Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP

Departamento de Engenharia de Construção Civil

ISSN 0103-9830

BT/PCC/233

Influência do Tipo de Cal Hidratada naReologia de Pastas

Fabiola RagoMaria Alba Cincotto

São Paulo - 1999

Escola Politécnica da Universidade de São PauloDepartamento de Engenharia de Construção CivilBoletim Técnico - Série BT/PCC

Diretor: Prof. Dr. Antonio Marcos de Aguirra MassolaVice-Diretor: Prof. Dr. Vahan Agopyan

Chefe do Departamento: Prof. Dr. Alex Kenya AbikoSuplente do Chefe do Departamento: Prof. Dr. João da Rocha Lima Junior

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Coordenador TécnicoProf. Dr. Alex Abiko

O Boletim Técnico é uma publicação da Escola Politécnica da USP/Departamento de Engenharia de Construção Civil,fruto de pesquisas realizadas por docentes e pesquisadores desta Universidade.

Este texto faz parte da dissertação de mestrado, intitulada: "Características Reológicas de Pastas de CalesHidratadas Normalizadas e de Cimento", que se encontra à disposição com os autores ou no biblioteca da EngenhariaCivil.

FICHA CATALOGRÁFICA

Rago, Fabiola

Influência do tipo de cal hidratada na reologia de pastas 1 F. Rago, MA. Cincotto. -- São Paulo: EPUSP, 1998.24 p. -- (Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP, Departamento de Engenharia de Construção Civil,BT/PCC/233)

1. Cal hidratada 2. Argamassa - Propriedades 1. Cincotto, Maria Alba li. Universidade de São Paulo. EscolaPolitécnica. Departamento de Engenharia de Construção Civil 111. Título IV. SérieISSN 0103-9830

CDU 666.924

666.971

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO 31.1. Justificativa do estudo 31.2. Normalização da cal hidratada 4

2. COMPORTAMENTO REOLÓGICO DOS MATERIAIS NOESTADO FRESCO 62.1. Propriedades físicas responsáveis pelas característicasreológicas das argamassas 72. 1. 1. Coesão 72.1.2. Viscosidade 72.1.3. Atrito interno 8

3. O COMPORTAMENTO REOLÓGICO DA PASTA DECAL HIDRATADA 103.1. Influência da maturação da cal hidratada 11

4. ESTUDO EXPERIMENTAL 114.1. Métodos de Ensaio para Determinação da Reologia das Pastas 124. 1. 1. Determinação da área de espalhamento, das pastas 124.1.2. Determinação do tempo de escoamento das pastas 134.1.3. Determinação da viscosidade plástica e da tensão limite deescoamento com viscosímetro rotativo 134.1.4. Avaliação do rendimento das pastas Erro! Indicador não definido.

5. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 145.1. Estudo do tempo de escoamento das pastas 145.2. Estudo da área de espalhamento das pastas 5.3. Estudo da viscosidade plástica e da tensão limite de escoamento 165.4. Viscosidade da pasta versas finura do aglomerante 185.5. Rendimento 205.5. 1. Plastômetro, de Voss 205.5.2. Métodos desenvolvidos neste estudo 215.6. Comparação entre os métodos empregados no estudo 22

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS 23

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

RESUMO

Este trabalho apresenta conceitos teóricos sobre as propriedades das argamassas no estado fresco, sendodetalhado o estudo da pasta de cal hidratada.

Com base nos conceitos sobre reologia de pastas e suspensões, foram adaptados métodos de ensaios para oensaio das pastas cal hidratada.

Por meio dos ensaios, pretendeu-se comparar cales hidratadas, variando sua matéria prima, composiçãoquímica e características físicas. As cales hidratadas estudadas foram: cal cálcica CH 1, cal cálcica CH 111,cal dolomítica CH 1 e cal dolomítica CH 111. As cales do tipo CH 1 foram produzidas nas fábricas, e ascales do tipo CH 111 foram compostas em laboratório, substituindo-se parte da cal hidratada CH 1, pormaterial carbonático moído, da matéria-prima de origem de cada cal.

Os resultados demonstraram que a cal cálcica em contato com a água, apresenta viscosidade maior do que acal dolomítica, e ao se substituir parte da cal hidratada por material carbonático, a viscosidade das pastas deambas as cales - cálcica e dolomítica decresce.

Dentre os motivos das diferenças entre as viscosidades, estão a finura da cal hidratada, sua matéria-prima deorigem, e as cargas superficiais das partículas de cal.

ABSTRACT

The properties of lime mortars and pastes in fresh state are presented in this work. The rheology science ofpastes is aplicated in methods to test lime pastes.

Four kinds of hydrated lime are compared, with different chernical substances and phisic properties. Thehydrated limes studied were: "cálcica CH I", "cálcica CH III "dolomítica CH I" and "dolomítica CH 111".The hydrated lime CH 1 were producted in the industry, and the CH 111 were composed in laboratory, withthe original rock.

The hydrated lime "cálcica" presented the bigger viscosity. When the both limes were composed with youroriginal rock, the viscosity decrease.

The results show that the properties of hydrated lime like thickness, chemical substances and particle forces,can modify the viscosity of the paste.

1. INTRODUÇÃO

As argamassas no Brasil carecem de estudos tecnológicos aprofundados. 0 conhecimento técnico que se temdas argamassas inorgânicas até nossos dias, desenvolveu-se de modo empírico, baseado em alguns conceitospara concreto. No entanto, as propriedades requeridas das argamassas são diferentes das do concreto. Para oconcreto, por exemplo, a resistência à compressão é de extrema importância, enquanto para uma argamassa,esta propriedade representa apenas um parâmetro de caracterização.

Quando se estudam as propriedades das argamassas no estado fresco, remete-se ao estudo da reologia daargamassa, empiricamente conhecida como trabalhabilidade.

Uma vez que a argamassa pode ser considerada como uma dispersão de agregados em uma matriz departículas finas (preferencialmente pasta de aglomerantes), o seu comportamento reológico está intimamenteligado ao agregado (dimensão, forma e distribuição granulométrica), à pasta (características químicas, físicase quantidades dos materiais constituintes e teor de água) e à interação pasta-agregado.

Como não se conhece a influência da cal hidratada na reologia das argamassas, este estudo visou o estudo dareologia das pastas de cal, para se tomar como base ao se estudar a reologia da argamassa propriamente dita.

1.1. Justificativa do estudo

Uma boa argamassa, além de ser bem dosada, deve ser composta por materiais de boa qualidade.Tradicionalmente, sempre se utilizou cal como um dos constituintes das argamassas. Atualmente, com o usode aditivos cada vez mais difundido, a cal tem sido abandonada em muitos casos. No entanto, sabe-se queessa prática afeta a durabilidade de revestimentos, como já observado em alguns países da Europa, como porexemplo a França, que tem a cal como um dos vários constituintes das argamassas (LEJEUNE, 1996).

No estado fresco, a cal propicia maior plasticidade à argamassa, permitindo melhor trabalhabilidade e,conseqüentemente, maior produtividade na execução do revestimento. Outra propriedade no estado fresco éa retenção de água, importante no desempenho da argamassa, relativo ao sistema base/revestimento, por nãopermitir a sucção excessiva de água pela base.

No estado endurecido a capacidade de absorver deformações, devido ao seu baixo módulo de deformação, éde extrema importância no desempenho da argamassa, que deve acompanhar as movimentações da estrutura,como apontam os dados da literatura, reunidos por CINCOTTO et al (1985); possibilita diminuição daretração gerando menor variação dimensional, além de carbonatar lentamente ao longo do tempo,tamponando eventuais fissuras ocorridas no endurecimento da argamassa mista (BEALL, 1987).

Todas estas propriedades permitem dizer que a qualidade da cal é absolutamente essencial para uma boaargamassa. Portanto, no estudo da reologia de pastas, é de interesse observar a contribuição da cal, assimcomo a influência da sua qualidade, uma vez que esta tem sido substituída por materiais finos inertes,encontrados na natureza.

As cales hidratadas são classificadas pela NBR 7175 (ABNT, 1992), de acordo com sua composiçãoquímica, como: CH 1, CH 11 e CH 111, diferenciando-se basicamente pelo teor de C02.

Nesta década, foram realizados estudos onde a influência do material carbonático residual da cal hidratadano desempenho da argamassa foi avaliada; estes estudos deram origem a uma dissertação de mestrado, ondeestão contidos dados desta influência nas propriedades da argamassa aplicada como revestimento(SIQUEIRA, 1995).

A influência do material carbonático residual é aqui avaliada de modo a representar o comportamento da calhidratada no estado fresco de uma argamassa, por meio de determinações reológicas nas pastas de cal.

Para tal avaliação, foram obtidas cales hidratadas tipo CH 1 - cálcica e dolomítica, com teor máximo de C02de 7%. As cales do tipo CH 111 foram preparadas em laboratório pela substituição de uma porção da cal CH1, pela sua própria matéria-prima moída na finura passante em peneira de 0,075 mm, até obter-se 15 % deC02; nas cales cálcicas tipo CH 1, fez-se a substituição com o pó calcário, e nas cales dolomíticas, com o pócalcário dolomítico, de acordo com a classificação da NBR 7175, para a cal hidratada coletada em depósito(ABNT, 1992).

1.2. Normalização da cal hidratada

A norma brasileira referente à cal hidratada NBR 7175 (ABNT, 1992) nasceu como EB-1.53, e se baseou emgrande parte nas especificações da ASTM C-110 (ASTM, 1976), após vários estudos sobre a qualidade dacal hidratada brasileira (CINCOTTO, IPT, 1976), observou-se que certos limites deveriam ser reavaliados. Aquantidade de C02 no produto final, aparece como um dos fatores mais polêmicos no curso de atualização dareferida norma, sendo este o responsável pela atual classificação dos três tipos de cales, ao lado do teor deóxidos, plastícidade e retenção de água. As Tabelas 1. 1 e 1. 2 apresentam a evolução da EB- 153 (NBR7175), quanto às exigências químicas e físicas.

Nas tabelas apresentadas verifica-se que as cales tipo E e C da antiga edição da referida norma brasileiraforam substituídas pelo tipos CH 1, CH 11 e CH 111, respectivamente. Com o acréscimo do tipo de cal CH111, várias dúvidas surgiram sobre o desempenho do produto final, como por exemplo a qualidade daargamassa resultante pois, sendo seu teor de C02 elevado, está presente maior quantidade de material inerte.Em meio a essa discussão foi realizado o trabalho (SIQUEIRA, 1995) já citado anteriormente, para avaliar ainfluência do material carbonático da cal hidratada no desempenho de revestimentos de argamassas, no qualforam avaliadas principalmente as propriedades das argamassas resultantes no estado endurecido.

2. COMPORTAMENTO REOLÓGICO DOS MATERIAIS NO ESTADO FRESCO

Ao se estudar as argamassas, a propriedade que primeiro define a sua qualidade é a trabalhabilidade. É umapropriedade relevante do estado fresco, e envolve as demais propriedades responsáveis pelo desempenhoadequado das argamassas, como a retenção de água e a resistência mecânica.

No estudo da avaliação da trabalhabilidade TATTERSALL (1976) ressalta que existe confusão naterminologia empregada, bem como nas definições apresentadas por diferentes autores ou no empregocorrente. Propõe, portanto, uma classificação destes termos para o material concreto, aqui adaptada paraargamassas (tabela 2.).

O estudo dos métodos para avaliação desta propriedade baseia-se no comportamento reológico do material.

Quando se determinam as propriedades no estado fresco dos concretos, argamassas ou pastas, utilizam-semétodos arbitrários e empíricos, numa tentativa de simular situações reais. Se baseados em consideraçõesteóricas, os resultados destes métodos podem não representar a realidade.

Para se estudar o comportamento à deformação no estado fresco dos aglomerantes, nada mais adequado doque buscar os conceitos da reologia, ciência voltada para o estudo da deformação e escoamento de umfluido, sob a influência de tensões, considerada adequada a materiais "complexos" que não se enquadramnuma simples classificação de sólido, líquido ou gás (TATTERSALL, 1976).

O termo reologia foi definido por E. C. Bingham em 1929, originado da palavra grega "rhein" que significaescorrer, como o estudo da deformação e escoamento da matéria (TANNER, 1988).

TABELA 2.1 - CLASSES DE TERMOS EMPREGADOS NO ESTUDO DAS PROPRIEDADES NOESTADO FRESCO DA ARGAMASSA, ADAPTADA DE TATTERSALL (1976).

Termo Classe Observações

Trabalhabilidade I - Qualitativo Empregado somente deforma descritiva, sem

Espalhamento II - Quantitativo empírico quantificação.Fator de penetração Empregado de forma a

Escoamento descrever o comportamentoda argamassa, em

Viscosidade III - Quantitativo conceitual 1 circunstâncias particulares.Fluidez Empregado em

Limite de escoamento definições do glossário daBritish Standard

1 Definidos em função de grandezas físicas fundamentais.

2.1. Propriedades físicas responsáveis pelas características reológicas das argamassas

As pastas, argamassas e concretos são sistemas de duas fases, sólido-líquido e de três fases quandoconsiderado o ar. Estes sistemas podem assim ser considerados como fluidos e possuem propriedadescomplexas, intermediárias entre as propriedades dos sólidos e dos líquidos (BOMBLED, 1967).

Para explicar as propriedades citadas anteriormente, faz-se necessária a compreensão dos fenômenos fisicosocorrentes nos materiais cimento e cal, quando misturados com a água. Ao se estudar as característicasreológicas desses materiais, devem ser considerados três elementos principais (BOMBLED, 1967):

• a coesão;

• a viscosidade;

• o atrito interno.

2.1.1. Coesão

A coesão é definida como união e aglutinação. Está diretamente ligada aos constituintes mais finos, isto é, àárea específica dos sólidos, sendo a pasta a responsável pela coesão das argamassas. A coesão pode seralterada variando-se (BOMBLED, 1967):

• a superfície específica dos sólidos;

• a quantidade de água presente na mistura.

Se considerado o estado endurecido, a coesão tem um significado de tensão e pode ser medida por meio deum ensaio de tração pura. Pode-se dizer então que a coesão no estado fresco vai refletir-se, no estadoendurecido, na resistência à tração.

2.1.2. Viscosidade

A viscosidade nada mais é do que a velocidade de deformação de um corpo. Nos concretos e argamassas aviscosidade está ligada à pasta e, conseqüentemente, ao teor de água, aos agregados - origem mineralógica,dimensão e forma dos grãos - e ao efeito lubrificante das partículas finas (BOMBLED, 1967). A relaçãoentre viscosidade e consistência é direta: quanto maior a viscosidade, maior a consistência.

A viscosidade dos materiais cimentícios é diminuída por agitação, a qual provoca uma diminuição na coesãoentre as partículas bem como no atrito interno do volume envolvido (BOMBLED, 1967). Portanto:

• quanto maior a agitação: R viscosidade, G coesão e R consistência.

2.1.3. Atrito interno

O atrito interno, ao contrário da coesão, está ligado principalmente (BOMBLED, 1967):

• aos grãos mais grossos (agregados) e à sua distribuição na mistura, variando com a forma, o estado dasuperfície (lisa ou rugosa) e, principalmente, a dimensão do grão;

• ao volume de pasta intersticial e seu teor de água.

Coesão, atrito interno e viscosidade conjugados determinam a trabalhabilidade já exposta anteriormente.

A coesão e o atrito interno determinam o limite de escoamento, que representa a resistência ao cisalhamento.Como o atrito interno é principalmente gerado pelo grãos grossos, o limite de escoamento das argamassas epastas reduz-se praticamente à coesão, ocorrendo daí uma confusão entre esses dois termos. No caso da pastade cimento, o limite de escoamento expressa uma resistência à tração, entendida como uma variação nacoesão devido à pega do aglomerante (BOMBLED, 1967).

A evolução do limite de escoamento com o tempo é representada pela pega que é o efeito mecânicodecorrente dos fenômenos de hidratação que ocorrem nos materiais cimentícios. No caso da cal a coesão nãoé resultante da hidratação mas de fenômenos de interação água-cal. Não se costuma falar em pega da pastade cal, mas o fenômeno é semelhante.

O fluxograma da Figura 2.1 resume as características das partículas e conseqüentes propriedades dasargamassas e pastas no estado fresco.

3. O COMPORTAMENTO REOLÓGICO DA PASTA DE CAL HIDRATADA

Quando se misturam materiais com grande superfície específica, tais como as cales, argilas e outros, há anecessidade de uma grande quantidade de água para molhar todas as partículas sólidas. Independentementeda quantidade de material fino empregado na mistura, o fenômeno físico é o mesmo. A pasta de cimento ecal por exemplo, possui uma viscosidade plástica e uma tensão limite de escoamento próprios, que podemser semelhante às de uma pasta unicamente de cimento, com menor teor de água e, conseqüentemente,concentração mais elevada de aglomerantes (PAPADAKIS, 1955).

No caso das pastas de aglomerantes, o primeiro parâmetro a considerar é a sua granulometria. Se édescontínua a curva granulométrica haverá grande compacidade entre as partículas, prejudicando orolamento entre elas, aumentando a viscosidade para uma quantidade de água fixa. Quanto mais contínua fora curva granulométrica, melhor as partículas se distribuem, propiciando um melhor rolamento, o queaumenta a fluidez da pasta, com a mesma quantidade de água fixa.

Um outro fator importante, a forma das partículas de cal, também deve neste caso, influenciar nacompacidade ou rolamento dos grãos. A cal hidratada apresenta-se sob forma de placas, a cálcica sob formasde aglomerados de placas, mais angulosos e a dolomítica ou magnesiana sob forma de flocos (CINCOTTO,1977).

Quando a cal hidratada é colocada em contato com a água, ela se dissolve, ficando a fase líquidarapidamente saturada com várias espécies iônicas.

Fazendo-se uma analogia ao que ocorre numa suspensão de cimento Portland em água (CHAPPUIS, 1990),devido ao pequeno tamanho das partículas, as forças de atração entre elas exercem uma forte influência nascaracterísticas da suspensão, juntamente com a gravidade. As forças entre as partículas podem ser de doistipos:

• forças de Van der Waals;

• dupla camada elétrica.

As cargas das partículas nas duplas camadas elétricas podem ser tanto atrativas como repulsivas, uma vezque as interações das mesmas têm sua origem nas cargas elétricas superficiais das partículas em contato como meio aquoso. As suspensões são estáveis quando a repulsão da dupla camada elétrica for maior do que asforças de Van der Waals e a floculação ocorre com a situação contrária. Isto é, quando as forças de repulsãoda dupla camada elétrica forem dominantes, as suspensões têm seu escoamento facilitado, recebendo o nomede defloculadas, e quando as forças de atração de Van der Waals forem dominantes, as partículas sólidasformam uma estrutura, deixando a suspensão mais coesa e de escoamento difícil (CHAPPUIS, 1990).

Também foi introduzido o conceito de heterocoagulação das pastas, resultante da atração eleúostática departículas com diferentes potenciais de superficie. Esta coagulação não é muito influenciada pela dimensãodas partículas, uma vez que é produzida por superfícies de diferentes cargas (STRUBLE, 1990).

Não se tem conhecimento de quais as cargas das partículas de cal, e como estas cargas estariam secomportando dentro da pasta, variando suas propriedades reológicas. Para isso tem-se a necessidade deestudos para a determinação do potencial zeta das partículas de cal.

3.1. Influência da maturação da cal hidratadaExiste tradicionalmente uma prática de maturar2 a cal hidratada, previamente ao seu emprego na argamassa.Não se tem estudos teóricos sobre qual o efeito que ocorre na cal durante este processo. Esta tradição teve

seu início, quando era empregada nas construções a cal virgem, que necessariamente devia ficar em contatocom a água antes de sua aplicação na argamassa, para que ocorresse a hidratação da mesma, uma vez que osóxidos remanescentes, devido ao aumento de volume durante a hidratação, causariam problemas nasargamassas após aplicadas.

Observa-se na prática que a cal deixada em repouso em contato direto com a água sob forma de pasta ouargamassa (com ou sem areia) apresenta uma melhora em suas propriedades no estado fresco, tais comotrabalhabilidade, retenção de água, além de fornecer um meio mais adequado para a hidratação do cimento,se comparado à situação da cal adicionada em pó na hora da mistura.

Algum fenômeno além da hidratação dos óxidos de cálcio e de magnésio ainda presentes ocorre quando a calhidratada é deixada em contato com a água, sob a forma de pasta. Faltam estudos na área, que expliquemeste fenômeno microscopicamente, mas íntuí-se que a cal hidratada seja um aglomerado de placasmicroscópicas, que em contato com a água se desaglomeram, como no caso de placas de argila, aumentandoa superfície específica em contato com a água, melhorando assim as suas propriedades no estado fresco, ecomo conseqüência também no estado endurecido.

Esse efeito da maturação da cal hidratada também difere quanto ao tipo de cal, se cálcica, dolomítica oumagnesiana.

4. ESTUDO EXPERIMENTAL

O comportamento reológico das pastas de cal hidratada foi estudado como segue:

• Cal hidratada:

a) cales Tipo CH 1, cálcica e dolomítica;b) cales Tipo CH 111 cálcica e dolomítica, produzidas em laboratório.

• Quantidade de água:

c) relação água/aglomerante constante, viscosidade variável, para diferentes tipos de cal.

• Preparo das pastas:

d) com maturação da pasta, por 24 horas;e) sem maturação da pasta.

O preparo das pastas foi realizado de maneira semelhante ao preparo de argamassas, em argamassadeiraplanetária, especificada pela NBR 7215 (ABNT, 1991).No preparo das pastas com maturação, a mesma é deixada em repouso com água (em forma de pasta ouargamassa), por um período de 24 horas, antes da mistura final e realização dos ensaios.Essas variáveis foram fixadas com o intuito de observar durante o estado fresco, a influência do tipo de calhidratada, da sua qualidade, da maturação da pasta de cal e a eficiência dos métodos de ensaio aplicados noestudo em fornecer resultados que permitam ressaltar e quantificar essas influências.Para cada método de ensaio mencionado, foram realizadas pastas com os quatro tipos de cal, cada um comsua respectiva relação água/aglomerante obtida experimentalmente.

2 "Maturar a cal hidratada" consiste em deixar a cal hidratada em contato com areia e água, ou só água por um períodode 16 a 24 horas, antes do emprego na argamassa.

4.1. Métodos de Ensaio para Determinação da Reologia das Pastas

Os métodos de ensaio empregados foram os comumente adotados em tecnologia de aditivos e de caldas decimento para injeção. São eles:

• espalhamento (limite de escoamento) - "mini slump" (ALVES, 1994);

• escoamento (viscosidade plástica) - "Funil de Marsh" (ABNT, 1983).

Para a avaliação do comportamento reológico das pastas de cal, foram também realizados ensaios emviscosímetro rotativo de marca Brookfield, para:

• determinação da viscosidade plástica;

• determinação do limite de escoamento.

4.1.1. Determinação da área de espalhamento das pastas

A medida da área de espalhamento foi realizada pelo método do mini tronco de cone e consiste em sedeterminar o diâmetro atingido por uma pasta, que inicialmente é imersa em um tronco de cone e que,quando este é retirado, tende a se espalhar.

Após o posicionamento do molde tronco-cônico, este é preenchido com a pasta em duas camadas adensadascom um bastão metálico, quando permitido pela pasta. Após o preenchimento, a sua borda externa é rasadacom uma espátula. 0 tronco de cone é retirado de uma só vez, não deixando pingos sobre a placa. Após umminuto, medem-se dois diâmetros do espalhamento, em direções ortogonais, com base nos eixos traçados nopapel milimetrado. A área do círculo, cujo diâmetro é a média dos dois diâmetros lidos no papelmilimetrado, é expressa em CM2 com aproximação de 1,0 cm², representando a fluidez das pastas (ALVES,1994).

4.1.2. Determinação do tempo de escoamento das pastas

Na medida do escoamento determina-se o tempo necessário para que um certo volume de pasta escoe pelofunil de Marsh.

No ensaio adaptado da NBR 7682 (ABNT, 1983), o funil de Marsh é preenchido com a pasta a ser ensaiada,até um volume constante, e sua ponta mantida vedada. No momento de retirada da vedação na ponta do funilé acionado um cronômetro, para a medida do tempo, em segundos, do começo do escoamento até omomento em que uma proveta de 500 CM3 é preenchida com a pasta.

4.1.3. Determinação da viscosidade plástica e da tensão limite de escoamento com viscosímetrorotativo

Neste método mede-se o torque gerado pelo fluido no contato com a haste do viscosímetro em rotação.Quando um torque é aplicado à haste, uma mola sofre uma deflexão, lida no mostrador através de umponteiro.

Esta leitura é convertida em valores de torque conforme a calibração do conjunto molavelocidade derotação-haste, especificada para o modelo utilizado. Neste caso temos:

Leitura em % da escala do viscosímetro x 673,7 = torque x 10 –7 (N.m)

As velocidades de rotação aplicadas à pasta foram fixadas de acordo com a faixa de velocidade existente noequipamento, de 0,3 a 60 rpm, fazendo-se com que a velocidade passe do valor mínimo para o máximo evice-versa, obtendo-se assim curvas de ascensão e descensão.

O tempo de permanência variou em cada estágio de velocidade, uma vez que foi estipulado que a leituraseria feita na terceira rotação, como maneira de proporcionar a estabilização do ponteiro.

Os ensaios foram realizados em laboratório climatizado - aproximadamente 230C. Com o viscosímetromontado e nivelado, posicionou-se a haste escolhida de número 3, de tal forma que o nível do fluidoatingisse a marca de imersão existente na haste.

Com o viscosímetro ligado na menor velocidade de rotação (0,3 rpm), era obtida no mostrador a leitura dovalor onde se encontra o ponteiro, após a sua estabilização. Com o viscosímetro em movimento, muda-se avelocidade de rotação, fazendo-se a próxima leitura, e assim por diante, até se alcançar a velocidade máxima(60 rpm). Uma vez alcançada a velocidade máxima era feito o procedimento contrário, diminuindo-se avelocidade de rotação a cada leitura até retomar à mínima, desligando o aparelho em seguida.

Nas velocidades de 30 e 60 rpm, a leitura no mostrador toma-se mais dificil devido à velocidade com que oponteiro passa pelo mostrador. Nestes casos, após o tempo necessário para estabilização (que depende daviscosidade), trava-se o ponteiro com a "alavanca de trava" desligando o viscosímetro para realizar a leitura.

Com os dados obtidos pôde-se obter curvas de tensão (torque) versus deformação (velocidade de rotação),de onde podem ser obtidas as constantes de proporcionalidade, para a viscosidade plástica e o limite deescoamento das pastas em estudo, além de se verificar através do comportamento da histerese observada, ocomportamento tixotrópico ou reotrópico das pastas.

De acordo com a bibliografia consultada, as curvas que melhor representam o comportamento reológico daspastas são as curvas de descensão. Portanto, por regressão linear, foi obtida a equação da reta média.

Da equação de 2º grau obtida com a reta média, determinam-se os valores de viscosidade plástica e da tensãolimite de escoamento das pastas em estudo nas seguintes unidades (equação 5. 1):

Y = limite de escoamento + viscosidade plástica x x (5.1)

Torque (N.m)= (N.m) + (N.m.s) x velocidade de rotação(1/s)

5. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

Estão aqui expostos os principais resultados dos ensaios, assim como uma avaliação dos métodosempregados neste estudo.

5.1. Estudo do tempo de escoamento das pastas

A quantidade de água adotada para o estudo em pastas, foi a quantidade necessária para que a pastapreparada com a cal cálcica CH 1, pudesse escoar pelo funil de Marsh, com fluxo contínuo num tempomáximo de aproximadamente 60 segundos. Este tempo foi fixado de forma arbitrária, uma vez que nos casosem que o escoamento demorou mais do que 60 segundos, observou-se um gotejamento da pasta. Esse tempofoi então considerado como indicador da viscosidade máxima da pasta, permitida pelo ensaio.

De acordo com a teoria, a velocidade de escoamento das pastas pelo funil de Marsh expressa a suaviscosidade. Maiores velocidades de escoamento representam pastas de maior fluidez e, conseqüentemente,menor viscosidade.

Do ensaio de escoamento das pastas, pode-se verificar a influência do tipo de cal com a mesma quantidadede água/materiais secos, no tempo de escoamento. As pastas estudadas apresentaram a seguinte ordemcrescente de tempo de escoamento, de acordo com a cal hidratada empregada:

cálcicaCHI >cálcicaCHIII > dólomítica CH I > dólomítica CH III

A cal cálcica CH 1, como no caso das pastas mistas, apresentou o comportamento mais crítico. Para seconseguir o escoamento da cal cálcica em um período de 60 segundos, foi necesária uma relaçãoágua/materiais secos mínima de 1,2 (g/g)

A mesma pasta deixada em repouso por 24 horas, não mais escoava pelo funil de Marsh, sendo necessário oacréscimo de mais água. Já no caso da pasta de cal hidratada dolomítica, o efeito do repouso por 24 horas, éimperceptível no tempo de escoamento, não havendo alteração da quantidade de água necessária. Quando sesubstitui parte da cal hidratada pelo material carbonático, o comportamento das cales - cálcica ou dolomítica- após a maturação, no tempo de escoamento da pasta, permanece o mesmo.

5.2. Estudo da área de espalhamento das pastas

Quando o molde tronco-cônico era retirado, o aumento da fluidez da pasta era representado pelo aumento daárea de espalhamento. Do ensaio de espalhamento das pastas de cal, pode-se verificar a influência do tipo decal para a mesma quantidade de água/materiais secos, bem como o efeito da maturação da cal hidratada.

Com a maturação prévia das pastas de cal, foi verificado que a área de espalhamento aumenta para as calescálcicas tipo CH 1 e CH III e cálcica tipo CH 1, permanecendo praticamente constante para as calesdolomíticas tipo CH 1 e CH III.

Entre os tipos de cales empregadas, foi verificada uma diminuição na área de espalhamento, indicandomenor fluidez, na seguinte ordem de acordo com a cal hidratada empregada:

cálcica CHI < cálcica CH III < dolomítica CHI < dolomítica CHIII

O espalhamento das pastas de cal hidratada também foi realizado com diferentes relações água/materiaissecos. As respectivas áreas de espalhamento, expressas em cm obtidas da média de dois diâmetros medidosem cm, são apresentadas na Figura 5. 1, observando-se o mesmo comportamento para a cal cálcica e a caldolomítica, embora cada uma esteja em uma faixa própria de relação água/materiais secos necessária para omesmo espalhamento.

Este ensaio também indica que a cal cálcica incorpora maior volume de água.

Na Figura 5.2, observa-se que a maturação diminui a área de espalhamento para as cales cálcícas. Para ascales dolomíticas, a área permanece praticamente constante.

5.3. Estudo da viscosidade plástica e da tensão limite de escoamento

Um vez efetuadas as leituras no viscosímetro, as mesmas são transformadas em unidades de torque,possibilitando assim o traçado de diagramas de tensão versus deformação. Se traçadas as curvas dos torquesobtidos na ascensão e descensão da velocidade, tem-se a histerese das pastas.

Ajusta-se então, uma reta nos pontos descendentes do gráfico da Figura 5.3, obtendo-se uma equação deprimeiro grau que permite a determinação dos índices g e h, que podem ser relacionados com a viscosidadeplástica e o limite de escoamento.

Os valores de "g" e "h", quando multiplicados pelas constantes de proporcionalidade do viscosímetro,resultam nos valores de Viscosidade plástica, em N.m.s, e tensão limite de escoamento, em N.m. Nestetrabalho foram determinadas as constantes g e h.

0 ensaio no viscosímetro de marca "Brookfield", foi realizado com as pastas que escoaram pelo funil deMarsh, isto é, que preencheram um recipiente de 500 ml em no máximo 60 segundos

Pela aproximação dos resultados a uma reta (Figura 5.4), observa-se que as pastas de cal hídratada seadaptam ao modelo de Bingham. Na falta de bibliografia citando ou descrevendo o comportamento reológicoda cal hidratada, sugere-se para trabalhos futuros a realização de ensaios reológicos em outros equipamentos,para confirmação deste comportamento.

5.4. Viscosidade da pasta versus finura do aglomerante

Dos ensaios de caracterização das cales hidratadas; empregadas no estudo, pode-se fazer comparaçõesatravés de sua finura.

Os ensaios de determinação da área específica Blaíne não são conclusivos, pois a cal hidratada se apresentamuito fina, aglomerando com facilidade e comprometendo os resultados. Apenas pode ser comparada aordem de grandeza dos resultados, que se apresentam muito maiores para as cales hidratadas (na ordem de1000 M2 /kg) do que para o material carbonático (na ordem de 200 m2/kg).

A porcentagem de material retido no ensaio de finura da cal hidratada, é menor para a cal cálcica CH 1 doque para a cal dolomítica CH 1, sendo que esta porcentagem aumenta com o aumento da quantidade dematerial carbonático, isto é, para as cales do tipo CH 111.

Dos ensaios de granulometria a laser, podemos verificar que as cales do tipo CH 1 se encontram em faixasbem próximas de finura, embora com comportamentos diferentes. A cal cálcica apresenta comportamentodescontínuo - diagrama sob forma de pico -, enquanto que a cal dolomítica apresenta um comportamentocontínuo - curva uniformemente distribuída (Figuras 5.5 e 5.6). 0 mesmo ocorre nos materiais carbonáticos,com a diferença de que se encontram em outra faixa granulométrica.

Pela Figura 5.5 pode-se observar que as cales cálcica e dolomítica estão na mesma faixa granulométrica,diferenciadas pelos comportamentos contínuo e descontínuo. Portanto, para uma mesma faixagranulométrica obtém-se as seguintes considerações:

� cal dolomítica CH 1

� curva granulométrica contínua

� cal cálcica CH 1

� curva granulométrica descontínua

� maior massa unitária

� partículas em forma de placas

� água cte. - menor viscosidade

� menor massa unitária

� aglomerados de placas

� água cte. - maior viscosidade.

Ocomportamento mais contínuo da cal hidratada dolomítica CH 1, favorece o rolamento entre as partículas,além de proporcionar uma menor quantidade de vazios, e com isto, uma menor quantidade de água retida.Como conseqüência obtém-se com as mesmas quantidades de água, pastas mais flúidas com as calesdolomíticas do que com as cales cálcicas.

Quando a faixa granulométrica das partículas é modificada, como no caso de cales com adição de materialcarbonático, a viscosidade diminui conforme o aumento do tamanho das partículas. Verifica-se que aviscosidade nas pastas compostas unicamente de material carbonático é menor do que nas pastas de calhidratada.

5.5. Carga das partículas

Não se tem conhecimento de quais as cargas da partículas de cal, e como estas cargas estariam influenciandoo comportamento da pasta, e, conseqüentemente, suas propriedades reológicas.

Para a determinação do potencial zeta foi empregado o equipamento Zeta Meter de marca Malvern, doInstituto de Pesquisas Tecnológícas do Estado de São Paulo. A cal hidratada é suspensa em água deionizadae filtrada em filtro de 0,2 um, e mantida em

repouso até a decantação das partículas, utilizando-se no ensaio apenas o sobrenadante. São então realizadascinco leituras, por meio de feixes de raio laser. A média dos resultados são apresentadas na Tabela S. 1.De acordo com o interpretado quanto menor o p aglomeração, mais dispersas estão as partículas viscosidadeda pasta, havendo uma precipitação.Como no estudo da viscosidade das pastas a cal cálcica foi a que apresentou maior viscosidade para a mesmaquantidade de água, e esta apresenta menor valor de potencial zeta, percebe-se ser este um fator de menorimportância diante dos expostos anteriormente.

5.6. Rendimento

Uma vez determinada a viscosidade e a tensão limite de escoamento das pastas, as questões que se colocamsão: qual a inter-relação viscosidade –rendimento3 . 0 que é preferível, uma cal mais viscosa ou menosviscosa em termos de trabalhabilidade da argamassas?De acordo com a norma brasileira para a caracterização física da cal hidratada, o rendimento da mesma podeser obtido por meio do ensaio de determinação da capacidade de incorporação de areia, NBR 9207 (ABNT,1996), com o plastômetro de Voss.

5.6.1. Plastômetro de Voss

O plastômetro de Voss é padronizado pela ABNT, para a determinação da capacidade de incorporação deareia de uma cal hidratada, apresentado a máxima quantidade de areia, em relação à cal, com a qual umamistura, nas condições especificadas, acarreta uma altura fixada de argamassa não extrudada (ABNT, 1985),em outros termos, continua sendo trabalhável.

Os dados obtidos com esse ensaio não são auxiliares na avaliação das diferenças no rendimento das caleshidratadas deste estudo (Tabela 5.2).

3 "Rendimento" é definido como "ato ou efeito de render`, "produtividade" (Dicionário Aurélio, Aurélio Buarque deHolanda Ferreira, 1977),

Da Tabela 5.2 verifica-se o mesmo resultados para as cales do tipo CH 1, embora a relação água/cal e alturade argamassa não extrudada das argamassas obtidas sejam diferentes, isto é, para o mesmo traço obtém-seargamassas diferentes. 0 que pode ser claramente observado é a perda da capacidade de incorporação deareia das cales tipo CH 1 para as cales tipo CH 111.

5.6.2. Métodos desenvolvidos neste estudo

São apresentados a seguir os resultados de dois métodos propostos para a avaliação do rendimento das caleshidratadas na argamassa.

Método A: em 100 gramas de cal hidratada, adicionou-se água, até a passagem do estado de uma pasta coesapara uma calda fluida, anotando-se então este valor (Tabela 5.3).

Método B: ao material seco foi acrescentada a quantidade de água equivalente ao dobro de sua massa,agitando-se a mistura originada e, em seguida, deixada em repouso por 24 horas. Após este período, ovolume de pasta existente foi medido, descontando-se a quantidade de água exsudada (Tabela 5.4).

Dos experimentos A e B, observa-se um maior rendimento para as cales cálcicas, que além de requereremmaior quantidade de água para se tomarem fluidas, após 24 horas apresentam um maior volume de pasta.Com isso, pode-se concluir que, uma vez que incorpora mais água, também incorpora mais areia.

A substituição de parte da cal hidratada pela sua matéria prima moída, reduz o rendimento da cal hidratada,de acordo com o observado no experimento exposto.

De acordo com os resultados deste experimento as cales com maior viscosidade apresentam maiorrendimento, pois se incorporam água, também podem incorporar o agregado miúdo.

5.7. Comparação entre os métodos empregados no estudo

Dos ensaios propostos pela ABNT verificamos que os métodos apontam as diferenças das cales tipo CH 1para as cales tipo CH III, mas não apontam diferenças significativas entre as cales cálcicas e dolomíficas.Isto é, de acordo com estes ensaios, a cal hidratada perde parte de suas propriedades quando parcialmentesubstituída pela sua matéria prima, não importando quais os seus compostos químicos de origem.

Da comparação entre os resultados pode-se apontar as seguintes tendências:

• o método de ensaio do mini tronco de cone melhor se aplica para pastas mais flúidas, acima de 100 CM2de área de espalhamento;

• o método de ensaio do funil de Marsh, melhor se aplica para pasta um pouco mais viscosas, possuindoum limite máximo (pastas com tempo de escoamento de 10 a 50 segundos;

• as medidas obtidas no método de ensaio do mini tronco de cone são inversamente proporcionais àsmedidas da constante de viscosidade obtidas, isto é, quanto maior a área de espalhamento, menor aviscosidade da pasta;

• o limite de escoamento não apresenta relação nem com a área de espalhamento, nem com o tempo deescoamento;

• pastas com maiores valores de viscosidade apresentam maiores tempos de escoamento pelo funil deMarsh;

• o valores proporcionais de limite de escoamento e de viscosidade plástica obtidos no estudo, nãoapresentaram relação entre si.

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Os métodos de ensaio empregados não se mostraram muito adequados para as pastas ensaiadas, porém umaavaliação comparativa entre os materiais empregados pôde ser realizada.

Visando a qualidade do produto final, a argamassa, os estudos em pastas de cal mostraram que a substituiçãode material carbonático pela cal, reduz a relação água/aglomerante necessária para uma mesmatrabalhabilidade (observado pela menor viscosidade obtida), embora reduza também o rendimento da calhidratada na argamassa.O mesmo comportamento acima descrito ocorre com as cales cálcica e dolomítica, sendo a cal cálcica maisviscosa para uma mesma relação água/aglomerante, e apresentando maior rendimento.

Foi observado também, que a maturação apenas modifica a viscosidade e o limite de escoamento da calcálcica, sendo para a cal dolomítica o efeito imperceptível.

De acordo com as análises dos resultados dos ensaios em pastas e da caracterização dos materiaisempregados e, dados bibliográficos obtidos (SAKAI, OHBA & DAIMON, 1997), toma-se a seguinteconsideração:

• a característica da partícula que mais afeta a viscosidade da pasta, é o sua dimensão (faixagranulométrica);

• dentro da mesma faixa granulométrica, a forma das partículas e da curva granulométrica, influenciam naviscosidade da pasta;

• para curvas granulométricas semelhantes, devem existir forças diferenciadas entre as partículas dosdiferentes compostos químicos, que cooperam na modificação da viscosidade da pasta.

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BOLETINS TÉCNICOS PUBLICADOS

BT/PCC/213 Ray Tracing Parametrizado Incremental - EDUARDO TOLEDO SANTOS, JOÃO ANTÔNIOZUFFO. 09 p.

BT/PCC/214 Modelo para Previsão do Comportamento de Aquecedores de Acumulação em SistemasPrediais de Água Quente - ARON LOPES PETRUCCI, EDUARDO IOSHIMOTO. 26 p.

BT/PCC/215 Influência da Formulação das Tintas de Base Acrílica como Barreira Contra a Penetração deAgentes Agressivos nos Concretos - KAI LOH UEMOTO, VAHAN AGOPYAN 20 p..

BT/PCC/216 Análise da Porosidade e de Propriedades de Transporte de Massa em Concretos - NEIDEMATIKO NAKATA SATO, VAHAN AGOPYAN. 20 p.

BT/PCC/217 Estruturação Urbana: Conceito e Processo. WITOLD ZMITROWICZ. 51 p.

BT/PCC/218 Formação da Taxa de Retorno em Empreendimentos de Base Imobiliária. JOÃO DA ROCHALIMA JUNIOR. 36 p.

BT/PCC/219 Ligação de Peças Estruturais de Madeira com Tubos Metálicos. CARLOS ROBERTOLISBOA, JOÃO CESAR HELLMEISTER. 28 p.

BT/PCC/220 Contribuições para a Estruturação de Modelo Aberto para o Dimensionamento Otimizado dosSistemas Prediais de Esgotos Sanitários. DANIEL C. SANTOS, ORESTES MARRACCINI GONÇALVES.12 p.

BT/PCC/221 Implantação de um Sistema de Gestão da Qualidade em Empresas de Arquitetura.JOSAPHAT LOPES BAíA, SILVIO BURRATTINO MELHADO. 21 p.

BT/PCC/222 Proposta de Classificação de Materiais e Componentes Construtivos com Relação aoComportamento Frente ao Fogo - Reação ao Fogo. MARCELO LUIS MITIDIERI, EDUARDOIOSHIMOTO. 25 p.

BT/PCC/223 Contribuição ao Estudo das Técnicas de Preparo da Base no Desempenho dos Revestimentosde Argamassa. MÁRIO COLLANTES CANDIA, LUIZ SÉRGIO FRANCO. 13 p.

BT/PCC/224 A Influência da Temperatura na Hidratação dos Cimentos de Escória de Alto-Forno.MARISTELA GOMES DA SILVA, VAHAN AGOPYAN. 20 p.

BTIPCC/225 A Influência do Fator de Forma da Fibra na Tenacidade à Flexão do Concreto Reforçado comFibras de Aço. NELSON LUCIO NUNES, VAHAN AGOPYAN. 18 p.

BT/PCC/226 Implementação de Sistemas de Gestão da Qualidade em Pequenas e Médias Empresas deConstrução de Edifícios: Estudos de Caso. PALMYIRA FARINAZZO REIS, SILVIO BURRATTINOMELHADO. 18 p.

BT/PCC/227 As Juntas de Movimentação na Alvenaria Estrutural. ROLANDO RAMIREZ VILATÓ, LUIZSÉRGIO FRANCO. 11 p.

BT/PCC/228 Painéis em Cimento Reforçado com Fibras de Vidro (GRC). VANESSA GOMES DA SILVA,VANDERLEY MOACYR JOHN. 20 p.

BT/PCC/229 Derivação de Fundos para Investimento em Empreendimentos de Infra-Estrutura no Brasil: AViabilidade da Securitização nas Concessões Rodoviárias e de Geração Independente de EnergiaHidrelétrica. CLÁUDIO TAVARES DE ALENCAR, JOÃO DA ROCHA LIMA JUNIOR. 25 p.

BT/PCC/230 Influência da Dosagem na Carbonatação dos Concretos. FABÍOLA LYRA NUNES, PAULOROBERTO DO LAGO HELENE. 26 p.

BT/PCC/231 Resistência ao Cisalhamento do Concreto Fresco por Compressão Triaxial. LEVY VONSOHSTEN REZENDE, JOÃO GASPAR DJANIKIAN. 30 p.

BT/PCC/232 Mecanismos de Transporte de Agentes Agressivos no Concreto. CARLOS EDUARDOXAVIER REGATTIERI, PAULO ROBERTO DO LAGO HELENE. 20 p.

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