Influência da adição de metacaulim e sílica ativa nas propriedades das argamassas inorgânicas

8/20/2019 Influência da adição de metacaulim e sílica ativa nas propriedades das argamassas inorgânicas

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ANAIS DO 57º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2015 – 57CBC 1

INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE METACAULIM E SÍLICA ATIVA NASPROPRIEDADES DAS ARGAMASSAS INORGÂNICAS

Evaluation Of Influences Of Metakaolin Addition Of Silica And Active In Mortar ForStrengthening Of Structural Confection

Paula Andrezza Santos de Souza(1); Fred Rodrigues Barbosa(2); João Manoel de Freitas Mota(3); Angelo Just Costa e Silva(4); Gabriela Mota Santos(5); Iully Karoline Leal(6)

(1) Aluna de iniciação científica – UNIFAVIP;

E-mail:[email protected](2) Professor, Centro Universitário do vale do Ipojuca – UNIFAVIP;

E-mail: [email protected]

(3) Professor Mestre do Centro Universitáriodo Vale do Ipojuca – FAVIP e Professor do IFPE;

Doutorando, UFPE; E-mail: [email protected]

(4) Professor Doutor, Universidade Católica de Pernambuco – UNICAP; Engenheiro da Tecomat.E-mail: [email protected]


E-mail:[email protected]


E-mail:[email protected]

ResumoMuitas edificações que utilizam o conceito de alvenaria estrutural já necessitam de ações de recuperaçãoe/ou reforço para restabelecimento de sua estabilidade. Este é um problema que atinge o mundo todo e aRegião Metropolita do Recife não foge a regra, contudo esta problemática ainda carece de posicionamentoem relação à apresentação de propostas viáveis (técnica e economicamente) que permitam iniciar osprocessos de recuperação e reparos em larga escala. Neste sentido, uma das opções que vem sendoanalisadas reside na utilização de argamassa armada como reforço estrutural. O presente trabalho tem porobjetivo apresentar a influência de adições minerais em argamassas inorgânicas. Assim, apresentam-seavaliações comparativas de desempenho entre argamassas produzidas com dois diferentes tipos deadições minerais - metacaulim de alta reatividade e sílica ativa, frente a argamassas sem adição. Asavaliações foram realizadas para a proporcionalidade 1:1:6 (cimento:cal:areia) e considerando ainda os

teores de 8% e 15% para substituição parcial da massa de cimento por pozolana. Em todos os casos aágua na mistura foi ajustada para um espalhamento de 200±20 mm Os resultados indicam que a utilizaçãodos materiais pozolânicos apresentam incremento nas propriedades mecânicas e que os melhoresdesempenhos tenderam para as amostras com 15%.

Palavra-Chave: Metacaulim, argamassa com adição, sílica ativa.

AbstractMany buildings that use the concept of structural masonry longer require recovery actions and / orreinforcement for restoring stability. This is a problem that affects the whole world and the MetropolitanRegion of Recife is no exception to the rule; However, this problem still lacks positioning for presentation ofviable proposals (technically and economically) for starting the recovery and repairs on a large scale. In thissense, one of the options that has been analyzed is the use of mortar as structural reinforcement. This paper

aims to present part of the studies that are being developed in the type of mortar selection that best suits therequirements of this problem. Thus, we present a comparative assessment of performance between mortarsproduced with two different types of mineral additions - high reactivity metakaolin and silica fume, compared

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to mortar without addition. The evaluations were performed for proportionality 1: 1: 6 (cement: lime: sand)and considering the levels of 8% and 15% for partial replacement of cement by mass pozzolan. In all caseswater in the mixture was adjusted to 200 ± 20mm scattering. The results indicate that the use of pozzolanicmaterials provide considerable increase in the mechanical properties and durability and that the bestperformance was observed for the samples with 15% substitution.

Keyword : Metakaolin, mortar with addition, silica fume.

1 Introdução

A Alvenaria estrutural é um sistema construtivo bastante antigo, porém a suadisseminação acontece a partir dos anos 60 com pesquisas na área, de tal modo queforam criadas teorias matemáticas, bem como critérios para fabricação de materiais eprocesso executivo. Portanto, este processo construtivo se caracteriza pelo uso deparedes como principal estrutura de suporte do edifício, dimensionadas através de cálculoracional (FRANCO, 2004).

Pode-se dizer que alvenaria estrutural é a solução mais especificada nos países daEuropa, Estados Unidos, Canadá, Austrália, tendo em vista os conhecimentos adquiridosem face ao desenvolvimento tecnológico pertinente que possibilitou elaboração deprojetos mais arrojados bem como processos sistematizados, sem empirismo no processo

executivo e nas restaurações (MOTA, 2006).Muitas edificações que utilizam o conceito de alvenaria estrutural já necessitam de açõesde recuperação e/ou reforço para restabelecimento de sua estabilidade (JABAROV,1985). Este é um problema que atinge o mundo todo e a Região Metropolita do Recifenão foge a regra.

O revestimento argamassado é tradicionalmente utilizado em nosso país, apresentandobom desempenho quando produzido com traço e materiais de boa qualidade e executadode maneira eficiente. Os revestimentos argamassados de reforço, com a introdução deuma tela armada em seu interior, podem ser utilizados quando se queira reforçar uma

determinada região da alvenaria, mais especificamente estrutural (SOUZA et al., 2014).

É sabido que o principal aspecto das patologias em revestimentos argamassados, emespecial aos revestimentos externos, advém de elevada carência da extensão deaderência (demasiado grau de porosidade na interface). Logo, faz-se necessárioinvestigar aspectos influenciadores na redução dos poros, essencialmente, na interfacebase/argamassa (CHASE, 1984).

Diversas pesquisas mostram que a adição de pozolanas em materiais cuja matriz écimentícia provoca um maior empacotamento da mistura, deixando-a mais densa, o quegera uma redução natural da porosidade desde a interface (devido ao efeito parede) até a

superfície. (NEVILLE, 1997).


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Dal Molin (1995) afirma que a melhoria da estrutura interna de concretos e argamassasproporciona aumento da capacidade mecânica e durabilidade. Mehta; Monteiro (1994)creditam que o incremento da resistência depende do refinamento dos poros, pois reduz afragilidade da matriz na zona de transição.

As adições minerais em geral são empregadas nas argamassas em substituiçãopercentual do cimento. Materiais pozolânicos são classificados em função da origem erequisitos químicos e físicos, tendo reatividade baixa, média ou alta. Pode-se destacarcomo as principais pozolanas a sílica ativa, cinza volante, metacaulim, dentre outras.(NETO, 2006).

Quando a pozolana atua em sistemas a base de cimento portland, acelera o processo dehidratação devido à finura de suas partículas, uma espécie de agente de nucleação, e,efeito químico devido produção de C-S-H (silicato de cálcio hidratado) e físico por contado refinamento dos poros (BARBOSA; MOTA; CARNEIRO, 2006).

A metacaulim tem em seu efeito pozolânico função da relação direta entre sua qualidadequímica e finura. Quanto maior o teor de alumina e a finura - maior será a reatividade emelhor será o desempenho junto ao sistema argamassado a base de cimento portland(COURARD et al., 2003).

Taha; Shrive (2001) mostraram que a resistência de aderência de argamassa inorgânicamista com adição de pozolana (sílica) aumentou em até 45% aos 180 dias. O teor ideal desubstituição de cimento por sílica ativa foi de 20% e o traço utilizado 1:1:6 (cimento, cal eareia em volume).

Galvão (2004) verificou elevado desempenho das argamassas com adição de metacaulimpor substituição de cimento. O teor de 15 % apresentou melhores resultados na proteçãocontra íons cloretos e carbonatação e maiores resistência à compressão, módulo deelasticidade e tração por compressão diametral. Todavia, absorção por imersão, não se

verificou diferenças em relação as amostras sem adição, constatando resultadossimilares.

Pesquisa com quatro diferentes tipos de metacaulim e sílica ativa, em substituição de15% da massa de cimento em argamassas de alto desempenho, revelaram a influênciada finura na resistência à compressão. Na Figura 1 verifica-se que nas idades inicias asargamassas contendo metacaulim com maior superfície específica (1, 2 e 3), apresentamvalores de resistência superiores aos obtidos para as argamassas de referência e comsílica ativa. Nas idades avançadas as amostras com metacaulim e sílica ativa apresentamvalores de resistência similares (CURCIO et al., 1998).


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Figura 1 - Resistência à compressão de argamassas com metacaulim e sílica ativa

Portanto, este estudo tem por objetivo apresentar a influencia da adição de sílica emetacaulim em propriedades mecânicas e relacionadas com durabilidade. Logo,

apresentar-se-ão avaliações comparativas de desempenho entre argamassas produzidascom dois diferentes tipos de adições minerais, a saber: (i) metacaulim; (ii) sílica ativa.

2 Materiais e Métodos

2.1 Materiais

Utilizou-se cimento portland CP II-Z-32, cal hidratada CH-I (aglomerantes amplamenteusados na Região Metropolitana do Recife), pozolanas (sílica ativa e metacaulim) e

agregado miúdo (areia natural de natureza quartzosa). A água utilizada foi proveniente darede de abastecimento da Companhia Pernambucana de Saneamento (Compesa), cujo


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pH estava próximo de 6,5. A composição granulométrica (NBR NM 248) da areiaencontra-se expressa na Tabela 1.

Tabela 2 - Composição granulométrica da areiaPeneira Média

Abertura Peneira (mm) Abertura Peneira (POL) Massa Retida (g) Percentual Retido (%) Retido Acumulado (%)

6,3 1/4" 5,6 1 1

4,75 4 4,8 0,9 1,9

2,36 8 21 4,3 6,2

1,18 16 52,9 10,5 16,7

0,6 30 162,9 32,6 49,3

0,3 50 167,7 33,5 82,8

0,15 100 76,7 15,3 98,1

Fundo 7,6 1,9 100

Total 499,7 100 256

2.2 Métodos

Toda pesquisa foi executada no Laboratório de Engenharia Civil – LEC – do CentroUniversitário do Vale do Ipojuca – UNIFAVIP/DEVRAY – (Caruaru, Pernambuco), hajavista fazer parte das pesquisas científicas desenvolvidas, ato contínuo, na instituição.

O trabalho foi desenvolvido através da preparação de amostras de argamassas mistasinorgânicas contendo cimento, cal hidratada e areia, com dosagem, em massa 1:1:6(Tabela 3), com adição de dois teores de metacaulim e sílica ativa, substituídas emrelação a massa do cimento (8% e 15%). Para cada amostra estudada foram moldadoscorpos de prova cilíndricos e metálicos de 5 cm x 10 cm (NBR 7215).

Tabela 3 - Amostras moldadas

TraçoTipo de adição mineral

Sem adição Metacaulim Sílica ativa

1:1:60% 8% 15% 8% 15%

REF M-8 M-15 S-8 S-15

Os materiais usados foram pesados em uma balança eletrônica com resolução de 0,1g,tomando-se cuidado para retirar o valor da tara do recipiente (Tabela 4).


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Tabela 4 – Quantidade dos materiaisID Amostra Cimento(g) Cal(g) Metacaulim(g) Sílica Ativa Areia(g) Água (ml) Ra/c

1 REF 250 250 - - 1500 375 1,5

2 M-8 230 250 20 - 1500 351,9 1,53

3 M-15 212,5 250 37,5 - 1500 361,25 1,7

4 S-8 230 250 - 20 1500 372,6 1,62

5 S-15 212,5 250 - 37,5 1500 382,5 1,8

Feita a pesagem do material, iniciou-se o processo de mistura na argamassadeira,

seguindo os procedimentos da NBR 7222/2011, misturando-se primeiro o material seco,depois se adicionou água para inicio do procedimento de mistura com 30 segundos navelocidade lenta (parada para limpeza paleta) em seguida repetiu-se essa etapa e depoispor 1 minuto na velocidade máxima.

Feita a mistura de todo o material, realizou-se o ensaio de flow table. A argamassa frescafoi colocada no cone (ensaio flow table), em três camadas, cada uma adensada com 15,10 e 5 golpes, respectivamente, contemplando 30 quedas. Com o auxilio do paquímetro,em três lados diferentes mediu-se o abatimento. No presente trabalho fixado em 200+/-20mm (Figura 2).

(a) (b) (c)Figura 2 - Ensaio de flow table

A relação água cimento manteve-se entre 1,5 e 1,8, a fim de alcançar o abatimentodesejado. A Tabela 5 a seguir, mostram resultados dos ensaios realizados em laboratório.

Tabela 5 - Valores médios dos abatimentos

ID Amostra Espalhamento (mm)

1 REF 215,18

2 M-8 196,05

3 M-15 195,6

4 S-8 199,45 S-15 207,5


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A moldagem seguiu os procedimentos da NBR 5738/2015. Todos os corpos de provasforam desmoldados após 48 horas da mistura e em seguida imersos em tanque de curaaté 24 horas antes da realização dos ensaios. Moldaram-se 6 (seis) réplicas por amostra,seguindo as recomendações da NBR 7215/13279, Todos os corpos de prova foramcapeados nas duas faces com enxofre (Figura 3), sendo os ensaios realizados nas idadesde 28 e 150 dias.

Figura 3 – Corpo de prova capeado com enxofre

► Ensaio de tração por compressão diametralSeguiram-se as recomendações da NBR 7222/2011. Os corpos de prova foram moldadose curados conforme NBR 7215/5738. Os pratos da máquina foram ajustados até quefosse obtida uma compressão capaz de manter em posição o corpo de prova. A carga foiaplicada continuamente, sem choque, com crescimento constante da tensão de tração auma velocidade de (0,05 ± 0,02) MPa/s, até a ruptura do corpo-de-prova. Os ensaios detração por compressão diametral foram realizados na idade de 150 dias.

► Ensaio de absorção por capilaridade

O ensaio de absorção de água por capilaridade consiste em determinar a absorçãocapilar em um corpo de prova ao longo do tempo, em função da variação de massa atésua estabilização; assim quanto mais conectados forem os poros capilares, maior será aabsorção apresentada.

Para a realização deste ensaio alguns corpos de prova permaneceram em cura submersaaté a idade de 28 dias, sendo retirados do tanque de cura e colocados para secar ao arlivre até a idade de 57 dias. Assim, colocaram-se na estufa a uma temperatura de 40º ± 5ºC até obter-se constância de massa, o que ocorreu após um período de 14 dias. Apósesse período os corpos de prova foram retirados da estufa e colocados para resfriar ao arlivre, de forma a evitar taxas iniciais elevadas de absorção d’água quando do início do

ensaio. Antes do contato inicial dos corpos de prova com a água eles foram pesados,determinando-se assim sua massa inicial (m10); em seguida foram colocados sobresuportes numa bandeja com água a temperatura de 23º ± 2º C de forma a manter o nível


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d’água constante a 5 ± 1 mm acima da f ace inferior do corpo de prova e pesados aos 10min. (m10) e 90 min. (m90).

Após a realização do ensaio os CP’s são retirados do recipiente de ensaio e parte-se paraa realização da sua ruptura por compressão diametral conforme NBR 7222/2011possibilitando a anotação da distribuição de água no seu interior.

3 Resultados e Discussões

►Resistência à compressão axialOs resultados de resistência à compressão axial estão apresentados nas Tabelas 6 e 7. AFigura 4 mostra o corpo de prova rompido à compressão axial.

Figura 4 – corpo de prova rompido à compressão axial

Tabela 6 - Resistência à compressão (Mpa) aos 28 diasID Amostra MÉDIA SD CV(%)

1 REF 5,42 0,3331 5,738

2 M-8 8,17 0,2242 2,744

3 M-15 8,71 0,3775 4,337

4 S-8 8,58 0,6983 8,138

5 S-15 9,48 1,226 12,93


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Tabela 7 - Resistência à compressão (Mpa) aos 150 dias

ID Amostra MÉDIA SD CV(%)

1 REF 10,88 0,4197 3,856

2 M-8 14,09 0,2569 1,823

3 M-15 14,38 0,4636 3,223

4 S-8 16,11 0,4646 2,885

5 S-15 17,45 1,321 7,567

►

Tração por compressão diametral A Tabela 8 apresenta resultados de tração por compressão diametral na idade de 150dias.

Tabela 8 - Resistência à tração por compressão diametral(Mpa) aos 150 dias

ID Amostra MÉDIA SD CV(%)

1 REF 0,5162 0,08458 16,39

2 M-8 0,4955 0,1759 35,51

3 M-15 0,6367 0,0987 15,54 S-8 0,5941 0,1069 17,99

5 S-15 0,5649 0,1964 34,77

► Absorção por capilaridade

Os resultados de absorção de água por capilaridade, A10 e A90, e do coeficiente decapilaridade C, estão descritos na Tabela 9 abaixo.

Tabela 9 - Absorção de água por capilaridade e coeficiente de capilaridadeAmostra

Média M 0(g)

Média M 10(g)

Média M 90(g)

A 10(g/cm²)

A 90(g/cm²)

C(g/dm².min1/2)

REF 365,66 370,21 376,367 0,284 0,669 0,4

M-8 372,143 376,393 381,9 0,266 0,61 0,3

M-15 368,793 373,667 379,8 0,305 0,688 0,4

S-8 371,06 375,073 378,833 0,251 0,486 0,2

S-15 370,557 374,883 380,467 0,27 0,619 0,3


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4 Considerações finais

Os resultados mostraram alinhamento diversas pesquisas que avaliaram os benefíciospromovidos por adições minerais, haja vista aumento das resistências mecânicas etendência de redução da permeabilidade.

Os melhores resultados para a resistência à compressão foram referentes as amostrascom adição de sílica ativa. Sabe-se que o maior incremento foi observado na amostracom 15% de adição, todavia, quando comparado com 8% não se verifica diferençasignificativa.

Para as amostras que continham metacaulim, o incremento na resistência à compressãofoi de 32% aproximadamente. Ademais, não se verificou diferença significativa quando sevariou os teores das adições.

Para os resultados de tração por compressão diametral o melhor desempenho está naamostra que continham 15% de metacaulim.

Pode-se dizer que, a melhoria nas resistências à compressão e tração por compressãodiametral, advém da combinação das adições minerais com o cimento, haja vista reaçãoda sílica da pozolana com o hidróxido de cálcio do cimento gerando C-S-H (fenômenoquímico), e, pelo refinamento dos poros (fenômeno físico). Portanto, estes fatorespropiciam um maior empacotamento da mistura deixando-a mais densa.

Acerca da permeabilidade, não se verificou diferenças significativas das amostras comadição em relação as amostras de referência.

5 Referências

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5738 – Concreto – Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova. Rio de Janeiro, 2015.

_______. NBR 7215 - Cimento Portland - Determinação da resistência à compressão. Rio deJaneiro, 1996.

_______. NBR 7222 – Concreto e Argamassa - Determinação da resistência à tração porcompressão diametral de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2011.

_______. NBR NM 248. Agregados - Determinação da composição granulométrica, Rio de

Janeiro, 2003.


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