Avaliação do Desempenho de Argamassas Tradicionais e Colantes Para Assentamento de Rochas Ornamentais

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1 Avaliação do Desempenho de Argamassas Tradicionais e Colantes Para Assentamento de Rochas Ornamentais Luiz Antônio M. N. BRANCO FEA/FUMEC Brasil luizmelg@gmail.com Antônio Neves de CARVALHO JÚNIOR EE/UFMG Brasil anjunior@demc.ufmg.br Antônio Gilberto COSTA IGC/UFMG Brasil agcosta@uol.com.br Resumo: Este trabalho apresenta os tipos de argamassas colantes utilizadas no Brasil e também um estudo comparativo da resistência de aderência de algumas rochas aplicadas com argamassas tradicionais e colantes, num período que vai desde as primeiras idades da colagem das placas ao substrato (28 dias) até 6 meses. Balizando todas as análises são apresentadas avaliações microestruturais e mineralógicas da argamassa estudada, FRX e DRX além de MEV-EDS (microfotografias da região de contato entre argamassa e rocha). Observou-se uma significativa melhora de desempenho, no que diz respeito à resistência de aderência, bem como na extensão de aderência (área de contato na interface), quando da utilização da argamassa colante com carga polimérica (tipo AC III). Palavras chave: Argamassas; Rochas Ornamentais; Aderência. 1. INTRODUÇÃO A argamassa colante (também denominada cimento cola) é um produto pulverulento industrializado à base de cimento Portland, areia selecionada e aditivos, que deve ser misturado com adequada quantidade de água na obra para utilização. O custo das argamassas colantes varia bastante de um tipo para outro, variando também o desempenho, decorrendo ser necessário estabelecer critérios apropriados para escolha adequada da argamassa colante a utilizar, tendo presente a aplicação que se tem em vista. Diversos tipos de argamassas (dentre misturadas no canteiro e industrializadas) são encontrados no mercado de construção civil para a fixação de placas de rochas em revestimento de fachadas. Entretanto, a argamassa industrializada do tipo colante apresenta-se como uma alternativa tecnológica de melhor desempenho pois possui em sua formulação alguns polímeros que proporcionam aumento da adesividade.

2 Além disso, observa-se ainda um incremento na manutenção da adesividade com o passar do tempo, o que se torna importante para revestimentos que trabalham sob regimes cíclicos de carregamentos, umidade e temperatura. Atualmente as argamassas colantes são normalizadas pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) através da norma NBR (Argamassa colante industrializada para assentamento de placas cerâmicas Especificação), a qual especifica os diversos tipos, conforme Quadro 1. Quadro 1 - Recomendação de aplicações e tempo em aberto de argamassas colantes industrializadas segundo a NBR /2004 Tipo da argamassa colante Aplicações Tempo em aberto (minutos) AC-I Ambientes internos exceto saunas, churrasqueiras, estufas e outros revestimentos especiais 15 AC-II Pisos e paredes externos 20 AC-III Onde se necessita de alta 20 resistência às tensões de cisalhamento, apresentando aderência superior a dos tipos AC-I e AC-II AC-I-E AC-II-E AC-III-E Similar as anteriores, porém com tempo em aberto estendido Com acréscimo de no mínimo 10 minutos nos especificados acima A argamassa AC-I normalmente é fabricada com cimento Portland, areia fina e aditivo retentor de água adequado que produz melhorias para a aplicação, inclusive o aumento de aderência. As argamassas AC- II, AC- III e AC-I-E, AC-II-E, AC III-E, além de conter este tipo de aditivo em maior teor, contêm outros aditivos. Estes também aumentam a aderência e possibilitam outras propriedades desejáveis para estes tipos de argamassas e podem, devido à presença de adições poliméricas e sua consequente redução do módulo de elasticidade, até permitir certa flexibilidade após o endurecimento. Diante do exposto, um dos problemas enfrentados durante a utilização das argamassas na construção civil é a durabilidade da união obtida entre esta e o revestimento externo, como o granito ou o mármore. Dada a dificuldade em se encontrar informações sobre a caracterização do material antes da mistura (SILVA & CINCOTTO, 2004), e como diferentes fabricantes alegam que a determinado material é conferido um desempenho melhor devido à incorporação de aditivos nunca informados, observou-se a necessidade da realização de um estudo ao nível da microestrutura previamente ao estudo do comportamento mecânico da argamassa.

3 Desta forma, procedeu-se à caracterização da argamassa colante AC-III ainda na forma de pó antes da mistura com água, através da determinação da granulometria, da área superficial específica, assim como de seus constituintes (fases e elementos químicos), através da difração e fluorescência por de raios-x. As informações do fabricante sobre o pó da argamassa incluem apenas a densidade aparente além dos principais componentes, como o cimento, areia quartzosa e aditivos (não especificados). As medidas para o proporcionamento para a mistura com água também são incluídas nas recomendações. ALMEIDA & SICHIERI (2005) encontraram em seus estudos com argamassas comerciais valores de densidade de massa específica no estado anidro variando numa faixa entre 2,63 e 2,67 g/cm 3. COSTA (2006) avaliou seis diferentes argamassas e foram encontrados valores de área superficial específica por BET entre 0,63 e 1,16 m 2 /g. SILVA & CINCOTO (2004) fazem referência ao ensaio de peneiramento indicando apenas o maior tamanho de partícula do aditivo, inferior a 1,5mm. Todas as propriedades mecânicas de um material são função da sua composição química e da sua microestrutura (CALLISTER, 2002). A dificuldade em se encontrar na literatura pertinente dados com os quais possamos comparar os achados do presente estudo é um limitador do ponto de vista da determinação da efetividade dos métodos utilizados, por não haver uma padronização, ainda que represente uma contribuição para o melhor conhecimento do material. 2. CARACTERIZAÇÃO DA ARGAMASSA AC-III Pelo fato desta argamassa ser utilizada nas condições mais severas (baixa porosidade do material a ser assentado) optou-se por compará-la com uma argamassa tradicional. Porém, face à exigüidade de maiores dados de caracterização tecnológica deste material, serão discutidos alguns destes aspectos. Apesar de todos os ensaios terem sido executados em ambiente de laboratório com condições controladas, existe uma variabilidade em função das matérias primas empregadas pelos diversos fabricantes. Para este estudo, então, foi escolhida uma argamassa de ampla utilização no mercado local. Material de estudo: Argamassa colante ACIII (pó industrializado, previamente à manipulação com água). 2.1 Granulometria Consiste na determinação do tamanho e da distribuição das partículas na amostra do pó da argamassa. Por se tratar de um material composto por cristais de areia de grande diâmetro e pós muito finos, observou-se a necessidade de se realizar um peneiramento prévio, para a identificação das partículas de maior tamanho, previamente ao estudo das partículas menores.

4 Preparo da amostra: Peneiramento por via úmida. Peso da amostra: 25g (Fig. 1). Figura 1 - Pesagem da amostra. O peneiramento foi realizado sob irrigação por água corrente e agitação manual (Fig. 2). Figura 2 - Peneiramento. Do material retido nas peneiras (Fig. 3) foram separadas frações para secagem em estufa a 120 C e posterior pesagem para a determinação da massa de cada fase granulométrica. Figura 3 - Fases após a separação por peneira.

5 Após retirada da estufa, obtiveram-se as massas apontadas na Tabela 1. Tabela 1 Massa retida nas peneiras A partir da fração que passou pela última peneira utilizada (MESH 400) foi obtida uma polpa para análise através de Granulometria a Laser com a lente de 50mm. Observou-se a excessiva dependência do fator operador para o processo de peneiramento por via úmida, podendo ocorrer perda de parte do material durante a passagem da água entre as peneiras. O passo de homogeneização do passante final, para a obtenção da amostra a ser levada para a análise no granulômetro a laser também pareceu crítica, uma vez que a agitação é manual e realizada em um grande volume de líquido. Para a Granulometria a Laser (Granulômetro Sympatec modelo Helos BA) utilizou-se solução hexametafosfato de sódio 0,05% para fazer a referência para a leitura. Além disso, a amostra foi submetida à agitação mecânica e por ultra-som. Observou-se que, dos 32% da amostra original que passaram pela última peneira, cujo maior tamanho identificado pela granulometria a laser foi 51,50µm 84% das partículas apresentaram tamanho abaixo de 30,45µm. Trata-se, portanto, de material com porção representativa muito fina, o que justifica uma análise posterior da área superficial específica. 2.2 Área superficial específica / B.E.T. multipontos As referências usuais para os materiais de construção civil em relação à área superficial são fornecidas a partir do método de Blaine. Entretanto, este é um teste capaz de detectar apenas o índice de finura. A avaliação da área superficial é importante por ser determinante do grau de compacidade da pasta obtida, o que redundará em maior ou menor resistência em função do arranjo dos grãos após a mistura com água. O volume de água necessário para se conseguir uma mistura manipulável e ao mesmo tempo resistente após a pega será função da ASE total do pó e é diretamente proporcional a esta. Preparo da amostra: Peneiramento a seco até 150 µm. Equipamento: NOVA 1200 Quantachrome Corporation Software: NOVA Enhanced Data Reduction Software Adsorvato: Nitrogênio Resultados: Abertura (Mesh) Tamanho da Partícula (µm) Retido (g) # ,25 # ,22 # ,57 Passante <38 7,96 Densidade da amostra após o peneiramento: 2,91g/cm 3 Área superficial total na amostra: 11,5318m 2 ASE: 1,0686m 2 /g

6 Este alto valor de área superficial específica é compatível com os encontrados na granulometria a laser, que apresentou porcentagem significativa de partículas finas, com diâmetro abaixo de 30,45µm. BET multipontos: transformação em massa sob diferença de pressão p/p 0 de 0,090 a 0,240 <319,500 a 798,750 A possibilidade de se realizar a transformação isoterma original, por massa em função do gradiente de pressão, em um gráfico BET multipontos é indicadora da formação de monocamada de forma a identificar de fato a ASE do analito. 2.3 Difração de Raios X (DRX) Preparo da amostra: Moagem manual (gral de ágata) seguido de prensagem do pó no porta amostra. A amostra foi então inserida no Difratômetro, conforme apresentado na Figura 4. Figura 4 - Amostra posicionada para análise por DRX. O difratômetro PW 3710 MPD Control Phillips estava ajustado conforme os seguintes parâmetros: 40 kv e 20 ma Escaneamento: normal Step size: 0,06 Programa: High Score A DRX é um método utilizado com o objetivo de se determinar os compostos químicos presentes na amostra avaliada, através da obtenção de gráficos e utilizando como referência um banco de dados contendo os parâmetros dos diferentes compostos químicos já catalogados. Desta forma, foi feita a identificação das fases cristalinas presentes na amostra do pó da argamassa avaliada.

7 A fase predominante foi a Calcita (CaCO 3 ), com a identificação de óxido de cálcio, óxido de magnésio ou dolomita. Magnesita também foi identificada em quantidade significativa, além da areia calcítica, com baixa ocorrência de silício. Presença também das fases C 3 S (alita) e C 2 S (belita), além da suposição de ocorrência de gesso, CaSO 4.2H 2 O (gipsita), provavelmente devido ao cimento no estado anidro existente no material avaliado. Identificação de fase amorfa com predominância de alumínio. 2.4 Fluorescência de Raios X (FRX) Preparo da amostra: pó da argamassa prensado, no formato de uma pastilha, utilizando-se pó de ácido bórico. Espectrômetro PW 2400X Phillips, cujo porta amostra é mostrado na figura 5. Figura 5 - Colocação da amostra no Espectrômetro. A FRX tem como objetivo a identificação dos elementos químicos presentes na amostra, de forma a complementar e elucidar os achados da DRX. Também utiliza um banco de dados como base para a comparação com os gráficos obtidos, identificação esta realizada pelo programa de computador. Foram identificados os seguintes elementos, segundo a quantidade ou nível em relação ao volume total da amostra: ALTO: Ca, O MÉDIO: Si, Mg BAIXO: Al, Sr, Fe, S, K, P TRAÇOS: Pb, Ni, Mn, Cr, Ti, Cl, Na 3. ENSAIOS DE ARRANCAMENTO O ensaio destinado à determinação da resistência de aderência, também conhecido como ensaio de arrancamento ou pull-off test, é preconizado pelo anexo A (Determinação da resistência de aderência de revestimentos cerâmicos assentados com argamassa colante) da norma ABNT NBR Revestimento de paredes externas e fachadas com placas cerâmicas com utilização de argamassa colante Procedimento.

8 O ensaio deve ser realizado a partir do assentamento das placas pelo menos após 28 dias a contar do assentamento. Sobre a superfície a ser avaliada são coladas placas metálicas, utilizando-se geralmente cola à base epóxi. As placas devem ser quadradas, fabricadas em aço, com 100 mm de lado (Figura 6) e para haver uma discretização da área de aplicação da carga, antes da realização do ensaio, o revestimento é cortado perpendicularmente ao seu plano, tangenciando a placa colada, utilizando-se serra corta mármore. A profundidade deste corte deve ser tal que o mesmo penetre cerca de 5 mm na base. Figura 6 - Placa de aço colada ao corpo de prova. De acordo com a norma ABNT NBR para fins de aceitação de um revestimento, esta ocorrerá se de cada grupo de 6 ensaios (uma série), pelo menos quatro valores de resistência de arrancamento forem iguais ou superiores a 0,3 MPa, quando da aplicação de carga através do equipamento visto na Figura 7. Figura 7 - Equipamento para ensaio de arrancamento. Neste ponto faz-se necessário o seguinte esclarecimento: como não existe ainda uma norma para ensaio de arrancamento de revestimento com rochas e levando-se em conta a necessidade de algum valor de referência, optou-se por assumir o valor mínimo desejável de 0,30 MPa para a resistência de aderência à tração (ou seja, o mesmo valor recomendado para revestimentos cerâmicos). Após a realização dos ensaios, os resultados são apresentados na Tabela 2.

9 Tabela 2-Resultados dos ensaios de arrrancamento Argamassa Tradicional AC III Variedade CP 28 dias 6 meses 28 dias 6 meses Mármore Nacional 1 0,27 0,37 0,41 0,49 Mármore Nacional 2 0,27 0,35 0,40 0,55 Granito Cinza 1 0,19 0,32 0,34 0,58 Granito Cinza 2 0,21 0,30 0,57 0,61 Observou-se que o Mármore não alcançou a resistência mínima aos 28 dias ao utilizar a argamassa tradicional, entretanto aos 6 meses esta marca foi superada. Por outro lado, ao utilizar a argamassa AC III nas duas idades o valor mínimo foi superado. Para o Granito ocorreu situação semelhante, porém a resistência ao se utilizar a argamassa tradicional ficou bem menor se comparada com o Mármore. É bem possível que esta diferença seja justificada pelas porosidades das duas rochas, ou seja, o Mármore (mais poroso que o Granito) apresentou resistência maior, posto que o mecanismo de aderência ao se utilizar argamassa tradicional seja mais mecânico (intertravamento dos produtos de hidratação do cimento nos poros da placa) que químico (oriundo das forças de Van der Wals que se desenvolvem quando se utiliza uma argamassa com aditivos químicos). Sabe-se que o desempenho satisfatório do sistema de revestimento depende precipuamente da extensão da aderência. Utilizando-se argamassa tradicional, não se alcança plasticidade suficiente, em função de suas características reológicas, para que toda a extensão da placa de rocha tenha contato com a argamassa, podendo ocorrer falhas, conforme mostrado na Figura 8, onde se apresenta uma microfoto. Estas falhas seriam pontos fracos onde a aderência é nula, comprometendo, assim, a resistência de aderência. Figura 8 - Interface Granito Cinza (fração inferior) + Argamassa Tradional (fração superior), mostrando falha na continuidade da interface. Por outo lado, as argamassas colantes utilizam aditivos que podem melhorar algumas de suas propriedades, por exemplo, a plasticidade. Neste caso a argamassa teria a capacidade

10 de cobrir toda a extensão da placa e através deste contato contínuo teria-se a máxima extensão de aderência. Vale a pena destacar que a plasticidade obtida nas argamassas colantes advém do uso de aditivos adequados a este fim e não apenas ao uso indiscriminado de água como muitas vezes ocorre quando se usa a argamassa tradicional. Neste sentido, a Figura 9 mostra uma inteface Granito e Argamassa Colante, onde se destaca a continuidade da interface. Figura 9 - Interface Granito Cinza (fração superior) + Argamassa Colante (fração inferior). 4. CONCLUSÕES Apesar de ser um resultado esperado, confirmou-se para todos os materiais estudados que o assentamento com argamassa colante ACIII, quando comparado com argamassa tradicional, pode conduzir a resultados mais elevados de resistência de arrancamento, apresentando também um acréscimo de extensâo da aderência, provavelmente por sua formulação e maior reatividade. As argamassas colantes, pelo fato de conterem aditivo retentor de água, evitam o uso de água de amassamento em excesso (na tentativa de se aumentar sua plasticidade) que poderá promover e mesmo acelerar os processos patológicos nos sistemas de revestimentos com rochas ornamentais. Além disso, é importante citar que, mesmo sem ter sido feita avaliação objetiva da trabalhabilidade e economia de materiais, percebeu-se indicativos de melhoria desses parâmetros. 5. REFERÊNCIAS [1] ALMEIDA, Alessandra e F de Souza ; SICHIERI, E. P. Study of the adherence between polymer-modified mortars and porcelain stoneware tiles. Materials Research, Estados Unidos, v. 8, n. 3, p , 2005.

11 [2] CALLISTER, W. D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 5ed. LTC, São Paulo, [3] COSTA, M. R. M. M. ; CINCOTTO, M. A. ; PILEGGI, R. G. Análise comparativa de argamassas colantes de mercado e o seu comportamento reológico. In: VI Simpósio Brasileiro de Tecnologia das Argamassas, 2005, Florianópolis. VI Simpósio Brasileiro de Tecnologia das Argamassas, [4] SILVA, C. O. ; CINCOTTO, M. A. Análise crítica dos requisitos e critérios de qualidade da argamassa colante. Boletim técnico da Escola Politécnica da USP BT/PCC/368.