A INFLUÊNCIA DO TEOR DE CAL HIDRATADA NAS PROPRIEDADES DE ARGAMASSAS DE CIMENTO, CAL E AREIA

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1 A INFLUÊNCIA DO TEOR DE CAL HIDRATADA NAS PROPRIEDADES DE ARGAMASSAS DE CIMENTO, CAL E AREIA Karoline A. Melo Universidade Federal de Pernambuco - Brasil melokarol@gmail.com Marylinda S. França Universidade Federal de Pernambuco - Brasil likater@yahoo.com.br Anderson F. L. Andrade Universidade Federal de Pernambuco - Brasil afl_andrade@yahoo.com.br Maílson M. Queiroz Universidade Federal de Pernambuco - Brasil mailson_queiroz@hotmail.com Eguinaldo M. Lira Universidade Federal de Pernambuco - Brasil eguinaldom@yahoo.com.br Arnaldo M. P. Carneiro Universidade Federal de Pernambuco - Brasil ampc@ufpe.br Resumo: Este trabalho analisa argamassas mistas com 3 teores de cal para restaurar obras históricas. Utilizou-se cimento composto com pozolana e areia média natural, para os quais se determinou a granulometria e a massa unitária. Verificou-se a relação entre a consistência e o teor de água; variação de massa; capilaridade; resistência à compressão e à tração. Para a mesma consistência, a argamassa com menor teor de cal consumiu mais água. A maior variação de massa foi observada na argamassa com menos cal. O aumento da quantidade de cal provocou redução das resistências à compressão e à tração. Houve aumento do coeficiente de absorção com maiores volumes de cal. Palavras chave: argamassa, cal hidratada, propriedades. 1. INTRODUÇÃO O óxido de cálcio (CaO) é um produto derivado de rochas calcárias constituídas por carbonatos de cálcio e/ou de magnésio. A cal virgem é obtida a partir da calcinação do calcário a elevadas temperaturas em fornos industriais e, da sua reação com a água, obtémse a cal hidratada utilizada na composição de argamassas de assentamento e revestimento. A cal hidratada brasileira é dividida em três tipos normalizados [1]: CH-I, CH-II e CH-III, que se diferenciam pela composição química em função do teor de CO 2, que é maior na cal CH-III. A cal hidratada, tradicionalmente, sempre foi utilizada na composição de argamassas. Atualmente, com o uso de aditivos, a cal tem sido abandonada em alguns casos. No entanto, sabe-se de sua grande contribuição nas propriedades no estado fresco e endurecido das argamassas. No estado fresco, podem-se destacar como propriedades a plasticidade e a retenção de água. A plasticidade é obtida a partir do contato da água com as partículas da cal hidratada, as quais são muito finas e funcionam como lubrificante, reduzindo o atrito entre os grãos de areia presentes na argamassa, proporciando maior trabalhabilidade e boa aderência. A segunda propriedade mencionada é obtida pela excelente capacidade que a cal possui de

2 reter água em torno de suas partículas. Esta característica é importante no desempenho da argamassa, relativo ao sistema alvenaria/revestimento, por não permitir a absorção excessiva de água pela alvenaria. Ao reagir com o CO 2 a cal libera a água retida em torno de suas partículas e assim colabora também na cura do cimento [2]. No estado endurecido pode-se destacar a capacidade de absorver deformações, devido ao baixo módulo de elasticidade, das argamassas à base de cal. A carbonatação da cal ocorre lentamente, o que faz com que a mesma funcione tamponando eventuais fissuras ocorridas no endurecimento, contribuindo assim para a durabilidade (CINCOTTO et al. apud [3]). No presente trabalho buscou-se avaliar as propriedades no estado fresco e endurecido de argamassas mistas utilizando como aglomerante cimento e cal. Apresenta-se a seguir a metodologia adotada e os principais resultados da pesquisa. 2. METODOLOGIA 2.1 Caracterização dos materiais O cimento utilizado foi do tipo CP II Z, que consiste em cimento composto com adição de pozolanas que, neste caso, são cinzas volantes. A massa específica deste cimento, conforme laudo do fabricante, é de 3100 kg/m 3. A cal hidratada utilizada no experimento foi do tipo CH II, e o agregado empregado foi areia do tipo quartzosa, ambos oriundos da região metropolitana da cidade do Recife - PE. Os materiais foram ensaiados quanto à distribuição granulométrica e massa específica. As distribuições granulométricas do cimento e da cal foram determinadas por meio de granulometria a laser, utilizando-se equipamento do tipo Mastersizer Para o agregado miúdo procedeu-se ao ensaio de peneiramento, especificado na NBRNM 248 [4]. Os resultados obtidos referem-se à média de duas repetições. As massas unitárias no estado solto dos sólidos foram medidas a partir do preenchimento de uma caixa com volume conhecido, verificando-se a massa do material contido em seu interior. Foram realizadas três medidas para cada material. 2.2 Preparo das argamassas Partindo-se do traço 1:0,5:6 (cimento:cal:areia) em volume, a quantidade de cal foi aumentada em mais dois teores, definindo-se as proporções apresentadas na Tabela 1. Tabela 1 Traços em volume das misturas de argamassa Argamassa Traço A 1:0,5:6 B 1:1:6 C 1:2:6

3 A partir das massas unitárias dos materiais, estes traços foram transformados para a proporção em massa, permitindo assim que a dosagem fosse realizada com maior precisão, através da pesagem de cada componente, a qual foi realizada em balança com precisão de 0,1 g. Para a mistura das argamassas, a quantidade de água foi determinada em função da consistência desejada, a qual foi fixada em 0,25 m. Nesta etapa de ajuste da água, os materiais foram misturados em uma argamassadeira com capacidade de cuba de 5 L, suficiente para misturar a quantidade de argamassa necessária para a realização do ensaio de consistência. A partir deste ensaio determinou-se a relação água/materiais secos de cada mistura. Em um segundo momento, empregou-se uma argamassadeira com capacidade de 15 L para misturar um volume maior de material que permitisse a moldagem dos corpos-de-prova. O tempo total de mistura nas duas etapas foi de 300 segundos. 2.3 Ensaios no estado fresco Nos ensaios em que houve necessidade de realizar medidas em peso, utilizou-se balança digital com precisão de 0,1 g Consistência O ensaio de consistência foi realizado seguindo-se as recomendações da NBR [5]. Utilizando-se um molde tronco-cônico, com diâmetros internos de 0,12 m e 0,08 m e altura de 0,065 m, a argamassa foi moldada em três camadas de mesma altura, sendo aplicados 15 golpes para a primeira camada, 10 golpes para a segunda camada e 5 golpes para a terceira camada. Após a retirada do molde, foram aplicados 30 golpes na mesa de impacto num intervalo de tempo de 30 segundos. A consistência das argamassas foi dada em função da média de duas medidas de diâmetro tomadas em direções perpendiculares entre si (Figura 1). Figura 1 Ensaio de consistência das argamassas A consistência desejada para as argamassas foi fixada como correspondente a um diâmetro de 0,25 m, na mesa de consistência. Este valor foi estipulado tendo em vista a prática de utilização das argamassas, em função da sua facilidade de aplicação. Os ensaios de

4 consistência foram realizados na medida em que se variou o teor de água, a fim de se determinar a relação água/materiais secos ideal. A água foi adicionada em quatro pontos na mesma mistura, iniciando com uma consistência seca, que resultou em um pequeno diâmetro na mesa de consistência, e tendo o último ponto diâmetro superior a 0,25 m, conforme especificado. A quantidade inicial de água variou em função do teor de cal da argamassa e foi determinado visualmente. Esta variação foi proporcional aos resultados obtidos para a relação água/materiais secos ideal, cuja análise será apresentada no item Massa específica A massa específica das argamassas foi determinada através de um recipiente com volume de 396,437x10-6 m³ e massa de 0,268 kg. A argamassa foi adensada em três camadas, sendo aplicados 30 golpes em cada camada. Na Figura 2 ilustra-se a pesagem do recipiente com argamassa. Figura 2 Determinação da massa específica das argamassas 2.4 Ensaios no estado endurecido Os corpos-de-prova empregados na avaliação das argamassas no estado endurecido permaneceram em cura ao ar durante o período de 28 dias de idade, contados a partir da data de desforma, quando foram concluídos os ensaios Variação de massa A determinação da variação de massa das argamassas consistiu na pesagem de 4 corpos-deprova de cada mistura, num período de 28 dias (exceto para a argamassa A, que foi ensaiada durante 17 dias, devido a problemas na pesagem), seguindo procedimento descrito em [6]. Considerou-se como tempo de início das pesagens (t=0) a data de desforma dos

5 corpos-de-prova. A partir desta data os corpos-de-prova foram pesados quase que diariamente, excetuando-se finais de semana e feriados Capilaridade A absorção de água por capilaridade das argamassas foi determinada por meio de quatro corpos-de-prova de cada mistura, na idade de 28 dias a partir da desforma. As amostras foram colocadas em um recipiente com água, de forma que esta atingia um altura de 5 cm a partir da base do corpo-de-prova. As leituras foram iniciadas após 1 minuto do contato do corpo-de-prova com a água. Tendo em vista que a representação gráfica dos resultados é dada em função da raiz quadrada do tempo, as demais leituras foram realizadas em tempos equivalentes a números quadrados perfeitos, em minutos, até o tempo de 196 minutos. O procedimento de ensaio descrito seguiu as recomendações da NBR 9779 [7] Resistência à compressão e à tração Os ensaios de resistência à compressão e à tração foram realizados em uma prensa hidráulica AMSLER, com capacidade de 6 tf. Para cada ensaio, os resultados foram dados a partir da média de quatro repetições por mistura. Foram utilizados corpos-de-prova cilíndricos, com dimensões de 0,05 m de diâmetro por 0,1 m de altura. No ensaio de resistência à compressão, o topo e a base dos corpos-de-prova foram regularizados utilizando-se, para isto, o capeamento com enxofre. Com relação à resistência à tração, foi adotada a determinação por compressão diametral. 3. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS 3.1 Caracterização dos materiais Nas Figuras 3 e 4 estão apresentadas as curvas granulométricas dos aglomerantes (cimento e cal) e da areia, respectivamente.

6 Distribuição volumétrica (%) 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0,01 0, Tamanho de partícula (µm) Cimento Cal Figura 3 Distribuição granulométrica do cimento e da cal % Retida acumulada ,075 0,15 0,3 0,6 1,2 2,4 4,8 Tamanho de partícula (mm) Figura 4 Distribuição granulométrica da areia. As massas unitárias dos sólidos cimento, cal e areia, estão na Tabela 2.

7 Tabela 2 Massas unitárias dos materiais Material Massa unitária (kg/m³) Cimento 1090 Cal 612 Areia 1480 Com estes valores, foram determinados os traços em massa das misturas (Tabela 3). Tabela 3 Traços das argamassas Argamassa Traço em volume Traço em massa A 1:0,5:6 1:0,28:8,15 B 1:1:6 1:0,56:8,15 C 1:2:6 1:1,12:8, Ensaios no estado fresco Consistência Na Figura 5 estão as curvas obtidas a partir da determinação da consistência das argamassas em relação à variação do teor de água. As relações água/materiais secos determinadas através da figura encontram-se na Tabela 4. 0,3 0,275 0,25 Diâmetro (m) 0,225 0,2 0,175 0,15 0,125 0,1 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 Água/Materiais secos Argamassa A Argamassa B Argamassa C Figura 5 Espalhamento das argamassas

8 Tabela 4 Relações água/materiais secos Argamassa H A 0,242 B 0,186 C 0,196 A argamassa A, com menor teor de cal, apresentou a maior relação água/materiais secos, ou seja, necessitou de mais água do que as demais para atingir a mesma consistência, isto ocorreu em função da falta de cal para lubrificar a mistura, ou melhorar a trabalhabilidade. Sabendo que o ensaio da mesa de consistencia é pouco sensível para espalhamentos abaixo de 0,20 m, a influência do teor de cal nessas argamassas é observado de modo siginificativo a partir desse valor. Abaixo do valor de 0,20 m a variação do teor de água nas três argamassas não é considerado significativo. A argamassa B é a que requer menor quantidade de água para um mesmo valor de espalhamento demonstrando uma não linearidade, ou seja, quanto maior o teor de cal menor a quantidade de água. A argamassa C necessita de maior quantidade água para um mesmo espalhamento em função do aumento do teor de finos, como pode ser conferido nos traços em volume, descritos abaixo, nos quais vê-se a redução do teor de agregado em relação ao teor de aglomerantes. - Argamassa A : 1:0,5:6 1:4 (aglomerante/agregado) - Argamassa B: 1:1:6 1:3 (aglomerante/agregado) - Argamassa C: 1:2:6 1:2 (aglomerante/agregado) Este fato indica que para a composição de argamassass com esses materiais, o teor limite de cal é o do argamassa B Massa específica Na Tabela 5 estão os resultados das massas específicas das argamassas, através dos quais se constatou que os valores foram aumentados quanto maior o teor de cal da mistura. Dois fatores contribuiram para este resultado: - a formação de CaCO 3 na carbonatação do Ca(OH) 2, pois, para cada perda de 1 mol de H 2 O, é incorporado 1 mol de CO 2, o qual possui maior peso molecular; - o aumento do teor de cal hidratada e a redução do teor de agregado, pois a cal hidratada possui massa específica de 2800 kg/m 3, que é superior à da areia, de 2650 kg/m 3. Tabela 5 Massas específicas das argamassas Argamassa Massa específica (kg/m³) A 2280,1 B 3065,3 C 3080,4

9 3.3 Ensaios no estado endurecido Variação de massa Na Figura 6 podem ser visualizados os resultados de variação de massa das argamassas. Observa-se que a argamassa A apresentou maior perda de massa com o tempo, o que é consequência da sua maior quantidade de água de amassamento, em relação às demais. Além disso, há menos cal, o que diminui a retenção de água. No caso da argamassa B, de menor relação água/materiais secos, houve menor perda de massa. Por outro lado, esperava-se que a menor variação de massa fosse detectada na argamassa C, devido ao aumento na quantidade de cal, que provoca uma maior retenção de água. Este resultado nas primeiras idades ocorreu devido à maior quantidade de água de amassamento na argamassa C, mas em idades mais avançadas o comportamento das argamassas B e C são semelhantes, demonstrando que o aumento do teor de cal nessas argamassas não contribui significativamente na retenção de água durante o seu endurecimento. 0-0,02-0,04 DM/DT -0,06-0,08-0,1-0, Tempo (dias) Argamassa A Argamassa B Argamassa C Figura 6 Variação de massa Capilaridade Os resultados de coeficiente de absorção de água por capilaridade podem ser visualizados na Figura 7 abaixo.

10 25,0 Coeficiente de absorção - C (kg/m 2 ) 20,0 15,0 10,0 5,0 0, Raiz do Tempo (minutos 1/2 ) Argamassa A Argamassa B Argamassa C Figura 7 Capilaridade Do gráfico, observa-se que a argamassa A, com maior teor de cimento, é a que possui menor capilaridade, em função do preenchimento dos vazios pelos produtos da hidratação do cimento. Nas argamassas com maior teor de cal, B e C, a capilaridade foi maior devido à menor quantidade de poros preenchidos, uma vez que o processo de carbonatação é lento Resistência à compressão e à tração Nas Figuras 8 e 9 observam-se os resultados de resistência à compressão e à tração, respectivamente. Percebe-se nos dois casos que quanto maior o teor de cal, menores os resultados de resistência obtidos. Figura 8 Resistência à compressão aos 28 dias

11 Figura 9 Resistência à tração aos 28 dias Tendo em vista que foi utilizado um cimento pozolânico para a produção das argamassas, seu efeito de aumento da resistência é mais evidente em idades mais avançadas. Desta forma, a redução da quantidade de cimento, em relação ao volume total da mistura, que aconteceu gradativamente da argamassa A para a C pode ter contribuído para a redução da resistência. 4. CONCLUSÕES Este trabalho é parte de estudos de argamasssas para serem utilizadas em obras de restauros em edificações centenárias, as quais foram feitas com misturas de argila e pedra calcária calcinada em temperaturas desconhecidas, e que deram origem a argamassas com baixa resistência mecânica. Assim, a restauração dessas edificações não pode ser feita com argamassas puramente à base de cimento, pois geram incompatibilidade entre os sistemas de revestimento. Este trabalho verte para o uso de argamassas com cal em obras históricas, pois os dados obtidos indicam que o aumento do teor de cal na argamassa de cimento reduz sua resistência mecânica, tornando-a compatível com as obras históricas, e tem a vantagem de não possuir um processo de endurecimento lento, como as argamassas puramente de cal. 5. REFERÊNCIAS [1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR Cal hidratada para argamassas. Rio de Janeiro, ABNT, [2] RAGO, F.; CINCOTTO, M. A. Influência do tipo de cal hidratada na reologia de pastas. São Paulo, BT/PCC USP, [3] CARASEK, H.; OLIVEIRA, A. M.; ARAÚJO, J. Influência da maturação da cal hidratada na trabalhabilidade de argamassas. In: Simpósio Brasileiro de Tecnologia das argamassas, 7. Recife, SBTA, [4] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBRNM 248. Agregados - Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro: ABNT, 2001.

12 [5] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR Cal hidratada para argamassas - Determinação da água da pasta de consistência normal. Rio de Janeiro: ABNT, [6] CARNEIRO, A. M. P. Contribuição ao estudo da influência do agregado nas propriedades de argamassas compostas a partir de curvas granulométricas. Tese Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, Universidade de São Paulo, São Paulo, [7] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR Argamassa e concreto endurecidos - Determinação da absorção de água por capilaridade. Rio de Janeiro: ABNT, 1995.