SUBSTITUIÇÃO DE CIMENTO POR FINOS CERÂMICOS EM ARGAMASSAS

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1 SUBSTITUIÇÃO DE CIMENTO POR FINOS CERÂMICOS EM ARGAMASSAS João Silva, Eng.º Civil, Mestre em Construção pelo Instituto Superior Técnico Jorge de Brito, Professor Associado c/ Agregação, Instituto Superior Técnico Mª Rosário Veiga, Investigadora Principal, Laboratório Nacional de Engenharia Civil Esta coluna, correspondente à primeira parte de duas, apresenta a possibilidade de incorporação de resíduos muito finos (pó) de barro vermelho e simultânea redução do teor de cimento, tentando tirar vantagem das potenciais características pozolânicas do pó cerâmico. Apresenta-se um estudo experimental desta incorporação em argamassas cimentícias, cujos resultados são bastante promissores, sobretudo do ponto de vista da sustentabilidade da construção. 1. Introdução O principal objectivo da aplicação de resíduos de barro vermelho em argamassas, em particular de partículas reduzidas a pó, é o da redução da quantidade de ligante (cimento) devido ao potencial efeito pozolânico deste material, justificável pelos óbvios benefícios ambientais da redução da utilização de cimento e pela potencial redução de custo da argamassa. As pozolanas e outros materiais com características semelhantes, quando utilizados em substituição do cimento, permitem uma redução da ordem dos 15 a 30% da temperatura inicial da reacção exotérmica que a amassadura provoca para uma mesma tensão de rotura, diminuindo deste modo os problemas que daí advêm, tais como uma desidratação demasiadamente rápida com posterior fissuração. Esta redução da temperatura inicial da reacção poderá ser uma realidade também no caso do pó de tijolo, o que seria outra vantagem considerável para a argamassa. De modo a testar experimentalmente as vantagens e desvantagens desta aplicação, procedeu-se a uma análise laboratorial do comportamento de argamassas com 3 s distintos, todos eles com uma adição de 10% de pó de tijolo de barro vermelho, em relação ao peso total da areia: - II() - argamassa de referência; - II(); - II(). A componente experimental foi dividida em duas fases distintas: uma primeira consiste num conjunto de ensaios de carácter eliminatório, os quais avaliam características essenciais das argamassas; na segunda, após análise dos resultados da primeira de modo a escolher a argamassa que apresente melhor performance, exploram-se mais aprofundadamente outras características importantes das argamassas. 2. Primeira fase Esta foi a fase de caracterização inicial da argamassa. Fez-se a selecção da argamassa que satisfazia melhor os objectivos pretendidos. 2.1 Consistência por espalhamento Este ensaio foi executado segundo a norma europeia EN (1999). A consistência considerada adequada para argamassas de reboco é, segundo os requisitos da norma, de 175 mm ± 10

2 mm. Foi este o objectivo considerado aquando da adição da água para cada argamassa. Os resultados são apresentados no Quadro 1. Quadro 1 - Água necessária para amassadura de modo a que cada argamassa fique com boa trabalhabilidade e respectivos resultados do ensaio de espalhamento Argamassa II() II() II() Água necessária por dm 3 de argamassa (ml) 190,00 166,67 166,67 Espalhamento (mm) 172,5 165,0 165,5 O espalhamento obtido para as argamassas II() e II() foi inferior ao da argamassa de referência e muito próximo ou mesmo igual ao valor mínimo exigido (165 mm). Tal deve-se à verificação, nas argamassas com redução do teor de cimento, após a adição de água, de pastas com uma certa heterogeneidade, com mais segregação da água do que a argamassa de referência. Verifica-se que a incorporação de finos correspondente a 10% do total de agregados, aquando da diminuição do teor de cimento, origina argamassas com menor consumo de água do que a argamassa de referência (II()). Não obstante a sua trabalhabilidade e homogeneidade não parecerem tão boas como as desta, são ainda aceitáveis para argamassa de revestimento. 2.2 Massa volúmica (argamassa em pasta) Este ensaio foi realizado segundo a norma europeia EN (1998). Para cada tipo de argamassa, utilizou-se uma amostra de, aproximadamente, 2 kg de argamassa previamente amassada, ainda em pasta. Os resultados são apresentados na Fig. 1. Por observação dos resultados, verifica-se que a massa volúmica da argamassa em pasta decresce à medida que se reduz o teor de cimento e se aumenta o teor de finos cerâmicos de barro vermelho. Este resultado parece dever-se essencialmente à menor massa volúmica aparente dos resíduos finos de tijolo face à massa volúmica apresentada pelo cimento. 2.3 Massa volúmica (argamassa no estado endurecido) Este ensaio, que segue a norma europeia EN (1999). Para cada tipo de argamassa, utilizou-se uma amostra de 3 provetes previamente submetidos a um processo de cura de 28 dias. Os resultados são apresentados na Fig. 2. Também na argamassa endurecida se dá o mesmo fenómeno do que na argamassa em pasta: a massa volúmica decresce à medida que se reduz o teor de cimento e se aumenta o teor de finos cerâmicos de barro vermelho. Esta diferença pouco substancial, tal como acontece na argamassa em pasta, parece dever-se essencialmente à menor massa volúmica aparente dos resíduos finos de tijolo face à massa volúmica apresentada pelo cimento. No entanto, a menor compacidade é também um factor responsável pelo decréscimo da massa volúmica de para, uma vez que se dá uma redução do teor de cimento sem um relevante acréscimo de finos. Na Fig. 3, apresenta-se a comparação de resultados experimentais levados a cabo por Sousa et al (2004), de argamassas com substituição do cimento por outros finos com propriedades pozolânicas, com os obtidos por Silva (2006), todos apresentados em valores adimensionais, já que foram divididos pelos valores correspondentes na respectiva argamassa de referência. Em Silva

3 (2006), fez-se corresponder os resultados dos diferentes s estudados (, e ) com percentagens específicas de substituição do cimento por pó de tijolo, do qual se obtiveram os valores apresentados como pontos da curva do gráfico (Silva (CE)). Verifica-se que apenas a incorporação de pó de tijolo por substituição de cimento diminui de forma um pouco mais acentuada a massa volúmica da argamassa no estado endurecido face à argamassa convencional. kg/m ,0 2050,0 2000,0 1950,0 1900,0 1850,0 1800,0 1750,0 1700,0 Massa volúmica em pasta Figura 1 - Massa volúmica em pasta para os diferentes s estudados e respectivas interpolações a partir dos resultados obtidos. kg/m ,0 1850,0 1800,0 1750,0 1700,0 1650,0 1600,0 1550,0 1500,0 Massa volúmica no estado endurecido Figura 2 - Massa volúmica em pasta para os diferentes s estudados e respectivas interpolações a partir dos resultados obtidos. (Massa volúmica no estado endurecido)/(massa volúmica da argamassa de referência, sem qualque substituição) 1,10 1,05 0, Quantidade de substituição do cimento (%) Silva (CE) Sousa (RHA) Sousa (SF) Figura 3 - Resultados interpolados da massa volúmica no estado endurecido dos provetes de argamassa, aos 28 dias, para cada tipo de finos adicionados (divididos pela massa volúmica da respectiva argamassa de referência), comparando os resultados obtidos (Silva, 2006, cerâmicos (CE)) com o estudo de Sousa et al (2004) (cinza de casca de arroz (RHA) e sílica de fumo (SF)). 2.4 Resistência à flexão e à compressão Este ensaio foi executado segundo a norma europeia EN (1999). Para cada tipo de argamassa, utilizou-se uma amostra de 3 provetes (prismas) previamente submetidos a um processo de cura de 28 dias. Os resultados são apresentados nas Figs. 4 e 5. Verifica-se que, na generalidade, as resistências diminuem pela redução do, ainda que sejam adicionados finos. Tal está de acordo com o estudo de Gonçalves et al (2003), no qual se demonstrou que a substituição de cimento portland por resíduo cerâmico moído resultou na diminuição da resistência para todos os teores estudados. Segundo o autor, esta redução está relacionada, essencialmente, com o facto de o resíduo cerâmico utilizado não ter muita reactivi-

4 dade pozolânica, tal como acontece com o pó de tijolo em causa. MPa 3,50 3,30 3,10 2,90 2,70 2,50 2,30 2,10 1,90 1,70 1,50 Tensão de rotura à tracção por flexão Figura 4 - Resultados do ensaio de resistência à flexão para os diferentes s estudados e respectivas interpolações a partir dos resultados obtidos. MPa 15,00 14,00 13,00 12, ,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 Tensão de rotura à compressão Figura 5 - Resultados do ensaio de resistência à compressão para os diferentes s estudados e respectivas interpolações a partir dos resultados obtidos. Existe, no entanto, uma excepção nestes resultados obtidos: a argamassa com tem ligeiramente mais resistência à compressão do que a argamassa de referência, sem qualquer adição. Tal pode ser explicado, também segundo Gonçalves et al (2003), pela influência dos finos de tijolo no aumento da compacidade da argamassa, uma vez que a adição de pó de tijolo é maior do que a quantidade de cimento reduzida, pelo que a argamassa II() apresenta mais finos do que a argamassa II(). No estudo de Sousa et al (2004), foram também determinadas as tensões de rotura à flexão e à compressão, que são aqui comparadas com os resultados obtidos na presente campanha de ensaios. Os resultados apresentados são todos adimensionais, uma vez que os valores são todos divididos pelos correspondentes na respectiva argamassa de referência. Na Fig. 6, verifica-se que a substituição de cimento por pó de tijolo é a que diminui mais acentuadamente a tensão de rotura à flexão. Pelo contrário, no caso da substituição de cimento por sílica de fumo, a tensão de rotura da argamassa aumenta. (Tensão de rotura à flexão)/(tensão de rotura à flexão da argamassa de referência, sem qualque substituição) 1,15 1,10 1,05 0,95 0,85 0,80 0, Quantidade de substituição do cimento (%) Silva (CE) Sousa (RHA) Sousa (SF) Figura 6 - Resultados interpolados da tensão de rotura à flexão dos provetes de argamassa, aos 28 dias, para cada tipo de finos adicionados (divididos pela tensão de rotura à flexão da respectiva argamassa de referência), comparando os resultados obtidos (Silva, 2006, cerâmicos (CE)) com o estudo de Sousa et al (2004) (cinza de casca de arroz (RHA) e sílica de fumo (SF)).

5 Quanto à tensão de rotura à compressão, observando a Fig. 7, onde se apresentam também os resultados de Gonçalves et al (2003), verifica-se que apenas a sílica de fumo aumenta claramente a resistência da argamassa quando substitui o cimento. Em relação aos outros dois materiais (pó de tijolo e cinza de casca de arroz), eles parecem provocar um pequeno aumento da resistência de rotura das argamassas até certo ponto (excepto no estudo de Gonçalves et al (2003), onde a resistência diminui sempre, à medida que se substitui o cimento por pó de tijolo), mas que acabam por diminuir a resistência face à argamassa de referência, a partir de determinados valores de substituição (3,5 e 10%, respectivamente para pó de tijolo e cinza de casca de arroz). (Tensão de rotura à compressão)/(tensão de rotura à compressão da argamassa de referência sem qualquer substituição) 1,30 1,25 1,20 1,15 1,10 1,05 0,95 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0, Quantidade de substituição do cimento (%) Silva (CE) Sousa (RHA) Sousa (SF) Gonçalves (CE) Figura 7 - Resultados interpolados da tensão de rotura à compressão dos provetes de argamassa, aos 28 dias, para cada tipo de finos adicionados (divididos pela tensão de rotura à compressão da respectiva argamassa de referência), comparando os resultados obtidos (Silva, 2006, cerâmicos (CE)) com o estudo de Sousa et al (2004) (cinza de casca de arroz (RHA) e sílica de fumo (SF)). Deste modo, pressupõe-se que, como seria de esperar, apenas materiais com reactividade pozolânica bastante elevada (como é o caso da sílica de fumo) induzem valores mais elevados de resistência nas argamassas quando substituem o cimento nas mesmas. 2.5 Absorção de água por capilaridade Este ensaio foi realizado segundo a norma europeia EN (2002). Para cada tipo de argamassa, utilizou-se uma amostra de 3 provetes (semi-prismas) previamente submetidos a um processo de cura de 28 dias e impermeabilizados lateralmente. Os resultados são apresentados na Fig. 8. Por observação dos resultados, verifica-se que existe uma diminuição da absorção de II() para II(). Este facto pode ser justificado da mesma forma que se justifica o acréscimo de resistência mecânica, isto é, a quantidade de pó de tijolo introduzida é inferior à quantidade de cimento retirada e a argamassa II() apresenta mais finos do que a argamassa II(), pelo que a compacidade aumenta, com uma consequente diminuição dos poros capilares e fluxo de água através dos mesmos. Por outro lado, o valor da absorção volta a crescer de II() para II(). Este facto explica-se pela redução do cimento de II() para II(), sem qualquer aditivo para compensar. No entanto, sendo o valor de absorção de II() próximo do da argamassa de referência, verifica-se que,

6 nesta fase de redução de cimento, os finos introduzidos (10% do total de agregados), compensam a nível de performance de absorção, a passagem do para o (maior redução de cimento testada). 2.6 Susceptibilidade à fendilhação Este ensaio foi executado com base num método empírico usado no LNEC. Para cada tipo de argamassa, utilizaram-se 3 amostras, em que cada uma consiste na aplicação de argamassa numa face de um tijolo. Após a aplicação, verifica-se o aparecimento ou não de fissuras. Verificou-se que, mesmo após cerca de 5 meses de observação, nenhuma das argamassas apresentou qualquer tipo de fissuração (Fig. 9). Coeficiente de absorção de água por capilaridade kg(m 2.min 0,5 ) 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 Figura 8 - Resultados do ensaio de absorção de água por capilaridade para os diferentes s estudados e respectivas interpolações a partir dos resultados. Figura 9 - Resultados do ensaio de susceptibilidade à fendilhação. Não obstante se ter ensaiado uma aplicação em suporte de área reduzida (apenas a face maior de um tijolo), pode-se concluir que nenhum dos casos estudados é muito susceptível à fendilhação, não obstante ser habitualmente considerado que a adição de finos pode aumentar a susceptibilidade à fissuração por retracção (Veiga, 1997) (Angelim et al, 2003). 3. Referências Angelim, Renato R.; Angelim, Susane C. M.; Carasek, Helena; Influência da adição de finos calcários, siliciosos e argilosos nas propriedades das argamassas e dos revestimentos, V Simpósio Brasileiro de Tecnologia de Argamassas (SBTA), Junho de Gonçalves, Jardel P.; Lima, Paulo R. L.; Toledo Filho, Romildo D.; Fairbairn, Eduardo M. R.; Penetração de água em argamassas de argila calcinada - cimento portland, V Simpósio Brasileiro de Tecnologia de Argamassas (SBTA), Junho de Silva, João, Incorporação de resíduos de barro vermelho em argamassas cimentícias, Dissertação de Mestrado em Construção, Instituto Superior Técnico da Universidade Técnica de Lisboa, Silva, Vanessa S.; Libório, Jefferson B. L.; Silva, Crislene R.; Argamassas de revestimento com o emprego de pozolana de argila calcinada, III Simpósio Brasileiro de Tecnologia de Argamassas (SBTA), Abril de 1999.

7 Sousa, B. N.; Silva, N. D.; Coutinho, J. S.; Argamassas com substituição parcial do cimento portland por cinza de casca de arroz portuguesa, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Veiga, M. Rosário, Comportamento de argamassas de revestimento de paredes. Contribuição para o estudo da sua resistência à fendilhação, Tese de Doutoramento, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, LNEC, Lisboa, Maio de 1997.