Análise de diferentes ligantes na formulação de argamassas industriais de reabilitação

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1 Análise de diferentes ligantes na formulação de argamassas industriais de reabilitação Cristina Sequeira, Ana Sofia Santos, Dina Frade, Paulo Gonçalves Secil Martingança, Portugal, Resumo: A crescente importância da área da reabilitação e renovação no mercado da construção em Portugal e na Europa é consensual. É fundamental percebermos a potencialidade das matérias-primas de que dispomos de modo a conceber continuamente soluções com propriedades ajustadas a estas necessidades. Apresenta-se um estudo transversal, onde se comparam propriedades de argamassas com a mesma curva granulométrica incorporando distintos ligantes aéreos e hidráulicos, atendendo às recomendações bibliográficas para este tipo de aplicações. Deste modo, pretende-se avaliar o efeito da composição química dos ligantes no comportamento das argamassas, em características como a trabalhabilidade, maturação e durabilidade. Palavras-chave: Reabilitação, renovação, matérias-primas e durabilidade. 1. INTRODUÇÃO A aptidão de uma argamassa de reabilitação é regulada pela compatibilidade química e mecânica com os locais onde será aplicada e pelo objecto alvo de reabilitação. Idealmente, cada argamassa deveria ser adaptada às condições de suporte existente, ao tipo de edifício, ao clima da região e às condições ambientais a que está sujeita, entre outros. Dada a impraticabilidade desta solução, muitos autores têm vindo a reunir um conjunto de características das argamassas existentes nos nossos edifícios antigos, e a definir as propriedades adequadas às argamassas de reabilitação que as substituam parcial ou totalmente. Neste âmbito importa fazer uma distinção clara entre situações cujas características exigem tratamentos diferenciados [1]: Edifícios antigos, anteriores à época da estrutura de betão armado, ou seja, de um modo geral, anteriores a 1950; Edifícios recentes, ou seja, posteriores a 1950; Neste estudo, a tipologia alvo, são os edifícios antigos, mencionados no primeiro ponto. Para garantir a compatibilidade mecânica, segundo dados na literatura, uma argamassa de reabilitação de revestimento deverá apresentar valores de resistência à compressão a 28 dias de 0.4 a 2.5 MPa, módulo de elasticidade baixo, compreendido entre 2000 a 6000 MPa, ruptura coesiva pelo reboco com tensões máximas de 0.3MPa e baixa retracção [2]. Enquanto a norma harmonizada EN 998-1[3], exige para argamassas de reabilitação R, a classe de resistência CSII, resistência a 28 dias entre 1.5 MPa e 5.0 MPa. Do ponto de vista da compatibilidade química, as argamassas de reabilitação deverão resistir ao efeito de degradação provocado pela existência de sais solúveis nos suportes e limitar a transmissão dos mesmos, provenientes do seio do suporte e eventualmente da própria argamassa de reabilitação. Esta função está intrinsecamente ligada à

2 compatibilidade mecânica, uma vez que características como a porosidade e resistências mecânicas poderão condicionar este comportamento, positiva ou negativamente, tal como o parâmetro também previsto na norma EN998-1[3] de penetração de água após capilaridade. As argamassas estudadas ao longo dos anos (consideradas como solução para este tipo de aplicação), foram com frequência, argamassas preparadas em obra, que condicionam frequentemente o sucesso da reabilitação. Com base nos dados disponíveis e recorrendo à possibilidade de reproduzir estes estudos em fábrica, não descurando as recomendações da norma harmonizada EN998-1[3], os produtores de argamassas podem apresentar soluções adequadas a esta diversidade de aplicações, aliando a estas, as vantagens conhecidas das argamassas industriais, tais como, homogeneidade do produto final, garantia de qualidade, reprodutibilidade, diminuição do erro humano e utilização de matérias-primas adequadas, entre outras. A diversidade de aditivos para argamassas, complementa as propriedades desejadas numa argamassa. No entanto, e face ao elevado acréscimo que estes têm no custo final de produto, convém perceber totalmente a necessidade da sua introdução e avaliar todas as potencialidades que poderão ser retiradas de uma curva granulométrica adequada e escolha do ligante correcto. Os principais ligantes utilizados para a formulação de argamassas de reabilitação são o cimento Portland, cal hidráulica e cal aérea. A cal aérea que é o ligante histórico nas formulações clássicas das argamassas utilizadas ao longo do tempo, mas que como poderemos constatar, apresenta uma presa exclusivamente aérea. A cal hidráulica natural é o ligante que combina numa única substância a presa hidráulica e a presa aérea, desenvolvendo características que conferem às argamassas modernas propriedades adaptadas a um leque muito alargado de suportes. O cimento, ligante de presa maioritariamente hidráulica e que desenvolve resistências a idades muito jovens devido à sua composição mineralógica, não deixa de modo algum de possibilitar a aplicação em muitos casos de reabilitação, mas de edifícios recentes. 2. OBJECTIVOS O objectivo deste trabalho é avaliar as potencialidades dos ligantes por si só, na formulação de argamassas industriais de reabilitação de edifícios antigos, comparando formulações com agregados iguais e distintos ligantes na mesma percentagem de incorporação, relacionando as características destas argamassas com condições de conservação iguais, a diferentes idades. Estes resultados serão, sempre que possível, comparados com uma argamassa industrial, disponível no mercado, em que o ligante de eleição é a cal hidráulica natural NHL5, segundo a norma EN459-1:2010 e se recorre à introdução de aditivos, para melhorar algumas das características finais da mesma Composição A curva granulométrica de uma argamassa é um dos pressupostos básicos para o sucesso da mesma, os agregados escolhidos para a formulação das argamassas ARG1 a ARG4, foram duas sílicas disponíveis no mercado, com origem e características controladas, sendo o agregado mais fino (A1) e outro de granulometria superior (A2), mas não disponível em quantidades suficientes para o seu uso industrial. A análise da composição granulométria conduziu-nos à mistura de duas sílicas, originado a curva também apresentada na figura 1. Na ARG5, para além do agregado mais fino (A1), recorreu-se a uma mistura de várias granulometrias de calcários, por falta de quantidade de agregado (A2), para uso industrial.

3 Figura 1 Granulometria dos agregados ARG1 a ARG4 % de Passado acumulado A1 20 A % A1 + 50% A Peneiros ( mm ) Os ligantes escolhidos para o trabalho foram: Cal aérea hidratada, CL90-S; Cal hidráulica natural, NHL5; Cimento portland de calcário, CEM II/ B-L 32.5N; As composições das argamassas ARG1 a ARG4 foram então preparadas em peso para minimizar os erros de manipulação, conforme descritas na figura 2. A argamassa ARG4, trata-se de uma argamassa bastarda de cimento portland e cal hidratada, na razão apresentada na figura 2. Figura 2 Composição das argamassas Matérias-primas ARG1 ARG2 ARG3 ARG4 % peso Agregado A Agregado A Cal Hidratada Cal Hidráulica Natural NHL CEM II/B-L 32,5 N Cinza A argamassa ARG 5 é, como já descrito, uma argamassa industrial, em que o ligante único é a cal hidráulica natural NHL5. As curvas granulométricas das argamassas estão representadas na figura 3. Figura 3 Granulometria das argamassas % de Passado acumulado ARG1/ARG2/ARG3/ARG ARG Peneiros ( mm )

4 2.2. Ensaios e Resultados Os ensaios realizados foram efectuados segundo as normas de ensaio aplicáveis às argamassas de reboco e descritas na norma harmonizada EN998-1 [3]. Foram realizados outros ensaios não referenciados na norma, mas frequentemente utilizados na área de investigação ligada a este tema, como o módulo de elasticidade e a resistência ao envelhecimento por efeito de sais e do gelo degelo Ensaios sobre produto em pasta Definiu-se como critério de consistência das argamassas, o espalhamento, executado conforme a EN1015-4, sendo realizado o ajuste da água de amassadura para valores compreendidos entre 145 mm e 155 mm, este valor assemelha-se à consistência das argamassas aplicadas em obra. As características obtidas de produto em pasta, encontramse descritas na figura 4. Figura 4 Características Produto em Pasta Características Água de Amassadura (Un.) Resultados ARG1 ARG2 ARG3 ARG4 ARG5 Norma Ensaio (%) 18,8 14,7 13, EN Espalhamento (mm) EN Massa Volúmica (kg/m 3 ) EN Ar Contido (%) 25,0 8,0 7,0 27,0 25,0 EN Tempo de vida (h:min) 22:00 05:25 04:50 8:00 5:00 EN Ensaios sobre produto endurecido Os provetes preparados para os ensaios, foram conservados conforme o descrito na norma de ensaio EN , ou seja, para as ARG2, ARG3 e ARG5, 2 dias em molde a 95% ± 5% de humidade e 20ºC ± 2%, 5 dias, nas mesmas condições, mas fora do molde, o restante processo de cura decorreu a 65% ± 5% de humidade 20ºC ± 2%, até às respectivas idades de ensaio. As argamassas ARG1 e ARG4, foram conservadas pelo mesmo método à excepção da permanência em molde ser de 5 dias, por se tratarem de argamassas em que o ligante é maioritariamente aéreo Resistência mecânica à flexão e à compressão Os resultados obtidos para as argamassas em ensaio, estão descritos na figura 5, para resultados a 28 dias, mais comuns de análise e que caracterizam a classe da argamassa, segundo a EN998-1[3]. Para que a análise possa ser realizada com mais alguma abrangência, estão representadas nas figuras 6 e 7, respectivamente, a resistência à compressão e a resistência à flexão das argamassas a idades compreendidas entre os 3 dias e os 90 dias, para as ARG1, ARG2, ARG3 e ARG4 e a 7 e 28 dias para a ARG5. Ainda se encontra a decorrer o processo para ensaios a 360 dias.

5 Características Resistência à Flexão Resistência à Compressão Figura 5 Características mecânicas a 28 dias (Un.) Resultados ARG1 ARG2 ARG3 ARG4 ARG5 (MPa) 0,6 0,8 3,2 0,5 1.0 (MPa) 0,6 1,3 10,9 1,1 1,9 Norma Ensaio EN Ductilidade - 1,0 0,6 0,3 0,5 0, Figura 6 Resistência à compressão Resistência à Compressão (MPa) ARG1 ARG2 ARG3 ARG4 ARG5 Idade (dias) Figura 7 Resistência à flexão Resistência à Flexão (MPa) Idade (dias) Massa volúmica do produto A massa volúmica é uma característica importante para as argamassas de reabilitação, por ser inversamente proporcional à porosidade aberta, ensaio que não foi possível ainda realizar a estas argamassas. Os resultados obtidos são representados na figura 8. ARG1 ARG2 ARG3 ARG4 ARG5

6 Figura 8 Características diversas a 28 dias Características Massa Volúmica Aderência ao Tijolo Modo de Fractura Módulo de Elasticidade (Un.) Resultados ARG1 ARG2 ARG3 ARG4 ARG4 Norma Ensaio (kg/m 3 ) EN (MPa) 0,10/B 0,50/B 1,10/B 0,15/B 0,25/B EN (MPa) BS Aderência ao suporte A diversidade de suportes possíveis quando falamos de reabilitação é imensa e muito heterogénea, por este facto os ensaios de aderência foram realizados sobre um suporte novo, de tijolo cerâmico, conforme a EN Os resultados obtidos estão representados na figura Módulo de elasticidade O ensaio de módulo de elasticidade não está previsto na norma de argamassas EN998-1[3], tendo sido realizado segundo a BS ; este método prevê a medição de um comprimento de onda. Os valores obtidos para as argamassas a 28 dias estão apresentados na figura 8 e representados para as diferentes idades em análise na figura 9. Figura 9 Módulo de elasticidade Módulo de Elasticidade (MPa) Idade (dias) ARG1 ARG2 ARG3 ARG4 ARG Absorção de água por capilaridade O ensaio de absorção de água por capilaridade a 24 horas, foi realizado como previsto na norma EN998-1 [3] para argamassas de reabilitação, os valores obtidos estão representados na figura 10. Para esta tipologia de argamassas, R, a norma prevê um ensaio adicional de penetração de água após capilaridade.

7 Figura 10 Características diversas a 28 dias Características Absorção de Água por Capilaridade a 24h Penetração de Água após Capilaridade Coeficiente de Permeabilidade ao Vapor (Un.) Resultados ARG1 ARG2 ARG3 ARG4 ARG5 (kg/m 2 ) 2,0 1,5 1,7 2,0 2,9 (mm) Norma Ensaio EN (µ) 5,6 9,5 5,8 n.d. 3,8 EN Permeabilidade ao vapor O coeficiente de permeabilidade ao vapor foi realizado segundo a EN , os resultados obtidos estão representados na figura Resistência aos sais de sulfato Para a realização do ensaio de resistência aos sulfatos, os provetes de argamassas foram depositados num recipiente contendo soluções salinas de sulfato de sódio (9 g/l). As concentrações utilizadas foram as recomendadas pela WTA, para resistências aos sais de argamassas de reabilitação [4]. Vinte e oito dias após a confecção dos provetes, curados segundo a norma EN , foram colocados na estufa a 100º C durante 24 h, obtendo-se a secagem completa, sendo então determinada a sua massa inicial. Seguidamente os provetes foram colocados na solução salina, pela base menor, até à altura de 10 mm, durante 24 h, conforme figura 11. Figura 11 Ensaio de sais de sulfato, ciclo de imersão Os ciclos de imersão e secagem foram repetidos 7 vezes, para as argamassas 1 a 4 e 33 vezes para a argamassa ARG5. Entre os ciclos foram determinadas as perdas em massa após secagem.

8 Na figura 12 estão representadas as variações de massa que os provetes foram sofrendo ao longo dos ciclos a que foram submetidos. O aspecto dos provetes das argamassas após estes ciclos em solução de sulfato, estão representados na figura 13. Figura 12 Variação de massa, após ciclos de sulfato Variação de massa (g) n.º de ciclos ARG1 ARG2 ARG3 ARG4 ARG5 Figura 13 Aspecto dos provetes após ciclos de sulfatos ARG1 7.º ciclo ARG4 7.º ciclo ARG2 7.º ciclo ARG3 7.º ciclo ARG5 33.º ciclo Resistência a ciclos de gelo degelo As argamassas deste estudo foram ainda sujeitas ao ensaio de envelhecimento acelerado, realizado segundo a norma de ensaio NPEN12371, para pedra natural.os número de ciclos

9 a que estiveram sujeitas cada uma das argamassas foram distintos, tendo sido avaliado essencialmente o aspecto dos provetes, apresentado na figura 14. Figura 14 Aspecto dos provetes após ciclos gelo degelo ARG1 6.º ciclo ARG4 12.º ciclo ARG2 12.º ciclo ARG3 24.º ciclo ARG5 24.º ciclo Exposição das argamassas à intempérie Para ser avaliada a trabalhabilidade das diferentes argamassas e a sua resistência à intempérie, foi elaborada uma parede no exterior, figura 15, onde se encontram aplicadas as argamassas em estudo, entre outras, não incluídas neste artigo. Figura 15 Aspecto dos provetes aplicados no exterior

10 3. ANÁLISE DE RESULTADOS Na análise de argamassas para aplicação em reabilitação de edifícios antigos é fundamental, na opinião dos autores, termos em consideração três pontos: A exequibilidade da solução, enquadrada com as necessidades de execução de obra em períodos curtos, compatíveis com os prazos de execução de obra; As características para a protecção das paredes nas quais a argamassa é aplicada (evitando processos que conduzam à continuidade da degradação dos suportes) [5]; As características para prevenir a degradação das argamassas (incrementando a sua durabilidade) [5]; Para responder ao primeiro ponto é importante verificarmos as características de produto em pasta das argamassas em análise. A ARG1, formulada exclusivamente com cal aérea apresenta um tempo de vida do amassado muito longo o que condiciona outros desempenhos. Neste aspecto as argamassas ARG2, ARG3 e ARG5, apresentam maior vantagem, salientando-se também o valor mais baixo de massa volúmica do produto em pasta da ARG5 que contribui para uma maior facilidade de aplicação, permitindo até a sua projecção. O valor de massa volúmica de produto em pasta mais baixo, indicia a possibilidade de realizar aplicações de espessura mais elevada. No que se refere ao segundo ponto, um dos parâmetros que importa analisar, diz respeito ao desempenho mecânico das argamassas. Sendo assim, observando os valores de resistências mecânicas da ARG3, figura 6 e figura 7, verificamos um valor excessivo para a aplicação em causa. Por outro lado, a ARG1 apresenta um défice de resistência considerável o que a torna também inadequada. As formulações as ARG2, ARG4 e ARG5 apresentam bom desempenho. A aderência ao suporte, prestação importante para função de protecção, por ter sido realizada sobre um suporte novo é meramente indicativa, mas é esperada uma redução do valor desta quando a aplicação for realizada sobre um suporte antigo, pelo que a ARG1 e ARG4 apresentam uma fraca prestação, sendo a da ARG3, muito excessiva. Considera-se então que a ARG2 e a ARG5 apresentam valores ideais de aderência. O módulo de elasticidade, está intrinsecamente relacionado com as resistências mecânicas, não deixando no entanto este de ser muito relevante para a avaliação da durabilidade, todas as argamassas apresentam um comportamento proporcional entre o módulo de elasticidade e a resistência à flexão, podemos verificar este facto através da análise da figura 7 e figura 9. Mais uma vez a ARG3 apresenta um desempenho excessivo, todas as outras estão perfeitamente enquadradas com as necessidades dos suportes consideradas na bibliografia [1] [2], salientando-se mais uma vez o bom desempenho da ARG5. Na análise da figura 10, em que são apresentados os valores de absorção de água por capilaridade, todas as argamassas apresentam desempenhos similares. No entanto o segundo parâmetro em análise, penetração de água após capilaridade, conduz-nos a uma das maiores diferença entre as argamassas em estudo: os provetes das ARG1 a ARG4, ficam humedecidos em toda a sua extensão enquanto que nos provetes da ARG5 a água penetra apenas 3 mm, sendo assim, é a única que poderá ser classificada como R, segundo a EN998-1 [3]. O coeficiente de permeabilidade ao vapor é também importante, neste parâmetro o melhor resultado é obtido pela ARG5. Finalmente e sendo por muitos investigadores considerado o comportamento face aos sais fundamental para aferir a durabilidade das argamassas, na opinião dos autores, este é fortemente condicionado pela conjugação de todos os outros desempenhos analisados neste trabalho. A figura 12 demonstra o que posteriormente é constatado na figura 13, aspecto

11 dos provetes, as ARG2 e ARG 3 apresentam um baixo grau de degradação no 7.º ciclo, denotando ainda ganho de massa. A formulação ARG1 encontra-se no final do 7.º ciclo já com uma elevada perda de massa e a ARG4, apesar de ainda com ganhos de massa está completamente fissurada e prevê-se a sua desagregação muito brevemente. Foi possível para a ARG5 a realização de ciclos até ao 33º, mantendo-se esta ainda com um aspecto excelente. O ensaio de resistências a ciclos de gelo degelo, veio reforçar as conclusões obtidas no ensaio de resistência aos sais para todas as argamassas, francamente superado pela ARG3 e ARG5 até ao 24º ciclo, sendo a degradação superficial dos provetes superior na ARG3, conforme figura CONCLUSÕES A argamassa formulada com cal aérea, ARG1, apresenta algumas características similares às argamassas antigas, garantindo alguma compatibilidade com os suportes, mas pelo facto de ser essencialmente constituída por hidróxido de cálcio o seu processo de endurecimento por carbonatação com o dióxido de carbono é muito lento, penalizando as suas prestações a curtas idades, não cumprindo a maioria das prescrições normativas nem mesmo bibliográficas. A argamassa formulada com cimento, ARG3, apresenta características de rigidez, como a resistência mecânica e o módulo de elasticidade, e mesmo de compacidade, que numa abordagem directa neste âmbito, se mostram incompatíveis para este tipo de aplicações. A argamassa bastarda ARG4, ou seja, de ligantes mistos, embora apresente pontualmente algumas vantagens, como o seu comportamento mecânico, estas vêm posteriormente a ser contrariadas, ao analisar-se o tempo de vida ainda muito alargado e a fraca aderência ao suporte, penalizada também pela sua degradação precoce face ao efeito dos sais. A argamassa de cal hidráulica, ARG2, apresenta características intermédias entre a cal aérea e o cimento, por ser constituída por minerais hidráulicos, que lhe conferem resistência hidráulica, e por cal livre (hidróxido de cálcio) que lhe confere porosidade e permeabilidade, entre outras características. O objectivo de comparar os ligantes tradicionais nas mesmas condições de formulação e ensaio foi conseguido, demonstrando-se a clara vantagem da cal hidráulica natural NHL5 presente na ARG2, face aos outros ligantes. Os parâmetros menos positivos da ARG2 são ultrapassados na ARG5, com recurso aos aditivos disponíveis hoje em dia, apresentando-se como uma argamassa industrial, reprodutível, classificada como R, segundo a norma EN998-1 [3] e com características enquadradas nas exigências consideradas relevantes por muitos investigadores para este tipo de argamassas e para esta aplicação específica. 5. REFERÊNCIAS [1] Guia técnico da reabilitação habitacional LNEC. [2] Veiga, M. Rosário. Argamassas para revestimento de paredes de edifícios antigos. Características e campo de aplicação de algumas formulações correntes. Actas do 3º ENCORE. Lisboa. [3] Norma Europeia EN [4] [5] Rodrigues, P. F. Estudo Comparativo de Diferentes Argamassas Tradicionais de Cal Aérea e Areia. UNL. Lisboa.

12 [6] Alvarez, J. A.; Cal Hidráulica: seu passado e futuro, in Workshop in Lime Mortars: Past and Future. Aveiro. [7] Ribeiro, T. Caracterização da Cal Hidráulica Estudo de Argamassas. Aveiro. [8] Leirós, Artur; Frade, Dina. A Cal Hidráulica Natural como material de reabilitação Construção Porto. [9] Rodrigues, P. F; Henrique, Fernando; Rato, Vasco. Análise comparativa de argamassas pré-doseadas para aplicação em rebocos de edifícios antigos. UNL. Lisboa. [10] Sequeira, Ana Cristina; Frade, Dina; Gonçalves, Paulo. Consolidation mortar for old masonory. Secil Martingança. LNEC. Lisboa. [11] Nappi, S. C. B.; Matos, K. A Ação dos Sais em Argamassas. Florianópolis. [12] Sequeira, Ana Cristina; Frade, Dina; Gonçalves, Paulo. Cal Hidráulica Um ligante para a reabilitação. APFAC. Lisboa. [13] Veiga, M. Rosário; Tavares, Martha. Características das paredes antigas. Requisitos dos revestimentos por pintura. Lisboa.