INFLUÊNCIA DO TIPO DE CIMENTO NAS PROPRIEDADES NO ESTADO FRESCO E ENDURECIDO DAS ARGAMASSAS HIDROFUGADAS COM PRODUTOS À BASE DE SILICONE

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1 INFLUÊNCIA DO TIPO DE CIMENTO NAS PROPRIEDADES NO ESTADO FRESCO E ENDURECIDO DAS ARGAMASSAS HIDROFUGADAS COM PRODUTOS À BASE DE SILICONE MARANHÃO, Flavio L. (1); JOHN, Vanderley M. (2); CINCOTTO, Maria Alba(3), PILEGGI, Rafael J. (4) (1) Engenheiro Civil, mestre em Construção Civil e doutorando pelo Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica de São Paulo. Professor do Departamento de Construção Civil da Universidade São Judas. flavio.maranhao@poli.usp.br. (2) Doutor em Construção Civil e Professor Associado do Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica de São Paulo. São Paulo-SP. CEP john@poli.usp.br. (3) Doutor em Construção Civil e Professor Associado do Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica de São Paulo. São Paulo-SP. CEP cincotto@poli.usp.br (4) Doutor em Engenharia de Materiais pela Universidade Federal de São Carlos, Brasil, e Professor o Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica de São Paulo. São Paulo-SP. CEP rafael.pileggi@poli.usp.br. Resumo O fluxo de umidade nas argamassa de revestimento contitui-se na causa de muitas patologias em revestimentos, pois influencia nas resistências mecânicas, possibilita a proliferação de microorganismos e intensifica a taxa de deposição de partículas de poluição. Para inibir tal efeito, diversos tipos de produtos hidrofugantes vêm sendo utilizados como adição às misturas, seja na forma de pó re-dispersível como de emulsão. Dentre esses destacam-se os silicones e seus derivados, por apresentarem um elevado potêncial de repelência à água e uma boa compatibilidade aos produtos cimentícios, mas altreram algumas propriedades no estado fresco e endurecido. Esse trabalho, com base em um programa laboratorial em que foram variados o teor de um hidrofugante (metal-siliconato de sódio), e o tipo de cimento (um branco, um composto com adições pozolânicas e outro composto com adição de escoria de alto forno) em uma argamassa mista composta de cimento, cal e areia (1:1,4:8, em unidades de massa e com uma relação liquid-pó de 0,18), avaliou de que maneira as propriedades no estado fresco e no estado endurecido endurecido foram alteradas. Os resultados mostraram que para todos os cimentos avaliados apenas o teor de 1 do hidrofugante (em substituição à água) reduziu significativamente as taxas de absorção de água das misturas, mas que provoca uma aceleração no processo de consolidação e um aumento do calor de hidratação logo nas primeiras horas, com consequente redução no seu tempo de trabalhabilidade. Além dissom, comprovou-se que essa consolidação foi mais significativa para o cimento branco e principalmente entre os dez e trinta minutos após a adição da água de amassamento; e que os teores abaixo de 1 foram insuficientes para provocarem alterações nas taxas de absorção d água das argamassas.

2 Key Word: Argamassa, hidrofugação, siliconato, estado fresco, reologia 1. Introdução As argamassas de revestimentos são bastante utilizadas nas áreas externas das edificações, seja exercendo a função de base para outro revestimento decorativo como pintura, cerâmica ou placas de rocha; seja como de revestimento de acabamento, como é o caso das argamassas monocapa. Esse contato intenso com os agentes de degradação faz com que surjam, em muitos casos, manifestações patológicas que comprometem não apenas o seu desempenho, mas o da edificação como um todo. Dentre os agentes de degradação atuantes, a água é tida como sendo o mais importante, seja porque altera as propriedades mecânicas e térmicas dos materiais, seja porque acelera a alteração de cor de sua superfície [1] por conta de uma maior deposição de partículas de poluição e da proliferação de microorganismos, aumentando assim a necessidade de serviços de manutenção. Em climas sujeitos a baixas temperaturas, o problema de absorção de água é ainda mais danoso, pois que expõe os materiais porosos aos fenômenos de congelamento que, comprovadamente, provocam danos à microestrutura desses materiais. Por conta disso, diversos métodos com o objetivo de reduzir a taxa de absorção d água das argamassas vêm sendo experimentados ao longo dos tempos. Desses, o mais comum é o uso de produtos hidrofugantes, que podem ser adicionados durante a mistura ou mesmo como uma proteção superficial, com uma das seguintes formas de atuação: (a) modificador da tensão superficial das paredes dos poros (b) bloqueador de poros e (c) formador de película superficial (Error! Reference source not found.): Figura 1 - Possíveis formas de ação dos produtos hidrofugantes na superfície de argamassa de revestimento. (a) alteração da tensão superficial dos poros, (b) bloquedor dos poros e (c) formador de película. kus (2002) Quando aplicados como pós-tratamento, os principais produtos hidrofugantes comercializados no Brasil são, normalmente, dispersos em água e à base de acrílicos, poliuretanos e derivados de silicones (silanos e siloxanos). Os dois primeiros grupos agem como formadores de película enquanto que os outros como modificadores da tensão superficial dos poros [2].

3 O pós-tratamento pode ser aplicado de diversas formas, sendo que as mais comuns são por pintura e spray para materiais já em condições de uso, como é o caso de edifício e monumentos com valor histórico; e por imersão quando os produtos ainda se encontram em unidades industriais, como é o caso de telhas cerâmicas e de pré-moldados. Por sua vez, quando o hidrofugante é adicionado durante a mistura, os principais produtos comercializados no Brasil são os derivados de silicones (principalmente os siliconatos) que agem como modificadores de tensão superficial e os sais metálicos [3] que funcionam como bloqueadores de poros [2]. Esses produtos são normalmente comercializados em forma de emulsão, havendo uma crescente demanda por produtos na forma de pó redispersível. Comparar o desempenho na redução da absorção de água entre a aplicação como póstratamento e como adição para argamassas de revestimento não é tarefas das mais simples, visto que há poucos trabalhos que enfocaram este tema. Dentre esses, destaca-se o de [4] que, com base em um intenso programa de envelhecimento natural e acelerado, concluiu que a aplicação como um tratamento superficial foi mais eficiente e apresentou menor intensidade de deterioração. Uma das possíveis justificativas para isso é a diferença no teor de hidrofugante utilizado pelo referido autor, visto que quando aplicada como pós-tratamento a concentração do hidrofugante foi cerca de trinta e cinco vezes superior à utilizada como adição à mistura [5]. Apesar dos hidrofugantes serem aplicados há longo tempo, percebe-se uma concentração de trabalhos científicos nas aplicações como pós-tratamento, principalmente na área de rochas e alvenaria de edificações com valor histórico [6, 7 e 8]. Poucos focaram as aplicações como adição, sendo que em nenhum dos trabalhos pesquisados avaliou-se a existência de uma interdependência entre o tipo de hidrofugante, teor de hidrofugante e tipo de cimento utilizado na argamassa. Por isso, este trabalho procura investigar de que maneira o tipo de cimento e a concentração de produtos hidrofugantes à base de silicone influenciam nas propriedades de uma argamassa de revestimento no estado fresco e endurecido. 2. Metodologia Para a investigação foram realizados ensaios laboratoriais de maneira comparativa entre argamassas de cimento, cal e areia, sem e com a adição de hidrofugante à base de silicone em três diferentes teores (0,25%, 1% e 1), nas propriedades do estado fresco e endurecido. Os dois primeiros teores No estado fresco foram realizados ensaios de squeeze flow e calorimetria por condução. No squeeze flow foram realizadas avaliações em três tempos diferentes contados a partir da adição da água (10 minutos, 30 minutos e 1 hora), com o objetivo de verificar diferenças nos processos de consolidação das misturas. Na calorimetria foi avaliada a influência dos aditivos na cinética de hidratação dos aglomerantes. No estado endurecido avaliou-se a resistência à tração na flexão e a eficiência na repelência à água por meio de testes de absorção d água por capilaridade. Em todas essas avaliações foram realizadas, no mínimo, três repetições para cada uma das misturas. 2.1 Materiais A argamassa utilizada é composta de cimento, cal e agregado do tipo calcário na proporção, em massa de materiais secos, de 1:1,4:8 e com uma relação líquido-pó constante de 0,18. O hidrofugante utilizado foi do tipo metil-siliconato de sódio. Na tabela 1 estão apresentadas algumas propriedades fornecidas pelo fabricante.

4 Foram utilizados três tipos de cimento: (i) cimento Portland Branco, classificado segundo a norma brasileira com CPB-40 (ii) cimento Portland composto com escoria de alto forno, classificado segundo a norma Brasileira como CPIIE32 e (iii) cimento Portland composto com cinza volante, obtido pela mistura de 5 do cimento ARI, classificado segundo a norma Brasileira como CPV ARI e 5 de cinza. tabela 1: Propriedades dos hidrofugantes utilizados no programa experimental Conteúdo de sólidos totais, 90 min a 150 o C % 39 Conteúdo de sólidos de silicone % 19 Ponto de fulgor, copo aberto o C > 100 Peso específico a 25 o C 1.25 ph 13 Densidade g/l 1250 Solvente (diluente) água Conteúdo de composto orgânico Volátil g/l Métodos A mistura da argamassa foi realizada segundo o procedimento proposto por [9] por garantir maior uniformidade na mistura. Esse método consiste em adicionar água de forma fracionada durante todo o processo de mistura com um tempo total de dois minutos, sendo que apenas nos vinte segundos finais a mistura se dava com toda a água. A seqüência consiste em adicionar 5 da água durante os primeiros quarenta segundos, continuar a mistura por mais vinte segundos sem o acréscimo de água, retomar o acréscimo de água por mais quarenta segundos, e finalizar a mistura com um novo período de vinte segundos. O hidrofugante foi utilizado em substituição à água de amassamento, tendo sido diluídos na água de amassamento anteriormente ao uso (Tabela 2). Dos três teores utilizados, apenas o 1 é indicado pelo fabricante e os demais foram utilizados apenas como objetivo de comparação. Além disso, teores esses baixos teores já foram utilizados com sucesso pelos autores em pesquisas previamente focadas na hidrofugação de compósitos [14] Tabela 2: Quantidade de água e hidrofugante utilizados para cada quilo de cimento Nomenclatura água hidrofugante 1,87 0 0,25% 1,86 0,01 1, 1,85 0,02 1 1,68 0, Estado fresco As propriedades no estado fresco foram avaliadas pelo método de squeeze-flow e calorimetria por condução. O Squeeze flow, ou escoamento por compressão axial, é um método que mede o esforço necessário para comprimir uma suspensão entre duas placas paralelas (Figura 2) e fornece informações sobre as características reológicas da mistura e seu processo de consolidação [10]. Existem diferentes configurações para o aparato de ensaio tendo sido utilizado neste experimento um punção de 50,8mm, um deslocamento de 2.5mm e uma taxa de

5 deslocamento de 0.1mm/s. Essa é uma configuração adequada para as argamassas mistas [10]. Com o objetivo de identificar diferenças no processo de consolidação das misturas causadas pelo uso de hidrofugante em diferentes teores foram realizadas medidas em três diferentes períodos após o término da mistura: 10 minutos, 30 minutos e 1 hora. Todos os ensaios foram realizados em uma máquina universal da marca Instron modelo 5565 dotada de célula de carga de 1KN, tendo sido realizadas, no mínimo, três repetições para uma das cada mistura. compressão punção amostra h 0 h<h 0 base início do ensaio final do ensaio Figura 2- Configuração do ensaio de squeeze flow utilizado [10]. A avaliação da cinética de hidratação foi realizada de maneira comparativa comparativas entre as amostras sem hidrofugante e com o teor máximo do hidrofugante em o calorímetro JAF96 da Wexham Developments. Em todos os casos foi utilizada uma massa de cimento de 10g e uma massa de líquido de O hidrofugante foi utilizado como substituição à água Estado Endurecido A avaliação da resistência à tração na flexão foi realizada segundo os procedimentos descritos na NBR cujo método de ensaio e dimensão é semelhante ao CSTB / 93[11]. Desta forma corpos-de-prova de dimensões 4 cm x 4cm x 16 cm são submetidos a esforços de (N/s) em uma máquina universal de ensaios da marca EMIC dotada de célula de carga de 10KN O teste de capilaridade foi realizado segundo a norma NBR 9779, cujos procedimentos são semelhantes ao preconizado pela CSTB / 93 [11], porém, acrescentando-se medições até seis dias. De acordo com este método a metade dos corpos-de-prova rompidos ao meio nos teste de flexão são colocados em contato com uma lâmina de água de 5mm, e em tempos determinados são feitas pesagens. 3. Resultados e Discussões 3.1 Estado Fresco Na Figura 3 estão apresentadas as curvas características obtidas nos resultados de squeeze flow para o cimento branco sem hidrofugante.

6 Figura 3: Curvas características que ilustram a influência do tempo de ensaio no processo de consolidação do material para o caso do cimento branco sem hidrofugante. 1 0,25% 1% 1 1% 0,25% 1 0,25% (b) 1% Figura 4: Curvas características do cimento branco (a) 10 minutos (b) 30 minutos e (c) 1 hora. (c) Os resultados demonstram de maneira clara que ao longo da primeira hora as misturas sem hidrofugantes apresentaram uma significativa consolidação, caracterizada pela maior inclinação das curvas. Assim, 10minutos após a mistura foi necessária um carga de 200N para deslocar os 2,5mm previstos no planejamento; enquanto que quando o período foi de 1 hora, observou-se um deslocamento inferior a 1,5mm para o máximo de carga utilizado. Esta elevada carga para pequenas deformações não indica que a argamassa não seja aplicável. Significa que, a priori, ao longo da primeira a mistura se torna mais consolidada e que sua aplicação deverá ser feita de maneira menos produtiva e, possivelmente, com uma maior quantidade de defeitos na interface com a base [9].

7 Na Figura 4 estão apresentados os resultados, para o caso do cimento Branco, da influência da adição do hidrofugante nos diferentes teores, nos resultados do squeeze flow. Para os demais cimentos avaliados, os resultados obtidos foram semelhantes aos apresentados para o cimento branco. Os resultados mostram claramente que o teor de 1 foi o que ocasionou maior diferença quando comparado com as argamassas sem hidrofugante para os três tempos avaliados (10min, 30min e 1hora). Observa-se, também, que ao longo da primeira hora a adição de hidrofugante nos teores 0,25% e 1% reduziram a consolidação enquanto que o teor de 1 acelerou esse processo. Outro ponto que merece destaque é que os esforços necessários para realizar o deslocamento de 2,5mm foi, em muitos casos, superior ao limite máximo da célula de carga utilizada, dificultando as análises. Para facilitar o entendimento do comportamento das misturas, foi realizada uma análise com o deslocamento de apenas 1mm (Figura 5), pois com esta deformação os valores de carga medidos foram sempre inferiores ao limite da célula utilizada. Figura 5- Resultados do Squeeze flow para as diferentes misturas e com o deslocamento de 1mm. (a) pozolânico, (b) CPIIE e (c) cimento branco. Observar que no cimento Branco a escala é diferente das demais Comparando os três cimentos sem adições de hidrofugantes, observa-se que o cimento branco o foi o que apresentou os maiores taxas de consolidação ao longo da primeira hora, caracterizado pelas maiores cargas de compressão nos testes do squeeze flow. Em todos os casos a adição de 1 acelerou o processo de consolidação das misturas tornando-as mais rígidas, enquanto que o teor de 1% apresentou uma redução tornando a mistura mais fluida em todos os períodos de tempo avaliados. O teor de 0,25% comportouse de maneira semelhante à referência.

8 Analisando apenas o teor de 1 para os três cimentos estudados (Figura 6) percebe-se que o menor aumento de carga, quando comparado com a referência, aos 10 minutos deu-se com o cimento pozolânico (32%) e que o maior foi no cimento branco (30). Quando o período em análise é de 30 minutos percebe-se que o menor incremento deu-se no cimento branco com 75% e o maior para o CPIIE com 20. Quando o período em análise foi de uma hora percebe-se para todos os cimentos um importante aumento na carga de compressão sendo que o menor incremento identificado foi no cimento pozolânico com 15 e o maior no CPIIE com 40. Figura 6 : Incremento de carga nos três cimento avaliados para teor de hidrofugante de 1 Para o teor de 1% percebe-se que, no período de 10 minutos, a mistura com o cimento branco apresenta um pequeno aumento de carga (4) e que os demais apresentam redução (19% para o CPIIE e 35% para o pozolânico), quando comparado com a referência. A partir dos 30 minutos todas as misturas apresentaram redução de carga quando comparadas com a mistura sem hidrofugante, sendo que a maior redução foi 68% no cimento branco aos 30 minutos e a menor foi de 2 no cimento pozolânico também aos 30 minutos.(figura 7).

9 Figura 7: Incremento de carga nos três cimento avaliados para teor de hidrofugante de 1% Para o caso do teor de 0.25% (Figura 8) percebe-se que quando o período em análise é de 10 minutos, todas as misturas mostraram-se menos consolidas do que as de referências, caracterizado por reduções nas cargas normalizadas, e que ao longo da primeira hora há um aumento nos estágio de consolidação. Figura 8 - Incremento de carga nos três cimento avaliados para teor de hidrofugante de 0.25%. Nas Figura 9 e 10 estão apresentados os resultados obtidos na calorimetria. Observa-se que o cimento CPII apresentou maior liberação de calor quando comparado com o cimento branco com ou sem hidrofugante. Além disso, percebe-se um aumento no calor de hidratação total das misturas em que foi utilizado aditivo hidrofugante, e que essa diferença no cimento branco foi de 34% e 25% para o CPII.

10 Outro ponto que merece destaque é que essas diferenças são percebidas logo nos primeiros minutos. Isto pode justificar a maior consolidação encontrada nos resultados do squeeze flow (Figura 9-b e Figura 10-b). Calor (KJ/Kg) CPIIE tempo (horas) Calor (KJ/Kg) CPIIE tempo (horas) 1 Figura 9: Resultados da calorimetria com o cimento CPIIE. (a) todo o período em análise e (b) as duas primeiras horas. Calor (KJ/Kg) BRANCO tempo (horas) Calor (KJ/Kg) BRANCO tempo (horas) 1 Figura 10: Resultados da calorimetria com o cimento Branco. (a) todo o período em análise e (b) as duas primeiras horas. 3.2 Estado endurecido Nas Figura 11 estão apresentados os resultados de resistência à tração na flexão para as misturas utilizadas. Figura 11: Resistência à tração na flexão das misturas. Os resultados de resistência à flexão indicam que a adição de produtos hidrofugantes provocou apenas pequenas alterações nas à tração na flexão das misturas, visto que teores acima de 1% provocaram reduções superiores a 1 para todos os tipos de cimentos avaliados.

11 Esses resultados estão de acordo com os encontrados por outros [12]. Na Figura 12 estão apresentados os resultados de absorção por capilaridade das misturas avaliadas. Eles mostram de maneira clara que apenas o teor de 1 mostrou-se efetivo para a redução das taxas de absorção d água em todos os cimentos avaliados, em concordância com os encontrados na bibliografia [13]. Dos três cimentos avaliados as misturas com o cimento pozolânico foi aquela que apresentou os menores resultados de absorção por capilaridade no tempo avaliado; e que o cimento Branco foi onde a ação de hidrofugante foi menos efetiva. A comparação dos resultados das argamassas com 1 de hidrofugante mostra que o tipo de cimento influenciou significativamente na cinética de absorção de água. Nos cimentos pozolânico e CPII há uma modificação completa no perfil da curva de absorção capilar ao longo do tempo, enquanto que houve no cimento branco essa modificação não foi percebida Um claro exemplo dessa alteração é observada no cimento pozolânico onde após 24 horas de ensaios apenas 15% do total de água havia sido absorvida pela mistura com 1 de hidrofugante (Figura 13); enquanto na referência essa valor saltava para 5. Figura 12: Absorção de água por capilaridade para as diferentes misturas. (a) cimento Branco, (b) Cimento CPII e (c) cimento Pozolânico

12 Figura 13: Absorção percentual de misturas sem hidrofugante e com o teor 1 ao longo do tempo. 4. Conclusões O uso de hidrofugante como adição nas argamassas de revestimento pode ser uma boa alternativa para melhorar o desempenho nas edificações, visto que reduz a capacidade de absorção d água desses materiais minimizando a ação de um importante agente de degradação Ocorre que seu uso provoca importantes alterações no comportamento reológico das argamassas, podendo acelerar a consolidação das misturas, reduzindo seu tempo de vida útil e minimizar a área de contato entre a argamassa a base. Os resultados dos experimentos permitem concluir que o tipo de cimento influenciou de maneira significa as propriedades nos estados fresco e endurecido. O cimento branco mostrou-se o mais influenciado no estado fresco, com um aumento significativo na taxa de consolidação das misturas, representados por elevações das cargas obtidas no squeeze flow após trinta minutos do início do amassamento. No estado endurecido o cimento pozolânico foi o mais afetado pela adição de hidrofugante, caracterizado pela maior redução na taxa de absorção d água. Para o produto hidrofugante utilizado no experimento, o teor de 0,25% não provocou alterações significativas nas propriedades avaliadas. O teor de 1% provocou um aumento da fluidez da mistura, caracterizado pela redução nas cargas do squeeze flow, em todos os cimentos utilizados. Além disso, provocou reduções na resistência à tração na flexão dessas misturas e pequenas diferenças na taxa de absorção d água. O teor de 1 acelerou de a consolidação e cinética de hidratação das misturas, caracterizado pelo aumento no calor de hidratação logo nas primeiras horas, reduzindo o seu tempo de uso. Apesar disso foi o único que se mostrou efetivo na redução das taxas de absorção d água. Desta forma, para que seu emprego possa ocorrer será necessário realizar alterações no método construtivo, com inserção de um controle bastante rigoroso. 5. Referências bibliográficas [1] Barberousse, Hélène; Ruot, Bertrand; Yéprémian, Claude; Boulon, Gilbert. An assessment of façade coatings against colonisation by aerial algae and cyanobacteria. Building and Environment, 2007, V. 42, Issue 7, p [2] McGettigan, Edward. Factors Affecting the Selection of Water-Repellent Treatments. APT Bulletin, Vol. 26, No. 4, Preservation of Historic Masonry (1995), pp [3] Dafico, Dario de Araújo; Ferro, Kátia Maria de Souza; Cavalcante, Márcia Cardoso de Oliveira.Análise de desempenho de aditivos impermeabilizantes para argamassas. Brasil - São Paulo, SP p. CONFERÊNCIA LATINO-AMERICANA DE CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL: ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 10., 2004, São Paulo, SP. [4] Kus, Hulya. Long-term Performance of Water-Repellants on rendered Autoclaved Aerated Concrete. Ganvle, 2002, 46p. tese (doutorado) Centre for Built Environment, University of Gavle, Suecia [5] Krus, H. Durability Testing of Water Repellants on Rendered Autoclaved Aerated Concrete, 3rd Int. Conf. on Surface Technology with Water Repellent Agents (HYDROPHOBE III), Hannover, Germany, September 2001

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