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1 INFLUÊNCIA DA CAL EM PROPRIEDADES MECÂNICAS DE ARGAMASSAS QUARCIONI, Valdecir Angelo (1); CINCOTTO, Maria Alba (2) (1) Químico, Mestre em Engenharia, Doutorando PCC-EPUSP. Pesquisador do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S.A. - IPT. Cx. Postal 7141. São Paulo - SP. CEP 01064-970. E-mail: quarciva@ipt.br; (2) Química, Pesquisadora Associada do Departamento de Engenharia de Construção Civil, PCC-EPUSP. Cx. Postal 61548. São Paulo-SP. CEP 05424-970. E-mail: cincotto@usp.br RESUMO Com o objetivo de aprofundar o conhecimento da influência da cal nas argamassas mistas de cimento e cal foram estudadas as argamassas simples de cal hidratada cálcica (1:3 CC), cal hidratada dolomítica (1:3 CD), cimento (1:3 C); e argamassas mistas de cimento e cal (1:1:6, 1:2:9, 1:1:8 e 1:2:12), produzidas com a mesma areia e mesma consistência (260±5 mm), moldadas em corpos-de-prova 4x4x16cm e 5x5x28cm. A relação água/aglomerante e os resultados de resistência à compressão, resistência à tração e módulo de elasticidade foram correlacionados às proporções cal/materiais secos e cimento/materiais secos. Os gráficos permitiram evidenciar a influência da cal em propriedades mecânicas dessas argamassas, tais como, a diminuição do módulo de elasticidade e a redução da resistência à tração em função do aumento do teor de cal. Diferenças de comportamento de argamassas de mesmo traço produzidas com cal hidratada cálcica CH I e cal hidratada dolomítica CH III, foram relacionadas aos teores diferenciados de filer calcário presentes nas cales utilizadas. ABSTRACT In order to deepen the knowledge of lime’s role in cement and lime based mortars, tests were done on high calcium hydrated lime mortar (1:3 CC); dolomitic hydrated lime mortar (1:3 CD); cement mortar (1:3 C) and cement and lime based mortars (1:1:6, 1:2:9, 1:1:8 and 1:2:12). All of these mortars were produced using the same type of sand, similar consistency (260±5 mm) and were used to produce specimens molded with dimensions of 4x4x16cm and 5x5x28cm. The water/binder ratio and results of compressive strength, tensile strength and elasticity module were matched against lime/dry matter ratio and cement/dry matter ratio. The resulting graphics confirmed the influence of lime on the mechanical properties of the studied mortars, such as the decrease of the elasticity module and reduction of the tensile strength as lime concentration in mortars increased. Behavior differences in mortars of same mix proportions containing high calcium hydrated lime, type CH I, and dolomitic hydrated VI Simpósio Brasileiro de Tecnologia de Argamassas I International Symposium on Mortars Technology Florianópolis, 23 a 25 de maio de 2005 - 233 - 2 lime, type CH III, were related to different concentration of calcareous filler present in the used limes. Palavras-chave: argamassa, cal hidratada, caracterização, cimento, desempenho dos revestimentos, propriedades mecânicas. Keywords: mortar, hydrated lime, characterization, cement, rendering performance, mechanical properties. 1 INTRODUÇÃO Alguns milênios de história da civilização são testemunhas do bom êxito do uso da cal como aglomerante em obras civis, tais como nas pirâmides egípcias e em monumentos romanos que perduram até os nossos dias. A Europa foi o berço de gerações de artesãos da construção civil que utilizaram, com sucesso, a cal como aglomerante único em argamassas de assentamento e de revestimento, ou associada ao gesso ou a pozolanas. O último século consagrou o emprego de cimento Portland, majoritariamente aplicado nas obras estruturais de concreto, mas também como aglomerante principal em argamassas mistas de revestimento e de assentamento. As argamassas mistas passaram a ser amplamente utilizadas, especialmente porque a cura é bem mais rápida que na argamassa simples de cal. Por isso, propicia ao crescente mercado da construção civil, ganho expressivo no volume de produção e favorece a sua industrialização. É inegável o desenvolvimento tecnológico trazido pelo uso do cimento Portland, mas é verdade que perdemos muito do legado milenar do empirismo dos artífices da construção, restando pouco conhecimento científico e tecnológico consolidado da função da cal como aglomerante das argamassas. Atualmente, a racionalização da construção civil, de alguma forma, coopera negativamente para se abolir a cal das argamassas industrializadas, empregando-se os chamados "substituintes da cal" que são produtos químicos e adições minerais inertes, que conferem plasticidade às argamassas ainda no estado fresco, mas não contribuem com o desempenho no estado endurecido. Apesar do avanço tecnológico no campo das argamassas e da contribuição da indústria de argamassas, continuam freqüentes as ocorrências de fenômenos patológicos de revestimentos de argamassa no mercado nacional, por vezes decorrentes da escolha inadequada do aglomerante, além de uma série de outros fatores. Esta realidade demonstra a necessidade de se aprofundar o conhecimento do papel da cal na argamassa e disseminar o conhecimento ao meio técnico. Diante do atual cenário técnico que estamos inseridos, JOHN (2003) no V SBTA fez uma discussão consistente do papel da cal em argamassas, com base em dados atuais da literatura, e conclui que o conhecimento neste campo é ainda muito empírico, apesar dos recentes esforços em pesquisas. Aponta a necessidade de se aplicar conceitos de ciência dos materiais, como reologia, mecânica da fratura e degradação por dano progressivo, envolvendo estudos de argamassas no estado fresco e endurecido, com metodologia afinada com o atual estágio do conhecimento e à demanda tecnológica do País. - 234 - 3 Este trabalho, que é fruto de um estudo em curso, apresenta dados de ensaios físico- mecânicos referentes à caracterização de uma série de argamassas preparadas em laboratório, com o objetivo de estudar e aprofundar o conhecimento da função da cal nas argamassas. Os dados de ensaios permitiram estabelecer algumas correlações que assinalam o desempenho da cal nas argamassas estudadas no estado endurecido, cujos resultados são discutidos. 2 UM ELEMENTO ATIVO NAS ARGAMASSAS A cal é um aglomerante responsável por propriedades peculiares na construção civil. Destaque especial cabe à plasticidade que a cal confere às pastas e argamassas no estado fresco, permitindo maiores deformações no estado endurecido e sem fissuração, o que não ocorre, com freqüência, em caso de se empregar somente cimento Portland (CINCOTTO et al. 1995). Compondo ainda com o cimento, as argamassas com cal apresentam capacidade de retenção da água, garantindo que a argamassa retenha água de amassamento por um tempo mais prolongado e, com isso, favorece a hidratação do cimento. As pequenas dimensões das partículas de cal favorecem a retenção de água, o endurecimento e a aderência da argamassa ao substrato. Ainda, a cal carbonatada possui uma solubilidade muito pequena, o que minimiza o efeito de lixiviação de argamassas com cal sujeitas à percolação da água. (AGOPYAN, 1985). Para PASSOS GUIMARÃES (1997) a capacidade de reter água da cal está vinculada à presença de cristalitos muito pequenos que retêm em sua volta uma película líquida de água firmemente aderida e confere vantagens relevantes às argamassas, especialmente às argamassas mistas no estado fresco e no processo de cura. As argamassas no estado fresco que contêm cal apresentam preenchimento mais eficiente dos vazios do substrato, em decorrência da sua maior trabalhabilidade e plasticidade. Verifica-se também menor aparecimento de fissuras na argamassa endurecida, por ocorrer menor retração hidráulica durante a cura ou por efeito de movimentação térmica dos componentes (CARASEK, 1996). SABBATINI (1985) faz uma descriçãoqualitativa da variação das propriedades de uma argamassa com a variação do teor relativo de cal, mantendo-se constante a proporção entre os aglomerantes e o agregado. Indicou que existe uma interdependência das suas propriedades, de forma que ao se melhorar algumas delas como o módulo de deformação, outras propriedades serão prejudicadas, especialmente as resistências mecânicas. Conclui, que se usa a cal ou porque alguma exigência é tão fundamental que não se pode deixar de usá-la ou porque, no conjunto de requisitos estabelecidos, a cal otimiza o atendimento de todas as propriedades de interesse. Na situação atual, a recomendação do uso da cal não pode mais se limitar a um nível qualitativo, sendo importante e necessário que os estudos detalhem a influência da cal nas propriedades das argamassas, tanto como aglomerante como constituinte da fração fina da sua curva granulométrica. Esse fato é também relevante quando se consideram que os tipos de cal CH I e CH III possuem teores diferentes de filer calcário inerte. - 235 - 4 3 MATERIAIS E MÉTODOS Foram preparadas argamassas simples e mistas com cimento Portland CP II-E 32, cal hidratada cálcica CH I e cal hidratada dolomítica CH III. O agregado silicoso empregado foi composto a partir de três frações da Areia Normal Brasileira (NBR 7214/82) e da fração passante na peneira ABNT n°100 (0,15mm). As frações da areia foram calculadas para se obter uma curva de distribuição granulométrica contínua (CARNEIRO e CINCOTTO, 1997). A Tabela 1 apresenta os parâmetros de dosagem, com as respectivas nomenclaturas adotadas para identificar as argamassas. Para a transformação do traço em volume para traço em massa foram utilizadas as respectivas massas unitárias dos materiais empregados: areia seca: 1,46 g/cm3; areia, com 3% de umidade: 1,12 g/cm3; cimento Portland CP II- E-32: 1,12 g/cm3; cal hidratada CH I: 0,53 g/cm3 e cal hidratada CH III: 0,63 g/cm3. As argamassas foram preparadas em um misturador com 5 litros de capacidade, de acordo com a NBR 13276/88, sendo que as argamassas simples e mistas de cal hidratada não tiveram maturação. A quantidade de água empregada foi adequada para se obter o índice de consistência prefixado de 260 ± 5mm. A Tabela 2 apresenta os dados de caracterização no estado fresco. A cura foi feita em regime cíclico de cinco dias em ambiente de laboratório (Tmédia= 25ºC, Hmédia= 70%) e dois dias em câmara úmida (Tmédia= 23ºC, Hmédia= 95%), com exceção das argamassas simples de cal hidratada, mantidas constantemente em ambiente de laboratório. Este regime de cura simulou uma condição característica de clima quente e úmido, com elevados índices pluviométricos. Os ensaios de resistência à compressão e resistência à tração na flexão foram aplicados em corpos-de-prova prismáticos de 4x4x16cm, com 92 dias de cura, de acordo com a BS EN 196-Part/1995: Methods of testing cement: determination of strength. O ensaio de módulo de elasticidade foi executado de acordo com a NBR 8802/94 – Concreto endurecido - Determinação da velocidade de propagação da onda ultra- sônica, empregando-se corpos-de-prova 4x4x16cm e 5x5x28cm. O ensaio de módulo foi aplicado em corpos-de-prova que permaneceram por 92 dias de cura em regime cíclico, como indicado acima e, a seguir, mantidos embalados em sacos plásticos por aproximadamente oito anos, em ambiente de laboratório. Os dados de caracterização das argamassas no estado endurecido (Tabela 3) são resultados médios obtidos em quatro corpos-de-prova prismáticos para ensaios de tração na flexão e nos oito respectivos corpos-de-prova cúbicos para ensaios de resistência à compressão. São indicados também os respectivos intervalos de confiança para a média calculados com 95% de confiança, de acordo com a distribuição de t-Student. - 236 - 5 Tabela 1: Parâmetros de dosagem Composição, em % de massa Argamassas (*) Traços: cimento : cal : areia, em massa de areia seca Cimento Cal Aglo Agre 1:3 C 1 : 0 : 2,91 25,6 - 25,6 74,4 1:3 CC 0 : 1 : 6,15 - 14 14 86 1:3 CD 0 : 1 : 5,17 - 16,2 16,2 83,8 1:1:6 CC 1 : 0,47 : 5,82 13,7 6,4 20,1 79,8 1:1:6 CD 1 : 0,56 : 5,82 13,6 7,6 21,2 78,9 1:2:9 CC 1 : 0,95 : 8,73 9,4 8,9 18,3 81,7 1:2:9 CD 1 : 1,13 : 8,73 9,2 10,4 19,6 80,4 1:1:8 CC 1 : 0,47 : 7,76 10,8 5,1 15,9 84,1 1:1:8 CD 1 : 0,56 : 7,76 10,7 6,0 16,7 83,3 1:2:12 CC 1 : 0,95 : 11,6 7,4 7,0 14,4 85,6 1:2:12 CD 1 : 1,13 : 11,6 7,3 8,2 15,5 84,5 (*) As argamassas são identificadas pelos traços em volume de areia úmida. C = cimento Portland; CC = cal hidratada cálcica CH I; CD = cal hidratada dolomítica CH III; Aglo = aglomerante; Agre = agregado. Tabela 2: Caracterização no estado fresco Argamassas Relação água/ aglomerante, em massa Índice de consistência, em mm (i) Densidade de massa, em g/cm3 (ii) Ar incorporado, em % (ii) 1:3 C 0,60 260 2,08 6,4 1:3 CC 1,39 257 1,95 5,4 1:3 CD 1,25 259 1,99 3,2 1:1:6 CC 0,86 264 2,05 4,4 1:1:6 CD 0,82 264 2,06 4,0 1:2:9 CC 0,94 264 2,04 4,3 1:2:9 CD 0,91 260 2,04 3,9 1:1:8 CC 1,09 261 2,04 4,6 1:1:8 CD 1,06 263 2,04 4,5 1:2:12 CC 1,22 263 2,03 4,4 1:2:12 CD 1,18 265 2,05 3,1 Métodos aplicados: (i): NBR 13276/88: Argamassa para assentamento de paredes e revestimentos de paredes e tetos: determinação do teor de água para o índice de consistência padrão; (ii): NBR 13278/88: Argamassa para assentamento de paredes e revestimentos de paredes e tetos: determinação do teor da densidade de massa e do teor de ar incorporado. - 237 - 6 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES A Tabela 3 apresenta dados de caracterização das argamassas no estado endurecido e parâmetros calculados. Tabela 3: Caracterização mecânica das argamassas e parâmetros calculados Resultados de ensaio Parâmetros calculados Argamassas Resistência à tração na flexão (Rt), em MPa Resistência à compressão (Rc), em MPa Módulo de elasticidade (GPa) Relação Cal/ materiais secos Relação Cimento/ materiais secos 1:3 C 5,65 ± 0,57 30,4 ± 1,12 27,6 - 0,256 1:3 CC 0,95 ± 0,16 1,4 ± 0,20 8,15 0,163 - 1:3 CD 0,79 ± 0,05 1,3 ± 0,32 7,26 0,193 - 1:1:6 CC 2,96 ± 0,23 10,9 ± 1,12 17,4 0,064 0,137 1:1:6 CD 2,49 ± 0,40 9,8 ± 0,55 15,3 0,076 0,136 1:2:9 CC 1,88 ± 0,80 5,9 ± 0,75 13,2 0,089 0,094 1:2:9 CD 1,53 ± 0,09 4,7 ± 0,42 10,2 0,104 0,092 1:1:8 CC 1,90 ±0,15 5,2 ± 0,32 12,2 0,051 0,108 1:1:8 CD 1,84 ±0,38 5,4 ± 0,57 10,9 0,060 0,107 1:2:12 CC 1,13 ±0,11 3,0 ± 0,48 8,29 0,070 0,074 1:2:12 CD 1,09 ± 0,18 2,8 ± 0,22 7,39 0,082 0,073 As relações de cal e de cimento sobre material seco (ou seja, o total de aglomerante + areia, em massa) são parâmetros que permitem avaliar a influência específica da cal ou do cimento numa dada argamassa, em relação às propriedades consideradas. Estes parâmetros foram correlacionados com dados de caracterização físico-mecânica e obteve-se algumas informações interessantes, que evidenciam a contribuição específica do aglomerante, cal ou cimento, nas argamassas estudadas. Como o conjunto é constituído de argamassas com diversas composições foi possível traçar gráficos (Figuras 1 a 10) com um amplo espectro de abrangência. Assim, estão sendo abordadas argamassas de: cal como aglomerante único (1:3 CC e 1:3 CD); de cimento como aglomerante único (1:3 C) e argamassas mistas de cimento e cal, que são intermediárias em termos de teor dos dois aglomerantes. A variação da resistência à compressão em função do teor de cal (Figura 1) deu origem a duas curvas com o mesmo perfil, distinguindo-se bem as duas classes de argamassas de relação aglomerante/agregado 1:3 e 1:4. As resistências mecânicas decrescem à medida que aumenta o teor de cal e, nas argamassas de mesmo traço, mas com cales CH III, as resistênciasà compressão são, sistemática e ligeiramente, inferiores às argamassas correspondentes com cales CH I, coerentemente com a diferença na composição. As argamassas mistas com as maiores resistências são 1:1:6, onde coexistem os maiores teores de aglomerante (Tabela 1) e as menores relações água aglomerante (Tabela 2). É muito provável se tratar de argamassas menos porosas que as demais pela presença de maiores teores de cimento. Numa etapa inicial desse estudo, QUARCIONI et al. (2001) caracterizaram a microestrutura das duas argamassas 1:1:6 e obteve, por meio de - 238 - 7 porosimetria por intrusão de mercúrio, o mesmo volume total de poros de 0,14 cm3/g para ambas argamassas. As argamassas simples 1:3 com cales CH I e CH III apresentaram resistências à compressão bem inferiores às argamassas mistas. Isto pode ser explicado pela ausência de cimento e, secundariamente, por se tratar de argamassas que ainda não estavam totalmente carbonatadas. O teor de filer carbonático na cal CH III utilizada neste estudo é 29,8%, e isto significa menor poder aglomerante em relação à cal CH I, cujo teor de filer é 8,5% (Anexo). Estas características de composição devem ser consideradas para interpretar o desempenho diferenciado de argamassas com os mesmos traços, mas produzidas com estes dois tipos de cal. 1:3 CC 1:3 CD 1:2:9 CD 1:2:9 CC 1:1:6 CD 1:1:6 CC 1:3 C 1:1:8 CC 1:1:8 CD 1:2:12 CC 1:2:12 CD Rc 1:3 y = 30,467e-17.468x R2 = 0,9747 Rc 1:4 y = 18,59e-23.677x R2 = 0,8134 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 Relação cal/materiais secos (m/m) R c (M Pa ) Rc-1:3 Rc-1:4 Figura 1: Resistência à compressão Versus relação cal/materiais secos A Figura 1 apresenta ainda duas famílias de curvas com o mesmo perfil. Nas argamassas mais ricas em aglomerante, ou seja, com relação aglomerante: agregado 1:3 as resistências mecânicas são superiores. As resistências à flexão (Figura 2) deram origem à curvas com o mesmo perfil das resistências à compressão, ou seja, à medida que aumenta o teor de cal diminui a resistência à flexão. - 239 - 8 1:1:6 CC 1:1:6 CD 1:2:9 CC 1:2:9 CD 1:3 CD 1:3 CC 1:3 C 1:2:12 CD1:2:12 CC 1:1:8 CD1:1:8 CC Rt 1:3 y = 5,1602e-10.395x R2 = 0,9549 Rt 1:4 y = 5,6362e-20.748x R2 = 0,8393 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 Relação cal/materiais secos (m/m) R t ( M Pa ) Rt-1:3 Rt-1:4 Figura 2: Resistência à tração Versus relação cal/materiais secos 1:2:12 CD 1:2:12 CC 1:1:8 CD 1:1:8 CC 1:3 C 1:2:9CC 1:2:9CD 1:1:6CD 1:1:6CC 1:3CC 1:3CD Módulo dinâmico 1:3 y = 25,827e-7.0802x R2 = 0,9576 Módulo dinâmico 1:4 y = 29,106e-17.044x R2 = 0,9608 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 Relação cal/materiais secos (m/m) M ód ul o (G Pa ) Figura 3: Módulo de elasticidade Versus relação cal/materiais secos Para JIANG (1988) a relação entre as forças de tração e forças de compressão, aplicadas no mesmo material, indica o seu nível de deformação ou de fragilidade. Para o autor, no decorrer do tempo a resistência à compressão (Rc) tende a ser elevada, enquanto a tração (Rf) - em relação à compressão - tende a decrescer proporcionalmente. - 240 - 9 Este tratamento de dados foi aplicado por CARNEIRO (1999) que estudou argamassas com diferentes curvas granulométricas e correlacionou valores de Rf/Rc com os módulos de elasticidade, encontrando a mesma correlação desse autor. Nas argamassas estudadas por CARNEIRO (1999) a proporção em massa de cimento e cal foi mantida fixa em 1:1, com diferentes curvas granulométricas e diferentes proporções aglomerante:agregado. A Figura 3 mostra que os valores de módulo de elasticidade aumentam em função da diminuição do teor de cal, explicitando o atributo da cal de conferir deformabilidade às argamassas. De fato, as argamassas simples de cal apresentam os menores valores de módulo, enquanto a argamassa de cimento (1:3 C) o maior valor de módulo. Para PASSOS GUIMARÃES (1998), as argamassas com cal absorvem pequenas tensões provocadas por movimentos de acomodação desiguais das estruturas. Esta capacidade de auto-refazer muitas pequenas fissuras que ocorrem no decorrer do tempo, ou seja, reconstituição autógena das fissuras, se deve à carbonatação da cal que demanda um tempo prolongado para se completar. A influência do cimento nas argamassas é bem ilustrada na Figura 4. Com o aumento do teor de cimento verifica-se um ganho proporcional de resistências mecânicas, culminando na argamassa simples de cimento 1:3, em que há somente a contribuição desse único aglomerante hidráulico na argamassa. Na Figura 4 pode ser verificado que as argamassas simples de cal 1:3 exibem resistências inferiores às argamassas mistas, mesmo as mais pobres em aglomerantes Nas argamassas simples de cal as resistências mecânicas são obtidas pela carbonatação da cal, que pode demandar longo tempo para se completar e conferir resistências mecânicas características. A retenção de água das argamassas, como anteriormente mencionado, está relacionada ao teor de cal. A Figura 5 mostra o comportamento da relação água/aglomerante com o teor de cal nas argamassas e ilustra a concordância dos dados desse estudo com a literatura consultada, onde a retenção de água das argamassas aumenta com o aumento do teor de cal. Nas Figuras 6 e 7 pode-se verificar que o cimento é o principal responsável pelo desenvolvimento das resistências mecânicas. Por opção, manteve-se as argamassas num mesmo grupo (aglomerante/agregado 1:3 e 1:4) para ambos os gráficos, por apresentarem comportamentos semelhantes de ganho de resistências em função do aumento do teor de cimento. É expressivo o comportamento da relação água/aglomerante em função da presença do cimento nas argamassas (Figura 8), onde à medida que aumenta o teor de cimento diminui a demanda de água para a mesma consistência. Este fenômeno foi oposto ao observado devido à presença da cal (Figura 5). - 241 - 10 1:3C 1:1:6CC 1:1:6CD 1:2:9CC 1:2:12CD 1:2:12CC 1:3CC 1:3CD 1:2:9CD 1:1:8CC 1:1:8CD 1:3 e 1:4 y = 2,1013x1.5862 R2 = 0,9703 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 Rt (MPa) R c (M Pa ) Figura 4: Resistência à tração versus resistência à compressão 1:3 C 1:1:6 CD 1:1:6 CC 1:12:9 CD 1:2:9CC 1:3 CC 1:3 CD1:1:8 CD 1:1:8 CC 1:2:12 CC 1:2:12 CD A/Aglo 1:3 y = 3,9464x + 0,5787 R2 = 0,8898 A/Aglo 1:4 y = 4,1061x + 0,8675 R2 = 0,5323 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 Relação cal/materiais secos (m/m) A /A gl o (m /m ) A/Aglo-1:3 A/Aglo-1:4 Figura 5: Relação água/aglomerante Versus relação cal/materiais secos - 242 - 11 Rc 1:3 e 1:4 y = 418,04x1,8999 R2 = 0,9841 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 Relação cimento/materiais secos (m/m) R c (M Pa ) Figura 6: Resistência à compressão Versus relação cimento/materiais secos Rt 1:3 e 1:4 y = 25,119x - 0,7648 R2 = 0,9926 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 Relação cimento/materiais secos (m/m) R t ( M Pa ) Figura 7: Resistência à tração Versus relação cimento/materiais secos - 243 - 12 1:2:9CD 1:1:6CD 1:2:9CC 1:1:6CC 1:3C 1:1:8 CD 1:1:8 CC 1:2:12 CC 1:2:12 CD 1:3 y = 0,3488x-0.421 R2= 0,9413 1:4 y = 0,5677x-0,2865 R2 = 0,9109 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 Relação cimento/materiais secos (m/m) A /A gl o (m /m ) A/Aglo-1:3 A/Aglo-1:4 Figura 8: Relação água/aglomerante Versus relação cimento/materiais secos 1:1:18 CC 1:1:8CD 1:2:12 CC 1:2:12 CD 1:3 C 1:3 CC1:3 CD 1:2:9 CD 1:2:9 CC 1:1:6 CD 1:1:6 CC 1:3 e 1:4 y = 0,228x - 0.863 R2 = 0,972 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 Módulo (GPa) R t ( M Pa ) Figura 9: Módulo de elasticidade Versus resistência à tração Na Figura 9 observa-se que a rigidez das argamassas aumenta à medida que aumenta o teor de cimento. Este fenômeno é indicado pela variação do módulo de elasticidade, onde a argamassa simples de cimento 1:3 tem um valor de módulo de 27,6 GPa e as argamassas simples de cal 1:3 apresentaram os valores de 8,15 GPa e 7,26 GPa (Tabela 3). As argamassas mistas situaram-se neste intervalo de valores. - 244 - 13 A capacidade de deformação mais pronunciada das argamassas de cal e das argamassas mais pobres em aglomerantes corresponde às menores resistências à tração e menores valores de módulo de elasticidade. 0 5 10 15 20 25 30 35 1:3 C 1:3 C C 1:3 C D 1:1 :6 CC 1:1 :6 CD 1:2 :9 CC 1:2 :9 CD 1:1 :8 CC 1:1 :8 CD 1:2 :12 C C 1:2 :12 C D Traços, em volume R c e R t ( M Pa ) 0 5 10 15 20 25 30 M ód ul o (G Pa ) Rc (cp cúbico) Rt (cp prismático) Módulo dinâmico Figura 10: Resistências mecânicas e módulo de elasticidade, por argamassa A Figura 10 ilustra, no seu conjunto, o desempenho mecânico das argamassas. A rigidez da argamassa 1:3 de cimento em oposição à maior capacidade potencial de deformação das argamassas simples 1:3 de cal, é indicada pelos respectivos valores limites de módulo de elasticidade. As argamassas 1:1:6 apresentam as maiores resistências à compressão e capacidade de deformação inferiores às demais argamassas mistas. 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS E CONCLUSÕES A literatura mais abundante refere-se ao desempenho de argamassas de cimento e, em segundo plano, às argamassas simples de cal, por sua vez inseridas em estudos de argamassas de obras históricas e de formulação de argamassas de restauro. Faz-se necessário um conhecimento mais aprofundado e científico de argamassas mistas de cimento e cal que objetive ampliar a compreensão da influência da cal nas argamassas, levando em conta as contribuições específicas de cada aglomerante. Este trabalho propôs-se a uma primeira etapa desse estudo, sendo possível verificar diferenças de comportamento de argamassas de mesmo traço produzidas com cal hidratada CH I e com cal hidratada CH III. O fenômeno foi relacionado aos teores diferenciados de filer calcário presentes nessas cales. Outra questão, por exemplo, que nas argamassas simples de cal com o aumento do teor de cal há, em geral, um incremento da porosidade, mas nas argamassas simples de cimento, o aumento do teor de cimento confere diminuição da porosidade. Quanto às argamassas mistas, somente a caracterização de argamassas com diferentes proporções de mistura poderá oferecer subsídios para o entendimento do comportamento e do - 245 - 14 desempenho desses materiais, com ganhos para o meio produtivo e o público consumidor. Recentemente, ao diagnosticar o setor das argamassas industrializadas no País, NAKAKURA e CINCOTTO (2003) constataram ou a necessidade de especificar argamassas visando cada condição de uso, com seus respectivos requisitos e critérios de qualidade que garantam o desempenho definido ou desejado. A especificação ou a metodologia de caracterização de argamassas será cada mais adequada, de acordo com os diversos tipos e usos previstos, na medida em que se conhece com maior profundidade a ação de seus constituintes e sua relação com o material como um todo. Este avanço no conhecimento deverá enriquecer a prática atual e refletir em textos normativos. Neste sentido, QUARCIONI et al. (1999) propuseram diretrizes para a normalização nacional de um procedimento para caracterização da composição de argamassas endurecidas de assentamento e de revestimento, de forma a diagnosticar o seu estado de conservação, caracterizar fenômenos patológicos instaurados e oferecer subsídios a projetos de intervenção e restauro de obras de argamassas. A proposição abrange uma abordagem multidisciplinar, aderente à tendência atual do enfoque de ciência dos materiais. Cabe registrar que os comentários delineados em relação aos dados de caracterização físico-mecânica e as correlações estabelecidas requerem aprofundamentos ulteriores a serem corroborados com dados de microestrutura, especialmente quanto à porosidade das argamassas estudadas. 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AGOPYAN, V. A cal na engenharia civil. In: REUNIÃO ABERTA DA INDUSTRIA DA CAL: O USO DA CAL NA ENGENHARIA CIVIL, 5, 1985. São Paulo. Anais... EPUSP/PCC/Grêmio Politécnico/Centro de Engenharia Civil/ABPC, p. 27-36. CARASEK, H. Aderência de argamassas à base de cimento Portland a substratos porosos – Avaliação dos fatores intervenientes e contribuição ao estudo do mecanismo da ligação. Tese de Doutorado, EPUSP, São Paulo, 1996. CARNEIRO, A.M.P., CINCOTTO, M.A. 1997. Distribuição granulométrica para argamassas. Téchne - Revista de Tecnologia da Construção, v.5, p.29-31, mar./abr. CARNEIRO, A.M.P. Contribuição ao estudo da influência do agregado nas propriedades de argamassas compostas a partir de curvas granulométricas. Tese de Doutorado, EPUSP, São Paulo. 1999. PASSOS GUIMARÃES, J. E. A cal – Fundamentos e aplicações na engenharia civil. Editora PINI. 285 p. São Paulo. 1997. INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS DO ESTADO DE SÃO PAULO. Argamassas de revestimento: características, propriedades e métodos de ensaio. São Paulo : IPT. (IPT - Publicação, 2378 - Boletim, 68), 1995, 199p. JIANG, Shi-Ping. Contribuition a l’etude des relations entre la microstructure et les proprietes mecaniques des mortiers hydrauliques. Tese de doutorado, INSA, Toulouse, França. 1988. - 246 - 15 JOHN, V. M. Repensando o papel da cal hidratada nas argamassas. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE TECNOLOGIA DAS ARGAMASSAS, 5, 2003. São Paulo. Anais...São Paulo: EPUSP-PCC/ANTAC, p. 47-62. NAKAKURA, E. H.; CINCOTTO, M. Análise e classificação das argamassas industrializadas segundo a NBR 13281 e a MERUC. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE TECNOLOGIA DAS ARGAMASSAS, 5, 2003. São Paulo. Anais...São Paulo: EPUSP- PCC/ANTAC, p. 129-136. QUARCIONI, V. A.; CINCOTTO, M. A.; CHOTOLI, F. F. Caracterização da composição de argamassas de assentamento e de revestimento - II: Diretrizes para normalização. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE TECNOLOGIA DAS ARGAMASSAS, 3, 1999. Vitória. Anais...Vitória: UFES/ANTAC, p. 753-768. QUARCIONI, V. A.; CINCOTTO, M.A.; THOMAZ, O.; OLIVEIRA, M.C.B. Caracterização de porosidade de argamassa mista endurecida de cimento e cal com vistas à durabilidade. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE TECNOLOGIA DAS ARGAMASSAS, IV, Brasília D.F, 2.001, Anais... Brasília.: UnB/ANTAC. SABBATINI, F. H. O uso da cal em argamassas de assentamento. In: REUNIÃO ABERTA DA INDUSTRIA DA CAL: O USO DA CAL NA ENGENHARIA CIVIL, 5, 1985. São Paulo. Anais. EPUSP/PCC/Grêmio Politécnico/Centro de Engenharia Civil/ABPC, p. 37-46. 7 AGRADECIMENTOS Ao IPT por disponibilizar a infra-estrutura necessária para o desenvolvimento do trabalho, em especial às equipes do Laboratório de Química de Materiais, Laboratório de Revestimentos e Laboratório de Concreto. Aoquímico Fabiano Ferreira Chotoli do IPT pelo apoio na elaboração das curvas de correlação de dados. À tecnológa Renata Monte do PCC da EPUSP pelo apoio no ensaio de módulo de elasticidade. - 247 - 16 ANEXO CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS I) Cimento Portland Tipo: CP II E, classe 32. Os resultados da caracterização química do cimento empregado nas argamassas estão apresentados na Tabela 4. Tabela 4: Resultados da análise química do cimento com limites especificados Constituintes Resultados, em % Limites da NBR-11.578/91 para CP II-E-32, em % a) Constituintes maiores . Perda ao fogo 5,90 ≤ 6,5 . Dióxido de silício (SiO2) 20,5 ---------- . Óxido de alumínio (Al2O3) 6,04 ---------- . Óxido de ferro (Fe2O3) 2,30 ---------- . Óxido de cálcio(CaO) 57,2 ---------- . Óxido de magnésio (MgO) 4,42 ≤ 6,5 . Trióxido de enxofre (SO3) 2,82 ≤ 4,0 b) Constituintes menores . Óxido de sódio (Na2O) 0,09 ---------- . Óxido de potássio (K2O) 0,69 ---------- . Sulfeto (S2-) 0,16 ---------- . Equivalente alcalino (em Na2O) 0,54 ---------- c) Determinações em separado . Óxido de cálcio livre (CaO) 1,54 ---------- . Resíduo insolúvel (RI) 0,70 ≤ 2,5 . Anidrido carbônico (CO2) 4,33 ≤ 5,0 d) Teor de material carbonático, calculado a partir do anidrido carbônico (CO2) . Material carbonático (em CaCO3) 9,83 0 a 10 - 248 - 17 II) Cal hidratada Tipos: CHI cálcica e CHIII dolomítica. Os resultados da caracterização química das cales hidratadas empregadas nas argamassas estão apresentados na Tabela 5. Tabela 5: Resultados da análise química das cales com limites especificados Constituintes Resultados, em % Limites da NBR-7175/03, em % CH I CH III CH I CH III a) Componentes maiores . Umidade 0,06 0,39 ---------- . Perda ao fogo 26,4 28,0 ---------- . Insolúveis em ácido clorídrico 1,26 6,05 ---------- . Óxidos de ferro e alumínio (Fe2O3 + Al2O3) 0,70 0,70 ---------- . Óxido de cálcio (CaO) 70,8 38,3 ---------- . Óxido de magnésio (MgO) 0,42 26,5 ---------- . Anidrido sulfúrico (SO3) 0,23 0,10 ---------- . Anidrido carbônico (CO2) 3,75 14,2 ≤ 5,0 * ≤ 7,0 ** ≤ 13,0 * ≤ 15,0 ** b) Na base de material original . Óxidos não hidratados 0,00 10,5 ≤ 10 ≤ 15 c) Na base não volátil . Óxidos totais (CaO + MgO) 96,8 90,1 ≥ 90 ≥ 88 d) Teor de material carbonático, calculado a partir do anidrido carbônico (CO2) . Material carbonático (em CaCO3) 8,52 - - . Material carbonático [em CaMg(CO3)2] - 29,8 - * Na fábrica. ** No depósito. - 249 - 18 III) Areia Tipo: quartzosa de rio e lavada. Os dados da composição granulométrica da areia empregada nas argamassas estão apresentados na Tabela 6 e Figura 11. Tabela 6: Análise granulométrica da areia % Retido % Retido Peneira ABNT n.º Abertura (mm) A I Peneira ABNT n.º Abertura (mm) A I 16 1,18 0,0 0,0 60 0,25 49,0 3,1 18 1,0 1,8 1,8 70 0,212 51,8 2,8 20 0,85 8,4 6,6 80 0,18 54,7 2,9 25 0,71 15,0 6,6 100 0,15 64,0 9,3 30 0,6 25,7 10,7 120 0,125 66,6 2,6 35 0,5 29,1 3,4 140 0,106 73,3 6,7 40 0,425 35,2 6,1 170 0,09 74,4 1,1 45 0,355 38,8 3,6 200 0,075 75,0 0,6 50 0,30 45,9 7,1 230 0,063 76,7 1,7 A = acumulado; I = individual Figura 11: Curva granulométrica do agregado 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,010,101,0010,00 Abertura de peneiras (mm) % R et id o % Acumulada % Individual - 250 -
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