Squeeze-flow aplicado a argamassas de revestimento: Manual de utilizaoFbio A. Cardoso, Rafael G. Pileggi, Vanderley M. John Departamento de Engenharia de Construo Civil Escola Politcnica Universidade de So Paulo

RESUMO A reometria por squeeze-flow consiste na compresso de uma amostra cilndrica entre duas placas paralelas. O mtodo simples e verstil, sendo capaz de avaliar com preciso materiais em ampla faixa de consistncia e em velocidades e grau de deformao variveis. Adicionalmente, a mudana geomtrica inerente ao ensaio, que simula fenmenos de restrio similares aos que ocorrem durante as etapas da aplicao das argamassas, faz que a tcnica seja particularmente interessante para a avaliao reolgica desses materiais. O presente texto consiste em um manual de utilizao da reometria por squeeze-flow aplicado a argamassas, apresentando os principais fundamentos tericos, descrevendo as caractersticas dos equipamentos, os procedimentos de ensaio e de anlise de resultados necessrios para a utilizao do mtodo. O texto foca principalmente a caracterizao de argamassas de revestimento, contudo, as adaptaes nas ferramentas e procedimentos para a avaliao de outros tipos de materiais de construo so tambm descritos. Desenhos tcnicos detalham as ferramentas e os acessrios relacionados tcnica.

1. INTRODUO Os principais requisitos de desempenho dos revestimentos esto relacionados a propriedades finais no estado endurecido, como a resistncia de aderncia, o mdulo elstico e a permeabilidade, parmetros importantes para promover maior durabilidade das edificaes. As argamassas so aplicadas no estado fluido e, apesar de ser uma etapa curta e intermediria do processo, o comportamento destas no estado fresco de 1 / 31

fundamental importncia para possibilitar uma aplicao produtiva e isenta de defeitos. A adequao das caractersticas reolgicas das argamassas s diversas solicitaes envolvidas na aplicao permite a obteno das mximas propriedades finais do revestimento, que so determinadas pelas caractersticas da formulao (composio qumica, granulometria, teor de gua, aditivos e adies, etc.). Em contraste complexidade dos comportamentos reolgicos que as argamassas podem apresentar por serem materiais multifsicos e reativos, estas so tradicionalmente caracterizadas por ensaios como a mesa de consistncia, o droppingball e os testes de penetrao. Estes mtodos avaliam a consistncia do material de acordo com o conceito de trabalhabilidade, havendo nveis de consistncia prestabelecidos que, por norma, permitem a aplicao. Apesar dos referidos ensaios serem de baixo custo e de fcil execuo, so insuficientes para efetuar uma avaliao da natureza reolgica das argamassas, visto que so ensaios que no dissociam a contribuio da tenso de escoamento e da viscosidade na resistncia ao fluxo e, ainda, so denominados monopontos, avaliando o comportamento das mesmas em apenas uma taxa de solicitao. [1] Geralmente, atravs de uma abordagem simplificada, as argamassas so consideradas fluidos de Bingham, ou seja, materiais que apresentam uma tenso mnima para iniciar o escoamento (tenso de escoamento) e em fluxo tm uma relao linear entre tenso e taxa de cisalhamento. Conseqentemente, so necessrias no mnimo duas medidas em diferentes taxas de cisalhamento para caracterizar um fluido de Bingham. Considerando duas argamassas, A e B, como fluidos de Bingham, conforme ilustrado na Figura 1, observa-se que A apresenta tenso de escoamento maior e viscosidade plstica (inclinao da reta tenso vs. taxa de cisalhamento) menor do que o material B. Aps iniciado o fluxo, em taxas de cisalhamento menores do que x, a argamassa A mais consistente do que B, isto , requer maior tenso de cisalhamento. Entretanto, para taxas maiores do que x ocorre uma inverso de comportamento, sendo que a argamassa A flui mais facilmente do que a argamassa B. Sendo assim, a avaliao das argamassas por ensaios do tipo monoponto limitada [1], podendo acarretar em 2 / 31

decises equivocadas quanto a parmetros de formulao e aplicabilidade dos materiais, especialmente se a avaliao for efetuada em taxa muito diferente da solicitao real a qual o material submetido na prtica.

Tenso de Cisalhamento,

Arg. B Arg. A

0 0 = Tenso

Inverso d e comportamento

de es coamento

x . Taxa de Cisalhamento,

Figura 1 Ilustrao esquemtica de duas argamassas distintas com comportamento de fluidos de Bingham [1]. Para superar tais limitaes dos ensaios monoponto a utilizao de tcnicas de reometria faz-se necessria para a avaliao do comportamento reolgico das argamassas. Os remetros rotacionais avaliam o comportamento das argamassas em diferentes taxas de cisalhamento, geralmente controlando a taxa e registrando a tenso de cisalhamento resultante [2]. Entretanto, as limitaes nos nveis de torque mximo (tenso de cisalhamento), que restringem a faixa de consistncia que os poucos equipamentos disponveis no mercado internacional so capazes de medir, aliadas ao alto custo desses produtos, fazem que os remetros rotacionais para argamassas sejam utilizados de maneira discreta apenas em laboratrios de universidades e centros de pesquisa. Neste contexto o squeeze-flow, o qual consiste em comprimir uma amostra cilndrica entre duas placas paralelas, surge como uma tcnica promissora para a avaliao do comportamento reolgico de argamassas e outros materiais de construo. Alm de ser capaz de avaliar materiais com qualquer nvel de consistncia, a tcnica especialmente interessante para caracterizao de argamassas, pois a mudana geomtrica inerente ao ensaio simula condies do processamento desses materiais como nas etapas

3 / 31

de espalhamento, nivelamento e acabamento. Essa particular caracterstica do squeeze-

flow amplia seu potencial de utilizao tambm para a previso do comportamentoreolgico de concretos, visto que estes so compostos por argamassa e agregados grados e, durante o processamento no estado fresco, a argamassa presente constantemente comprimida e cisalhada entre os agregados.

2. SQUEEZE-FLOW 2.1 DescrioA reometria por squeeze-flow consiste na compresso de uma amostra cilndrica entre duas placas paralelas, como demonstrado na Figura 2. Assim como na reometria rotacional o ensaio pode ser realizado com controle por fora ou por deslocamento. No primeiro caso uma determinada fora aplicada ao material e a deformao resultante registrada, enquanto no segundo caso o material submetido a um deslocamento efetuado com velocidade constante e a fora medida [3].

(a)

(b)

Figura 2 Geometria utilizada nos ensaios de squeeze-flow em argamassas de revestimento. Dimenses da amostra de argamassa: (a) altura inicial = 10 mm; dimetro inicial = 101 mm; (b) altura final = 7,5 mm. A configurao experimental (Figura 2) adotada para execuo do ensaio de

squeeze-flow em argamassas consiste em aplicar a compresso atravs de uma placasuperior (puno) cujo dimetro igual ao dimetro inicial da amostra, sobre uma placa inferior (base) com dimetro pelo menos duas vezes maior. Neste caso a rea do material sendo solicitada permanece constante e o material se espalha para fora da rea de atuao das placas [3-8]. Existem outras configuraes experimentais que so tambm utilizadas, como: (1) os dimetros da amostra e das placas inferior e superior 4 / 31

so idnticos, mantendo a rea do material sendo submetido constante e fazendo que uma poro de material seja espremida para fora da rea das placas e caia ao redor do dispositivo; (2) o dimetro da amostra menor do que o dimetro das placas, mantendo o volume de material sendo testado constante, mas a rea de contato entre o material e as placas varivel [3-8]. Entretanto, como aplicao de argamassa, esta deve ser espalhada sobre uma superfcie, foi escolhida a configurao de ensaio ilustrada na Figura 2. A rea sob carregamento permanece constante, mas a rea submetida aos fenmenos de escorregamento e atrito entre a base e a amostra varivel. Esta , portanto, uma configurao que se assemelha mais com a aplicao prtica das argamassas e facilita o clculo dos nveis de tenso.

2.2 AplicaoO mtodo consagrado na caracterizao dos mais diversos tipos de pastas incluindo alimentos, cosmticos, materiais cermicos, polmeros, compsitos, alm de pastas de cimento, pastas de gesso, argamassas de extruso, colantes e de revestimento [3-17].

2.3 JustificativaA vasta gama de aplicao da tcnica deve-se ao fato desta no apresentar alguns dos problemas mais comuns dos ensaios reolgicos, como a perda de contato entre material e o elemento cisalhante (especialmente para materiais com caractersticas plsticas como as argamassas) e o entupimento de capilares. Alm de o mtodo ser simples, rpido e de fcil execuo, capaz de avaliar com preciso materiais com qualquer nvel de consistncia e, at mesmo formulaes com a presena de fibras. O squeeze-flow especialmente interessante para avaliao de argamassas devido a mudana geomtrica inerente ao ensaio que simula fenmenos de restrio que ocorrem durante etapas da aplicao. O mtodo permite ainda a variao da taxa de solicitao e tambm da magnitude das deformaes, uma versatilidade bastante importante para permitir a simulao de diferentes situaes prticas. No lanamento contra o substrato, por exemplo, a argamassa solicitada em altas taxas de cisalhamento e grandes 5 / 31

deformaes, enquanto as etapas de desempeno e acabamento podem submet-la a deformaes e taxas de cisalhamento bastante variveis. Outro aspecto relevante refere-se ao potencial da ampla utilizao da tcnica, visto que esta dispensa o uso de remetros especializados, pois pode ser facilmente implementada em equipamentos do tipo mquina universal de ensaios (prensas). Tais equipamentos so comumente utilizados em universidades, centros de pesquisa e desenvolvimento e, tambm, em laboratrios das indstrias destinados ao controle de qualidade.

3. EQUIPAMENTOS E ACESSRIOSMquina universal de ensaios equipamento com controle de deslocamento e, preferencialmente, com clulas de carga disponveis que sejam capazes de medir ampla faixa de carga com preciso (sugesto de 0 a 5000N ou 500kg). Deve ser verificado o nivelamento da mquina e, tambm, o paralelismo entre a travessa mvel e a base do equipamento, conforme indicado na Figura 3.Clula de carga

Travesso mvel

Conexo: Clula de carga / placa superior Placa superior

Base rgida de ao

Figura 3 Mquina universal de ensaios marca INSTRON (modelo 5569, capacidade 50kN, clula de carga utilizada 1000N). 6 / 31

Base base de ao robusta devidamente fixada e nivelada com o equipamento (Figura 3). Placa inferior pratos de ao com 20cm de dimetro e superfcie cromada (Figura 4a). Geometria adequada na face inferior (Figura 4b) para encaixe na base.

(a)

(b)

Figura 4 Placa inferior. (a) Face superior; (b) Face inferior.

Placa superior puno em ao inox com 101mm de dimetro e com encaixe adequado para ser fixado na clula de carga (Figura 5). A ferramenta ilustrada na Figura 5 tem encaixe para clula de carga de 1000N da INSTRON. O dispositivo de encaixe da ferramenta deve ser feito de acordo com a clula de carga a ser utilizada.

7 / 31

(b) (a) Figura 5 Placa superior com 101mm de dimetro (puno). (a) Foto, (b) Ilustrao esquemtica. Gabaritos acessrios plsticos para auxiliar na moldagem garantindo a centralizao da amostra na placa inferior (Figura 6).

(a)

(b)

Figura 6 Gabaritos para auxiliar na moldagem e garantir a centralizao da amostra. (a) Face superior; (b) Face inferior com destaque para os pinos que se apiam nas bordas do prato e garantem a centralizao sobre o mesmo.

Moldes anis de plstico com controle de dimenses e paralelismo (101mm de dimetro interno e 10mm de altura), Figura 7.

8 / 31

Esptula esptula metlica ou plstica para preencher o molde e razar a amostra. A esptula deve ser maior do que o dimetro da amostra para garantir o nivelamento durante o razamento.

4 1

2

1

5

3

Figura 7 Conjunto de ferramentas necessrias para moldagem das amostras para o ensaio de squeeze-flow. (1) Gabarito; (2) Anel para moldagem; (3) Prato ou placa inferior; (4) Esptula; (5) Amostra moldada.

4. DEFINIO DOS PARMETROS DE ENSAIO 4.1 GeometriaA versatilidade do mtodo de squeeze-flow permite que argamassas diferentes ou seus materiais constituintes sejam avaliados da maneira mais adequada, de acordo com as caractersticas do produto (argamassa) ou da pasta (ligante e gua). Para cada tipo de material ou de concentrao pode-se escolher ou adaptar uma condio de ensaio que seja mais apropriada em termos de facilidade de execuo, requisitos bsicos do ensaio ou simulao da aplicao.

9 / 31

A configurao geomtrica indicada para a avaliao de argamassas de revestimento consiste em amostra com 10mm de altura e 101mm de dimetro, conforme ilustrado na Figura 2. Entretanto, o teste pode ser realizado com outras dimenses para atender determinadas situaes. Dependendo das dimenses das maiores unidades constituintes, neste caso os agregados, indicado o aumento da altura da amostra, minimizando questes de efeitos geomtricos de parede. Por outro lado, a utilizao desta configurao com dimetro menor (50.8mm) pode ser necessria para se obter nveis de cargas compatveis com o equipamento disponvel e com a faixa de preciso tima da clula de carga. Alm disso, a reduo do dimetro da amostra pode ser necessria visando uma logstica factvel em relao quantidade de material utilizado e praticidade na preparao. Cabe ressaltar que como as solicitaes geradas na amostra dependem da geometria de ensaio, recomendvel que no sejam realizadas comparaes diretas entre amostras ensaiadas com geometrias distintas.

4.2 ProgramaO mtodo permite a variao da velocidade de deslocamento e tambm do nvel de deformao imposta. Recomenda-se a utilizao de velocidade de deslocamento igual

a 0,1mm/s, por ser uma velocidade da ordem em que os fenmenos em situaesprticas ocorrem e, tambm, por ser facilmente realizada pela grande maioria dos equipamentos do tipo mquina universal de ensaios. Velocidades mais baixas alm de no refletirem a processos realizados na prtica, levam a uma situao muito favorvel separao de fases. Velocidades acima de 0,1mm/s, na faixa entre 1 e 3 mm/s, so interessantes para avaliar o material sob uma condio diferente de solicitao e possvel de ocorrncia na prtica. A limitao nesse caso fica por conta da capacidade do equipamento utilizado. A deformao imposta deve ser a maior possvel, para que o comportamento do material seja avaliado desde pequenas at grandes deformaes. No caso de argamassas de revestimento, que geralmente possuem gros com dimetro mximo de aproximadamente 1,2mm, moldadas com 10mm de altura recomenda-se uma

deformao de 9mm. Nesta situao a amostra ser submetida a uma compresso at a10 / 31

dimenso aproximada dos agregados, restando no final do ensaio praticamente apenas uma camada de agregados. No caso da utilizao de amostras com 15 ou 20mm de altura, a deformao mxima imposta deve ser aumentada. A taxa de aquisio de dados recomendada durante o ensaio de aproximadamente 5 a 10 medidas por segundo. Deve-se usar taxas maiores para ensaios com velocidades maiores. Entretanto, a taxa utilizada vai depender da capacidade de aquisio do equipamento utilizado.

5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 5.1 MisturaO procedimento para execuo do ensaio comea na mistura da argamassa que deve ser feita de maneira a fornecer energia suficiente para desaglomerao das partculas e homogeneizao da massa. Uma mistura ineficiente ou no reprodutvel leva a resultados de squeeze-flow com maiores nveis de carga e com desvio muito grande nas repeties de uma mesma batelada e entre bateladas diferentes, conforme demonstrado na literatura [14,16]. A indicao para a mistura tal que a simples mudana no mtodo de adio de gua favorece um processo mais eficiente [14,16].

5.2 MoldagemImediatamente aps a mistura moldar a amostra de argamassa sobre a placa inferior totalmente limpa (isenta de poeira, gordura ou umidade) utilizando o molde (anel de plstico) e o gabarito (Figura 8a). Utilizando a esptula despejar um volume excessivo de material dentro do molde (Figura 8b), acomodar a massa gentilmente para promover preenchimento uniforme (Figura 8c), visando evitar a compactao do material. Razar / nivelar a superfcie com a esptula para garantir um bom acabamento superficial (Figuras 8d e 8e), pois a placa superior deve tocar perfeitamente o material antes do incio do ensaio. Retirar uma das metades do gabarito (a outra permanece para garantir a centralizao da amostra, Figura 8f) e em seguida retira o anel de plstico cuidadosamente para no alterar a geometria da amostra (Figuras 8g e 8h).

11 / 31

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

Figura 8 (a) Conjunto (placa inferior + gabarito + molde) pronto para ser utilizado; (b) preenchimento do molde com quantidade excessiva de argamassa; (c) acomodamento da 12 / 31

argamassa; (d) nivelamento da amostra atravs de razamento com a esptula; (e) amostra nivelada; (f) retirada da metade do gabarito; (g) retirada do molde; (h) amostra centralizada pronta para ser ensaiada.

5.3 Colocao da amostraTransportar cuidadosamente a placa inferior com a amostra centralizada para a mquina universal de ensaios e acoplar a placa sobre a base. Garantir a limpeza e secagem da placa superior. Descer a placa superior at que esta se aproxime da amostra. Efetuar o encosto da placa superior na amostra gentilmente (Figura 2a), sempre monitorando os valores de carga para evitar compactao do material antes do incio efetivo do ensaio. Aps zerar a carga e o deslocamento o ensaio est pronto para ser iniciado.

5.4 Cuidados no procedimento experimentalO mtodo de squeeze-flow apresenta elevada sensibilidade e repetibilidade, entretanto as possveis variaes esto relacionadas com falhas no procedimento experimental. As falhas mais comuns ocorrem durante a moldagem das amostras e o encosto antes do incio do ensaio. Durante a moldagem deve-se procurar obter uma superfcie lisa e plana, evitando a compactao da amostra, Figura 9. A desmoldagem deve ser realizada com cuidado para no ocorrer descentralizao da amostra durante a retirada do molde e do gabarito.

(a)

(b)

Figura 9 Situaes no recomendveis na moldagem das amostras.

13 / 31

No caso de argamassas pouco fluidas, a moldagem deve ser ainda mais cuidadosa, em pequenas pores espalhando uniformemente a massa na rea do molde visando o completo preenchimento do mesmo. As falhas de moldagem devido ao no preenchimento uniforme de molde so ilustradas na Figura 10.

Figura 10 Falhas de moldagem de uma argamassa pouco fluida.

5.5 Registro de imagens importante registrar imagens antes e depois da realizao do teste conforme ilustrado pela Figura 2, pois a anlise visual da amostra fornece informaes sobre o comportamento do material quanto a segregao de fases, ruptura por deformao plstica, extenso e forma de espalhamento e possveis falhas experimentais. As fotos devem ser realizadas com auxlio de trip para fixao da mquina fotogrfica prximo ao local de ensaio, de preferncia mantendo constantes a posio e o grau de aumento.

6. ANLISE DOS RESULTADOS 6.1 Observao experimentalAps iniciado os testes de squeeze-flow o operador deve observar o ensaio verificando e registrando a ocorrncia dos seguintes fenmenos: separao de fases (exsudao); fluxo descontnuo do material;

14 / 31

emisso de sons (geralmente causada pelo atrito entre agregados e/ou agregados e a placa). No final do teste, aps a retirada da amostra do equipamento, o operador pode ainda verificar qualitativamente a intensidade de separao de fases atravs de uma avaliao tctil da argamassa ensaiada. Isto porque quando a pasta flui com velocidade muito diferente dos agregados, esta migra radialmente fazendo que o centro da amostra fique com uma concentrao de agregados maior e compactados. Portanto, a diferena entre a consistncia do centro e a das regies perifricas da amostra um indicativo da separao entre a pasta e os agregados ocorrida no teste.

6.2 Tratamento de dadosOs resultados dos testes de squeeze-flow so expressos de maneira simples e direta, como grficos de carga vs. deslocamento ou tenso vs. deslocamento. No caso da escolha dos grficos de tenso, basta dividir as cargas de compresso registradas pela rea da placa superior (puno). Entretanto, algumas argamassas tm um comportamento particular durante os ensaios, resultando em grficos com variaes de carga como demonstrado na Figura 11. Para os ensaios realizados com os parmetros sugeridos neste manual para avaliao de argamassas de revestimento (dimenses da amostra: 10mm de altura, 101mm de dimetro; velocidade de ensaio 0,1mm/s) comum a ocorrncia destas variaes de carga em funo do fluxo descontnuo do material. No teste de squeeze-flow a argamassa comprimida e, como resposta, deformase radialmente. Neste processo algumas argamassas, geralmente com nveis de consistncia intermedirios, fluem e depois param, sendo que quando param de fluir a carga sobe e quando voltam a escoar a carga cai. Este fenmeno est relacionado ao atrito entre as placas e a argamassa e, tambm, aos mecanismos internos de deformao e fluxo do material. Quando o atrito entre as placas e a argamassa maior do que o atrito interno da argamassa, esta sofre cisalhamento interno para acomodar a reduo da altura, porm sem espalhamento radial significativo. Por outro lado, quando o atrito interno maior do que o atrito entre a massa e as placas, a argamassa espalha-se 15 / 31

radialmente em extenso significativa, sendo facilmente perceptvel ao observador. A ocorrncia repetitiva desses fenmenos resulta na oscilao de carga exemplificada na Figura 11 para uma argamassa de revestimento industrializada.400 A_15min Polinmio_ordem 5 300y = 24.201x - 115.15x + 165.29x - 37.77x + 32.866x R = 0.90442 5 4 3 2

Carga (N)

200

100

0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Deslocamento (mm)

Figura 11 Exemplo de ajuste matemtico de uma curva experimental de squeeze-flow que apresenta oscilao na carga causada pelo fluxo descontnuo de uma argamassa de revestimento industrializada testada 15 minutos aps a mistura. A ocorrncia destas oscilaes por si s j uma informao que o teste fornece sobre o comportamento do material sendo avaliado. As oscilaes sugerem a ocorrncia de altos nveis de cisalhamento interno no material. Entretanto, para facilitar a utilizao dos dados visando comparao com outros resultados e observao do perfil mdio da curva, necessrio o tratamento dos dados a fim de se obter uma curva isenta de oscilaes. A suavizao da curva pode ser realizada em software do tipo Microsoft Office Excel ou similar, atravs da adio de uma linha de tendncia do tipo polinomial com interseco igual a zero. A curva de suavizao escolhida deve ser a que melhor se ajuste a curva experimental, sendo que no exemplo da Figura 11 a funo polinomial escolhida foi de grau 5. Cabe ressaltar que o R2 da funo um parmetro que quantifica o ajuste desta com a curva experimental, sendo que quanto maior seu valor melhor o ajuste. No entanto, em algumas situaes a curva de suavizao com maior valor de R2 pode no ser adequada se representar um comportamento que no tenha um 16 / 31

sentido fsico. Por exemplo, se a curva ajustada indica carga nula (para valores de deslocamento maiores do que zero) ou valores de carga negativos (o que neste caso indicaria equivocadamente trao na amostra).

6.3 Interpretao dos resultadosO perfil tpico obtido de um ensaio de squeeze-flow com controle por deslocamento expresso na forma de carga vs. deslocamento apresenta 3 regies bem definidas [4,8], conforme demonstrado na Figura 12.

Carga ou Tenso (N ou Pa)

I

II

III

Deslocamento (mm)

Figura 12 Perfil tpico de carga vs. deslocamento de um ensaio de squeeze-flow realizado com deslocamento controlado. Estgio I: pequeno deslocamento - deformao elstica; estgio II: deslocamento intermedirio - deformao plstica e/ou fluxo viscoso; estgio III: grande deslocamento - enrijecimento por deformao (strain hardening). No primeiro estgio, em pequenas deformaes, o material comporta-se como um slido, apresentando deformao elstica linear e est relacionado tenso de escoamento do material e, em termos prticos, com a mxima espessura de camada que pode ser aplicada. No estgio seguinte (II), em deslocamentos intermedirios, a compresso resulta em deformao radial elongacional e de cisalhamento superando as foras que mantinham o material sob comportamento elstico e, assim, o mesmo flui por 17 / 31

deformao plstica e/ou viscosa dependendo das suas caractersticas. Nesta etapa o material capaz de sofrer grandes deformaes sem aumento significativo da fora necessria para o deslocamento, que um comportamento que favorece a produtividade na aplicao de argamassas. J no terceiro estgio, em grandes deformaes, ocorre um aumento expressivo (exponencial) da carga necessria para prosseguir a deformao do material. A aproximao das partculas ou de outros constituintes de um sistema submetido a grandes deformaes gera foras restritivas ao fluxo devido maior interao por embricamento ou entrelaamento (no caso de fibras) das unidades mveis. Consequentemente, as foras de atrito so predominantes nessa situao. No caso de das argamassas, ainda existe uma grande tendncia separao de fases, devido a sua natureza multifsica, principalmente em condies de grandes deslocamentos e baixas velocidades [3,13]. Este terceiro estgio caracterizado por um comportamento em que procedimentos de aplicao e acabamento do material tendem a ser dificultados, devido s altas cargas envolvidas. importante ressaltar que a faixa de deslocamento e a intensidade dos estgios variam de acordo com a composio dos materiais (teores de gua e de ar, dimenses mnima e mxima das partculas, presena de aditivos) e tambm com a configurao de ensaio utilizada. Parmetros a serem avaliados nos resultados de squeeze-flow: nvel de carga (tenso); perfil da curva em funo do deslocamento; identificao de estgios de comportamento (ilustrados na Figura 12); ocorrncia de oscilao nas curvas. Portanto, a anlise uma curva carga ou tenso vs. deslocamento possibilita a compreenso do comportamento reolgico da argamassa em diferentes situaes durante sua aplicao, partindo de uma condio estacionria representando o material 18 / 31

em repouso, at um elevado nvel de deformao, cisalhamento e restrio geomtrica durante a aplicao.

7. EXEMPLOS APLICADOS A ARGAMASSAS DE REVESTIMENTOOs exemplos mostrados a seguir demonstram o potencial de utilizao da tcnica na avaliao do comportamento reolgico de argamassas de revestimento.

7.1 Influncia do teor de gua e tempo de consolidaoA Figura 13 ilustra a influncia do teor de gua e do tempo de consolidao de no comportamento reolgico de uma argamassa avaliado por squeeze-flow. Foram utilizados dois teores de gua, 13%, teor baixo para essa composio, foi utilizado para simular uma argamassa seca como para aplicaes de contra-piso, e 15% que o teor usual para aplicao desse material como revestimento. As amostras de 50,8 de dimetro e 10mm de altura foram ensaiadas 15 e 60 minutos aps a mistura com velocidade de 0,1mm/s e deslocamento mximo de 2,5mm [15].1000 800

Carga (N)

(i) 13%_15min (ii) 13%_60min (iii) 15%_15min (iv) 15%_60min (iv) (ii) (iii)

600(i)

400 200 0 0.0 0.5 1.0

1.5

2.0

2.5

Deslocamento (mm)Figura 13 Influncia do teor de gua e tempo de consolidao no comportamento reolgico de uma argamassa de revestimento [15]. A argamassa com 13% de gua passa direto de um comportamento elstico (estgio I) para o enrijecimento por deformao (estgio III) devido ao elevado atrito 19 / 31

entre os agregados [15]. No perodo de 60 minutos ocorre uma reduo das cargas necessrias para deformao do material decorrentes de seu rompimento, pois o aumento da viscosidade da pasta e reduo da sua capacidade plstica em manter a coeso. O aumento do teor de gua para 15% inverteu o comportamento da composio, tornando-se menos viscosa e facilitando o escorregamento relativo dos agregados. As curvas apresentaram nveis de carga menores e, para 15 minutos, comportamento de deformao plstica. Em maiores deformaes o enrijecimento tpico do terceiro estgio bem menos intenso do que o observado para a composio com 13% de gua. O efeito da consolidao comprovado com o aumento das cargas e mudana de perfil aps 60 minutos. Neste caso a quantidade e as caractersticas da pasta foram adequadas para manter a coeso do material.

7.2 Influncia da velocidade de deslocamentoAmostras da formulao exemplificada acima com 13 e 15% de gua foram ensaiadas em velocidades de deslocamento do puno variando de 0,01 at 1mm/s, conforme demonstrado na Figura 14. As amostras com 13% de gua necessitaram de maiores cargas para se deformarem quando solicitadas em maiores velocidades. Isto porque a pasta presente est em quantidade insuficiente e apresenta elevada viscosidade no sendo capaz de manter os agregados afastados e lubrificados, gerando altos nveis de atrito e um comportamento do tipo dilatante.

20 / 31

1000 (a) 13% gua 800 (ii) (iii) (i) 0.01 mm/s (ii) 0.1 mm/s (iii) 1 mm/s (i)

Carga (N)

600 400 200 0 300 0.0 0.5 (b) 15% gua

1.0

1.5

2.0

2.5

(i) 0.01 Deslocamento (mm) mm/s (ii) 0.1 mm/s (iii) 1 mm/s

Carga (N)

200

100

(i) (ii) (iii)

0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Deslocamento (mm)Figura 14 Influncia da velocidade de deslocamento do puno no comportamento reolgico. (a) argamassa de revestimento com 13% de gua. (b) 15% de gua. As amostras foram ensaiadas 15 minutos aps a mistura com velocidades de 0,01, 0,1 e 1mm/s. Dimetro 50,8mm. Altura 10mm [15]. J as amostras com 15% de gua apresentaram comportamento oposto, sendo deformadas mais facilmente em maiores taxas. Neste caso quanto menor a velocidade maior a tendncia segregao, pois a pasta mais fluida tem tempo suficiente para migrar radialmente atravs da estrutura tridimensional formada pelos agregados, desta forma a concentrao de slidos na regio central elevada e as cargas resultantes tambm. Quando solicitadas em altas velocidades a pasta no tem tempo para migrar grandes distncias e o sistema comporta-se como um fluido homogneo, necessitando

21 / 31

menores cargas para ser deformado. O comportamento similar a pseudoplstico, mas como ocorre separao de fases esta afirmao deve ser feita com ressalvas.

7.3 Avaliao de produtos diferentesA Figura 15 exemplifica a utilizao do mtodo para a comparao do comportamento reolgico de diferentes produtos de revestimento. A argamassas D, que tinha aspecto bastante seco, apresentou carga acima de 1000N em deslocamento menor do que 1,5mm, ou seja, comportamento caracterizado pelo enrijecimento por deformao (estgio III). O produto E comportou-se plasticamente at 1mm de deslocamento, a partir deste deslocamento a ocorre a inverso que caracteriza o terceiro estgio, com aumento expressivo das cargas. As argamassas H e I apresentaram cargas intermedirias se comparadas aos outros produtos exemplificados, entretanto o perfil das curvas diferente. O produto H necessita de cargas maiores para ser deformado em baixos deslocamentos, porm a carga no aumenta expressivamente para deslocamentos maiores e o perfil da curva no indica tendncia de inverso. J a argamassa I teve comportamento oposto, sendo que em pequenos deslocamentos fluiu facilmente, mas para deslocamentos maiores que 1,8mm apresentou maior resistncia ao fluxo do que a argamassa H. A argamassa F caracterizada pelo elevado teor de ar, resultando em nveis de carga muito baixos e com comportamento plstico, conforme avaliado pelo

squeeze-flow.

22 / 31

1000 D 800 E F E D

Carga (N)

600

I H

400

I

H

200 F 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Deslocamento (mm)

Figura 15 Avaliao reolgica de diferentes argamassas de revestimento industrializadas do mercado nacional. As amostras foram ensaiadas 60 minutos aps a mistura com velocidade de deslocamento de 0,1mm/s. Dimenses: dimetro = 101mm, altura = 10mm [17].

7.4 Testes com grandes deslocamentosNo intuito de simular alguma situao prtica onde elevada restrio geomtrica est envolvida, os testes de squeeze-flow com grandes deslocamentos so indicados. O ensaio conduzido exatamente da mesma forma, mas o deslocamento mximo pode ser de at 9mm (para amostra com 10mmde altura). O comportamento de duas argamassas diferentes sob grandes deformaes demonstrado na Figura 16. Observa-se que a Arg. 1 requer baixas cargas at 7mm de deslocamento, a partir deste valor a interao entre os agregados torna-se muito intensa e eleva expressivamente as cargas necessrias para prosseguir a deformao. A Arg.2 apresenta-se mais consistente, com cargas mais elevadas e inverso de comportamento plstico para enrijecimento por deformao em deslocamento menor (5,5mm). So demonstradas as curvas bruta e suavizada dos resultados da Arg.2, pois nos dados brutos observa-se intensa oscilao das cargas, indicando um fluxo descontnuo.

23 / 31

1000 Arg. 1 800 Arg. 2Arg.2_polinmio ordem 6

Carga (N)

6001

400 200 0 0 1 2 3 4 5

2

6

7

8

9

Deslocamento (mm)

Figura 16 Exemplo de duas argamassas de revestimento submetidas ao ensaio de squeeze-flow com grandes deformaes. Dimenses da amostra: dimetro = 101mm, altura = 10mm. Velocidade de deslocamento = 0,1mm/s. Resultados no publicados.

7.5 Influncia da misturaO mtodo de squeeze-flow bastante sensvel a variaes no material, sendo que a efetividade da mistura no caso de suspenses altamente concentradas, como as argamassas, tem grande influncia no comportamento reolgico e, consequentemente, nos resultados obtidos por squeeze-flow. Na Figura 17 fica evidente a influncia das condies de mistura no comportamento reolgico de uma argamassa industrializada. As misturas Manual (Figura 17a) e Norma (Figura 17b) resultaram em argamassas mais difceis de serem deformadas e com baixa repetibilidade, indicando um material mal misturado [16]. A heterogeneidade do sistema fica evidenciada pela evoluo aleatria do comportamento reolgico observado aps 60 minutos (17d, 17e). Na prtica, uma argamassa com esse comportamento seria mais difcil de ser aplicada, com significativa variao no comportamento reolgico entre bateladas e, provavelmente, com evoluo microestrutural bastante heterognea resultando num revestimento com propriedades diferentes ao longo da fachada. 24 / 31

500 400H_Manual_15min (1) H_Manual_15min (2) H_Manual_15min (3)

(a)

500 400Carga (N)

Carga (N)

H_Manual_60min (1) H_Manual_60min (2) H_Manual_60min (3)

300 200 100 0 500 4000.0 0.5 1.0 1.5 2.0

300 200 100 0

(d)0.5Deslocamento (mm)

2.5

Deslocamento (mm)

(b)

500 0.0 400

1.0

1.5

2.0

2.5

Carga (N)

Carga (N)

300 200 100 0 500 4000.0

H_Norma_15min (1) H_Norma_15min (2) H_Norma_15min (3)

300 200 100 0

H_Norma_60min (1) H_Norma_60min (2) H_Norma_60min (3)

(e)

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Deslocamento (mm)

(c)

500 0.0 400

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Deslocamento (mm)

Carga (N)

H_Me cnica_AF_15min (1) H_Me cnica_AF_15min (2) H_Me cnica_AF_15min (3)Carga (N)

H_Mecnica_AF_60min (1) H_Mecnica_AF_60min (2) H_Mecnica_AF_60min (3)

(f)

300 200 100 0 0.0 0.5

300 200 100 0

Deslocamento (mm)

1.0

1.5

2.0

2.5

0.0

0.5

Deslocamento (mm)

1.0

1.5

2.0

2.5

Figura 17 Resultados de squeeze-flow ilustrando a influncia do tipo de mistura realizada em laboratrio no comportamento reolgico de uma argamassa industrializada. (A) e (D) Manual, mistura manual sem procedimento padronizado; (B) e (E) Norma, mistura de acordo com a norma NBR 13276; (C) e (F) Mecnica AF, mistura mecnica em argamassadeira com adio fracionada de gua [16]. As amostras foram ensaiadas 15 e 60 minutos aps a mistura. Dimenses: dimetro 101mm, altura 10mm. Velocidade de deslocamento de 0,1mm/s [16]. Entretanto, quando a argamassa foi submetida mistura com adio de gua de forma fracionada, o processo foi capaz de fornecer energia suficiente para desaglomerao e homogeneizao da composio [16]. Os resultados de squeeze-flow nas Figuras 17C e 17F, demonstram um comportamento reolgico constante entre diferentes bateladas, sendo uma argamassa mais fcil de ser espalhada de acordo com os menores nveis de carga se comparada s amostras preparadas com os outros procedimentos de mistura. O comportamento reolgico da composio modifica-se

25 / 31

pouco at 60 minutos e a disperso dos resultados muito pequena, indicando uma consolidao gradual e homognea do material [16]. Portanto, o fato do mtodo ser altamente sensvel mistura possibilita sua utilizao para avaliar a efetividade de processos de mistura aplicados s argamassas. Por outro lado, a comparao entre o comportamento de diferentes produtos ou a avaliao da influncia de mudanas na formulao atravs do squeeze-flow requer cuidados especiais em relao mistura. Assim, evitando que os efeitos das variveis investigadas no comportamento reolgico no fiquem mascarados por problemas provenientes do processo de mistura, ou ainda, haja uma grande variabilidade entre diferentes bateladas.

8. REFERNCIAS[1] Banfill, P.F.G. The rheology of fresh mortar: A review. Simpsio Brasileiro de Tecnologia de Argamassas, VI, In: Anais, ANTAC, Florianpolis p 121-143, 2005. [2] Pileggi, R.G. Ferramentas para o estudo e desenvolvimento de concretos refratrios. So Carlos, 2001. 187p Tese de Doutorado Programa de Ps-Graduao em Cincia e Engenharia de Materiais, Universidade Federal de So Carlos. [3] Engmann, J., Servais, C., Burbidge, A. S. Squeeze flow theory and applications to rheometry: A review. Journal of Non-Newtonian Fluids Mechanics 132 , p. 1-27, 2005. [4] Campanella, O. H., Peleg, M. Squeezing flow viscosimetry of peanut butter. Journal of Food Science 52 (1), p. 180-184, 1987. [5] Steffe, J. F. Rheological methods in food process engineering. Freeman Press, USA, 1996. [6] zkan, N., Oysu, C., Briscoe, B. J., Aydin, I. Rheological analysis of ceramic pastes. Journal of the European Ceramic Society 19, p. 2883-2891, 1999. [7] G.H. Meeten, Yield stress of structured fluids measured by squeeze flow, Rheologica Acta 39 (2000)399-408. [8] Min, B. H., Erwin, L., Jennings, H. M. Rheological behavior of fresh cement paste as measured by squeeze flow. Journal of Materials Science 29, p. 1374-1381, 1994. [9] Pileggi, R.G., Betioli, A.M., Cardoso, F.A., John, V.M. Extended rheological characterization of cement pastes: Squeeze flow plus rotational rheometry. In: Anais 12th International Congress on the Chemistry of Cement. Montral (Canad), 2007. [10] Agopyan, A. K., Cardoso, F. A., Pileggi, R. G., John, V. M., Carbone, C. Anlise reolgica de pastas para revestimentos base de gesso por squeeze-flow. Simpsio Brasileiro de Tecnologia de Argamassas, VI, In: Anais, ANTAC, Florianpolis, p 144157, 2005. 26 / 31

[11] Costa, M.R.M.M., Cincotto, M.A., Pileggi, R.G. Anlise comparativa de argamassas colantes de mercado e o seu comportamento reolgico. Simpsio Brasileiro de Tecnologia de Argamassas, VI, In: Anais, ANTAC, Florianpolis, p 382-394, 2005. [12] Pvoas, Y.V. Avaliao da formao de pelcula na argamassa colante e sua influncia na adeso. So Paulo, 2006. Tese de Doutorado Departamento de Engenharia de Construo Civil da Escola Politcnica da USP. [13] Toutou, Z., Roussel, N., Lanos, C. The squeezing test: a tool to identify firm cement-based materials rheological behaviour and evaluate their extrusion ability. Cement and Concrete Research 35, p. 1891-1899, 2005. [14] Antunes, R.P.N., John, V.M., Pileggi, R.G. Influncia da seqncia de mistura nas propriedades reolgicas de argamassas avaliada por squeeze-flow. Simpsio Brasileiro de Tecnologia de Argamassas, VI, In: Anais, ANTAC, Florianpolis, 2005. p 158-179. [15] Cardoso, F.A., Pileggi, R.G., John, V.M. Caracterizao reolgica de argamassas atravs do mtodo de squeeze-flow. Simpsio Brasileiro de Tecnologia de Argamassas, VI, In: Anais, ANTAC, Florianpolis p 121-143, 2005. [16] Cardoso, F.A., Campora, F.L., Pileggi, R.G., John, V.M. Influncia do tipo de mistura no comportamento reolgico de argamassas avaliado por squeeze-flow. Simpsio Brasileiro de Tecnologia de Argamassas, VII, In: Anais, ANTAC, Recife, 2007. [17] Cardoso, F.A., Campora, F.L., Pileggi, R.G., John, V.M. Caracterizao reolgica de argamassas do mercado por squeeze-flow. Simpsio Brasileiro de Tecnologia de Argamassas, VII, In: Anais, ANTAC, Recife, 2007.

CRDITOSFotografia: Mario S. Takeashi Desenhos tcnicos: Juarez Hoppe Filho

27 / 31

ANEXO A DESENHOS TCNICOS DAS FERRAMENTAS E ACESSRIOS

A

A

Vista Frontal Vista Superior Corte AA

Figura A1 Desenhos tcnicos do puno (placa superior) com 101mm de dimetro com encaixe para clula de carga de 1000N do equipamento INSTRON. Vista frontal, vista superior e corte transversal AA. Foto da ferramenta disponvel na Figura 5.

28 / 31

A Figura A2 especifica as dimenses da placa inferior para uma base de 20cm de dimetro. Caso a base a ser utilizada na mquina universal de ensaios seja de outro dimetro a parte inferior da placa deve ter encaixe apropriado.

Vista Frontal

Corte AA

A

A

Vista Superior

Figura A2 Desenhos tcnicos do prato (placa inferior) com 200mm de dimetro. utilizado para avaliao de argamassas de revestimento. Vista frontal, vista superior e corte transversal AA. Ver tambm Figura 4.

29 / 31

Vista Frontal

Corte AA

A

A

Vista Superior

Figura A3 Desenhos tcnicos do molde de 101mm de dimetro. Vista frontal, vista superior e corte transversal AA.

30 / 31

Vista Frontal

Vista Inferior Vista SuperiorFigura A4 Desenhos tcnicos do gabarito usado para auxiliar na moldagem e manter a centralizao da amostra. Vista frontal, vista superior e vista inferior. Ver tambm Figura 6.

31 / 31