Avaliação da frente de Carbonatação de Argamassas de...

ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2014 – 56CBC 1

Avaliação da frente de Carbonatação de Argamassas de Reforço de Revestimento com Adição e Substituição de Metacaulim

Evaluation of carbonation penetration in Reinforcing Coating Mortar with Addition and Substitution of Metacaulim

José Martins de França Neto(1); Camilla Mirelly Evaristo da Silva(2); Paula Andrezza Santos de

Souza(3); Simone Perruci Galvão(4) João Manoel de Freitas Mota(5); Geovani Almeida da Silva(6)

(1) Aluno de iniciação científica do Centro Universitário do Vale do Ipojuca – UNIFAVIP. E-mail: [email protected]

(2) Aluna de iniciação científica do Centro Universitário do Vale do Ipojuca – UNIFAVIP. E-mail: [email protected]

(3) Aluna de iniciação científica do Centro Universitário do Vale do Ipojuca – UNIFAVIP. E-mail: [email protected]

(4) Professora Doutora do Centro Universitário do Vale do Ipojuca – UNIFAVIP; E-mail: [email protected]

(5) Professor do Centro Universitário do Vale do Ipojuca – UNIFAVIP; Doutorando da UFPE. E-mail:[email protected]

(6) Professor do Centro Universitário do Vale do Ipojuca – UNIFAVIP; E-mail: [email protected]

Resumo

Na construção civil são encontradas com frequência diversas manifestações patológicas, em edificações, relacionadas a ações que comprometem a durabilidade da estrutura. Especialmente quando uma argamassa de revestimento armado é concebida sem critérios de execução ou com dosagem inadequada de materiais. Na ótica da dosagem, foco deste trabalho, várias pesquisas mostraram que a adição de pozolanas em materiais com matriz cimentícia, promove um maior empacotamento e compacidade da mistura, gerando, por conseguinte, uma redução da argamassa, protegendo a armadura inserida em seu interior do ataque de agressões do meio ambiente, como por exemplo, a carbonatação da argamassa. O presente trabalho objetiva avaliar o incremento de durabilidade frente à carbonatação das armaduras de argamassas inorgânicas com adição e substituição de metacaulim, sendo consideradas amostras contendo adições e substituições de metacaulim em 0%, 8% e 15%, em relação à massa do cimento, bem como a própria amostra de referência, nos traços 1:1:6 e 1:0,5:4,5, e teor de água ajustado para se obter um espalhamento na mesa da ABNT de 200 ± 20 mm. Após 91 dias de exposição ao ambiente foi constatado que os teores de 8% em Adição propiciaram uma menor carbonatação das argamassas em relação ao traço de referência. Palavra-Chave: Argamassa; Metacaulim; Carbonatação; Revestimento.


Abstract

In civil construction structures are often found several pathological manifestations related to actions that compromise the durability of these. Mainly when a mortar reinforced are designed without standard of performance or inadequate dosing of materials. In the viewpoint of strength of carbonation, focus of this work, several studies have shown that the addition of pozzolans in materials with cementitious matrix promotes a greater packaging of the microstructures, thereby generating a reduction of the mortar, protecting the steel inside of this of surrounding environment attack, for example the effects of CO2. This paper evaluate the increase of carbonation durability of inorganic mortars with addition and replacement of metakaolin, in relation to the cement content, in samples containing at 0%, 8 % and 15%, and dose 1:0,5:4,5 and 1:1:6 , and water content adjusted to give a spread in ABNT table of 200 ± 20 mm. After 91 days of exposure to the environment was found that the levels of 8 % in addition provided a lower carbonation of mortars in relation to the mark. Keywords: Mortar; Metakoulin; Carbonation; Coating.


1 Introdução

Com os desabamentos em prédios do tipo caixão, edifícios concebidos em alvenaria autoportante, observados em Recife/Pe, e a constatação da não conformidade da construção com o previsto em projeto, como por exemplo: utilização de tijolos cada vez menos espessos, com paredes internas delgadas, com cozimento inadequado (inferior a 1000 graus celcius), na alvenaria de embasamento; além de supressão de vigas, pilares e revestimento desta região e o contato direto das águas servidas nesta alvenaria sem revestimento, acarretam diversas manifestações patológicas nestes tipos de edificações; além de outros fatores oriundos de reformas sem orientação de profissionais aptos (MARTINS, 2012). Estas informações levam o meio científico a buscar soluções para evitar tantos acidentes. Cadore (2008) faz referência ao trabalho de Sarja & Vesikari (1996), onde eles apresentam uma definição do termo durabilidade como a capacidade de um edifício, estrutura, componente ou produto manter um desempenho mínimo em um determinado tempo, sob a influência de agentes agressivos, desse modo, a proteção da fundação torna-se, portanto, fundamental, ficando-se preocupado com o que vai acontecer com a estrutura ao longo de toda a sua vida útil, visando-se desta forma protegê-la de ações que visam a comprometer sua durabilidade. Vários estudos científicos apontam os benefícios nas propriedades mecânicas e de durabilidade em argamassas e concreto com a introdução da adição mineral Metacaulim e ressaltam os efeitos da compacidade da pasta devido as reações pozolânicas e efeito filer (preenchimento) (WILD et al. (1996) apud BARATA & DAL MOLIM (1998); CORDEIRO, 2001; SABIR, WILD, BAI, 2001). O metacaulim de alta reatividade é obtido pela ativação térmica de uma argila caolim de alta pureza dentro de uma temperatura específica. O processo de aquecimento expele a água da caolim (Al2O3. 2 SiO2. 2H2O) e destrói a estrutura do material, resultando em um aluminosilicato amorfo (Al2O3. 2 SiO2) metacaulim (GRUBER et al., 2001). O material apresenta-se na forma de pó, normalmente se apresenta na cor rosa ou branca e é extremamente fino, apresenta um diâmetro médio

1,5 m e área específica 20 000 m2/kg. Este trabalho se propõe avaliar a durabilidade (frente de carbonatação) de argamassas de revestimento com cimento, cal, metacaulim e areia, utilizada como material de reforço em alvenaria de embasamento, conjuntamente com uma malha de aço, visando reforço destas estruturas. Cadore (2008) define o processo de carbonatação como sendo o processo físico-químico de neutralização da fase líquida nos interstícios dos compostos cimentícios, saturadas de hidróxidos de cálcio e de outros compostos alcalinos hidratados. Acerca de como ocorre tal processo e sua principal consequência, podemos destacar que: a carbonatação do material cimentício ocorre devido à reação dos componentes alcalinos, dissolvidos na


solução intersticial, com o dióxido de carbono da atmosfera que penetra através dos poros do material. A principal consequência da carbonatação é a redução da alcalinidade da solução intersticial nas áreas carbonatadas sendo responsável pela despassivação e consequente corrosão do aço. (PINA, 2009).

Os danos que podem ser causados pelo processo da carbonatação são diversos, desde a expansão até a redução da seção da armadura, como destacado a seguir:

Os danos causados pela corrosão das armaduras por carbonatação manifestam-se sob a forma de expansão, fissuração, destacamento do recobrimento, perda de aderência e redução da secção da armadura. Os óxidos de ferro resultantes da corrosão ocupam um volume três a dez vezes superior ao aço original da armadura, causando assim tensões internas que levam à fissuração do material cimentício e incrementam, consequentemente, a entrada de CO2 no interior do material.(PINA, 2009).

De acordo com Silva e Dantas (2012) a carbonatação depende de fatores como:

Umidade do Ambiente: Poros parcialmente preenchidos com água apresentam condições favoráveis;

Traço: Altas relações água/cimento (a/c) resultam em compostos porosos e, portanto, aumentam as chances de difusão de CO2 entre os poros;

Cura: Ao se realizar uma cura adequada, diminui a tendência à fissuras que poderiam facilitar a entrada do CO2;

Condições Ambientais: Altas concentrações de CO2 aumentam a chance de ataque.

O Metacaulim, definido por Beltrão e Zenaide (2010), como sendo um material pozolânico obtido da calcinação, entre 700°C e 800°C, constituído basicamente de 51% sílica (SiO2) e 41% de alumina (Al2O3) na fase amorfa (vítrea), formando silicato de alumínio, que ao se posicionarem entre as partículas de cimento preenchendo os vazios (ação de micro-filler), proporcionam alta reatividade com o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), ou seja, proporcionando uma reação química pozolânica à pasta de cimento. Ainda de acordo com os mesmos autores, o fabricante da adição informa que o uso da mesma aumenta a resistência mecânica da pasta, reduz a porosidade e capilaridade, tornando-a menos permeável, inibindo a penetração de agentes agressivos que possam reagir com a pasta e com a armadura da estrutura como cloretos e sulfatos.

De acordo com os estudos de Sartori (2013), a ação de micro-filler proporcionada pela adição na matriz cimentícia, gera uma diminuição dos macro poros pela reação pozolânicas, o que os torna mais fechados e tortuosos e faz com que a difusão de CO2 em matrizes com maior quantidade de macro poros seja diminuída, ocorrendo o decréscimo da profundidade de carbonatação. Porém, este mesmo autor, aponta trabalhos como os de Martinelli (2010), Hoppe (2008) e Isaia, Vaghetti; Gastaldini (2001), onde se verifica que a redução do teor de clínquer do aglomerante, com a substituição do cimento por pozolanas, tem como consequência uma diminuição na quantidade de C-H


gerada pelas reações de hidratação do cimento, ou seja, predomina o efeito de menor reserva alcalina, resultando numa frente de carbonatação mais veloz. Isso significa que o metacaulim consome maior quantidade de Ca(OH)2 e que resulta numa menor quantidade de CH remanescente e faz com que haja um maior coeficiente de carbonatação. O trabalho a seguir se propoe a avaliar os efeitos da adição sobre a ação da carbonatação evidenciando um efeito positivo ou não sobre a frente de carbonatação nas argamassas avaliadas.

2 Metodologia e Materiais

Sob a intenção de avaliar o objetivo principal do estudo, ou seja, o incremento proporcionado pela adição de metacaulim em argamassas, relacionada à sua durabilidade, foram realizadas análises da frente de carbonatação nas argamassas devido sua grande relevância na durabilidade de estruturas armadas.

2.1 Materiais

Utilizou-se os aglomerantes, cimento CP II-F-32 que leva em sua composição, de 6 a 14% de pozolana cujo características básicas deste estão presentes na Tabela 1 e cal hidratada CH-I, provenientes de fabricantes líderes em venda na região.

Tabela 1 – Especificações da ABNT para o CP II Z – 32.

ENSAIOS FÍSICOS 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




ENSAIOS QUÍMICOS Especificações ABNT

Perda ao fogo (%) <6,5 NBR 5743

Resíduo insolúvel (%) <16,0 NBR 5744

Trióxido de enxofre - SO3 (%) <4,0 NBR 5745

Óxido de cálcio livre - CaO Livre (%) - NBR 7227

Óxido de magnésio - MgO (%) <6,5 NBR 9203

Óxido de alumínio - Al2O3 (%) - NBR 9203

Óxido de silício - SiO2 (%) - NBR 9203

Óxido de ferro - Fe2O3 (%) - NBR 9203

Óxido de cálcio - CaO (%) - x

O agregado graúdo utilizado trata-se de uma areia natural, naturalmente quartzosa, amplamente encontrada na região. Material este que foi caracterizado por sua composição granulométrica, obtida através do ensaio de peneiramento conforme NBR 248/2001 e demonstrada na Tabela 2 e na figura 1.

Tabela 2 – Composição Granulométrica da Areia.

Peneira Média

Abertura

Peneira (mm)

Abertura

Peneira (POL)

Massa Retida

(g)

Percentual

Retido (%)

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 – Curva Granulométrica da Areia

O material pozolânico utilizado nesta pesquisa foi o metacaulim e a água utilizada para a realização da mesma, trata-se da que é fornecida pela rede de abastecimento da Companhia Pernambucana de Saneamento (COMPESA).

2.1.1 Traços Adotados

O estudo foi efetuado em vinte amostras, sendo dez para o traço 1:1:6 e dez para o traço 1:0,5:4,5, de argamassas mistas de cimento Portland, cal hidratada e areia, com percentuais de 0%, 8% e 15% de adição e substituição de metacaulim em relação à massa do cimento.

2.1.2 Caracterização das Amostras

Durante a preparação das amostras, fora mantida constante a propriedade de trabalhabilidade da argamassa, medida a partir da mesa de consistência (flow table) num


valor de (200+20) mm. Assim, as quantidades proporcionais dos materiais empregados estão apresentadas nas Tabelas 3 e 4, a seguir:

Tabela 3 – Quantitativo de materiais utilizados no traço 1:1:6.

Traço Adição ou

substituição

Cimento

(g)

Cal

(g)

Metacaulim

(g)

Areia

(g)

Água

(ml)

1:1:6

Referencia 250,2 250,2 - 1501 375

Adição 15% 250 250 37,5 1500 400

Substituição 15% 212,5 250 37,5 1500 360

Adição de 8% 250 250 20 1500 400

Substituição de 8% 230 250 20 1500 390

Tabela 4 - Quantitativo de materiais utilizados no traço 1:0,5:4,5.

Traço Adição ou

substituição

Cimento

(g)

Cal

(g)

Metacaulim

(g)

Areia

(g)

Água

(ml)

1:0,5:4,5

Referencia 288,9 144,45 - 1300 320

Adição 15% 288,9 144,45 43,3 1300 350

Substituição 15% 245,6 144,45 43,3 1300 345

Adição de 8% 288,9 144,45 23,11 1300 320

Substituição de

8% 265,8 144,45 23,11 1300 320

2.2 Metodologia do Ensaio

Toda pesquisa foi executada no Laboratório de Engenharia Civil – LEC – do Centro Universitário do Vale do Ipojuca – UNIFAVIP/DEVRY – (Caruaru, Pernambuco), fazendo parte das rotineiras pesquisas científicas desenvolvidas na instituição. Devido à falta de normatização referente à carbonatação, o ensaio foi realizado conforme o método (CPC – 18, RILEM, 1988). Como medida paliativa para inserção de um ambiente com CO2 aos corpos de prova, os mesmos foram colocados em ambiente externo ao laboratório, próximo à caixa de um ar condicionado, por um período de 91


dias. Esta condição propiciaria aos corpos de provas sofrer um incremento acelerado de CO2 devido a grande quantidade de CFC (Clorofluorcarboneto) que é emitida pelo aparelho, pelo fato do mesmo ser antigo e ficar funcionando cerca de 5 horas por dia, onde, de acordo com cálculos de controle de carbono, resultaria em uma quantidade média aproximada de 27,3 Kg de CO2 emitidos durante o período de exposição. A medida da frente de carbonatação foi realizada em um corpo de prova (vedado em todas as suas faces, exceto a do topo), sendo fraturados parcialmente, de forma transversal e, posteriormente fraturados longitudinalmente, devido ao fato da carbonatação provir da face superior. A profundidade de carbonação foi medida após 10 min da aspersão de uma solução de fenolftaleína (1 % de fenolftaleína, 70 % de álcool etílico e 29 % de água destilada, medidos em massa, com pH de viragem teórico a 25°C igual a 9,5) na face do corpo de prova.

2.2.1 Preparação das amostras para o ensaio

Após a produção das amostras, obtendo os valores citados anteriormente para o abatimento, os corpos-de-prova foram colocados submersos em um tanque (Fig. 2) para processo de cura durante 40 dias.

Figura 2 – Colocação dos corpos-de-prova no tanque

Em seguida, as amostras foram retiradas do tanque e, após um dia de secagem no ambiente interno do LEC, tiveram suas extremidades laterais e inferior pintadas por um adesivo estrutural à base EPÓXI, deixando sua extremidade superior livre (Fig.3 e 4).


Figuras 3 e 4 – Amostras recém retiradas do tanque e amostras pintadas com EPÓXI.

Com a secagem da tinta, os corpos-de-prova foram colocados próximos à caixa do ar-condicionado do LEC, por um período de 91 dias (Fig. 5).

Figura 5 – Corpos-de-prova próximos à caixa do ar-condicionado.

2.2.2 Ensaio de Carbonatação

Este ensaio foi realizado conforme uma adaptação do método descrito anteriormente (CPC – 18, RILEM, 1988). A solução de fenolftaleína adotada (Fig. 6), resulta em um meio capaz de marcar os trechos alcalinos das amostras, evidenciando, portanto, a parte carbonatada (não alcalina e transparente, na vista do marcador) (Fig. 7).


Figura 6 – Materiais utilizados na preparação da solução de Fenolftaleína.

Figura 7 – Distinção entre a parte carbonatada e a não-carbonatada.

Após preparação da mistura, as amostras das argamassas foram fatiadas transversalmente, em pequenos pedaços e estes, por sua vez, foram partidos longitudinalmente. Por fim, fora aplicada a solução acima descrita e, após 10min, foram retiradas as medidas por meio de um paquímetro disponível na instituição.


3 Resultados e Discussões

Foram selecionadas duas amostras de cada situação para medição. Os valores obtidos foram discriminados na Tabela 5. A partir dos valores encontrados, fora calculada a média para posterior construção dos gráficos que facilitam o entendimento, possibilitando a realização de uma análise comparativa entre as amostras.

Tabela 5 – Dados da Frente de Carbonatação analisada aos 91 dias.

Traço Amostra Frente Carbonatada (cm) Média (cm)

1:1:6

Referência 0,305

0,283 0,260

Adição 8% 0,131

0,136 0,141

Adição 15% 0,177

0,156 0,142

Substituição 8% 0,163

0,185 0,207


0,183 0,161

1:0,5:4,5

Referência 0,255

0,250 0,245

Adição 8% 0,135

0,123 0,122

Adição 15% 0,143

0,138 0,133


0,149 0,153


0,181 0,176


0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

Referencia Adição 8% Adição 15% Substituição 8%

Substituição 15%

01:01:06

1:0,5:4,5

Figura 8 – Gráfico com resultados das medidas de carbonatação.

Primeiramente, observou-se que, para a idade estudada (91 dias), o desempenho dos dois traços contendo amostras com percentuais de adição ou substituição de metacaulim foram satisfatórios se comparados à amostra de referência, por terem apresentado medidas inferiores. Analogamente ressalta-se que, ao realizar um comparativo entre os dois traços, evidencia-se um melhor desempenho por parte do segundo traço (1:0,5:4,5), traço no qual foi utilizado um menor teor de água, o que pode ter contribuido para a redução da quantidade de poros. Ressalta-se, no entanto, que para todos os traços os valores referentes a profundidade carbonatada foram baixas. Partindo para a análise do desempenho dos percentuais contendo metacaulim, verificou-se que os teores contendo adição de 8% (nos dois traços) obtiveram o resultado mais satisfatório entre todos. Logo, a adição da pozolana no traço quando comparada a sua substituição propiciou um melhor desempenho referente a profundidade de carbonatação atingido. Fato este que corrobora com afirmações de alguns autores sobre a atuação das adições minerais na redução da reserva de hidróxido de cálcio na pasta propiciando um efeito de uma frente de carbonatação mais acelerada. No entanto, este trabalho demonstrou que ambos teores da adição mineral, tanto em adição quanto em substituição, mostraram-se eficientes para melhorar a capacidade da argamassa de resistir aos efeitos da carbonatação em relação a uma argamassa padrão.


4 Considerações Finais Sabe-se que a adição de materiais pozolânicos em argamassas tende a incrementar o desempenho mecânico em até 2,75 vezes, em especial na resistência de aderência das argamassas, essa incorporação de metacaulim ou qualquer outro tipo de pozolana, promove uma densificação da pasta, com refinamento dos poros e aumento da tortuosidade dos capilares, diminuindo a permeabilidade, porém, resulta num incremento de taxa de carbonatação devido à ação conjugada dos gases e das reações pozolânicas.

Com efeito, apesar de a pozolana aqui utilizada apresentar o efeito micro filer, que lhe é intrínseco, quando ultrapassa determinados valores, interfere nas reações de formação do C-S-H. A substituição do cimento por pozolanas tem como consequência uma diminuição na quantidade de C-H gerada pelas reações de hidratação do cimento. Uma menor quantidade inicial de cal produzida, aliada ao consumo da mesma pelas reações pozolânicas e pela carbonatação, reduz o pH da pasta, que atrelado a queda do pH causado pela reação acaba por de gerar uma despassivação da armadura, que pode ocasionar um processo corrosivo na armadura, com posteriores custos de manutenção e reparo da estrutura.

No entanto, este trabalho demonstrou que ambos teores da adição mineral, tanto em adição quanto em substituição, mostraram-se eficientes para melhorar a capacidade da argamassa de resistir aos efeitos da carbonatação em relação a uma argamassa padrão. Evidenciando que o efeito micro filler, de redução dos tamanhos de poros e dos grãos na pasta, quando inserido adição mineral, se superpõe sobre a redução da reserva alcalina oriundo da reação pozolânica, responsável pela redução da reserva alcalina da pasta.


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