INFLUÊNCIA DA DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO MIÚDO E DO TEOR DE FÍLER NAS PROPRIEDADES DE ARGAMASSAS COM AREIA DE BRITAGEM

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1 INFLUÊNCIA DA DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO MIÚDO E DO TEOR DE FÍLER NAS PROPRIEDADES DE ARGAMASSAS COM AREIA DE BRITAGEM Daiana Cristina Metz Arnold, Claudio de Souza Kazmierczak Universidade do Vale do Rio dos Sinos, Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil Avenida Unisinos, 950, São Leopoldo(RS), daianacm@unisinos.br RESUMO Este trabalho tem o objetivo de avaliar as propriedades de argamassas com areia de britagem, confeccionadas com agregados com diferentes distribuições granulométricas e teores de filer. Produziu-se seis misturas de argamassas com areia de britagem, no traço em volume de cimento, cal e areia, 1:1:6, com índice de consistência fixado em 240 mm + 10 mm na mesa de consistência. Utilizou-se cimento CP IV 32 e cal CH-I. Observou-se que à medida que o módulo de finura do agregado aumenta há acréscimos na resistência à compressão, na densidade de massa aparente no estado fresco e no módulo de elasticidade dinâmico da argamassa, e diminuição do teor de ar incorporado e do coeficiente de capilaridade. O aumento no teor de fíler aumentou o valor de todas as propriedades das argamassas, exceto o teor de ar incorporado, que diminui. Palavras-chave: areia de britagem; distribuição granulométrica; fíler, argamassa, reciclagem.

2 2 ABSTRACT This study has the objective to evaluate the properties of mortars with crushing sand made with aggregates with different grain sized distributions and filler content. It was produced six mixtures of mortars with sand crushing in the proportion in volume of cement, lime and sand, 1:1:6, and consistence of mm. It was used cement CP IV-32 and CH-I lime. It was observed that increasing the modulus of fineness of the aggregate the resistance of compression, the density of apparent mass in the fresh state and the dynamic modulus of elasticity of the mortar increases and the air incorporated and the coefficient of capillarity decreases. The increase of filler content increased the value of all the properties of mortars except the air incorporated. Keywords: crushed sand; grain sized distributions; filler; mortars; recycling. INTRODUÇÃO A crescente busca por sustentabilidade na construção civil tem resultado na pesquisa de alternativas que possam minimizar o consumo de recursos naturais, como a reciclagem de resíduos transformando-os em co-produtos para a construção civil. A areia de britagem, proveniente do beneficiamento do pó de pedra, é um resíduo do processo de britagem de rocha para a produção de agregado graúdo cujo uso, na forma de agregados miúdos para argamassas e concretos, está em crescimento. O volume de pó de pedra gerado em uma pedreira varia de 10 a 42% do total de material britado, dependendo das características geológicas da rocha e do sistema de britagem empregado (CUCHIERATO e SANT AGOSTINO, 2000). Em função da escassez de jazidas de areia natural, do incremento da fiscalização pelos órgãos ambientais e dos custos crescentes de transporte associados à sua exploração (SBRIGHI NETO, 2005), a fração fina da areia de britagem, denominada pedrisco, associada a determinados teores de fíler, tem sido utilizada como substituto parcial ou total da areia natural. Nos últimos anos, diversos estudos têm sido realizados sobe o uso da areia de britagem, como os de Pandolfo e Masuero (2005), Gonçalves et al. (2007), Klein, Carbonari e Guizilini (2008). Entretanto, a maioria das empresas que vem explorando o resíduo é desprovida de

3 3 um estudo científico que embase sua aplicação, o que resulta em grande quantidade de manifestações patológicas nas obras onde são utilizadas. Dentre as características que mais diferenciam as areias naturais das provenientes do processo de britagem, destacam-se a diferença morfológica entre os grãos de areia e os do pedrisco, assim como a maior quantidade de fíler inerente aos grãos de pedrisco. A menor esfericidade dos grãos de pedrisco proporciona à argamassa maior demanda de água e altera a sua reologia, comparativamente às argamassas com areia natural, resultando em modificações substanciais nas demais propriedades das argamassas. A morfologia dos grãos do pedrisco, entretanto, vem sendo alterada nos últimos anos, em função da adoção de equipamentos de britagem mais eficientes, tais como os britadores do tipo VSI (Vertical Shaft Impact), que permitem a produção de grãos mais esféricos, o que exige uma contínua readequação dos resultados das pesquisas já realizadas. O objetivo deste trabalho é avaliar as propriedades de argamassas com areia de britagem proveniente de rocha basáltica da região de Campo Bom RS, com o uso de britadores do tipo VSI, confeccionadas com agregados com diferentes distribuições granulométricas e teores de fíler. MATERIAIS E MÉTODOS As argamassas utilizadas foram confeccionadas com cimento Portland CP IV- 32, por ser comumente utilizado para argamassas de revestimento, ser facilmente encontrado e de ampla utilização em argamassas no estado do Rio Grande do Sul, e cal hidratada classe CH I. A caracterização destes aglomerantes consta na tabela 1. Tabela 1 Resultados dos ensaios para caracterização do cimento e da cal. Ensaios Cimento CP IV-32 Cal CH I Massa unitária - NBR NM 23 (ABNT, 2001) 0,87 g/cm³ 0,74 g/cm³ Massa específica - NBR 7251 (ABNT, 1987) 2,78 g/cm³ 2,40 g/cm³ Área Específica Blaine - NBR NM 76 (ABNT, 1998) 3975 cm²/g cm²/g Finura - Resíduo na Peneira de 0,075 mm (#200) NBR (ABNT, 1991) 0,6 % - Resistência à compressão aos 28 d - NBR 7215 (ABNT, 1996) 39,2 MPa - Início de pega - NBR NM 65 (ABNT, 2003) 03h 58min - Fim de pega - NBR NM 65 (ABNT, 2003) 05h 09min - Como agregado miúdo, foi utilizada uma areia de britagem basáltica, obtida por britador VSI, produzida em uma unidade de britagem instalada na localidade de Quatro Colônias, no município de Campo Bom-RS. A distribuição granulométrica e a

4 4 relação comprimento/largura da areia de britagem utilizada constam na tabela 2. A forma do grão foi determinada com o auxílio de lupa, a partir de uma amostragem de 40 grãos em cada faixa granulométrica. Tabela 2 Distribuição granulométrica e relação comprimento/largura da areia de britagem, no estado original. Peneira # % Retido acumulado Forma do grão ( c / l ) 4,8 1 1,30 2,4 21 1,39 1,2 43 1,52 0,6 62 1,52 0,3 74 1,37 0, ,38 0, ,37 Na tabela 3 estão descritos os resultados dos ensaios de caracterização do agregado. Tabela 3 Caracterização do agregado utilizado. Ensaio Areia de Britagem Massa unitária no estado solto - NM 45 (ABNT, 2006) 1,63 g/cm³ Massa unitária no estado compactado - NM 45 (ABNT, 2006) 1,72 g/cm³ Massa específica - NBR NM 52 (ABNT, 2003). 2,60 g/cm³ Dimensão máxima - NBR NM 248 (ABNT, 2003). 4,8 mm Módulo de finura - NBR NM 248 (ABNT, 2003). 3,84 Teor de fíler - Adaptado da NBR NM 46 (ABNT, 2003) 6,92 Foram elaborados seis tipos de agregado miúdo, alterando-se a distribuição granulométrica e o teor de fíler da areia de britagem. As distribuições granulométricas foram elaboradas de modo a simular misturas de pedriscos grossos, médios e finos (a primeira foi composta pelos agregados passantes na peneira 4,8 mm e retidos na peneira 0,075 mm, a segunda a partir dos agregados passantes na peneira 2,4 mm e retidos na peneira 0,075 mm e a terceira foi formada pelos agregados passantes na peneira 1,2 mm e retidos na peneira 0,075 mm); e também o teor de fíler, com o intuito de se estudar o comportamento de uma argamassa com baixo teor de fíler e outra com um teor elevado de fíler. Estes agregados foram utilizados para a confecção de seis argamassas, no traço em volume de cimento, cal e areia, 1: 1: 6. A areia utilizada, foi submetida a peneiramento na malha # 0,075

5 5 mm, retirando-se o excesso de fíler, o que resultou numa areia com 6,92% de fíler, denominada F0. Nas demais composições de areia de britagem, além dos 6,92% existentes, adicionaram-se mais 10% de fíler, o que resultou numa argamassa com um elevado teor de fíler, denominada F10. A granulometria das areias utilizadas nas argamassas está detalhada na tabela 4. Tabela 4 Granulometria das areias utilizadas nas argamassas estudadas Designação do agregado Granulometria Módulo de finura Teor de fíler (%) 4,8 F0 4,8 mm - 0,075 mm 3,83 6,92 2,4 F0 2,4 mm - 0,075 mm 3,62 6,92 1,2 F0 1,2 mm - 0,075 mm 3,19 6,92 4,8 F10 4,8 mm - 0,075mm 3,83 16,92 2,4 F10 2,4mm 0,075 mm 3,62 16,92 1,2 F10 1,2 mm - 0,075 mm 3,19 16,92 Na figura 1 podem-se visualizar as curvas de distribuição granulométrica das areias obtidas a partir do fracionamento da areia original. Porcentagem Acumulada em Peso CURVA GRANULOMÉTRICA DA AREIA - NBR 7211/2005 ZONA UTILIZÁVEL ZONA ÓTIMA MF= 3,83 MF= 3,62 MF= 3, ,1 0,15 0,3 0,6 1,2 2,4 4,8 6,3 9,5 Abertura das Peneiras em mm Figura 1 Curvas de distribuição granulométria das areias. As argamassas foram produzidas em uma argamassadeira de eixo horizontal. Visto que são fatores determinantes nas propriedades das argamassas, a seqüência e o tempo de mistura dos materiais foram definidos e mantidos em todas as

6 6 dosagens. Para garantir a melhor seqüência de mistura, foi utilizada a metodologia proposta de Antunes (2005): Coloca-se todo o agregado miúdo na argamassadeira, misturando-o por trinta segundos, adiciona-se o cimento e a cal, prosseguindo a mistura por mais trinta segundos; acrescenta-se um terço da água e mistura-se por mais trinta segundos; adiciona-se mais um terço da água e mistura-se por trinta segundos; desliga-se a argamassadeira por sessenta segundos enquanto as paredes e as pás são limpas, de maneira a desgrudar o material aderido. Acrescenta-se o último terço de água, homogeneíza-se por sessenta segundos e mede-se a consistência. Acrescenta-se mais água, se necessário, até chegar ao índice de consistência especificado. A quantidade de água de todas as argamassas foi ajustada com o objetivo de se obter um índice de consistência de 240 ± 10 mm (segundo a NBR (ABNT, 2005)) logo após a mistura. Imediatamente após a mistura das argamassas, foi determinado seu comportamento reológico com o uso de Squeeze-flow, método que consiste na compressão de uma amostra cilíndrica de argamassa entre duas placas paralelas (CARDOSO, et al. 2005). Os testes foram realizados em uma máquina universal de ensaios EMIC (modelo PCE 100) com controle de deslocamento, e utilizando célula de carga de 2000 N. As amostras de argamassa foram moldadas na forma cilíndrica, com 100mm de diâmetro e 10mm de altura, e submetidas a uma compressão máxima de 2,5 mm, com taxa de deslocamento de 0,1 mm/s. Também foram determinados o teor de ar incorporado (seguindo a especificação da NBR NM 47 (ABNT, 2002)), a retenção de água (moldagem segundo a NBR (ABNT, 2005)), e a densidade de massa aparente no estado fresco (NBR (ABNT, 2005)). Os trabalhos foram realizados em sala climatizada com temperatura de 23ºC ± 2ºC e umidade de 70% ± 10%. Para cada traço, foram moldados nove corpos-de-prova com dimensões de 40mm x 40mm x 160mm. Após 28 dias de cura submersa, seis foram submetidos ao ensaio de resistência à compressão e três ao de resistência à tração, de acordo com os padrões estabelecidos pela NBR (ABNT, 2005). Determinou-se, para todos os traços, o módulo de elasticidade dinâmico, segundo os procedimentos do projeto de norma NBR15630 (ABNT, 2008), à exceção da forma dos corpos-deprova. Para cada traço, foram utilizados seis corpos-de-prova de argamassa, obtidos a partir do corte de corpos-de-prova com 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura em cilindros com dimensão de 10 cm de diâmetro e 3 cm de espessura.

7 7 A figura 2 ilustra o ensaio de squeeze-flow e o ensaio para determinação da velocidade da onda ultra-sônica, utilizando-se o equipamento Pundit, a partir do qual é calculado o módulo de elasticidade dinâmico. Figura 2 Equipamentos e execução dos ensaios de squeeze-flow (a) e de módulo de elasticidade dinâmico (b). A absorção de água das argamassas e o coeficiente de capilaridade foram determinados seguindo a norma NBR (ABNT, 2005). Para cada traço foram ensaiados três corpos-de-prova. RESULTADOS E DISCUSSÃO Caracterização das argamassas no estado fresco Todas as argamassas foram produzidas com índice de consistência estipulado em mm, sendo que a quantidade de água de cada traço foi ajustada com este objetivo. Na tabela 5 é relacionada a quantidade de água utilizada em cada traço, e o deslocamento observado no ensaios de squeeze-flow. Tabela 5 Quantidade de água necessária para obter a consistência de 240 ± 10 mm e deslocamento observado nos ensaios de squeeze-flow, nas argamassas estudadas Designação do traço Relação água/cimento Teor de água (%) Deslocamento no squeeze-flow (mm) 4,8 F0 2,55 20,0 1,1 2,4 F0 2,53 20,6 1,2 1,2 F0 2,72 22,5 1,8 4,8 F10 2,34 17,8 1,2 2,4 F10 2,40 18,7 1,8 1,2 F10 2,53 20,4 2,1

8 8 Observa-se que o diâmetro máximo do agregado exerce forte influência no teor de água da argamassa, e que as argamassas com maior teor de fíler exigem cerca de 10% a menos de água que os traços equivalentes, sem fíler. A caracterização reológica com o uso de Squeeze-flow identificou diferenças na plasticidade das argamassas, em função da alteração da distribuição granulométrica do agregado. Os ensaios foram realizados com um carregamento variando entre 1504 e 1508 N, sendo observadas diferenças significativas no deslocamento dos pratos do equipamento. Na figura 3 é visualizada a inter-relação entre o teor de água da mistura e o resultado de deslocamento no squeeze-flow. 2,5 deslocamento no squeeze-flow F 10 2 F 10 F 0 1,5 F 10 F 0 F 0 1 0, teor de água (%) Figura 3 Relação entre a quantidade de água e o deslocamento observado no Squeeze-flow. Observando-se os dados da tabela 5 e a figura 3, pode-se constatar que o comportamento reológico da argamassa é fortemente influenciado pela distribuição granulométrica do agregado. As argamassas com maior diâmetro máximo são mais resistentes ao esmagamento, para um mesmo nível de carregamento, o que indica que possuem menor plasticidade. Esta propriedade é fortemente influenciada pela distribuição granulométrica e pela forma dos grãos do agregado, e pelas alterações do teor de água da mistura para a obtenção de uma mesma consistência. Observase também que a maior quantidade de fíler diminui o teor de água necessário para atingir o abatimento padronizado para as argamassas, mas aumenta o deslocamento do squeeze-flow, indicando pequeno aumento na plasticidade destas argamassas.

9 9 Na tabela 6 são listados os resultados dos ensaios de teor de ar incorporado, densidade de massa aparente no estado fresco e retenção de água das argamassas. Tabela 6 Teor de ar incorporado, densidade de massa aparente no estado fresco e retenção de água das argamassas. Designação da argamassa Teor de ar incorporado (%) Densidade de massa aparente no estado fresco (kg/m3) Retenção de água (%) 4,8 F0 1,1 2, ,4 F0 1,4 2, ,2 F0 1,7 2, ,8 F10 1,0 2, ,4 F10 1,3 2, ,2 F10 1,6 2,07 93 Os teores de ar incorporado foram considerados adequados para argamassas com cal, e aumentam em função do teor de água utilizado na argamassa. Em todas as argamassas analisadas, quanto menor o diâmetro máximo do agregado utilizado, maior o teor de ar incorporado. A incorporação de ar à argamassa ocorre durante as operações de mistura dos materiais, e durante a moldagem das argamassas para a realização dos ensaios. Como os procedimentos de mistura e moldagem foram mantidos constantes para todas as argamassas, a maior retenção de ar se deve, provavelmente, às diferenças na força de arraste das partículas dos agregados miúdos, decorrentes da dimensão do agregado e da quantidade de água incorporada à pasta. As argamassas com maior teor de fíler, por sua vez, apresentaram uma pequena diminuição no teor de ar incorporado. Observa-se uma forte influência do módulo de finura do agregado na densidade de massa aparente da argamassa no estado fresco: quanto maior o módulo de finura, maior a densidade de massa aparente no estado fresco da argamassa. O aumento do teor de fíler, por sua vez, também aumenta a densidade de massa aparente no estado fresco. O acréscimo da densidade de massa aparente no estado fresco pode ser explicado, em parte, pelo teor de ar incorporado nas argamassas. Quando se correlacionam o teor de ar incorporado com a densidade de massa aparente no estado fresco das argamassas, observa-se que quanto maior o teor de ar incorporado, menor a densidade de massa aparente no estado fresco das argamassas analisadas, conforme visualizado na figura 4.

10 10 1,8 teor de ar incorporado (%) 1,6 1,4 1,2 1 0,8 1,95 2 2,05 2,1 2,15 2,2 densidade de massa aparente (kg/dm3) Figura 4 Relação entre o teor de ar incorporado e a densidade de massa aparente das argamassas. As argamassas que possuem maior quantidade de fíler tendem a apresentar maior retenção de água, uma vez que possuem maior superfície de contato com a água. Observa-se, entretanto, que os valores de retenção de água das argamassas confeccionadas são baixos, indicando possíveis problemas para sua utilização, especialmente em argamassas de revestimento. Caracterização das argamassas no estado endurecido Os ensaios do estado endurecido foram realizados aos 28 dias de idade, após cura submersa. Na tabela 7 estão sumarizados os seus resultados. Tabela 7 Caracterização das argamassas no estado endurecido. Designação da argamassa Resistência a compressão (MPa) Resistência a tração na flexão (MPa) Módulo de elasticidade dinâmico (MPa) 4,8 F0 2,4 0, ,4 F0 2,4 0, ,2 F0 1,9 0, ,8 F10 3,1 1, ,4 F10 3,2 1, ,2 F10 2,5 1, Coeficiente de capilaridade A figura 5 apresenta os valores de resistência à compressão e de resistência a tração na flexão de corpos-de-prova prismáticos das argamassas.

11 11 Resistência (MPa) 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 Rf Rc Rf Rc Rf Rc Rf Rc Rf Rc Rf Rc 0,5 0,0 4,8F0 2,4F0 1,2F0 4,8F10 2,4F10 1,2F10 Figura 5 Resistência a compressão (Rc) e Resistência a tração na flexão (Rf). Pode-se observar que a resistência a compressão das argamassas é influenciada pela distribuição granulométrica do agregado, que por sua vez exerce forte influência no teor de água da argamassa. As argamassas com agregados de maior diâmetro máximo desenvolvem maior resistência a compressão. As argamassas com maior quantidade de fíler possuem resistência mecânica sensivelmente superior às com pequeno teor. Os resultados de resistência a compressão são coerentes com os obtidos na determinação da quantidade de água e do teor de ar incorporado nas argamassas no estado fresco (figura 4 e tabela 5), sendo que aquelas que apresentaram menor teor de ar incorporado desenvolveram as maiores resistências a compressão. O mesmo comportamento não pode ser observado na determinação da resistência à tração na flexão das argamassas, sendo que para os traços com mesmo teor de fíler não houve diferença significativa entre os valores de resistência a tração na flexão. O aumento do teor de fíler, por sua vez, aumenta o valor da resistência à tração na flexão da argamassa, apresentando comportamento similar ao da resistência a compressão. A relação entre o teor de ar incorporado, a resistência a compressão e o módulo de elasticidade dinâmico das argamassas é visualizada na figura teor de ar incorporado (%) 1,8 1,6 1,4 1,2 1 1,2 F0 1,2 F10 2,4 F0 4,8 F0 2,4 F10 4,8 F10 teor de ar incorporado (%) 1,8 1,6 1,4 1,2 1 1,2 F0 2,4 F0 1,2 F10 2,4 F10 4,8 F0 4,8 F10 0,8 1,5 2 2,5 3 3,5 resistência a compressão (MPa) 0, módulo de elasticidade dinâmico (MPa)

12 12 Figura 6 Relação entre o teor de ar incorporado, a resistência a compressão (a) e o módulo de elasticidade dinâmico das argamassas (b). O módulo de elasticidade dinâmico das argamassas foi determinado com as argamassas no estado seco. Observa-se que o módulo de finura das areias utilizadas exerce grande influência no módulo de elasticidade das argamassas. Areias com maior módulo de finura apresentaram maiores módulos de elasticidade. O aumento da quantidade de fíler da areia de britagem, igualmente, aumenta o módulo de elasticidade. O acréscimo do módulo de elasticidade dinâmico é proporcional à diminuição do teor de ar incorporado, e também à densidade de massa aparente da argamassa. Há uma grande aderência com os valores de densidade de massa aparente no estado fresco, assim como os valores obtidos na determinação do teor de ar incorporado. Este comportamento foi observado por Monte et al (2007) num trabalho que procurou identificar a influência do teor de ar no módulo de elasticidade de argamassas, utilizando-se como agregado areia normal brasileira. Nas argamassas sem fíler, não houve influência do módulo de finura do agregado no coeficiente de capilaridade. Na tabela 8 estão sumarizadas as tendências de comportamento das argamassas com areia de britagem testadas, em função das alterações da granulometria e da quantidade de fíler, ajustando-se a quantidade de água de modo a manter o índice de consistência constante ( mm). Tabela 8 Tendências de comportamento observadas nas argamassas com pedrisco. Propriedade da argamassa Efeito do aumento do módulo de finura Efeito do aumento do teor de fíler Teor de água no traço, mantendo-se a Diminui diminui consistência Plasticidade via Squeeze-flow Diminui aumenta Teor de ar incorporado diminui diminui Densidade de massa aparente no estado fresco aumenta aumenta Retenção de água Indefinido aumenta Resistência à compressão Aumenta aumenta Resistência à tração na flexão Indefinido aumenta Módulo de elasticidade dinâmico aumenta aumenta Coeficiente de capilaridade diminui aumenta

13 13 CONCLUSÕES Observou-se que o módulo de finura e o teor de fíler da areia de britagem influenciam a maioria das propriedades das argamassas. Considerando-se uma determinada consistência, na medida em que o módulo de finura do agregado aumenta, a plasticidade da argamassa, medida por Squeeze-flow, diminui, há acréscimo na resistência à compressão, na densidade de massa aparente no estado fresco e no módulo de elasticidade dinâmico da argamassa, e diminuição do teor de ar incorporado e do coeficiente de capilaridade. O aumento no teor de fíler propicia aumento no valor de todas as propriedades das argamassas, exceto o teor de ar incorporado, que diminui. Devido a pouca oferta da areia natural, cuja tendência é desaparecer do mercado, e, conseqüentemente, a elevação do custo deste insumo, há necessidade de viabilizar a utilização da areia de britagem de rocha na confecção de argamassas para suprir a grande demanda, de modo a obter revestimentos de boa qualidade e durabilidade. Com as análises realizadas têm-se boas perspectivas para utilização da areia de britagem em substituição a areia natural, mas para ter-se certeza de sua eficiência ainda será necessário fazer ensaios de desempenho com a argamassa sobre diferentes bases. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao auxílio oferecido pela FINEP, na forma de verba para fomento e pela FAPERGS e CNPq, na forma de bolsas de iniciação científica. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANTUNES, R. P. N. Influência da reologia e da energia de impacto na resistência de aderência de revestimento de argamassa Tese (Doutorado em Engenharia/Construção Civil) Escola Politécnica da USP, Universidade de São Paulo, São Paulo, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13276: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos preparo da mistura e determinação do índice de consistência. Rio de Janeiro, 2005.

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