ARGAMASSAS DE REFORÇO DE REVESTIMENTO COM ADIÇÃO E SUBSTITUIÇÃO DE METACAULIM

ARGAMASSAS DE REFORÇO DE REVESTIMENTO COM ADIÇÃO E SUBSTITUIÇÃO DE METACAULIM Coating mortars with addition of reinforcement and replacement of metakaolin Paula Andrezza Santos de Souza(1); Camilla Mirely Evaristo da Silva(2); José Martins de França Neto(3); Simone Perruci Galvão(4) João Manoel de Freitas Mota(5); Geovani Almeida da Silva(6) Resumo (1) Aluna de iniciação científica do Centro Universitário do Vale do Ipojuca UNIFAVIP. E-mail: paula.souza.eng@gmail.com (2) Aluna de iniciação científica do Centro Universitário do Vale do Ipojuca UNIFAVIP. E-mail: camillamirely10@hotmail.com (3) Aluno de iniciação científica do Centro Universitário do Vale do Ipojuca UNIFAVIP. E-mail: jmf_neto@hotmail.com (4) Professora Doutora do Centro Universitário do Vale do Ipojuca UNIFAVIP; E-mail: si_galvao@yahoo.com.br (5) Professor do Centro Universitário do Vale do Ipojuca UNIFAVIP; Doutorando da UFPE. E-mail:joao@vieramota.com.br (6) Professor do Centro Universitário do Vale do Ipojuca UNIFAVIP; E-mail: geovani@cidadealta.com.br O revestimento do tipo argamassado é tradicionalmente bem utilizado em nosso país, apresentando bom desempenho quando produzido com traço e materiais de boa qualidade e executado de maneira eficiente. Os revestimentos argamassados de reforço, com a introdução de uma tela armada em seu interior, podem ser utilizados quando se queira reforçar uma determinada região de uma alvenaria, especificamente estrutural. O presente trabalho objetivou fazer uma avaliação experimental e comparativa entre argamassas produzidas com metacaulim, uma argila caulinítica de elevada finura e reatividade, frente às tradicionais argamassas de cimento Portland, para analisar o benefício da utilização de metacaulim na propriedade mecânica de resistência à compressão. Foram ensaiados argamassas mistas inorgânicas contendo cimento, cal hidratada e areia, com 2 tipos de proporcionalidade em massa: 1:1:6 e 1:0.5:4.5, com teor de água ajustado para se ter um espalhamento na mesa da ABNT de 200±20mm e ainda, utilizados metacaulim com teores de 8% ou 15%, em adição ou substituição a massa do cimento. Os resultados indicam que a ação química e física da pozolana metacaulim propiciou um ganho de resistência à microestrutura das argamassas estudadas, sendo os teores de 15%, em substituição e adição, em relação à massa do cimento, os que mais colaboraram para o aumento desta propriedade. Palavras-Chave: Argamassa, revestimento, metacaulim, resistência à compressão Abstract The mortar coating is traditionally used in our country with high performing when produced with good quality materials and efficiently executed. The reinforcement mortar coatings with the introduction of an armed screen inside can be used when one wants to emphasize a specific region of a structure masonry. This paper to make a comparative evaluation between experimental and mortars produced with metakaolin, a kaolinitic clay of high fineness and reactivity against traditional Portland cement mortars, to examine the benefit of using metakaolin in the mechanical properties of compressive strength. Inorganic mixed mortars containing cement, hydrated lime and sand, with 2 types of proportionality mass were tested : 1:1:6 and ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 56CBC 1

1:0.5:4.5, with water content adjusted to have a spread on the table ABNT 200 ± 20mm and, metakaolin used in amounts of 8% or 15%, in addition or substitution of the mass of cement. The results indicate that the chemical and physical action of metakaolin pozzolan provided a improved compressive strength of mortar and the ones that contributed most to the increase of this content property to 15% by substitution and addition with respect to the weight of cement. Keywords: Mortar, coat, metakaolin, compressive strength ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 56CBC 2

1 Introdução A Alvenaria estrutural é um sistema construtivo bastante antigo, porém a sua disseminação acontece a partir dos anos 60 com pesquisas na área, criação de teorias fundamentadas em extensas bases experimentais, esforços de engenheiros e projetistas em grandes realizações em alvenaria, progressos na fabricação de materiais e nas técnicas de execução. Este processo construtivo se caracteriza pelo uso de paredes como principal estrutura de suporte do edifício, dimensionadas através de cálculo racional. Na Alvenaria Estrutural a parede desempenha um duplo papel: Vedação vertical e Suporte Estrutural. (FRANCO, 2004) É sabido que o principal aspecto das patologias em revestimentos argamassados, em especial aos revestimentos externos, é uma elevada carência na extensão de aderência (demasiado grau de porosidade na interface). Logo, faz-se necessário investigar aspectos influenciadores na redução dos poros, essencialmente, na interface base/argamassa. TAHA (2001) em pesquisa com pozolana, concluiu que a adição desse material em argamassas tende a incrementar o desempenho mecânico em até 2,75 vezes, em especial na resistência de aderência de argamassas inorgânicas. Diversas pesquisas mostraram que a adição de pozolanas em materiais cuja matriz é cimentícia, provoca um maior empacotamento da mistura deixando-a mais densa, gerando uma redução natural da porosidade desde a interface (devido ao efeito parede) até a superfície (MOTA, 2006). De acordo com Neto (2006) quando a pozolana atua em sistemas a base de cimento Portland, acelera o processo de hidratação devido à finura de suas partículas. A respeito da metacaulim o efeito pozolânico é uma relação direta entre sua qualidade e sua finura, portanto, quanto maior sua qualidade e finura maior será seu efeito pozolânico, melhor será seu desempenho junto ao sistema a base de cimento Portland. O Metacaulim, de acordo com Rocha (2005), é um material pozolânico, cuja rede atômica apresenta pouca ou nenhuma organização cristalina, sendo um material predominantemente amorfo. Em presença do clínquer de cimento Portland, leva à formação de outros compostos mais estáveis e mais resistentes mecânica e quimicamente. Seu efeito pozolânico é tão maior quanto maior for sua qualidade e finura, entretanto as características dos outros componentes da mistura, em especial do cimento Portland, também têm grande influência na eficácia do Metacaulim. Rocha (2005) explica que a utilização do metacaulim em matriz cimentícia contribui para o aumento da resistência mecânica das misturas que utilizam desta pozolana, e que a dosagem ideal situa-se entre 6% e 15%, em relação à massa de cimento, e em alguns casos especiais, dependendo da aplicação e demais materiais na mistura, pode chegar até 20%. Este autor ainda comenta que o acréscimo na resistência à compressão pode chegar a até 50% quando utilizado como adição suplementar ao cimento Portland. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 56CBC 3

Avaliando a influência de pozolanas como Metacaulim em argamassas Galvão (2004) verificou que às argamassas adicionadas elevaram consideravelmente as propriedades mecânicas e de durabilidade, quando comparadas com argamassa mista sem adição, assim como, Silva (2012), com base em estudos realizados, concluiu que a ação química e física da pozolana metacaulim produz a melhoria da resistência à compressão dos concretos e argamassas. A importância da pozolana torna-se de tal ordem que sua finura permite se posicionar entre as partículas de cimento, preenchendo os vazios (efeito físico filler), e proporciona a transformação em C-S-H (efeito químico) quando a sílica da pozolana combinada com o hidróxido de cálcio do cimento. O fenômeno físico explica a diminuição do teor de vazios, pois ocorre enquanto não se iniciam as reações pozolânicas, tendo em vista preenchimento dos espaços existentes que seriam ocupados pelo ar (MOTA apud MOSEIS et al., 2001). Para reforçar estruturas de alvenaria estrutural torna-se conveniente o uso de uma argamassa de alta resistência e uma tela armada em seu interior. Logo, este estudo tem por objetivo a avaliação comparativa entre argamassas produzidas com metacaulim, uma argila caulinítica de elevada finura e reatividade, frente às tradicionais argamassas de cimento Portland. A escolha pela utilização do metacaulim advém do fato de que devido a sua finura e reatividade pode proporcionar um ganho de durabilidade à microestrutura das argamassas estudadas. Para esta avaliação foram realizados ensaios de resistência mecânica à compressão. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 56CBC 4

2 Materiais e Metodologia Neste trabalho foi utilizada a adição mineral metacaulim, cal hidratada tipo (CHI) e cimento Portland do tipo (CP II Z) para produção de argamassas. Os materiais utilizados e os traços adotados encontram-se a seguir, nos itens 2.1 e 2.2. 2.1 Materiais Foi utilizado nesta pesquisa o cimento CP II-Z 32 (leva em sua composição, de 6 a 14% de pozolana). As características básicas deste estão presentes na Tabela 1, a seguir: ENSAIOS FÍSICOS Tabela 1- Especificações ABNT para o CP II-Z-32 CP II-Z-32 Especificações ABNT Blaine (cm²/g) >2600 NBR NM 76 Tempo de início de pega (h:min) >1 NBR NM 65 Tempo de fim de pega (h:min) <10 NBR NM 65 Finura na peneira # 200 (%) <12,0 NBR 11579 Finura na peneira # 325 (%) - NBR 9202 Expansibilidade a quente (mm) <5,0 NBR 11582 Consistência normal (%) - NBR NM 43 Resistência à compressão 1 dia (MPa) - NBR 7215 Resistência à compressão 3 dias (MPa) >10,0 NBR 7215 Resistência à compressão 7 dias (MPa) >20,0 NBR 7215 Resistência à compressão 28 dias (MPa) >32,0 NBR 7215 ENSAIOS QUÍMICOS Perda ao fogo (%) <6,5 NBR 5743 Resíduo insolúvel (%) <16,0 NBR 5744 Trióxido de enxofre - SO 3 (%) <4,0 NBR 5745 Óxido de cálcio livre - CaO Livre (%) - NBR 7227 Óxido de magnésio - MgO (%) <6,5 NBR 9203 Óxido de alumínio - Al 2 O 3 (%) - NBR 9203 Óxido de silício - SiO 2 (%) - NBR 9203 Óxido de ferro - Fe 2 O 3 (%) - NBR 9203 ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 56CBC 5

O material pozolânico utilizado nesta pesquisa foi a metacaulim, que segundo o fabricante atende as normas exigidas. O Agregado miúdo foi uma areia natural de natureza quartzosa, da região de Caruaru-PE, o ensaio de granulometria por peneiramento foi realizado de acordo com a NBR 248/2003. A composição granulométrica da areia encontra-se expressa na Tabela 2 e a Figura 1 representa a curva da distribuição granulométrica, com MF=2,29. Tabela 2- Composição Granulométrica da areia Peneira Média Abertura Peneira (mm) Abertura Peneira (POL) Massa Retida Percentual Retido (g) (%) Retido Acumulado (%) 12,7 1/2" 0 0 0 6,3 1/4" 1,9 0,4 0,4 4,75 4 2,1 0,4 0,8 2,36 8 14 3 3,8 1,18 16 38,6 8,2 12 0,6 30 114,5 24,2 36,2 0,3 50 204,5 43,3 79,5 0,15 100 78,9 16,7 96,2 Fundo 18 3,8 100 Total 472,5 100 228,9 Figura 1 Gráfico indicativo da curva granulométrica da areia utilizada no estudo A água utilizada foi proveniente da rede de abastecimento da Companhia Pernambucana de Saneamento (Compesa). ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 56CBC 6

2.2 Traços adotados Foram moldados argamassas nos traços 1:1:6 e 1:0,5 (cimento:cal:areia), com adição e substituição da metacaulim pelo cimento, em massa, nos teores de 8% e 15%. O teor da água foi ajustado para obtenção de um abatimento na mesa da ABNT de 200±20mm. 2.3 Metodologia dos ensaios Toda pesquisa foi executada no Laboratório de Engenharia Civil LEC do Centro Universitário do Vale do Ipojuca UNIFAVIP/DEVRAY (Caruaru, Pernambuco), haja vista fazer parte das pesquisas científicas desenvolvidas, ato contínuo, na instituição. Os ensaios de resistência à compressão foram realizados na TECOMAT. 2.3.1 Procedimentos de preparo, moldagem e cura de argamassa O trabalho foi desenvolvido através da preparação de amostras de argamassas mistas inorgânicas contendo cimento, cal hidratada e areia, com 2 tipos de dosagem, em massa, 1:1:6 e 1:0.5:4.5, dois teores de metacaulim adicionadas e substituídas em relação a massa do cimento (8% e 15%). Onde, para cada amostra de cada traço estudado foram moldados 6 corpos de prova cilíndricos e metálicos de 5 cm x 10 cm. Traço Tabela 3- Codificação das amostras moldadas Adição Teor de Metacaulim Substituição 0% 8% 15% 0% 8% 15% 01:01:06 AT1-0 AT1-8 AT1-15 ST1-S0 ST1-8 ST1-15 1:0,5:4,5 AT2-0 AT2-8 AT2-15 ST2-S0 ST2-8 ST2-15 A moldagem seguiu os procedimentos da NBR 5738/2003. Todos os corpos de provas foram desmoldados após 48 horas da mistura e em seguida imersos em tanque de cura até 24 horas antes da realização dos ensaios. O teor de água da mistura foi ajustado para se obter um espalhamento na mesa da ABNT de 200±20 mm. O material necessário para o traço foi pesado em uma balança eletrônica com resolução de 0,1g, tomando-se cuidado para retirar o valor da tara do recipiente. A Figura 2 mostra os materiais nos recipientes. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 56CBC 7

Figura 2 Material para elaboração do traço - Fonte: autor, 2014 Feita a pesagem do material, iniciou-se o processo de mistura na argamassadeira, misturando-se primeiro o material seco, depois se adicionou água e realizou-se o procedimento de mistura com 30 segundos na velocidade lenta (parada para limpeza paleta) em seguida repetiu-se essa etapa e depois por 1 minuto na velocidade máxima, mostrada na Figura 3 abaixo. (NBR 7222/2001). Figura 3 Processo de mistura - Fonte: autor, 2014 Realizada a mistura de todo o material, realizou-se o ensaio de flow table. A argamassa fresca foi colocada no cone (ensaio flow table), em três camadas, cada uma adensada com 15, 10 e 5 golpes, respectivamente, conforme Figura 4, a seguir. (4a) (4b) Figura 4 Ensaio de flow table - Fonte: autor, 2014 ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 56CBC 8

A Figura 5 mostra a queda da mesa em 30 segundos contemplando 30 quedas. Figura 5 Material após os golpes - Fonte: autor, 2014 Com o auxilio do paquímetro, em três lados diferentes mediu-se o abatimento. No presente trabalho fixado em 200 20 mm, ver figura 6. Figura 6 Medição do abatimento - Fonte: autor, 2014 A relação água cimento manteve-se entre 1,1 e 1,7, a fim de alcançar o abatimento desejado. As Tabelas 4 e 5, a seguir, mostram resultados dos ensaios realizados em laboratório. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 56CBC 9

Tabela 4- Quantidade de cada material usado para cada traço assim como a relação água-cimento Traço Adição ou substituição Cimento(g) Cal(g) Metacaulim(g) Areia(g) Água (ml) Ra/c 1:1:6 Referencia 250,2 250,2-1501 375 1,5 1:1:6 Adição de 8% 250 250 20 1500 400 1,6 1:1:6 Substituição de 8% 230 250 20 1500 390 1,7 1:1:6 Adição 15% 250 250 37,5 1500 400 1,6 1:1:6 Substituição 15% 212,5 250 37,5 1500 360 1,7 1:0,5:4,5 Referencia 288,9 144,45-1300 320 1,1 1:0,5:4,5 Adição de 8% 288,9 144,45 23,11 1300 320 1,1 1:0,5:4,5 Substituição de 8% 265,8 144,45 23,11 1300 320 1,2 1:0,5:4,5 Adição 15% 288,9 144,45 43,3 1300 350 1,2 1:0,5:4,5 Substituição 15% 245,6 144,45 43,3 1300 345 1,4 Tabela 5- Abatimentos para as amostras de cada traço Traço Tipo Abatimento (mm) 1:1:6 1: 0,5: 4,5 Referência 190 193 198 Adição de 15% 196 199 195 Adição de 8% 211 222 220 Substituição de 15% 199 193 193 Substituição de 8% 197 199 201 Referência 214 217 220 Adição de 15% 201 202 201 Adição de 8% 191 195 202 Substituição de 15% 210 217 212 Substituição de 8% 193 196 195 2.4 Ensaio realizado O ensaio realizado foi o de resistência à compressão. Foram moldados 3 corpos de prova (5x10cm) por situação, e na idade de 91 dias foram rompidos. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 56CBC 10

3 Resultados e Discussões Os resultados da resistência à compressão, realizados na idade de 91 dias, são apresentados nas Tabelas 6 e 7 a seguir. Os resultados abaixo representam uma média de três corpos de prova ensaiados. Tabela 6- Resultados de resistência à compressão do traço 1:1:6 Traço 1:1:6 Teor de metacaulim em adição ou substituição ao cimento Resultados (MPa) Referência (T1-0) 7,5 Adição de 8% (T1A-8) 9 Substituição de 8% (T1S-8) 7,3 Adição de 15% (T1A-15) 10,4 Substituição de 15% (T1S-15) 10,5 Tabela 7- Resultados de resistência à compressão do traço 1:0,5:4,5 Teor de metacaulim em adição ou Resultados Traço substituição ao cimento (MPa) 1:0,5:4,5 Referência (T2-0) 12,8 Adição de 8% (T2A-8) 16,6 Substituição de 8% (T2S-8) 13,1 Adição de 15% (T2A-15) 17,6 Substituição de 15% (T2S-15) 13,9 A Figura 7 apresenta, em ordem crescente, a análise das amostras em relação à resistência à compressão, aos 91 dias, para cada tipo de argamassa utilizada. As maiores resistências à compressão foram constatadas nas argamassas com metacaulim em sua composição, sendo as diferenças mais significativas constatadas no segundo traço e quando foi adicionado metacaulim ao cimento. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 56CBC 11

Figura 7 Representação da avaliação da resistência à compressão aos 91 dias A Tabela 8 mostra o acréscimo, em percentual, que o traço 1:0,5:4,5 obteve a mais que o traço 1:1:6, com relação a mesma adição ou substituição ao cimento de metacaulim, referente a resistência à compressão. Tabela 8- Porcentagem que o traço 1:0,5:4,5 obteve a mais que o traço 1:1:6 Amostra Traço 01:01:06 1:0,5:4,5 Acréscimo que o traço 1:0,5:4,5 obteve a mais que ao traço 1:1:6 (%) Referência 7,5 12,8 70,67 Adição de 8% 9 16,6 84,44 Adição de 15% 10,4 17,6 69,23 Substituição de 8% 7,3 13,1 79,45 Substiuição de 15% 10,5 13,9 32,38 Já a Tabela 9 mostra o percentual que cada amostra obteve, a mais ou a menos, em comparação com a amostra de referência do seu respectivo traço, com relação à resistência à compressão. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 56CBC 12

Tabela 9- Porcentagem que as amostras obtiveram comparando-se com a de referência Amostra Traço 1:1:6 Traço 1:0,5:4,5 Adição de 8% 20% 29,69% Adição de 15% 38,67% 37,50% Substituição de 8% -2,67% 2,34% Substituição de 15% 40% 8,59% Para o primeiro traço (1:1:6) foi observado um incremento da resistência à compressão quando foi utilizada a metacaulim na dosagem, nos teores de 8% e 15%, exceto na argamassa com 8% em substituição ao cimento que apresentou resistência bem próxima a amostra de referência. Esta diferença foi mais marcante tanto para a adição quanto para substituição de 15%. Já para o segundo traço (1:0,5:4,5) os melhores resultados foram observados nos teores de 8% e 15%, em adição ao cimento. Observa-se que, o incremento máximo em relação ao traço 1:1:6, comparando-se com a amostra de referência, foi relativo a amostra com 15% de metacaulim (adição ou substituição). E para o traço 1:0,5:4,5, também comparado com a amostra de referência, foi a amostra com adição de 15% de metacaulim. Notou-se também que o melhor desempenho quanto à resistência à compressão tem uma tendência de melhoria quando a metacaulim foi adicionada em relação ao cimento e que o traço (1:0,5:4,5) devido ao menor consumo de água e maior teor de cimento, apresentou o melhor desempenho. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 56CBC 13

4 Considerações finais Os resultados indicam que a adição da pozolana metacaulim acrescenta melhorias nas argamassas estudadas, quanto a resistência à compressão, quando comparadas com a amostra de referência, em ambos os traços, com exceção da amostra de substituição de 8% do traço 1:1:6, que apresentou resistência bem próxima a amostra de referência. Para o traço 1:1:6 o melhor resultado para a resistência à compressão, aos 91 dias, foi a amostra com 15% de metacaulim (em adição ou substituição) e para o traço 1:0,5:4,5 o incremento máximo foi observado na amostra com adição de 15% de metacaulim. Concluiu-se que o traço 1:0,5:4,5 apresentou os maiores valores de resistência à compressão em comparação com o traço 1:1:6. A melhoria na resistência à compressão devido à adição ou substituição do metacaulim ao cimento foi também observada neste trabalho, sendo esta situação oriunda do maior empacotamento da mistura deixando-a mais densa, da reação pozolânica de formação do C-S-H na pasta, gerando uma redução natural da porosidade desde a interface (devido ao efeito parede) até a superfície. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 56CBC 14

5 Referências ASSOCIAÇÃO BASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 248 - Agregados - Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, 2003. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5738 - Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova. Rio de Janeiro, 2003. FRANCO, L.S. Alvenaria Estrutural Apresentações Escola Politécnica da USP PCC 2515, 2004. GALVÃO, S. P. Avaliação do desempenho de argamassas de reparo estrutural à base de cimento Portland modificadas por polímeros e contendo adições minerais. Goiás, 2004. MOTA, J. M. F. Influência da Argamassa de Revestimento na Resistência à Compressão Axial em Prisma de Alvenaria Resistente de Blocos Cerâmicos. Universidade Federal de Pernambuco Dissertação de Mestrado. Recife, 2006. MOTA, J. M. F; OLIVEIRA, R. A; ARRUDA, K. C. Utilização de Pozolana em Argamassas de Reforço para Alvenarias Resistentes. 7º - CINPAR- Congresso Internacional sobre patologia e Reabilitação de Estrututas. Fortaleza, 2011. NETO, R. M. Materiais Pozolânicos. Universidade Federal de Minas Gerais Monografia. Belo Horizonte, 2006. ROCHA, G. G. N. Caracterização microestrutural do metacaulim de alta reatividade. Dissertação (Mestrado) Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte, 2005. SILVA, F. J. Ação da pozolana metacaulim em matriz cimentícia. Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado em Engenharia Civil) FAVIP. Caruaru, 2012. TAHA, M. M. R.; SHRIVE, N. G. The use of pozollans to improve bond and bondstrength. 9th Canadian masonry symposium. Canadá, 2001. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 56CBC 15