PROTECÇÃO SUPERFICIAL DO BETÃO. INFLUÊNCIA DA BASE NO COMPORTAMENTO DE PRODUTOS DE IMPREGNAÇÃO

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1 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa PROTECÇÃO SUPERFICIAL DO BETÃO. INFLUÊNCIA DA BASE NO COMPORTAMENTO DE PRODUTOS DE IMPREGNAÇÃO Beatriz Simões Guerreiro Monteiro Lopes Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil Júri Presidente: Professor Doutor Augusto Martins Gomes Orientador: Doutora Maria Paula Marques da Costa Rodrigues Orientador: Professor Doutor João Pedro Ramôa Ribeiro Correia Vogal: Professor Doutor Fernando António Baptista Branco Julho 2011

2 Dissertação elaborada ao abrigo do protocolo IST-DECivil e LNEC.

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5 RESUMO A durabilidade de elementos de estruturas de betão armado pode ser definida como a capacidade desses elementos manter um desempenho mínimo num determinado período de tempo, sob influência de agentes agressivos. O betão armado apresenta uma boa durabilidade, no entanto, os agentes naturais interagem com as estruturas, provocando o seu envelhecimento, levando a uma diminuição do seu desempenho estrutural, estético ou funcional. Assim, a protecção de estruturas de betão armado contra os agentes agressivos é um parâmetro de grande relevância, e que tem vindo a ser investigado, com o intuito de impedir o aparecimento de anomalias, que depois conduzam a fenómenos de degradação das mesmas. A presente dissertação foca-se na protecção superficial de estruturas de betão, mais concretamente, recorrendo-se à utilização de produtos de impregnação. O objectivo do estudo realizado consistiu em avaliar a aplicabilidade e o efeito daqueles produtos na alteração do desempenho do betão em que são aplicados, de acordo com a norma EN 1504 Produtos e Sistemas para Protecção e Reparação de Estruturas de Betão, que apresenta procedimentos e exigências para este tipo de intervenções. Para tal, foi realizada uma campanha experimental, na qual se produziram dois tipos de betão com razões água/cimento (a/c) diferentes (MC0,40 e C0,70), cuja superfície foi preparada através de diferentes técnicas, de forma a obterem-se diferentes rugosidades superficiais. Os processos de preparação superficial escolhidos foram o jacto de água a 160 bar e o martelo de agulhas. Seguidamente, foram seleccionados 3 tipos de produtos de protecção superficial de naturezas distintas (silicatos, resinas de bases de solventes e de base aquosa) para posterior avaliação do seu efeito após aplicação nos diferentes tipos de betões (com diferentes rugosidades superficiais). De acordo com a norma EN , foram avaliados os seguintes parâmetros: absorção capilar, resistência à abrasão, resistência ao impacto, adesão do produto ao substrato (ensaio de pull-off) e profundidade de penetração do produto no substrato. O trabalho experimental realizado permitiu concluir que a aplicação de produtos de impregnação melhorou de forma notória, o desempenho do betão, no que concerne à absorção capilar de água e à resistência à abrasão. Relativamente aos restantes ensaios de avaliação de desempenho (ensaio de resistência ao impacto, ensaio de pull-off) concluiu-se que a aplicação dos produtos não introduziu mudanças significativas relativamente ao betão sem tratamento, o que pode ser explicado pelo facto da penetração dos produtos ter sido muito reduzida. Por outro lado, foi também possível concluir que a rugosidade do substrato influencia o comportamento dos produtos, mas de forma diferente conforme o parâmetro em estudo. Relativamente aos dois tipos de betão, o betão com razão a/c de 0,40 apresenta um comportamento superior em comparação com o betão com razão a/c de 0,70. PALAVRAS CHAVE: Betão; Produtos de Impregnação; Durabilidade; Rugosidade do substrato. i

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7 ABSTRACT The durability of a concrete structural element can be defined as the ability of such element to maintain a minimum performance during a given period of time under the influence of aggressive agents. Reinforced concrete has a good durability; however, the natural agents interact with the structures, causing their aging and leading to a reduction of their structural, aesthetic or functional performances. Thus, the protection of concrete structures against aggressive agents is an important parameter, which has been investigated in order to prevent the appearance of defects and degradation of concrete structures. This work focuses on the surface protection of concrete structures, more specifically, by using impregnation products. Thus, an experimental investigation was carried out in order to study in further depth the effect in concrete performance when using impregnation products, in accordance with EN 1504 Standard "Products and Systems for Protection and Repair of Concrete Structures," which specifies procedures and requirements for such interventions. In order to accomplish these purposes, two different types of concrete were produced with different water/cement (w/c) ratios (MC0,40 e C0,70), and their surfaces were prepared by two different techniques - mechanical abrasion using a water jet of 160 bar and a needle scaler -, in order to obtain different surface roughnesses. Subsequently, three types of surface protection products of different natures (silicates and solvent-based and water-based resins) were selected and applied in different types of concrete (with different w/c ratios and surface roughnesses). According to EN , the following parameters were assessed to evaluate the influence of both products and surface preparation techniques: water absorption, abrasion resistance, impact resistance, adhesion of the product to the substrate (pull-off test)and penetration depth of the product (inside the substrate). The overall findings of this study show that the application of impregnation products improved the performance of concrete in terms of capillary water absorption and abrasion resistance. For the remaining tests (impact resistance and pull-off test), the application of the impregnation products did not introduce significant changes when compared to the concrete without treatment, which may stem from the fact that the penetration of the products was very limited. On the other hand, it was also possible to conclude that the roughness of the substrate influences the performance of the products, but differently according to the parameter under study. For both types of concrete, the concrete with the a/c ratio of 0.40 presents a superior performance when compared to the concrete with the a/c ratio of 0.70, for all parameters studied. KEY-WORDS: Concrete; Impregnation Products; Durability; Substrate roughness. iii

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9 AGRADECIMENTOS A realização desta dissertação deve-se a vários meses de trabalho, sendo que apenas foi possível graças à contribuição valiosa de algumas pessoas a quem quero prestar os meus agradecimentos. Ao Professor Doutor João Correia, orientador científico desta dissertação, expresso o meu agradecimento pela disponibilidade revelada ao longo de todo este trabalho e também pelos conhecimentos, conselhos e sugestões valiosos que enriqueceram este trabalho. À Engenheira Paula Rodrigues, co-orientadora desta dissertação, pela ajuda prestada na campanha experimental e na análise dos resultados e pelos conhecimentos sobre o assunto, uma vez que sem eles a realização deste trabalho não seria possível. Aos bolseiros do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), Carla Branco e Ruben da Rocha, pela preciosa ajuda durante toda a campanha experimental, sem a qual a concretização deste trabalho não teria sido possível. Ao Professor Pedro Paulo pela ajuda na realização do ensaio de avaliação da rugosidade e por me ter disponibilizado todo o material necessário à sua concretização, assim como os conhecimentos necessários. Aos técnicos do Laboratório de Ensaios de Betões e Cimentos do LNEC pela execução das lajes de betão utilizadas na campanha experimental. Às empresas CHRYSO e BIU pela cortesia em cederem os produtos necessários à realização desta campanha experimental. À minha família pelo incentivo e ajuda ao longo de todo o meu percurso académico, em especial à minha mãe pela revisão ortográfica da dissertação. Ao Daniel pela ajuda prestada no transporte de material utilizado na realização dos ensaios e no auxílio com a utilização de software. Por fim, a todos os meus amigos que contribuíram de forma directa ou indirecta para a realização deste trabalho. v

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11 ÍNDICE RESUMO... i ABSTRACT... iii AGRADECIMENTOS... v ÍNDICE... vii ÍNDICE DE FIGURAS... xi ÍNDICE DE QUADROS... xv ABREVIATURAS... xvii 1. INTRODUÇÃO CONSIDERAÇÕES GERAIS OBJECTIVOS DA DISSERTAÇÃO METODOLOGIA E ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO ESTADO DA ARTE EFEITO DAS ACÇÕES AMBIENTAIS NA DEGRADAÇÃO DE ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO CAUSAS DE DEGRADAÇÃO DO BETÃO Causas estruturais Causas físicas Desgaste superficial - abrasão e erosão Acção gelo/degelo Causas químicas Acção de sulfatos Acção de ácidos Reacção álcalis-sílica Corrosão de armaduras ANOMALIAS EM ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO PROTECÇÃO E REPARAÇÃO DE ESTRUTURAS DE BETÃO A norma EN Métodos de protecção superficial Revestimentos superficiais Impregnantes hidrófugos. 28 vii

12 Impregnantes Aplicação do sistema de protecção superficial Preparação do substrato Condições de aplicação CONSIDERAÇÕES FINAIS CAMPANHA EXPERIMENTAL INTRODUÇÃO PLANIFICAÇÃO DA CAMPANHA EXPERIMENTAL ª Fase da campanha ª Fase da campanha ª Fase da campanha PRODUÇÃO E PREPARAÇÃO DOS PROVETES Execução de lajes de betão Tratamentos superficiais Corte das lajes de betão Estabilização do teor em humidade Procedimento Análise de resultados CARACTERIZAÇÃO DOS PRODUTOS Determinação da massa volúmica Determinação do teor em matérias não voláteis Espectrofotometria de Infravermelhos com transformada de Fourier (FTIR) APLICAÇÃO DOS PRODUTOS AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Textura superficial método do perfil Determinação do índice de rugosidade ENSAIOS DE AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DOS PRODUTOS Introdução Ensaio de absorção capilar Geometria dos provetes Procedimento Análise de resultados.68 viii

13 Ensaio da resistência à abrasão Geometria dos provetes Procedimento Análise de resultados Ensaio da resistência ao impacto Geometria de provetes Procedimento Análise de resultados Ensaio de pull-off Geometria dos provetes Procedimento Ensaio da penetração Geometria dos provetes Procedimento Análise de resultados ANÁLISE DE RESULTADOS INTRODUÇÃO PROPRIEDADES DOS BETÕES Propriedades mecânicas Teor em humidade CARACTERIZAÇÃO DOS PRODUTOS Determinação da massa volúmica Determinação do teor em matérias não voláteis Espectros de absorção no infravermelho CONSUMOS NA APLICAÇÃO DOS PRODUTOS Resultados gerais e efeito do tipo de betão Efeito do tipo de preparação de superfície AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Moldes de plasticina Ensaio de espalhamento de areia Comparação dos métodos ix

14 4.6. DESEMPENHO DOS PRODUTOS Absorção capilar de água Resultados das diferentes rugosidades de acordo com cada tipo de produto Comparação dos diferentes produtos de acordo com a rugosidade Resistência à abrasão Resistência ao impacto Avaliação da adesão entre o produto e o substrato através do ensaio de pull-off Penetração CONSIDERAÇÕES FINAIS CONCLUSÕES E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS CONCLUSÕES PROPOSTAS DE DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ANEXO A ANEXO B ANEXO C.141 ANEXO D ANEXO E.159 ANEXO F.163 x

15 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1 Causas de degradação de estruturas de betão armado Figura 2.2 Abrasão em pavimento derivada de tráfego automóvel Figura Desgaste de estrutura de betão devido à acção da erosão Figura Fissuração de estrutura de betão devido à acção do gelo/degelo Figura Desagregação do betão devido a ataques de sulfatos Figura 2.6 Desagregação do betão devido a ataques de ácidos Figura Fissuração de estrutura de betão devido à reacção álcalis-sílica Figura Processo de corrosão das armaduras Figura 2.9 Ensaio com fenoftaleína para determinar a profundidade de carbonatação Figura Exemplo de estrutura de betão armado afectada pelo fenómeno da corrosão de armaduras Figura Exemplo de estrutura de betão armado afectada pelo fenómeno da corrosão de armaduras Figura 2.12 Mecanismos de transporte de iões cloreto em estruturas de betão armado Figura Descasque do betão devido à concentração excessiva de armaduras num pilar de betão armado Figura 2.14 Fluxograma de escolha de tratamento superficial Figura Relações entre os princípios e os métodos de protecção a adoptar Figura 2.16 Representação esquemática de um revestimento superficial Figura 2.17 Representação esquemática de um impregnante hidrófugo Figura 2.18 Estrutura química de silanos (a) e siloxanos (b) Figura 2.19 Reacção entre siloxanos e o substrato de betão Figura 2.20 Funcionamento de um produto hidrófugo Figura 2.21 Ensaio de absorção de água, adaptado de Figura 2.22 Ensaio de absorção e evaporação, adaptado de Figura 2.23 Ensaio de absorção capilar a vários sistemas de protecção superficial Figura 2.24 Representação esquemática de um impregnante com preenchimento total e parcial Figura 2.25 Estrutura química do polímero epoxi Figura 2.26 Resultados do ensaio de absorção de água para as diferentes concentrações de silicatos. 37 Figura 2.27 Resultados do ensaio de resistência à abrasão para as diferentes concentrações de silicatos Figura 3.1 a) e b) Aplicação de jacto de água nas lajes de betão Figura 3.2 a) e b) Aplicação do martelo de agulhas nas lajes de betão Figura 3. 3 Serra diamantada utilizada no corte das lajes de betão Figura Imersão dos provetes em água Figura Colocação dos provetes na estufa Figura Arrefecimento dos provetes no excicador Figura 3.7 Utilização do humidímetro para a leitura do teor em humidade superficial Figura 3.8 Produto P3 e componentes A e B dos produtos P1 e P2 em banho de água Figura 3.9 Temperatura constante do banho de água Figura 3.10 Mistura dos componentes A e B do produto P Figura 3.11 Mistura dos componentes A e B do produto P Figura 3.12 Pesagem da massa dos pincómetros Figura 3.13 Colocação dos produtos nos picnómetros Figura 3.14 Limpeza do excesso de líquido dos picnómetros xi

16 Figura 3.15 Pesagem da massa dos picnómetros+produtos Figura Pesagem das cápsulas Figura Pesagem das cápsulas Figura Colocação das cápsulas com as amostras na estufa Figura Arrefecimento das cápsulas no excicador Figura Pesagem das cápsulas com as amostras após o arrefecimento Figura 3.21 Aparelho que utiliza feixe de energia contendo o espectro infravermelho Figura 3.22 Aplicação do produto P1 e P2 directamente na janela Figura 3.23 Secagem do produto P3 em papel teflon Figura 3.24 Aplicação do produto utilizando uma trincha Figura 3.25 Condicionamento dos provetes durante o processo de secagem Figura 3.26 Molde de plasticina Figura 3.27 Prensagem do molde de plasticina na superfície de betão Figura 3.28 Disposição da areia na superfície do provete de betão Figura 3.29 Espalhamento da areia na superfície do provete com recurso a um disco Figura 3.30 Icosit K101 N da SIKA Figura 3.31 Aplicação do selante Figura 3.32 Condicionamento dos provetes Figura 3.33 Imersão dos provetes em água potável Figura 3.34 Pesagem dos provetes após a imersão em água Figura 3.35 Execução dos furos nos provetes destinados ao ensaio de resistência à abrasão Figura 3.36 Abrasímetro de Taber Figura 3.37 Colocação do provete no equipamento abrasímetro de Taber Figura 3.38 Rodas abrasivas H22 e massas de 1000 g acopladas ao equipamento Figura 3.39 Ensaio de impacto de uma esfera de grande diâmetro Figura 3.40 Medição do diâmetro de impacto com recurso a uma craveira Figura 3.41 Medição da profundidade do local de impacto com recurso a um medidor de espessuras Figura 3.42 Encaixe do equipamento de pull-off no parafuso da pastilha Figura 3.43 Rotação da manivela que possibilita a aplicação de força de tracção Figura 3.44 Prensa utilizada para criar uma abertura no provete de betão Figura 3.45 Superfície da fractura borrifada com água Figura 3.46 Medição da profundidade de penetração do produto com um comparador de fissuras Figura 4.1 Resultados do ensaio de resistência à compressão (fc) e à tracção por compressão diametral (fct) Figura 4.2 P1 componente A (base solvente) Figura 4.3 P1 componente B Figura 4.4 P2 - componente A Figura 4.5 P2 - componente B (base aquosa) Figura 4.6 P Figura 4.7 Massa de produto P1 aplicada nos diferentes tipos de provetes Figura Massa de produto P2 aplicada nos diferentes tipos de provetes Figura 4.9 Massa de produto P3 aplicada nos diferentes tipos de provetes Figura 4.10 Massa de produto P1 aplicada nos diferentes tipos de provetes Figura 4.11 Massa de produto P2 aplicada nos diferentes provetes Figura 4.12 Massa de produto P3 aplicada nos diversos tipos de provetes Figura 4.13 Índice de rugosidade superficial obtido através da análise de moldes de plasticina Figura 4.14 Índice de rugosidade superficial obtido através do ensaio de espalhamento de areia xii

17 Figura 4.15 Comparação entre os dois métodos de avaliação da rugosidade Figura 4.16 Exemplo de uma curva de velocidade de transmissão de água líquida Figura 4.17 Velocidade de transmissão de água líquida do B1.SP Figura 4.18 Velocidade de transmissão de água líquida do B2.SP Figura 4.19 Velocidade de transmissão de água líquida do B1.P Figura 4.20 Velocidade de transmissão de água líquida do B2.P Figura 4.21 Velocidade de transmissão de água líquida do B1.P Figura 4.22 Velocidade de transmissão de água líquida do B2.P Figura 4.23 Velocidade de transmissão de água líquida do B1.P Figura 4.24 Velocidade de transmissão de água líquida do B2.P Figura 4.25 Velocidade de transmissão de água líquida do B1.R Figura 4.26 Velocidade de transmissão de água líquida do B2.R Figura 4.27 Velocidade de transmissão de água líquida do B1.R Figura 4.28 Velocidade de transmissão de água líquida do B2.R Figura 4.29 Velocidade de transmissão de água líquida do B1.R Figura 4.30 Velocidade de transmissão de água líquida do B2.R Figura 4.31 Melhoria da resistência à perda de massa por abrasão em provetes do tipo B Figura Resultados do ensaio de abrasão para o betão do tipo B Figura 4.33 Zona de impacto num provete do tipo B Figura 4.34 Zona de impacto num provete do tipo B Figura 4.35 Comparação dos diâmetros da zona de impacto das diferentes rugosidades, para o B Figura 4.36 Comparação dos diâmetros da zona de impacto das diferentes rugosidades, para o B Figura 4.37 Tipos de rotura que podem ser visualizados no ensaio Figura 4.38 Rotura pelo betão (A) Figura 4.39 Rotura pela cola (Y) Figura 4.40 Rotura pela interface entre a camada de produto e a superfície de betão (A/B) Figura 4.41 Resultados do ensaio de pull-off para o betão do tipo B Figura 4.42 Resultados do ensaio de pull-off para o betão do tipo B xiii

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19 ÍNDICE DE QUADROS Quadro 2.1 Anomalias de durabilidade e causas mais comuns Quadro Métodos de protecção/reparação de anomalias referentes ao betão Quadro Métodos de protecção/reparação de anomalias referentes à corrosão de armaduras Quadro 2.4 Revestimentos superficiais recomendados tendo em conta as condições de serviço Quadro 3.1 Ensaios realizados ao longo da 2ª fase experimental Quadro 3.2 Composição do betão tipo B1 (MC0,40) Quadro 3.3 Composição do betão tipo B2 (C0,70) Quadro 3.4 Dimensões dos provetes referentes aos diferentes ensaios Quadro 3.5 Gama de valores de humidade no humidímetro Quadro 3.6 Resumo das características do produto P Quadro 3.7 Resumo das características do produto P Quadro 3.8 Resumo das características do produto P Quadro Proporções necessárias para se efectuarem as misturas dos produtos P1 e P Quadro 3.10 Rendimentos necessários para a aplicação dos produtos Quadro 3.11 Número, dimensões e figura exemplificativa dos provetes utilizados no ensaio de absorção capilar Quadro 3.12 Número, dimensões e figura exemplificativa dos provetes utilizados no ensaio de resistência à abrasão Quadro 3.13 Número, dimensões e figura exemplificativa dos provetes utilizados no ensaio de resistência ao impacto Quadro 3.14 Número, dimensões e figura exemplificativa dos provetes utilizados no ensaio do pull-off Quadro 4.1 Parâmetros relativos aos provetes cúbicos usados no ensaio de resistência à compressão Quadro 4.2 Parâmetros relativos aos provetes cilindricos ensaio de resistência à tracção por compressão diametral Quadro 4.3 Classificação dos valores obtidos através da utilização do humidímetro Quadro 4.4 Resultados da estabilização da humidade dos provetes do tipo B Quadro 4.5 Resultados da estabilização da humidade dos provetes do tipo B Quadro 4.6 Resultados do ensaio de determinação da massa volúmica dos produtos Quadro 4.7 Resultados do ensaio para a determinação do teor em matéria não volátil Quadro 4.8 Massa aplicada de produto P Quadro 4.9 Massa aplicada de produto P Quadro 4.10 Massa aplicada de produto P Quadro 4.11 Índice de rugosidade superficial obtido através da análise de moldes de plasticina Quadro 4.12 Índice de rugosidade superficial obtido através do ensaio de espalhamento de areia Quadro 4.13 Resultados do coeficiente de absorção capilar para os diferentes provetes Quadro 4.14 Resultados do ensaio de abrasão para o betão do tipo B Quadro 4.15 Resultados do ensaio de abrasão para o betão do tipo B Quadro 4.16 Resultados do ensaio de pull-off para o betão do tipo B Quadro Resultados do ensaio de pull-off para o betão do tipo B xv

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21 ABREVIATURAS B1 betão MC0,40. B2 betão C0,70. SP provete sem qualquer de produto de impregnação. P1 provete com aplicação de produto de resina epóxida com base de solventes. P2 provete com aplicação de produto de resina epóxida com base aquosa. P3 provete com aplicação de produto à base de silicatos. R0 provete com superfície regular, não tratada R1 provete com superfície preparada com jacto de água. R2 provete com superfície preparada com martelo de agulhas. xvii

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23 INTRODUÇÃO 1. INTRODUÇÃO 1.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS A utilização do betão armado na indústria da construção civil cresceu exponencialmente a partir do início do século XX, especialmente para atender às grandes necessidades de construção no pós-guerra. No entanto, a partir da segunda metade do século XX, a indústria da construção começou a confrontar-se com o aumento dos danos causados em estruturas de betão armado, bem como os acréscimos dos custos necessários para repará-las. A durabilidade de estruturas de betão armado pode ser definida como a capacidade de um edifício, componente, estrutura ou produto manter um desempenho mínimo num determinado período de tempo, sob influência de agentes agressivos [1]. O betão armado apresenta uma boa durabilidade, no entanto, os agentes naturais interagem com as estruturas, provocando o seu envelhecimento, levando a uma diminuição do seu desempenho estrutural, estético ou funcional. Em Portugal, as estruturas de betão armado começaram a ser edificadas de forma generalizada nos anos 60, representando, actualmente, mais de 45% do parque habitacional edificado e grande parte das obras de arte e estruturas industriais existentes. Hoje em dia, mais de 20% dos edifícios com estruturas de betão armado apresentam necessidade de reparações médias a grandes, tornando-se urgente a reparação destas estruturas [2]. Como se pode verificar, a protecção de estruturas de betão armado contra os agentes agressivos é um parâmetro de grande relevância, e que tem vindo a ser investigado com o intuito de impedir o aparecimento de anomalias, que depois conduzam a fenómenos de degradação das mesmas. No entanto, a protecção de estruturas de betão armado é um campo de investigação muito vasto, existindo, hoje em dia, muitos tipos de sistemas que contribuem para este fim. Com este intuito, foi recentemente publicada a norma EN 1504 Produtos e Sistemas para Protecção e Reparação de Estruturas de Betão *1+, que apresenta procedimentos e exigências para este tipo de intervenções. A presente dissertação foca-se na protecção superficial de estruturas de betão, mais concretamente recorrendo-se à utilização de produtos de impregnação, como silicatos e resinas. Em particular, foi realizado um estudo experimental sobre produtos de impregnação e 1

24 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. a sua aplicabilidade e desempenho em função das características do betão em que são aplicados OBJECTIVOS DA DISSERTAÇÃO A presente dissertação pretende contribuir para o aprofundamento do conhecimento relativo à protecção superficial de betões, por meio de produtos impregnantes, utilizados com o objectivo de melhorar a durabilidade de estruturas de betão armado e aumentar a sua vida útil. Os objectivos desta dissertação consistiram na avaliação do comportamento de sistemas de protecção superficial de betão à base de produtos impregnantes e no estudo da influência do substrato no seu comportamento, nomeadamente, o efeito do tipo de betão e da rugosidade do suporte no desempenho daqueles produtos. Para tal, foi realizada uma campanha experimental, na qual se produziram dois tipos de betão com razões água/cimento diferentes (MC0,40 e C0,70), cuja superfície foi modificada por acções mecânicas, de forma a obterem-se diferentes rugosidades superficiais. Os processos de modificação superficial escolhidos foram o jacto de água a 160 bar e o martelo de agulhas. Seguidamente, foram seleccionados 3 tipos de produtos de protecção superficial de naturezas distintas para posterior avaliação do seu comportamento após aplicação nos dois betões com diferentes rugosidades superficiais. De acordo com a norma EN , foram avaliados os seguintes parâmetros de desempenho: absorção capilar [3], resistência à abrasão [4], resistência ao impacto [5], adesão do produto ao substrato (ensaio de pull-off) [6] e profundidade de penetração do produto no substrato [1]. É importante salientar que o objectivo último da dissertação foi estabelecer os comportamentos dos diferentes produtos estudados face às diferentes acções e, por outro lado, evidenciar a influência do estado de preparação do substrato e das suas características no comportamento dos produtos nele aplicados METODOLOGIA E ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO A metodologia utilizada para a realização do presente trabalho de investigação assentou, numa primeira fase, na recolha de informação através de várias bases de dados de artigos científicos e técnicos nacionais e internacionais. Esta pesquisa bibliográfica teve como objectivo a aquisição de conhecimentos gerais sobre protecção superficial de betões e, 2

25 INTRODUÇÃO também, a obtenção de informação sobre os ensaios a realizar ao longo da campanha experimental e proceder às necessárias adaptações. Na segunda etapa, elaborou-se o plano de ensaios, com base em normas europeias, contendo todas as acções a realizar durante a campanha experimental, bem como as adaptações realizadas ao caso em estudo. Assim, foram definidos todos os detalhes dos ensaios, monitorização dos resultados, recursos e quantidades de materiais necessários. Depois da planificação, seguiu-se a etapa de execução da campanha experimental, que se dividiu em 3 fases. A primeira fase correspondeu à preparação de todo o material necessário à realização dos ensaios, ou seja, a execução das lajes de betão, o tratamento da superfície do betão, o corte das lajes de betão, a estabilização da humidade do betão, a caracterização e a aplicação dos produtos de protecção superficial. A segunda fase da campanha experimental destinou-se à avaliação quantitativa e qualitativa da rugosidade superficial dos provetes de betão através de dois métodos: o ensaio de espalhamento de areia [7] e a execução de moldes de plasticina para posterior avaliação da rugosidade. Por fim, a terceira fase da campanha consistiu na realização dos ensaios preconizados na norma EN [1], de forma a avaliar o comportamento dos sistemas de protecção superficial à absorção capilar de água [3], abrasão [4], impacto [5], penetração no substrato [1] e adesão ao substrato [6]. O comportamento dos sistemas de protecção foi avaliado para diferentes tipos de betão e com rugosidades superficiais também variáveis. Por fim, os resultados dos vários ensaios realizados nas 3 fases da campanha foram analisados, tratados e comparados, de forma a poder obter-se um comportamento padrão para cada produto e evidenciar a influência que o substrato e o tipo de betão têm no desempenho dos produtos. Na última etapa, concretizou-se todo o trabalho realizado durante a campanha experimental. As informações recolhidas e todas as análises, discussões e conclusões foram compiladas e apresentadas na forma de uma dissertação, dividida em 5 capítulos, conforme se apresenta de seguida: Capítulo 1 este capítulo consiste numa introdução ao tema abordado ao longo da dissertação, apresentando-se algumas considerações gerais sobre durabilidade e protecção superficial de betões. São definidos os objectivos da dissertação e a metodologia utilizada para a sua elaboração. Capítulo 2 o segundo capítulo destina-se à apresentação da informação obtida na pesquisa bibliográfica realizada a nível nacional e internacional. Apresentam-se 3

26 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. também resultados de várias campanhas experimentais efectuadas por outros investigadores e cujos resultados possam ser pertinentes para posterior comparação com os obtidos no presente estudo. Capítulo 3 neste capítulo apresentam-se as diferentes fases da campanha experimental, bem como a descrição dos diferentes ensaios realizados e informações sobre a posterior apreciação dos resultados obtidos. Capítulo 4 este capítulo destina-se à apresentação, avaliação e comparação dos resultados obtidos nos vários ensaios e à definição das diferentes combinações de parâmetros estudados. Para além disso, procede-se à confrontação dos resultados obtidos com estudos de outros investigadores. Capítulo 5 por fim, este capítulo destina-se à apresentação das principais conclusões do estudo realizado e indicam-se sugestões para desenvolvimentos futuros. 4

27 ESTADO DA ARTE 2. ESTADO DA ARTE Neste capítulo, pretende-se apresentar, de forma sucinta, resultados obtidos noutras investigações relativas à aplicação de produtos de protecção superficial. Num primeiro ponto, são brevemente apresentados os principais factores de degradação de estruturas de betão, assim como as anomalias deles resultantes. De seguida, são expostos os métodos de protecção de estruturas de betão armado, de acordo com a norma EN 1504 [1] e são ainda focados aspectos genéricos relativos à aplicação dos sistemas de protecção no betão. Finalmente, são salientados os aspectos considerados mais pertinentes para a realização da campanha experimental e posterior análise e discussão dos resultados EFEITO DAS ACÇÕES AMBIENTAIS NA DEGRADAÇÃO DE ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO Ao longo do período de vida de útil das estruturas de betão armado existem diversos factores que provocam a degradação das mesmas. Deste modo, para além do projecto estrutural, é cada vez mais importante a existência de um projecto de durabilidade rigoroso, o qual abranja os efeitos de degradação dos agentes que possam existir no meio ambiente em que a estrutura de betão será inserida. É também importante conceber as estruturas de uma forma flexível, permitindo a substituição dos componentes degradados e, por último, devem ser criadas as condições de acesso à estrutura para que possam ser calendarizadas inspecções e operações de manutenção e limpeza [8]. Segundo Dhir et al. [9], as principais causas de degradação de estruturas de betão, assentam em erros de projecto (50%), de construção e manutenção (40%) e deficiências nos materiais (10%). Por outro lado, é de extrema importância a consideração dos agentes ambientais aos quais as estruturas de betão estarão expostas, uma vez que serão factores determinantes para a durabilidade das mesmas. No entanto, existem diversos motivos, que se prendem com problemas em obra, de que são exemplo a má colocação do betão em obra ou condições de cura inadequadas, que provocam a degradação de estruturas de betão. Por fim, é também relevante referir que a utilização de constituintes do betão contaminados ou reactivos pode provocar reacções que levam à degradação do betão. A degradação de estruturas de betão é originada pela degradação do próprio betão ou devido à corrosão das armaduras, sendo a segunda causa a mais frequente e difícil de solucionar. A 5

28 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Figura 2.1 apresenta, resumidamente, as causas de degradação de estruturas de betão armado. Figura 2.1 Causas de degradação de estruturas de betão armado [12]. Os factores que provocam anomalias no betão com mais relevância para o conteúdo do presente trabalho são os ataques estruturais e físicos CAUSAS DE DEGRADAÇÃO DO BETÃO Causas estruturais As causas de degradação de origem estrutural incluem cargas excessivas na estrutura, assentamentos das fundações, explosões ou vibrações [12]. Estas acções podem ou não estar abrangidas nos cálculos de projecto e conduzem eventualmente a anomalias como fendilhação, fragmentação e desagregação do betão, ou deslocamentos e deformações excessivas da estrutura Causas físicas A degradação do betão pode também ser causada por acções de origem de física, tais como ciclos gelo-degelo, acções térmicas, cristalização de sais, erosão, abrasão ou retracção plástica [12]. As anomalias que resultam das causas de origem física são essencialmente a 6

29 ESTADO DA ARTE fissuração e a fragmentação do betão que, mais tarde, se podem tornar ou conduzir a anomalias mais graves Desgaste superficial abrasão e erosão A causa de origem física com maior relevância no âmbito deste estudo é a abrasão, tendo a resistência a este agente sido uma das características ensaiadas. A abrasão caracteriza-se pelo efeito repetido de uma acção de fricção que causa a degradação da superfície de betão. O efeito provocado por esta acção no betão poderá ser progressivo, mas mais intenso em alguns locais, o que poderá levar à fissuração e fragmentação do mesmo. Esta acção ocorre frequentemente nos pisos de garagens, devido à fricção imposta pelo tráfego de automóveis (Figura 2.2) [2]. Figura 2.2 Abrasão em pavimento derivada de tráfego automóvel [13]. Outro fenómeno que origina o desgaste superficial do betão é a erosão que resulta da acção de agentes dinâmicos externos, como o vento, a água, o ar e os seres vivos, e que vai provocando a perda progressiva de material (Figura 2.3). A gravidade deste fenómeno depende do tipo de agente erosivo, bem como da sua intensidade. 7

30 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Figura Desgaste de estrutura de betão devido à acção da erosão [14] Acção gelo/degelo Os ciclos gelo/degelo são também um mecanismo de deterioração do betão, que ocorre geralmente em países que possuem um clima frio. Este fenómeno ocorre quando a água se aloja nos poros do betão e, ao atingir o ponto de solidificação (< 0 ) aumenta cerca de 8% o seu volume. Deste modo, caso não exista espaço suficiente, a expansão da água causa tensões no betão, forçando as paredes dos poros a deformar. Estes ciclos, ao longo dos anos, conduzem à fendilhação e desagregação progressivas da estrutura de betão (Figura 2.4). Figura Fissuração de estrutura de betão devido à acção do gelo/degelo [15]. 8

31 ESTADO DA ARTE Causas químicas As acções químicas que podem provocar a degradação de betão são a reacção álcalis-agregado e a acção de agentes agressivos tais como água, sulfatos, sais e soluções ácidas. Anomalias como fissuração, fragmentação, desagregação, delaminação e coloração do betão podem ser causadas por acções de origem química [12] Acção de sulfatos As anomalias causadas por ataques de sulfatos ocorrem devido à reacção entre sulfatos em solução e a pasta de cimento hidratada. Este fenómeno pode seguir dois caminhos distintos: por um lado, pode levar à expansão do betão, devido à reacção entre os sulfatos e os aluminatos de cálcio, o que vai originar a fissuração do betão e, consequentemente, facilitar a penetração de substâncias agressivas que levam à desagregação do betão; por outro lado, pode ocorrer uma perda progressiva de resistência devido à decomposição dos produtos hidratados da pasta de cimento, o que conduz, de igual modo, à desagregação do betão (Figura 2.5) [16]. Figura Desagregação do betão devido a ataques de sulfatos [17]. 9

32 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação Acção de ácidos O processo de ataque de ácidos ocorre devido à alcalinidade da pasta de cimento (e dos agregados calcários), que não lhe confere resistência a este tipo de ataques. Deste modo, os compostos de cálcio transformam-se em sais de cálcio solúveis, o que provoca a decomposição da pasta de cimento, como se pode observar na Figura 2.6 [16]. Figura 2.6 Desagregação do betão devido a ataques de ácidos [17] Reacção álcalis-sílica A reacção álcalis-agregado ocorre devido, entre outros factores, ao ingresso de água na estrutura, sendo as mais prejudiciais as que ocorrem com agregados siliciosos (por exemplo, calcedónia ou opala), caso do viaduto Duarte Pacheco em Lisboa. Nestes casos, origina-se um composto expansivo que se deposita na superfície dos agregados. O processo dá-se devido à presença de hidróxidos alcalinos na solução dos poros de betão que atacam a sílica reactiva presente nos agregados, de acordo com a seguinte reacção expressa pela equação 2.2: (2.2) Com efeito, as reacções descritas dão origem a um gel silicato alcalino, que tem a capacidade de absorver uma considerável quantidade de água, o que vai provocar aumento de volume do 10

33 ESTADO DA ARTE gel em questão, bem como tensões internas no betão, que levam à fissuração do mesmo (Figura 2.7), à perda de características mecânicas e, eventualmente, à sua delaminação [16]. Figura Fissuração de estrutura de betão devido à reacção álcalis-sílica [18] Corrosão de armaduras A corrosão e consequente exposição de armaduras é um dos processos mais recorrentes em betão e ocorre quando o ph do betão de recobrimento, junto às armaduras, diminui para valores inferiores a 9 ou quando a concentração de iões cloreto atinge valores superiores ao teor crítico de cloretos. Na Figura 2.8 pode observar-se um resumo do processo de corrosão de armaduras. Figura Processo de corrosão das armaduras [19]. 11

34 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Carbonatação A carbonatação é um fenómeno que ocorre devido à existência de dióxido de carbono no ar, que reage com o hidróxido de cálcio, Ca(OH) 2 (elemento que dá origem à elevada alcalinidade do betão (ph 13) e que se forma por hidratação do cimento). Esta reacção (dióxido de carbono com hidróxido de cálcio) origina carbonato de cálcio, CaCO 3, de acordo com a seguinte equação [12]: (2.3) O dióxido de carbono penetra no betão por difusão, iniciando-se a reacção de carbonatação na superfície do mesmo. No entanto, esta reacção vai progredindo para o interior do betão, sendo a velocidade de progressão dependente de vários factores, nomeadamente os seguintes [11]: Das características do próprio betão, tais como a porosidade (relação água/cimento), a conexão entre os poros, a cura (cuidados e tempo) e o grau de hidratação; Do meio envolvente, ou seja, a humidade relativa, o teor em dióxido de carbono e a temperatura. Seguidamente, a película de óxidos e hidróxidos (película passiva), que está presente na sua superfície das armaduras em condições de ph elevado, despassiva-se e na presença de humidade e oxigénio inicia-se o processo de corrosão. Este processo desencadeia várias consequências prejudiciais para o betão, tais como as seguintes: redução da secção efectiva do varão e, consequentemente, da resistência da peça; redução da aderência aço/betão; diminuição da ductilidade do aço; fendilhação do betão devido às tensões resultantes da expansão de material resultante da corrosão, o que, em última análise, levará ao descasque do betão (Figura 2.8) [20]. Uma vez que o dióxido de carbono é um dos constituintes da atmosfera, a maior parte das estruturas de betão são potencialmente afectadas pela carbonatação e consequente corrosão. Para se avaliar a profundidade de carbonatação, recorre-se ao ensaio de fenolftaleína, que consiste em projectar fenolftaleína numa superfície recém fracturada de betão e, no caso de este mudar para uma coloração carmim, significa que não se encontra carbonatado, como se pode verificar na Figura

35 ESTADO DA ARTE Figura 2.9 Ensaio com fenoftaleína para determinar a profundidade de carbonatação [21]. Nas Figura 2.10 e Figura 2.11 ilustram-se exemplos de estruturas de betão deterioradas pelo processo de carbonatação. Figura Exemplo de estrutura de betão armado afectada pelo fenómeno da corrosão de armaduras [22]. Figura Exemplo de estrutura de betão armado afectada pelo fenómeno da corrosão de armaduras [22]. Pode-se então concluir que as condições óptimas para evitar o fenómeno da carbonatação são as que conduzem a uma menor porosidade e maior densificação da camada de betão de recobrimento, sendo as mais importantes as seguintes: Reduzida razão água/cimento; Adequada granulometria dos inertes; Boas condições de compactação e de cura; Utilização de adições que confira melhores propriedades ao betão. 13

36 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Com estas condições, o fenómeno da carbonatação dar-se-ia apenas à superfície e os poros e microfissuras obstruídos pelo carbonato de cálcio precipitado iriam impedir a posterior penetração de mais dióxido de carbono [12]. Como se poderá observar em , os revestimentos por pintura constituem uma boa solução de prevenção no que respeita ao fenómeno da carbonatação. Iões cloreto Os agentes que provocam corrosão de armaduras podem ter origem interna ou externa. Nos primeiros, estão incluídos constituintes contaminados do betão e adjuvantes ou adições, enquanto nos segundos se encontram sais, nomeadamente os iões cloreto. Uma das maiores preocupações na protecção das estruturas de betão armado é a acção dos cloretos, uma vez que estes provocam a corrosão de armaduras, processo difícil de travar. A presença de iões cloreto nas estruturas de betão, segundo o ACI 222 R [23], pode ser originada de diferentes modos: Proximidade de ambientes marinhos; Introdução deliberada no betão, como constituinte de um acelerador de presa; Utilização de constituintes contaminados no fabrico do betão (por exemplo, areia do mar); Utilização de sais descongelantes. O transporte destes iões numa estrutura de betão pode ser feito através dos seguintes mecanismos [12], ilustrados na Figura 2.12: Por difusão nas zonas atmosféricas, ou em áreas atingidas pelos salpicos de água ou em estruturas em zonas de marés; Por absorção capilar em zonas de marés; Por difusão e permeabilidade em zonas submersas. 14

37 ESTADO DA ARTE Figura 2.12 Mecanismos de transporte de iões cloreto em estruturas de betão armado [12]. A entrada de cloretos nas estruturas de betão torna-se prejudicial ao atingir o teor crítico, cerca de 0,4 % da massa de cimento [24], a partir do qual ocorre a despassivação do aço das armaduras. A velocidade com que o limite do teor crítico pode ser atingido depende de alguns factores, nomeadamente dos seguintes [25]: Porosidade do betão de recobrimento; Tipo de cimento e sua dosagem; Temperatura; Presença de inibidores de corrosão. Contudo, a acção dos iões cloreto não foi considerada relevante para o objectivo deste trabalho, por sugestão da norma EN ANOMALIAS EM ESTRUTURAS DE BETÃO ARMADO As anomalias mais comuns em estruturas de betão armado que se inserem no âmbito do presente trabalho são relativas a questões de durabilidade. No Quadro 2.1 apresentam-se resumidamente as anomalias principais, assim como as causas mais comuns [20]. 15

38 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Anomalias Causas Exposição/ Corrosão de Cloretos armaduras Carbonatação Corrosão de armaduras Ciclos gelo/degelo Fissuração Ataque de álcalis Impacto Ataque de sulfatos Ataque de ácidos Desagregação Ciclos gelo/degelo Erosão Corrosão de armaduras Ciclos gelo/degelo Descasque Ataque de sulfatos Ataque de álcalis Concentração excessiva de armaduras Quadro 2.1 Anomalias de durabilidade e causas mais comuns. As causas apresentadas foram descritas nos pontos anteriores excepto a concentração excessiva de armaduras, que ocorre mais frequentemente em pilares, e pode provocar a corrosão generalizada das armaduras, devido ao facto de deixar de existir uma camada de recobrimento. De facto, esta situação conduz ao descasque do betão e, em última análise, a graves anomalias estruturais, que podem colocar em causa a segurança da estrutura (Figura 2.13). Figura Descasque do betão devido à concentração excessiva de armaduras num pilar de betão armado [19]. 16

39 ESTADO DA ARTE 2.5. PROTECÇÃO E REPARAÇÃO DE ESTRUTURAS DE BETÃO A norma EN 1504 Como se verificou no ponto anterior, existem diversos factores, predominantemente de natureza externa, que afectam o betão e conduzem à sua deterioração, justificando a necessidade de fornecer uma protecção suplementar às estruturas de betão, especialmente quando estas estão expostas a ambientes agressivos [26]. Desta forma, a norma EN 1504 [1] prevê vários sistemas de protecção superficial que podem funcionar como medida preventiva ou como um modo de reduzir os processos de deterioração já iniciados. Assim, de acordo com a norma, existem vários produtos e processos para os diferentes tipos de betão e de exposição ambiental. A parte 9 da referida norma diz respeito às opções, factores, requisitos e princípios a considerar na escolha do método de intervenção mais eficaz para a estrutura em questão. As opções base a considerar, de acordo com a referida norma, são as seguintes: a) Não agir durante um certo tempo; b) Reanalisar a capacidade estrutural e, possivelmente, aceitar a inadequação da estrutura para a sua função; c) Prever e reduzir possíveis deteriorações, sem melhoria da estrutura; d) Melhorar, reforçar ou reabilitar total ou parcialmente a estrutura; e) Reconstruir total ou parcialmente a estrutura; f) Demolir total ou parcialmente a estrutura. Relativamente aos factores a considerar para a escolha dos produtos a utilizar, na norma referida são apresentados os seguintes: a) O uso, tempo de vida útil de projecto da estrutura de betão; b) As características requeridas para o correcto desempenho da estrutura; c) O desempenho a longo prazo provável da protecção e da reparação; d) A disponibilidade de oportunidades para protecção, reparação e monitorização adicionais; e) O número e o custo de ciclos de reparação aceitáveis da estrutura durante o seu tempo de vida útil; f) O custo e financiamento das opções de protecção e reparação alternativas, incluindo custos futuros de manutenção e acesso; g) Propriedades e possíveis métodos de preparação do substrato existente; h) A estética da estrutura intervencionada. 17

40 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Existem outros factores a ter em conta relativos à higiene e segurança, tais como as consequências de um possível colapso da estrutura e o impacto que as operações de reparação podem ter nos ocupantes ou utilizadores da estrutura. Os factores estruturais a ter em atenção são a possibilidade/necessidade de alterações dinâmicas ou de diferentes acções a actuar na estrutura depois da intervenção, as diferentes cargas a actuar na estrutura durante a intervenção e a possibilidade de futura inspecção ou manutenção. Por fim, realçam-se os aspectos ambientais, como a possível mudança do ambiente ao qual o betão será exposto e a necessidade de protecção do betão face à acção de agentes tais como o tempo, a poluição, o ambiente marítimo, entre outros. Durante a intervenção, a escolha de métodos de protecção e reparação para estruturas de betão deve respeitar os seguintes requisitos, previstos na norma: a) Ser apropriada para o tipo, causa ou combinação de causas e extensão de defeitos; b) Ser apropriada para as condições de serviço futuras; c) Ser apropriada para a opção de protecção e reparação para a qual for escolhida; d) Cumprir os princípios presentes na parte 9 da presente norma; e) Recorrer à utilização de sistemas e produtos que estejam de acordo com as especificações da norma EN1504 [1] ou qualquer outra norma relevante. Seguidamente, apresentam-se os princípios de protecção e reparação de estruturas de betão armado, que se baseiam em leis químicas e físicas que permitem a prevenção ou estabilização dos processos de deterioração química e física no betão ou na superfície do aço das armaduras. Os princípios contidos nesta norma dividem-se em 2 grupos: problemas no betão e problemas de corrosão de armaduras. Deste modo, os princípios referentes a anomalias no betão são os seguintes: Princípio 1 Protecção contra o ingresso, ou seja, redução do ou protecção contra o ingresso de agentes desfavoráveis; Princípio 2 Controlo da humidade, ou seja, ajuste e manutenção da humidade contida no betão dentro de um certo intervalo de valores; 18

41 ESTADO DA ARTE Princípio 3 Reparação do betão, ou seja, reparação do betão de um elemento de uma estrutura de betão para a sua função e forma inicial ou substituição de uma parte da estrutura; Princípio 4 Reforço estrutural, ou seja, aumento da capacidade de carga do elemento da estrutura de betão; Princípio 5 Resistência física, ou seja, aumento da resistência aos ataques físicos e mecânicos; Princípio 6 Resistência química, ou seja, aumento da resistência superficial do betão aos ataques químicos. Quanto aos princípios a ter em conta para a reparação de estruturas degradadas devido à corrosão de armaduras, a norma indica os seguintes: Princípio 7 Preservação ou restauro da passivação, ou seja, introdução de condições químicas para que a superfície de reforço seja mantida ou regresse a uma condição passiva; Princípio 8 Aumento da resistividade; Princípio 9 Controlo catódico, ou seja, criação de condições em que as potenciais áreas catódicas do reforço são impossibilitadas de conduzir uma reacção anódica; Princípio 10 Protecção catódica; Princípio 11 Controlo das áreas anódicas, ou seja, criação de condições em que as potenciais áreas anódicas de reforço são impossibilitadas de participar na reacção de corrosão. A norma EN [1] prevê também métodos de reparação e protecção de acordo com os princípios enumerados anteriormente, constituindo por esta razão um manual de importância considerável no processo de selecção do sistema de protecção/reparação de uma estrutura de betão. No Quadro 2.2 apresentam-se os métodos de protecção e reparação, de acordo com os objectivos a alcançar em estruturas de betão, estando sublinhado os sistemas de protecção superficial inseridos na parte 2 na referida norma. 19

42 Anomalias no betão Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Príncipio Método de protecção e reparação apropriado Impregnação Revestimento superficial com ou sem capacidade de suportar movimento de fendas Cobertura local de fendas Injecção de fendas Transformação de fendas em juntas Montagem de painéis externos Aplicação de membranas Impregnação hidrofóbica Revestimento superficial Protecção física ou camada de recobrimento Tratamento electroquímico Aplicação de argamassa à mão Aplicação de uma nova betonagem Betão ou argamassa projectados Substituição de elementos Adição ou substituição de armaduras internas ou externas Fixação de armaduras em furos existentes ou a realizar Fixação de chapas Adição de argamassa ou betão Injecção de fendas, poros ou interstícios Enchimento de fendas, poros ou interstícios Pré tensão ou pós-tensão Camada de recobrimento ou revestimento Impregnação Camada de recobrimento ou revestimento Impregnação Quadro Métodos de protecção/reparação de anomalias referentes ao betão. No Quadro 2.3 apresentam-se os métodos e princípios de actuação mais apropriados de protecção e reparação quando existe corrosão das armaduras, estando sublinhados os sistemas de protecção superficial contemplados na parte 2 da referida norma. 20

43 Corrosão das armaduras ESTADO DA ARTE Príncipio 7 Método de reparação apropriado Aumento da cobertura para reforço adicional com argamassa de cimento ou betão Substituição de betão carbonatado ou contaminado Realcalinização electroquímica de betão carbonatado Realcalinização de betão carbonatado por difusão 8 Extracção electroquímica de cloretos do betão Limitação do teor de humidade através de tratamentos de superfície, revestimentos ou protecções físicas Limitação do teor em oxigénio através de saturação do 9 betão ou revestimento superficial 10 Aplicação de potencial eléctrico Pintura de reforço com tintas que contenham pigmentos activos 11 Pintura de reforço com tintas que funcionam como barreiras Aplicação de inibidores de corrosão Quadro Métodos de protecção/reparação de anomalias referentes à corrosão de armaduras. O processo de escolha do método de protecção não é linear. É necessário ter em conta vários factores e a correcta identificação das condições de serviço que, actualmente, constitui um dos aspectos mais relevantes na avaliação dos mecanismos de deterioração do betão. Deste modo, as orientações contidas na norma em estudo são fulcrais para estabelecer uma relação entre a degradação existente e o método mais eficiente para se realizar a intervenção Métodos de protecção superficial Os métodos de protecção de estruturas de betão que serão aprofundados neste capítulo estão abrangidos pela parte dois da norma EN1504 [1] e são os que utilizam produtos impregnantes, impregnantes hidrofóbicos e revestimentos superficiais. De acordo com vários estudos levados a cabo com o objectivo de determinar as vantagens e desvantagens destes produtos, foram estabelecidos vários factores que se devem considerar, no caso da aplicação de produtos de protecção superficial. Deste modo, os factores a ter em conta, de acordo com Basheer et al. [27], são os seguintes: Processos de transporte no substrato intervencionado; Durabilidade do substrato intervencionado; Durabilidade dos tratamentos de superfície; 21

44 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Influência das propriedades do substrato; Requisitos de engenharia; Requisitos económicos; Desempenho em serviço. Construção nova Substrato deteriorado Caracterizar ambientes de serviço correntes e futuros Caracterizar ambientes de serviço correntes e futuros Estabelecer causa e extensão da deterioração Sim A integridade estrutural está comprometida Não Substituir parte da estrutura ou executar uma reparação estrutural O tratamento superficial abranda a deterioração ou previne que a integridade estrutural não seja comprometida Os materiais estruturais necessitam de protecção adicional? Não Não agir Não Sim Sim Caracterizar a superfície do substrato e seleccionar o método de limpeza mais apropriado Rever os requisitos de desempenho para o tratamento superficial Seleccionar um tratamento superficial ou uma membrana quimicamente resistente, conforme o mais apropriado A solução é de baixo custo (incluindo requisitos de manutenção)? Não Sim Aplicar tratamento superficial Figura 2.14 Fluxograma de escolha de tratamento superficial, adaptado de [28]. 22

45 ESTADO DA ARTE A partir da necessidade de cumprir os factores apresentados, Shields et al. [28] criaram um fluxograma (Figura 2.16) que pretende auxiliar a escolha do sistema de protecção mais adequado tanto para novas construções como para reabilitação de construções mais antigas. Este fluxograma pode ser útil na escolha de um sistema de protecção superficial, mas tem por base a premissa de que o desempenho de um tratamento é diferente da sua durabilidade, ou seja, os tratamentos podem conferir protecção, todavia não serem necessariamente duráveis e vice-versa. Por outro lado, a aplicação destes sistemas deve obedecer aos princípios referidos anteriormente, o que leva a uma correspondência entre os problemas a solucionar (princípios) e o tipo de produto a utilizar. A Figura 2.15 ilustra as relações entre os princípios e os métodos abrangidos pela norma. Princípio 1 - Protecção contra o ingresso Princípio 2 - Controlo da humidade Princípio 5 - Resistência física Princípio 6 - Resistência Química Princípio 8 - Aumento da resistividade Impregnante hidrofóbico; Impregnante; Revestimento superficial; Impregnante hidrofóbico; Revestimento superficial; Revestimento superficial; Impregnante; Revestimento superficial; Impregnante hidrófugo; Revestimento superficial. Figura Relações entre os princípios e os métodos de protecção a adoptar Revestimentos superficiais Com o objectivo de criar uma protecção suplementar para a superfície do betão, especialmente quando este está exposto a ambientes agressivos, este sistema, que consiste num revestimento superficial, pode ser uma boa solução. A norma define um revestimento superficial como um tratamento para betão que produz uma camada de protecção contínua na sua superfície. A Figura 2.16 ilustra este último tipo de tratamento [1]. 23

46 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Figura 2.16 Representação esquemática de um revestimento superficial [1]. De modo a classificar o desempenho dos revestimentos superficiais, para se obterem informações sobre o produto mais apropriado a utilizar nos diferentes casos, existem várias características a serem testadas, sendo as seguintes as mais relevantes: Resistência à abrasão é um dado importante na avaliação da resistência física que se pode obter com a aplicação deste tipo de sistema (princípio 5); Permeabilidade ao dióxido de carbono é uma característica que indica o desempenho do produto na protecção contra o ingresso (princípio 1); Permeabilidade ao vapor de água esta informação é necessária para avaliar a eficiência do revestimento na protecção contra o ingresso (princípio 1) e no controlo da humidade (princípio 2); Absorção capilar e permeabilidade à água a avaliação destas características constitui um factor relevante para a definição da eficiência do sistema à protecção contra o ingresso (princípio 1), controlo da humidade (princípio 2), resistência física (princípio 5) e aumento da resistividade (princípio 8); Resistência a ataques químicos este parâmetro avalia a resistência do revestimento aos ataques químicos (princípio 6); Resistência ao impacto a resistência ao impacto de um revestimento faculta informações sobre a resistência física (princípio 5); Adesão ensaio do pull-off por último, o ensaio do pull-off proporciona dados relevantes para a avaliação da protecção contra o ingresso (princípio 1), controlo da humidade (princípio 2), resistência física (princípio 5), resistência química (princípio 6) e aumento da resistividade (princípio 8). Os revestimentos superficiais de betão dividem-se em três grupos fundamentais: (i) por pintura, (ii) de ligantes minerais e (iii) mistos e também as membranas [12]. 24

47 ESTADO DA ARTE Os revestimentos por pintura formam um sistema de protecção em resultado da aplicação de, no mínimo, uma demão de produto de pintura, de que resultam espessuras que variam entre 100 µm e 1 mm, dependendo do teor em sólidos. Os ligantes podem ser de vários tipos, tais como poliuretano, borracha clorada, acrílicos, vinílicos, epóxidicos, betuminosos, à base de cimento, entre outros. Com efeito, devido aos diferentes tipos de ligante e também às diferenças de formulação do produto, a durabilidade e o nível de protecção deste sistema é muito variável [12]. Uma das características fundamentais do substrato, no caso da aplicação deste tipo de protecção superficial, é o estado de preparação ser o mais adequado. De facto, os poros do betão não devem ter mais que 0,1 mm, uma vez que este tipo de sistema pode não ter capacidade para cobri-los, logo, o substrato deve ser o menos poroso possível [29]. Os revestimentos de ligantes minerais e mistos são formulados com um elevado teor de cargas inertes e podem conter polímeros em quantidades variáveis, atingindo espessuras de 5 mm. Este sistema de protecção garante, usualmente, boa resistência à acção da radiação ultravioleta. As membranas são materiais que podem ser de origem betuminosa ou polimérica e formam um revestimento de espessura superior a 3 mm. Este tipo de protecção é utilizado em condições de serviço rigorosas, sendo a sua formulação relacionada com a especificidade da acção a que será sujeita. Já foram realizados diversos estudos e campanhas experimentais com o objectivo de definir qual o revestimento mais eficiente para diferentes condições. Almusallam et al. [26] levaram a cabo um estudo no qual foram testados cinco tipos de revestimentos superficiais na tentativa de avaliar o desempenho dos mesmos e definir qual o mais eficaz, dependendo das condições de serviço. Os ensaios realizados foram a permeabilidade aos cloretos, a resistência química, a difusão de cloretos e a absorção de água e os resultados obtidos em cada ensaio permitiram estabelecer uma ordem de eficácia para cada condição de serviço, como se apresenta no Quadro

48 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Condição de Serviço Ataque químico Presença de cloretos Presença de água Revestimento recomendado por ordem decrescente de preferência resinas epóxidas, poliuretanos, acrílicos poliuretanos, borrachas cloradas, resinas epóxidas resinas epóxidas, borrachas cloradas, acrílicos Quadro 2.4 Revestimentos superficiais recomendados tendo em conta as condições de serviço. Face ao exposto, pode-se então inferir que os revestimentos superficiais apresentados no quadro anterior poderão ser os mais eficientes para as condições de serviço consideradas, que incluem as mais comuns nos ambientes a que as estruturas de betão estão expostas. Um estudo que compara revestimentos de base cimentícia com resinas epóxidas [30] revela que as resinas conferem uma protecção mais eficaz. Contudo, no que respeita ao controlo da fendilhação, o revestimento à base de cimento revelou um comportamento melhor. Se se relacionarem os revestimentos à base de resinas epóxidas com os acrílicos conclui-se que os primeiros apresentam uma adesão ao suporte melhor, uma permeabilidade ao ingresso de água mais reduzido, uma melhor capacidade de suportar fendas e resistência aos ataques químicos e, ainda, que ambos os revestimentos diminuem a difusão de dióxido de carbono no betão [31]. Deste modo, os revestimentos superficiais podem ser uma boa solução para a protecção superficial do betão. No entanto, como já evidenciado anteriormente, a escolha do revestimento a utilizar prende-se com a identificação correcta das condições de serviço da estrutura de betão, bem como os agentes ambientais a que a mesma está exposta. Na tentativa de mitigar os efeitos nefastos que estes agentes possam ter na estrutura, é importante efectuar uma escolha correcta do tipo de revestimento e realizar manutenções frequentes Impregnantes hidrófugos Os impregnantes hidrófugos constituem um tratamento para betão que produz uma superfície que repele a água, provocando um revestimento interno dos poros e capilaridades. Neste 26

49 ESTADO DA ARTE caso, não se introduz película e não há praticamente mudanças na estética da superfície, como se ilustra na Figura 2.17 [1]. Figura 2.17 Representação esquemática de um impregnante hidrófugo [1]. As características que se enumeram seguidamente fornecem informações importantes para a avaliação da adequabilidade do produto ao problema que se pretende solucionar. Profundidade de penetração a execução deste ensaio permite obter dados relevantes que indicam o comportamento do produto na protecção ao ingresso (princípio 1), controlo da humidade (princípio 2) e aumento da resistividade (princípio 8); Absorção capilar e resistência ao teste de álcalis para impregnantes hidrofóbicos estes dados são importantes para avaliar a eficiência do impregnante face à protecção ao ingresso (princípio 1), controlo da humidade (princípio 2) e aumento da resistividade (princípio 8); Taxa de secagem para impregnantes hidrofóbicos este ensaio avalia os mesmos princípios referidos nos pontos anteriores (princípio 1, 2 e 8). Os produtos hidrófugos utilizados actualmente são organosilícicos e podem dividir-se em quatro categorias: silanos, siloxanos oligoméricos, siloxanos poliméricos e resinas de silicone. As diferenças entre os vários compostos são, essencialmente, à dimensão das moléculas (Figura 2.18), a reactividade e a solubilidade em água e nos solventes orgânicos. A penetrabilidade destes compostos no betão está directamente relacionada com a dimensão das moléculas de cada composto. Por exemplo, os silanos, sendo monómeros, conseguem penetrar mesmo em substratos mais densos [29]. 27

50 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Figura 2.18 Estrutura química de silanos (a) e siloxanos (b) [29]. Por outro lado, o comportamento destes compostos também pode depender das reacções químicas que conseguem estabelecer com materiais que contêm sílica ou alumina. No caso dos siloxanos, pequenas cadeias de átomos de silício, aos quais estão ligados grupos alcoxi (orgânicos), reagem com os silicatos do betão, formando uma aderência estável, como se pode verificar na Figura 2.19 [29]. Figura 2.19 Reacção entre siloxanos e o substrato de betão [29]. Como referido anteriormente, este tipo de compostos reage quimicamente com os silicatos presentes no betão produzindo uma barreira que repele a água e a infiltração de agentes agressivos, permitindo a passagem do vapor de água e, geralmente, a passagem de gases [32]. A hidrorepelência dos impregnantes hidrófugos está relacionada com as forças capilares, que são determinadas pela tensão superficial do líquido, o ângulo de contacto entre o líquido, os poros e o raio destes últimos. Um ângulo de contacto menor que 90 indica atracção molecular 28

51 ESTADO DA ARTE entre o líquido e o substrato, ou seja, uma gota humedece a superfície, tendo a tendência de se espalhar, sendo absorvida. Por outro lado, se não existir atracção molecular entre o substrato e o líquido, então, o ângulo de contacto é maior que 90, a gota permanece esférica e não é absorvida [33]. Deste modo, pode-se afirmar que a o modo de funcionamento de um produto hidrofóbico segue este princípio, como se pode verificar na Figura Figura 2.20 Funcionamento de um produto hidrófugo [33]. Através da pesquisa efectuada sobre impregnantes hidrófugos, pode concluir-se que os aspectos estudados por outros autores são essencialmente a penetração de cloretos, o ingresso de água (difusão de vapor de água, absorção), o desempenho face aos ciclos gelo/degelo, a reacção álcalis e a difusão de dióxido de carbono (carbonatação). Penetração de cloretos Um dos estudos levados a cabo sobre este tipo de sistema de protecção do betão é o efeito de produtos à base de silanos, aplicados na superfície e também incorporados na própria mistura de betão, conferindo em ambos os casos características hidrofóbicas [34]. O objectivo desta campanha experimental foi estudar o comportamento de betões hidrofóbicos em ambientes de cloretos, no que respeita à corrosão do aço. Concluiu-se, deste modo, que no caso de estruturas de betão expostas a cloretos, este tipo de produto é uma boa solução, uma vez que se cria uma barreira que diminui a absorção de água e o ingresso de cloretos, prevenindo a corrosão de armaduras. 29

52 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Noutro estudo realizado com o intuito de analisar o comportamento de agentes hidrófugos [35], nomeadamente silanos e siloxanos, concluiu-se que, no que diz respeito à penetração de cloretos, nenhum dos produtos impede definitivamente o ingresso dos iões cloreto. No entanto, os silanos têm um comportamento melhor que os siloxanos, uma vez que os primeiros apenas atrasam a entrada de cloretos enquanto os segundos atrasam e minoram o ingresso. Por outro lado, a partir de ensaios executados com silanos e siloxanos isolados e combinados com acrílicos [36], concluiu-se que os resultados dos produtos isolados são satisfatórios, no que diz respeito ao ingresso de cloretos, mas a combinação de silanos ou siloxanos com acrílicos origina teores de entrada de cloretos muito menores. Este tipo de situação ocorre porque se uma das camadas se deteriorar a outra camada ainda está intacta para proteger o betão, o que dá origem a resultados mais satisfatórios a longo prazo. Existem outros estudos que corroboram o exposto anteriormente, ou seja, os impregnantes hidrófugos diminuem a penetração de cloretos, uma vez que diminuem a entrada de água que possa conter iões cloreto. Ingresso de água O principal objectivo da utilização de sistemas de impregnação hidrófuga é a redução da capacidade de absorção de água do betão, uma vez que é através desta que os sais prejudiciais se infiltram. Desta forma, vários investigadores realizaram ensaios em laboratório para testar a eficácia dos produtos de impregnação hidrófuga ao ingresso de água. As conclusões a que chegaram são bastante favoráveis, uma vez que houve uma redução visível da entrada de água nos betões. Através das informações reportadas nos vários estudos, pode verificar-se que foram conduzidos estudos de absorção e evaporação de água em provetes de betão. Os provetes foram colocados em água, absorvendo-a por capilaridade até atingirem a saturação, seguidamente os provetes são secos em dissecadores de modo a que a água evapore. Concluise que os silanos são os produtos que têm melhores resultados, no que diz respeito à absorção de água (Figura 2.21) e à evaporação da mesma (Figura 2.22) [37]. 30

53 ESTADO DA ARTE Figura 2.21 Ensaio de absorção de água, adaptado de [37]. Figura 2.22 Ensaio de absorção e evaporação, adaptado de [37]. Por outro lado, como já foi referido anteriormente, a existência de um sistema de duas camadas de protecção superficial provou ser mais eficiente do que apenas uma [36], como se verifica na Figura 2.25, que mostra a absorção de água ao longo do tempo para os seguintes 31

54 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. produtos: A silano/siloxano diluído em água; B silano/siloxano diluído em solvente; C acrílico diluído em solvente; D- revestimento de poliuretano. Figura 2.23 Ensaio de absorção capilar a vários sistemas de protecção superficial, adaptado de [36]. Ciclos gelo/degelo O comportamento de betão protegido com impregnantes hidrófugos face à acção dos ciclos gelo-degelo foi investigado por Basheer e Cleland [38], que utilizaram combinações de silanos e siloxanos. Os betões ensaiados foram fabricados com razões água/cimento diferentes e mantidos em três condições com diferentes teores de humidade. Em todos os regimes e combinações de variáveis, os impregnantes hidrófugos provaram melhorar a resistência aos ciclos gelo/degelo. Contudo, concluiu-se que a resistência superficial do betão está directamente relacionada com a razão água/cimento, ou seja, quanto maior for esta razão mais poros e portanto mais fissuras se desenvolverão. Por outro lado, a resistência está também relacionada com a profundidade de penetração do produto, pois quanto maior for a profundidade maior será a resistência alcançada. 32

55 ESTADO DA ARTE Reacção álcalis-sílica A protecção de estruturas de betão contra a reacção álcalis-sílica pode ser conseguida pela utilização de agentes hidrofóbicos, mantendo o betão seco o suficiente de forma a inibir os processos de deterioração. No entanto, esta hipótese foi apenas estudada em laboratório [39], não havendo evidência da eficiência desta solução em estruturas reais. Nos ensaios laboratoriais, concluiu-se que existem muitas dificuldades na utilização deste tipo de sistema em estruturas reais, uma vez que o microclima na vizinhança da estrutura pode ser variável e a penetração de humidade pode-se dar através de outras partes da própria estrutura. Por outro lado, muitos dos impregnantes hidrófugos que oferecem uma excelente protecção contra o ingresso de água líquida, têm pouca resistência no que diz respeito à transmissão de vapor de água. Deste modo, para a protecção do betão, relativamente a esta reacção, os resultados em laboratório são dificilmente extrapoláveis para condições de serviço reais. Difusão de dióxido de carbono A difusão de dióxido de carbono é um fenómeno que provoca inicialmente a reacção de carbonatação na superfície do betão, mas que, durante a vida útil, avança para o interior do betão, podendo levar à corrosão de armaduras. No Reino Unido, foram realizados ensaios com o intuito de quantificar a taxa de difusão de dióxido de carbono em provetes não tratados e tratados com silanos e siloxanos [35]. A partir deste estudo, pode-se inferir que o melhor tipo de produto para o controlo do ingresso e difusão de dióxido de carbono é o dos siloxanos, uma vez que possuem um efeito bloqueador de poros melhor que os silanos, que apenas revestem os poros do betão. No entanto, é importante referir que os siloxanos não formam uma camada contínua como a dos revestimentos [35]. Em suma, os impregnantes hidrófugos constituem uma boa solução no que diz respeito à protecção superficial do betão. Contudo, a escolha do sistema deve depender directamente da finalidade para que é requisitada e é também preciso ter em conta qual o ambiente a que a estrutura de betão está exposta, de modo a escolher correctamente as características do produto a aplicar. Os silanos e siloxanos são os compostos mais utilizados na resolução de problemas de ingresso de água no betão e apresentam bons resultados em todos os estudos realizados, sendo que a utilização de um sistema com mais do que um tipo de produto parece ser a decisão mais acertada. Pode-se concluir, deste modo, que o comportamento dos 33

56 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. impregnantes hidrófugos depende de vários factores que devem ser analisados separadamente e em conjunto de forma a determinar qual a solução mais eficiente para cada caso Impregnantes A norma EN1504 define impregnantes como um tratamento para betão que reduz a porosidade e reforça a superfície de uma estrutura, sendo os poros total ou parcialmente preenchidos, como se ilustra na Figura 2.24 a) e b). a) b) Figura 2.24 Representação esquemática de um impregnante com preenchimento total e parcial [1]. Segundo a mesma norma, as características enumeradas seguidamente fornecem informações relevantes para a avaliação do comportamento dos produtos de protecção impregnantes: Absorção capilar e permeabilidade à água através deste ensaio obtêm-se dados relevantes para avaliar o comportamento de produtos impregnantes em relação à protecção contra o ingresso (princípio 1) e resistência física (princípio 5); Profundidade de penetração esta característica influencia o comportamento do produto na protecção contra o ingresso (princípio 1) e resistência física (princípio 5); Resistência à abrasão o ensaio da resistência abrasão fornece resultados que permitem analisar a eficiência do impregnante no aumento da resistência física (princípio 5); Resistência ao impacto este ensaio fornece resultados para avaliar o comportamento do produto de impregnação em relação à resistência física (princípio 5); 34

57 ESTADO DA ARTE Força de adesão pelo pull-off por último, a força de adesão do produto de impregnação ao substrato permite concluir acerca da resistência física (princípio 5) do sistema de protecção. Estes produtos, também conhecidos como bloqueadores de poros, geralmente podem ter duas origens diferentes: ou são compostos à base de silicatos (silicatos de sódio ou fluorossilicatos) ou à base de resinas sintéticas (epoxídicas ou acrílicas). No entanto, existem poucas publicações técnicas e científicas sobre este tipo de protecção superficial. Relativamente ao primeiro tipo de produto de impregnação (os impregnantes à base de silicatos) o mais utilizado é o silicato de sódio. Teoricamente, este tipo de composto reage com o substrato, formando cristais que se depositam nos poros. Com efeito, existem três princípios acerca da acção dos silicatos de sódio sobre o betão [29]: Precipitação do SiO 2 nos poros; Formação de um gel expansivo, dentro dos poros, similar ao formado na reacção álcalis-sílica; Reacção dos silicatos com o hidróxido de cálcio presente nos poros formando silicato de cálcio hidratado. O último princípio é o mais aceite actualmente. Teoricamente, os silicatos penetram nos poros superficiais reagindo com o hidróxido de cálcio presente no cimento, formando C-S-H, segundo a seguinte reacção [40]: (2.4) Deste modo, nos casos em que o betão está carbonatado, esta reacção não ocorre, uma vez que o hidróxido de cálcio (Ca(OH) 2 ) já reagiu com o dióxido de carbono (CO 2 ), originando carbonato de cálcio (CaCO 3 ). Assim, a utilização deste produto em estruturas mais antigas torna-se um problema, havendo investigadores que afirmam que este sistema deve ser utilizado em betão novo e com aplicações repetidas para que a protecção contra o ingresso de água seja eficiente [41]. Os impregnantes à base de resinas sintéticas (epóxidas, poliuretanos ou metacrilatos) endurecem por reacção química no interior dos poros e capilares, criando um efeito bloqueador. As resinas epóxidas são as mais utilizadas na construção civil e foram as estudadas 35

58 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. ao longo da campanha experimental apresentada neste trabalho. A resina epóxida é um polímero termoendurecível que se mistura com agentes endurecedores (Figura 2.25). Figura 2.25 Estrutura química do polímero epoxi. [42] Alguns produtos podem conter mais componentes, como cargas, pigmentos, aceleradores, emulsionantes ou estabilizantes [43]. Existem vários sistemas de aplicação de resinas epóxidas como revestimentos/selantes, mas as utilizadas neste trabalho correspondem a sistema de dois componentes (resina+endurecedor) que são diluídos a cerca de 20-30% de sólidos em solventes voláteis, de modo a produzir soluções com baixa viscosidade que conseguem penetrar e reforçar a superfície de betão. As principais características que este tipo de produto confere ao betão é a melhoria da resistência à abrasão e, embora de forma pouco significativa, a melhoria da resistência aos ciclos gelo/degelo. Contudo, este tipo de resinas pode escurecer a superfície a curto prazo, caso esteja exposta a radiação UV, de forma mais permanente [44]. A pesquisa bibliográfica realizada mostrou que ainda não foram conduzidas muitas investigações sobre produtos impregnantes (silicatos ou resinas), pelo que é difícil estabelecer, de forma fiável, o comportamento destes, tanto a nível mecânico como no aspecto da durabilidade. No entanto, foram executados alguns estudos no que diz respeito ao comportamento de impregnações de acrílicos (PMMA) em argamassas, pelo que se pode fazer uma comparação, por aproximação, a betões. Neste estudo foram efectuados ensaios de resistência à flexão e compressão, testes de ultra-sons e ensaios de durabilidade como absorção de água, resistência química a ácido clorídrico, exposição a ambientes marinhos e ciclos gelo/degelo [45]. Os resultados de todos os ensaios corresponderam a melhorias em relação aos provetes sem tratamento superficial, pelo que os ensaios realizados em provetes de betão deverão conduzir a efeitos semelhantes, sobretudo no que diz respeito à durabilidade, à resistência a agentes agressivos e ao desenvolvimento de anomalias [45]. 36

59 ESTADO DA ARTE Thompson et al. [40] também realizaram um estudo com o objectivo de caracterizar o comportamento de silicatos que actuam como selantes no betão. Assim, foram testados provetes de dois tipos, blocos de pavimento comercial e betão produzido em laboratório, aos quais foram aplicados produtos de silicatos de sódio. Foram realizados ensaios de absorção de água, resistência à abrasão, permeabilidade de cloretos e foi elaborada uma caracterização da morfologia superficial dos provetes tratados e não tratados. Nesse estudo conclui-se que, relativamente à absorção de água, os provetes tratados apresentam uma taxa de absorção inferior aos provetes não tratados. Por outro lado, neste ensaio foram testadas várias concentrações de silicato, tendo-se verificado que quanto maior for a concentração de silicato, menor é a absorção (Figura 2.26). Figura 2.26 Resultados do ensaio de absorção de água para as diferentes concentrações de silicatos, adaptado de [40]. Quanto ao ensaio de resistência à abrasão, pode-se verificar através da Figura 2.27 que o coeficiente de abrasão é inferior nos provetes tratados, quando comparado com os provetes não tratados. 37

60 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Figura 2.27 Resultados do ensaio de resistência à abrasão para as diferentes concentrações de silicatos, adaptado de [40]. Nas Figura 2.26 e Figura 2.27 a legenda tem o seguinte significado: N silicato com 37,6% de sólidos; OW 38,6% de sólidos; os números representam o rácio de silicatos para água ( 1/1 corresponde a 1 parte de silicato para 1 de água). No que diz respeito à permeabilidade aos iões cloreto, concluiu-se que a aplicação dos produtos melhora esta característica nos diferentes betões e para diferentes concentrações de silicatos [40]. Por fim, através de uma observação da superfície dos provetes pôde-se concluir que os provetes tratados apresentam uma superfície mais lisa e macia, enquanto que os não tratados apresentam uma superfície rugosa e áspera [40] Aplicação do sistema de protecção superficial Preparação do substrato O estado da superfície na qual se aplica um sistema de protecção é um factor relevante no que diz respeito ao comportamento do mesmo. De facto, é crucial excluir uma grande parte de factores que podem ser adversos à aplicação do sistema de protecção superficial, para que a aderência entre o sistema e a superfície seja favorável, com o objectivo de criar um isolamento do betão em relação ao meio ambiente. 38

61 ESTADO DA ARTE De acordo com Hurley [39] e Rodrigues [12], os factores adversos existentes na superfície que podem influenciar o comportamento da aplicação são os seguintes: Presença de contaminações a existência de agentes descofrantes e membranas de cura que não sejam conciliáveis com o sistema de protecção a utilizar pode ser um factor adverso para a aderência do sistema ao substrato; Existência de materiais pulverulentos não aderentes os materiais pulverulentos são essencialmente a leitada do betão mais jovem, poeiras, eflorescências, sais e poluentes industriais. Estes factores devem ser retirados de forma a melhorar a aderência entre o sistema de protecção e a superfície; Textura da superfície a textura da superfície é, de igual modo, um factor importante para a aderência entre o sistema de protecção e o substrato, na medida em que, uma superfície demasiado lisa ou vidrada é prejudicial para a união dos mesmos; Grau de humidade excepto os casos em que os sistemas de protecção possam ser aplicados em superfícies húmidas, a presença de humidade no betão aquando da aplicação do produto pode ser prejudicial para a aderência entre ambos; Defeitos na superfície no caso de um substrato fissurado ou demasiado poroso, deve proceder-se a uma reparação prévia, para que a aplicação do sistema de protecção resulte numa barreira contínua e sem defeitos. Assim sendo, a superfície deverá ser sujeita a uma preparação de forma a melhorar o comportamento dos sistemas de protecção. A preparação da superfície pode passar por uma limpeza, para a qual existem diversas técnicas, conforme a severidade da anomalia. De acordo com Hurley [31], as principais técnicas são as seguintes: Lavagem da superfície com detergente emulsionante e, se necessário, biocidas; Limpeza com água a baixa pressão; Limpeza com vapor de água; Escovagem manual ou com recurso a equipamento próprio para o efeito; Utilização de jacto abrasivo seco ou húmido; Nivelamento ou escarificação da superfície (discos rotativos); Utilização de jacto de água com alta pressão ( bar); Fresagem da superfície. Por outro lado, a durabilidade do betão só é possível de atingir com o sistema de protecção superficial se a camada do sistema for contínua e sem defeitos. Deste modo, é por vezes 39

62 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. necessário, preencher e nivelar alguns poros presentes na superfície de betão. Para tal, podem ser aplicados alguns tipos de argamassas de cimento, polímeros ou algumas resinas epóxidas [39] Condições de aplicação Existem diversos factores relacionados com a preparação dos produtos e condições ambientais no momento da aplicação que podem influenciar o comportamento do sistema de protecção a longo prazo. Relativamente à preparação dos produtos e sua aplicação, o método de aplicação, a mistura e diluição dos produtos, os tempos de secagem entre demãos e os rendimentos deverão estar de acordo com o recomendado pelo fabricante, para que o comportamento do produto seja o melhor possível. Quanto às condições ambientais no momento de aplicação, a humidade do suporte é um factor relevante, uma vez que o suporte deverá estar seco na altura de aplicação, de forma a evitar problemas de aderência, destacamento ou empolamento do produto. A aplicação do produto, excepto nos casos em que os produtos são formulados para aplicação em superfícies húmidas, deve ser feita num suporte com um teor em humidade inferior a 5 % [46]. Por outro lado, devem também ser respeitadas as indicações dos fabricantes em relação à temperatura e humidade ambiente CONSIDERAÇÕES FINAIS Como já foi referido anteriormente, a selecção de um tipo de produto ou sistema de protecção superficial não é simples, uma vez que mais que um produto pode satisfazer um determinado requisito. Por outro lado, a selecção do produto deve também ser feita recorrendo-se à avaliação de vários factores, como a facilidade de aplicação, considerações económicas, durabilidade e assistência técnica do fabricante. É, então, fulcral a análise de todas as variantes para tomar a melhor decisão, referindo-se de seguida os factores mais importantes a considerar [12] [27]: Substrato original: Material de construção; 40

63 ESTADO DA ARTE Construção nova ou reabilitação; Condições da estrutura; Presença de outro tipo de revestimento ou sistema de protecção; Contaminação da superfície. Condições ambientais: Atmosférico, marinho; Presença de humidade; Temperatura; Presença de químicos agressivos. Facilidade de aplicação: Método de aplicação (trincha, impregnação, rolo, etc.); Tempo de vida útil; Exigências do estado do substrato; Exigências de condições ambientais; Riscos de toxicidade ou inflamabilidade. Considerações económicas: Custo inicial dos produtos (cálculo das quantidades necessárias conforme os rendimentos); Custo inicial da preparação da base, aplicação e acessibilidade (montagem de andaimes, aluguer de equipamento, etc.); Intervalo de repintura (durabilidade do sistema de protecção); Facilidade de repintura. Durabilidade: Utilização de produtos de comportamento em serviço já conhecido, de forma a maximizar os intervalos de repintura. A análise da durabilidade do sistema ou produto em relação a todos os factores a que possa estar submetido: adesão entre produto e substrato, resistência aos UV, resistência à água, resistência química, resistência ao impacto, elasticidade, dureza da película, resistência à abrasão, entre outros. Assistência técnica: Facilidade de reposição de stocks; Fichas técnicas dos produtos; Garantias de durabilidade; Apoio na execução da obra. 41

64 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Os sistemas de protecção têm bastante potencial para melhorar o comportamento e a durabilidade das estruturas de betão. Contudo, é necessário conhecer o comportamento de cada sistema a longo prazo, antes da sua aplicação na estrutura. Por outro lado, é importante que haja uma monitorização contínua da estrutura de modo a que os problemas sejam detectados e reparados. Pode-se também concluir que as investigações e dados existentes encontram-se dispersos, ou seja, ainda não existe um sistema que uniformize a escolha do sistema de protecção a utilizar, pelo que os vários factores acima referidos devem ser ponderados conjuntamente. 42

65 CAMPANHA EXPERIMENTAL 3. CAMPANHA EXPERIMENTAL 3.1. INTRODUÇÃO O objectivo da campanha experimental foi avaliar o comportamento de produtos de impregnação face a diferentes condições da base, nomeadamente a sua rugosidade. Para tal, desenvolveu-se uma campanha experimental, composta por ensaios definidos na norma EN 1504 [1], em três condições de rugosidade diferentes. Sinteticamente, as três condições de rugosidade testadas foram as seguintes: Superfície de betão sem qualquer tipo de tratamento, ou seja, rugosidade normal R0; Superfície de betão submetida a um tratamento superficial, utilizando um jacto de água de 160 bar R1; Superfície de betão submetida a um tratamento superficial, utilizando um martelo de agulhas R2. É também importante referir que em todos provetes a humidade relativa foi estabilizada nos valores de (5±0,5)%, de acordo com a norma EN [47]. Este capítulo destina-se a descrever e ilustrar as diferentes fases da campanha experimental, com especial atenção para os ensaios realizados. Os ensaios são descritos na sua totalidade, uma vez que, apesar de terem sido utilizadas as normas aplicáveis para o efeito, foi necessária para alguns casos uma adaptação dos procedimentos sugeridos pelas normas PLANIFICAÇÃO DA CAMPANHA EXPERIMENTAL ª Fase da campanha Esta fase destinou-se à preparação de todo o material necessário à realização dos ensaios a realizar na 3ª fase da campanha experimental. Deste modo, esta fase foi constituída pelas seguintes etapas: Execução das lajes de betão; Tratamento das superfícies; Corte das lajes de betão; Estabilização do teor em humidade dos provetes; 43

66 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Determinação da massa volúmica dos diferentes produtos de impregnação; Determinação do teor em matérias voláteis dos diferentes produtos de impregnação; Aplicação dos produtos de impregnação. Após a aplicação dos produtos de impregnação, seguiu-se um período de 7 dias de secagem findo o qual foi possível iniciar-se a 3ª fase da campanha experimental ª Fase da campanha A segunda fase da campanha teve o objectivo de avaliar qualitativa e quantitativamente a rugosidade das superfícies de betão, às quais foram aplicadas diferentes tratamentos. Deste modo, foram utilizados dois métodos de avaliação: Método indicado na norma EN 1766 [7] Determinação do índice de rugosidade, através do ensaio de espalhamento da areia na superfície; Execução de moldes de plasticina, os quais foram depois analisados, através do software Buildings Life [48] ª Fase da campanha Esta fase destinou-se à definição dos ensaios a realizar e às adaptações efectuadas às recomendações definidas pelas normas (Quadro 3.1). Ensaio Norma base 3ª Fase da Campanha Experimental Determinação da permeabilidade à água EN [3] Determinação da resistência à abrasão EN ISO [4] Determinação da resistência ao impacto ISO [5] Medição da resistência de ligação pelo método de pull-off EN 1542 [6] Medição da profundidade de penetração do produto EN [1] Quadro 3.1 Ensaios realizados ao longo da 3ª fase experimental. 44

67 CAMPANHA EXPERIMENTAL Estes ensaios foram realizados em betões no estado endurecido, e após a aplicação e secagem dos produtos de protecção. As alterações efectuadas nos ensaios, em relação ao descrito na norma, serão descritas de forma mais aprofundada no subcapítulo PRODUÇÃO E PREPARAÇÃO DOS PROVETES Execução de lajes de betão As lajes de betão, de 30cmx30cmx4cm, foram executadas pelo Laboratório Nacional de Engenharia Civil, tendo-se produzido dois tipos de betão, de acordo com a norma EN 1766 [7], com razões água/cimento (a/c) diferentes, um com uma razão a/c de 0,40 (B1) e o outro de 0,70 (B2). O cimento utilizado foi do Tipo I, classe 42,5 R da Secil. As composições dos dois betões apresentam-se nos Quadro 3.2 e Quadro 3.3. Componentes Composição (kg/m 3 ) Brita Areia 900 Cimento 455 Água 182 Razão água/cimento 0,40 Quadro 3.2 Composição do betão tipo B1 (MC0,40). Componentes Composição (kg/m 3 ) Brita 20 mm 400 Brita Areia 900 Cimento 260 Água 182 Razão água/cimento 0,70 Quadro 3.3 Composição do betão tipo B2 (C0,70). Por fim, foram realizados ensaios de resistência à compressão e à tracção por compressão diametral aos 28 dias, de acordo com as normas NP EN partes 3 e 6 [49], 45

68 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. respectivamente. É importante realçar que os provetes foram mantidos em câmara de cura a uma temperatura de (20±2) C e humidade relativa de 95%, desde a data de fabrico até ao ensaio Tratamentos superficiais Com o objectivo de se obterem os três tipos de rugosidade descritos anteriormente, foram efectuados tratamentos de superfície para modificar a rugosidade das lajes de betão, os quais se descrevem seguidamente: Jacto de água (R1) Para este efeito, foi alugada uma máquina de jacto de água com uma pressão de 160 bar, o que permitiu que a camada superficial das lajes de betão fosse removida, desobstruindo-se a maioria dos poros. Nas lajes constituídas por betão do tipo MC0,40, o número de passagens com jacto de água foi maior, uma vez que a razão a/c era menor, e por isso, o betão era mais compacto e resistente. A Figura 3.1 a) e b) é ilustrativa do processo em questão. a) b) Figura 3.1 a) e b) Aplicação de jacto de água nas lajes de betão. Martelo de agulhas (R2) Para se obter outro tipo de rugosidade, foi utilizado um martelo de agulhas de forma superficial devido à potência deste equipamento. Deste modo, obteve-se uma rugosidade mais acentuada, relativamente às lajes tratadas com jacto de água. Na Figura 46

69 CAMPANHA EXPERIMENTAL 3.2 pode-se visualizar o processo de tratamento das lajes de betão, recorrendo-se ao martelo de agulhas. a) b) Figura 3.2 a) e b) Aplicação do martelo de agulhas nas lajes de betão. Durante o processo de selecção dos métodos de tratamento das superfícies a utilizar, foi também considerado o uso de jacto de água e areia. Porém, uma vez que os resultados obtidos a partir da aplicação de jacto de água foram suficientemente abrasivos, decidiu-se que esse procedimento não seria pertinente. Além destes dois tipos de rugosidade, alguns provetes não foram submetidos a qualquer tipo de tratamento, com o objectivo de fornecerem resultados de referência para a comparação com as rugosidades R1 e R2. Assim sendo, estes provetes foram denominados de R0, ou seja, rugosidade de referência. Por fim, é importante salientar que estes tratamentos superficiais foram efectuados no Laboratório de Construção, do Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura (DECivil) do Instituto Superior Técnico (IST) Corte das lajes de betão Com o intuito de se obterem os provetes necessários para os diferentes ensaios com as dimensões apropriadas, foi essencial proceder-se ao corte das lajes de betão. De facto, cada ensaio carece de provetes com dimensões diferentes, como se pode verificar no Quadro

70 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Ensaio Dimensões Largura: 7 cm Absorção capilar Resistência à abrasão Resistência ao impacto Comprimento: 7 cm Altura: 4 cm Largura: 11 cm Comprimento: 11 cm Altura: 1 cm Largura: 7 cm Comprimento: 10 cm Altura: 4 cm Largura: 14.5 cm Ensaio de pull-off Comprimento: 14.5 (R0) ou 29 cm (R1 e R2) Altura: 4 cm Quadro 3.4 Dimensões dos provetes referentes aos diferentes ensaios. Para o efeito, foi utilizada uma serra diamantada e os provetes foram cortados na direcção transversal e longitudinal (caso dos provetes para o ensaio de resistência à abrasão). De forma a direccionar a serra, foram desenhadas na superfície das lajes as dimensões dos provetes (Figura 3.3 a) e b)). a) b) Figura 3. 3 Serra diamantada utilizada no corte das lajes de betão 48

71 CAMPANHA EXPERIMENTAL Estabilização do teor em humidade No processo de avaliação do comportamento do betão ao longo dos ensaios a realizar foi importante estabilizar o teor em humidade, para que os resultados fossem congruentes. Para o efeito, foram seguidas as directrizes da norma EN [47], embora tenham sido efectuadas algumas alterações à norma, de forma a adaptá-la ao estudo em curso Procedimento Deste modo, em primeiro lugar, foram escolhidos três provetes de cada tipo de betão e ensaio, os quais foram colocados num recipiente com água de modo a ficarem saturados, como se pode verificar na Figura 3.4. De seguida, com papel absorvente, retirou-se o excesso de água superficial, pesaram-se os provetes na balança (W ssd ) e foram colocados numa estufa a 105 C durante 7 dias (Figura 3.5). Os restantes provetes (excepto os três que foram retirados com o objectivo de serem saturados com água) foram também pesados (W ssd ) e colocados numa sala condicionada a (21±2) e uma humidade relativa de (60±10)% durante 7 dias. Findo este período, os provetes colocados na estufa foram arrefecidos num excicador (Figura 3.6) contento sílica gel durante 2 horas e foram pesados novamente (W od ). Os provetes condicionados na sala foram também pesados mais uma vez (W t ) Análise de resultados Com os dados obtidos nestas medições foi possível calcular o teor de humidade estimado em cada provete, a partir das seguintes equações: Teor em humidade da superfície seca (M ssd ) esta equação permite obter o teor em humidade dos provetes que foram colocados na estufa:, em percentagem por peso (3.1) Peso seco estimado (W od ) com esta fórmula, pode-se obter o peso seco estimado dos provetes que foram condicionados na sala,, em gramas (3.2) 49

72 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. em que Mm é a média do teor em humidade da superfície seca dos três provetes colocados na estufa. Teor em humidade estimado (M t ) por fim, pode-se obter o teor em humidade estimado de todos os provetes que tem de estar compreendido no intervalo (5±0,5)%:, em percentagem por peso (3.3) É importante realçar que este processo de pesagem foi repetido durante 7 dias, até que os provetes atingissem teores em humidade no intervalo referido. Uma das adaptações ao descrito na norma foi o facto de os provetes terem sido colocados na estufa todos os dias, para se poder aferir que estavam completamente secos. Figura Imersão dos provetes em água. Figura Colocação dos provetes na estufa. Figura Arrefecimento dos provetes no excicador. 50

73 CAMPANHA EXPERIMENTAL Por outro lado, foi também utilizado outro método para quantificar a humidade superficial, um humidímetro da marca PROTIMETER. O equipamento foi utilizado no modo Search e o método para quantificar a humidade consistiu em aproximar o humidímetro da superfície de betão, formando um ângulo entre 20 a 50 com a mesma até que a humidade superficial fosse registada (Figura 3.7). Figura 3.7 Utilização do humidímetro para a leitura do teor em humidade superficial. No quadro 3.5 é possível observar a escala de valores de humidade indicados pelo humidímetro. Classificação Dry (seco) At rysk (em risco) Wet (húmido) Gama de valores Quadro 3.5 Gama de valores de humidade no humidímetro CARACTERIZAÇÃO DOS PRODUTOS Para a obtenção dos produtos necessários para a realização da campanha experimental, foram contactadas as empresas BIU e CHRYSO que, gentilmente, cederam três produtos com diferentes componentes químicos. Os produtos 1 utilizados foram os seguintes: 1 As fichas técnicas correspondentes a cada produto referido podem ser consultadas no anexo A 51

74 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Produto P1 Epóxi de impregnação, que é um produto impregnante incolor à base de resinas epóxidas e um endurecedor Mannich, contendo solventes, para proteger os materiais de construção porosos contra todos os tipos de agressão, tornando-os antipoeirentos, estanques e anti-ácidos. Produto P2 é um ligante líquido à base de resinas epoxy e um endurecedor isento de solventes e em base aquosa.. Produto P3 Endurecedor de superfície, que é um aditivo endurecedor de superfície para betão e argamassas ( ) penetra por impregnação e actua segundo dois modos de acção: Reforço da estrutura cristalina, pela formação de compostos minerais de grande dureza, depois da reacção com os elementos básicos livres do suporte; Aumento da impermeabilização, por penetração de uma resina de polímero nos poros do suporte.. No Quadro 3.6 são apresentadas as características gerais do epóxido de impregnação (P1). Produto Características Massa volúmica: ± 0,9 kg/dm 3 Resistência à temperatura: +70 C Resistência química: ácidos, álcalis, gasolina, óleos e gorduras Cor: transparente P1 Pot-life: ± 60 min (a 20 C) Ponto de inflamabilidade: 21 C Tempo de endurecimento Táctil: após 4 horas Pisar: após 8 horas Total: 36 horas Quadro 3.6 Resumo das características do produto P1. 52

75 CAMPANHA EXPERIMENTAL As características técnicas do produto P2, podem ser consultadas no Quadro 3.7. Produto Características Massa volúmica: ± 1,0 kg/dm 3 Betão: superior à coesão interna do material P2 Aderência a colar Aço: aprox. 5 MPa Resistência à temperatura: +70 C Resistência química: ácidos gordos, alcalis, gasolina, óleos, gorduras, solventes, ar salino, etc. Cor: amarelo ou cinzento Pot-life: ± 60 a 90 min. (a 20 C) Tempo de endurecimento: 6 a 12 horas Tempo de endurecimento total: 1 a 5 dias Quadro 3.7 Resumo das características do produto P2. Por fim, os parâmetros reproduzidos da ficha técnica do produto P3, são apresentados no Quadro 3.8. Produto Características Natureza: líquido Cor: branco leitoso P3 Massa volúmica: 1,07±0,02 kg/dm 3 ph: 11±1 Ponto de congelação: -2 C Quadro 3.8 Resumo das características do produto P Determinação da massa volúmica A massa volúmica dos produtos utilizados é um dado importante para a sua caracterização e também para o cálculo da quantidade de produto que é necessário aplicar. Deste modo, as 53

76 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. massas volúmicas dos três produtos foram determinadas de acordo com a norma ISO [50]. Para o efeito, colocou-se o produto P3 e os componentes dos produtos P1 e P2 e os picnómetros num banho de água (Figura 3.8), à temperatura de (23±0,5) C, durante 30 minutos, para que a temperatura de equilíbrio fosse atingida. É importante realçar que a temperatura durante todo o ensaio foi constante (Figura 3.9), uma vez que o seu efeito na massa volúmica pode influenciar as propriedades de enchimento do picnómetro. Figura 3.8 Produto P3 e componentes A e B dos produtos P1 e P2 em banho de água. Figura 3.9 Temperatura constante do banho de água. De seguida, foram efectuadas as misturas dos componentes relativos aos produtos P1 e P2, para que pudesse ser calculada a massa volúmica da mistura (Figura 3.10 e Figura 3.11). Figura 3.10 Mistura dos componentes A e B do produto P1. Figura 3.11 Mistura dos componentes A e B do produto P2. 54

77 As proporções necessárias para cada mistura são indicadas no Quadro 3.9. CAMPANHA EXPERIMENTAL Produto Componentes Proporção P1 P2 A 3.3 B 1 A 1 B 2 Quadro Proporções necessárias para se efectuarem as misturas dos produtos P1 e P2. Depois do banho de água e da execução das misturas, a massa dos picnómetros foi pesada (m 1 ), como se ilustra na Figura 3.12, e os volumes correspondentes foram registados (V t ). Seguidamente, encheram-se os picnómetros com os produtos em ensaio (Figura 3.13), colocando-se a tampa na posição correcta, e limpou-se o excesso de líquido no exterior do picnómetro (Figura 3.14). Depois, a massa do picnómetro com o produto foi registada (m 2 ), etapa ilustrada na Figura 3.15, o que permitiu o cálculo da massa volúmica dos produtos, através da seguinte equação:, em gramas por mililitro. (3.4) Figura 3.12 Pesagem da massa dos pincómetros. Figura 3.13 Colocação dos produtos nos picnómetros. 55

78 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Figura 3.14 Limpeza do excesso de líquido dos picnómetros. Figura 3.15 Pesagem da massa dos picnómetros+produtos Determinação do teor em matérias não voláteis O ensaio utilizado para a determinação do teor em matérias não voláteis é importante para a caracterização dos produtos em estudo, uma vez que fornece resultados sobre a quantidade de material que evapora nas condições especificadas no ensaio. O ensaio em questão foi realizado de acordo com a norma NP EN ISO 3251 [51]. Para este ensaio, foram aproveitadas as misturas executadas para a determinação da massa volúmica. Foram utilizadas 6 cápsulas de alumínio (2 para cada produto), as quais foram pesadas (C), como se pode observar na Figura Depois, os três produtos em estudo foram colocados e pesados (Figura 3.17) numa quantidade de aproximadamente 1 grama (m1). Seguidamente, as amostras foram colocadas na estufa, a uma temperatura de 105 C, durante 1 hora (Figura 3.18). Estas condições foram escolhidas de acordo com o anexo A da norma referida, considerando-se que os produtos se aproximam de tintas de secagem ao ar e a resinas de polisacionato. O facto de os três produtos serem colocados na estufa à mesma temperatura e durante o mesmo período de tempo teve também o objectivo de uniformizar as condições de ensaio para as três amostras. Após terminar o período tempo referido, os produtos foram retirados da estufa e colocados no excicador, de modo a arrefecerem durante 30 minutos (Figura 3.19). Findo este período, as cápsulas foram pesadas mais uma vez (C 2 ), como se ilustra na Figura

79 CAMPANHA EXPERIMENTAL Figura Pesagem das cápsulas. Figura Pesagem das cápsulas. Figura Colocação das cápsulas com as amostras na estufa. Figura Arrefecimento das cápsulas no excicador. Figura Pesagem das cápsulas com as amostras após o arrefecimento. O registo das massas ao longo do ensaio permitiu calcular os teores de matérias voláteis e não voláteis a partir das seguintes equações: Resíduo (em gramas) (3.5) Teor de matérias voláteis (TMV) (em percentagem) (3.6) Teor de matérias não voláteis (TMNV) (em percentagem) (3.7) 57

80 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação ESPECTROFOTOMETRIA DE INFRAVERMELHOS COM TRANSFORMADA DE FOURIER (FTIR) A espectrofotometria de infravermelhos é uma técnica que fornece indicações importantes acerca dos grupos moleculares presentes num dado material. Com efeito, quando a radiação infravermelha incide nas moléculas, parte da radiação é absorvida, dependendo do comprimento de onda, e convertida em energia vibracional. As vibrações moleculares originam bandas de absorção na parte da região infravermelha e existem quatro modos vibracionais: modo de elongação, modo tesoura, modo baloiço e modo meneio, vibrando os últimos dois sempre no mesmo número de onda. Os modos de vibração dependem essencialmente das massas atómicas dos átomos, ligações atómicas e geometria espacial. A absorção de energia por parte dos diferentes grupos moleculares é identificável através de picos presentes no espectro de absorvância em função do número de onda. A intensidade e largura dos picos de absorvância dependem do tipo de grupos e do grau de desordem da estrutura do material. Esta técnica foi utilizada para a identificação das moléculas presentes nos produtos de impregnação utilizados neste estudo, constituindo, deste modo, um ensaio de identificação. Para a identificação dos constituintes, foi utilizado um aparelho que utiliza um feixe de energia, como se verifica na Figura 3.21, contendo todo o espectro infravermelho. O feixe é dividido em dois, sendo metade reflectida num espelho móvel a alta velocidade, modificando o percurso óptico do feixe, enquanto a outra metade é reflectida num espelho fixo. Seguidamente, os feixes são recombinados, com o objectivo de criar interferências destrutivas e construtivas, a partir das quais se obtém um espectro de interferências. Por fim, aplicam-se transformadas de Fourier à variação do espectro de interferências no tempo, obtendo-se o espectro final de absorvância em função do número de onda [52]. 58

81 CAMPANHA EXPERIMENTAL Figura 3.21 Aparelho que utiliza feixe de energia contendo o espectro infravermelho. Deste modo, os produtos P1 e P2 foram espalhados directamente numa janela à qual é aplicado directamente o feixe de energia, como se pode visualizar na Figura O produto 3, foi colocado numa folha de teflon para secar e, seguidamente, foi dissolvido em tetracloreto e espalhado numa janela, sendo-lhe também aplicado o feixe de energia (Figura 3.23). Figura 3.22 Aplicação do produto P1 e P2 directamente na janela. Figura 3.23 Secagem do produto P3 em papel teflon. 59

82 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação APLICAÇÃO DOS PRODUTOS A fase de aplicação dos produtos no betão constituiu uma das fases mais importantes no presente estudo. Para uma correcta aplicação, é necessário que o substrato esteja limpo e isento de poeiras, gorduras ou qualquer outro elemento que possa prejudicar a aderência entre o produto e o betão. Por outro lado, é também indispensável calcular as quantidades de produto que devem ser aplicadas, de acordo com as fichas técnicas. Para este efeito, foram considerados os rendimentos apropriados para cada produto apresentados no Quadro Produto Rendimento (ficha técnica) Massa volúmica (kg/dm 3 ) Rendimento (m 2 /L) P1 150 a 250 cc/m a 6.67 P2 250 g/m P3 5 a 10 m 2 /L a 10 Quadro 3.10 Rendimentos necessários para a aplicação dos produtos. Sabendo o rendimento, a massa volúmica () e a área de superfície onde será aplicado o produto (A), é possível determinar a massa de produto a aplicar por superfície de provete (m), através da seguinte equação: (em grama) (3.8) Por outro lado, foi decidido que o método de aplicação de todos os produtos seria através de uma trincha, de forma a uniformizar todo o processo, apesar de na ficha técnica do produto P1 ser sugerido o uso de rolos largos. Na Figura 3.24 é possível observar-se a aplicação dos produtos, conforme o método supracitado e na Figura 3.25 o condicionamento dos provetes, durante 7 dias, numa sala própria para o efeito. 60

83 CAMPANHA EXPERIMENTAL Figura 3.24 Aplicação do produto utilizando uma trincha. Figura 3.25 Condicionamento dos provetes durante o processo de secagem AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Ao longo deste trabalho, foi estudado o comportamento dos diferentes produtos de impregnação face a 3 tipos de rugosidade. Deste modo, foi fulcral avaliar qualitativa e quantitativamente a rugosidade obtida, a partir de cada tratamento de superfície. Assim sendo, foram utilizados dois métodos alternativos para se poderem comparar os diferentes resultados: Determinação da textura de rugosidade pelo método do perfil ISO 4287 [53]; Determinação do índice de rugosidade através da EN 1766 [7] Textura superficial método do perfil O ensaio utilizado para avaliar a rugosidade da superfície de betão foi desenvolvido no Instituto Superior Técnico e consiste na aplicação de um software (Buildings Life) [48], que calcula índices de rugosidade média, amplitudes máximas e mínimas. As normas que estiveram na base do desenvolvimento do software mencionado são a ISO 4287 [53] e a ISO [54]. O ensaio desenvolvido iniciou-se com a execução de moldes de plasticina, de dimensões 4x4 cm, que serviram para imprimir a superfície de betão, uma vez que aquele é um material moldável. A impressão da plasticina formou o negativo da superfície de betão. Seguidamente, a plasticina foi cortada cuidadosamente com um x-acto, o que permitiu o seu destacamento do 61

84 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. molde. Desta forma, foi então possível obter vários perfis da superfície, tal como é ilustrado nas Figura 3.26 e Figura Figura 3.26 Molde de plasticina. Figura 3.27 Prensagem do molde de plasticina na superfície de betão. Depois, o perfil foi desenhado com uma mina e digitalizado, utilizando o software DigitizIt, o qual detecta as coordenadas da curva do perfil desenhada que são essenciais para utilizar finalmente a plataforma Buildings Life. Deste modo, esta plataforma permitiu recriar o perfil da superfície e calcular a rugosidade média associada. Para se obterem resultados com utilidade, foram executados três moldes para cada caso, o que permitiu, deste modo, calcular a média e o desvio-padrão do índice de rugosidade de cada tipo de betão e tratamento superficial Determinação do índice de rugosidade Este ensaio foi executado de acordo com a norma EN 1766 [7], cujas recomendações sugerem a utilização do método de espalhamento de areia na superfície de betão. De acordo com a norma indicada, o volume de areia a utilizar deverá variar entre 5 e 25 ml (conforme a área da superfície dos provetes a ensaiar). Contudo, uma vez que os provetes disponíveis para o ensaio possuíam uma área menor que a sugerida na norma, foi utilizado um volume de 2,5 ml, para provetes de 29 cm de comprimento e 14,5 cm de largura, e 1,25 ml, para provetes de 14,5 cm de lado. 62

85 CAMPANHA EXPERIMENTAL Deste modo, os volumes de areia foram medidos e colocados na superfície dos provetes, como se pode visualizar na Figura De seguida, utilizando um disco próprio para o efeito foram efectuados movimentos rotativos e circulares, sem exercer pressão, de forma a espalhar a areia na superfície do provete, como se pode observar na Figura Figura 3.28 Disposição da areia na superfície do provete de betão. Figura 3.29 Espalhamento da areia na superfície do provete com recurso a um disco. Por fim, confirmou-se que a configuração da areia na superfície do provete era circular e, recorrendo-se a uma craveira, foi medido o diâmetro do círculo de areia. Para se obter o índice de rugosidade, foi necessário utilizar a seguinte equação, (3.9) em que, V volume de areia utilizado (ml); d diâmetro médio do círculo de areia (mm) ENSAIOS DE AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DOS PRODUTOS INTRODUÇÃO Na 3ª fase da campanha experimental, foram realizados os ensaios indicados na norma EN [1]. A fase de preparação dos provetes iniciou-se com a determinação do número de provetes necessários para a realização dos cinco ensaios, com as dimensões mais correctas para o 63

86 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. efeito. As normas referentes a cada ensaio sugerem um número e dimensões de provetes que nem sempre foram adoptados devido a limitações de material ENSAIO DE ABSORÇÃO CAPILAR O ensaio para avaliar a permeabilidade à água dos três produtos de impregnação foi executado de acordo com a norma EN [3] e desenrolou-se em 2 fases: Preparação dos provetes selagem; Imersão dos provetes em água Geometria dos provetes No ensaio da absorção capilar, o número e dimensões de provetes sugeridos pela norma e os adoptados para o ensaio, são os apresentados no Quadro Número de provetes Norma 3 Dimensões Área de superfície: 200 cm 2 Altura: 2,5 cm Figura Ensaios 3 Comprimento: 7 cm Largura: 7 cm Altura: 4 cm Quadro 3.11 Número, dimensões e figura exemplificativa dos provetes utilizados no ensaio de absorção capilar Procedimento Na primeira fase do processo, os provetes foram selados com recurso a um ligante epóxido estrutural de dois componentes, Icosit K101 N da SIKA, representado na Figura Os provetes foram revestidos com duas camadas do ligante para se assegurar que a selagem era o mais estanque possível. A aplicação do produto foi executada com recurso a uma trincha (Figura 3.31). 64

87 CAMPANHA EXPERIMENTAL Figura 3.30 Icosit K101 N da SIKA. Figura 3.31 Aplicação do selante. Os provetes foram posteriormente colocados numa sala de condicionamento para que o selante secasse, como se verifica na Figura Figura 3.32 Condicionamento dos provetes. A segunda fase do ensaio relativo à absorção capilar consistiu na imersão das amostras em água potável. O procedimento iniciou-se com a pesagem dos provetes e sua colocação num recipiente, contendo água potável até 1 cm acima da face do provete em contacto com a água (Figura 3.33 a) e b)). A temperatura da água situou-se no intervalo (23±2) C, de acordo com o imposto na norma. 65

88 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. a) b) Figura 3.33 Imersão dos provetes em água potável. Os provetes foram retirados da água e a sua superfície foi seca com papel absorvente para serem posteriormente pesados depois de 1h, 2h, 3h, 6h, 24h, 30h, 48h e de 2 em 2 dias até a maioria atingir o ponto de saturação, como se pode verificar na Figura Figura 3.34 Pesagem dos provetes após a imersão em água Análise de resultados Utilizando os valores dos pesos registados foi possível construir a curva de velocidade de transmissão de água líquida em função da raiz quadrada do tempo (h), sendo a transmissão de água calculada a partir do aumento de massa (em kg), dividido pela área de superfície do provete (em m 2 ). O coeficiente de velocidade de transmissão de água líquida (w) foi calculado através do declive na zona linear da curva de velocidade de transmissão de água líquida. 66

89 CAMPANHA EXPERIMENTAL Ensaio da resistência à abrasão No intuito de se proceder à avaliação e comparação da resistência à abrasão do betão com e sem aplicação de produtos de protecção superficial, este ensaio foi realizado com recurso ao abrasímetro de Taber, segundo a norma EN ISO [4] Geometria dos provetes O número e dimensões dos provetes a utilizar neste ensaio são apresentados no Quadro As diferenças dos números e dimensões dos provetes entre o sugerido na norma e o escolhido para a realização do ensaio, devem-se ao facto da norma em questão ser direccionada para tecidos revestidos a borracha ou plástico, daí a necessidade de se efectuarem algumas modificações ao sugerido na norma. Número Dimensões Figura Norma 6 Ensaios 2 Fatias de 1 cm, obtidas a partir de cubos de 10 cm de aresta Comprimento: 11 cm Largura: 11 cm Altura: 1 cm Quadro 3.12 Número, dimensões e figura exemplificativa dos provetes utilizados no ensaio de resistência à abrasão. Tendo em conta que o substrato utilizado foi betão e a norma se aplica a tecidos revestidos a borracha ou plástico, houve a necessidade de se implementar algumas alterações. Assim sendo, os provetes utilizados tiveram uma forma geométrica diferente da utilizada na norma, ou seja, para o ensaio foram escolhidos provetes de secção quadrada, com as dimensões 11x11x1 [cm], aos quais foram cortados os cantos, permitindo que rodassem livremente. Foram efectuados furos de 8 mm de diâmetro nos provetes para permitir o seu encaixe na máquina abrasiva (Figura 3.35). 67

90 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Figura 3.35 Execução dos furos nos provetes destinados ao ensaio de resistência à abrasão Procedimento Os provetes foram colados ao tabuleiro da máquina com fita-cola de face dupla para acompanhar as rotações do abrasímetro de Taber (Figura 3.36 e Figura 3.37). Figura 3.36 Abrasímetro de Taber. Figura 3.37 Colocação do provete no equipamento abrasímetro de Taber. De seguida, e de acordo com a norma EN [1], foram utilizadas rodas abrasivas do tipo H22, tendo sido acoplada à máquina de ensaio uma carga de 1000 g (Figura 3.38). 68

91 CAMPANHA EXPERIMENTAL Figura 3.38 Rodas abrasivas H22 e massas de 1000 g acopladas ao equipamento. De acordo com a norma referida, seria necessário efectuar 1000 ciclos para cada provete mas, após o término de 100 ciclos, foi observado que o produto já tinha desaparecido na maioria dos provetes. Deste modo, foi decidido realizar apenas 300 ciclos, uma vez que os restantes 700 iriam corresponder a valores de resistência à abrasão do betão, não tendo interesse para o estudo em questão, que se limita ao comportamento dos produtos de impregnação. Assim, o ensaio consistiu na pesagem inicial dos provetes com aproximação de 0,001 g, na realização de 100 ciclos no abrasímetro, seguido de nova pesagem. Este processo repetiu-se três vezes perfazendo 300 ciclos. Finalmente, foram efectuados os cálculos de percentagem de massa perdida ao longo dos ciclos com o objectivo de analisar e comparar os diferentes tipos de provetes Apreciação dos resultados De acordo com a norma EN [1], a perda de massa por abrasão dos betões deverá melhorar aproximadamente 30%, devido à aplicação do produto de impregnação. 69

92 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação Ensaio da resistência ao impacto Com o objectivo de avaliar a resistência ao impacto antes e após a aplicação dos produtos em estudo, foi realizado o ensaio apresentado na norma EN ISO [5] Geometria dos provetes No caso da resistência ao impacto, o número e dimensões de provetes não são mencionados na norma referida, tendo-se optado por realizar 3 ensaios por cada provete, sendo as dimensões de cada um apresentadas no Quadro Número Dimensões Figura Norma - - Comprimento: 10 cm Ensaios 3 Largura: 7 cm Altura: 4 cm Quadro 3.13 Número, dimensões e figura exemplificativa dos provetes utilizados no ensaio de resistência ao impacto Procedimento De acordo com a norma em questão, foi utilizado um aparelho de queda de massa e as correspondentes massas primária e secundária, perfazendo um total de g, com uma esfera de 20 mm de diâmetro. Foi decidido realizar o exame com uma carga correspondente à classe 2 (10 Nm), de acordo com a norma EN [1], uma vez que foram executados testes para as classes 1 e 3 e o último (classe 3) provocou a fractura das amostras de betão. Deste modo, determinou-se a altura de queda da massa através da equação (3.10) 70

93 CAMPANHA EXPERIMENTAL em que, Ep energia potencial (Nm); m massa; g aceleração da gravidade; h altura de queda. Concluiu-se que, para uma massa de g, a altura de queda das massas (primária e secundária) deveria ser de 51.7 cm, como se pode observar nas Figura 3.39 a) e b). a) b) Figura 3.39 Ensaio de impacto de uma esfera de grande diâmetro Análise de resultados Após a queda das massas estar concluída, os locais de impacto foram examinados, recorrendose a uma lupa. Seguidamente, mediram-se os diâmetros das cavidades com uma craveira (Figura 3.40) e a profundidade com recurso a um medidor de espessuras (Figura 3.41). Deste modo, foi possível comparar e analisar quantitativamente o comportamento do betão com e sem produto de protecção superficial. 71

94 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Figura 3.40 Medição do diâmetro de impacto com recurso a uma craveira. Figura 3.41 Medição da profundidade do local de impacto com recurso a um medidor de espessuras Ensaio de pull-off O ensaio de pull-off, que consistiu na avaliação da força de adesão entre o substrato e a camada protectora aplicada, foi realizado segundo a norma EN 1542 [6] Geometria dos provetes No ensaio de adesão entre o produto e o substrato através do método do pull-off o número de pastilhas utilizadas para a quantificação deste parâmetro e as dimensões dos provetes são os indicados no Quadro Número Dimensões Figura Comprimento: 30 cm; Norma 5 Largura: 30 cm; Altura: 10 cm; Comprimento: 29 e 14,5 cm; Ensaios 3 Largura: 14,5 cm; Altura: 4 cm; Quadro 3.14 Número, dimensões e figura exemplificativa dos provetes utilizados no ensaio do pull-off. 72

95 CAMPANHA EXPERIMENTAL Procedimento O ensaio iniciou-se com a realização de carotes na superfície do betão com uma profundidade de 10 mm e diâmetro de 50 mm, utilizando-se para o efeito uma caroteadora. De seguida, foram coladas pastilhas metálicas, com um diâmetro de 50 mm, à superfície da carote, nas quais foi depois acoplado o equipamento de pull-off. Por fim, foi realizado o ensaio de tracção que consistiu na ligação da pastilha colada ao equipamento de pull-off através de um parafuso (Figura 3.42). Seguidamente, rodou-se a manivela do equipamento que aplicou um incremento de força de tracção contínuo até se atingir a rotura entre a pastilha e a superfície (Figura 3.43). Figura 3.42 Encaixe do equipamento de pull-off no parafuso da pastilha. Figura 3.43 Rotação da manivela que possibilita a aplicação de força de tracção. Finalmente, registou-se a força de tracção necessária para a separação da pastilha e foi feita a classificação do tipo de rotura de acordo com a norma EN 1542 [6], tendo em conta a seguinte fórmula: em que, σ tensão; F max força máxima de tracção; A pastilha área da pastilha metálica. 73

96 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação Ensaio da penetração Para realizar o ensaio de penetração do produto no substrato, foi seguida a sugestão apresentada na norma EN [1], uma vez que não existe nenhuma norma específica para o efeito Geometria dos provetes Para determinar a profundidade de penetração do produto no betão, a norma EN 1504 [1] sugere a utilização de cubos de 100 mm de aresta, executando-se seguidamente um corte na secção para se avaliar a profundidade com que o produto penetrou. No caso deste estudo, optou-se por utilizar os provetes destinados ao ensaio de pull-off Procedimento Para se realizar o ensaio de penentração, foi necessário criar uma abertura (dividir o provete em duas partes) no substrato de betão, ao qual foi aplicado o produto de impregnação, tendo sido utilizada uma prensa para o efeito (Figura 3.44). Figura 3.44 Prensa utilizada para criar uma abertura no provete de betão. 74

97 CAMPANHA EXPERIMENTAL De seguida, a superfície da fractura foi borrifada com água, similarmente ao teste de profundidade de carbonatação no qual se utiliza fenoftaleína, como se pode visualizar na Figura Figura 3.45 Superfície da fractura borrifada com água. Por fim, a profundidade de penetração do produto correspondeu à zona seca da superfície fracturada, tendo esta sido medida recorrendo-se a um comparador de fissuras (Figura 3.46). Figura 3.46 Medição da profundidade de penetração do produto com um comparador de fissuras. 75

98 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação Análise de resultados De acordo com a norma [1], a profundidade de penetração do produto deve ser superior a 5 mm. 76

99 4. ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS 4.1. INTRODUÇÃO ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS Neste capítulo apresentam-se os resultados obtidos nos ensaios realizados na campanha experimental, cujos procedimentos foram descritos no capítulo 3. Por outro lado, será também realizada uma análise comparativa dos ensaios, correlacionando-os com as variáveis de controlo, ou seja, os dois tipos de betão (B1 e B2), com razões água cimento de 0,40 e 0,70 respectivamente e as três rugosidades (R0, R1 e R2), que correspondem à rugosidade inicial (sem preparação), à preparação com jacto de água e à preparação com martelo de agulhas, respectivamente PROPRIEDADES DOS BETÕES Propriedades mecânicas A execução das lajes de betão seguiu a metodologia e directrizes apresentadas na norma EN 1766, sendo que os resultados apresentados correspondem aos ensaios de resistência à compressão (NP EN ) e resistência à tracção por compressão diametral (NP EN ), efectuados em cubos e cilindros (respectivamente) confeccionados ao mesmo tempo que as lajes [49]. As datas de fabrico e ensaio, dimensões, massas e massas volúmicas dos vários provetes utilizados para o ensaio de resistência à compressão e tracção por compressão diametral encontram-se listados nos Quadro 4.1. e 4.2. Tipo de betão ID Fabrico Data Ensaio Dimensões (mm) Massa (kg) Massa volúmica (kg/m 3 ) 1MC(0,40) x150x B1 2MC(0,40) x150x MC(0,40) x150x MC(0,40) x150x C(0,70) x150x B2 2C(0,70) x150x C(0,70) x150x C(0,70) x150x Quadro 4.1 Parâmetros relativos aos provetes cúbicos utilizados no ensaio de resistência à compressão. 77

100 fc [MPa] fct [MPa] Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Tipo de betão ID Data Massa Dimensões (mm) Fabrico Ensaio (kg) Diâmetro Altura 1MC (0,40) B1 B2 2MC (0,40) MC (0,40) C (0,70) C (0,70) Quadro 4.2 Parâmetros relativos aos provetes cilindricos ensaio de resistência à tracção por compressão diametral. Os resultados do ensaio de resistência à compressão (fc) são superiores para os betões com razão a/c inferiores, sendo a média de 56,25 MPa para os betões do tipo B1 e 33,08 MPa para os do tipo B2, como se pode verificar na Figura 4.1. Esta diferença é expectável, uma vez que o cimento é o componente que confere resistência mecânica aos betões, e a presença de maior quantidade de água leva ao aparecimento de mais vazios por evaporação, conduzindo a uma menor resistência mecânica. Por outro lado, os valores para cada tipo de betão são semelhantes entre si, não havendo uma grande dispersão nos resultados. Quanto aos resultados do ensaio de resistência à tracção por compressão diametral (fct), as razões das diferenças entre os dois tipos de betão são as mesmas, sendo que a tensão de rotura para os betões do tipo B1 é de 4,22 MPa e do tipo B2 de 2,93 MPa, como se pode verificar na Figura , ,5 4 fc fct 35 3, B1 B2 2,5 78 Figura 4.1 Resultados do ensaio de resistência à compressão (fc) e à tracção por compressão diametral (fct).

101 ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS Teor em humidade A estabilização do teor em humidade é uma fase importante para se iniciarem os ensaios, uma vez que diferenças no teor de humidade podem influenciar o desempenho dos produtos aplicados. De acordo com a norma EN [1], os provetes devem ser ensaiados com um teor em humidade de (5±0,5)%. Nesta secção apresentam-se os teores em humidade avaliados segundo a norma EN13580 [47] e os resultados obtidos através do humidímetro, que quantifica a humidade superficial dos provetes, sendo que a escala de valores e a sua classificação podem ser consultadas no Quadro 4.3. Classificação Dry (seco) At rysk (em risco) Wet (húmido) Gama de valores Quadro 4.3 Classificação dos valores obtidos através da utilização do humidímetro. Os resultados da estabilização de humidade nos vários tipos de provetes apresentam-se nos Quadro 4.4 e Quadro 4.5, em que R0, R1 e R2 correspondem às diferentes rugosidades analisadas (sem tratamento, jacto de água e martelo de agulhas, respectivamente), em termos de teor de humidade calculado e valor do humidímetro 2. Ensaio Dimensões [mm] R0 R1 R2 %HR Humidímetro %HR Humidímetro %HR Humidímetro Absorção 70x70x40 5, , , Abrasão 110x110x10 5, , , Impacto 100x70x40 5, , , x145x40 5, Pull-off 290x290x40 5, , Ensaio Quadro 4.4 Resultados da estabilização da humidade dos provetes do tipo B1. Dimensões [mm] R0 R1 R2 %HR Humidímetro %HR Humidímetro %HR Humidímetro Absorção 70x70x40 5, , , Abrasão 110x110x10 5, , , Impacto 100x70x40 5, , , x145x40 4, Pull-off 290x290x40 4, , Quadro 4.5 Resultados da estabilização da humidade dos provetes do tipo B2. 2 Os quadros completos podem ser consultados no anexo B. 79

102 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Deste modo, como se pode observar, todos os provetes possuem um teor em humidade situado no intervalo referido, que foi alcançado ao fim de 10 dias de pesagens. Quanto à humidade superficial de todos os provetes, pode ser classificada como dry (seco), resultados coincidentes com a humidade dos provetes obtida através do processo descrito na norma EN [47] CARACTERIZAÇÃO DOS PRODUTOS Determinação da massa volúmica Os resultados do ensaio para a determinação da massa volúmica dos produtos utilizados na campanha experimental apresentam-se no Quadro 4.6, podendo-se concluir que os valores obtidos são próximos das massas volúmicas apresentadas nas fichas técnicas e muito semelhantes entre si. Amostra m1 (g) Vt (ml) Picnómetro +produto (g) Massa volúmica (g/ml) Massa volúmica (g/ml) (fichas técnicas) P ±0.9 P ±1.0 P ±0.02 Quadro 4.6 Resultados do ensaio de determinação da massa volúmica dos produtos Determinação do teor em matérias não voláteis O teor em matéria não volátil de um produto não é uma quantidade absoluta, dependendo da temperatura e do tempo de aquecimento. Os valores do teor em matérias não voláteis exprimem a percentagem de resíduo obtido por evaporação, ou seja, o resíduo de produto que se mantém após a secagem do mesmo. No Quadro 4.7 apresentam-se os valores dos teores em matérias voláteis e não voláteis dos três produtos ensaiados. 80

103 Ab s ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS Identificação do produto Cápsula (g) ( C ) Cápsula+Produto (g) (C1) Produto (g) Cápsula +resíduo (g) (C2) Resíduo (g) Voláteis (%) Não voláteis (%) P1 P2 P Quadro 4.7 Resultados do ensaio para a determinação do teor em matéria não volátil. Pode concluir-se que o produto P3 é o que apresenta maior volatilidade, seguido do produto P2, finalmente, do produto P Espectros de absorção no infravermelho Os espectros de absorção no Infravermelho (IV) são apresentados na Figura 4.2 a Figura 4.6, bem como a identificação da constituição de cada produto. O produto P1 de base solvente é constituído por dois componentes (A e B). Através do ensaio de infravermelhos e da comparação do espectro IV obtido com os espectros disponíveis na biblioteca de espectros, conclui-se que o componente A é um produto à base de aminas aromáticas, podendo observar-se o espectro correspondente na Figura ,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0, cm -1 Figura 4.2 P1 componente A (base solvente) 81

104 Ab s Ab s Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. O componente B do produto P1 foi identificado como sendo um produto à base de um prépolímero epoxídico (bisfenol-a e epicloridrina) e o seu espectro é apresentado na Figura ,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0, cm -1 Figura 4.3 P1 componente B O produto P2, de base aquosa, é também um produto de dois componentes (A e B). O espectro do componente A pode ser visualizado na Figura 4.4 e foi identificado como sendo um produto à base de um pré-polímero epoxídico (bisfenol-a e epicloridrina). 1,05 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0, cm -1 Figura 4.4 P2 - componente A O componente B do produto P2 é um produto à base de aminas aromáticas e o espectro correspondente pode ser visualizado na Figura

105 Ab s Ab s ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS 0,38 0,36 0,34 0,32 0,30 0,28 0,26 0,24 0,22 0,20 0,18 0,16 0,14 0, cm -1 Figura 4.5 P2 - componente B (base aquosa) O produto P3 é um produto mono-componente e foi identificado como sendo um produto à base de um polímero acrílico e de silicatos. O seu espectro pode ser observado na Figura ,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0, cm -1 Figura 4.6 P CONSUMOS NA APLICAÇÃO DOS PRODUTOS Resultados gerais e efeito do tipo de betão Os resultados referentes ao rendimento aplicado de cada produto nos diferentes provetes para os dois tipos de betão (B1 e B2) são listados no Quadro 4.8 a Quadro 4.10 e ilustrados na Figura 4.7 a Figura

106 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Os quadros incluem duas colunas relativas ao rendimento a aplicar nos provetes. A primeira coluna diz respeito à quantidade de produto (em kg/m 2 ) a aplicar por sugestão do fabricante, ou seja, apresenta-se o intervalo no qual deverá estar compreendida o rendimento de produto aplicado, que foi calculado com base nos rendimentos presentes na ficha técnica de cada produto. A segunda coluna relaciona-se com o rendimento aplicado em cada provete (em média) durante o ensaio. Por outro lado, relativamente ao ensaio de pull-off, existem dois intervalos para cada tipo de betão, uma vez que neste ensaio existem provetes com dois tipos de geometria diferentes. As quantidades de produto aplicadas em cada provete foram obtidas através dos rendimentos apresentados nas fichas técnicas. Deste modo, foi calculado um intervalo de massas a aplicar em função do rendimento, através da seguinte fórmula: (4.1) Provete Comp. (m) Larg. (m) Área (m 2 ) Rendimento sugerido (g/m 2 ) mín. máx. Rendimento aplicado (média) (g/m 2 ) Desvio Padrão B1 0,110 0,110 0, , , ,942 22,585 B2 0,110 0,110 0, , , ,747 30,704 B1 0,070 0,070 0, , , ,628 33,964 B2 0,070 0,070 0, , , ,397 20,932 B1 0,100 0,070 0, , , ,143 11,429 B2 0,100 0,070 0, , , ,238 54,890 B1 0,145 0,145 0, , ,893 91,653 - B2 0,145 0,145 0, , , ,587 - B1 0,290 0,145 0, , , ,391 19,843 B2 0,290 0,145 0, , , ,710 27,225 Quadro 4.8 Rendimento aplicado de produto P1. Ensaio Abrasão Absorção Impacto Pull-off 1 Pull-off 2 84

107 ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS Figura 4.7 Rendimento de produto P1 aplicado nos diferentes tipos de provetes. Provete Comp. (m) Larg. (m) Área (m 2 ) Rendimento sugerido (g/m 2 ) Rendimento aplicado (média) (g/m 2 ) Desvio Padrão mín. máx. B1 0,110 0,110 0, , , ,157 11,699 B2 0,110 0,110 0, , , ,961 20,383 B1 0,070 0,070 0, , , ,483 21,427 B2 0,070 0,070 0, , , ,177 36,253 B1 0,100 0,070 0, , , ,048 57,327 B2 0,100 0,070 0, , , ,286 12,372 B1 0,145 0,145 0, , , ,540 - B2 0,145 0,145 0, , ,413 82,045 - B1 0,290 0,145 0, , , ,618 2,152 B2 0,290 0,145 0, , , ,448 30,016 Quadro 4.9 Rendimento aplicado de produto P2. Ensaio Abrasão Absorção Impacto Pull-off 1 Pull-off 2 85

108 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Figura Rendimento de produto P2 aplicado nos diferentes tipos de provetes. Provete Comp. (m) Larg. (m) Área (m 2 ) Rendimento sugerido (g/m 2 ) mín. máx. Rendimento aplicado (média) (g/m 2 ) Desvio Padrão B B B B B B B B B B Quadro 4.10 Rendimento aplicado de produto P3. Ensaio Abrasão Absorção Impacto Pull-off 1 Pull-off 2 86

109 ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS Figura 4.9 Rendimento de produto P3 aplicado nos diferentes tipos de provetes. Como se pode verificar no Quadro 4.8 a Quadro 4.10 as quantidades de produto foram respeitadas, excepto em alguns casos pontuais. Como se pode observar no anexo C, comparando as quantidades aplicadas nos diferentes betões e rugosidades, pode concluir-se que a quantidade é superior para B2 (C0,70), o que é expectável, uma vez que o betão B2 tem uma razão água/cimento superior ao betão B1, o que o torna mais poroso Efeito do tipo de preparação de superfície Os resultados referentes à quantidade aplicada de cada produto nos diferentes provetes para as três rugosidades são apresentados no Quadro 4.11 a Quadro 4.13 e na Figura 4.10 a Figura A organização dos quadros e das figuras é idêntica à da secção anterior e o método de cálculo dos rendimentos é também igual. 87

110 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Provete Comp. (m) Larg. (m) Área (m 2 ) Rendimento sugerido (g/m 2 ) mín. máx. Rendimento aplicado (média) (g/m 2 ) Desvio Padrão R R R R R R R R R R R R Quadro 4.11 Rendimento aplicado de produto P1 Ensaio Abrasão Absorção Impacto Pull-off Figura 4.10 Rendimento de produto P1 aplicado nos diferentes tipos de provetes. 88

111 ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS Provete Comp. (m) Larg. (m) Área (m 2 ) Rendimento sugerido (g/m 2 ) mín. máx. Rendimento aplicado (média) (g/m 2 ) Desvio Padrão R R R R R R R R R R R R Quadro 4.12 Rendimento aplicado de produto P2 Ensaio Abrasão Absorção Impacto Pull-off Figura 4.11 Rendimento de produto P2 aplicado nos diferentes provetes. 89

112 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Provete Comp. (m) Larg. (m) Área (m 2 ) Rendimento sugerido (g/m 2 ) mín. máx. Rendimento aplicado (média) (kg/m 2 ) Desvio Padrão R R R R R R R R R R R R Quadro 4.13 Rendimento aplicado de produto P3. Ensaio Abrasão Absorção Impacto Pull-off Figura Rendimento de produto P3 aplicado nos diversos tipos de provetes. De acordo com os gráficos e figuras apresentados pode concluir-se que as quantidades de produto foram respeitadas, excepto em alguns casos isolados. Pode também concluir-se que a quantidade de produto aplicada aumenta gradualmente de acordo com a rugosidade (R0<R1<R2), o que seria de esperar, uma vez que quanto maior for a rugosidade maior será a porosidade, e, consequentemente, maior a quantidade de produto que será absorvida. 90

113 Índice de rugosidade [mm] 4.5. AVALIAÇÃO DA RUGOSIDADE Moldes de plasticina ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS O método utilizado para a avaliação da rugosidade superficial dos provetes de betão fornece um índice de rugosidade com maior precisão que o ensaio de espalhamento da areia, apresentado na secção Os resultados obtidos através da utilização da plataforma BuildingsLife [48] são apresentados no Quadro 4.14 e na Figura Provete Índice de rugosidade [mm] Desvio Padrão [mm] B1.R B1.R B1.R B2.R B2.R B2.R Quadro 4.14 Índice de rugosidade superficial obtido através da análise de moldes de plasticina. 0,040 0,035 0,030 0,025 0,020 0,015 B1 B2 0,010 0,005 0,000 R0 R1 R2 Figura 4.13 Índice de rugosidade superficial obtido através da análise de moldes de plasticina. Após a observação dos resultados, e como era esperado, pode concluir-se que o betão com índice de rugosidade superior é o B2 para todas as rugosidades, uma vez que tem uma razão a/c superior. Por isso, possui uma porosidade mais elevada devido ao número de vazios que ocorrem depois da evaporação da água, durante o endurecimento do betão. Por outro lado, 3 Os quadros completos podem ser consultados no anexo C. 91

114 Índice de rugosidade [mm] Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. chegou-se à conclusão que a rugosidade mais acentuada é a R2, obtida através do martelo de agulhas, quando comparada com a R0 (betão de referência) e a R1 (jacto de água). Este resultado pode ser explicado devido à potência do martelo de agulhas ser superior à do jacto de água, logo a superfície tratada com este método possui uma rugosidade mais acentuada Ensaio de espalhamento de areia O ensaio de espalhamento da areia sobre a superfície fornece um índice de rugosidade da superfície do betão. Os resultados obtidos através das equações apresentadas no capítulo anterior, podem ser visualizados no Quadro 4.15 e na Figura Provete Índice de rugosidade [mm] Desvio Padrão [mm] B1.R B1.R B1.R B2.R B2.R B2.R Quadro 4.15 Índice de rugosidade superficial obtido através do ensaio de espalhamento de areia.,250,200,150,100 B1 B2,050,000 R0 R1 R2 Figura 4.14 Índice de rugosidade superficial obtido através do ensaio de espalhamento de areia. 4 Os quadros completos podem ser consultados no anexo D. 92

115 Método dos moldes de plasticina [mm] ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS Os resultados deste ensaio são consistentes com os do ensaio anterior, como seria de esperar. A explicação dos resultados em relação às diferenças observadas entre os dois tipos de betão e as diferentes rugosidades é também a mesma Comparação dos métodos Como se pode verificar através das Figura 4.13 e Figura 4.14, os dois métodos revelam a mesma tendência, como se pode confirmar na Figura ,030 0,028 0,026 0,024 0,022 0,020 0,018 0,016 0,014 0,012 0,010 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 Método da areia [mm] B1 B2 Figura 4.15 Comparação entre os dois métodos de avaliação da rugosidade. As diferenças entre os dois métodos devem-se aos procedimentos utilizados para a obtenção dos resultados, ou seja, o ensaio de espalhamento da areia é apenas um método qualitativo para comparar diferentes superfícies e que depende de muitas variáveis, estando sujeito a erros durante o espalhamento da areia sobre a superfície. Por outro lado, o procedimento que recorre a moldes de plasticina é relativamente mais preciso, uma vez que se utiliza o perfil da superfície e, através de um software, se calculam as áreas acima e abaixo da linha média desse perfil, obtendo-se, deste modo, o índice de rugosidade da superfície. Por outro lado, a dispersão de resultados foi superior no método dos moldes de plasticina, em comparação com o método do espalhamento da areia, como se pode verificar no Quadro 4.14 e Quadro 4.15 através dos resultados do desvio padrão. 93

116 m/a [kg/m 2 ] Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação DESEMPENHO DOS PRODUTOS Nesta secção apresentam-se e discutem-se os resultados relativos ao desempenho dos produtos, no que diz respeito às seguintes propriedades: i) absorção capilar de água, ii) resistência à abrasão, iii) resistência ao impacto, iv) adesão entre o produto e o substrato através do ensaio de pull-off e v) penetração do produto no substrato Absorção capilar de água Através dos valores de pesos registados ao longo de aproximadamente 40 dias, foi possível construir as curvas de velocidade de transmissão líquida em função da raiz quadrada do tempo em horas. A título exemplificativo, na Figura 4.16 a curva obtida para o provete B2.R1.SP. B2.R1.SP 4,00 3,500 3,00 2,500 2,00 1,500 1,00,500,00,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 t 1/2 [h 0,5 ] B2.R1.SP Figura 4.16 Exemplo de uma curva de velocidade de transmissão de água líquida. Através da curva, calculou-se o respectivo declive do troço linear da curva, que corresponde ao coeficiente de transmissão de água líquida (w) desse provete, bem como a percentagem de diminuição de absorção de água relativamente aos provetes aos quais não foram aplicados os produtos (SP), cuja variável se representou por R. Os resultados obtidos são apresentados no Quadro Os quadros completos podem ser consultados no anexo D. 94

117 ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS Identificação média B1 desvio padrão w [kg/m 2.h 0,5 ] R (%) média B2 desvio padrão R (%) R0.SP R0.P R0.P R0.P R1.SP R1.P R1.P R1.P R2.SP R2.P R2.P R2.P Quadro 4.16 Resultados do coeficiente de absorção capilar para os diferentes provetes. Através da observação do quadro pode concluir-se que para a maior rugosidade (R2) os resultados foram os mais elevados no que diz respeito à percentagem de diminuição da absorção de água (R). Note-se que essa absorção é muito elevada nos provetes sem produto (SP) e com rugosidade R2. Pode também observar-se que o produto P3 não apresenta características tão eficientes de bloqueio ao ingresso de água, como os produtos P1 e P2. Esta conclusão pode ser explicada pelo facto de o produto P3 ser um produto à base de silicatos, ou seja, reage com a superfície do betão formando cristais nos poros do mesmo. Por outro lado, tanto o produto P1 como o produto P2 são produtos que formam um filme na superfície do betão, tendo, deste modo, características mais propícias para a protecção contra o ingresso de água, quando aplicados na superfície do betão. Nas subsecções seguintes são apresentados os gráficos da velocidade de transmissão da água líquida de duas formas distintas. Primeiramente, apresentam-se os resultados das diferentes rugosidades (R0, R1 e R2) para cada produto aplicado (SP, P1, P2 e P3). De seguida, apresentam-se os resultados dos três produtos para cada tipo de rugosidade. 95

118 m/a [kg/m 2 ] m/a[kg/m 2 ] Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação Efeito das diferentes rugosidades para cada tipo de produto Nas Figura 4.17 e Figura 4.18, apresenta-se a variação da absorção de água (dividida pela área de cada provete) com a raiz do tempo, para provetes sem nenhum produto aplicado. Pode concluir-se que nestes provetes a velocidade de absorção de água líquida aumenta com a rugosidade (w R2 > w R1 > w R0 ) e com a relação a/c do betão (w B2 > w B1 ). Estes resultados são expectáveis tendo em conta a porosidade dos provetes, que aumenta com a rugosidade e é maior na composição B2 devido à sua maior relação a/c. 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, t 1/2 [h 0,5 ] R0 R1 R2 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, t 1/2 [h 0,5 ] R0 R1 R2 Figura 4.17 Velocidade de transmissão de água líquida do B1.SP. Figura 4.18 Velocidade de transmissão de água líquida do B2.SP. No caso dos provetes aos quais foram aplicados os produtos P1 e P2, pode-se verificar nas Figura 4.19 a Figura 4.22 que a velocidade de transmissão de água líquida é consideravelmente inferior, quando comparada com os provetes sem aplicação de produto. Por outro lado, pode também observar-se que, em geral, nos provetes com aplicação de produtos em que as superfícies possuem maior rugosidade (R1 e R2) foram obtidas velocidades de transmissão de água líquida menores. Este facto pode ser explicado, uma vez que, com a alteração da rugosidade superficial, a camada de leitada do betão é removida e o produto penetrará de forma mais eficiente no suporte. Assim, a acção do produto como barreira à entrada de água é mais eficaz nos provetes com preparação superficial. A excepção a este comportamento é o provete B2.P2 em que, para uma rugosidade R2, se obtiveram velocidades de absorção superiores às dos provetes cuja superfície não foi preparada. 96

119 m/a[kg/m 2 ] m/a[kg/m 2 ] m/a[kg/m 2 ] m/a[kg/m 2 ] ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, ,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, t 1/2 [h 0,5 ] t 1/2 [h 0,5 ] R0 R1 R2 R0 R1 R2 Figura 4.19 Velocidade de transmissão de água líquida do B1.P1. Figura 4.20 Velocidade de transmissão de água líquida do B2.P1. 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, t 1/2 [h 0,5 ] 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, t 1/2 [h 0,5 ] R0 R1 R2 R0 R1 R2 Figura 4.21 Velocidade de transmissão de água líquida do B1.P2. Figura 4.22 Velocidade de transmissão de água líquida do B2.P2. Por último, as Figura 4.23 e Figura 4.24 representam as curvas da velocidade de transmissão de água líquida dos provetes aos quais foi aplicado o produto P3. Este produto apresenta resultados relativamente inferiores, quando comparado com os produtos P1 e P2, mas superiores quando comparado com provetes sem tratamento. Relativamente à composição B1, as diferentes rugosidades apresentam resultados muito similares, enquanto que no caso da composição B2, a rugosidade R0 tem resultados melhores, seguida das rugosidades R1 e R2, 97

120 m/a [kg/m 2 ] m/a[kg/m 2 ] Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. devido à reacção do produto com a superfície do betão, podendo, deste modo, concluir-se que a rugosidade não parece afectar a actuação do produto P3. 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, ,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, t 1/2 [h 0,5 ] R0 R1 R2 t 1/2 [h 0,5 ] R0 R1 R2 Figura 4.23 Velocidade de transmissão de água líquida do B1.P3. Figura 4.24 Velocidade de transmissão de água líquida do B2.P Efeito dos diferentes produtos para cada tipo de rugosidade Da Figura 4.25 à Figura 4.30 pode observar-se que para todas as rugosidades, o desempenho relativo dos produtos foi idêntico. Pode concluir-se que o produto que revelou o comportamento mais ineficaz na protecção do betão contra o ingresso de água foi o produto P3, uma vez que apresenta em todos os gráficos um declive da curva de velocidade de transmissão de água líquida superior aos outros produtos e não muito diferente dos provetes sem tratamento. Este facto deve-se à natureza do produto ser de silicatos, como já foi explicado anteriormente. Relativamente aos outros dois produtos (P1 e P2), o comportamento de ambos é muito similar, sendo que o melhor desempenho do produto P1 pode ser explicado por dar origem a uma película mais impermeável à água do que no caso do produto P2. Este último produto, sendo de base aquosa, eventualmente será mais afectado pela presença de água. 98

121 m/a[kg/m 2 ] m/a[kg/m 2 ] m/a[kg/m 2 ] m/a[kg/m 2 ] ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, ,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, t 1/2 [h 0,5 ] SP P1 P2 P3 t 1/2 [h 0,5 ] SP P1 P2 P3 Figura 4.25 Velocidade de transmissão de água líquida do B1.R0. Figura 4.26 Velocidade de transmissão de água líquida do B2.R0. 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, ,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, t 1/2 [h 0,5 ] SP P1 P2 P3 t 1/2 [h 0,5 ] SP P1 P2 P3 Figura 4.27 Velocidade de transmissão de água líquida do B1.R1. Figura 4.28 Velocidade de transmissão de água líquida do B2.R1. 99

122 m/a[kg/m 2 ] m/a[kg/m 2 ] Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, t 1/2 [h 0,5 ] SP P1 P2 P3 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, t 1/2 [h 0,5 ] SP P1 P2 P3 Figura 4.29 Velocidade de transmissão de água líquida do B1.R2. Figura 4.30 Velocidade de transmissão de água líquida do B2.R Resistência à abrasão Na apreciação dos resultados do ensaio de resistência à abrasão foi utilizado o critério sugerido na norma EN [1], segundo o qual, após a aplicação dos produtos, a resistência à abrasão deverá melhorar cerca de 30% em relação ao provete de referência (provete ao qual não foi aplicado produto) e após 1000 ciclos no abrasímetro de Taber. No Quadro 4.17 e na Figura 4.31 apresentam-se os resultados relativos ao ensaio de abrasão dos provetes do tipo B1, após 300 ciclos no abrasímetro de Taber, uma vez que findos os 300 ciclos a camada de produto já tinha desaparecido por completo. No Quadro 4.17, Mi é a massa inicial de cada provete, M300 é a massa de cada provete após 300 ciclos no abrasímetro de Taber, Mi-M300 é a diferença entre a massa inicial e a massa após 300 ciclos, a média representa a média das diferenças dos dois provetes de cada tipo, e por fim, o valor de R em percentagem representa a melhoria da resistência à perda de massa por abrasão em relação ao provete de referência (sem produto aplicado). 100

123 R[%] ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS Provete Mi (g) M300 (g) Mi-M300 (g) Média (g) R (%) B1.R0.SP B1.R0.SP B1.R1.SP B1.R2.SP B1.R0.P B1.R0.P B1.R0.P B1.R0.P B1.R0.P B1.R0.P B1.R1.P B1.R1.P B1.R1.P B1.R1.P B1.R1.P B1.R1.P B1.R2.P B1.R2.P B1.R2.P B1.R2.P B1.R2.P B1.R2.P Quadro 4.17 Resultados do ensaio de abrasão para o betão do tipo B R0 R1 R2 0 P1 P2 P3 Figura 4.31 Melhoria da resistência à perda de massa por abrasão em provetes do tipo B1. 101

124 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Como se pode verificar no Quadro 4.18 e na Figura 4.32, os resultados demonstram que os produtos P1 e P2 apresentam desempenhos semelhantes, sendo o do produto P2 ligeiramente superior, e que o produto P3 revelou um desempenho bastante inferior. Este resultado pode ser explicado através da natureza dos produtos, ou seja, o produto P1 é uma resina epoxídica de base solvente e o produto P2 é uma resina epoxídica de base aquosa. Ambos os produtos actuam na superfície do betão formando uma camada em filme, o que explica os resultados superiores relativamente ao produto P3, uma vez que a camada superficial é mais eficiente na protecção contra abrasão. O produto P3 sendo um produto mono-componente, à base de acrílicos e silicatos, como já foi referido, actua no betão formando cristais nos poros da superfície do betão. Deste modo, não forma um filme na superfície do betão, logo existe uma área maior sem protecção, quando comparado com os produtos P1 e P2. É também importante evidenciar que o produto P3, ao contrário dos produtos P1 e P2, não conferiu uma melhoria de 30% em relação à perda de massa, como impõe a norma. Relativamente às três rugosidades estudadas, através da análise dos resultados apresentados, pode concluir-se que a rugosidade R0 apresenta resultados superiores com todos os produtos, seguida da rugosidade R1 e da rugosidade R2 (R0>R1>R2). Estes resultados ocorreram devido à existência da leitada superficial do betão com rugosidade R0 que, nos casos dos produtos P1 e P2, permitiu a formação de uma película com maior continuidade e espessura do que nas superfícies de maior rugosidade (R1 e R2), nas quais os produtos terão penetrado mais. Estes resultados estão também de acordo com a avaliação da rugosidade efectuada anteriormente, ou seja, a rugosidade R0 é a menor, seguida da rugosidade R1 e depois da rugosidade R2. Deste modo, pode-se concluir que quanto maior for a rugosidade, menor será a eficiência dos produtos em melhorar a resistência à abrasão. No Quadro 4.18 e na Figura 4.32 apresentam-se os resultados referentes ao ensaio de abrasão efectuado nos provetes de betão do tipo B2. As colunas deste quadro correspondem aos mesmo indicadores que os do quadro

125 R[%] ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS Provete Mi (g) M300 (g) Mi-M300 (g) Média (g) R (%) B2.R0.SP B2.R0.SP B2.R1.SP B2.R2.SP B2.R0.P B2.R0.P B2.R0.P B2.R0.P B2.R0.P B2.R0.P B2.R1.P B2.R1.P B2.R1.P B2.R1.P B2.R1.P B2.R1.P B2.R2.P B2.R2.P B2.R2.P B2.R2.P B2.R2.P B2.R2.P Quadro 4.18 Resultados do ensaio de abrasão para o betão do tipo B2. 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 R0 R1 R2,00 P1 P2 P3 Figura Resultados do ensaio de abrasão para o betão do tipo B2. Os resultados obtidos neste tipo de betão são semelhantes aos obtidos no betão do tipo B1. Os produtos P1 e P2 revelaram um desempenho semelhante e superior ao do produto P3, sendo as razões que conduzem a estes resultados as mesmas referidas anteriormente. As 103

126 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. diferentes rugosidades também apresentam resultados semelhantes aos já referidos para o betão B1 e a explicação para a obtenção destes resultados é idêntica à apresentada anteriormente. É também de realçar que os valores obtidos para o betão B2 são inferiores aos do betão B1 devido à natureza dos dois betões que possuem razões a/c diferentes. O betão do tipo B1 contém uma razão a/c inferior à do betão do tipo B2, logo é menos poroso e apresenta resistência mecânica superior à do betão do tipo B2 (como se pode verificar em 4.2.). Assim, os resultados superiores para o betão do tipo B1 são expectáveis Resistência ao impacto O ensaio de resistência ao impacto foi efectuado com base no procedimento referente à classe II, ou seja, o provete foi atingido com uma energia potencial de 10 Nm e não houve rotura do provete. Por outro lado, de modo a classificar e obter uma comparação entre as diferentes rugosidades e betões foi avaliado o diâmetro da zona de impacto. Nas Figura 4.33 e Figura 4.34 podem observar-se exemplos de zonas de impacto nos betões do tipo B1 e B2, respectivamente. Figura 4.33 Zona de impacto num provete do tipo B1. Figura 4.34 Zona de impacto num provete do tipo B2. Para a quantificação dos diâmetros das zonas de impacto foi utilizada uma craveira e foram feitas medições em três direcções. Os resultados obtidos para os betões B1 e B2 são apresentados nas Figura 4.35 e Figura 4.36 e nos Quadro 4.19 e Quadro Os quadros completos referentes aos resultados destes ensaios podem ser consultados no anexo E. 104

127 ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS Provete Diâmetro Média Média - Diâmetro Mín/Max 7 B1.R0.SP B1.R0.SP B1.R0.SP B1.R1.SP B1.R1.SP B1.R1.SP B1.R2.SP B1.R2.SP B1.R2.SP B1.R0.P B1.R0.P B1.R0.P B1.R1.P B1.R1.P B1.R1.P B1.R2.P B1.R2.P B1.R2.P B1.R0.P B1.R0.P B1.R0.P B1.R1.P B1.R1.P B1.R1.P B1.R2.P B1.R2.P B1.R2.P B1.R0.P B1.R0.P B1.R0.P B1.R1.P B1.R1.P B1.R1.P B1.R2.P B1.R2.P B1.R2.P Quadro Comparação dos diâmetros da zona de impacto das diferentes rugosidades, para o B1. 7 A diferença mínima está representada a vermelho e a máxima a verde. 105

128 Diâmetro [mm] Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 R0 R1 R2 2,00 1,00,00 SP P1 P2 P3 Figura 4.35 Comparação dos diâmetros da zona de impacto das diferentes rugosidades, para o B1. No caso do betão do tipo B1, não se verificaram melhorias significativas em relação ao diâmetro da zona de impacto para nenhum dos produtos aplicados. No caso dos provetes aos quais não foi aplicado qualquer tipo de produto (SP), os que resistiram melhor ao impacto foram os correspondentes à rugosidade R0 (sem tratamento superficial), uma vez que os mesmos ainda possuem a leitada superficial do betão, e por isso terão sido mais resistentes a choques sofridos. Relativamente às rugosidades R1 e R2 (com preparação superficial) a diferença não é estatisticamente significativa, embora o diâmetro médio das zonas de impacto da rugosidade R1 seja superior ao da rugosidade R2. Por outro lado, foram ensaiados provetes aos quais foram aplicados produtos de protecção superficial (P1, P2 e P3). No primeiro caso (P1), não existem diferenças significativas entre os vários tipos de rugosidade, concluindo-se também que o produto P1 não conferiu uma melhoria de desempenho no que diz respeito à resistência ao impacto. Quanto ao segundo e terceiro produtos (P2 e P3), estes, de um modo geral, diminuíram ligeiramente o diâmetro de impacto em relação aos provetes SP e P1, pelo que se pode concluir que ambos os produtos melhoraram, ainda que muito ligeiramente, a resistência ao impacto para as superfícies com rugosidades R1 e R2. 106

129 ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS Provete Diâmetro Média Média - Diâmetro mín/max 8 B2.R0.SP B2.R0.SP B2.R0.SP B2.R1.SP B2.R1.SP B2.R1.SP B2.R2.SP B2.R2.SP B2.R2.SP B2.R0.P B2.R0.P B2.R0.P B2.R1.P B2.R1.P B2.R1.P B2.R2.P B2.R2.P B2.R2.P B2.R0.P B2.R0.P B2.R0.P B2.R1.P B2.R1.P B2.R1.P B2.R2.P B2.R2.P B2.R2.P B2.R0.P B2.R0.P B2.R0.P B2.R1.P B2.R1.P B2.R1.P B2.R2.P B2.R2.P B2.R2.P Quadro Comparação dos diâmetros da zona de impacto das diferentes rugosidades, para o B2. 8 A diferença mínima está representada a vermelho e a máxima a verde. 107

130 Diâmetro [mm] Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 R0 R1 R2 2,00 1,00,00 SP P1 P2 P3 Figura 4.36 Comparação dos diâmetros da zona de impacto das diferentes rugosidades, para o B2. O comportamento em relação ao impacto do betão B2 é qualitativamente semelhante ao do betão B1, como se pode verificar na Figura Os provetes sem aplicação de produtos de protecção superficial revelaram um comportamento geralmente inferior em relação àqueles em que foram aplicados os diferentes tipos de produtos. De seguida, os provetes nos quais foi aplicado o produto P1 revelaram uma melhoria pouco significativa em relação aos sem produto. Por fim, os provetes aos quais foram aplicados os produtos P2 e P3 mostraram um comportamento geralmente idêntico entre si e superior aos dois tipos anteriores. Por outro lado, se se compararem as diferentes rugosidades para os diferentes tipos de produtos, podese concluir que os provetes sem preparação superficial (R0) apresentaram um melhor desempenho do que os restantes devido à existência da leitada superficial do betão. As preparações com jacto de água e martelo de agulhas (R1 e R2, respectivamente) apresentaram diferenças relativas praticamente desprezáveis relativamente ao seu comportamento face ao choque. Finalmente, comparando os dois tipos de betão, pode-se concluir que o betão com razão a/c mais elevada (B2) revelou um comportamento inferior, como se pode verificar pelas 108

131 ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS dimensões do diâmetro da zona de impacto da esfera, ou seja, o diâmetro para as zonas de impacto no betão B2 foi em média superior em 2 mm, quando comparado como o betão B Avaliação da adesão entre o produto e o substrato através do ensaio de pull-off Para a avaliação dos resultados da adesão através do ensaio pull-off foram avaliados dois parâmetros: a tensão última e a forma de arrancamento da pastilha. A classificação do tipo de arrancamento que ocorre foi obtida de acordo com a norma EN 1542 [6], por inspecção visual. Na Figura 4.37 podem ser observados os diversos tipos de rotura que podem ocorrer durante o ensaio: rotura entre a cola e a pastilha (Y/Z), rotura entre o betão e a camada de produto (A/B), rotura pela cola (Y), rotura pela camada do produto (B) e rotura pelo betão (A). Figura 4.37 Tipos de rotura que podem ser visualizados no ensaio. Na Figura 4.38 a Figura 4.40 podem observar-se exemplos dos diferentes tipos de rotura que ocorreram durante a realização do ensaio. 9 Os quadros completos podem ser consultados no anexo F. 109

132 Protecção superficial do betão. Influência da base no comportamento de produtos de impregnação. Figura 4.38 Rotura pelo betão (A). Figura 4.39 Rotura pela cola (Y). Figura 4.40 Rotura pela interface entre a camada de produto e a superfície de betão (A/B). No Quadro 4.21 apresentam-se os resultados obtidos neste ensaio e na Figura 4.41 é possível visualizar-se a comparação dos resultados correspondentes aos diferentes tipos de produtos e rugosidades para o betão do tipo B1. No Quadro 4.21 estão assinalados a amarelo os provetes nos quais ocorreram problemas de colagem. Estes valores foram excluídos no cálculo da média, desvio padrão e coeficiente de variação da tensão de rotura. Como se pode verificar, ocorreram problemas de colagem da pastilha ao substrato num número considerável de provetes o que pode ter ocorrido devido à qualidade da cola não ser a mais adequada para o estudo em causa. Nas Figura 4.41 e Figura 4.42 estes provetes estão assinalados a cor mais clara e nos Quadro 4.21 e Quadro 4.22 estão assinalados a cor-de-rosa. 110