UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ GABRIEL AUGUSTO … · AGRADECIMENTOS Aos nossos pais José Irani...

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

GABRIEL AUGUSTO CARVALHO

MURILO GOMES

VICTOR AUGUSTO VILLARDO SIMÕES

EFEITO DA ADIÇÃO DE SÍLICA ATIVA, NANOTUBOS DE CARBONO E NANOSSÍLICA NA RETRAÇÃO DE ARGAMASSAS DE REPARO DE CIMENTO

PORTLAND

CURITIBA

2013

GABRIEL AUGUSTO CARVALHO

MURILO GOMES

VICTOR AUGUSTO VILLARDO SIMÕES

EFEITO DA ADIÇÃO DE SÍLICA ATIVA, NANOTUBOS DE CARBONO E NANOSSÍLICA NA RETRAÇÃO DE ARGAMASSAS DE REPARO DE CIMENTO

PORTLAND

CURITIBA

2013

Trabalho de conclusão de curso apresentado à disciplina Trabalho Final de curso como requisito parcial à conclusão do Curso de Engenharia Civil, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná. Orientador: Profº. Drº. Marcelo Henrique Farias de Medeiros

AGRADECIMENTOS

Aos nossos pais José Irani Carvalho e Lúcia Kowalek Carvalho (Gabriel), Renato João Gomes e Marise Blitzkow Gomes (Murilo), Sérgio Roberto de Camargo Simões e Débora Vilardo Simões (Victor), pelo apoio, carinho e compreensão.

Aos nossos irmãos Letícia Viviane Carvalho, Renato Gomes, Rafaela Gomes e Sérgio Simões pelo apoio e amizade dedicados.

Ao nosso orientador Professor Doutor Marcelo Henrique Farias de Medeiros, pela dedicação, apoio e orientação neste trabalho.

Ao Professor Eduardo Pereira pelo apoio e conhecimentos técnicos transmitidos.

Às garotas Cibele Maggioni Martins e Débora Harmel por compartilharem seus conhecimentos e ao apoio durante o desenvolvimento do trabalho.

Aos nossos colegas Paulo Henrique (Linho) e José Carlos Amaral (Zé) pelo auxílio prestado.

A todos que de alguma forma contribuíram para a conclusão deste trabalho.

RESUMO

Nas últimas décadas vem crescendo a necessidade de se aumentar a durabilidade de estruturas de concreto. Neste contexto surgem os reparos, elementos cada vez mais presentes nas estruturas. Estas intervenções são necessárias em decorrência das mais diversas manifestações patológicas, desde falhas construtivas a ação de intempéries. A técnica de intervenção corretiva mais utilizada é a de reparos localizados com argamassas de base cimenticía, e uma das patologias mais comumente encontrada quando se faz uso dessa técnica é a fissuração devido a retração. Novas tecnologias como a adição de componentes a argamassa visando a melhoria de suas características, entre elas a retração, vem sendo estudadas. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo estudar os efeitos da adição de novos materiais à argamassa de reparo como nanotubos de carbono (NTC) e nanossílica (nS), em comparação com materiais já utilizados, como a sílica ativa, no comportamento das argamassas de reparo quanto a retração, autógena e por secagem. O ensaio de retração e a apresentação dos resultados foram realizados segundo a norma ASTM C490-1997. A partir deste estudo concluiu-se que a adição de nanotubos de carbono intensificou a retração da argamassa nas idades iniciais, a adição de nanossilica não apresentou efeito sobre a retração da argamassa em nenhuma idade e que nenhuma adição apresentou influência na retração em idades avançadas.

Palavras-chave: Argamassa de Reparo, Retração, Sílica Ativa, Nanotubos de

Carbono e Nanossílica.

ABSTRACT

Recently has been growing the need to increase the durability of concrete structures. In this context the repairs arise, elements increasingly present in structures. These interventions are necessary as a result of various pathologie, from constructive failures to weathertights. The most used corrective intervention is the cementitious mortars localized repairs, and one of the most commonly encountered pathologies is due to shrinkage cracking. Technologies as adding new components to mortars in order to improve its features, including the retraction, have been studied. Thus, this paper aims to study the effects of adding new materials such as carbon nanotubes (NTC) and nanosilica (nS) on the behavior of repair mortars on autogenous and drying shrinkage, comparing its results to the ones presented by materials that have been already in use, such as silica fume. The tests and presentation of results are performed according to ASTM C490-1997. From this study it was concluded that the addition of carbon nanotubes intensified shrinkage in the early ages of the mortar, adding nanossilica had no effect on the shrinkage of the mortar at any age and that no additions have had any influence on shrinkage at advanced ages.

Keywords: Repair Mortar, Shrinkage, Silica Fume, Carbon Nanotubes and

Nanosilica.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................................... 1

1.1 ESCOPO GERAL ............................................................................................................................. 1

1.2 OBJETIVO ...................................................................................................................................... 2

1.3 JUSTIFICATIVA .............................................................................................................................. 2

1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO .......................................................................................................... 3

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................................................. 4

2.1 ARGAMASSA ................................................................................................................................. 4

2.2 ARGAMASSA DE REPARO ............................................................................................................. 8

2.3 ADIÇÕES À ARGAMASSA ............................................................................................................ 11

2.3.1 SÍLICA ATIVA ........................................................................................................................... 13

2.3.2 NANOTECNOLOGIA ................................................................................................................ 16

2.3.2.1 NANOTUBOS DE CARBONO .................................................................................................... 17

2.3.2.2 NANOSSÍLICA .......................................................................................................................... 21

2.4 RETRAÇÃO .................................................................................................................................. 24

2.4.1 RETRAÇÃO PLÁSTICA .............................................................................................................. 26

2.4.2 RETRAÇÃO AUTÓGENA .......................................................................................................... 26

2.4.3 RETRAÇÃO TÉRMICA .............................................................................................................. 29

2.4.4 RETRAÇÃO POR SECAGEM ..................................................................................................... 29

2.5 ASTM C490 ................................................................................................................................. 31

3. METODOLOGIA .............................................................................................................................. 33

3.1 MATERIAIS UTILIZADOS .............................................................................................................. 33

3.2 MOLDAGENS, PROPORCIONAMENTO DE MATERIAIS E FORMA DE MISTURA .......................... 36

3.2.1 PREPARO DAS ARGAMASSAS ................................................................................................. 37

3.2.2 MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA, DESFORMA E CURA .................................................. 40

3.3 PROCEDIMENTO DO ENSAIO DE RETRAÇÃO .............................................................................. 41

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES .......................................................................................................... 43

4.1 ANÁLISE DE RESULTADOS ........................................................................................................... 46

4.2 COMPARAÇÃO ENTRE OS TRAÇOS ............................................................................................. 50

5. CONCLUSÕES.................................................................................................................................. 54

5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .................................................................................. 55

6. REFERÊNCIAS ................................................................................................................................. 56

7. ANEXOS .......................................................................................................................................... 61

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Esquema genérico de um sistema completo de reparo localizado, adaptado de Castro,

Pazini e Helene (1998) apud Medeiros (2002). ........................................................................................ 9

Figura 2 - Mecanismos de redução da exsudação na pasta de cimento pela adição de sílica ativa (L.

HJORTH apud MALHOTRA e MEHTA, 1996). .......................................................................................... 15

Figura 3 - Representação esquemática da formação dos nanotubos de carbono. (a) folha de grafeno,

(b) e (c) folha de grafeno enrolando e (d) nanotubo de carbonoo fechado (COUTO, 2006). ................ 17

Figura 4– A) modelo para o nanotubo de parede simples; B) nanotubo de paredes múltiplas (NERI,

2011). ..................................................................................................................................................... 18

Figura 5 - Estrutura de NTC simples camada, poltrona, ziguezague, espiral (BATISTON, 2007)............ 19

Figura 6 - MEV indicando os NTC (setas em vermelho) no composto com matriz de cimento

(BATISTON, 2007). .................................................................................................................................. 20

Figura 7 - Esquema dos parâmetros do processo de formação da nanosílica. ...................................... 23

Figura 8 - Processo de Produção da Nanosilica. ..................................................................................... 24

Figura 9 - Redução do diâmetro do poro e água adsorvida nas superfícies, modificado (BATISTON,

2007). ..................................................................................................................................................... 28

Figura 10 - Movimento da água na estrutura de C-S-H baseada no modelo de Feldman; (BATISTON,

2007) ...................................................................................................................................................... 28

Figura 11- Fissuras causadas por retração hidráulica em viga de concreto (ISAIA, G. 2011). ............... 31

Figura 12 - Fluxograma de Metodologia ................................................................................................ 33

Figura 13 - Curvas Granulométricas das Areias utilizadas. LUAN (2012). .............................................. 35

Figura 14- Argamassadeira utilizada na preparação das argamassas .................................................... 37

Figura 15 - A) Ensaio de Consistência; B) Argamassa desagregada após o ensaio. ............................... 39

Figura 16 - Moldagem dos corpos de prova ........................................................................................... 40

Figura 17 - Tanque de cura. .................................................................................................................... 40

Figura 18 - A) Relógio Comparador zerado; B) Medição de corpo de prova. ........................................ 41

Figura 19 - Gráfico de Variação do comprimento. ................................................................................. 43

Figura 20 - Gráfico de Retração .............................................................................................................. 44

Figura 21 - Gráfico de Retração com eliminação de espúrios ................................................................ 45

Figura 22 - Gráfico de Retração pelo Critério de Eliminação de Espúrios - REF. .................................... 47

Figura 23 - Gráfico de Retração pelo Critério de Eliminação de Espúrios - SA - 0,10 ............................ 47

Figura 24 - Gráfico de Retração pelo Critério de Eliminação de Espúrios – SA – 0,20. .......................... 48

Figura 25 - Gráfico de Retração pelo Critério de Eliminação de Espúrios – NTC. .................................. 48

Figura 26 - Gráfico de Retração pelo Critério de Eliminação de Espúrios – nS. ..................................... 49

Figura 27 - Linhas de tendência de retração das amostras .................................................................... 50

Figura 28 - Retrações Médias ................................................................................................................. 50

Figura 29 - Gráfico comparativo das amostras aos 15 dias .................................................................... 51

Figura 30 - Gráfico Comparativo das Amostras aos 32 dias ................................................................... 52

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Critérios de classificação e tipos de argamassas (ISAIA, G. 2010) ........................................... 4

Tabela 3 - Propriedades Químicas e Físicas do Cimento Portland CP V. ................................................ 34

Tabela 4 - Granulometria das Areias ...................................................................................................... 34

Tabela 5 - Traços utilizados na pesquisa ................................................................................................ 36

Tabela 6 - Modelo de Tabela de Medição .............................................................................................. 42

1

1. INTRODUÇÃO

1.1 ESCOPO GERAL

Segundo Selmo (1989), argamassas são conceituadas pela Engenharia Civil

como materiais obtidos através da mistura, em proporções adequadas, de

aglomerante(s), agregado(s) miúdo(s) e água, com ou sem aditivos. A composição

das argamassas está fortemente condicionada pelo suporte onde são aplicadas e

pelos materiais que a compõe. A quantidade de água adicionada também influencia

na qualidade final da argamassa, dependendo de alguns fatores, tais como, a

natureza do suporte, a temperatura, o vento, a espessura das camadas

(MARGALHA, 2011).

As argamassas podem ser classificadas de acordo com vários critérios, tais

como tipo de aglomerante, consistência, forma de preparo, plasticidade e densidade

da argamassa. Podem ser classificadas também com base nas funções que

exercem, dentre as quais vale destacar a de construção de alvenaria, revestimento

de teto e paredes, revestimento de piso e recuperação de estruturas. As argamassas

que têm por função a recuperação de estruturas são chamadas argamassas de

reparo. Os principais requisitos para este tipo de argamassa são boa

trabalhabilidade, aderência ao concreto e armadura, baixa retração, alta resistência

mecânica e baixa permeabilidade (ISAIA, 2011).

Adição é todo o “material inorgânico finamente dividido, que pode ser

adicionado à argamassa com o objetivo de obter ou melhorar propriedades

especificas.” (ALMEIDA, 2010).

Estudos recentes apresentam novas formas de adição que buscam servir

como alternativas mais sustentáveis, pois atuam substituindo parcialmente o cimento

das argamassas. Dentre as novas tecnologias que vêm sendo aplicadas neste setor;

é válido citar os nanotubos de carbono (NTC) e a nanossílica. Os NTCs são

nanoestruturas cilíndricas com diâmetros da ordem de poucos nanômetros e

comprimentos da ordem de mícrons, levando a grandes razões

comprimento/diâmetro. Os nanotubos de carbono são formados a partir de uma

camada de grafite (grafeno) que se enrola, produzindo cilindros perfeitos

(FERREIRA, 2003).

2

Com relação a nanossílica é possível defini-la como sendo partículas de sílica

de tamanho nanométrico. Por apresentar a mesma composição química que o

quartzo, a mesma constituição física amorfa da Sílica Ativa e um tamanho muito

inferior em suas partículas, a nanosílica reage de forma mais eficiente nas adições

em argamassas e concreto, conferindo aos mesmos uma melhor coesão e baixa

permeabilidade (TECNOSIL, 2012). Assim sendo, no âmbito da construção civil,

ensaios são realizados a fim de se poder diagnosticar o real efeito que estas adições

proporcionam nas argamassas e concretos.

1.2 OBJETIVO

Desenvolver um estudo referente à adição de sílica ativa, nanotubos de

carbono e nanossílica em argamassa de reparo de cimento Portland e avaliar o

efeito gerado por essa adição em termos de retração da argamassa. Propõe-se a

realização do ensaio de retração da norma ASTM C490 em corpos de prova cuja

composição varia, a fim de comparar uma argamassa de referência (sem adições)

com outras que possuem adição de sílica ativa, nanotubos e nanossílica.

1.3 JUSTIFICATIVA

A argamassa de reparo é um excelente artifício utilizado para corrigir

deteriorações superficiais em estruturas de concreto, de modo a proteger as

armaduras dos efeitos causados por intempéries. Porém a perda de água da

argamassa para o meio, através da evaporação, gera o fenômeno de retração. Essa

ocorrência acaba por reduzir o desempenho da argamassa de reparo, o que

ocasiona na necessidade de fazer-se nova restauração.

O estudo de novas técnicas de adição a argamassas de reparo é de suma

importância, visto que pode resultar em meios de aumentar o desempenho e a

durabilidade destas argamassas. Dentre os estudos mais recentes na área, destaca-

se a adição de sílica ativa, nanotubos de carbono e nanossílica.

Realizar pesquisas referentes a estes materiais permite avaliar qual sua

verdadeira contribuição para o mercado da construção civil, observando até que

3

ponto sua adição em argamassas fornece uma melhoria dos parâmetros químicos e

físicos considerados, além de analisar sua viabilidade econômica.

1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO

A estrutura deste trabalho está dividida em 6 capítulos.

O primeiro capítulo apresenta uma breve introdução sobre o assunto, bem

como objetivos e justificativas para o presente trabalho.

O capítulo seguinte, capítulo 02, comporta a revisão bibliográfica, em que são

abordados conceitos sobre argamassas, argamassa de reparo, adições feitas às

argamassas e retração das argamassas.

O capítulo 03 apresenta uma descrição dos materiais e métodos utilizados

neste trabalho para a obtenção dos resultados.

Já o capítulo 04 expõe os resultados obtidos na pesquisa, através de tabelas,

gráficos e comparações.

No capítulo 05 são apresentadas as conclusões, considerações finais e

sugestões para estudos futuros.

4

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 ARGAMASSA

As primeiras misturas a obter êxito na junção de blocos da alvenaria foram

denominadas de argamassa, mistura de cal, água e areia para as construções. Com

o passar do tempo, a prática dos artífices consagrou um novo tipo de argamassa

com um material aglomerante inventado em 1824, o cimento Porland, acrescentado

em proporções variadas, conforme a aplicação. A argamassa adquiriu então o

significado de mistura plástica cimentosa composta principalmente de cal hidratada,

cimento portland, areia e água, com ou sem aditivos, que penetra nas reentrâncias

dos blocos construtivos, aglomerando-os firmemente (GUIMARÃES, 2002).

Segundo Mehta (2008), as argamassas são misturas de cimento, areia, água

e outros materiais, como cal, saibro, barro, caulim ou outros plastificantes da região,

acrescentados à argamassa, visando ao aumento da plasticidade. No Brasil, este

material construtivo carece de estudos tecnológicos aprofundados. O conhecimento

técnico que se tem das argamassas inorgânicas até nossos dias, desenvolveu-se de

modo empírico, baseado em alguns conceitos para concreto. Para o concreto, por

exemplo, a resistência à compressão é de extrema importância, enquanto que para

muitas argamassas, esta propriedade representa apenas um parâmetro de

caracterização (RAGO et al., 1999).

As argamassas podem ser classificadas com relação a vários critérios, como

mostra a Tabela 1 apresentada a seguir.

Tabela 1 - Critérios de classificação e tipos de argamassas

Critério de Classificação Tipos

Natureza do Aglomerante Argamassa Aérea

Argamassa Hidráulica

5

Critério de Classificação Tipos

Tipo do Aglomerante Argamassa de cal

Argamassa de cimento

Argamassa de cimento e cal

Argamassa de gesso

Argamassa de cal e gesso

Número de Aglomerantes Argamassa Simples

Argamassa Mista

Consistência da Argamassa Argamassa Seca

Argamassa Plástica

Argamassa Fluida

Plasticidade da Argamassa Argamassa pobre ou magra

Argamassa média ou cheia

Argamassa rica ou gorda

Densidade de massa da

Argamassa

Argamassa leve

Argamassa normal

Argamassa pesada

Forma de preparo ou

fornecimento

Argamassa preparada em obra

Mistura semipronta para

argamassa

Argamassa Industrializada

Argamassa dosada em central

FONTE: ISAIA, 2010.

As argamassas podem ainda ser classificadas segundo suas funções, sendo

elas para construção de alvenaria, para revestimento de paredes e tetos, para

revestimentos de piso, para revestimentos cerâmicos e para recuperação de

estruturas (ISAIA, 2010).

6

As propriedades das argamassas são diretamente influenciadas pelos

materiais empregados na sua execução. Estas propriedades são relevantes para a

utilização final da mesma. As proporções dos vários materiais utilizados na

elaboração da argamassa e a mistura resultante devem ser homogêneas e estar de

acordo com o tipo de argamassa desejada. No seu estado inicial estes materiais

ostentam boa plasticidade, mas, quando a mistura endurece, apresentam rigidez,

resistência e aderência (ALMEIDA, 2010).

Para o uso de determinada argamassa, a mesma deve apresentar certas

propriedades fundamentais para seu desempenho como consistência,

trabalhabilidade, coesão, plasticidade, retenção de água, adesão inicial, aderência e

elasticidade.

Segundo Cincotto et al. (1995), consistência é a propriedade pela qual a

argamassa no estado fresco tende a resistir à deformação. A consistência é

diretamente determinada pelo conteúdo de água, sendo influenciada pelos seguintes

fatores: relação água/aglomerante, relação aglomerante/areia, granulometria da

areia, natureza e qualidade do aglomerante.

Em termos práticos, a trabalhabilidade significa facilidade de manuseio. Pode-

se dizer que uma argamassa é trabalhável, de um modo geral, quando ela distribui-

se facilmente ao ser assentada, não gruda na ferramenta quando está sendo

aplicada, não segrega ao ser transportada, não endurece em contato com

superfícies absortivas e permanece plástica por tempo suficiente para que a

operação seja completada (SABBATINI, 1984).

A coesão, segundo Cincotto et al. (1995), refere-se às forças físicas de

atração existentes entre as partículas sólidas da argamassa no estado fresco e às

ligações químicas da pasta aglomerante.

A plasticidade é a propriedade pela qual a argamassa no estado fresco tende

a conservar-se deformada após a redução das tensões de deformação. De acordo

com Cincotto et al. (1995), a plasticidade e a consistência são as propriedades que

efetivamente caracterizam a trabalhabilidade, e são influenciadas pelo teor de ar

aprisionado, natureza e teor de aglomerantes e pela intensidade de mistura das

argamassas.

A retenção de água é a capacidade da argamassa no estado fresco de manter

sua consistência ou trabalhabilidade quando sujeita a solicitações que provocam

7

perda de água por evaporação, sucção do substrato ou pela hidratação do cimento e

carbonatação da cal (CINCOTTO et al., 1995).

A adesão inicial da argamassa no estado fresco ao substrato é a propriedade

que caracteriza o comportamento futuro do conjunto substrato/revestimento quanto

ao desempenho decorrente da aderência (CINCOTTO et al., 1995).

A aderência da argamassa ao substrato pode ser definida como sendo a

capacidade que a interface substrato/argamassa possui de absorver tensões

tangenciais (cisalhamento) e normais (tração) a ela, sem romper-se SABBATINI

(1984).

Segundo Sabbatini (1984), elasticidade é a capacidade que a argamassa no

estado endurecido apresenta em se deformar sem apresentar ruptura quando sujeita

a solicitações diversas, e de retornar à dimensão original inicial quando cessam

estas solicitações. De acordo com Cincotto et al. (1995), a elasticidade é, portanto,

uma propriedade que determina a ocorrência de fissuras no revestimento e, dessa

forma, influi decisivamente sobre o grau de aderência da argamassa à base e,

conseqüentemente, sobre a estanqueidade da superfície e sua durabilidade (SILVA,

2006).

Segundo Carneiro (1999), usualmente a composição e a dosagem das

argamassas adotadas no Brasil são feitas com base em traços (massa ou volume)

descritos ou especificados em normas internacionais ou nacionais, como Associação

Brasileira de Normas Técnica (ABNT) e Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São

Paulo (IPT) e cadernos de encargos (SILVA, 2006). As proporções ideais devem ser

determinadas experimentalmente porque dependem dos materiais à disposição. Não

há receitas únicas, estas dependem do suporte e dos materiais que vão constituir a

argamassa (MARGALHA, 2011).

8

2.2 ARGAMASSA DE REPARO

Os serviços de reabilitação de estruturas de concreto envolvem a

implementação de uma série de procedimentos necessários à restituição dos

requisitos de segurança estrutural e de durabilidade originalmente previstos para

essas estruturas. Por outro lado, o reforço das estruturas desses concretos objetiva

adequá-las a novos requisitos funcionais, como por exemplo, mudança nos

carregamentos de uma edificação ou no trem tipo de uma ponte (ISAIA, 2010).

Segundo Souza e Ripper (1998), quando os serviços a serem executados

numa estrutura, não implicarem na introdução de materiais com a finalidade de

aumentar ou de reconstituir a capacidade portante dela, são denominados trabalhos

de recuperação ou de reparo da estrutura, em caso contrário, simplesmente reforço.

De acordo com a profundidade dos danos, os serviços de reparo ou

recuperação podem ser classificados em reparos rasos ou superficiais, reparos

semiprofundos e reparos profundos, sendo que os reparos rasos, por sua vez, são

classificados em pequenas ou em grandes áreas, de acordo com a dimensão da

área a intervir.

A função da argamassa de reparo para estruturas de concreto é reconstituir

geometricamente os elementos estruturais em processo de recuperação. Para isso

são necessários alguns requisitos e propriedades como a trabalhabilidade, aderência

ao concreto e armadura originais, baixa retração, resistência mecânica, baixa

permeabilidade e absorção de água (ISAIA, 2010).

Os reparos localizados são um dos sistemas de recuperação mais utilizados

em estruturas de concreto e podem ser diversificados em função do preparo do

substrato, tipo de argamassa, forma de aplicação e proteção final (MEDEIROS,

2002). A Figura 1 ilustra os quatro componentes que podem estar presentes em um

reparo localizado.

9

Figura 1 - Esquema genérico de um sistema completo de reparo localizado, adaptado de Castro, Pazini e

Helene (1998) apud Medeiros (2002).

Os reparos em argamassa destinam-se a superfícies de qualquer tamanho em

área, mas apenas para pequenas profundidades. Essa técnica é normalmente

empregada apenas para os casos em que o concreto está deteriorado nas camadas

de cobrimento das armaduras, sendo, portanto, de grande importância a inexistência

de anomalias no interior do elemento, ou que as mesmas sejam tratadas antes da

utilização desta técnica (ISAIA, 2008).

O tipo de argamassa a ser utilizada em reparos superficiais de concreto deve

ser definido basicamente em função da deterioração ocorrida, na qualidade final

desejada e no custo. Os tipos de argamassas que podem ser utilizadas em serviços

dessa natureza são argamassa de cimento e areia, argamassas com polímeros,

argamassas epoxídicas e argamassa projetada (ISAIA, 2008).

A argamassa projetada é um método que permite a aplicação do reparo sem a

necessidade de formas, além de ser feito em áreas muito restritas. É um método

bastante econômico e garante uma boa produtividade em relação aos demais.

Aceita, ainda, a incorporação de fibras para melhorar a aderência e reduzir a reflexão

(PINHO, 2006).

10

A argamassa de reparo convencional consiste em uma mistura de cimento,

areia e água, geralmente confeccionada no traço 1:3 em volume e com relação

água/cimento de 0,45. Ela pode ser aplicada diretamente sobre a superfície tratada,

ou sobre uma ponte de aderência que pode ser epóxi. No caso de reparos

superficiais em grandes áreas, a argamassa deve ser aplicada por faixas de no

máximo 1 m de largura e com uma espessura máxima de 1 cm, para diminuir os

efeitos da retração. No caso de reparos semiprofundos e profundos, o serviço deve

ser executado por camadas de no máximo 1 cm de espessura, pressionando com

força contra a camada anterior (LATORRE, 2002).

As argamassas com polímeros são argamassas de cimento e areia, com

adição de resinas sintéticas poliméricas e que permitem a redução da água da

mistura mantendo a plasticidade, reduzindo a permeabilidade e aumentando a

aderência (LATORRE, 2002).

As argamassas epóxis são aquelas em que o aglomerante é uma resina

epóxi, possuem elevadas resistências mecânica e química, além de apresentarem

excepcional aderência ao aço e ao concreto. São recomendadas para recuperação

de superfícies de vertedouros, canais e bordas de juntas de dilatação, pistas e

rodovias de concreto e elementos expostos a agentes agressivos (LATORRE, 2002).

O material a ser utilizado dependerá da natureza do serviço, das causas que o

tornaram necessário e da finalidade do elemento estrutural. A argamassa a ser

utilizada em reparos superficiais de concreto deve ser definida, basicamente, em

função da deterioração ocorrida, na qualidade final desejada e no custo (LATORRE,

2002).

11

2.3 ADIÇÕES À ARGAMASSA

Segundo a ASTM C 125 define-se aditivo/adição qualquer material, exceto

água, agregados, cimentos hidráulicos ou fibras, utilizado como ingrediente do

concreto ou da argamassa e adicionado à massa imediatamente antes ou durante a

mistura. Estes materiais são adicionados com inúmeras finalidades, como, por

exemplo, aumentar a plasticidade do concreto ou argamassa sem aumentar o

consumo de água, retardar ou acelerar o tempo de pega, acelerar as taxas de

desenvolvimento da resistência nas primeiras idades, entre outros (MEHTA, 2008).

As adições à argamassa podem ser do tipo mineral, materiais silicosos

finamente moídos, normalmente adicionados em grandes quantidades, que variam

por massa de material cimentício (MEHTA, 2008).

As adições minerais são utilizadas como um meio de substituição parcial do

clínquer ou cimento, que não só reduz o impacto ambiental como também o volume

de extração de matérias primas por parte da indústria da construção civil. Elas são,

normalmente, resíduos provenientes de outras indústrias, os quais geralmente

seriam descartados em locais impróprios e em grande quantidade. As adições

minerais podem ser classificadas em três grupos: material pozolânico, material

cimentante e fíler (TAVARES, 2008).

Os materiais pozolânicos podem ser divididos em naturais e artificiais (NBR

12653/1992; MONTANHEIRO et al., 2002). Pozolanas naturais são aquelas cuja

origem é vulcânica, geralmente de caráter petrográfico ácido (65% de SiO2) ou de

origem sedimentar com atividade pozolânica. Já as pozolanas artificiais são

materiais resultantes de processos industriais ou provenientes de tratamento térmico

com atividade pozolânica (NBR 12653/1992), e podem ser divididas em argilas

calcinadas, cinzas volantes e outros materiais (NETTO, 2006). A principal

propriedade de uma pozolana é a sua capacidade de reagir e se combinar com o

hidróxido de cálcio, formando compostos estáveis de poder aglomerante, tais como:

silicatos e aluminatos de cálcio hidratados. Dessa forma, em compostos a base de

cimento Portland, o hidróxido de cálcio liberado pela hidratação dos silicatos reage

com a pozolana, utilizada como substituição parcial do cimento, resultando em uma

produção extra de silicatos de cálcio hidratados, que são produtos mais estáveis do

cimento hidratado (OLIVEIRA et al., 2004). As pozolanas são normalmente utilizadas

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de duas formas: como substituição parcial do cimento ou como adição em teores

variáveis em relação à massa ou volume do cimento, conforme SILVEIRA (1996)

apud SANTOS (2006). Porém, independentemente de como a pozolana é utilizada, a

reação pozolânica e os benefícios associados são os mesmos (MEHTA, 1987).

Porém, deve-se considerar que cada material possui suas características próprias, o

que proporciona resultados diferentes (NETTO, 2006).

O material cimentante é aquele capaz de formar produtos cimentantes, como

o C-S-H (silicato de cálcio hidratado), sem a necessidade do hidróxido de cálcio

presente no cimento Portland. Sua hidratação é lenta, porém quando usado como

adição ou substituição em cimento Portland, é acelerada na presença de hidróxido

de cálcio e gipsita, como é o caso da escória granulada de alto-forno (FONSECA,

2010). Sua composição é baseada em silicatos contendo Ca, Mg, Al e Si e possui

dimensões de agregado miúdo. O material cimentante passa pelo processo de

secagem e moagem ficando com dimensões inferiores a 45 µm (KANNING, 2010).

Com relação ao fíler, pode-se dizer que se trata de um material finamente

moído sem atividade química, cuja atuação é basicamente um efeito físico de

empacotamento granulométrico e ação como pontos de nucleação para a hidratação

dos grãos de cimento (DAL MOLIN, 2005). Segundo Neville (1987), o fíler calcário é

um material finamente moído, com aproximadamente a mesma finura do cimento

Portland que, devido a suas propriedades físicas apresenta um efeito benéfico sobre

as propriedades do concreto, tais como a trabalhabilidade, densidade,

permeabilidade, capilaridade ou exsudação. Geralmente são materiais inertes, no

entanto, é visto como vantajoso o fato de que podem apresentar alguma propriedade

hidráulica ou reagirem com os produtos de hidratação da pasta sem causar nenhum

prejuízo. De fato, os fílers podem ativar a hidratação do cimento atuando como

pontos de nucleação. Além do papel de nucleação, constatado por Ramachandran

(1984), o fíler calcário (CaCO3) se incorpora parcialmente na fase silicato de cálcio

hidratado, beneficiando a estrutura da pasta de cimento hidratada. Este material

difere das demais adições por ser praticamente inerte quimicamente, isto é, pouco

reage com a água e com os compostos de cimento hidratado. Isto significa que não

possui atividade pozolânica, produzindo apenas efeitos físicos de tamponamento dos

poros e complemento da curva granulométrica (MORAES, 2001).

Uma das principais estratégias no desenvolvimento sustentável na indústria

da construção civil é aumentar a durabilidade dos materiais. Normalmente, nos

13

materiais a base cimento Portland isso pode ser conseguido com a substituição

parcial do clínquer Portland por adições minerais. A presença de tais adições

modifica as características microestruturais e as propriedades dos materiais no

estado fresco e endurecido. No entanto, o desempenho de um material cimentício

depende da interação das adições com o cimento, sendo relevante a seleção

criteriosa dos muitos materiais disponíveis e das proporções dos constituintes para

sua composição (SENFFI, et al., 2010).

Os materiais adicionados na forma de particulados finos apresentam forte

tendência a formar aglomerações quando em contato com a água. Essas

aglomerações são indesejáveis no caso do cimento Portland, uma vez que afetam o

comportamento reológico no estado fresco e as propriedades mecânicas e de

durabilidade no estado endurecido. Desse modo, para produzir suspensões mais

estáveis procura-se elevar as forças repulsivas entre partículas, favorecendo sua

dispersão no meio aquoso. Aditivos químicos podem atuar através de fenômenos

físico-químicos distintos e reações superficiais podem acontecer em pontos

localizados das partículas de cimento que apresentam maior reatividade. Os

compostos adsorvidos modificam as propriedades da superfície do cimento e suas

interações com a fase líquida e com outras partículas sólidas, como agregados e

adições (SENFFI, et al., 2010).

A utilização de adições minerais à base de cimento em materiais tem crescido

nos últimos anos, devido à ação de sustentabilidade e meio ambiente ou devido às

vantagens técnicas alcançadas no produto final. Quando usado como uma

substituição parcial do cimento, adições adequadas podem melhorar o desempenho

dos materiais através de modificações nos estado fresco e endurecido, propriedades

físicas e químicas, bem como a hidratação e microestrutura (SENFFI, et al., 2010).

2.3.1 SÍLICA ATIVA

A sílica ativa, ou microssílica, é um resíduo oriundo das indústrias de ferro-

ligas e silício metálico. Pelas suas propriedades químicas (teor de SiO2 > 85%) e

físicas (superfície específica média de 20 m²/g) este material é considerado uma

excelente pozolana que, quando usado no concreto, além de atuar quimicamente

14

também atua de forma física, através do efeito microfíler. Desta forma, a sílica ativa é

proposta como um material alternativo para melhorar as características de concretos

e argamassas de revestimento superficial. O emprego deste material melhora as

condições de porosidade, a aderência pasta/agregado e a reação com os produtos

de hidratação do cimento, resultando em compostos mais resistentes (DAL MOLIN,

et al., 2005).

Sua atuação química ocorre pela reação pozolânica. A sílica ativa consiste

num material altamente pozolânico, isto é, de alta reatividade, capaz de reagir com o

hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) para a formação de silicato de cálcio hidratado (C-S-

H), responsável pela resistência da pasta de cimento hidratado (ALMEIDA, et al.,

2006). O efeito físico (efeito microfíler) acontece pelo reduzido tamanho das

partículas (~ 0,1 µm), que se introduzem entre os grãos de cimento e se alojam nos

interstícios da pasta, reduzindo o espaço disponível para a água e atuando como

pontos de nucleação dos produtos de hidratação, o que proporciona um refinamento

da estrutura de poros (VIEIRA, et al., 2002).

Há diferentes tipos de sílica ativa com relação à composição química, cor,

distribuição granulométrica e outras características. Esta variação existe em função

do tipo de liga produzida, tipo de forno, composição química e dosagem das

matérias-primas (FONSECA, 2010). A partir do seu aproveitamento, a sílica ativa se

apresenta em diversos estados para uso na construção civil:

• Não-densificada: é a sílica em seu estado bruto, da maneira em que foi

produzida. Esta apresentação do material não é muito utilizada por dois

motivos básicos: primeiramente, por estar em pó, o manuseio da sílica é difícil

tanto para a indústria que a produz quanto para sua aplicação no concreto ou

argamassa, e como sua dispersão em pó é muito grande resulta numa

densidade pequena quando comparada a outras formas possíveis de tratar a

sílica. Esta densidade inferior implica em menor massa de material

transportado num mesmo volume, o que não é vantajoso em termos

econômicos.

• Densificada: esta é uma das maneiras mais comuns de se encontrar a sílica

ativa. Através de um processo eletroestático, partículas de sílica são

carregadas e terminam por atraírem-se umas às outras, formando pequenos

aglomerados esféricos.

15

• Suspensão Aquosa: a sílica ativa pode ser misturada a água em iguais

proporções de massa para formar uma calda de sílica pronta para ser

aplicada ao concreto/argamassa.

• Pelotizada: muitos produtores de sílica a aglomeram na forma de duras

pelotas através do uso de pequenas quantidades de água. Este processo

mostra-se muito eficiente como meio de descartar a sílica ativa por reduzir

bastante a poeira que esta produz e facilitar seu transporte até o local de

disposição. Este tipo de sílica não é recomendável para uso direto em

concretos ou argamassas uma vez que tal processo não é facilmente

reversível e a sílica não reagirá na mistura de maneira adequada, mesmo com

a utilização de vibração mecânica (ALMEIDA, 2007).

A sílica ativa é umas das adições minerais de maior reatividade, graças ao

tamanho extremamente pequeno de suas partículas e à sua natureza amorfa. Suas

partículas são esféricas, de diâmetro cem vezes menor que o do cimento. Por terem

uma área específica elevada e granulometria média mais fina que os cimentos, as

partículas da sílica ativa densificam a zona de transição por ação física e química,

gerando uma microestrutura mais densa e homogênea, com reduzido volume de

vazios (FONSECA, 2010).

A Figura 2 a seguir apresenta a atuação da sílica ativa na pasta de cimento.

Figura 2 - Mecanismos de redução da exsudação na pasta de cimento pela adição de sílica ativa (L. HJORTH

apud MALHOTRA e MEHTA, 1996).

16

2.3.2 NANOTECNOLOGIA

A palavra “nanotecnologia” está associada com tecnologias que possibilitam a

construção de materiais ou estruturas, a partir dos próprios átomos e numa escala

extremamente reduzida aos nossos sentidos: a do nanômetro (nm), uma subunidade do

metro e que corresponde à bilionésima parte do metro (10-9 m). Um referencial

comparativo dessa dimensão é tomar uma escala de 1000 km. Nela, um nanômetro

corresponderia a um objeto com 1 mm de extensão (RIBOLD, 2009).

A nanotecnologia se fundamenta no desenvolvimento de técnicas e de ferramentas

adequadas para posicionar átomos e moléculas em locais previamente estabelecidos, de

maneira a obter estruturas e materiais de interesse. Para tanto, estão sendo

constantemente desenvolvidos instrumentos adequados para trabalhar nessa escala

microscópica (RIBOLDI, 2009).

O surgimento desta tendência recente de desenvolvimento de nanotecnologia abriu

uma nova possibilidade para o melhoramento dos materiais cimentícios como concretos e

argamassas, e atualmente as adições em nano escala mais utilizadas são a nanossílica

(NS) e os nanotubos de carbono (NTC) (MARCONDES, 2012).

A justificativa para isto é que algumas pesquisas já realizadas comprovaram o bom

desempenho das nanopartículas quando adicionadas a argamassas de cimento. Devido

ao seu tamanho minúsculo, tais partículas contribuem para o preenchimento de vazios e,

conseqüentemente, para a melhoria de diversas propriedades desses materiais

(MARCONDES, 2012).

Para Sanchez (2010), quando se alteram as dimensões de um material do tamanho

macro para o nano, ocorrem mudanças significativas em sua condutividade elétrica,

absorção ótica, reatividade química e nas propriedades mecânicas. Com a redução no

tamanho, mais átomos localizam-se na superfície das partículas, implicando a uma

mudança considerável na energia de superfície e na morfologia desta superfície. Como

resultado, todos esses fatores alteram as propriedades básicas e a reatividade química

dos nanomateriais (MARCONDES, 2012).

17

2.3.2.1 NANOTUBOS DE CARBONO

O nanotubo de carbono, pequeno cilindro oco formado por átomos de

carbono, foi descoberto na década de 90 pelo pesquisador japonês Sumio Ijima.

Este material possui escala nanométrica e mede, aproximadamente, 3 nm de

diâmetro por 1000 nm de comprimento, sendo que um nanômetro corresponde a um

bilionésimo do metro (MARCONDES, et al., 2010).

Os nanotubos de carbono são materiais formados por uma folha de grafeno

enrolada em dimensões nanométricas, com a cavidade interna oca, conforme mostra

a Figura 3 (COUTO, 2006).

Figura 3 - Representação esquemática da formação dos nanotubos de carbono. (a) folha de grafeno, (b) e (c)

folha de grafeno enrolando e (d) nanotubo de carbonoo fechado (COUTO, 2006).

Desde a sua descoberta, os nanotubos de carbono têm sido alvo de intensa

pesquisa, graças às suas notáveis propriedades de condutividade térmica,

condutividade elétrica, entre outras. Podem obter-se dois tipos de nanotubos de

carbono, cujo diâmetro varia. Os nanotubos de carbono de parede única apresentam

reduzidos diâmetros, entre 1 e 2 nm, enquanto que os nanotubos de carbono de

parede múltipla têm um diâmetro maior, usualmente entre 10 e 100 nm. Após a sua

síntese, os tubos podem conter impurezas, cuja limpeza é crítica, de modo a obter

estabilidade térmica e uma boa dispersão dos tubos em nanocompósitos. Os

nanotubos de carbono, devido à sua natureza organofílica, podem ser dispersos

diretamente na matriz polimérica, ao invés das partículas de sílica e argila que,

devido a serem hidrofílicas, necessitam de um tratamento prévio (KASHIWAGI et al.

2002) apud (PARAMÉS et al., 2010).

18

Os nanotubos podem ser abertos, ou fechados em suas extremidades através

de dois semi-fulerenos; suas dimensões variam de 10 a 100 nm de diâmetro e

podem chegar a vários centímetros de comprimento. A direção em que as folhas de

grafeno se curvam para formar os tubos, ou quiralidade, determina suas

propriedades eletrônicas e estruturais.

Os nanotubos podem ainda ser classificados como de parede simples

(SWCNT – do inglês single walled carbon nanotube) ou de paredes múltiplas

(MWCNT – mult-walled carbon nanotube) como ilustra a Figura 4 a seguir.

Figura 4– A) modelo para o nanotubo de parede simples; B) nanotubo de paredes múltiplas (NERI, 2011).

Existem várias possibilidades de formação dos tubos de grafite. Estas

configurações influenciam as propriedades dos NTC principalmente suas

características eletrônicas. Deste modo, a formação de um nanotubo é definida por

um vetor e um ângulo quiral (ROMERO et al., 2002). O vetor quiral é definido pela

equação:

Onde:

Ch é o vetor quiral;

a1 e a2 são vetores unitários do retículo de grafeno;

n e m são números inteiros.

O ângulo quiral, θ, é o ângulo entre a direção ziguezague e o vetor quiral do

nanotubo. Ele varia entre 0º e 30º, sendo que quando θ = 0º o nanotubo formado

será do tipo ziguezague, quando θ = 30º será do tipo poltrona e no restante do

intervalo será do tipo espiral. Os NTC dos tipos ziguezague e espiral são

19

semicondutores enquanto os do tipo poltrona são condutores (ROMERO et al.,

2002). O ângulo quiral θ pode ser dado pela equação:

A variação de combinações existe e não se controla a formação de um ou

outro tipo de NTC em específico, sendo que na configuração MWNT pode-se ter

NTC de vários tipos concêntricos, sendo poltrona, espiral ou ziguezague. O processo

de produção tanto de SWNT como de MWNT são os mesmos, porém para se obter

SWNT devem-se controlar com maiores cuidados os parâmetros de produção e

purificação. Estes também são produzidos em quantidade bem menor que os

MWNT, o que torna seu custo mais elevado (BATISTON, 2007). A Figura 5 a seguir

apresenta os vários tipos de nanotubos concêntricos.

Figura 5 - Estrutura de NTC simples camada, poltrona, ziguezague, espiral (BATISTON, 2007)

O estudo dos NTC como reforço em matriz de cimento é bastante recente e

existem poucas publicações sobre o assunto. Estes reforços foram citados pela

20

primeira vez em 2003 por Makar e Beaudoin (2003), porém com sérias restrições

quanto à porcentagem de NTC incorporada.

Segundo Li et al. (2005), os NTCs formam pontes através dos poros do

cimento e nas fissuras causando uma redistribuição de carregamentos na matriz. A

fibra de carbono também atua formando pontes através dos poros de cimento, porém

devido a menor área de contato entre a fibra e a matriz de cimento, tem força menor

que a ligação entre os NTCs e a matriz. A Figura 6 a seguir mostra os NTCs dentro

da microestrutura da matriz cimentícia.

Figura 6 - MEV indicando os NTC (setas em vermelho) no composto com matriz de cimento (BATISTON, 2007).

A ancoragem dos NTCs nas estruturas de C-S-H e o CH do cimento hidratado

se dá pelas estruturas carboxílicas resultantes do tratamento para dispersão.

Segundo Li et al. (2005), as carboxilas ligam-se ao cálcio tanto do CH quanto do C-

S-H formando uma ligação covalente, o que gera uma grande força de ancoragem

entre as estruturas e permite a redistribuição de esforços entre os NTCs e os

hidratos (BATISTON, 2007).

A aplicação dos nanotubos de carbono na dosagem dos concretos ainda é um

horizonte a ser perseguido. Os estudos atuais se concentram na interação dos

nanotubos de carbono com o cimento, de modo que as pesquisas têm se restringido

a pastas e argamassas (MARCONDES, et al., 2010).

21

2.3.2.2 NANOSSÍLICA

Nos últimos anos, o uso de nanopartículas tem recebido atenção especial em

muitos campos de aplicação com o propósito de fabricar materiais com novas

funcionalidades. No caso dos materiais a base de cimento, as partículas de sílica de

tamanho nanométrico, chamadas de nanossílica (NS), podem através das reações

pozolânicas com o hidróxido de cálcio, principalmente favorecer a maior formação de

silicato de cálcio hidratado (C-S-H). Como resultado, uma maior densificação da

matriz de cimento será obtida e, por conseguinte, uma maior resistência e

durabilidade de pastas, argamassas ou concretos. Vários autores estudaram a

influência da nano-SiO2 em propriedades como resistência a compressão ou flexão,

índice de consistência, calor de hidratação, tempo de pega, além da microestrutura.

Entretanto, não houve indicação do uso da reologia nos trabalhos consultados

(SENFFI, 2009).

Partículas de nanossílica ou nano-SiO2, podem ocupar os pequenos espaços

existentes entre as partículas de gel do C-S-H, atuando como um nanofiler das

partículas de cimento (LOCH, et al., 2011).

O termo sílica coloidal refere-se a dispersões estáveis de partículas discretas

de sílica amorfa (ILER, 1979). Uma dispersão estável de partículas coloidais nesse

caso significa que as partículas sólidas não se aglomeram e não sofrem

sedimentação a uma taxa significativa (BERGNA, 2006). Comercialmente, as sílicas

coloidais podem ser encontradas na forma de colóides ou de pós e tamanho de

partícula inferior a 100 nm. No interior das partículas de sílica existem SiO2 na forma

anidra e átomos de silício na superfície que estão ligados a grupos hidroxilas (OH-)

através de ligações covalentes (ILER, 1979; BERGNA, 2006). Além disso, é possível

encontrar na superfície da sílica os grupos silanóis (-Si-OH) e grupos siloxanos (-Si-

O-Si-). Para as partículas coloidais totalmente hidroxiladas em sua superfície,

(ZHURAVLEV, 1987) definiu que o valor da concentração de grupos OH se encontra

entre 4,6 a 4,9 OH/nm2. Esse resultado é independente da origem e das

características estruturais, tais como a área de superfície específica e densidade de

empacotamento da partícula (SENFF, 2009).

A presença de grupos silanóis sobre a superfície da sílica, associada a grande

área superficial, justifica o fato da nanossílica apresentar grande reatividade

22

superficial em relação aos demais tipos de adições minerais. Essa característica é

responsável pela elevada capacidade de adsorção de espécies aquosas, tais como

materiais iônicos ou de natureza orgânica (FUKUSHI & SATO, 2005). Portanto, o

comportamento da sílica será influenciada principalmente pelas reações químicas da

interface e vão depender da concentração, distribuição e tipo de grupos hidroxilas e

presença de pontes de siloxanos (BERGNA, 2006 e LUCIANO SENFF, 2009).

Nanosílica coloidais são suspensões aquosas de sílica gel amorfa em escala

nanométrica (geralmente entre 1 e 100 nm), não porosa e partículas normalmente

esféricas. Na superfície da partícula de nanosílica existem hidroxilas que lhe

conferem polaridade e fazem com que seja possível estabelecer ligações de

hidrogênio com a água. O pH da suspensão é aspecto relevante para a estabilidade

das nanocargas no meio aquoso. As hidroxilas do meio básico abstraem o

hidrogênio do grupo silanol (Si-OH), formando água, a superfície da nanocarga

apresenta grupos Si-O- com carga negativa, que evitam a aglomeração e

precipitação das nanopartículas (FERRAZ, 2012).

A seguir tabela que relaciona as características da nanopartícula com o pH.

Tabela 2 - Relação do pH com as características da nanopartícula

FAIXA DE pH

CARACTERÍSTICA DA NANOPARTÍCULA

Abaixo de 7,00

As partículas de nanosílica coloidal se encontram aglomeradas

7,5 - 10,5 As partículas encontram-se em suspensão

Acima de 10,5

O dióxido de silício apresenta-se dissociado na forma de ânions HSiO3

e SiO²3

FONTE: FERRAZ, 2012

23

O processo de produção da nanosílica é ilustrado na Figura 7 a seguir:

Trocador de Íon

Trocador de Íon

(Regenerador)

Reator

Silicato de Sódio

ConcentradorProduto Acabado

Na2.SiO2 Si(OH)4

(OH)3Si(OH) + (OH)Si(OH)3 (OH)3Si-O-Si(OH)3 + H2O

IniciaçãoTrocador de íons

Condensação - Polimerização

Figura 7 - Esquema dos parâmetros do processo de formação da nanosílica.

Os parâmetros do processo de formação da nanosílica têm influências sobre o

tamanho médio das partículas de sílica coloidal formadas (FERRAZ, 2012).

O princípio geral é: o sódio do silicato de sódio é removido por troca iônica.

Sem o sódio, a polimerização toma conta e as partículas começam a crescer. Após o

final do crescimento o produto é estabilizado e concentrado de acordo com a

necessidade. Para geração de partículas maiores, o ponto de partida são as

partículas menores para servir como sementes (FERRAZ, 2012). A seguir a Figura 8

ilustra o processo de produção da nanossilica.

24

Figura 8 - Processo de Produção da Nanosilica.

2.4 RETRAÇÃO

A retração é o resultado de um mecanismo complexo, associado com a

variação de volume da pasta aglomerante e apresenta papel fundamental no

desempenho das argamassas aplicadas, especialmente quanto à estanqueidade e à

durabilidade (ISAIA, 2010).

São muitas as variáveis que influem na retração, e podem ser separadas em

dois grupos: quanto à composição da mistura e quanto à condição de exposição. As

variáveis mais influentes no tocante à composição da mistura são a relação a/c e o

volume de pasta. Já quanto à condição de exposição são o período de cura, a

umidade relativa do ambiente, temperatura, relação superfície/volume, grau de

restrição e vento (PEÑA, 2004).

A retração depende de diversos fatores, dentre eles a distribuição

granulométrica da areia utilizada na argamassa. Uma distribuição contínua apresenta

menor retração que uma distribuição granulométrica descontínua que, por sua vez,

apresenta uma menor retração que uma distribuição uniforme (ISAIA, 2010).

Os materiais cimentícios se deformam quando são submetidos a ações

mecânicas, térmicas e hídricas. Para as ações térmicas e hídricas, duas

componentes podem ser distinguidas: (1) uma componente chamada endógena,

gerada pelo próprio material e que afeta todo seu volume, (2) uma componente

25

exógena, gerada pelos desequilíbrios térmicos e hídricos entre o material e o meio

externo (BATISTON, 2007).

A componente endógena é uma propriedade intrínseca do material; ela gera

uma deformação uniforme que só levará à fissuração se houver um impedimento

pelo menos parcial à ocorrência desta deformação. A retração química ou contração

Le Chatelier, ocorre devido à soma dos volumes dos componentes do cimento anidro

mais a água serem menores que a soma dos volumes dos componentes hidratados

do cimento. A capacidade desse fenômeno em gerar ou não uma variação do

volume aparente da peça depende de dois fatores: a rigidez e a porosidade do

material (BATISTON, 2007).

A componente exógena gera deformações não uniformes no volume

(gradientes de temperatura em peças espessas, gradientes de umidade devido à

dessecação do material), o que leva à criação de tensões na peça (BATISTON,

2007).

O fenômeno da retração pode ocorrer anteriormente ou posteriormente ao

endurecimento da argamassa. Anteriormente ao endurecimento pode ocorrer a

retração plástica, causada pela secagem prematura do concreto ou argamassa e/ou

por existência de armadura próxima da superfície do concreto e tem sua origem

entre trinta minutos a seis horas após o lançamento do concreto ou aplicação da

argamassa. Já, posteriormente ao endurecimento, pode ocorrer a retração térmica,

autógena ou por secagem (ISAIA, 2008).

Parte da retração pode ser considerada reversível, retornando a valores mais

próximos das dimensões originais (MEHTA, 2008). Geralmente, esta recuperação se

dá através de um molhamento da peça. Porém, a maior parte da retração não é

recuperada com o molhamento, sendo esta parte denominada de retração

irreversível, provavelmente em razão de mudanças na estrutura do C-S-H durante o

período de secagem (MEHTA, 2008).

Seja qual for a origem ou tipo de retração, suas conseqüências são,

principalmente, a formação de fissuras e micro fissuras, o que causa diminuição de

resistência mecânica e aumento da permeabilidade do concreto (GARCIA, 2001).

26

2.4.1 RETRAÇÃO PLÁSTICA

A retração plástica ocorre antes do fim de pega, ainda no estado fresco

através da evaporação rápida inicial da água de amassamento, pela superfície

exposta da mistura cimentícia, resultando em fissuração superficial, facilmente

observável (NETO, 2002).

Segundo Wittmann (1976) apud Aitcin (2000), retração plástica é a

deformação que ocorre na superfície da peça pela evaporação da água logo após a

moldagem, atuando quando o material seja ele pasta, argamassa ou concreto ainda

no estado fresco (GARCIA, 2001).

A retração plástica é influenciada pelo consumo de cimento, granulometria da

areia, teor de material pulverulento, quantidade de água adicionada para mistura da

argamassa e condições climáticas desfavoráveis (temperatura alta, umidade relativa

baixa e ventos fortes), dentre outros fatores (SILVA, et al.,2010)

A ocorrência deste fenômeno será tão mais intensa quanto maior for o

consumo de cimento, a relação a/c e as proporções de finos no concreto, estando

ligado ao fenômeno da exsudação. Se a evaporação da água da superfície for mais

rápida que a exsudação, podem ocorrer fissuras por retração plástica (HASPARYK

et al., 2005). No entanto, a perda de água por si mesma não permite prever a

retração plástica; depende muito da rigidez. Pode haver fissuração se a quantidade

de água perdida por unidade de área for grande e maior do que a água que sobe à

superfície por efeito da exsudação (SILVA, et al., 2006).

2.4.2 RETRAÇÃO AUTÓGENA

A retração autógena ocorre devido ao fenômeno da auto-secagem, que

corresponde a uma redução da água livre nos poros do material cimentício. Esse tipo

de retração também é conhecido como retração por hidratação e retração química,

sendo o processo também chamado de auto-secagem ou auto-dessecamento.

(TAVARES, 2008).

COUTINHO (1994) define retração autógena como a variação do volume de

concreto conservado sem trocas de umidade com o ambiente externo, à temperatura

27

constante e reina praticamente no interior de grandes massas ou até em peças com

seções superiores a 30 ou 40 cm. A secagem do concreto é afetada apenas numa

profundidade de poucos decímetros ao fim de alguns anos. No interior nada

acontece, como se não ocorressem trocas de umidade.

A retração autógena pode ainda ser definida como a mudança de volume sob

temperatura constante, e sem perda de umidade da mistura cimentícia para o meio

ambiente, é causada pela redução da umidade relativa no interior dos poros em

decorrência da evolução da hidratação do cimento (POWERS, 1968). Neste tipo de

retração, ocorre o consumo da água dos capilares em razão das reações de

hidratação resultando na retração do material (NETO, 2002). Este processo gera o

aparecimento de uma interface líquido-gás e, conseqüentemente, depressões

capilares e uma retração uniforme do material. Este tipo de fenômeno só ocorre se a

água dos poros não puder ser reposta por uma fonte externa, causando uma

diminuição do volume interno de água no material, isto ocorre mais facilmente em

peças de grandes dimensões (BATISTON, 2007).

A intensidade da retração autógena pode ser explicada por três mecanismos

que correspondem respectivamente ao consumo da água capilar, da água entre as

lamelas de C-S-H e da água adsorvida (HUA et al,.1995):

- Mecanismo de depressão capilar, derivado da equação de Kelvin e Laplace,

demonstra o equilíbrio da pressão de vapor dentro do poro e a umidade do meio

externo.

- Mecanismo da variação da pressão de desligamento ocorre quando a água

que está entre as superfícies do C-S-H é retirada causando a aproximação destas

superfícies.

- Mecanismo de variação da tensão superficial do sólido causado pela

diminuição da espessura da camada de água adsorvida (GARCIA, 2001).

A seguir as Figuras 9 e 10 ilustram estes mecanismos.

28

Figura 9 - Redução do diâmetro do poro e água adsorvida nas superfícies, modificado (BATISTON, 2007).

Figura 10 - Movimento da água na estrutura de C-S-H baseada no modelo de Feldman; (BATISTON, 2007)

TAZAWA et al. (2000) sugere que o resultado macroscópico da retração

autógena é soma da retração química mais o efeito físico da autosecagem, que seria

a retração por depressão capilar (NETO, 2002).

Apesar da retração autógena ser tridimensional, ela é comumente expressa

em forma de deformação linear, podendo assim ser calculada em conjunto com a

retração hidráulica. Ela também tende a aumentar com temperaturas mais altas e

teores de cimento maiores (TAVARES, 2008).

29

2.4.3 RETRAÇÃO TÉRMICA

As reações de hidratação do cimento são exotérmicas, ou seja, liberam calor

enquanto se processam. O calor liberado eleva a temperatura do concreto ou

argamassa durante os primeiros dias no período em que os mesmos encontram-se

no estado plástico, causando sua expansão proporcionalmente ao seu coeficiente de

dilatação térmica. (ISAIA, 2008).

Ao entrar no estado visco elástico, iniciam-se as restrições às expansões e

criam-se tensões de compressão. Quando o concreto e argamassa atingem sua

temperatura máxima, tem início a retração, e consequentemente, a diminuição das

tensões de compressão. A queda de temperatura acentuada cria tensões de tração,

originando as fissuras. (ISAIA, 2008).

Quando a taxa de hidratação diminui, a temperatura diminui e, como

consequência, tem-se a retração térmica ou contração térmica, que pode causar

sérios danos a determinadas estruturas (WITTMANN, 1982) apud (NETO, 2002).

Isaia (2008) define que diversos fatores influenciam na evolução da

temperatura e subsequentes distribuições de tensões, dentre estes a dimensão e

forma das estruturas, condições climáticas de exposição, variação sazonal da

temperatura ambiente, entre outros.

Em suma, a retração por origem térmica é devida ao calor gerado durante a

hidratação do cimento Portland, que causa tensões térmicas que tracionam o

concreto na fase de resfriamento. Estes problemas ocorrem principalmente em

estruturas massivas, onde o esfriamento à temperatura ambiente pode levar à

fissuração (HASPARYK et al., 2005).

2.4.4 RETRAÇÃO POR SECAGEM

A retração por secagem, ou retração hidráulica, é definida como a diminuição

do volume da peça de concreto devido à remoção da água da pasta endurecida de

cimento, quando o concreto “seca” pelo contato com o ar. (LAPA, 2008).

A retração por secagem acontece depois do fim da pega do cimento e ocorre

devido à redução dimensional causada pela evaporação da água de poro da mistura

30

cimentícia. Em um ambiente com umidade abaixo de 100%, na pasta de cimento dá-

se à perda de água e a consequente retração (NETO, 2002). É definida como um

fenômeno inevitável em estruturas de concreto armado em ambientes cuja umidade

está abaixo da condição de saturação, pois o fenômeno ocorre devido à perda de

água das estruturas de concreto para o ambiente. (BALTAR, 2004 apud TAVARES,

2008).

Esse tipo de retração se deve às movimentações da água que podem sair por

evaporação ou entrar por capilaridade, permeabilidade ou ainda por condensação

capilar. (COUTINHO, 1994). A intensidade da retração por secagem é influenciada

pela interação entre a água que evapora e a estrutura da pasta de cimento (GARCIA,

2001).

Os mecanismos que originam essas fissuras de retração por secagem são

semelhantes aos de retração plástica, porém com uma velocidade muito menor. A

perda da água de amassamento por cura insuficiente ou por uso de cimento com

maior superfície específica é acentuada. (ISAIA, 2008).

O fenômeno é natural e ocorre como conseqüência da hidratação dos

compostos anidros dos cimentos Portland. Para a explicação do fenômeno é

importante saber que existem diversos tipos de água e com graus diferentes de

dificuldade para serem removidos, como água livre, água capilar, água interlamelar

(água de gel), água adsorvida e água de cristalização (LAPA, 2008).

A água livre é toda a água que está na pasta de cimento ou no concreto, sem

sujeição a qualquer força, ficando livre para evaporar durante o endurecimento da

pasta e do concreto.

A água capilar pode ser livre ou retida por tensão capilar. A primeira se

localiza em grandes vazios, de diâmetro maior que 50µm, e sua remoção não causa

retração no sistema, enquanto a segunda se localiza em diâmetros menores (5 a

50µm) e sua remoção pode causar retração (LAPA, 2008).

A água adsorvida está próxima à superfície dos sólidos da pasta, com suas

moléculas fisicamente adsorvidas na superfície desta. Pode ser perdida por secagem

da pasta a 30% de umidade relativa, e sua perda é a principal responsável pela

retração da pasta por secagem.

A água de cristalização, ou quimicamente combinada, é parte integrante da

estrutura de vários produtos hidratados de cimento. Esta água não é perdida por

31

secagem, apenas por aquecimento a partir da decomposição dos hidratos (LAPA,

2008).

Concretos e principalmente pastas e argamassas que contenham maiores

teores de água de amassamento estão mais suscetíveis ao surgimento de fissuras

por retração hidráulica. A Figura 11 a seguir ilustra fissuras causadas por retração

hidráulica.

Figura 11- Fissuras causadas por retração hidráulica em viga de concreto (ISAIA, G. 2011).

2.5 ASTM C490

ASTM International (ASTM), originalmente conhecida como American Society for

Testing and Materials, é um órgão estadunidense de normalização. A ASTM

desenvolve e publica normas técnicas para uma ampla gama de materiais, produtos,

sistemas e serviços.

A ASTM C490 corresponde à prática padrão para o uso de aparelho para a

determinação da alteração do comprimento da pasta endurecida de cimento,

argamassa e betão. Esta prática tem a intenção de fornecer os requisitos padrão

para aparelho comum a muitos métodos de teste utilizados em ligação com o

cimento e concreto e os procedimentos normalizados para a sua utilização. Os

requisitos detalhados como materiais, misturas, espécimes, condicionamento de

amostras, número de amostras, idades em que as medições devem ser feitas,

32

interpretação dos resultados e de precisão e viés são deixados para serem tratados

em métodos de teste específicos.

A ASTM C490 é utilizada como base para o procedimento do ensaio de

retração em argamassas, pois mede a mudança no comprimento do corpo de prova.

Um aumento ou uma diminuição na dimensão linear de uma amostra de teste,

devido a outras causas que não a carga aplicada, é medida ao longo do eixo

longitudinal.

O cálculo da alteração do comprimento é realizado com base na seguinte

equação:

100)(

×

−

=

G

LLL

ix

L=Variação de Comprimento (%)

Lx=Valor Medido na data x

Li=Valor Medido Inicialmente

G=Comprimento útil do corpo de prova

33

3. METODOLOGIA

O estudo proposto desenvolveu-se por meio da comparação entre os resultados de ensaios de retração presentes nas normas técnicas da ASTM. Foram comparados os resultados de cinco diferentes traços, um para referência e os outros com diferentes tipos de adições às argamassas.

O fluxograma a seguir apresenta a metodologia empregada.

Traços Utilizados

• Referência;• Sílica Ativa –

0,10;• Sílica Ativa –

0,20;• Nanotubos de

Carbono;• Nanosílica.

Ensaios Realizados

• Ensaio de Retração –ASTM C490-1997;

• Ensaio de Flow-Table –ABNT NBR 13276-2005.

Comparação entre Resultados

• Apresentação dos Resultados;

• Discussão.

Figura 12 - Fluxograma de Metodologia

3.1 MATERIAIS UTILIZADOS

Para a realização desta pesquisa optou-se por materiais facilmente

encontrados na região de Curitiba – PR de modo a garantir à pesquisa um caráter

prático.

O cimento utilizado foi o Cimento Portland CP V – ARI fornecido pela empresa

Cia. de Cimento Itambé, localizada em Balsa Nova, região Metropolitana de Curitiba

- PR. Este tipo de cimento se diferencia dos demais por ficar um período maior de

tempo dentro dos moinhos, fazendo com que ele atinja um maior valor de finura

(Blaine) obtendo assim uma maior superfície específica, tornando este cimento muito

reativo nas primeiras idades, o que possibilitou a desforma após 24 horas. Este

cimento apresenta um baixo teor de adições, 5% de fíler calcário. As propriedades

químicas e físicas do cimento utilizado estão descritas na Tabela 3.

34

Tabela 3 - Propriedades Químicas e Físicas do Cimento Portland CP V - ARI.

Al2O3 SiO2 Fe2O3 CaO MgO SO3Perda ao

FogoCaO Livre

Resíduo Insolúvel

Equivalente Alcalino

% % % % % % % % % %

Nov. 4,06 19,22 2,65 60,61 4,63 2,26 3,19 1,75 0,76 0,62

Exp. Quente

Blaine #200 #325

mm Inicio Fim cm²/g % % 1 dia 3 dias 7 dias 28 dias

Nov. 0,7 02:44 03:32 4.388 0,27 1,59 21 35,2 42,3 49,9

Físicas

2012

2012 Tempo de Pega Resistência à Compressão

Químicas

FONTE: Itambé 2012.

Buscou-se utilizar a areia de rio de fornecedores da região de Curitiba – PR.

Foi utilizada areia em duas graduações: Fina e Média. Na Tabela 4 estão

apresentados os resultados dos Ensaios de Granulometria das Areias. A Figura 13

indica a curva granulométrica dos dois agregados miúdos empregados na confecção

das argamassas de reparo.

Tabela 4 - Granulometria das Areias

Malha da peneira (mm) Usual

4,76 4 0,000 0,000 100 0,000 0,000 100,000

2,36 8 0,542 0,542 99,458 0,000 0,000 100,000

1,19 16 16,386 16,928 83,072 0,012 0,012 99,988

0,6 30 23,098 40,026 59,974 19,912 19,924 80,076

0,3 50 15,032 55,058 44,942 13,357 33,280 66,720

0,15 100 35,224 90,283 9,717 50,466 83,746 16,254

< 0,150 9,717 100,000 0,000 16,254 100,000 0,000

Total 100 100

2,36mm 1,19mm

2,028 1,370

6,44% 11,823%

Resultados % média

retida

retida

acumulada

passante

em cada

Areia Média Natural

% média

retida

retida

acumulada

passante

em cada

Areia Fina Natural

Dimensão Máx. Caract.:

Módulo de Finura:

Dimensão Máx. Caract.:

Módulo de Finura:

Teor de pulverulento = Teor de pulverulento =

FONTE: Ensaios realizados pelo aluno Luan Rodrigo de Almeida Souza.

35

Figura 13 - Curvas Granulométricas das Areias utilizadas. LUAN (2012).

O aditivo plastificante utilizado foi o TEC-FLOW 7035 da RheoSet, a base de

Policarboxilato Modificado, com concentração de 35%, como comprovado

experimentalmente durante os ensaios deste trabalho.

A Sílica Ativa utilizada foi de fabricação da Silmix, composta de 85% de Sílica

Amorfa, 0,5% de Sílica Cristalina, 1,5% de Óxido de Sódio, 6% de Estruturas de

Carbono e 3% de umidade e possui um diâmetro médio de 0,4 µm.

Por se tratar de um material relativamente novo, é grande a dificuldade para

encontrar Nanossilica no mercado. Por este motivo, a Nanossilica utilizada foi

fornecida pela MC – Bauchemie. Devido à politicas da empresa, não foi fornecido

nenhuma informação a cerca das propriedades físicas e químicas da amostra. Foi

fornecida uma amostra de Nanossilica dispersa em água. Então, a fim de calcular a

água contida na amostra, foi realizado um ensaio de teor de sólidos, que consistiu

em colocar uma amostra previamente pesada em estufa a 60 oC até a evaporação

completa da parte líquida. Por diferença de massa, obteve-se uma concentração de

32 gramas de nS para cada 100 gramas de amostra.

Os Nanotubos de Carbono utilizados foram produzidos pelo Laboratório de

Nanomateriais da UFMG (Universidade Federal de Minas Gerais) através do

processo de Deposição Química da Fase de Vapor. Este processo dá origem a

Nanotubos de paredes múltiplas. A amostra utilizada apresentou pureza superior a

36

93%, 2% de outras estruturas de Carbono e menos de 5% de Contaminantes (Pó

Catalisador: MgO – Co – Fe).

3.2 MOLDAGENS, PROPORCIONAMENTO DE MATERIAIS E FORMA DE

MISTURA

Para a realização dos ensaios fixou-se um traço de referência (sem adições

de SA, NTC e nS) para que fosse possível estabelecer comparações entre os efeitos

obtidos com a adição e aqueles encontrados na argamassa convencional. Os traços

foram definidos tomando como ponto de partida os traços apresentados em

Medeiros (2002), fazendo pequenas alterações para que as argamassas atingissem

a consistência de massa de modelar. Os traços utilizados estão apresentados na

Tabela 5.

Tabela 5 - Traços utilizados na pesquisa

Tabela de Traços Cimento Areia Fina

Areia Média

Água Aditivo

Plastificante SA nTC nS

REF Traço 1 1,05 1,95 0,45 0,01 0 0 0

Massa (g) 450 472,5 877,5 202,5 4,5 0 0 0

SA - 0,10

Traço 1 1,05 1,95 0,45 0,01 0,1 0 0

Massa (g) 450 472,5 877,5 202,5 4,5 45 0 0

SA - 0,20

Traço 1 1,05 1,95 0,45 0,01 0,2 0 0

Massa (g) 450 472,5 877,5 202,5 4,5 90 0 0

NTC Traço 1 1,05 1,95 0,45 0,015 0 0,003 0

Massa (g) 450 472,5 877,5 202,5 6,75 0 1,35 0

nS Traço 1 1,05 1,95 0,45 0,015 0 0 0,07

Massa (g) 450 472,5 877,5 202,5 6,75 0 0 31,5

A nomenclatura utilizada se refere ao REF, como traço de referência,

sem adições; ao SA – 0,10, como o traço preparado com a adição de Sílica Ativa a

10% do peso de cimento; ao SA – 0,20, como sendo o traço preparado com a adição

de Sílica Ativa a 20% do peso de cimento; ao NTC, como o traço que recebeu a

adição de NTCs; e ao nS como sendo o traço preparado com a adição de

Nanossilica.

37

Para a realização dos ensaios fixou-se a relação água/cimento em 0,45 para

todos os traços. A relação a/c foi a mesma em todos os traços para que a quantidade

de água colocada não interferisse na futura comparação dos resultados.

Foram feitas cinco misturas em um misturador de argamassa, uma para cada

traço. Cada argamassada foi suficiente para moldar todos os quatro corpos de prova

de 25 mm x 25 mm x 250 mm que foram utilizados nos ensaios de retração.

Figura 14- Argamassadeira utilizada na preparação das argamassas

3.2.1 PREPARO DAS ARGAMASSAS

As argamassas foram misturadas em um misturador de argamassa com

capacidade para 5 litros. Ver Figura 14. Para fazer o controle da relação

água/cimento, foi descontada da massa de água adicionada, a água contida no

aditivo e na solução de Nanossilica. O preparo das argamassas se deu da seguinte

forma:

• Procedimento Geral:

1 - Separar os materiais utilizados;

2 - Pesar os materiais de acordo com o traço utilizado;

3 - Umedecer os componentes da argamassadeira de forma a evitar a

perda de água da argamassa.

38

• Traço REF:

1 - Adicionar a areia fina, o cimento, a areia média e metade da água de

amassamento e misturar por 30 segundos em velocidade baixa;

2 - Adicionar o aditivo e o restante da água de amassamento e misturar por 4

minutos em velocidade baixa;

3 - Parar e raspar a parede da argamassadeira a fim de retirar a argamassa

grudada nas paredes do equipamento e misturar por mais 3 minutos em

velocidade alta.

• Traço SA – 0,10:

1 - Adicionar a areia fina, o cimento, a sílica ativa, a areia média e metade da

água de amassamento e misturar por 30 segundos em velocidade baixa;





velocidade alta.

• Traço SA – 0,20:

1 - Adicionar a areia fina, o cimento, a sílica ativa, a areia média e metade da

água de amassamento e misturar por 30 segundos em velocidade baixa;





velocidade alta.

• Traço NTC:

1 - Adicionar a areia fina, o cimento, os Nanotubos de carbono, a areia média e

metade da água de amassamento e misturar por 30 segundos em

velocidade baixa;

39





velocidade alta.

• Traço nS:

1 - Adicionar a areia fina, o cimento, a solução de nS, a areia média e metade

da água de amassamento e misturar por 30 segundos em velocidade baixa;





velocidade alta.

A fim de se caracterizar a trabalhabilidade e consistência de cada mistura, foi

realizado o ensaio de consistência (Flow-Table) das argamassas preparadas,

segundo a ABNT NBR 13726/2005. Porém, por se tratar de argamassas com

aspecto de massa de modelar, muito seco, não foi possível utilizar os resultados do

ensaio, uma vez que, a cada golpe da mesa, o material se esfarelava (ver Figura 15)

ao invés de fluir. Após os ensaios de Flow-Table, retornou-se a argamassa para a

argamassadeira para efetuar a mistura por mais 30 segundos de modo a prepará-la

para as moldagens.

Figura 15 - A) Ensaio de Consistência; B) Argamassa desagregada após o ensaio.

40

3.2.2 MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA, DESFORMA E CURA

Para moldagem dos corpos de prova, utilizaram-se as formas para corpos de

prova de 25 mm X 25 mm X 285 mm (250 mm comprimento útil), segundo a norma

ASTM C490-1997.

Por se tratar de corpos de prova muito esbeltos e como a desforma seria feita

24 horas após o momento da moldagem, aplicou-se desmoldante nas formas a fim

de facilitar a desforma, diminuindo os riscos de os corpos de prova serem quebrados

no momento da desforma e consequentemente perdidos.

A aplicação da argamassa nos corpos de prova foi feita manualmente. Já a

compactação foi realizada em duas camadas aplicando-se 10 golpes do soquete

metálico utilizado para compactar a amostra do ensaio de Flow-Table.

Figura 16 - Moldagem dos corpos de prova

Após o término das moldagens, foi aplicado um filme plástico nos corpos de

prova, para tentar amenizar a perda de água nas primeiras 24 horas.

No que se refere à cura, foi definido que no momento da desforma seria feita

a primeira leitura da maior dimensão dos corpos de prova, para que este fosse o

comprimento inicial (L0) dos mesmos. E logo após esta leitura os corpos de prova

seriam mergulhados em um tanque de cura (ver Figura 17), onde ficariam por um

período de 28 dias.

Figura 17 - Tanque de cura.

41

3.3 PROCEDIMENTO DO ENSAIO DE RETRAÇÃO

O ensaio de retração foi feito através de leituras diárias durante um período de

tempo específico, neste trabalho este tempo foi definido como 28 dias durante o

período de cura mais um período de 32 dias onde os corpos de prova permaneceram

em uma câmara seca de temperatura controlada, totalizando um período total de 60

dias.

Esta câmara seca é um ambiente controlado através de um desumidificador

de ar e um controlador de temperatura. Esta câmara tem como objetivo minimizar os

efeitos climáticos na realização do ensaio, além de, por ser um ambiente de baixa

umidade, acelerar o fenômeno da retração.

Para efetuar as medições é necessário à utilização de um relógio comparador.

O relógio comparador é equipado com um relógio sensível as variações de

comprimento, dois apoios, um fixo e um móvel para captar as variações de

comprimento. Este conjunto está acoplado a duas barras de aço inoxidável que

fornecem a rigidez ao conjunto.

Figura 18 - A) Relógio Comparador zerado; B) Medição de corpo de prova.

Antes de se iniciar qualquer etapa de medições é necessário “zerar” o relógio

com um gabarito de aço inoxidável. Este gabarito deve ser colocado sempre na

mesma posição a fim de minimizar a interferência de possíveis deformações na

ponta do gabarito.

42

Após este processo iniciam-se as medições dos corpos de prova. A fim de se

evitar possíveis erros de leitura, ficou definido que seriam feitas três leituras para

cada face do corpo de prova, totalizando 12 leituras para cada corpo de prova,

minimizando assim qualquer interferência do operador do ensaio. Foi utilizada a

média entre as 12 leituras como o valor do dia. Durante o período de cura, os corpos

de prova retornavam ao tanque de cura logo após o término da medição. Na Tabela

6 está apresentado um modelo de planilha utilizada para a anotação dos dados

obtidos.

Tabela 6 - Modelo de Tabela de Medição

Data:

1 2 3 4 1 2 3 4

149 144 144 144 71 69 73 75

143 143 142 143 73 73 72 74

141 141 141 141 72 72 72 72

Média: 143 Média: 72

1 2 3 4 1 2 3 4

241 240 240 240 550 588 575 519

239 239 239 239 511 564 543 508

239 239 239 239 508 508 508 508

Média: 239 Média: 533

3 4

SA - 0,10 17/12/12

1 2

43

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Esta parte do trabalho foi dedicada a um estudo dos resultados obtidos nos

ensaios de retração segundo a norma ASTM C 490-1997.

Foi realizada uma análise entre os valores medidos com o objetivo de

estabelecer parâmetros de comparação entre os materiais utilizados no estudo.

Através dessa análise foi possível entender melhor a influência desses materiais no

comportamento das argamassas quanto à retração.

A partir dos dados obtidos através das medições realizadas foram elaborados

gráficos, como apresentado na sequência:

� A Figura 19 que apresenta a média da variação de cada traço estudado

em milésimos de milímetro dos corpos de prova, no dia de cada leitura.

Figura 19 - Gráfico de Variação do comprimento.

� Figura 20, Gráfico da Retração: Apresenta a média da variação de cada traço

em porcentagem, no dia de cada leitura, segundo a fórmula:

100)(

×

−

=

G

LLL

ix

Onde:

L= variação do comprimento por idade, em %;

Lx= leitura do comprimento do corpo de prova na idade x dias;

Li= leitura do comprimento inicial do corpo de prova;

G= valor do comprimento útil, conforme citado na metodologia (250mm).

44

Figura 20 - Gráfico de Retração

� Figura 21, Gráfico da Retração pelo Critério de Eliminação dos Espúrios:

Apresenta a média da variação de cada traço em porcentagem, no dia de

cada leitura, conforme fórmula apresentada anteriormente. Porém, para uma

maior confiabilidade nos dados foi realizada uma análise estatística, através

do Critério de Eliminação dos Espúrios. Onde se calcula a média e o desvio

padrão dos dados medidos, e todos os valores que estiverem fora do intervalo

(média mais desvio padrão; média menos desvio padrão) são eliminados, pois

considera-se que estes são valores atípicos e não fazem parte do espaço

amostral. Com isso, obtém-se uma nova média, somente com os valores

considerados. Os resultados individuais serão apresentados através desses

gráficos. Para a melhor visualização dos valores retirados (espúrios),

rejeitados no cálculo da nova média, foram colocadas as chamadas barras de

erros, utilizando o valor do desvio padrão. Vale ressaltar que nenhum corpo

de prova teve todas as suas medições descartadas. Foram retirados da média

apenas os pontos atípicos.

45

Figura 21 - Gráfico de Retração com eliminação de espúrios

Os gráficos das Figuras 19 a 21 apresentam uma linha vermelha, que

representa o dia exato que os corpos de provas saíram do tanque de cura,

conforme já explicado no capítulo referente ao procedimento. A partir dessa data,

as medições foram realizadas visando medir a parcela de retração por secagem.

Acima foram apresentados os gráficos relativos ao traço de referência, os

demais gráficos serão apresentados no anexo deste trabalho.

� Gráfico de Linhas de Tendência da Retração das Amostras: Para representar os

resultados de todos os corpos de prova de uma maneira de fácil visualização, foi

feito um gráfico com as linhas de tendência, utilizando os valores médios obtidos

através do Critério de Eliminação de Espúrios. A reta vertical azul marca a idade

em que os corpos de prova passaram a apresentar menor variação, e a reta

laranja indica a última idade considerada no ensaio.

� Gráfico de Comparação de Retração das Amostras: Foi elaborado o gráfico que

apresenta os valores médios de retração obtidos através do Critério de

Eliminação de Espúrios das amostras em cada idade.

� Gráfico de Comparação dos Resultados da Retração: Apresenta a média da

variação de cada traço em porcentagem em determinada idade.

46

4.1 ANÁLISE DE RESULTADOS

As Figuras 22 a 26 apresentam os gráficos de retração em percentual para o

caso do critério de eliminação dos dados espúrios para as séries de referência, com

sílica ativa (10 %), com sílica ativa (20 %), com nanotubos de carbono e com

nanossílica, respectivamente.

Em todos os corpos de prova foi constatada uma pequena dilatação nos

primeiros dias, isso se deve ao fato que, ainda na forma, ficaram expostos às

condições de laboratório por 24 horas, ou seja, perderam água e consequentemente

retraíram. Essa perda foi compensada quando os corpos de prova foram submersos

no tanque de cura, isso explica o motivo da dilatação inicial. O ideal seria que

durante o período entre a moldagem e a desforma as amostras permanecessem em

câmara úmida.

Os corpos de prova se comportaram de forma semelhante, como poderá ser

observado a seguir, obedecendo a certo padrão. Houve grande oscilação nos

valores anotados durante o período em que os corpos de prova ficaram submersos

no tanque de cura.

Após o período de cura, os corpos de prova praticamente só retraíram, até

atingir certa estabilidade após aproximadamente 15 dias na câmara seca. A única

variação anormal que ocorreu após esse período pode ser notada nos corpos de

prova de REFERÊNCIA, SA – 0,10, SA – 0,20 e NTC, devido a uma mudança nos

níveis de umidade e temperatura da câmara seca, pois o desumidificador de ar não

estava funcionando. Isso mostra o quão sensível é o ensaio.

Com a finalidade de melhor visualizar os gráficos, a seguir estão

apresentados os resultados individuais de cada traço.

47

Figura 22 - Gráfico de Retração pelo Critério de Eliminação de Espúrios - REF.

Figura 23 - Gráfico de Retração pelo Critério de Eliminação de Espúrios - SA - 0,10

48

Figura 24 - Gráfico de Retração pelo Critério de Eliminação de Espúrios – SA – 0,20.

Figura 25 - Gráfico de Retração pelo Critério de Eliminação de Espúrios – NTC.

49

Figura 26 - Gráfico de Retração pelo Critério de Eliminação de Espúrios – nS.

50

4.2 COMPARAÇÃO ENTRE OS TRAÇOS

Neste item é feita uma análise comparativa entre todos os traços estudados,

no período em que estiveram na câmara seca. Na sequência apresentam-se os

gráficos das Figuras 27 e 28 que contém os pontos médios sem considerar os

valores da eliminação dos espúrios de todos os traços, juntamente com uma linha de

tendência logarítmica de modo a possibilitar a comparação.

-0,08%

-0,07%

-0,06%

-0,05%

-0,04%

-0,03%

-0,02%

-0,01%

0,00%

0,01%

0,02%

0,03%

0 5 10 15 20 25 30 35

Variação do Comprimento (%)

Idade (dias)

REF - R² = 0,970

SA - 0,10 - R² = 0,971

SA - 0,20 - R² = 0,983

NTC - R² = 0,861

nS - R² = 0,920

Figura 27 - Linhas de tendência de retração das amostras

-0,08%

-0,07%

-0,06%

-0,05%

-0,04%

-0,03%

-0,02%

-0,01%

0,00%

0,01%

0,02%

0,03%

0 5 10 15 20 25 30 35

Variação do Comprimento (%)

Idade (dias)

REF

SA - 0,10

SA - 0,20

NTC

nS

Figura 28 - Retrações Médias

51

Através da análise da Figura 27 pode-se perceber que os valores de retração

obtidos nos traços REF, SA – 0,20 e nS apresentaram valores muito próximos como

nota-se pelas barras de erros que essa diferença não é significativa. Porém, o traço

SA – 0,10 apresentou uma melhora considerável, ao contrário do traço de NTC que

teve uma retração maior que as barras de erros, levando em conta a linha de

tendência, mas vale ressaltar que se for considerado os últimos dias essa diferença

passa a ser insignificante.

Os resultados encontrados para os valores de retração das argamassas com

adição de Sílica Ativa condizem com os resultados apresentados por Rao (1998),

onde as argamassas com adição de 10% de sílica ativa apresentaram retrações

inferiores àquelas apresentadas por argamassas com 20% de adição de Sílica Ativa.

Porém, segundo Rao (1998) as adições de sílica ativa fizeram com que as

argamassas apresentassem maiores retrações nas primeiras idades, em relação ao

traço de referência.

O gráfico da Figura 29 apresenta os valores de retração obtidos 15 dias após

terem sido colocados os corpos de prova em câmara seca. Esta foi a idade a partir

da qual os corpos de prova passaram a ter menor variação. Esta idade está

representada no gráfico anterior através da reta vertical que passa pela idade 15.

-0,0700%

-0,0600%

-0,0500%

-0,0400%

-0,0300%

-0,0200%

-0,0100%

0,0000%

Reatração (%)

GRÁFICO COMPARATIVO DAS AMOSTRAS - 15 DIAS

REF

SA - 0,10

SA - 0,20

NTC

nS

Figura 29 - Gráfico comparativo das amostras aos 15 dias

A análise da Figura 29 vem a confirmar o que foi comentado anteriormente. A

retração dos traços SA – 0,20 e nS realmente é muito próxima à do traço de

52

referência. Sendo impossível afirmar, estatisticamente, que estas adições

apresentaram alguma influência no comportamento quanto à retração das

argamassas.

O traço com adição de nanotubos de carbono foi o único que apresentou

valores de retração maiores do que aqueles obtidos pelo traço de referência. Porém

não se pode descartar a utilização desta adição através deste resultado, pois, até

então, não existem valores de norma que sirvam como limite máximo para o ensaio

de retração, ou seja, o ensaio só informa se a adição aumentou ou diminuiu os níveis

de retração, mas não indica um valor limite a partir do qual a retração é elevada a

ponto de causar manifestações patológicas como o surgimento de trincas e fissuras.

A Figura 29 também confirma a melhora dos valores de retração da SA –

0,10, em relação ao traço de referência.

O gráfico da Figura 30 apresenta os valores de retração obtidos 32 dias após

terem sido colocados os corpos de prova em câmara seca. Esta foi a última idade

em que foram medidas as variações no comprimento dos corpos de prova.

-0,0700%

-0,0600%

-0,0500%

-0,0400%

-0,0300%

-0,0200%

-0,0100%

0,0000%

Retração (%)

GRÁFICO COMPARATIVO DAS AMOSTRAS - 32 DIAS

REF

SA - 0,10

SA - 0,20

NTC

nS

Figura 30 - Gráfico Comparativo das Amostras aos 32 dias

Por meio da análise do gráfico da Figura 30, pode-se afirmar que os traços

apresentam uma tendência de obter uma mesma retração final, conforme estudos

anteriores. No estudo de Rao, todos os traços elaborados por ele apresentaram

tendência de chegar a um mesmo valor de retração para idades elevadas. Essa

mesma tendência aconteceu com as amostras utilizadas neste estudo, incluindo as

53

amostras de nanotubos de carbono e nanosílica, ou seja, as adições tendem a

apresentar variações somente nas primeiras idades. Conforme comprovado pelo

Gráfico 30 apresentado acima.

54

5. CONCLUSÕES

Este trabalho teve como foco produzir informações relacionadas a influência

das adições de sílica ativa, nanotubos de carbono e nanossílica especificamente na

retração por secagem, que é um dos pontos chaves para a dosagem de argamassas

de reparo de alta eficiência.

Desse modo, as conclusões resultantes do trabalho desenvolvido encontram-

se a seguir:

• A adição de 20 % de sílica ativa e de 7 % de nanossílica nas argamassas

empregadas neste trabalho não afetaram estatisticamente o comportamento

da argamassa quanto a retração.

• A adição de sílica ativa no teor de 10 % em relação à massa de cimento

reduziu a retração da argamassa em relação à série de referência.

• A adição de 0,3 % de nanotubos de carbono elevou o nível de retração da

argamassa de reparo estudada, indicando poder ser este um ponto crítico

quanto ao possível emprego deste material na formulação de argamassas

destinadas a serviços de reparo localizado.

55

5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

• Estudar a influência de teores distintos de cada uma das três adições testadas

de modo a verificar se existe um teor de eficiência ótima para cada caso.

• Abordar propriedades além da retração, mas também de forte importância

para as argamassas de reparo, tais como resistência à tração, à compressão,

resistência de aderência, módulo de elasticidade, coeficiente de expansão

térmica, entre outras possibilidades.

56

6. REFERÊNCIAS

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7. ANEXOS

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