Comunicação

ESTUDO DA INFLUÊNCIA DE ADITIVO DISPERSANTE NO COMPORTAMENTO
REOLÓGICO DE ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO
MATTANA, Alécio Júnior
Universidade Federal do Paraná
Programa de Iniciação Cientifica
Brasil
[email protected]
COSTA, Marienne R.M.M.
Universidade Federal do Paraná
Professora Adjunta
Brasil
[email protected]
RESUMO: O estudo do comportamento reológico de argamassas no estado fresco é importante para avaliar seu
desempenho e capacidade de utilização. A reologia é a ciência que estuda a deformação das materiais quando
submetidos a algum esforço. Para a adequação do comportamento reológico de argamassas podem ser utilizados
aditivos. Esses, por sua vez, são desenvolvidos normalmente para concretos. Com isso, o objetivo desse trabalho
é avaliar a influência de aditivo dispersante (superplastificante) no comportamento reológico de argamassas. As
argamassas utilizadas na pesquisa foram formuladas pela mistura de cimento, areia e aditivo superplastificante
em alguns teores. Para essa avaliação foi utilizado o ensaio reológico Squeeze Flow. Os resultados
possibilitaram a indicação de teores desse aditivo superplastificante em argamassas.
Palavras Chave: Argamassa de Revestimento, Reologia, Squeeze Flow, Aditivo Superplastificante.
ABSTRACT: The study of fresh mortar rheological behavior is important to evaluate its performance and
usability. Rheology is the science that studies the deformation of materials when subjected to tension. Additives
can be used to improve rheological behavior. Such additives were usually developed for concrete. The objective
of this study is to evaluate the influence of additive dispersant (superplasticizer) on the mortar rheological
behavior. The mortars used in the experiment were made by mixing cement, sand and superplasticizer additive in
different percentages. Squeeze Flow test was used to evaluate such experiment.
Keywords: Mortar Coating, Rheology, Squeeze Flow Additive superplasticizer.
1. INTRODUÇÃO
A necessidade de uma maior produtividade aliada a um melhor acabamento de revestimentos de argamassa em
paredes de alvenaria vem fazendo com que os estudos em reologia de argamassas se tornem cada vez mais
importantes, devido às exigências do mercado atual
Reologia é a ciência que estuda o fluxo e a deformação dos materiais quando submetidos a uma determinada
tensão ou solicitação mecânica externa [1]. O comportamento reológico dos materiais pode ser representado por
relações entre deformação com as forças a que são submetidos.
A tensão ou solicitação mecânica que deforma o fluído está diretamente ligada ao processo de aplicação da
argamassa. A análise e o estudo dessas deformações relativas ao esforço necessário podem subsidiar a
formulação de produtos que atendam a boa qualidade de desempenho e produtividade.
Apesar de os principais requisitos de desempenho dos revestimentos estarem relacionados às propriedades finais
no estado endurecido, o estudo no estado fluido se torna importante, pois é nesse estado que as argamassas são
aplicadas. Embora sendo uma etapa intermediária do processo, o comportamento destas no estado fresco é
importante para possibilitar uma moldagem fácil e isenta de defeitos, minimizando a ocorrência de patologias
nos revestimentos após endurecimento, como fissuras, descolamentos e manchas [2].
A etapa de aplicação da mistura está diretamente ligada à produtividade que, por sua vez, está associada à
trabalhabilidade da argamassa e às propriedades reológicas do estado fresco.
As argamassas são produtos com características multifásicas, pois são constituídas por uma fração de finos
inertes (agregado miúdo e adições minerais do cimento), fração reativa (fração aglomerante), porventura fibras,
ar incorporado, aditivos, etc, apresentando desta forma um comportamento reológico complexo, não somente
devido aos materiais presentes na mistura, mas também às diversas solicitações à que está submetida tanto no
preparo, quanto na aplicação. A adequação das características reológicas do material à sua finalidade favorece as
propriedades finais da argamassa, às quais são determinadas pelas características intrínsecas da formulação
(químicas, físicas, granulométricas, proporção dos constituintes, teor de água) [2].
Se alterarmos os materiais constituintes das argamassas, as suas propriedades, e conseqüentemente, o seu
desempenho, irão variar tendo em vista todos os fatores envolvidos. Além do cimento, da cal e da areia, outro
constituinte que pode ser acrescentado na formulação de argamassas é os aditivos. Os aditivos têm como
finalidade melhorar as características de trabalhabilidade, diminuir a segregação, obter regularidade nas
misturas, ampliar o campo de utilização e diminuir o custo [3]. Dentre os aditivos utilizados em argamassas, o
aditivo dispersante tem como principal objetivo a melhoria do desempenho das mesmas no estado fluido, pois
tendem a modificar as características de plasticidade, fluidez e retenção de água (Figura 1).
Essas características são fortemente influenciadas pela propriedade da argamassa em reter a água. Como a
mistura é solicitada pelas condições ambientais e pelas características do substrato, deve apresentar retenção de
água suficiente para manter a trabalhabilidade necessária para garantir a aplicação e assegurar a adesão e a
aderência.
Figura 1: Principais características das argamassas de revestimento na fase de aplicação.
Do ponto de vista cientifico, o cimento, por possuir partículas muito pequenas tende a formar flocos (Figura 2a)
que podem alterar o comportamento reológico das argamassas [4]. Os aditivos superplastificantes tem por
objetivo desflocular (Figura 2b) o sistema cimento+água, pois os mesmos promovem a dispersão entre as
partículas pela neutralização e atribuição de cargas negativas à superfície do cimento [5] [6].
(a)
(b)
Figura 2: (a) Floculação do sistema cimento-água, (b) dispersão do sistema com
adição de superplastificante (MEHTA e MONTEIRO, 2008[6])
Vários são os tipos de aditivos empregados: os lignossulfonatos, os naftalenos sulfonatos, melaninas sulfonatos e
os policarboxilatos; essa classificação se deve a evolução dos aditivos quanto à sua geração. A escolha depende
da utilização e do resultado pretendido. O aditivo dispersante tipo policarboxilato, utilizado nessa pesquisa,
busca a melhoria das propriedades pela diminuição da quantidade de água utilizada, ou para atingir uma
trabalhabilidade maior sem aumentar o teor de água. Cabe destacar que esse aditivo é indicado no mercado para
concretos, motivo que determinou sua escolha visando a verificação do seu desempenho em argamassas.
Esse aditivo apresenta larga distribuição de massa molecular de estrutura química complexa. Sua propriedade é
influenciada pelo comprimento da cadeia e pelo número de reações presentes em uma cadeia [7]. A estrutura
desse aditivo está apresentada na Figura 3.
Figura 3: Monômero de um policarboxilato [8].
Esse aditivo quando adsorvido nas partículas de cimento, provoca a repulsão eletrostática que resulta na
dissociação do cimento aglomerado em partículas com significativa redução da viscosidade, como mostra a
Figura 4 e 5.
Figura 4: Esquema de ligação das moléculas do
aditivo as partículas de cimento [9].
Figura 5: Efeito de desfloculação dos grãos de
cimento pela ação de aditivo [10].
Outro fator que pode afetar a reologia da argamassa é o processo de mistura. O processo de mistura “água no pó”
que consiste na adição gradual de água à mistura tende a promover uma mistura com menor quantidade de
grumos quando comparado com o sistema tradicional normatizado que estabelece o sistema “pó na água” [11].
Além dos materiais e do processo de mistura empregado houve, também, o desenvolvimento de novas
tecnologias de análise da qualidade das argamassas, principalmente no estado fresco.
Para análise da reologia de argamassas foi desenvolvido o ensaio Squeeze Flow [12]. Essa técnica é amplamente
utilizada para a caracterização dos mais diversos tipos de pastas incluindo alimentos, cosméticos, materiais
cerâmicos e compósitos poliméricos.
Este ensaio, esquematizado na Figura 6, analisa o escoamento do material decorrente da aplicação de uma carga
de compressão sobre a amostra no estado fresco, a qual ocasiona deslocamentos no seu interior devido aos
esforços de cisalhamento radiais originados durante o fluxo, como mostra a essa figura. Os resultados desse
ensaio mostram a relação entre tensão e deformação do material, que fornecem características como tensão de
escoamento e consistência da mistura, que são importantes para caracterizar a argamassa quanto a aplicabilidade
e desempenho.
No Brasil, desde 2004 esse ensaio vem sendo realizado para caracterização reológica de argamassas no estado
fresco. Em um primeiro momento em escala de laboratório já que tratava de uma proposta inovadora para o
setor. Atualmente é utilizado como uma ferramenta de desenvolvimento tecnológico de argamassas. Esse ensaio
se mostra sensível às diferentes formulações das argamassas, a partir dos estudos até o momento desenvolvidos
na área de argamassas.
Figura 6: Esquematização do ensaio “Squeeze Flow”
O resultado típico do ensaio de Squeeze Flow apresenta três regiões (Figura 7) [2]. A região I é caracterizada
pela deformação elástica do material, uma argamassa que apresente comportamento com uma parcela
significativa nesse estágio, possivelmente apresentará problemas de fissuração.
A região II é o estágio de deformação plástica e/ou viscosa dependendo das suas características. Nesta etapa o
material é capaz de sofrer grandes deformações sem aumento significativo da força necessária para o
deslocamento, o que aparenta ser um comportamento apropriado para aplicação e espalhamento de argamassas.
A região III no qual o material é submetido a grandes deformações, pode ocorrer um aumento expressivo da
carga necessária para o deslocamento do mesmo. A aproximação das partículas de um sistema submetido a
grandes deformações gera forças restritivas ao fluxo devido à maior interação (embricamento) entre as
partículas.
Provavelmente, este é um estágio de comportamento em que procedimentos de aplicação e acabamento do
material devem ser dificultados, devido às altas cargas (tensões) necessárias para deformá-lo, possivelmente
levando a um acabamento defeituoso.
Figura 7: Perfil típico do ensaio “Squeeze Flow” Estágio I: pequeno deslocamento deformação elástica; estágio II: deslocamento intermediário - deformação plástica e/ou fluxo
viscoso; estágio III: grande deslocamento - enrijecimento por deformação (strain hardening)
[2].
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Foram utilizados no experimento quatro misturas com variação do teor de aditivo e um tipo de areia natural,
conforme detalhado abaixo.
• Cimento: CP-II-F-32 (adição de fíler calcário, 10%);
• Superplastificante (Peso específico: 1,05 kg/m3)
• Areia: natural, proveniente da região metropolitana de Curitiba; esta areia foi seca em estufa antes de ser
utilizada para a preparação das argamassas;
• Água: destilada.
Para análise do aditivo foram formuladas quatro argamassas com traço 1:3 (cimento:areia) em volume mas
dosado em massa de acordo com a Tabela 1. Os teores do aditivo foram adotados nas proximidades dos limites e
na sugeridos pelo fabricante.
Tabela 1: Formulação das argamassas
Teor de água
Teor de aditivo
Traço em volume
Mistura
(relação/materiais
(% do peso de
(cimento:areia)
secos, em massa)
cimento)
A
1:3
0,16
0,0
B
1:3
0,16
0,1
C
1:3
0,16
0,4
D
1:3
0,16
0,8
O procedimento de mistura adotado foi a “água no pó”. A seqüência de mistura “água no pó” consiste em
adicionar a água de amassamento fracionadamente à argamassa anidra vertida previamente na cuba da
argamassadeira [11]. A água foi adicionada com a argamassadeira ligada. Na primeira adição foi colocada
metade da água durante 37 segundos, sendo que completados os 50 segundos desligava-se a argamassadeira e
verificava-se subjetivamente com a espátula se ainda havia argamassa anidra. Em seguida ligava-se novamente a
argamassadeira e complementava-se a quantidade de água de amassamento em 37 segundos. A argamassadeira
permanecia em operação até completarem-se os 60 segundos. A Figura 8 esquematiza o procedimento de
mistura.
Figura 8: Sequência de mistura da argamassa em função do tempo: “água no pó”.
Para as argamassas foram realizados os ensaios de ar incorporado segundo a NBR 13278, retenção de água de
acordo com a NBR 13277 e Squeeze Flow, cujo método de ensaio se encontra em discussão em comissão de
estudos da ABNT para ser normatizado.
O ensaio de ar incorporado determina a quantidade de ar presente na mistura no estado fresco. Após a mistura, a
argamassa é alocada sobre recipiente de volume e peso conhecidos como mostra a Figura 9. Sendo conhecidas
as massas específicas dos componentes é possível determinar a quantidade de ar presente na argamassa, através
da massa especifica teórica da mistura entre e com a densidade medida no ensaio.
Com o ensaio de Retenção de água verifica-se a potencialidade da argamassa em manter a água em sua estrutura
quando submetida a uma sucção padronizada. Subseqüente à mistura, a argamassa é assentada em um recipiente
com uma espessura semelhante à espessura de assentamento, Essa, por sua vez, é submetida à sucção através de
uma bomba de vácuo por determinado tempo como mostrado na Figura 10. A partir dos pesos da argamassa
fresca antes e depois da sucção, é possível determinar a quantidade de água retida pela argamassa.
Figura 9: Recipiente padrão utilizado no
ensaio de ar incorporado.
Figura 10: Equipamento Funil de Buchner
Modificado utilizado no ensaio de retenção de
água.
O ensaio Squeeze Flow foi realizado em uma máquina universal de ensaios, da marca EMIC modelo D.L.
10.000, utilizando célula de carga de 1000 N, a uma taxa de cisalhamento de 0,1mm/s. Foram adaptadas à
máquina ferramentas utilizadas no ensaio: uma base rígida de aço inox, punção de aço inox de 100 mm de
diâmetro, moldes de PVC de 100 mm de diâmetro e 10 mm de altura e uma gabarito para auxiliar na moldagem.
A Figura 4 mostra os componentes deste ensaio.
Imediatamente após a mistura, o procedimento foi o seguinte (Figuras 11 e 12):
• Posicionou-se o molde de PVC de 100 mm no centro da base de aço inox com o auxílio de um gabarito;
• Preencheu-se o molde de PVC com argamassa com auxílio de uma espátula, procurando adensar a argamassa
e eliminar possíveis vazios;
• Rasou-se o molde com argamassa do meio para a extremidade;
• Retirou-se o molde e posicionou-se a base na máquina e deu-se início o ensaio.
Força de compressão
Argamassa fresca no molde
Punção
Amostra
Base
Figura 11: Processo de moldagem
Figura 12: Ensaio Squeeze Flow em andamento
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
O resultado do ensaio reológico Squeeze Flow está representado em um gráfico de curvas carga versus
deslocamento apresentado na Figura 13.
A
B
C
D
Figura 13: Representação das curvas carga versus deslocamento resultantes do ensaio
Squeeze Flow
As curvas obtidas através do ensaio mostram que o aumento do teor de aditivo resultou em menores cargas para
atingir uma mesma deformação relativa da argamassa.
A argamassa A, sem aditivo, atingiu a carga máxima do equipamento (2000 N) para uma deformação resultante
de 2 milímetros.
A argamassa B, com 0,1% do peso de cimento em aditivo, não apresentou diferença expressiva de desempenho
reológico quando comparada com a argamassa A. Cabe salientar que esse teor é menor que o teor mínimo
recomendado pelo fabricante para concretos (intervalo recomendado: 0,2 a 0,8% do peso de cimento), sendo
desta forma esperado o pequeno efeito no desempenho reológico da argamassa.
As argamassas C e D com teores de 0,4 e 0,8% de aditivo, respectivamente, apresentaram maior distinção em
relação às duas primeiras, sendo que na mistura D (com teor de 0,8% de aditivo) a diferença foi mais expressiva,
inclusive com possibilidade de ocorrência de excesso de aditivo o que poderia inviabilizar sua aplicação prática.
As curvas mostraram que essas argamassas atingiram maior deslocamento para uma mesma intensidade de força.
No canteiro de obras isso significa que o pedreiro terá maior ou menor facilidade de aplicação das argamassas, à
medida que o deslocamento seja menor ou maior, respectivamente, no ensaio Squeeze Flow.
Cabe destacar que é possível que todas as argamassas sejam aplicáveis. O comportamento reológico de um
grupo extenso de argamassas industrializadas de mercado para revestimento de paredes foi avaliado [12].
Através dos resultados deste estudo, foi possível identificar pelos autores que os 4 perfis de comportamento
reológico apresentados na Figura 13 se assemelham com alguma mistura presente no mercado, mostrando que
todas possuem potencial para serem aplicadas. Os referidos autores sugerem que as argamassas com cargas
intermediárias (semelhantes aos limites de carga apresentados pela argamassa com 0,4% de aditivo - curva C)
tendem a ser mais produtivas em sua utilização. As argamassas A e B provavelmente apresentarão dificuldades
de aplicação devido à necessidade de cargas mais altas para a aplicação. Por outro lado, a argamassa D que
atingiu o deslocamento máximo do ensaio (5mm), com praticamente apenas 10% da capacidade de carga do
equipamento, provavelmente apresentará dificuldade de aplicação e acabamento devido a sua alta fluidez.
O efeito do aditivo dispersante é de dispersar as partículas de cimento evitando os grumos, motivo mais provável
da alteração do comportamento reológico das argamassas verificado pelo ensaio Squeeze flow. Essa dispersão
das partículas ocasiona maior incorporação de ar (que também contribui para o desempenho reológico de cada
argamassa), fato que pode ser observado no gráfico da Figura 14 que mostra a distribuição em porcentagem dos
constituintes presentes em certo volume de argamassa, incluindo o teor de ar incorporado.
Figura 14: Classificação volumétrica dos constituintes presentes nas argamassas.
Pode-se se perceber que quanto maior o teor de aditivo maior a incorporação de ar pela mistura, proporcionada
pela sua maior fluidez. Relacionando esses resultados com os resultados do ensaio de Squeeze Flow, fica claro
que quanto maior a quantidade de ar na mistura, maior será a sua deformação.
A Figura 15 apresenta a relação entre o teor de ar incorporado e a retenção de água das misturas.
Teor de
aditivo
0,0%
0,1%
0,4%
0,8%
Figura 15: Resultado do ensaio de Retenção de Água
Os resultados mostram que até o teor de aproximadamente 0,1% de aditivo, a retenção de água da argamassa não
foi afetada significativamente e a incorporação de ar foi pequena. Observa-se que a partir de 0,1% de aditivo a
incorporação de ar começou a crescer sobremaneira e consequentemente a capacidade de retenção de água a
decrescer, com ênfase no decréscimo significativo a partir de 0,4% de aditivo, o que implica em dizer que a
partir desse teor de aditivo a argamassa fica mais susceptível à perda de água para o substrato e para o meio
ambiente, quando se trata de argamassa de revestimento devido provavelmente a sua maior área de exposição.
4. CONCLUSÕES
Quanto ao aditivo dispersante, pode-se verificar que até certo teor o mesmo auxilia nas propriedades reológicas
da argamassa, mas se utilizado em teores elevados, poderá prejudicar a argamassa na fase de aplicação devido à
fluidez excessiva e na durabilidade e resistência da argamassa, devido ao excesso de incorporação de ar. Cabe
destacar que os resultados obtidos indicam que o intervalo indicado para concretos na dosagem desse aditivo
(0,2 a 0,8%) deve ser revisto para as argamassas no seu limite máximo, pois os resultados mostraram que
provavelmente o limite máximo ideal seja inferior a 0,8%, mais próximo de 0,4%. No ensaio de retenção de água
inclusive, a argamassa com teor de 0,8% de aditivo apresentou grande perda de água. Isso pode provocar perda
excessiva de água para o substrato e para o meio ambiente no momento da aplicação, prejudicando o tempo de
aplicação e o desempenho no estado endurecido.
Considerando os estudos já realizados, pode-se supor que todas as argamassas são aplicáveis. Mas a partir desse
estudo pode-se verificar que o teor mais especificado para essa dosagem do aditivo seria em torno de 0,4 % do
peso de cimento.
Cabe destacar que outros aspectos serão avaliados como metas futuras, tais como a investigação de um número
maior de teores de aditivo concomitante com a verificação do comportamento da argamassa no estado
endurecido: resistência de aderência, resistência superficial e permeabilidade.
Outro ponto observado foi a sensibilidade do ensaio Squeeze Flow na análise das argamassas, pois em situações
nas quais as argamassas se pareciam semelhantes o ensaio mostrou-se eficiente e sensível em indicar as
diferenças de comportamento reológico.
5. REFERÊNCIAS
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