedades adequadas para uso em obras de engenharia. São agregados as rochas britadas, os fragmentos rolados no leito dos cursos d’água e os materiais encontrados em jazidas, provenientes de alterações de rochas (areias). CLASSIFICAÇÃO Quanto à origem (modo de obtenção) Naturais – Já encontrados na natureza sob forma de agregados Artificiais – Necessitam de um trabalho de afeiçoamento pela ação do homem . Quanto à massa específica aparente; Leves – Possuem massa específica aparente menor que 2 kg/dm³ Ex.: Pedra pome, vermiculita e argila expandida Normais - Possuem massa específica na faixa de 2 a 3 kg/dm³ Ex.: Areias quartzozas, seixos, britas de granito Pesados - Possuem massa específica acima de 3 kg/dm³ Minérios de barita, limonita e magnetita Quanto ao tamanho dos grãos Miúdos - Aqueles cujos grãos passam pela peneira ABNT 4,8 mm (podendo ficar retidos até 15% em massa) e ficam retidos na peneira 0,075 mm. Graúdos Aqueles cujos grãos passam pela peneira ABNT com diâmetro nominal de 152 mm e ficam retidos na peneira de 4,8 mm (podendo passar até 15% em massa). Origens: ? De rio – Depósito de sedimentos do leito de alguns rios – extração por dragas de sucção; ? De cava – Depósitos aluvionares em fundos de vales, cobertos por capa de solo – extração por escavação mecânica ou desmonte hidráulico ? De britagem – Areia obtida pelo processo de classificação a seco nas pedreiras. Normalmente possuigrande parcela de materiais muito finos, os quais podem ser retirados por processo de lavagem, porém com desvantagem de encarecer o produto. ? De escória – Obtida pela fragmentação da escória pelo resfriamento brusco após a utilização de materiais em alto-forno. ? De praias e dunas – Normalmente não são utilizadas pelo elevado índice de finura e teor de cloreto de sódio. Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 9 Qualidade dos agregados Muito se ouve falar sobre a qualidade de agregados utilizados em concretos, não sendo dada a mesma importância quando utilizado em argamassas. As construções devem ser planejadas para, entre outras características, serem duráveis e resistirem satisfatoriamente às solicitações à elas impostas durante o seu período de utilização. Não é justificável portanto, a inexistência de controle da qualidade dos materiais utilizados nas argamassas. A procedência dos agregados é de extrema importância para a construção civil, visto que, dependendo do local de sua extração, poderá ter na sua constituição materiais que podem vir a causar danos durante a confecção da argamassa e também durante o período de uso da mesma. Podem estar contidos nas areias, aglomerados argilosos, matéria orgânica, minerais oxidados de ferro, materiais pulverulentos, entre outros. Argilas: Normalmente possuem uma superfície específica maior que a da areia, favorecendo um acúmulo de aglomerantes ao seu redor. Se a argila for do grupo das montmorilonitas ou esmectitas, são possíveis fenômenos de expansão e retração do sistema em função da variação da umidade. Minerais de ferro: Podem vir a formar compostos expansivos resultantes de reações oxidantes. Podem se manifestar em forma de manchas ou vesículas na superfície do revestimento. Matéria orgânica: Resultante de restos de vegetais, pode inibir o endurecimento do aglomerante, provocando o aparecimento de vesículas de cor escura. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS AGREGADOS: Materiais pulverulentos: Segundo a NBR 7219 (ABNT, 1987), materiais pulverulentos são “ partículas minerais com dimensão a 0,075 mm, inclusive os materiais solúveis em água presentes nos agregados”. Massa específica aparente É a massa por unidade de volume, incluindo neste o material sólido e os vazios permeáveis. Pode ser determinado pelo frasco de Chapmann ou picnômetro. Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 10 Massa específica absoluta É a massa por unidade de volume, incluindo neste apenas o material sólido que compõe os grãos. Normalmente, não tem grande aplicação na construção civil. Massa unitária É a massa por unidade de volume, incluindo neste o volume aparente dos grãos e dos vazios intergranulares. A massa unitária tem grande importância na tecnologia pois é por meio dela que pode-se converter as composições das argamassas e concretos dadas em peso par volume e vice versa. O teor de umidade influencia grandemente o peso unitário dos agregados miúdos devido ao fenômeno do inchamento. Granulometria Definição Denomina-se composição granulométrica de um agregado a proporção relativa, expressa em percentagem, dos diferentes tamanhos de grãos que constituem o material. Pode ser expressa pelo material que passa ou pelo material retido, por peneira ou acumulado. É determinada por peneiramento em peneiras com malhas de forma quadrada e uma sequência tal que o lado de cada abertura tenha sempre o dobro do lado da abertura da peneira anterior, começando pela peneira 0,15. Existem outras peneiras com aberturas diferentes das da série normal, utilizadas para caracterização de dimensões características máximas e mínimas das partículas. Estas constituem a série intermediária, de acordo com a NBR 7211/1983. Série Normal (abertura mm) Série Intermediária (abertura mm) 76 -- -- 64 -- 50 38 -- -- 32 -- 25 19 -- -- 12.5 9.5 -- -- 6.3 4.8 -- 2.4 -- 1.2 -- 0.6 -- 0.3 -- 0.15 -- Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 11 Dos ensaios de peneiramento determina-se os seguintes parâmetros: Dimensão máxima característica: Corresponde à abertura de malha, em mm, da peneira da série normal ou intermediária, a qual corresponde uma percentagem retida acumulada igual ou imediatamente inferior a 5% em massa. Dimensão mínima característica: Corresponde à abertura de malha, em mm, da peneira da série normal ou intermediária, a qual corresponde uma percentagem retida acumulada igual ou imediatamente superior a 95% em massa. Módulo de finura: É o valor da soma das percentagens retidas acumuladas nas peneiras da série normal, dividido por 100. Limites granulométricos do agregado miúdo: (NBR 7211/2005) Zona utilizável Zona ótima Zona utilizável Zona ótima 9,5 0 0 0 0 6,3 0 0 0 7 4,8 0 0 5 10 2,4 0 10 20 25 1,2 5 20 30 50 0,6 15 35 55 70 0,3 50 65 85 95 0,15 85 90 95 100 Limites inferiores Limites superioresabertura de malha Tolerância das peneiras A forma de apresentação dos resultados, normalmente se dá de forma gráfica Curvas Granulométricas 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 fundo 0,15 0,30 0,60 1,20 2,40 4,80 6,30 9,50 Diâmetro das Peneiras % R et id a ac um ul ad a Zona utilizável Zona utilizável Zona ótima Zona ótima Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 12 CARACTERÍSTICAS DA AREIA PROPRIEDADES Quanto menor o módulo de finura Quanto mais descontínua for a granulometria Quanto maior o teor de grãos angulosos Trabalhabilidade Melhor Pior Pior Retenção de água Melhor Variável Melhor Elasticidade Pior Pior Pior Retração na secagem Aumenta Aumenta Variável Porosidade Variável Aumenta Variável Aderência Pior Pior Melhor Resist. Mecânica Variável Pior Variável Impermeabilidade Pior Pior Variável Efeito Parede Ocorre com agregados de maiores dimensões; Deve-se observar que o agregado grosso possui um poro de maior volume que um fino e, consequentemente, um maior vazio junto à superfície. Estes vazios serão preenchidos, durante o processo de aplicação da argamassa em uma parede, por material fino. Assim, a argamassa que ficará junto à parede deverá possuir maior concentração de grãos finos, de forma a possibilitar maior contato do aglomerante nos poros da superfície de sustentação (PINTO, 1996). Isto demonstra a necessidade de grãos finos próximos à superfície, a fim de evitar-se grandes vazios nesta região. Umidade dos agregados O conhecimento do teor de umidade é de grande importância no estudo dos agregados, principalmente dos miúdos devido ao fenômeno do inchamento. O teor de umidade é definido como a razão entre a massa de água contida numa amostra e a massa dessa amostra seca. O resultado normalmente é expresso em porcentagem. A umidade dos agregados oferece características importantes ao material. Para ser trabalhável, deve-se adicionar água ao agregado, fato que aumenta a coesão entre os grãos. Esta resistência tem que ser vencida durante a aplicação do material, através de um esforço cortante entre as partículas, fazendo-a comportar-se como um fluido (princípio de desempenar uma argamassa). A dimensão dos grãos de areia, também exerce influência sobre o comportamento areia-água; Quando é aumentada a superfície específicados grãos, maior será a energia necessária para vencer a coesão do conjunto. Em igualdade de volumes dos grãos de areia, as partículas de menor tamanho produzirão, entre si, maior coesão em reunião com água, portanto, será necessário aplicar maior esforço para provocar seus deslocamentos (PINTO, 1996). Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 13 INFLUÊNCIA DO TIPO DE AGREGADO NO COMPORTAMENTO AGREGADO- ÁGUA Areias Grossas Médias Finas Características adotadas Redonda poliédrica Redonda poliédrica Redonda poliédrica Maior coesão devido à água x Dificuldade de trabalhar devido a coesão dos grãos x Volume de vazios independe da bitola x x x Maior superfície específica por unidade de peso x Maior resistência ao deslocamento de grãos na água x Maior tempo de mistura água+areia x Poros de maior volume entre si x Menor contato do aglomerante na superfície revestida x Areias de maior compacidade x x x Fonte: Elemento para a dosagem de argamassas.(PINTO, 1996). Métodos para determinação de umidade: A determinação da umidade pode ser feita pelos seguintes métodos: ♦ Secagem em estufa ♦ Secagem por aquecimento ao fogo ♦ Frasco de Chapmann ♦ Picnômetro ♦ Aparelhos especiais (Speedy) Inchamento A areia utilizada em obra, apresenta-se geralmente úmida. Os teores de umidade normalmente encontrados giram em torno de 4 a 6% A água livre, aderente aos grãos provoca um afastamento entre eles, do que resulta o inchamento do conjunto. Este inchamento depende da composição granulométrica e do grau de umidade do agregado, sendo maior para as areias finas que apresentam maior superfície específica. O inchamento das areias aumenta com o acréscimo de umidade até que esta atinja 4 a 6%. Nesta faixa é que ocorre o inchamento máximo. A figura 1 apresenta o fenômeno do inchamento graficamente, para uma areia de graduação média. Nas abcissas estão marcados os teores de umidade e nas ordenadas, os coeficientes de inchamento (relação entre os volumes úmido e seco de uma mesma massa de areia). O inchamento dos agregados deverá ser levado em conta no porcesso de dosagem quando este for feito por peso. Nestes caso, dispondo de uma curva de Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 14 inchamento e conhecido o teor de umidade da areia seca ao ar, pode seer calculado o volume a ser considerado no traço. Por exemplo: 1m³ =15 kN de areia seca; esta absorvendo 84,1 N de água, passará a pesar 15.841N e terá seu volume aumentado para 1,40 m³. Seu teor de umidade será, então 0,0841/1,40= 6%. O peso unitário da areia úmida será então: 15.084/1,40 = 10,774 N/m³ . Temos então, que o peso de areia seca contido em 1 m³ de areia úmida é de 15.000/1,40 = 10.741 N/m³ (FALCÃO BAUER, 1995). Pelo gráfico obtém-se ainda: Umidade crítica: Teor de umidade acima do qual o inchamento permanece praticamente constante. É obtida pela seguinte construção gráfica: 1. Traça-se uma tangente à curva paralela ao eixo das abcissas 2. Traça-se uma nova tangente à curva, paralela à corda que une a origem ao ponto de tangência da reta anterior. 3. A umidade correspondente ao ponto de interseção das duas tangentes á a umidade crítica. A média dos coeficientes de inchamento no ponto correspondente à umidade crítica e coeficiente máximo observado, é definido como coeficiente médio de nchamento. Curva de inchamento da areia R el aç ão e nt re o s v ol um es )( Vo Vh Umidade em % Coef. Médio de inchamento = 1,32 Umidade crítica = 3,2 % Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 15 i = Vh/Vs como, δ = m / Vunit temos: δh = mh / Vh δ s = ms / Vs i = (mh / δh) / (ms / δs) sendo: mh = ms (h + 100) / 100 i = δs / δh (h + 100) / 100 i = ms / mh (h + 100) / 100 Procedimento: 1. Preencher a caixa padronizada (Volume = Vc e Massa = Mc ) com agregado seco. 2. Determinar a massa do conjunto (Mc+a) 3. Determinar a massa da amostra (ms): ms = (Mc + a) – Mc. 4. Calcular a massa de água necessária para obter-se 1 % de umidade (ms/100) 5. Colocar a amostra do agregado uma caixa metálica de grandes dimensões, adicionar a água e homogeneizar o conjunto. 6. Preencher a caixa padronizada com o agregado úmido, proceder a arrasadura. O material excedente deve retornar a caixa maior. Pesar a caixa contendo a amostra úmida (Mc + ah) 7. Determinar a massa da amostra úmida (mh): mh = (Mc+ah) – Mc 8. Calcular o coeficiente de inchamento (i ) pela fórmula i = ms / mh (h + 100) / 100 9. Repetir os procedimentos 4 a 8 para teores de umidade crescentes de 1 em 1 % até que o valor do d\coeficiente de inchamento apresente uma diminuição em duas determinações consecutivas. 10. Traçar o gráfico de inchamento determinado a umidade crítica e o coeficiente de inchamento médio. Porosidade: Espaço entre os grãos de areia. Relação entre o volume de vazios existente e o volume de agregados. Ensaios laboratoriais: Massa específica aparente: Massa por unidade de volume, compreendendo o volume absoluto do material sólido e o volume de vazios impermeáveis d = m / Vap a) Processo do frasco graduado: Coloca-se uma certa quantidade de água em um tubo graduado (chapmann) e faz-se uma leitura inicial (Li).Determina-se a massa de uma certa porção da amostra (m) e coloca-se esta porção na proveta. Faz-se a leitura final (Lf) d = m (Lf – Li) Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 16 b) Processo da balança hidrostática: Baseado na lei de Arquimedes. Todo corpo imenso num fluido está sujeito a uma força de baixo para cima igual ao peso do líquido por ele deslocado. (possui grande precisão). Pesa-se a amostra (m). Tara-se a balança com o recipiente que conterá a amostra quando imersa na água. Coloca-se a amostra no recipiente imerso e faz-se a pesagem imersa (mi). Massa específica absoluta Compreende apenas o volume absoluto do material sólido. Os vazios impermeáveis são eliminados através de moagem prévia da amostra. Processo do picnômetro. Recipiente de vidro que possui uma rolha esmerilhada com um tubo capilar. Quando repleto por um líquido, obtém-se um volume bem definido e preciso. Procedimento: ♦ Pesa-se o picnômetro com água (Pag) ♦ Pesa-se uma amostra de pó de pedra (m) ♦ Retira-se um pouco da água do picnômetro, coloca-se a amostra com auxílio de um funil e completa-se o restante do espaço com água. ♦ Pesa-se o picnômetro com amostra e água (Pag+a) Deve-se eliminar o ar aderido às partículas da amostra antes de preencher o picnômetro totalmente com água. Massa unitária: É a relação entre a massa de um agregado e seu volume compreendendo o volume aparente e o volume de vazios intergranulares (Vunit). Procedimento: Recipiente paralelepipédico de volume superior a 15 litros. O enchimento do recipiente deve ser feito com uma altura de lançamento não superior a 10 cm. Enche-se o recipiente em demasia e com uma régua metálica faz-se a arrasadura da superfície eliminado-se o excesso. δ = m / Vunit Formação de amostras: Quarteamento – Agregados graúdos e miúdos Separador de amostras Tecnologia das argamassas Prof. Eng. AndréMatte Sagave – M.Eng. 17 Determinação da umidade dos agregados Processo por estufa Secar por 24 horas em estufa com temperatura de 105 a 110 oC h = (mh – ms) / ms Processo de secagem ao fogo Determinações rápidas em campo – utiliza-se frigideira e álcool. Processo do frasco de Chapmann É necessário que se conheça a massa específica aparente do agregado. Esta massa específica pode ser determinada pelo próprio frasco de Chapmann. Pesar 500 g de amostra (estado úmido) Preencher o frasco com 200 ml de água (marca inferior do frasco) Colocar a amostra e fazer a leitura final correspondente ao volume amostra mais água (L) h = { 100 [d(L – 200) – 500]} / [d(700-L)] Determina-se a umidade superficial do agregado. Speedy Garrafa metálica provida de uma tampa com manômetro. Coloca-se a umidade em contato com carbureto de cálcio gerando um gás dentro da garrafa. O gás formado provoca um aumento de pressão interna que é registrada no manômetro da tampa. Impurezas Material pulverulento Material passante na peneira 0,075 mm. Coleta-se uma amostra representativa do agregado de acordo conforme a NBR 7216 e formar uma amostra de ensaio ligeiramente superior a 1000 g, sempre que possível com o material úmido a fim de evitar a segregação da fração pulverulento. Secar a amostra em estufa (105 a 110 oC) Determinar a massa seca do agregado (ms) Colocar o material num recipiente e adicionar água em abundância, misturando a amostra nesta água freqüentemente. Verter a solução (água suja com pó) sobre um conjunto de peneiras superpostas (# 1,2 e 0,075 mm). Colocar nova porção de água e repetir a operação de lavagem, tantas vezes quantas forem necessárias para que se obtenha uma solução praticamente limpa. Coletar o material restante no recipiente e retido nas duas peneiras para uma bandeja metálica e secar em estufa até uma constância de massa (msf). O material pulverulento da amostra (Mp) será determinado pela seguinte expressão: Mp = (ms – msf) / ms *100 Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 18 Bibliografia utilizada e sugerida como leitura complementar: BAUER, L. A. F. Materiais de construção. PINTO, J. A do N. Elementos para a dosagem de argamassas. NBR 7211/83 Agregados para concreto – determinação da composição granulométrica NBR 7219, Determinação do teor de materiais pulverulentos NEVILLE, A. M. Proprieda Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 19 AGLOMERANTES DEFINIÇÃO: Material quimicamente reativo que irá proporcionar a união entre os constituintes das argamassas e dará resistência mecânica o conjunto. Existem aglomerantes quimicamente inertes, como misturas argilosas, em que o endurecimento se dá basicamente por evaporação da água de amassamento. Possuem pouca importância à construção civil. TIPOS DE AGLOMERANTES: Aéreos – Empregados somente ao ar; não resistem satisfatóriamente quando imersos em água. Ex.: Gesso e cal aérea (comum). Hidráulicos - Podem ser empregados ao ar ou na água, resistindo satisfatóriamente em ambas condições. Ex.: Cal hidráulica, cimento de pega rápida, pega normal ou Portland Comum. CIMENTO PORTLAND: Obtido pela moagem do clinker, obtido pelo cozimento da mistura de calcário e argila, convenientemente dosada e homogeneizada. Constituído ainda, por proporções de sulfato de cálcio. Constituintes principais: Cal CaO Sílica SiO2 90 a 95% da Alumina AlsO3 composição do cimento Óxido de ferro Fe2O3 Proporções menores de MgO e Anidrido sulfúrico (SO3) Composição após o clinker: Silicato tricálcico 3CaO.SiO2 C3S Silicato dicálcico 2CaO.SiO2 C2S Aluminato tricálcico 3CaO.Al2O3 C3A Ferroaluminato tetracálcico 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF Pega Termo utilizado para o período de enrijecimento do cimento; mudança de estado fluido para um estado rígido. O C3A e o C3S respondem pela pega do cimento, por serem os primeiros compostos a reagirem. C3S – Primeiro composto a reagir. Principal responsável pela resistência em todas as idades. Libera grande quantidade de calor na hidratação; cimentos de alta resistência inicial são ricos neste composto. Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 20 C3A – Tem seu enrijecimento retardado em função da adição do gesso ao cimento, evitando assim a sua pega instantânea. Começa a reagir em tempo superior ao C3S. Contribui para o enrijecimento no 1° dia, liberando grande quantidade de calor; não resiste à águas sulfatadas, porém é um composto importante na fase de produção do cimento. C2S – Tem maior importância em idades mais avançadas (grande crescimento de resistência à partir de 28 dias, permanecendo até 1 ano ou mais; possui baixo calor de hidratação. C4AF – Contribui muito pouco para a resistência; tem pega rápida; melhora o desempenho do cimento ao ataque de águas sulfatadas (Ex.: água do mar). Quanto ao incremento de resistência: Até 3 dias – ocorre pela hidratação do C3S Até 7 dias – Aumento da hidratação do C3S Até 28 dias – Hidratação do C3S e pequena contribuição do C2S Acima de 28 dias – Basicamente pelo C2S Obs.: Em alguns cimentos pode ocorrer o fenômeno de falsa pega, que é o enrijecimento prematuro anormal do cimento, alguns minutos após a adição da água (difere da pega instantânea por não haver liberação de calor de hidratação). Corrige-se esta situação remisturando o material, até que sua plasticidade seja readquirida, sem perda de resitência. Compostos que influenciam na pega do cimento: 1. Aceleradores de pega Cloreto de cálcio, em % superior a 0,5% Cloreto de sódio Álcalis (hidróxido de posássio e sódio). 2. Compostos que retardam a pega: Gesso Carbonato de sódio Óxido de zinco Açúcar Bórax Tanino Ácido fosfórico Efeito da finura nas características do cimento: ? Aumento da finura melhora a resistência nas primeiras idades ? Diminui a exsudação (separação expontânea da água da mistura) ? Aumenta a impermeabilidade ? Melhora a trabalhabilidade. Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 21 Tipos de cimento nacionais Tipo Sigla Clinquer + sulfatos de cálcio (%) Escória granulada (%) Material pozolânico (%) Material carboná- tico (%) Cimento Portland comum CPI 100 0 0 0 Cimento Portland comum com adição CPI-S 99 - 95 1 – 5 Cimento Portland composto com escória CPII-E 94 - 56 6 – 34 0 0 – 10 Cimento Portland composto com pozolana CPII-Z 94 – 76 0 6 – 14 0 – 10 Cimento Portland composto com filer CPII-F 94 – 90 0 0 0 – 10 Cimento Portland de alto forno CPIII 65 – 25 35 – 70 0 0 – 5 Cimento Portland Pozolânico CPIV 85 – 45 0 15 – 50 0 – 5 Cimento Portland de alta resist. Inicial CPV-ARI 100 - 95 0 0 0 – 5 Cimento Portland de moderada resistência a sulfatos MRS Cimento Portland de alta resistência a sulfatos ARS Resistência a agentes agressivos: Os materiais à base de cimento, quando em contato com a água e/ou solo, podem sofrer ação de agentes agressivos incorpoados à estes. O hidróxido de cálcio, presente na proporção de 15 a 20% do peso do cimento original é o ponto mais vulnerável do composto. ? Águas puras atacam o cimento por dissolução da cal existente no cimento hidratado? Águas ácidas, provenientes de água da chuva, por exemplo, com proporções de gás carbônico dissolvido age sobre a cal do cimento hidratado. Baixa concentração não traz problemas e, eventualmente, o CO2 dissolvido na água pode ajudar na carbonatação da cal. Em altas concentrações, pode extinguir a cal existente ? Águas de resíduos industriais (ácidas) ? Água sulfatada – ataca o cimento hidratado (reação sulfato com aluminato) produzindo sulfoaluminato com aumento de volume. Cimento Portland Comum (CPI e CPI-S) Pode ser utilizado em casos correntes da construção civil, onde não se queira propriedades especiais do material. Cimento Portland Composto (CPII (E, Z ou F) Difere pouco do comum, tendo suas aplicações indicadas para as mesmas situações. Cimento Portland de Alto Forno Deve-se dar preferência à sua utilização no caso de meios sulfatados, como ambientes marinhos e algumas águas industriais residuais, devido à menor quantidade de hidróxido de cálcio presente no material hidratado. Tem acréscimo de resistência mais lenta que o CPI; Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 22 Cimentos Pozolânicos Cimentos com adição de substâncias de grande finura, que sozinhas, não tem função aglomerante própria, porém reagem com a cal hidratada na presença de água, formando materiais cimentícios. (cinzas vulcânicas, cinzas de casca de arroz, cinzas volantes, escórias, entre outros). A resistência inicial de cimentos pozolânicos é inferior ao do cimento portland comum, entretanto, em idades avançadas, sua resistência poderá até mesmo ultrapassar a resistência deste, trazendo ainda, algumas melhorias: ? melhora a trabalhabilidade do material, em função da sua grande finura (mais fino que o cimento); ? diminui o calor de hidratação; ? aumenta a impermeabilidade; ? reduz a fissuração; ? aumenta a resistência aos ataques a águas sulfatadas, água pura e água do mar; ? reduz riscos de eflorescência; ? reduz custos; Fonte: Manual de especificações de produtos – cimentos Itambé Bibliografia utilizada e sugerida como leitura complementar: BOLORINO, H., CICOTTO, M. A. A influência do tipo de cimento nas argamassas. In II Simpósio Brasileiro de Tecnologia das Argamassas Anais... 1997 BAUER, L. A. F. Materiais de construção. PINTO, J. A do N. Elementos para a dosagem de argamassas. NEVILLE, A. M. Propriedades do concreto. Resisências mínimas a serem atingidas por cimentos nacionais 0 5 10 15 20 25 30 35 40 CP I-S-32 CP II-F-32 CPII-Z-32 CP IV-32 CP V-ARI Tipo de cimento R es is tê nc ia (M Pa ) 1 dia 3 dias 7 dias 28 dias Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 23 CAL HIDRATADA NAS ARGAMASSAS A cal é um tipo de aglomerante, resultante da calcinação de rochas calcárias, e que irá apresentar características e comportamentos diferenciados, conforme a composição básica da matéria prima utilizada. A utilização deste aglomerante em argamassas tem registros em arquiteturas Gregas e Romanas, com muitas obras apresentando-se ainda em perfeito estado de conservação, algumas vezes, com a rocha utilizada nas construções encontrando-se em processo de decomposição mais evidente do que o próprio aglomerante utilizado. A cal utilizada nas construções é obtida por um processo chamado de calcinação, onde a rocha calcária é submetida à temperaturas entre 850 e 1200 °C, onde ocorrerá a decomposição em óxidos de cálcio e anidridos carbônicos. CaCO3 + Calor (850 – 1200°C) → CaO + CO2 O produto da calcinação CaO, necessita de água para tornar-se utilizável nas construções. À este processo de adição de água, chamamos de hidratação, extinção ou queima. CaO + H2O → Ca(OH)2 Nestas condições, poderá ser utilizada em proporções adequadas, com areia e água, podendo ainda ser adicionado cimento Portland. A recombinação do Ca(OH)2 com o CO2 do ar atmosférico fará o endurecimento do material, com ligação de cristais da cal com o agregado utilizado e/ou com a superfície onde foi aplicada. Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 H2O Observa-se entretanto, que existem dois tipos de Cales: Cal cálcica - Composição de, no mínimo 75% de CaO; (CaCO3). Cal dolomítica ou magnesiana – Composição de, no mínimo 20% de MgO; (MgCO3). Observa-se entretanto, que as cales cálcicas, com teores elevados de (MgCO3).podem vir a trazer problemas às argamassas pois, como dito anteriormente, o carbonato de cálcio decompõe-se a uma temperatura aproximada de 900°C e o carbonato de magnésio a aproximadamente, 400 °C. Como os materiais estão misturados, a rocha contento ambos irá para o processo de calcinação a 900 °C, entretanto, isto irá acarretar o processo de sinterização (semi-fusão) da parcela contendo magnésio, dificultando sua posterior hidratação. Se o processo de extinção não for feito adequadamente, poderá ocorrer a hidratação de parte da cal (contendo magnésio), em idades posteriores à aplicação da argamassa em um revestimento, por exemplo. Como o processo de hidratação é acompanhado de aumento de volume, em torno de 100% do volume inicial, certamente, irão ocorrer problemas neste revestimento em um período de 3 a 6 meses. Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 24 A cal e a qualidade das argamassas Em níveis de pureza, a NBR 7175 determina a existência de 3 tipos de cal: CH I (mais pura), CH II e CH III. A qualidade pode interferir na correta dosagem das argamassas, onde a cal de melhor qualidade tem um maior poder de incorporação de areia. O grau de pureza para cal hidratada de boa qualidade deve sempre ser superior a 88%. Alguns produtos misturados ou de segunda apresentam pureza muito baixa, normalmente inferior a 50%, estando o restante do material composto por mistura de materiais argilosos, como saibro, caulim, terra preta ou barro (ABPC) É frequente a comparação da cal com aditivos químicos que prometem às argamassas melhores características de desempenho em relação à esta. Em algumas características, como a trabalhabilidade, podemos ter melhorias de comportamento e até mesmo redução de preço de execução. O desempenho de uma argamassa, não resume-se entretanto, à plasticidade da mesma e, algumas vezes, o desempenho inicial, facilidade de aplicação e preço, não compensará as diversas propriedades fornecidas por uma argamassa de cal durante toda a vida útil da edificação. Com relação à argamassas de cimento, teremos também um grande número de benefícios, se à estas forem adicionadas cal, substituindo parte do cimento. Comparação entre argamassas mistas de cimento e cal: Maior teor de cimento Maior teor de cal Maior resistência à compressão Maior resistência à altas temperaturas Maior resistência à tração Menor retração por secagem inicial Maior capacidade de aderência Maior retenção de água Maior durabilidade Menor movimentação higroscópica Maior permeabilidade Maior trabalhabilidade Maior resistência inicial Maior plasticidade Maior elasticidade Benefícios das argamassas com cal: Custos: A cal proporciona uma melhor incorporação da areia, podendo-se substituir com vantagens parte do cimento da argamassa. Reduz-se desta forma o custo da argamassa, devido ao menor preço da cal em relação ao cimento. Ambiente asséptico: A alcalinidade de argamassas com cal ( PH maior que 11,5) impede o aparecimento de fungos nas superfícies revestidas com este material. Isolação térmica: A cor branca dacal clareia a mistura, tornando-a mais refletiva aos raios solares, tendo então, o revestimento, menor transmissão de calor. Eflorescências: Pequeno teor de álcalis ocasiona redução de eflorescências. Depósitos brancos, pulverulentos, geralmente solúveis em água, causados basicamente por teor de sais solúveis nos materiais ou componentes; presença de água e Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 25 pressão hidrostática para migração da solução para a superfície. São compostas de carbonatos (de cálcio e magnésio), hidróxido de cálcio, sulfatos (de cálcio, magnésio, potássio ou sódio) e nitratos (potássio, sódio ou amônio). Cal Hidratada Argamassa Ambiente mais asséptico Aspecto agradável Maior incorporação de agregados ARGAMASSA COM CAL Isolação térmica pela maior refletibilidade Raras eflorescências Maior resistência à penetração da água Maior retenção de água Maior plasticidade Reconstituição autógena de fissuras Resistência à compressão e tração adequadas Aumento da resistência e compacticidade com o tempo Pequena expansão e contração Melhor trabalhabil . Melhor recuperação dos excessos Maior e mais perfeita extensão das ligações Melhor absorção dos acomodamentos estruturais iniciais Durabilidade qualificada Esquema dos benefícios da utilização de argamassas com cal Fonte: A Cal Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 26 Benefícios no Setor Técnico Resistência à penetração de água: As argamassas com cal hidratada reduzem os deslocamentos da água pelos espaços intergranulares dos revestimentos, devido ao menor diâmetro das partículas da cal em relação aos agregados e ao cimento. As partículas da cal penetram nos canais capilares, absorvem um filme d’água e obstruem a passagem desta. Figuras – Fonte: A cal - Fundamentos e aplicações na Engenharia Civil. Tempo para o aparecimento da primeira umidade Tempo para o aparecimento de água visível 16 Argamassa 1:1:6 14 12 Argamassa 1:2:9 10 8 6 Argamassa 2:1:9 4 Argamassa De cimento 1:3 2 Te m po e m h or as 0 Média de 6 painéis Média de 12 painéis Tempo para penetração de água em paredes Fonte: A cal Retenção de água Por serem partículas muito pequenas, tem a capacidade de reter em sua volta uma película de água firmemente aderida. Vantagens da retenção de água, segundo GUIMARÃES, (1997), ? Regula a perda de água para elementos construtivos vizinhos; ? Resistência à compressão compatível com as solicitações estruturais impostas às alvenarias; ? Melhor trabalhabilidade; ? Maior recuperação de sobras de aplicação; ? Melhor acomodação dos esforços (mais deformável) ? Melhor estocagem de água para o desenvolvimento de reações químicas dos materiais cimentantes. Tecnologia das argamassas Prof. Eng. André Matte Sagave – M.Eng. 27 Plasticidade: Quando associada à retenção de água, acarreta em melhor trabalhabilidade, perfeição das ligações, recuperação das sobras, e absorção de acomodamentos estruturais iniciais. A plasticidade é atribuída a alguns fatores, que atuam de forma isolada ou em conjunto entre si. Entre eles, temos: 1. Tamanho da partícula 2. Forma da partícula; partículas arredondadas melhoram a plasticidade. A recuperação das sobras se deve ao poder de retenção da água, o que permite sua reutilização até mesmo após algum tempo após a primeira aplicação A maior perfeição das ligações se deve ao melhor acamamento das substâncias mais plásticas, melhorando a adesão dos elementos. A absorção dos acomodamentos iniciais se deve à flexibilidade obtida com argamassas de cal, podendo inclusive, refazer muitas das pequenas fissuras que ocorrem durante o processo de cura, devido às reações químicas só se extinguirem após muito tempo. Reconstituição autógena das fissuras: Devido à velocidade de reações químicas baixas, enquanto houver hidróxido de cálcio e/ou magnésio livres na argamassa, estes podem ser carregados pela água, se depositando em locais fissurados, onde irão precipitar e reagir, reconstituindo as fissuras. Tem-se então argamassas com resistência mecânica adequada e com maior compacidade. Bibliografia utilizada e sugerida como leitura complementar: ABPC. (Associação Brasileira dos Produtores de Cal). Guia da boa construção – Cal hidratada para argamassas. BAUER, L. A. F. Materiais de construção. PINTO, J. A do N. Elementos para a dosagem de argamassas. NEVILLE, A. M. Propriedades do concreto. GUIMARÃES, J. E. P. A Cal – Fundamentos e aplicações na Engenharia Civil.
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