ESTUDO DA REOLOGIA DAS ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO NO ESTADO FRESCO

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1 ESTUDO DA REOLOGIA DAS ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO NO ESTADO FRESCO J. G. G. Sousa, E. Bauer Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil da Universidade de Brasília Campus Universitário Darcy Ribeiro, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Brasília(DF) CEP: getulio@unb.br RESUMO Este artigo apresenta uma discussão dos diversos fatores que podem influenciar no comportamento reológico das argamassas de revestimento no estado fresco, uma vez que os atuais modelos apenas permitem uma avaliação qualitativa dessas argamassas. O conhecimento dos princípios que determinam tais comportamentos é de grande importância para o proporcionamento de argamassas trabalháveis (parâmetro de essencial importância para o meio técnico, na maioria das vezes tratada empiricamente pelos profissionais da área), bem como para a escolha dos métodos e equipamentos adequados de aplicação (quando na execução dos revestimentos: aplicação manual, mecânica, dentre outros). Esta tendência de estudo vem se evidenciando com certa rotina nos últimos anos, principalmente devido ao surgimento de uma gama considerável de materiais voltados para a produção de argamassas industrializadas. Palavras-chaves: argamassas de revestimentos, reologia, trabalhabilidade. 1. INTRODUÇÃO O estudo das argamassas de revestimento no estado fresco tem sua parcela de importância uma vez que estas são na grande maioria manuseadas e aplicadas ainda no estado fresco. Dentre os fatores que determinam o comportamento dessas argamassas, destaca-se principalmente as características da composição da mistura (cimento, agregados, teor de água, adições, aditivos), os métodos de transporte e aplicação a serem utilizados bem como o local de aplicação definido pelo tipo de substrato (1). Outro assunto bastante discutido atualmente, diz respeito à falta de métodos confiáveis e precisos para avaliação das argamassas quanto aos critérios que classifiquem estas como trabalhabilidade (1)(2)(3). Este fato vem se evidenciando com certa rotina nos últimos anos, principalmente devido ao surgimento de uma gama considerável de argamassas industrializadas e principalmente novos materiais como aditivos (incorporadores de ar, retentores de água, dentre outros), adesivos e fibras sintéticas, dentre outros (4)(5). Sendo cada vez mais necessário estudar o comportamento destes com um enfoque na ciência dos materiais, em específico nos conceitos reológicos. O presente artigo pretende contribuir com uma discussão sobre os diversos fatores que podem influenciar no comportamento reológico das argamassas no estado fresco, tendo em vista meios que possibilite caracterizá-la para certos critérios de trabalhabilidade (enfoque reológico). Este assunto, na maioria das vezes, é pouco explorado pelos tecnologistas da área de argamassas pelo seu enfoque científico. 2. REOLOGIA DE FLUIDOS E SUSPENSÕES As argamassas e concreto são formadas potencialmente pela composição, em proporções adequadas, de materiais como agregados, cimentos e água. Na maioria das aplicações pode-se 571

2 assumir que estas composições são suspensões concentradas de partículas sólidas (agregados) em um líquido viscoso (pasta de cimento) (6). Por sua vez, sabe-se que a pasta de cimento não é um fluido homogêneo e sim composto de partículas em um líquido, no caso a água. Em escala macroscópica, pode-se assumir que tais concentrações escoam como um fluido, sendo válida toda a teoria clássica que envolve o escoamento de fluidos (Figura 1). Onde se uma força de cisalhamento é aplicada em um fluido como mostrado na Figura 1, um gradiente de velocidade é induzido neste fluido, ou seja, uma taxa de cisalhamento. Nesta configuração, o fator de proporcionalidade entre a força e o gradiente é chamando de viscosidade. Para determinados tipos de fluidos este comportamento é descrito pela Equação 1, sendo estes denominados de fluidos newtonianos. Força, F Velocidade, v Área A y Lâminas de líquido Figura 1 Escoamento de fluido sobre a ação de uma força de cisalhamento (6) F = τ = ηγ& A (1) onde, F = força de cisalhamento A = área do plano paralelo a força. τ = tensão de cisalhamento η = viscosidade γ& = taxa de cisalhamento Ferraris (6) apresenta uma ampla revisão bibliográfica à cerca de modelos utilizados para descrever o comportamento reológico de composições como pastas de cimento, argamassas e concretos. Alguns destes modelos são apresentados na Tabela 1. Tabelas 1 Equações que relacionam a tensão de cisalhamento e a taxa de cisalhamento Nome equação Equação Newtoniano τ = ηγ& Bingham τ = τ + ηγ& Equação de Potência Herschel and Bulkley τ -Tensão de cisalhamento, τ o - Tensão de escoamento η - Viscosidade, γ& - Taxa de cisalhamento Constantes: A, K e n o τ = Aγ& τ = τ o n + Kγ& Algumas equações na Tabela 1 incorporam um segundo fator, a tensão de escoamento (τ o). A interpretação física deste fator, também já bastante discutido na reologia, indica que este representa a tensão necessária a ser aplicada a um material para iniciar o escoamento. Um fluido que segue esta curva linear é chamado de fluido de Bingham (Tabela 1). A Figura 2 mostra alguns dos tipos idealizados de curvas que podem ser obtidas quando a tensão de cisalhamento é avaliada em função da taxa de cisalhamento. Todas as curvas apresentadas podem ser descritas por uma das equações da Tabela 1. n 572

3 Tensão de cisalhamento Taxa de cisalhamento 1- Newtonian e Power n=1, 2 - Bingham 3 - Power n>1, 4 - Power n<1 Figura 2 Comportamento da tensão de cisalhamento x taxa de cisalhamento (Modelos: 1 Newtoniano, 2 Bingham, 3 Pseudoplástico e 4 - Dilatante) Em geral, a equação mais utilizada nos estudo de reologia, principalmente reologia do concreto, é a equação de Bingham, isto porque os parâmetros usados são fatores que podem ser medidos independentemente (Figura 2) e atendendo uma ampla faixa de consistência para composições usuais (3) (6). 3. PROPRIEDADES DAS ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO NO ESTADO FRESCO No campo da construção, ter mos como trabalhabilidade, consistência e plasticidade, dentre outros, são usados para descrever o comportamento das argamassas sob manuseio (ou em situações de escoamento quando solicitadas). A trabalhabilidade é uma das mais importantes propriedades das argamassas, haja vista a sua obrigatoriedade para que possa ser convenientemente utilizada, com fácil manuseio, apresentando todo o seu potencial durante o processo de execução do revestimento. Vários pesquisadores da área apontam definições à cerca deste termo, algumas destas é apresenta na Tabela 2. Autor Cincotto, Silva e Carasek (1) Bauer, Carasek (2) RILEM (7) Tabela 2 Definições sobre trabalhabilidade Definição Propriedade que depende e resulta de várias outras, tais como: consistência, plasticidade, coesão, tixotropia e retenção de água, além da exsudação, tempo de pega e adesão inicial, e é diretamente relacionada com o julgamento subjetivo por parte do operário (no caso o pedreiro). Habilidade de fluir ou espalhar-se sob a superfície do componente do substrato, por suas saliências, protuberâncias e fissuras, definindo a intimidade do contato entre a argamassa e o substrato relacionando-se assim com a aderência e sua extensão. Facilidade do operário trabalhar com a argamassa, que pode ser entendida como um conjunto de fatores interrelacionados, conferindo boa qualidade e produtividade na sua aplicação. Considerando ainda que a consistência e a plasticidade são as propriedades reológicas básicas, que caracterizam a trabalhabilidade. Sendo consistência a propriedade pela a qual a argamassa tende a resistir às deformações impostas (o inverso da fluidez) e a plasticidade a propriedade que permite a argamassa deformar sem ruptura, mantendo a forma adquirida após a redução do esforço de deformação. Esta claro que, no geral, as definições são apenas descritivas e algumas propriedades são de difícil mensuração. Em campo, as situações são freqüentemente diversas porque estes termos são usados diferentemente por várias pessoas envolvidas (engenheiros, pedreiros, dentre outros). São definidos de acordo com o sentimento das pessoas e não são baseados no comportamento físico do material. Ainda sobre o assunto Bauer (2) salienta que a avaliação das propriedades é muito incipiente, fazendo uso de procedimentos empíricos que permitem uma avaliação baseada em aspectos de natureza táctil-visual, embasados no conhecimento e experiência dos profissionais envolvidos nas avaliações. A exigência de trabalhabilidade é, portanto, intuitiva de uma relação qualitativa, difícil de avaliar, que busca subsídios em outras propriedades das argamassas. É certo, no meio científico, que todo o empirismo associado ao assunto deveria ser descartado em favor de parâmetros físicos mensuráveis (descritos no estudo da reológica). Por exemplo, nós poderíamos dizer que uma argamassa tem uma mais alta viscosidade, em vez de se referir a uma 573

4 baixa trabalhabilidade, ou pelo menos procurar associar várias propriedades mensuráveis com relação direta com tais parâmetros ao invés de definir uma única propriedade para caracterizar uma argamassa como trabalháveis. Um dos exemplos clássicos do estudo reológico que servem para ilustrar como tais conceitos podem ser estendidos ao estudo das argamassas é o caso das tintas a óleo onde os conceitos são bem mais embasados. Uma tinta a óleo consiste principalmente num meio oleoso, que contém pigmentos em suspensão. Do ponto de vista da tecnologia de preparação de tintas, os principais requisitos que se busca para que uma tinta seja trabalhável derivam do fato de elas terem de possuir viscosidade suficiente baixa para não permanecerem sulcos, como marcas de pincel. Por outro lado, as tintas não podem ser tão fluidas que escorram logo após a pintura de superfícies verticais. Preparando tintas que fossem líquidos verdadeiros, é fácil ver que haveria uma certa incompatibilidade entre este último requisito e os outros primeiros apontados. Porém, de fato as tintas a óleo não são líquidos newtonianos, pois exibem um valor crítico da tensão de cisalhamento abaixo do qual a sua viscosidade é infinita; só excedendo tensões superiores a essa tensão crítica é que é possível espalha-la nas superfícies a pintar. As pequenas tensões de cisalhamento originadas no peso próprio da película de tintas são inferiores à tensão crítica, e por isso a tinta não escorre, mesmo ainda fresca. No caso das argamassas, fazendo-se a mesma analogia, é de se esperar que uma argamassa trabalhável deve apresentar-se com viscosidade suficiente para permitir manuseio e aplicação pelo operário no substrato e, ao mesmo tempo, esta argamassa deveria apresentar uma tensão limite de escoamento tal que permitisse que ela, após a aplicação, permanecesse em contato ao substrato sem desplacamento ou escorregamento. Este último caso é um dos pontos muito discutidos uma vez que as argamassas após a aplicação em superfícies verticais exibem uma tendência ao escorregamento seguido de desplacamento. No estudo da reologia dos concretos, Tattersall, citado por Ferraris (6) sumariza muito claramente a terminologia da trabalhabilidade pela classificação que segue (Tabela 3): Classes Classe I: qualitativa Classe II: quantitativa empírica Classe III: Quantitativa fundamental Tabela 3 Classes de trabalhabilidade Propriedades avaliadas Trabalhabilidade, escoabilidade, compactabilidade, estabilidade, bombeabilidade, consistência, etc. Usada unicamente em uma descrição geral sem qualquer tentativa para quantificar. Abatimento, fator de compactação, Ve -be, etc. Usado simplesmente como uma manifestação quantitativa do comportamento em uma particular circunstância. Viscosidade, tensão de escoamento. A referência indica mais uma vez que as propriedades que devem ser usadas para descrever o escoamento do concreto são a tensão de escoamento e a viscosidade (modelo de Bingham). Qualquer teste que descreva o comportamento do escoamento do concreto deveria ao menos medir estas duas propriedades. No caso das argamassas de revestimento, acredita-se que a situação não seja diferente. Sem sorte, a maioria dos testes existente mede apenas um fator, ou relata a tensão de escoamento, ou a viscosidade. Testes para medir ambos os parâmetros existem, mas eles são de custo elevado e não são fáceis de operação, então eles não são amplamente utilizados. 4. ENSAIOS PARA A CARACTERIZAÇÃO DAS ARGAMASSAS NO ESTADO FRESCO Hoje em dia, a trabalhabilidade das argamassas é avaliada a partir dos mesmos testes usados há vários anos. Em contrapartida, a evolução das características específicas de cada argamassas, associada a grande variabilidade de materiais (onde não se tem grande domínio sobre a influência destes no comportamento reológico) vem crescendo rapidamente. Outro fato é que muito dos ensaios foram derivados da avaliação de outros materiais como concreto, pastas e argamassas que em nada se aproximam das características das argamassas de revestimento. Segundo alguns pesquisadores (3)(6)(8) muitos dos testes amplamente utilizados não são satisfatórios, do ponto de vista do estudo da reologia, porque eles medem apenas um parâmetro, ou a viscosidade ou a tensão de escoamento. A Figura 3 ilustra como o conhecimento de apenas um dos parâmetros não é suficiente para descrever o comportamento reológico do material. 574

5 Tensão de cisalhamento το Caso A η ο1 ηο2 Tensão de cisalhamento Caso B το2 το1 Taxa de cisalhamento Taxa de cisalhamento A - Mesma tensão de escoamento e diferentes viscosidades B - Diferentes tensões de escoamento e mesma viscosidades Figura 3 Comportamento reológico dos materiais (7) Observa-se que para uma mesma tensão de escoamento é possível obter materiais com comportamentos de escoamento completamente diferentes, para diferentes valores de viscosidades (Figura 3). O mesmo ocorre na situação contrária, onde para um mesmo valor de viscosidade é possível encontrar materiais com tensões de escoamento diferentes. A Tabela 4 apresenta uma síntese dos ensaios mais utilizados para as propriedades reológicas das argamassas. É certo que estas são na maioria das vezes expressas pelos termos qualitativos já discutidos anteriormente, mas com relação direta com os parâmetros reológicos (viscosidade e tensão de escoamento). Tabela 4 Ensaios utilizados para caracterizar o comportamento reológico das argamassas de revestimento (ensaios físicos) Propriedade Ensaio Referência Configuração Descrição e generalidades avaliada Mesa de consistência NBR 7215 Consistência Avalia o escoamento da argamassa a partir da aplicação de golpes (alturas de queda) definidos por norma (segundo a configuração da mesa de consistência). A consistência é estabelecida em função do diâmetro da argamassa (espalhamento) obtido no final do ensaio. Cone de penetração BS 4691 Consistência Avalia o escoamento a partir da penetração de um cone com peso e geometria definida por norma. A consistência é estabelecida em função da profundidade de penetração do cone. Vane teste Reômetros Alves (4) Austin (10) Rago (3), Ferraris (6), Austin (8), discute a utilização de vários reômetros utilizados no estudo da reologia de pastas de cimento, argamassas e concretos. Tensão de cisalhamento Tensão de escoamento e viscosidade Ensaio muito utilizado na mecânica dos solos para determinação da tensão de cisalhamento de solos argilosos. O princípio é cravar uma palheta em cruz na amostra e aplicar um carregamento com uma taxa pré - determinada. Durante o ensaio registra-se a carga e a deformação imposta à amostra, bem como a tensão última de ruptura. No mercado atualmente existem alguns equipamentos para avaliação destas propriedades nos mais diferentes materiais, desde pastas de cimento a concretos. No entanto ainda há muito para ser desenvolvido uma vez que estes equipamentos são de uso particular aos materiais ensaiados, além de terem de custo elevado. Outros ensaios que servem para caracterizar as argamassas de revestimento, com considerável influência nas propriedades reológicas são apresentados na Tabela 5. Tabela 5 Ensaio complementares com influência direta no comportamento reológico das argamassas Ensaio Referência Teor de ar incorporado NBR Densidade de massa NBR Retenção de água NBR

6 O tema em questão está em franco crescimento, mostrando-se como um vasto campo de pesquisa na área de materiais para construção civil, despertando o interesse de vários profissionais, inclusive áreas fins. 4. CONCLUSÕES Nas discussões deste artigo observa-se claramente a necessidade de estabelecer novos conceitos e métodos de ensaio, condizente com o modelo reológico das argamassas de revestimento. Este material apresenta particularidades, principalmente exigências durante a aplicação, que o classifica como um material extremamente complexo, com uma gama enorme de variáveis envolvidas. O atual modelo baseado em avaliações totalmente qualitativas que varia de acordo com o ponto de vista dos operários envolvidos não é suficiente para o estudo no atual contexto. REFERÊNCIAS 1. M. A. Cincotto, M. A. C. Silva e H. Carasek, Argamassas de revestimento: propriedades, características e métodos de ensaios, IPT, São Paulo, Brasil (1995). 2. E. Bauer, Dosagem de argamassas, Relatório técnico, Laboratório de Ensaio de Materiais (LEM), Universidade de Brasília, Brasília, Brasil, Junho, (1998). 3. F. Raro, Características Reológicas de Pastas de Cales Hidratadas Normalizadas e de Cimento. Dissertação de Mestrado, Escola Politécnica da USP, São Paulo, Brasil, (1999). 4. N. J. D. Alves, Avaliação dos Aditivos Incorporadores de Ar nas Argamassas de Revestimento. Dissertação de mestrado, Universidade de Brasília, Brasília, Brasil, (2002). 5. I. M. M. Cortez. Contribuição ao estudo dos sistemas de revestimento à base de argamassas com a incorporação de fibras sintéticas. Dissertação de mestrado, Brasília, Brasil (1999). 6. C. F. Ferraris. Journal of Reseach of the National Institute of Standards and Technology. Vol. 104, no. 5, (1999) RILEM. MR-3, The Complex Workability Consistence Plasticity, France (1982). 8. S. A. Austin, P. J. Robins and C. I. Goodier, Magazine of Concrete Research, no. 5, (1999)

7 STUDY OF REOLOGY OF COATING MORTARS IN THE FRESH STATE J. G. G. Sousa, Elton Bauer Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil da Universidade de Brasília Campus Universitário Darcy Ribeiro, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Brasília(DF) CEP: getulio@unb.br ABSTRACT This article presents a discussion about several factors that can influence in the behavior rheological of the cover ing mortars in the fresh state. The current models of characterization of the mortars in the fresh state just allow a qualitative analysis of the behavior of these. The knowledge of the beginnings that determine the behaviors is of great importance for the mix design of workable mortars (parameter of essential importance for the technical middle, most of the time treated empirically by the professionals of the area), as well as for the choice of the methods and appropriate equipments of application (when in the execution of the coverings: manual application, mechanics and other). This study tendency comes if evidencing with certain routine in the last years, mainly due to the appearance of a considerable range of materials gone back to the production of industrialized mortars Key-words: covering mortars, rheology, workability 577