Investigação experimental da substituição parcial do copolímero acetato de vinila/etileno (EVA) de argamassas colantes por nanosílica

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1 Investigação experimental da substituição parcial do copolímero acetato de vinila/etileno (EVA) de argamassas colantes por nanosílica M. A. S. Calixto 1 ; F. G. da Silva 1 ; H. C. Santos 2 1 Mestrando de Engenharia dos Materiais do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí 2 Professor do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí hcd.santos@gmail.com RESUMO Este trabalho é uma investigação experimental na qual o copolímero acetato de vinila/etileno (EVA) de argamassas colantes é substituído parcialmente por nanosílica. A alta área superficial dessas partículas resulta numa maior reatividade química devido aos efeitos fíler e pozolânico do material. Estudos anteriores mostraram que a incorporação das nanosílicas às argamassas promove uma melhora em sua trabalhabilidade. Portanto, o presente artigo apresentará a influência da nanosílica nas propriedades de argamassas colantes, porquanto isso pode favorecer o desempenho destas, em decorrência do aumento da densificação da microestrutura da matriz cimentícia. Para isso, foi fixado o fator água/cimento em 0,5 e substituiu-se o EVA por nanosílica em teores variáveis entre 0% e 15%. Os experimentos foram divididos em três etapas: caracterização dos materiais, definição dos traços e ensaios no estado endurecido, para verificação da resistência de aderência à tração e do tempo em aberto, e no estado fresco, para análise da consistência. Palavras-chave: argamassa colante; nanosílica; resistência de aderência à tração; tempo em aberto; consistência. INTRODUÇÃO A argamassa colante é um produto industrializado desenvolvido para o assentamento de placas cerâmicas em paredes e pisos internos ou externos e onde, de acordo com a ABNT NBR Argamassa colante industrializada para assentamento de placas cerâmicas - Parte 1: Requisitos (2012), é classificada em função de determinadas propriedades específicas necessárias à otimização de suas aplicações (8). Algumas destas propriedades, tais como aderência e tempo em aberto, condicionam o período em que, após o 3398

2 espalhamento da argamassa sobre o substrato, é possível o assentamento da cerâmica. Sendo assim, para garantir que essas propriedades sejam satisfatórias de acordo com cada classificação e uso, é comum indústrias de argamassas préfabricadas utilizarem percentuais variados de aditivos poliméricos, para aumentar a capacidade de retenção do líquido nas argamassas de revestimento e promover melhoria no seu desempenho geral. Esses aditivos são, em sua maioria, à base de éter de celulose e de EVA (copolímero acetato de vinila/etileno) modificam a microestrutura e a morfologia das argamassas, alterando por consequência, desempenho destas no estado endurecido (1). Sabendo-se que o cimento anidro somado à água possui propriedade de aglomerar a areia, conferindo ao conjunto, portanto, características de pega e endurecimento, tem-se que os aditivos intermedeiam os mecanismos de hidratação e coesão das partículas (2). No entanto, a NBR (2012) não prescreve uma quantidade de água a ser adicionada, nem mesmo um critério proporcional à escolha dos materiais constituintes (aditivos, adições, agregado e aglomerante), sendo os mesmos determinados pelos próprios fabricantes (8). A classificação das argamassas industriais estabelecida está vinculada ao local de utilização e ao desempenho desejado. São elas: Argamassa colante industrializada tipo I AC I: Possui resistência às solicitações mecânicas e termoigrométricas típicas de revestimentos internos. Argamassa colante industrializada tipo II AC II: Possui características de adesividade que permitem absorver os esforços existentes em revestimentos de pisos e paredes internos e externos sujeitos a ciclos de variação termoigrométrica e à ação do vento. Argamassa colante industrializada tipo III AC III: Apresenta aderência superior em relação às argamassas dos tipos I e II. Argamassa colante industrializada tipo E: Argamassa colante industrializada dos tipos I, II e III, com tempo em aberto estendido. Estas classificações distinguem-se devido à necessidade da interação química entre os substratos para cada uso, sendo essa diferenciação alcançada 3399

3 modificando-se os teores de polímeros na matriz cimentícia. Dessa forma, cada classificação das argamassas colantes deve atender aos requisitos da Tabela 1. Tabela 1 Requisitos das argamassas colantes Propriedade Unidade Argamassa colante Industrializada ACI ACII ACIII E Tempo em aberto Min Argamassa do Resistência de tipo I, II ou III, aderência à tração com tempo em aos 28 dias em aberto MPa 0,5 0,5 1,0 estendido em - cura normal MPa 0,5 0,5 1,0 no mínimo 10 - cura submersa MPa - 0,5 1,0 min do - cura em estufa especificado Deslizamento 1) mm 0,7 0,7 0,7 nesta tabela. 1) O ensaio de deslizamento não é necessário para argamassa utilizada em aplicações com revestimento horizontal. Fonte: Adaptado da NBR (2012) (8) Ressalta-se que a água pode ser associada a problemas de durabilidade de produtos cimentícios, uma vez que o líquido pode atuar como agente de processos físicos de degradação nos sólidos porosos e como veículo de transporte para agentes agressivos, sendo ela, portanto, uma fonte de processos químicos de degradação (2). No que diz respeito aos efeitos na porosidade da argamassa, trabalhos anteriores concluíram que a interação dos polímeros com a matriz cimentícia tem influência no tamanho e na distribuição dos poros. Além disso, foi observado que, em pastas de cimento Portland, o EVA aumenta a porosidade total em até 40% e que, quando na presença de éter de celulose, a adição do EVA causa menores mudanças na porosidade (3). Entre os fatores que influenciam o sistema de distribuição dos poros, está o uso de aditivos e adições minerais. Os aditivos superplastificantes, por exemplo, podem reduzir a quantidade de água de amassamento necessária para uma mesma trabalhabilidade e consistência, o que torna possível a adoção de uma baixa relação água/cimento (a/c), obtendo-se uma pasta cimentícia menos permeável. Além disso, essas adições melhoram a resistência à fissuração 3400

4 térmica, devido ao baixo calor de hidratação, refinam os poros e fortalecem a zonas de transição (2). A nanosílica é um aditivo mineral constituído de partículas com diâmetro entre 3 a 150 nm, sendo mais fina que as partículas do cimento Portland, e que, quando adicionadas a este, conferem efeitos pozolânicos e de fíler. Isso porque a nanoescala das partículas favorece que mais átomos fiquem localizados na sua superfície, aumentando a área de superfície exposta, o que resulta em um aumento significativo na reatividade química (4). Dessa forma, o presente artigo analisa os efeitos da substituição parcial do EVA pela nanosílica nas propriedades mecânicas das argamassas colantes, levando em consideração parâmetros que influenciam na durabilidade destas argamassas. MATERIAIS E MÉTODOS O programa experimental consistiu na análise do desempenho de argamassas colantes do tipo AC-II, produzidas pela indústria Kalfix, porquanto, este tipo, para atender aos requisitos mostrados na Tabela I, deve, necessariamente, possuir em sua composição ambos os polímeros supracitados (5). Ressalva-se que a nanosílica incorporada à argamassa colante é um produto também desenvolvido pela indústria Kalfix cuja denominação é dada por QuimiSil e representa, dentro de sua composição, um percentual de 30% de nanosílica. Na metodologia utilizada, o traço adotado foi 1:4 (cimento:areia, em massa) e o fator A/C foi 0,5, sendo esses valores mantidos constantes para todas as dosagens das argamassas. A adição padrão de éter de celulose, recomendado pelo fabricante, para a AC II, é 0,21% da massa total da argamassa. Já o teor de EVA adotado foi de 1% da massa total. O teor de nanosílica, em substituição parcial do EVA, obedeceu às proporções expressas na Tabela

5 Tabela 2 Teores de QuimiSil em substituição parcial do EVA Classificação Nanosílica EVA Fonte: Autores (2018). Tipo I 0% 100% Tipo II 5% 95% Tipo III 10% 90% Tipo IV 15% 85% O cimento utilizado foi do tipo CP II-E-32-RS, proveniente da Companhia Industrial de Cimento Apodi Unidade Pecém, em que as características físicas e químicas do produto foram informadas pelo fabricante, de modo que as mesmas são apresentadas na Tabela 3, mostrada a seguir. Caracterização Física Caracterização Química Tabela 3 Caracterização Física e Química do cimento Determinação Unidade CP II-E-32- RS Área Específica Blaine cm²/g 3785 Massa Específica g/cm³ 3 Expansibilidade de Le Chatelier a Mm Quente 0,0 Finura Resíduo na Peneira #200 % (%) 0,6 Resíduo na Peneira #325 % (%) 7,3 Tempo de Início h:min 3 Pega Fim h:min 4 Resistência 3 dias (MPa) Mpa 20,0 a 7 dias (MPa) Mpa 27,9 Compressão 28 dias (MPa) Mpa 38,4 Perda ao fogo Mpa 5,64 Resíduo Insolúvel % 0,87 Al2O3 % 7,22 SiO2 % 24,17 Fe2O3 % 2,01 CaO % 53,79 MgO % 5,46 SO3 % 2,10 CO2 % 4,38 Fonte: Informações do fabricante. 3402

6 A areia utilizada no experimento é de origem aluvionar, advinda do Rio Parnaíba, e antes da mistura, passou por procedimentos para retirada de impurezas e umidade. A Tabela 4, adiante, descreve as características do agregado utilizado. Tabela 4 - Características e granulometrias da areia Porcentagem retida (em Abertura da massa) peneira (mm) Individual Acumulada 4,8 0,00 % 0,00 % Composição 2,4 0,00 % 0,00 % Granulométrica 1,2 0,00 % 0,00 % 0,6 0,12 % 0,12 % 0,3 11,18 % 11,28 % 0,075 87,29 % 98,59 % Fundo 1,39 % 100,00 % Dimensão Máxima Característica 0,60 mm Módulo de Finura (NBR 7217/1987) 1,10 mm Massa Unitária (NBR NM 45:2006) 1,27 kg/dm³ Materiais Pulverulentos (NBR NM 46:2003) 0,87 % Massa específica (NBR NM 52:2009) 2,65 kg/dm³ Fonte: Autores (2018). O produto QuimiSil desenvolvido pelo grupo Kalfix possui as especificações de acordo com a Tabela 5. Tabela 5 Especificação da nanosílica do produto comercial denominado QuimiSil. Área Diâmetro Concentração Carga Aditivo Superficial (nm) (%) Superficial Estabilizante (m²/g) Negativa Na Nesta pesquisa foi adotado o éter de celulose HEMC (hidroxietilmetilcelulose) MECELLOSE EMA 70U, da Lotte Fine Chemicals, subsidiária da Samsung Korea Chemicals. Trata-se de um polímero solúvel em água com 3403

7 médio grau de eterificação. Algumas de suas características, obtidas com o fabricante, estão listadas na Tabela 6. Tabela 6 - Características do HEMC fornecidas pelo fabricante Propriedade Resposta Forma Pó fino Teor de Umidade Max 8% Atividade iônica Não iônico Atividade superficial Alta Solubilidade Solúvel em água Viscosidade Máx CPs Viscosidade inicial decresce com o aumento Efeito da temperatura na solução da temperatura, mas depois aumenta até a formação do gel, então o metil celulose flocula; este processo é reversível Efeitos de íons metálicos monovalentes Altas concentrações de sais podem causar coagulação (reversível) Formação de filme Boa Capacidade Fonte: Informações do fabricante. O EVA utilizado foi o OPR 7082 WP, produzido pela ORGACHEM. De acordo com o fabricante, é um pó redispersante produzido pela secagem de uma emulsão de acetato de vinila / copolímero acrílico com álcool polivinílico (PVA) como colóide protetor. Esse colóide protetor é um tensoativo utilizado com o objetivo de melhorar a estabilidade química e mecânica do polímero, assim como otimizar a dispersão das suas partículas em misturas com cimento, prevenindo a coagulação das partículas poliméricas (6). As características deste copolímero estão listadas na Tabela 7. Tabela 7 - Características do OPR 7082 WP Propriedade Valor Teor de inorgânicos (30 min a 1000ºC) 12±2% (massa) Densidade Aparente g/l Aparência Pó branco Colóide Protetor Álcool Polivinílico (PVA) Umidade Residual Max. 1,5% Resistência Alcalina Alta Tamanho de partículas do pó Máx. 4% acima de 400μm Tamanho predominante de partículas após a 0,5 8 μm redispersão Temperatura mínima de formação de filme 6 Fonte: Informações do fabricante. 3404

8 A análise estatística dos resultados foi feita através do teste ANOVA de medidas repetidas em grupos independentes e pós-teste de Bonferroni, com significância estatística de 5%, utilizando-se para isso o software SPSS versão 24. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 8, mostrada a seguir, apresenta os resultados, em termos de média e desvio padrão, dos resultados obtidos para a resistência de aderência à tração de cada caso: Tabela 8 - Resistência de aderência à tração das argamassas colantes Argamassa Resistência de aderência à tração (MPa) Tipo I (0%) 0,99 ± 0,08 Tipo II (5%) 0,87 ± 0,21 Tipo III (10%) 0,97 ± 0,06 Tipo IV (15%) 1,01 ± 0,34 Fonte: Autores (2018). Pela análise da Tabela 8, depreende-se que, em média todas as dosagens especificadas de I a IV atendem com folga as resistências de referência previstas na NBR (2012) para argamassas do tipo AC II (8). Entretanto, é importante notar que os valores de resistências registrados a partir dos ensaios realizados com a argamassa Tipo IV são bastante dispersos em relação à média, pois o desvio padrão é muito alto, por isso, para se ter uma maior certeza do que esse tipo de argamassa proporciona em relação a resistência de aderência à tração, seria necessário fazer novos ensaios. Todavia, a partir do teste ANOVA e pós-teste de Bonferroni, verificou-se que não há diferença estatisticamente significativa entre as médias de resistências das argamassas em que houve a substituição parcial do EVA por nanosílica em comparação com aquela em cuja composição não há nanosílica (p > 0,05). A Tabela 9, apresentada adiante, mostra os valores de resistência obtidos para aquelas placas que foram ensaiadas a fim de se verificar o comportamento 3405

9 das argamassas em relação ao tempo em aberto prescrito na NBR : Argamassa colante industrializada para assentamento de placas cerâmicas Parte 3: Determinação do Tempo em Aberto (2012) (9). Esse parâmetro é definido como o período de tempo contado após o espalhamento da argamassa sobre o substrato, variável em função do tipo de argamassa, em que é possível o assentamento da cerâmica sobre esse produto, cuja resistência de aderência deva ser maior ou igual a 0,5 MPa, após 28 dias (5). Tabela 9 - Tempo em aberto das argamassas colantes Argamassa Resistência de aderência à tração (MPa) Tipo I (0%) 0,98 ± 0,13 Tipo II (5%) 0,77 ± 0,30 Tipo III (10%) 0,97 ± 0,02 Tipo IV (15%) 1,29 ± 0,01 Fonte: Autores (2018). Confrontando os resultados obtidos com as exigências prescritas na NBR 14081:3/2012 para o tempo em aberto, mostradas na Tabela 1, todos os tipos de argamassas atenderam a esse parâmetro normativo. Apesar do alto valor de resistência à tração obtido pela Argamassa Tipo IV, de acordo com o teste ANOVA com pós-teste de Bonferroni, não existe diferença estatisticamente significativa entre as médias de resistência. Ainda assim, ressalta-se que os melhores resultados, tanto no ensaio de aderência quanto no ensaio de tempo em aberto são as dosagens Tipo I e Tipo IV. Em relação à consistência, a Tabela 10 mostra os diâmetros médios obtidos pelo ensaio descrito na NBR 13276: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos - Determinação do Índice de consistência (2002) (7). Tabela 10 - Índice de consistência da argamassa correspondente à média de três medidas do diâmetro de acordo com a NBR (2002) Argamassa Diâmetro Médio (cm) Tipo I (0%) 18,00 ± 0,00 Tipo II (5%) 19,17 ± 0,29 Tipo III (10%) 19,83 ± 0,29 Tipo IV (15%) 18,17 ± 0,29 Fonte: Autores (2018). 3406

10 Comparando os resultados das argamassas colantes em que houve a substituição parcial do polímero EVA por nanosílica com a composição normal, verificou-se que as argamassas Tipos II e III apresentaram valores maiores estatisticamente significativos (p < 0,05) em relação aos demais tipos, o que leva a concluir que a substituição parcial do EVA por nanosílica em teores de 5% a 10% aumenta a fluidez da argamassa. CONCLUSÃO É possível concluir que a substituição do Copolímero acetato de vinila/etileno (EVA) por nanosílica com teores variantes de até 15 %, não interferem de forma significativa no desempenho da argamassa colante ao considerar a avaliação de suas características no estado endurecido, tendo como critério de análise o tempo em aberto e a resistência de aderência à tração. Para tal conclusão, levaram-se em consideração os limites superiores e inferiores dos valores médios somados aos respectivos desvios padrão, onde todas as composições atenderam aos requisitos da norma NBR (2012) (8). Porém, quando se comparou os valores entre si, concluiu-se que os valores são estatisticamente semelhantes, o que justificaria a substituição parcial do Copolímero acetato de vinila/etileno (EVA) por nanosílica, já que este é mais viável economicamente que aquele. Observa-se também uma melhora na consistência e, consequentemente, na fluidez da massa, quando ocorre a substituição do EVA por teores de 5% a 10% de nanosílica. Consequentemente, essa melhoria pode provocar um aumento na resistência mecânica do produto, uma vez que, estabelecendo uma consistência fixa, acredita-se que haja uma diminuição do fator água/cimento ao produzi-las, o que pode melhorar seu desempenho mecânico. Dessa forma, a combinação de efeitos do EVA e da nanosílica pode favorecer a microestrutura dos materiais cimentícios e acarretar na redução da porosidade e da permeabilidade, densificação da pasta de cimento e melhora da zona de transição. Tais fatores devem ser investigados, a fim de que se comprove se há melhora no desempenho desses materiais em relação à durabilidade e as demais propriedades mecânicas. 3407

11 Destaca-se que é necessária também a análise do desempenho mecânica das argamassas colantes quando estas são submetidas a processos de cura submersa e em estufa. Dessa forma, o estudo trata-se de uma pesquisa inicial quanto às condições da argamassa colante e seus respectivos aditivos. REFERÊNCIAS (1). BETIOLI, A. M. Influência dos polímeros MHEC e EVA na hidratação e comportamento reológico de pastas de cimento Portland. Florianópolis, Tese (Doutorado em Engenharia Civil) Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, (2). MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: microestrutura, propriedades e materiais. 2ª Ed. São Paulo: IBRACON, (3). SILVA, D. A., JOHN V. M., RIBEIRO J. L. D., ROMAN H. R. Pore size distribution of hydrated cement pasts modified with polymers. Cement and Concrete Research. 2001;31(8): (4). DELGADO, A.; TALERO, R.; TÉLLEZ, E.; BAYARRI, R.; FORTUÑO, J. M.; POMPIANO, R. B. Nanosílice estabilizada y microsílice para materiales cementantes expuestos al ambiente marino. Aplicación al caso del Mar Caribe. p. 1-16, (5). PÓVOAS, Y. V. Tempo em aberto da argamassa colante : influência dos aditivos HEC e PVAc. São Paulo, Dissertação (Mestrado) Departamento de Engenharia de Construção Civil da Universidade de São Paulo Escola Politécnica, São Paulo, (6). CHERN, C. S. Emulsion polymerization mechanisms and kinetics. Progress in Polymer Science (Oxford), v. 31, n. 5, p , (7). ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13276: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos - Determinação do Índice de consistência, Rio de Janeiro, (8).. NBR : Argamassa colante industrializada para assentamento de placas cerâmicas Parte 1: Requesitos, Rio de Janeiro: (9).. NBR : Argamassa colante industrializada para assentamento de placas cerâmicas Parte 3: Determinação do Tempo em Aberto, Rio de Janeiro:

12 Experimental investigation of the partial replacement of ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) of adhesive mortar by nanosilica ABSTRACT This work is an experimental investigation in which the vinyl ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) of adhesive mortars is partially replaced by nanosilica. The high surface area of these particles results in a higher chemical reactivity due to the phylum and pozzolanic effects of the material. Previous studies have shown that the incorporation of nanosilica into mortars promotes an improvement in their workability Therefore, the present article will introduce the influence of the use of nanosilica on the properties of adhesive mortars, since this may favor the performance of these, due to the increase in the densification of the microstructure of the cement matrix. For this, the water / cement factor was set at 0.5 and the EVA was replaced by nanosilver at levels ranging from 0% to 15%. The experiments were divided into three stages: characterization of the materials, definition of ratio and tests with mortars in the hardened state, for checking tensile strength and open time, and in the fresh state for analysis of the consistency. Keywords: Adhesive mortars; nanosilica; tensile strength; open time; consistency 3409