UTILIZAÇÃO DE TENSOATIVOS EM COMPÓSITOS À BASE DE CIMENTO
N. J. D. Alves, E. Bauer, M. J. A.Sales
STN, Lote K, Bloco 2, Sala 08, Ed. Montreal, Asa Norte, Brasília/DF, CEP: 70710-200
[email protected]
Universidade de Brasília
Programa de Pós-graduação em Es truturas e Construção Civil– PECC
RESUMO
A argamassa de revestimento é um material composto, basicamente, por cimento, areia, água e um
material plastificante. Os materiais plastificantes, geralmente utilizados, são a cal, os fillers e o saibro.
Entretanto, mais recentemente, se começou a utilizar tensoativos em substituição a esses materiais.
É dentro desse enfoque, que a presente pesquisa teve como objetivo avaliar o efeito da colocação de
tensoativos, em pastas de cimento e argamassas de revestimento, quanto às modificações
ocasionadas nas características reológicas das mesmas. Para isso, foram confeccionadas 8
argamassas de revestimento e 6 pastas de cimento, utilizando 2 tensoativos à base de lauril- sulfato
de sódio. Nestes compósitos, foram avaliados o teor de ar incorporado e a tensão de cisalhamento
necessária para que o material começasse a deformar. Após a análise dos resultados, se verificou
que os tensoativos provocaram um ganho de consistência nas pastas de cimento, e uma redução
desta proprie dade nas argamassas de revestimento. Além disso, observou- se que os tensoativos
analisados são perfeitamente utilizáveis nas argamassas de revestimento, em substituição à cal, aos
fillers e ao saibro.
Palavras-Chaves: Tensoativos, Pasta de Cimento, Argamassa, Compósitos
INTRODUÇÃO
Os agentes incorporadores de ar são materiais orgânicos, usualmente apresentados na forma
de solução que quando adicionados ao concreto, às argamassas ou às pastas de cimento, produzem
uma quantidade controlada de bolhas microscópicas de ar, uniformemente dispersas. Este tipo de ar
não deve ser confundido com o ar aprisionado, o qual está geralmente presente no concreto e nas
argamassas, na forma de cavidades irregulares e são produzidas devido a um inadequado
(13)
adensamento ou compactação .
Estes agentes pertencem à classe química dos tensoativos, e segundo RAMACHANDRAN
(12)
(1984) , são materiais fortemente adsorvidos nas interfaces ar / líquido ou sólido / líquido. Tal
substância possui uma dupla natureza, devido a sua molécula apresentar uma porção polar (hidrófila)
e outra apolar (hidrófoba). Freqüentemente, se descreve a região polar como a “cabeça” da molécula
do tensoativo e a região apolar, a “cauda”. A “cauda”, geralmente, é formada por uma cadeia de
hidrocarboneto, relativamente longa, com aproximadamente 8 ou 10 carbonos, necessários para que
o tensoativo tenha uma influência significativa na tensão superficial.
A tensão superficial de uma solução diminui com o aumento da concentração total de
tensoativo dissolvido, até o ponto onde é alcançada a acomodação máxima destes materiais na
superfície. A partir deste ponto, as moléculas começam a se aglomerar dentro da solução, formando
estruturas chamadas micelas. A concentração a partir da qual inicia-se a formação de micelas, é
chamada de concentração micelar crítica (CMC), e nesta, observa-se uma mudança brusca na tensão
superficial ou em outra propriedade física da solução (condutividade, viscosidade, etc.).
A respeito do caráter iônico e do mecanismo de funcionamento dos agentes incorporadores de
(13)
ar, RIXOM e MAILVAGANAM (1999)
afirmam que eles são, predominantemente, tensoativos
aniônicos, os quais, quando adicionados às pastas de cimento, tendem a se adsorver nas partículas
sólidas da pasta (cimento), através da sua parte polar (cabeça), com a parte apolar (cauda) voltada
para a fase aquosa, dando um caráter hidrofóbico às partículas de cimento. A formação das bolhas
de ar é, efetivamente, realizada pelos tensoativos que não foram adsorvidos e estão livres na fase
1773
aquosa. Embora a quantidade destes não seja necessariamente alta, sob agitação, serão formadas
bolhas estáveis de ar, com aspecto de esferas microscópicas, resultantes da aglutinação das partes
apolares (cauda) dos tensoativos. Isto pode ser visto na Figura 1 a, 1b e 1c.
Apesar da literatura colocar que, apenas os tensoativos livres na fase aquosa são os que,
efetivamente, produzem as bolhas de ar, alguns tensoativos, que estão adsorvidos ao cimento,
também podem participar dessa produção. Caso isto aconteça, existirá uma ligação entre as
partículas de cimento (Figura 1d), chamada de “efeito ponte”. Como este efeito aumenta a
estruturação do sistema, atribui-se a ele a maior viscosidade apresentada pelas pastas de cimento,
que possuem ar incorporado, em relação às pastas com menor ou sem ar incorporado.
Fase Aquosa
Fase Aquosa
+
++
+
+ Cimento -+
+
+-
++
+
+ Cimento -+
+
+-
+
+
+ Cimento +
+
+-
-
++
+
+ Cimento-+
+
+
+
+
+
+ Cimento -+
+
+
+-
-
(a)
Fase Aquosa
+-
-
-
-
-
+
+
+-
+-
-
-
Ar
-
-
+
++
+
+ Cimento +
-+
+ -
(c)
+
Cimento
-+
+
-
+
++
+
+ Cimento +
-+
+ -
Ar
-+
+-
+
+
+
+ Cimento +
-+
+ -
-
Cimento
+
++
- +
+ Cimento
+-+
- +
+
+
+
+ Cimento +
-+
+
+- +
-
(b)
Fase Aquosa
+
+
++
+
+ Cimento -+
+
+-
+
-
+
++
+
+ Cimento -+
+
+-
-+
+-
-
-
+
+-
+
+
++
+
+ Cimento -+
+
+
-
+
+
+-
-
-
-
-
-
-
Ar
-
-
-
-
+
++
+
+ Cimento +
-+
+-
(d)
Figura 1 – Representação esquemática do mecanismo de funcionamento dos agentes
incorporadores de ar: (a) formação da dupla camada elétrica nas partículas de cimento; (b) adsorção
de parte dos tensoativos nas partículas de cimento; (c) aglutinação das extremidades apolares dos
tensoativos formando as bolhas de ar; (d) participação de tensoativos, que estão adsorvidos no
cimento, na formação das bolhas, provocando o “efeito ponte” (modificada de RIXON &
(13)
MALVAGANAN, 1999 ).
PROGRAMA EXPERIMENTAL
O programa experimental deste trabalho foi composto por dois projetos experimentais, visando
atender aos objetivos propostos. O projeto experimental 1 foi desenvolvido, buscando verificar a
influência do teor de ar na consistência das pastas de cimento, e objetivou especificamente,
1774
comprovar a Hipótese, de que, nas pastas de cimento, a incorporação das bolhas de ar provoca um
ganho de consistência. Esta Hipótese foi baseada em um pressup osto apresentado por RIXON &
(13)
MALVAGANAN (1999) , no qual, estes pesquisadores afirmam que uma pasta de cimento sem ar
incorporado, apresenta menor consistência, que uma pasta com este ar.
Observando a Tabela I, nota-se que apenas a quantidade de aditiv o foi variável. Desta forma,
se conseguiu diferentes teores de ar, para cada uma das pastas, em um mesmo tempo de mistura.
No projeto experimental 1, as variáveis dependentes foram: a tensão de cisalhamento das
pastas e o teor de ar incorporado.
Tabela I - Composição das pastas de cimento, utilizadas no projeto experimental 1.
Pasta
PA – SA
PA – 0,1A
PA – 0,25A
1
Cimento (g) Tensoativo A Teor do Tensoativo A Água (g)
1
(g)
(%)
2000
2000
2000
0
2
5
0
0,10
0,25
720
720
720
Teor
de
Agua(%)
Tempo
de
Mistura
36
36
36
5 min
5 min
5 min
Em relação à massa de cimento.
Já o projeto experimental 2, avaliou a influência do teor de ar na consistência das argamassas,
procurando verificar se o mesmo resultado encontrado para as pastas, também era observado nas
argamassas.
Diferentemente do projeto experimental 1, onde se variou a quantidade de tensoativos, no
projeto experimental 2, foi variado o tempo de mistura (5 a 20 min), conforme apresentado pela
Tabela II. A variação permitiu a incorporação de diferentes teores de ar incorporado, para cada
tempo, tornando possível, a verificação do efeito que o ar incorporado apresenta sobre a consistência
das argamassas.
As variáveis dependentes para este projeto experimental foram: tensão de cisalhamento e o
teor de ar incorporado.
Tabela II - Composição das argamassas de revestimento utilizadas no projeto experimental 2.
Argamassa
Cimento
Areia
Tensoativo T
Teor do
Água
Tempo de
1
(g)
(g)
(g)
Tensoativo T
(g)
Mistura
(%)
AR20 – 0,05T05
14000
56000
7
0,050
11200
5 min
A R20 – 0,05T10
14000
56000
7
0,050
11200
10 min
AR20 – 0,05T15
14000
56000
7
0,050
11200
15 min
AR20 – 0,05T20
14000
56000
7
0,050
11200
20 min
1
Em relação à massa de cimento.
Os materiais e métodos utilizados ao longo deste programa experimental foram:
•
•
•
Cimento Portland, composto com adição de filler calcário, CP II- F-32, de um mesmo lote,
fornecido em sacos de 50 kg, produzidos pela fábrica de cimento CIPLAN (Cimento Planalto
S.A.), localizada no Distrito Federal.
Agregado miúdo artificial, com uma granulometria muito fina, de acordo com a NBR 7211 (1983),
adquirida junto à fábrica de cimento CIPLAN (Cimento Planalto S.A.).
Dois Aditivos incorporadores de ar (A e T) à base de lauril- sulfato de sódio, onde o aditivo A
apresenta 50% de substância ativa e o aditivo T apresenta 99 ± 1%, produzidos pela Empresa
COGNIS BRASIL LTDA e distribuídos pela empresa Fermaflex Cimental. Estes aditivos foram
escolhidos por apresentarem a forma de pó, que permite a sua utilização em argamassas
industrializadas, e por serem largamente utilizados no país para este fim.
1775
Para a determinação do ganho de consistência dos materiais foi utilizado o ensaio da palheta
ou Vane Tester (BS – 1377, 1988) que, geralmente, é utilizado para medida da resistência ao
cisalhamento não drenado em argilas, sendo larga e continuamente empregado, em face da rapidez
de obtenção de resultados e confiabilidade dos mesmos. No entanto, ao longo do presente trabalho,
este ensaio foi usado para verificar a tensão necessária para que ocorra deformação nas argamassas
e pastas.
Durante a apresentação dos resultados, a resistência não drenada ao cisalhamento será
chamada de tensão de cisalhamento. Esta medida dá uma indicação da consistência e plasticidade
do material. Isto quer dizer que ao se comparar duas argamassas ou pastas, a que apresentar o
maior valor de tensão de cisalhamento, será a mais consistente.
O teor de ar incorporado foi determinado pelo método pressométrico de acordo com o prescrito
pela norma NM 47:95 – Concreto – Determinação do teor de ar em concreto fresco – Método
pressométrico (1996).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Figura 2 e a Tabela III apresentam os resultados encontrados, após a realização do projeto
experimental 1, onde se avaliou a hipótese em estudo, de que, com o aumento do teor de ar
incorporado, mantendo-se constantes o teor de cimento, a quantidade de água e o tempo de mistura,
ocorrerá um aumento da consistência em pastas de cimento.
Ao consultar os resultados, evidencia-se a veracidade dessa hipótese, uma vez que houve um
ganho de consistência (avaliada pelo Vane Tester), com o aumento do teor de ar incorporado. RIXON
(13)
& MALVAGANAN (1999)
colocam, que isso ocorre devido ao efeito ponte, que passa a existir entre
as partículas de cimento após a incorporação de ar. Conforme apresentado na Introdução, este efeito
se deve à participação na formação das bolhas de ar de tensoativos, que também estão adsorvidos
nas partículas do cimento.
Tabela III – Influência do teor de ar na consistência da pasta de cimento.
Pasta
Tensão de cisalhamento - Su Teor de ar incorporado Tempo de mistura
(KPa)
(%)
PA – AS
0,13
0,6
5 min
PA – 0,1A
0,17
10,0
5 min
PA – 0,25A
0,20
14,5
5 min
Tensão de cisalhamento (KPa)
0,3
0,20
0,2
0,17
0,13
0,1
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Ar Incorporado (%)
Figura 2 – Influência do teor de ar na consistência das pastas de cimento.
1776
Os resultados encontrados, após a realização do projeto experimental 2, onde se verificou a
influência do aumento do teor de ar incorporado, na consistência das argamassas, mantendo-se
constantes o teor de cimento, o teor de areia, a quantidade de água, o teor de tensoativos e variandose o tempo de mistura, estão apresentados na Tabela IV e na Figura 3 .
Ao contrário do observado nas pastas de cimento, com o aumento do teor de ar incorporado
nas argamassas de revestimento, ocorreu uma diminuição da consistência. Isto pode ter acontecido,
provavelmente, pelo fato dos agregados miúdos reduzirem o efeito ponte, que passa a existir entre as
partículas de cimento, após a incorporação de ar. Esta redução, diminui a estruturação interna da
argamassa, fazendo com que a ação lubrificante, que as microbolhas de ar provocam nos agregados,
seja predominante, em relação ao efeito ponte, tornando a argamassa menos consistente.
Tensão de Cisalhamento (KPa)
Tabela IV – Influência do teor de ar na consistência das argamassas de revestimento e influência do
tempo de mistura na incorporação de ar.
Argamassa Tensão de cisalhamento - Su Teor de ar incorporado Tempo de mistura
(KPa)
(%)
A20 – 0,05T05
0,64
21,5
5 min
A20 – 0,05T10
0,47
24,0
10 min
A20 – 0,05T15
0,40
28,0
15 min
A20 – 0,05T20
0,32
30,0
20 min
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,64
0,47
0,40
0,32
20
22
24
26
28
30
32
Ar Incorporado (%)
Figura 3 – Influência do teor de ar na consistência das argamassas.
CONCLUSÕES
De acordo com o exposto na análise dos dados, se chegou as seguintes conclusões:
•
•
•
A presença das bolhas de ar provoca um ganho de consistência nas pastas de cimento. No
entanto, nas argamassas de revestimento com o aumento do teor de ar incorporado, se verifica
uma redução na consistência;
Os tensoativos analisados se mostraram, perfeitamente, utilizáveis nas argamassas de
revestime nto, em substituição à cal, aos fillers e ao saibro;
O equipamento Vane Tester forneceu informações úteis e confiáveis para verificação das
diferentes consistências apresentadas pelas argamassas, além de ser de fácil execução e
apresentar resultados pouco dispersos.
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1777
th
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USE OF SULFACTANTES IN COMPOSITES TO THE BASE OF CEMENT
N. J. D. Alves, E. Bauer, M. J. A.Sales
STN, Lote K, Bloco 2, Sala 08, Ed. Montreal, Asa Norte, Brasília/DF, CEP: 70710-200
[email protected]
Universidade de Brasília
Programa de Pós-graduação em Estruturas e Construção Civil– PECC
ABSTRACT
The coating mortar is a composed material, basically, for cement, it sands, water and a material
plastificante. The material plastificantes, generally used, they are the whitewash, the fillers and the
saibro. However, more recently, it began to use tensoativos in substitution to those materials. It is
inside of that focus, that to present research had as objective to evaluate the effect of the sulfactantes
placement, in cement pastes and coating mortars, with relationship to the modifications caused in the
characteristics reológicas of the same ones. For that, 8 coating mortars and 6 cement pastes were
made, using 2 sulfactantes to the base of lauril-sulfato of sodium. In these composites, they w ere
appraised the text of incorporate air and the tension of necessary cisalhamento so that the material
began to deform. After the analysis of the results, it was verified that the sulfactante provoked a
consistency gain in the cement pastes, and a reduction of this property in the coating mortars.
Besides, it was observed that the analyzed sulfactante is perfectly usable in the coating mortars, in
substitution to the whitewash, to the fillers and the saibro.
Word-keys: Sulfactantes, Cement pastes, Mortar, Composites
1779