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ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0495 1

Retração Restringida de Argamassa de Revestimento

Restrained Shrinkage Rendering Mortar Narciso Gonçalves da Silva (1); Franciel Walter (2); Douglas Zichtl C. M. Pichetti (2); Mário César

Alexandre Júnior (2); Philippe Jean Paul Gleize (3)

(1) Professor Doutorando, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, UFSC

(2) Graduando Bolsista em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina, UFSC (3) Professor Doutor, Departamento de Engenharia Civil, UFSC

Rua João Pio Duarte Silva, s/n, Córrego Grande, 88040-970, Caixa Postal 476, Florianópolis-SC

Resumo

A fissuração por retração provocada pela restrição à variação dimensional da argamassa é uma das principais patologias que ocorrem em revestimentos. Esta fissuração deve-se à ocorrência de tensões de tração nas argamassas devido às deformações impostas pela redução de volume provocado principalmente pela perda de água. Com o objetivo de medir as tensões geradas no interior da argamassa pela restrição da retração, foram confeccionados moldes de aço inox. Simultaneamente, foi determinada a medida da retração livre e perda de massa devido à evaporação água da argamassa. A suscetibilidade à fissuração foi avaliada utilizando um método adaptado da norma ASTM C1579 (2006) com a utilização de vento. Os ensaios foram realizados em sala climatizada com temperatura e umidade relativa controladas. Foram produzidas argamassas no traço em volume 1 : 1 : 6 (cimento : cal hidratada : areia), com adição de fibras de polipropileno e incorporação de ar. Os resultados demonstraram que o teor de ar incorporado e de fibras são fatores preponderantes que afetam as tensões e as retrações que por sua vez influenciam a fissuração. Palavra-Chave: retração, tensão, revestimento, argamassa

Abstract

The shrinkage cracking caused by the restriction of dimensional variation of the mortar is one of the major diseases that occur in rendering. This cracking is due to the occurrence of tensile stresses in mortar due to deformations imposed by the volume reduction caused mainly by loss of water. In order to measure the stresses generated within the mortar by the restriction of the retraction, molds were made of stainless steel. At the same time, it was determined to measure the free shrinkage and mass loss due to evaporation of water mortar. The susceptibility to cracking was evaluated using a method adapted from ASTM C1579 (2006) with the use of wind. The tests were performed in a room with temperature and relative humidity. Mortars were produced in the stroke volume in 1: 1: 6 (cement: lime: sand), with the addition of polypropylene fibers and incorporation of air. The results showed that the amount of air incorporated and fiber are important factors that affect the tensions and retractions, which in turn influence the cracking. Keywords: shrinkage, tension, rendering, mortar


1 Introdução

A retração no estado fresco de uma argamassa conhecida por retração plástica é resultado da contração volumétrica devido, principalmente, à perda de água. A retração plástica é influenciada pelo consumo de cimento, granulometria da areia, teor de material pulverulento, quantidade de água adicionada para mistura da argamassa e condições climáticas desfavoráveis (temperatura alta, umidade relativa baixa e ventos fortes), dentre outros fatores. Muitas pesquisas vêm sendo desenvolvidas nos últimos anos com utilização de fibras e aditivos redutores de retração para minimizar e até mesmo eliminar os efeitos provocados pela retração plástica na superfície do concreto e nos revestimentos de argamassas (BENTUR e KOVLER (2003)).

As causas que provocam a fissuração no revestimento nas primeiras horas após a aplicação da argamassa são inúmeras, porém a retração plástica é um dos fenômenos considerado como sendo o mais relevante. Estas deformações dependem das constantes elásticas da pasta de cimento, dos inertes e da capacidade de relaxação das tensões provocadas pelas forças geradas devido ao movimento de algum modo restringido (VEIGA (1998)). A depressão capilar e as variações de tensões superficiais que estão associadas ao movimento e perda de água durante a secagem, explicadas pelas leis de Laplace e de Kelvin, são creditadas como sendo as principais causas da retração (HUA et al. (1995); BENTZ (2008)).

Muitas técnicas utilizando moldes para a medida da retração livre foram apresentadas nos últimos anos, porém, na sua maioria com espessuras apropriadas para concretos. A relação entre a área e o volume dos revestimentos de argamassas é muito grande, o que favorece a perda de água por evaporação, sendo assim os moldes para a medida de retração devem apresentar pequenas espessuras. A técnica mais utilizada para medida de retração livre de argamassas foi proposta por DÉTRICHÉ (1977), que utiliza captores de deslocamento posicionados nas duas extremidades do molde (método biaxial), conforme mostra a figura 1. A argamassa deve estar perfeitamente aderida à grelha, sendo esta dificuldade de moldagem a principal causa da elevada dispersão nas repetições dos ensaios.

Figura 1 – Equipamento de medida de retração livre de argamassa no estado fresco (BASTOS (2001))


A mensuração das tensões devido à restrição da retração em concretos foi retratada por diversos pesquisadores nas últimas décadas (SPRINGENSCHMID et al. (1985); PAILLÈRE et al. (1989); KOVLER (1994); BISSONNETTE e PIGEON (1995); VEIGA (1998)). Muitos dispositivos foram apresentados para ensaios de retração restringida na avaliação da influência de fibras, sílica ativa, aditivos, entre outros, em materiais cimentícios (AL-AMOUDI et al. (2006); KAMEN (2007); ALY et al. (2008); LOSER e LEEMANN (2009)).

2 Materiais e metodologia

2.1 Materiais

As argamassas foram preparadas utilizando os seguintes materiais: cimento Portland CPII-Z 32, cal hidratada CH III, areia proveniente do Rio Tijucas do Estado de Santa Catarina, fibras de polipropileno do tipo multifilamentos, com comprimento médio de 5 mm e aditivo incorporador de ar em pó à base de lignosulfonato de sódio e lauril sulfato de sódio. Com o traço em volume, utilizando a massa unitária de cada material, converteu-se para o traço em massa para o preparo das argamassas.

A tabela 1 apresenta a caracterização física do cimento CPII-Z 32, da cal hidratada em pó e da areia e a tabela 2 apresenta a distribuição granulométrica da areia.

Tabela 1 – Caracterização física do cimento CP-II Z 32, da cal hidratada e da areia

Ensaios realizados Método Resultado médio

Cimento Cal Areia

Massa unitária (kg/m³) NBR 7251 976 631 1394

Massa específica (kg/m³) NBR 6474 2923 2420 2655

Material pulverulento (%) NBR 7219 - - 2,14

Tabela 2 – Distribuição granulométrica da areia – NBR 7211 (2005)

Abertura da

peneira (mm)

Areia

massa

retida (g)

porcentagem retida

individual acumulada

2,4 0,00 0,00 0,00

1,2 9,96 1,99 1,99

0,6 50,56 10,11 12,10

0,3 77,73 15,55 27,65

0,15 251,40 50,28 77,93

0,075 100,49 20,10 98,03

Fundo 9,86 1,97 100,00

Total 500,00 100,00 -


2.2 Metodologia

A avaliação da fissuração das argamassas foi realizada utilizando três moldes prismáticos de madeira adaptado da norma ASTM C1579 (2006), com dimensões internas de 250 x 400 x 20 mm, conforme mostra a figura 2. No fundo dos moldes foram colocadas restrições à retração para induzir a ocorrência de fissuras. A sensibilidade, a praticidade, a reprodutividade e adequação dos ensaios em condições ambientais controladas como temperatura, umidade relativa e velocidade do vento, são algumas das justificativas para a utilização deste método.

Figura 2 – Dimensões do molde adaptado da norma ASTM C1579 (2006) para avaliar a fissuração

O ensaio foi realizado em sala climatizada com temperatura de (23±2)ºC e umidade relativa de (50±5)%, por um período de aproximadamente 20 horas dentro de uma caixa de madeira, como prescreve a norma ASTM C1579 (2006). Foi utilizado um ventilador para produzir vento com velocidade de 1,8 m/s de modo a acelerar o fenômeno de secagem e induzir a fissuração. O tempo de ocorrência da primeira fissura foi registrado. Após 20 horas, a largura média, o comprimento e a área total das fissuras foram determinados com a utilização de gabarito.

A perda de água por evaporação foi medida em molde prismático de madeira com dimensões internas de 150 x 400 x 20 mm, por um período de aproximadamente 20 horas, colocados sobre a balança conectada ao computador, que através de um software registrou os dados. O ensaio foi realizado simultaneamente ao ensaio para determinação da fissuração, com a utilização de vento. Os interiores de todos os moldes foram impermeabilizados com esmalte sintético marítimo, para não absorverem água das amostras. A figura 3 ilustra a realização do ensaio.


Figura 3 – Ensaio de avaliação da fissuração e perda de água

O ensaio de retração livre da argamassa foi realizado utilizando um molde de aço inox com dimensões internas de 100 mm de largura, 400 mm de comprimento e 20 mm de espessura, com fundo não absorvente. A deformação foi medida utilizando um transdutor de deslocamento fixado em uma das extremidades da placa móvel (método axial).

Num segundo molde de aço inox, com as mesmas dimensões do molde de retração livre, foi fixada uma célula de carga de 5 kg na extremidade da placa móvel, que registrou a força devido à restrição da retração.

Os moldes foram revestidos com filme de teflon e óleo mineral para minimizar os efeitos do atrito. As medidas da retração livre e da força foram registradas a cada 120 segundos através de um sistema de aquisição de dados conectado ao computador por um período de aproximadamente 20 horas. Os ensaios foram realizados três vezes para cada argamassa, sem a utilização de vento. A pequena espessura dos moldes foi definida de modo que a superfície da amostra exposta ao ar seja a maior possível com relação ao volume, favorecendo a evaporação da água. A figura 4 ilustra os ensaios de retração livre e restringida.

Figura 4 – Ensaios de retração livre e restringida


As argamassas para o ensaio de fissuração e perda de água foram preparadas fazendo a mistura, em massa, de cimento, cal hidratada em pó e areia seca em misturador planetário de eixo vertical com capacidade de 30 litros. Colocou-se na cuba do misturador a argamassa anidra e o equipamento foi ligado durante 2 minutos para homogeneização. Em seguida, com o equipamento ligado, foi adicionada a água em até 20 segundos e manteve-se ligado por um período de 3 minutos. As argamassas para a realização do ensaio de retração e medida da força foram preparadas em argamassadeira com capacidade de 5 litros. Colocou-se 3 kg de argamassa anidra na cuba e em seguida, com a argamassadeira ligada na velocidade baixa, foi adicionada a água em até 20 segundos, permanecendo ligada por 90 segundos.

A argamassa de referência (REF), com fibras de polipropileno (FPP) e com ar incorporado (IAR) foram produzidas no traço em volume 1 : 1 : 6 (cimento : cal : areia). A tabela 3 apresenta o consumo por metro cúbico de cada material para a produção das argamassas.

Tabela 3 – Consumo de materiais para produção das argamassas

Argamassa

Consumo de materiais (kg/m³)

Cimento Cal Areia Aditivo Fibras Arg.

Anidra Água

REF 155,7 100,7 1311,7 - - 1568,1 376,4

FPP 0.10 155,0 100,3 1306,1 - 0,16 1561,4 374,8

FPP 0.20 154,3 99,8 1300,2 - 0,31 1554,6 373,1

FPP 0.30 154,2 99,7 1299,1 - 0,46 1553,5 372,7

IAR 9.0 149,3 96,6 1258,1 0,029 - 1504,0 346,0

IAR 15.0 140,8 91,1 1186,5 0,061 - 1418,5 309,2

IAR 21.0 134,6 87,0 1134,0 0,097 - 1355,7 275,2

IAR 27.0 129,8 83,9 1093,2 0,157 - 1307,1 235,3

3 Resultados e discussões

A figura 5 apresenta o resultado médio de três medidas do teor de ar incorporado, calculado pelo método gravimétrico de acordo com a NBR 13278 (2005).

0,00

4,00

8,00

12,00

16,00

20,00

24,00

28,00

REF

FPP 0

.10

FPP 0

.20

FPP 0

.30

IAR 9

.0

IAR 1

5.0

IAR 2

1.0

IAR 2

7.0

Argamassa

Teo

r d

e a

r in

co

rpo

rad

o (

%)

Figura 5 – Resultados médios do teor de ar incorporado


A perda de água por evaporação das argamassas, que ficaram expostas por aproximadamente 20 horas, estão apresentadas na figura 6.

(a)

(b)

Figura 6 - Perda de água por evaporação das argamassas com: (a) fibras; (b) ar incorporado

A taxa de evaporação da água é elevada e com tendência linear nas primeiras 24 horas, estabilizando após este período. A adição de fibras provocou um aumento não muito significativo na taxa de evaporação de água, nas argamassas avaliadas com este volume de fibras, fato também constatado por WONGTANAKITCHAROEN e NAAMAN (2007), em suas pesquisas com concreto. Nas primeiras horas o efeito do ar incorporado na perda de água por evaporação não é observado, porém, após aproximadamente 15 horas, nas argamassas com maior teor de ar incorporado reduziu significativamente a quantidade de água evaporada.

Os resultados médios de três medidas da retração plástica livre estão apresentados na figura 7. Os resultados apresentaram dispersões elevadas, possivelmente, devido à heterogeneidade dos materiais, às variações associadas ao preparo da argamassa e à moldagem das amostras no dispositivo (VEIGA (1998)).

(a)

(b)

Figura 7 – Retração plástica livre das argamassas com: (a) fibras; (b) ar incorporado


A adição de fibras reduziu a medida da retração plástica ao final de 20 horas, quando comparadas com a argamassa de referência, porém não apresentou diferenças significativas nas retrações para os diferentes volumes de fibras. A incorporação de ar nas argamassas reduziu significativamente a retração plástica livre, após 6 horas da moldagem das amostras, quando comparadas com a argamassa de referência.

A evaporação da água induz o surgimento de pressões no interior dos capilares da argamassa nas primeiras horas gerando tensões devido à retração plástica livre. A razão entre as força obtida na célula de carga e a área da placa da extremidade móvel do molde de aço é a tensão ao longo do tempo. Os resultados médios de duas medições das tensões que apresentaram desvios inferiores a 20% estão apresentados na figura 8.

(a)

(b)

Figura 8 - Tensão obtida através da retração restringida das argamassas: (a) com fibras; (b) com ar incorporado

As fibras de polipropileno pouco influenciaram nas tensões medidas quando comparadas com a argamassa de referência. Porém, é significativa a redução das tensões com o aumento do teor de ar incorporado. O ar incorporado nas argamassas provoca o aumento das dimensões dos poros e, conseqüentemente, o aumento também dos raios médios dos capilares, induzindo a redução da retração plástica e das tensões devido, principalmente, à redução das pressões capilares (WITTMANN (1976); KRONLÖF et al. (1995); TURCRY (2004); HOLT e LEIVO (2004)).

A fissura em algumas amostras tornou-se visível após alguns minutos, porém, não acentuou as suas dimensões. O comprimento das fissuras não é um parâmetro adequado para avaliar a fissuração do revestimento, pois, ao longo do comprimento as fissuras apresentaram diversas larguras. Portanto, o parâmetro mais adequado para avaliar o potencial de fissuração do revestimento é a área total das fissuras. A figura 9 apresenta o tempo de ocorrência observada da primeira fissura, o comprimento e a área total das fissuras das amostras, após 20 horas da moldagem.


0

100

200

300

400

500

600

700

800

REF

FPP 0

.10

FPP 0

.20

FPP 0

.30

IAR 9

.0

IAR 1

5.0

IAR 2

1.0

IAR 2

7.0

Argamassa

Tempo (min)

Comprimento (mm)

Área total (mm²)

Figura 9 – Resultados da fissuração das amostras

Há uma redução sensível da fissuração na argamassa com adição de fibras de polipropileno com 0,30% em relação à argamassa de referência, fato já comprovado por alguns pesquisadores (MA et al. (2004); QI et al. (2005)). As microbolhas de ar, presentes no interior das argamassas preparadas com aditivo incorporador de ar (IAR), interrompem a conectividade entre os poros dispersando os agregados (HANZIC e ILIC (2003)), como pode ser observado na micrografia apresentada na figura 10. De acordo com RADOCEA (1992), este fato provoca uma redução das pressões capilares, reduzindo a retração nas primeiras horas, o que explica a redução das tensões e da fissuração nas amostras.

(a)

(b)

Figura 10 - Micrografia das argamassas com ar incorporado. (a) REF; (b) IAR 21.0


A figura 11 apresenta a correlação entre perda de água por evaporação das argamassas e a retração plástica livre medida no molde de aço. As curvas das argamassas produzidas com adição de fibras mostram o aumento da retração livre até a perda de água de aproximadamente 4000 g/m2 e quase estabilizam após esta taxa. As argamassas produzidas com ar incorporado demonstram uma grande retração livre nos instantes iniciais após a moldagem e apresentam uma retração superior à argamassa de referência, até a perda de água de aproximadamente 1500 g/m2. Nos instantes iniciais, após a moldagem, as argamassas com maiores teores de ar incorporado (IAR 21.0 e IAR 27.0) apresentaram maior retração que aquelas com menores teores de ar incorporado (IAR 9.0 e IAR 15.0), e passaram a estabilizar a retração com menor perda de água, o que ocorre com aproximadamente 2000 g/m2.

(a)

(b)

Figura 11 - Correlação entre perda de água e retração plástica livre das argamassas com: (a) fibras; (b) ar incorporado

Determinou-se para cada argamassa a média das medidas da máxima retração plástica livre e da máxima carga que ocorreram até o período de 20 horas. Neste período, as argamassas que não apresentaram uma máxima retração ou máxima carga registraram suas medidas no tempo de 20 horas. Ocorre uma correlação linear significativa entre a máxima retração plástica livre e a máxima carga das argamassas, como pode ser observado na figura 12.

y = 23,84x - 10,71

R2 = 0,74

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

0,000 0,500 1,000 1,500 2,000

Retração máxima (mm/m)

Ca

rga

má

xim

a (

N)

Figura 12 – Correlação entre máxima retração plástica livre e a máxima carga


4 Conclusões

O método adaptado da norma ASTM C1579 (2006) mostrou-se eficiente para a avaliação da fissuração das argamassas de revestimentos, demonstrado pela sensibilidade, praticidade e reprodutividade dos ensaios em condições ambientais controladas.

A técnica utilizando molde com deformação de apenas uma das extremidades (axial) para a medida da retração plástica das argamassas mostrou-se apropriada, comprovada pela facilidade de moldagem das amostras e reprodutividade dos ensaios.

A técnica para medida das tensões utilizando célula de carga fixada em uma das extremidades do molde mostrou-se sensível na obtenção das forças devido à restrição da retração, constatando-se baixa dispersão quando da reprodutividade dos ensaios.

A fissuração de um revestimento de argamassa é influenciada, nas primeiras horas, pela formação dos capilares e a conectividade dos poros, que serão determinantes na movimentação da água, gerando tensões provocadas pela retração plástica.

O desempenho de uma argamassa, tanto no estado fresco quanto no estado endurecido, sofre influências do proporcionamento dos materiais e, também, dos aditivos e das adições. A fissuração nas primeiras horas do revestimento está associada às propriedades ainda no estado fresco e, muitas vezes, não pode ser avaliada utilizando-se as propriedades no estado endurecido, como módulo de elasticidade e resistência à tração na flexão.

4 Referências bibliográficas

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