Reologia de Argamassas com Agregados Reciclados de Vidro

Luiz Antonio Pereira de Oliveira1, a, Tomás Fidalgo Peixeiro2,b

1Universidade Ceuma/C_MADE, Brasil/Portugal

2 Universidade da Beira Interior/ C_MADE, Portugal

aluiz.oliveira@ubi.pt, btomasfp56@gmail.com,

Palavras-chave: argamassas, agregados reciclados, residuos de vidro, reologia.

Resumo. O artigo apresenta um estudo experimental que procura conhecer a influência da

introdução de agregados miúdos oriundo da reciclagem de resíduos de embalagens de vidro

no comportamento reológico de argamassas. O estudo foi realizado em argamassas com

substituição de agregados miúdos de areia natural por agregados miúdos de vidro reciclado

com mesma granulometria. Uma argamassa de referência foi produzida com agregados

miúdos convencionais de traço em massa cimento:areia de 1:3 (cimento Portland CEM I 32,5R

e areia natural do rio Tejo 0/4). A quantidade de água foi ajustada para se obter uma

consistência pretendida. As substituições de agregados miúdos naturais por agregado de

vidro foram de 50%, 75% e 100%. As argamassas no estado fresco foram avaliadas pelos

ensaios de consistência por espalhamento, pela determinação de massa volúmica aparente

e pelo ensaio de reometria com recurso ao Reómetro Viskomat NT. Concluiu-se que a

substituição de agregados miúdos de areia natural por agregados miúdos de vidro reciclado

diminui a consistência, assim como a tensão de cedência relativa, porém aumenta o

comportamento tixotrópico das argamassas.

1. Introdução

Em Portugal, entre os resíduos sólidos urbanos e industriais, o vidro é o material com 100%

de potencial de reciclagem, porém devido a uma série de circunstâncias, apenas 40% dos

vidros são atualmente reciclados [1]. O vidro não é biodegradável e o depósito em aterros não

é a melhor solução em termos ambientais, sendo necessário obter novas utilizações para este

material. No entanto, este tipo de resíduo pode ser constituídos de componentes com

capacidades de desempenhar um papel importante como material de construção. Mesmo na

forma de “lixo”, os resíduos de vidro apresentam na sua estrutura uma forma de sílica

susceptível de se combinar com os hidróxidos de cálcio do cimento Portland ou da cal que

constituem as argamassas [2].

Desde a década de 60 que se tenta usar resíduos de vidro como agregados na produção de

concreto, mas sem sucesso, pois todas as experiências resultaram em anomalias devido a

reações expansivas no concreto [3 – 6]. Contudo, devido às novas tecnologias, sobretudo do

conhecimento de adições mitigadoras, a partir de 2000 foram retomadas as investigações

acerca do uso desses resíduos na produção de concretos e argamassas [7]. Chen et al [8]

concluíram que era possível produzir um concreto com 100% de agregados de vidro de várias

cores e em diferentes proporções, usando uma mistura com 80% de cimento e 20% de

metacaulim.

Na Austrália e nos Estados Unidos, o vidro proveniente do lixo e das centrais de reciclagem

já é usado em concretos na construção de edifícios [9].

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As embalagens de vidro são transformadas por meio de britagem em areia de vidro e suas

particulas tomam um formato bastante irregular, por vezes com caracteristicas lamelares.

Sabe-se que essas formas são pouco favoráveis à trabalhabilidade das argamassas. Há já

vários estudos realizados com concretos e argamassas que contém vidro como agregado

miúdo, porém muita pouca informação existe sobre a influência das características dos

agregados miúdos reciclados de embalagens de vidro no estado fresco das argamassas.

Em condições de consistência constante com o auxilio de um aditivo redutor de água, Oliveira

et al [10] verificaram que o aumento da porcentagem de substituição de agregado miudo

natural pelo reciclado de vidro diminui a consistência do concreto. A questão que se pretende

responder neste trabalho é se na fase argamassa o agregado miúdo reciclado de vidro tem

influência semelhante. Desta forma este artigo apresenta um estudo experimental sobre o

comportamento reológico de argamassas ditas plásticas, nas quais a areia natural foi

substituida por areia proveniente da reciclagem de embalagens de vidro em porcentagens de

substituição de 50, 75 e 100%.

2. Materiais.

Os materiais utilizados para a composição de argamassas foram: cimento Portland CEM I

32,5R, classificado de acordo com a norma portuguesa NP EN 197-1:2001 [11], areia natural

de origem fluvial, proveniente do rio Tejo (areia grossa) com um calibre 0/4, areia de vidro e

água potável. A areia do Tejo possui as seguintes características: dimensão máxima 4,0 mm

e módulo de finura 3,80 e massa volúmica 2650 kg/m3. A areia de vidro foi produzida em

laboratório para apresentar a mesma granulometria da areia natural a partir de resíduos de

vidro recolhido nos Serviços Municipalizados da Covilhã. A massa volúmica da areia de vidro

é 2520 kg/m3. O processo de produção da areia de vidro teve início com a lavagem dos

resíduos seguida de britagem e peneiramento para construir a curva granulométrica desejada.

3. Métodos

As argamassas foram realizadas e ensaiadas de acordo com as normas vigentes. Para se

conhecer a influência das partículas na trabalhabilidade da argamassa, procedeu-se a medida

da consistência das argamassas pelo método da mesa de espalhamento (flow table), segundo

a EN 1015-3 [12], ilustrada na Fig. 1.

Figura 1 – Mesa de espalhamento flow table (EN 1015-3)

A massa volúmica da argamassa no estado fresco foi determinada em acordo com a Norma

EN 1015-6:1999 [13]. A massa volúmica da argamassa é determinada pela relação entre a

massa de argamassa contida em um recipiente de 1 dm3 de volume. O recipiente cilindrico é

primeiramente preenchido até meia altura e em seguida a argamassa é compactada com 10

pancadas resultantes da oscilação do recipiente em lados alternados sobre uma superfície

rígida na qual é largado de uma muito pequena altura (30 mm aproximadamente). Em seguida

enche-se o resto do cilindro e repete-se o processo de compactação. O valor da massa

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volúmica é obtido pelo quociente da massa de argamassa no recipiente pelo respetivo

volume.

A determinação dos parâmetros reológicos das argamassas foi realizada com recurso ao

Reômetro Viskomat NT (Figs. 2 (a) e (b)) que é especificamente direcionado para esse fim. O

procedimento do ensaio consiste em colocar argamassa no recipiente do reômetro até uma

referência no recipiente. Um perfil de velocidade que mais se adequa à argamassa em estudo

e aos dados que se pretendem analisar é selecionado. Esta informação é enviada para o

reômetro, que após ordem do utilizador, automaticamente realiza o ensaio. Esta rotação tem

como consequência uma resistência por parte da argamassa identificada pelo valor de torque

(N.mm) medido e registrado pelo reômetro no computador.

O perfil selecionado neste trabalho foi um perfil denominado de “STEP”. Neste perfil a

velocidade aumenta de 20 em 20 rpm em intervalos de 60 segundos até um máximo de 120

rpm, valor a partir do qual começa a reduzir a sua velocidade igualmente em intervalos de 20

em 20 rpm em intervalos de 60 segundos até parar. A Fig. 3 apresenta o perfil “STEP” utilizado

no presente estudo. Este perfil permite obter os valores de viscosidade plástica e também da

tensão de cedência relativas.

Figura 2 - Reómetro Viskomat NT (a) e computador (b)

Figura 3 - Perfil “STEP”

0

20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8 10 12

Vel

oci

dad

e (r

pm

)

tempo (min)

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4. Resultados e Discussão

4.1. Consistência por espalhamento ou flow table

Tal como já foi referido, o primeiro objetivo de estudo com a argamassa fresca foi o de definir

a proporção em massa de água de amassadura necessária para se obter um valor na mesa

de espalhamento de 190 ± 10 mm, o que caracteriza uma argamassa plástica. Na Tabela 1

apresenta-se os valores obtidos nos ensaios de consistência por espalhamento.

Tabela 1 – Diâmetro de espalhamento pelo ensaio de consistência - EN 1015-3 Erro! Fonte de

referência não encontrada.

Mistura Areia de vidro (%)

Umidade (%)

Diâmetro de espalhamento médio (mm)

Referência 0 17 188,8

1 50 17 181,5

2 75 17 207,5

3 100 17 203,5

A Tabela 1 indica que para uma argamassa de referência obteve-se o intervalo pretendido

inicialmente, de 190 ± 10 mm, para classificar a argamassa como plástica. Um valor de

porcentagem de água de 17% da massa total dos materiais secos foi portanto fixado para que

o teor água seja uma constante no estudo. Uma vez fixado o teor de água a ser usado para

todas as argamassas, os resultados obtidos apenas diferem devido à substituição dos

agregados miúdos de areia natural por agregados miúdos de vidro reciclado.

Os resultados da Tabela 1 apontam que a argamassa com porcentagem de substituição de

50% vidro apresenta um valor mais baixo no ensaio de espalhamento. A substituição de 75%,

apresenta o valor de espalhamento mais alto, ou seja, uma argamassa com maior fluidez e

menos consistente. Contrariando a tendência de aumento da fluidez com o aumento da

substituição de areia natural por vidro, o resultado obtido para uma porcentagem de 100% é

bastante similar aquele que foi obtido para 75%, com uma diferença inferior a 2%. Para uma

porcentagem de 50% a influência do vidro pode ser entendida como sendo resultante da

interferência da forma das partículas. Note-se que a argamassa com 50% de areia de vidro

apresenta um valor cerca de 4% inferior ao apresentado pela argamassa de referência.

O grande aumento na fluidez observado nas argamassas com as maiores porcentagens de

vidro deve-se ao fato dos agregados de vidro serem praticamente impermeáveis e possuirem

uma superfície menos rugosa quando comparados com os agregados de areia natural [14].

Já os resultados obtidos para uma porcentagem de 50% parecem indicar que esta quantidade

de agregados de vidro não são suficientes para contrariar a absorção de água por parte das

partículas do agregado de areia natural, podendo haver mesmo uma incompatibilidade nas

formas dos agregados – areia natural com uma forma quase esférica e os agregados de vidro

com uma tendência mais lamelar – que levou a que houvesse uma diminuição do

espalhamento da argamassa. Observações de Oliveira et al [15] identificaram uma tendência

do vidro em apresentar forma lamelar após britagem. Embora esta alegação exija um maior

número de réplicas ou seja de ensaios de fluidez ou espalhamento, prorroga-se ao estudo

reológico a confirmação ou não dessa tendência, ou seja do efeito de interferência de

partículas.

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4.2. Ensaio de massa volúmica aparente

Os valores obtidos no ensaio de massa volúmica aparente das argamassas estudadas no

estado fresco são os apresentados na Fig. 4.

Figura 4 - Massa volúmica aparente das argamassas no estado fresco

Na Fig. 4, nota-se uma clara diminuição da massa volúmica com o aumento da porcentagem

de substituição de agregados miúdos de areia natural por agregados miúdos de vidro

reciclado. Esta diminuição pode ser explicada pelo fato do vidro ter uma massa volúmica

inferior à da areia natural, o que vai fazer que quanto mais se substitua a areia natural por

areia de vidro reciclado, menor será o valor da massa volúmica da argamassa resultante

dessa mistura.

4.3. Caraterização reológica das argamassas

Para o estudo reológico das argamassas foi usado no reómetro Viskomat NT um perfil “step”

– descrito no capitulo 3. O perfil step permite homogeneizar o valor de torque para

determinados pontos singulares de velocidade de rotação e assim definir melhor os

parâmetros reológicos das argamassas.

As relações entre torque x velocidade obtidas nas argamassas estudadas são os

apresentadas na Fig. 5. Como pode ser observado, é necessário um elevado impulso inicial

para desagregação das partículas (breakdown) e colocar a argamassa em movimento. Após

esta “inércia” inicial, as partículas tendem a estabelecer ligações menos coesas o que faz

diminuir o torque, sendo que o aumento da velocidade também contribui para que tal

aconteça. A argamassa que apresenta um maior valor de torque inicial é a argamassa com

75% de agregados de vidro sendo que o menor valor é apresentado pela argamassa com

50% de agregados de vidro. Tanto a argamassa de referência como a argamassa com 100%

de agregados de vidro apresentam valores intermédios e bastante aproximados entre si.

Tendo em vista essa característica de inércia das argamassas, que depende do seu histórico

de mistura e repouso antes do ensaio, os parâmetros reológicos são obtidos com a curva

descendente ou seja aquela de reconstrução.

2609

2490,1

2442,6

2411,4

2300

2350

2400

2450

2500

2550

2600

2650ρ

(kg/m

3)

0% de vidro (referência) 50% de vidro 75% de vidro 100% de vidro

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Figura 5 - Curvas Torque x Velocidade para as argamassas em estudo

O comportamento tixotrópico observado e definido pela histerese formada pela curva torque

x velocidade ascendente e descendente, conforme se ilustra na Fig. 6, pode-se ser

quantificada para fins comparativos através das suas áreas de histerese. Os resultados

obtidos são apresentados na Tabela 2. Com o aumento da porcentagem de substituição de

agregados miúdos de areia natural por agregados miúdos de vidro aumenta a área de

histerese das curvas, que corresponde à energia necessária para a destruição da estrutura

da argamassa. O fato da área ser maior, significa que na fase decrescente de velocidade, o

reómetro necessita de aplicar menos torque o que quer dizer que o material se reconstrói com

mais facilidade. Assim, pode-se concluir que o aumento da porcentagem de vidro favorece a

facilidade de reconstrução da estrutura das argamassas, ou seja, aumenta a tixotropia destas.

Definiu-se como tixotropia o valor da área de histerese apresentado na Tabela 2.

Tabela 2 - Tixotropia relativa das curvas de cedência Torque x Velocidade

Argamassa Tixotropia (N.mm.min)

0% de vidro (referência) 671,7

50% de vidro 677,9

75% de vidro 741,9

100% de vidro 782,6

0

50

100

150

200

0 20 40 60 80 100 120

Torq

ue (

N.m

m)

Velocidade (rpm)

0% de vidro 50% de vidro 75% de vidro 100% de vidro

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Figura 6 - Torque x Velocidade para argamassa com 100% de agregado reciclado de vidro

O modelo de caracterização reológica que é considerado o mais apropriado para caracterizar misturas à base de cimento ou seja de comportamento não newtoniano é o modelo de Bingham e como tal, os parâmetros reológicos são obtidos segundo esse modelo e apresentados na Tabela 3. As curvas que são mais adequadas para a determinação dos parâmetros reológicos são aquelas que são obtidas em regime de velocidade decrescente, como já mencionado anteriormente, pois é nesta fase que ocorre o fenómeno de reconstrução estrutural da argamassa, ainda que apenas parcialmente.

Figura 7 - Torque x Velocidade para a argamassa de referência

Figura 8 - Torque x Velocidade para a argamassa com 50% de vidro

0

50

100

150

200

250

0 20 40 60 80 100 120

Torq

ue

(N

.mm

)

Velocidade (rpm)

y = 0,1828x + 51,054R² = 0,9806

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 20 40 60 80 100 120 140

Torq

ue (

N.m

m)

Velocidade (rpm)

y = 0,241x + 44,406R² = 0,9941

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 20 40 60 80 100 120 140

Torq

ue (

N.m

m)

Velocidade (rpm)

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Figura 9 - Torque x Velocidade para a argamassa com 75% de vidro

Figura 10 - Torque x Velocidade para a argamassa com 100% de vidro

As Figs. 7 a 10 ilustram as retas obtidas ao se aplicar o modelo de Bingham nos resultados médios de cada patamar do perfil “step”, enquanto a intersecção dessas retas identificam a tensão os valores de tensão de cedência relativa a inclinação das mesmas retas definem a viscosidade plástica relativas das argamassas.

Tabela 1 - Equações do modelo reológico de Bingham (perfil de “step”) e parâmetros reológicos

Argamassa Modelo de Bingham R2 T0 μ

T = T0 + μv

0% de vidro (referência) T = 51,054 + 0,1828v 0,9806 51,054 0,1828

50% de vidro T = 44,406 + 0,241v 0,9941 44,406 0,241

75% de vidro T = 28,309 + 0,3091v 0,9954 28,309 0,3091

100% de vidro T = 33,247 + 0,2617v 0,9872 33,247 0,2617

Em que:

𝑇 – Torque [N.mm]; 𝑇0 - Tensão de cedência relativa [N.mm]; 𝜇 - Viscosidade plástica relativa [N.mm.min]; 𝑣 – Velocidade [rpm].

A argamassa com 75% de substituição por agregados reciclados de vidro é aquela que

apresenta um valor de tensão de cedência relativa inferior, seguida da argamassa com 100%

de agregados de vidro e daquela com 50%. Dos ensaios de caracterização reológica pode-se

concluir que qualquer substituição de agregados miúdos de areia natural por agregados

y = 0,3091x + 28,309R² = 0,9954

0

10

20

30

40

50

60

70

0 20 40 60 80 100 120 140

Torq

ue (

N.m

m)

Velocidade (rpm)

y = 0,2617x + 33,247R² = 0,9872

0

10

20

30

40

50

60

70

0 20 40 60 80 100 120 140

Torq

ue (

N.m

m)

Velocidade (rpm)

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miúdos de vidro na composição das argamassas resulta numa redução da tensão de corte de

pelo menos 13%.

Os resultados obtidos no ensaio de caracterização reológica estão quase em concordância

total com aqueles que foram obtidos no ensaio de consistência por espalhamento

apresentados no subcapitulo 4.2. com exceção da argamassa com 50% de agregados de

vidro. Tal como já foi referido, a argamassa que apresentou um menor valor de tensão de

cedência foi a que contém 75% de agregados de vidro sendo também esta a que no ensaio

de flow table demonstrou uma menor consistência e maior espalhamento. A argamassa de

100% também segue o mesmo padrão do ensaio de consistência, sendo aquela que

apresenta o segundo valor mais elevado de espalhamento neste ensaio e também o segundo

valor mais elevado de tensão de cedência no ensaio reológico. Já a argamassa com 50% de

vidro, no ensaio reológico apresenta um valor de tensão de cedência inferior ao da argamassa

de referência, o que não está em concordância com os resultados obtidos no ensaio de

consistência por espalhamento, apresentando uma consistência inferior ao da argamassa de

referência, ainda que os seus valores sejam relativamente próximos, como pode ser

observado na Fig.11.

Figura 11 - Comparação da tensão de cedência com o diâmetro de espalhamento.

Observando a Fig. 11, pode-se concluir que há uma tendência de relação direta entre a tensão

de cedência relativa e o diâmetro médio medido na mesa de espalhamento. Apesar de esta

tendência não ser diretamente proporcional à porcentagem de agregados miúdos de vidro

usada, é claro que para os maiores valores de substituição, a tensão de cedência e o diâmetro

de espalhamento sofrem uma diminuição.

Esta relação pode ser explicada pela forma das partículas. Numa argamassa com 100% de

agregados de vidro, apesar de haver mais água disponível devido à maior impermeabilidade

do vidro em relação à areia natural, o efeito de forma das partículas de vidro pode aumentar

a tensão de cedência. Contudo, visto que as diferenças entre os diâmetros médios de cada

argamassa são mínimas, estas podem ser devidas à precisão do ensaio, pelo que estas

conclusões podem ser pouco exatas.

Os valores das áreas de histerese (indicador de comportamento tixotrópico) aumentam com

o aumento da porcentagem de substituição de agregados miúdos de areia natural por

agregados miúdos de vidro, o mesmo não se passa com os valores dos parâmetros

reológicos, pelo que não é possível estabelecer uma relação entre eles.

Ref

50%vidro

75%vidro

100%vidro

T = -7,3689D + 183,18R² = 0,7587

0

10

20

30

40

50

60

18,00 18,50 19,00 19,50 20,00 20,50 21,00

Tensã

o d

e c

edência

(N

.mm

)

Diâmetro médio (cm)

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5. Conclusões

Os resultados obtidos no estudo aqui apresentado permite tirar as seguintes conclusões:

- A introdução de agregados de vidro diminui a consistência da argamassa no estado fresco,

não sendo ainda assim diretamente proporcional ao aumento da porcentagem de vidro na

mistura. Esta diminuição da consistência pode ser explicada pela maior impermeabilidade dos

agregados de vidro quando comparados com os agregados de areia natural. A não linearidade

dos resultados pode ser devida à incompatibilidade da forma dos agregados de vidro com os

agregados de areia natural.

- Devido à menor massa volúmica do vidro quando comparado com a areia natural, o aumento

da porcentagem de vidro na argamassa resulta numa diminuição linear da massa volúmica

aparente desta no estado fresco.

- O comportamento tixotrópico das argamassas aumenta com o aumento da porcentagem de

agregados de vidro presentes na mistura. Com o aumento da referida porcentagem, as áreas

de histerese aumentam o que significa que a reconstrução do material é favorecido pela

introdução de agregados de vidro.

- A substituição de agregados miúdos de areia natural por agregados miúdos de vidro

reciclado resulta numa redução do valor da tensão de cedência relativa. Em geral, essa

tendência também é observada no ensaio de consistencia por espalhamento, ainda que os

valores para cada porcentagem de substituição não estejam em concordância a 100%.

5. Agradecimentos

Este trabalho foi parcialmente financiado com fundos através da FCT – Fundação para a Ciência e Tecnologia, I.P, no âmbito da unidade de investigação C-MADE, Centre of Materials and Building Technologies (CIVE – Centro-covilhã), Projeto: UID/ECI/04082/2013, Universidade da Beira Interior, Portugal.

6. Referências

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II Congresso Luso-Brasileiro de Materiais de Construção Sustentáveis

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[12] European Committee for Standardization EN 1015-3:1999. Methods of test for mortar for

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[13] European Committee for Standardization EN 1015-6:1999. Methods of test for mortar for

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