Comunicação

Avaliação da Retracção de Argamassas de Reparação para Betão Armado
Resende Nsambu, Prof.
Universidade Agostinho
Neto, Angola
[email protected]
Augusto Gomes, Prof.
Instituto Superior Técnico
Portugal
[email protected]
Resumo: A retracção constitui uma das principais causas da sua fendilhação e assume
uma importância fundamental no seu comportamento. Sendo a retracção uma deformação
imposta, esta gera tensões de tracção no material de reparação e de compressão no betão
de suporte, surgindo fendas se a tensão de tracção, devida à retracção restringida, exceder
a resistência à tracção do material. O artigo apresenta os resultados duma campanha de
ensaios de caracterização de três argamassas pré-doseadas e três argamassas fabricadas
em laboratório com CEM I 42,5 R.
Palavras-chave: Argamassa de reparação, retracção, compressão, módulo de elasticidade
e capacidade de deformação.
1. INTRODUÇÃO
A retracção é um fenómeno físico-químico resultante da hidratação do cimento e da
secagem do material cimentício que causa uma diminuição do seu volume com o tempo.
Na fase inicial do endurecimento do material ocorre a retracção plástica, que resulta da
evaporação rápida da água superficial que, não sendo compensada por movimentos
internos de água, provoca a secagem da água nos poros capilares e o consequente
assentamento dos materiais que compõem o betão ou a argamassa.
Nos materiais cimentícios, após o início da presa, podem ocorrer os seguintes tipos de
retracção: retracção autogénea, por secagem, por carbonatação e por variação de
temperatura, Coutinho e Gonçalves [1] e Nunes et al. [2].
A retracção autogénea ocorre após o início da presa e resulta do fenómeno químico
associado à hidratação do cimento, sendo quantificada na condição de não existirem
trocas de humidade com o exterior e a temperatura constante.
A saída, por evaporação, da água dos poros capilares dos materiais cimentícios causa a
retracção por secagem. Baron [3], citado por Veiga [4], observou por via experimental que
a perda de água nos materiais cimentícios pode atingir 22% da pasta de cimento.
Relativamente à retracção das argamassas pré-doseadas, em estado fresco e endurecido,
Bastos et al. [5] observaram a importância da parcela da retracção nas primeiras 24 horas,
referindo que esta parcela pode atingir 70% do valor da retracção aos 28 dias de idade.
Das situações que mais influenciam a retracção por secagem podem referir-se: a elevada
relação água/cimento; período de cura reduzido; exposição ao calor e a vento forte.
No contexto dos materiais de reparação, vários investigadores têm vindo a estudar a
influência dos adjuvantes e das adições na retracção. Hori [6], Nagataki et al. [7]
recomendam a utilização de adjuvantes expansivos e de adjuvantes redutores de água para
compensar e reduzir a retracção autogénea.
A utilização de sílica de fumo e de cinzas volantes, foi também estuda por vários
investigadores. Coutinho e Gonçalves [1] referem que a sílica de fumo não altera a
retracção se for mantida a relação água/cimento. Burke et al. [9], consideram que as
cinzas volantes e as escórias reduzem a taxa de aumento da resistência e o calor de
hidratação inicial dos materiais cimentícios, recomendando que estas sejam utilizadas para
reduzir as tensões iniciais dos materiais de reparação e a sua consequente fendilhação.
Atiş et al. [9] estudaram a retracção das argamassas modificadas com cinzas volantes do
tipo C. A relação de substituição do cimento pelas cinzas volantes utilizada por aqueles
investigadores foi de 10%, 20%, 30% e 40%. As misturas foram curadas a uma
temperatura de 20±2ºC e a uma humidade relativa de 65%. Os resultados dos ensaios
mostram que as argamassas com 10%, 20% e 30% de cinzas volantes apresentam, até aos
cinco meses de idade, uma redução da retracção de cerca de 25%, 37% e 47%,
respectivamente, em relação à argamassa de controlo. A argamassa com 40% de cinza
volantes expandiu ao longo do tempo.
Estudos publicados por vários investigadores indicam uma ligeira diminuição da retracção
dos materiais cimentícios com a introdução de polímeros do tipo látex, como o
estireno-butadieno (SBR), as resinas acrílicas (AS) ou acrílicas estirenadas (SAE), Saucier
et al. [10], Kunieda et al. [11] e Ribeiro et al. [12]. Shah et al. [13] e Ribeiro et al. [14]. O
efeito da expansão produzida pela presença de polímeros durante a hidratação produz uma
pré-compressão que se contrapõe à tensão de tracção resultante da retracção restringida.
Rossignolo e Agnesini [15], referindo a norma americana ACI 318 [16] e estudos
realizados por Ohama [17], mostram que os betões modificados com látex de estirenobutadieno (SBR) apresentam uma redução significativa da retracção por secagem e da
fluência devido à redução da permeabilidade do betão, causada pelo preenchimento dos
capilares da matriz de cimento pelo polímero dos poros, que tem como consequência
directa a redução da perda de água por secagem.
Ribeiro et al. [12], observaram a diminuição da retracção livre das argamassas
modificadas com um adjuvante polimérico de estireno-butadieno (SBR), com teores de
polímero (relação entre o peso de polímero e o peso de cimento, P/C) até 15%.
2. MATERIAIS
No presente trabalho apresenta-se um estudo realizado em seis argamassas de reparação.
Três das argamassas são pré-doseadas comerciais, sendo apresentadas pelos fabricantes
como tixotrópicas e de retracção compensada, uma delas como argamassa cimentícia e as
outras duas como cimentícias e modificadas com adjuvantes poliméricos. Estas
argamassas foram designadas por: AC1 - argamassa cimentícia; ACP1 e ACP2
argamassas cimentícias e modificadas com adjuvantes poliméricos. As restantes três
argamassas foram fabricadas em laboratório com cimento portland do tipo CEM I 42,5 R
sendo uma de referência, normal sem adjuvantes, AN1, e duas modificadas com
adjuvantes, uma com um polímero, AMP1, e outra com um adjuvante expansivo, AME1.
Nas argamassas fabricadas em laboratório foram utilizadas duas areias, uma de
granulometria mais fina (Dmax =0,59 e MF=1,39), proveniente de Sesimbra, A1, e outra
média (Dmax =2,38 e MF=2,38) proveniente de Vale de Milhaços, A2.
Conforme descrito nas respectivas fichas técnicas a argamassa AC1 é um material em pó,
à base de cimento portland, agregados seleccionados e aditivos especiais, de elevada
resistência mecânica, recomendada para trabalhos de reparação em betão até 4 cm de
espessura. A relação água-produto é de 15%. A argamassa ACP1 é melhorada com resinas
sintéticas (polímero em pó redispersivo), recomendada para reparação em camada grossa,
formulada à base de cimento, areias seleccionadas, sílica de fumo, resinas sintéticas e
reforçada com fibras de poliamida. A água de amassadura é de 14,4% do peso da
argamassa seca. A argamassa ACP2 é um material fornecido em dois componentes: A
(16%) - líquido de cor branca (resina sintética em emulsão da família dos acrílicos); B
(84%) - pó cinzento melhorado com resinas, fibras sintéticas e cargas especiais.
Na argamassa AMP1, fabricada em laboratório, utilizou-se uma emulsão polimérica da
família de estireno-butadieno (SBR) designada por EP. O fabricante descreve o adjuvante
como um líquido de cor branca, constituído por uma dispersão aquosa de resinas especiais
modificadas, que tem o objectivo de melhorar as características do betão ou da argamassa:
elastifica ligeiramente as argamassas; melhora a aderência, especialmente sobre suportes
absorventes; reduz a água de amassadura; aumenta a resistência mecânica; facilita o
endurecimento, reduz a fendilhação e aumenta a compacidade e a impermeabilidade das
argamassas. Apresenta um teor de sólidos secos de 38,5%; 0,1% de iões de cloretos e uma
massa volúmica de 1020 kg/m3.
Na argamassa AME1, utilizou-se um adjuvante expansivo, E1, conjuntamente com um
plastificante, E2. O adjuvante E1, é um produto fornecido em pó formador de etringite
expansiva, com o objectivo de compensar a retracção. De acordo com o fabricante este
adjuvante necessita apenas de um dia de cura em atmosfera húmida para obter a expansão
quase por completo. Este adjuvante é constituído por clínquer e por cal em proporções
elevadas, sendo a sua massa volúmica de 3030 kg/m3, [14]. A dosagem recomendada pelo
fabricante varia de 10 a 40 kg/m3. A utilização conjunta dum plastificante contribui para a
diminuição da retracção através da redução da água de amassadura. O superplastificante
utilizado, E2, apresenta-se sob a forma de um líquido castanho sendo um redutor de água
para betões ou argamassas, isento de cloretos, solúvel em água e é formulado à base de
polímeros sulfonados. É geralmente utilizado numa dosagem de 0,8 a 1,5% do peso do
cimento. Apresenta um teor de resíduo seco de 40±2% e uma massa volúmica de 1200
kg/m3. [14]
3. FORMULAÇÃO DAS ARGAMASSAS
Para a definição da composição das argamassas fabricadas em laboratório, estabeleceu-se
um traço ponderal de uma parte de cimento para três de areia. Para garantir uma melhor
compacidade, das argamassas utilizou-se uma proporção em volume de 2/3 de areia média
(A2) e 1/3 de areia fina (A1). Nas tabelas 1 e 2 apresentam-se as composições das
argamassas fabricadas em laboratório e da mistura das argamassas pré-doseadas,
indicando-se as propriedades intrínsecas no estado fresco, relativamente à consistência por
espalhamento, retenção de água, teor de ar e de teor em partículas finas.
As argamassas pré-doseadas são formuladas pelos próprios fabricantes, não sendo
disponibilizada informação suficiente relativa à composição e às suas reais características.
Assim, com o objectivo de compreender melhor o seu desempenho mecânico, físico e de
durabilidade, julgou-se importante estudar a sua composição granulométrica, cujos
resultados são apresentados em [18].
Tabela 1 – Composição das argamassas fabricadas em laboratório [21]
Materiais (kg/m3)
Cimento
Areia A1
Areia A2
Total de areia
Traço ponderal – cimento: areia
Relação: P/C (%)
Emulsão, EP
Teor de resíduo seco
Adjuvante expansivo, E1
Superplastificante, E2
Adjuvante expansivo, E1
Relação - água/cimento: A/C
Água total
Água adicional
Consistência por espalhamento (%)
Teor de ar (%)
AN1
481,7
448,0
997,0
1445
1:3
0,50
240,8
90,5
4,80
AMP1
454,6
442,8
941,0
1383,8
1:3
15,0
177,1
68,2
0,35
108,9
50,2
83,2
10,5
AME1
451,9
420,3
935,4
1355,7
1:3
45,2
5,4
9
0,45
203,4
99,0
11,0
Tabela 2 – Argamassas pré-doseadas [21]
Argamassas
Relação água/produto
Relação água/ligante
Consistência por espalhamento (%)
Retenção de água (%)
Teor de ar (%)
Teor em partículas finas (%)
Dimensão máxima de agregados (mm)
Módulo de finura
AC1
0,15
90,3
90,5
2,5
31,6
1,19
1,35
ACP1
0,144
54,3
3,0
41,7
1,19
1,71
ACP2
0,16
76,0
97,3
4,0
39,4
2,38
1,56
4. CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA
Realizaram-se ensaios mecânicos de resistência à compressão, tracção por flexão, tracção
por compressão diametral e módulo de elasticidade em compressão.
4.1 Resistência à Compressão
A resistência à compressão foi determinada em provetes de 160x40×40 mm3, aos 28 e 90
dias de idade, de acordo com a norma EN 196-1 [20]. Os provetes foram ensaiados numa
prensa de compressão modelo 505/202/10DM1 com a capacidade de carga máxima de
200 kN. A velocidade de carga do ensaio foi de 1.2 kN/s.
Na tabela 3 indicam-se os tipos de cura aplicados assim como os valores da resistência à
compressão, aos 28 e aos 90 dias de idade, obtidos em cada argamassa estudada. As
abreviaturas CS e CC significam, respectivamente, câmara saturada (T=20ºC e
HR=100%) e câmara condicionada (T = 20±2ºC e HR = 60±10%), conforme definido na
NP EN 12190 [22]. A cura designada por L -“Laboratório”- corresponde ao
condicionamento dos provetes no ambiente interior do laboratório e por “Exterior” ao
ambiente exterior, junto do laboratório, num local protegido do sol e da chuva.
Tabela 3 – Tipo de cura e valores da resistência à compressão aos 28 e 90 dias de idade
Argamassa
AC1
ACP1
ACP2
AN1
AMP1
AME1
Cura normal
24hL+CC
24hL+CS
65,5 / 65,8
42,9 / 50,2
56,8 / 60,8
52,0 / 57,7
54,6 / 56,4
55,9 / 70,4
Exterior
57,6 / 61,6
49,9 / 49,5
49,7 / 51,0
30,7 / 39,6
49,6 / 50,7
41,6 / 48,9
Outras condições
Laboratório
55,6 / 58,4
52,7 / 56,8
49,3 / 53,3
37,1 / 40,5
47,6 / 52,7
45,5 / 50,8
4.2 Resistência à Tracção Directa
A resistência à compressão diametral, fct,sp, foi determinada, aos 28 e 90 dias de idade de
acordo com a norma americana ASTM C496-96 [23] em três provetes não normalizados
de 150 mm de diâmetro e de 50 mm de espessura segundo a metodologia de ensaio
proposta por Rocco et al. [24].
4.3 Módulo de Elasticidade
O módulo de elasticidade, Ec,j, é uma característica que exprime a deformabilidade de um
material. Os ensaios do módulo de elasticidade foram realizados aos 28 dias de idade, de
acordo com a especificação LNEC E397 [25]. O valor do módulo de elasticidade aos 90
dias de idade, foi estimado através da expressão definida na norma BS 8110 de 1995,
referida por Gutiérrez e Cánovas [26]:

f cm , j
E cj = E c,28 ×  0,4 + 0,6

f cm,28





(GPa)
(1)
em que: Ec,t - módulo de elasticidade tangente na idade t; Ec,28 - módulo de elasticidade
aos 28 dias de idade; fcm,t - resistência à compressão na idade t; fcm,28 - resistência à
compressão aos 28 dias de idade.
4.4 Capacidade de Deformação
A capacidade de deformação à tracção corresponde à extensão que os materiais
cimentícios podem suportar até à fendilhação devido à solicitação de cargas, à retracção e
às variações de temperatura. Na tabela 4 apresentam-se os valores da resistência à tracção
directa, do módulo de elasticidade e da capacidade de deformação à tracção aos 28 e 90
dias de idade [21].
Tabela 4 - Valores da tracção, módulo de elasticidade e da capacidade de deformação [21]
Argamassa
AC1
ACP1
ACP2
AN1
AMP1
AME1
Tracção directa (MPa)
28 dias
2,84
3,32
4,02
3,02
3,57
1,88
90 dias
4,47
3,72
4,37
3,20
4,38
3,27
Módulo de
elasticidade (GPa)
28 dias
90 dias
26,4
26,5
23,9
26,3
22,4
23,3
32,8
34,9
23,7
24,2
34,0
39,3
Capacidade de deformação
à tracção directa (10-3)
28 dias
90 dias
0,108
0,168
0,139
0,141
0,179
0,187
0,092
0,092
0,151
0,181
0,055
0,083
5. CARACTERIZAÇÃO DA RETRACÇÃO
5.1 Ensaios de Retracção Livre
Os ensaios de retracção livre foram realizados de acordo com o procedimento definido na
especificação LNEC E398 [27], aos 3, 7, 14, 28, 56 e 90 dias de idade, utilizando-se
provetes de 40×40×160 mm3.
5.2 Condições de Cura de Provetes
Nas fichas técnicas elaboradas pelos fabricantes das três argamassas pré-doseadas AC1,
ACP1 e ACP2, apenas na argamassa AC1 é recomendada a realização duma cura saturada
de 48 horas. Na tabela 5 indica-se o tipo de cura utilizado para cada argamassa bem como
os resultados dos ensaios de retracção livre.
5.3 Classificação da Retracção aos 28 e 90 dias de idade
Na tabela 6, resumem-se para as argamassas ensaiadas os valores da retracção livre, aos
28 e 90 dias de idade, εsh,28 e εsh,90, da capacidade de deformação à tracção directa, εcu,
apresentada em 4.4, a classificação das argamassas de acordo com o critério definido por
Emmons e Vaysburd [29] e a relação entre a retracção livre e a capacidade de deformação
à tracção directa, εsh/εcu.
Tabela 5 - Condições de cura e valores dos resultados da retracção [εsh×10-3]
Material Condições
de cura
3
AC1
L
0,106
AC1
72Hcs+CC - 0,206
ACP1
L
0,300
ACP1 72hCS+CC - 0,375
ACP2
L
0,006
ACP2 72hCS+CC - 0,131
AMP1 24hL+CC
0,070
AMP1 48hCS+CC - 0,350
AN1
24hL+CC
0,050
AME1 24CS+CC
0,062
7
0,425
0,218
0,687
0,413
0,100
0,200
0,131
0,025
0,188
0,038
Idade (dias)
14
28
0,563
0,888
0,500
0,587
1,050
1,250
0,688
0,750
0,362
0,456
0,438
0,681
0,238
0,413
0,219
0,463
0,294
0,419
0,188
0,475
56
0,968
0,619
1,350
0,719
0,487
0,744
0,506
0,463
0,469
0,625
90
0,968
0,700
1,468
0,875
0,550
0,900
0,563
0,638
0,488
0,500
Tabela 6 - Classificação da retracção das argamassas ensaiadas [21]
Argamassa
AC1/24L
AC1/72hCS
ACP1/24L
ACP1/72hCS
ACP2/24L
ACP2/72hCS
AMP1/24hL
AMP1/48hCS
AN1 /24LC
AME1 /24CS
Retracção livre
(εsh×10-3)
28 dias
90 dias
0,888
0,968
0,587
0,700
1,250
1,468
0,750
0,875
0,456
0,550
0,681
0,900
0,413
0,568
0,463
0,638
0,419
0,488
0,475
0,500
Classificação segundo
Emmons e Vaysburd [29]
28 dias
Moderada
Moderada
Elevada
Moderada
Baixa
Moderada
Baixa
Baixa
Baixa
Baixa
Relação
εsh/εcu
28 dias 90 dias
8,20
5,73
5,44
4,14
8,90
11,0
5,39
6,58
2,55
3,01
3,80
4,92
2,70
3,36
3,07
3,77
4,60
5,48
7,90
5,55
Da análise da tabela 6 podem extrair-se algumas conclusões:
a) Em geral, as argamassas pré-doseadas apresentam aos 28 e 90 dias de idade, valores de
retracção superiores aos das argamassas fabricadas em laboratório. A aplicação nas
argamassas pré-doseadas de curas saturadas nas primeiras horas conduziu, em geral, a
uma redução da retracção, verificando-se que o decréscimo aumentou com a duração
da cura saturada. Face aos resultados obtidos julga-se vantajosa a aplicação duma cura
saturada de 72 horas.
b) A introdução da emulsão polimérica, EP, na argamassa normal AN1, produzida com
CEM I 42.5 R, não causou uma redução da retracção. No entanto conduziu, a uma
menor relação εsh/εcu associada a uma maior capacidade de deformação à tracção. O
adjuvante expansivo não apresentou um efeito significativo na redução da retracção.
Apesar de ter apresentado um valor de retracção classificado como baixo, a relação
entre a capacidade de deformação à tracção directa excedeu, aos 28 dias de idade, o
limite de 6 que se recomenda.
c) As curas húmidas de 48 e 72 horas, ao contribuírem para a redução do valor da
retracção ao longo do tempo conferem às argamassas uma melhor capacidade de
retenção de água em relação à obtida com a cura do tipo L. Este comportamento irá
certamente, garantir um melhor desempenho destas argamassas no que diz respeito à
resistência à fendilhação, à durabilidade e à aderência ao suporte.
d) Para que se possa considerar uma argamassa adequada à aplicação em reparações
estruturais definiu-se um critério baseado no valor da relação εsh/εcu aos 28 dias de
idade, que não deve exceder o valor de 6. Para as condições de cura recomendadas nas
fichas técnicas dos produtos a argamassa ACP2 verificou este critério. Aplicando o
mesmo critério aos 90 dias de idade constata-se que este é verificado na maioria dos
casos, excepto para a argamassa ACP1.
6 CONCLUSÕES
Da análise dos resultados dos ensaios de compressão é possível extrair as seguintes
conclusões:
a) A resistência à compressão da argamassa comercial pré-doseada cimentícia não
atingiu o valor indicado pelo fabricante (AC1 - 75 MPa). A resistência à compressão
aos 28 e 90 dias de idade das três argamassas AN1, AMP1 e AME1, fabricadas em
laboratório com CEM I 42,5 R, excedeu a resistência à compressão da argamassa
comercial, ACP1. A cura saturada seguida de uma cura ao ar aplicada na argamassa
comercial modificada com o polímero em pó redispersivo, ACP1, favorece a evolução
da resistência à compressão. O pior resultado da resistência à tracção directa aos 28
dias de idade, foi obtida na argamassa modificada com adjuvante expansivo AME1;
b) Os valores do módulo de elasticidade das argamassas modificadas com polímeros são,
em geral, inferiores aos das argamassas cimentícias. Essa redução, tal como foi
referido por Emmons e Vaysburd [29], contribui para a diminuição das tensões
internas, reduzindo o risco de fendilhação e de delaminação do sistema de reparação;
c) As argamassas ACP2 e AMP1 modificadas com adjuvantes poliméricos do tipo
acrílico e de estireno-butadieno, apresentam uma capacidade de deformação superior à
da argamassa ACP1 modificada com um polímero em pó redispersivo. As curas
saturadas de 48 e 72 horas, ao contribuírem para a redução do valor da retracção ao
longo do tempo, conferem às argamassas uma melhor capacidade de retenção de água
em relação às obtidas com a cura no ambiente de laboratório L. Este procedimento irá
certamente garantir um melhor desempenho destas argamassas em termos de
fendilhação, durabilidade e de aderência ao suporte;
d) Com base no critério definido neste trabalho - relação entre a retracção livre e a
capacidade de deformação à tracção directa inferior a 6 - as argamassas de reparação
que apresentam elevada resistência à tracção directa e baixo módulo de elasticidade
proporcionam um melhor comportamento face à fendilhação por retracção [30].
7 REFERÊNCIAS
[1] Coutinho, A.; Gonçalves, A. Fabrico e Propriedades do Betão, Vol. III, LNEC,
Lisboa, 1994.
[2] Nunes, A.; Gonçalves, A; Ribeiro, B.; Esteves, P.; Silva J. Atenuar os efeitos da
retracção do betão. Arte&Construção, Nº 170, Novembro 2004, pp54-66.
[3] Baron, J. Fissuration du béton para hydratation localement différée du ciment. Paris,
Ministère de l´Equipement et du logement, Laboratoire des Ponts et Chaussés, Mai 1971.
[4] Veiga, M. Comportamento De Argamassas De Revestimentos de Paredes.
Contribuição para o estudo da sua resistência à fendilhação. Dissertação elaborada no
Laboratório Nacional de Engenharia Civil para obtenção do grau de Doutor em
Engenharia Civil pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, 1997.
[5] Bastos, P.; Nakakura, E.; Cincotto, M. Ensaios de Retracção de Argamassas nos
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Congresso Nacional De Argamassas De Construção 2005, Lisboa 24 e 25 de Novembro
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[6] Hori, A.; Morioka, M.; Sakai, E.; Daimon, M. Influence of Expansive additives on
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[7] Nagataki, S.; Gomi, H. Expansive admixture (mainly etringite). Cement Concrete
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