Argamassas de cal aérea com incorporação de cinzas de casca de arroz Estudo da influência da granulometria das cinzas João Carlos Duarte Tiago Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil Júri Presidente: Prof. Doutor Jorge Manuel Caliço Lopes de Brito Orientador: Prof.ª Doutora Ana Paula Teixeira Ferreira Pinto França de Santana Co-Orientador: Prof. Doutor Augusto Martins Gomes Vogal: Eng. João Manuel Bessa Pinto Outubro de 2011 RESUMO A aplicação de argamassas de cal aérea com incorporação de materiais pozolânicos não é recente na construção. Contudo, nos últimos anos a sua aplicação foi gradualmente substituída por argamassas à base de cimento e de cal hidráulica, o que provocou um esquecimento das técnicas e conhecimentos associados à aplicação de argamassas de cal aérea com adição de materiais pozolânicos. Porém, estas novas técnicas nem sempre são compatíveis com os materiais existentes nos edifícios a reabilitar, o que suscitou o interesse de readquirir os conhecimentos relativos à utilização de argamassas de cal aérea com incorporação de adições pozolânicas. A presente dissertação teve como objectivo estudar a reactividade pozolânica de cinzas de casca de arroz numa argamassa de cal aérea e avaliar a influência da granulometria das cinzas no desempenho de argamassas de cal aérea formuladas com estas cinzas. O trabalho experimental incidiu sobre o estudo de quatro argamassas formuladas com cinza de casca de arroz, igual relação cal/cinza (1:2) e consistência (165 ± 5 mm) e uma argamassa de referência. A cinza comercial foi previamente preparada para se obter amostras com granulometrias diferentes. A caracterização das argamassas foi efectuada com base em várias determinações utilizadas neste tipo de estudos. A melhoria de várias características das argamassas estudadas evidenciou a reactividade pozolânica da cinza estudada, a possibilidade do seu incremento através da redução da dimensão das suas partículas, bem como o interesse da sua aplicação em argamassas de reabilitação, uma vez que cumprem alguns dos requisitos de compatibilidade com os suportes antigos. Palavras-chave: argamassas de cal aérea, cinza de casca de arroz, reactividade pozolânica, granulometria. i ii Abstract The use of lime based mortars with pozzolanic material is not new in constrution. Its application has been gradually replaced by cement-based mortars and hydraulic lime. However, cement based mortars and hydraulic lime are often incompatible with the materials used to rehabilitate buildings. That increase the interest in recovering the lost knowledge associated with the use of lime mortars with pozzolanic materials. The aim of the present work is to study the pozzolanic reactivity of rice husk ash in lime mortars and evaluate the effect of rice husk ash particle size in lime based mortars. For the purpose, four mortars were studied with three fixed parameters: the rice husk ash type), ratio lime/ash (1:2) and consistency (165 ± 5 mm). The commercial rice husk ash was previously prepared in order to obtain samples with different particle sizes. As a reference a pure lime mortar sample was also formulated. The latter was subjected to dry cure whereas the lime mortars with rice husk ash were subjected to saturated environments. Mortars characterization tests included: determination of consistence of fresh mortar, bulk density, water retention, flexural resistance, compressive resistance, ultrasonic propagation velocity, superficial hardness, capillarity water absorption, open porosity, karsten tube penetration test. Improved characteristics of the mortars suggest that rice husk ash is pozzolanic reactive. Furthermore pozzolanic reactivity of rice husk ash is increased by particle size reduction. Given that the studied mortars fulfill most of the requirements for old buildings applications, the present study highlights its potential as repair mortars. Key-Words: lime mortar, rice husk ash, pozzolanic reactivity, particle size. iii iv AGRADECIMENTOS Professora Ana Paula Pinto pela definição das linhas mestras desta dissertação, pelos esclarecimentos, disponibilidade e orientações prestadas. Professor Augusto Gomes pela paciência, pela disponibilidade e auxilio na conclusão deste trabalho. Engenheiro Nuno Almeida, um agradecimento muito especial pela motivação incansável, acompanhamento laboratorial e companheirismo, sem o qual esta dissertação não seria a mesma. À Ana Rita pela ajuda, companhia e pelos bons momentos passados durante o trabalho experimental. Ao Sr. Leonel pelo apoio prestado durante o período de ensaios. À Engª. Ângela Nunes da SECIL assim como ao Centro de Desenvolvimento de Aplicações de Cimento pelo importante contributo para uma melhor caracterização da Cinza de Casca de Arroz. A todos os meus amigos que ao longo deste anos sempre estiveram ao meu lado em todas as aventuras! À minha mãe, ao meu pai e ao meu irmão por serem quem são! Muito obrigado por tudo! v vi ÍNDICE DE TEXTO 1 2 Introdução .............................................................................................................................. 1 1.1 Justificação .................................................................................................................... 1 1.2 Objectivos da dissertação ............................................................................................. 3 1.3 Estrutura e organização da dissertação ........................................................................ 3 Argamassas de Cal Aérea em edifícios antigos ................................................................... 5 2.1 Considerações gerais .................................................................................................... 5 2.2 Argamassas de cal aérea para paredes de edifícios antigos ....................................... 6 2.2.1 Principais anomalias em argamassas de cal aérea e princípios orientadores de intervenção face às anomalias .............................................................................................. 6 2.2.2 Características das argamassas para rebocos exteriores de edifícios antigos ...... 11 2.2.2.1 Requisitos e características relacionadas com a protecção dos substratos... 12 2.2.2.2 Requisitos e características relacionadas com a durabilidade das argamassas 13 3 4 Argamassas de cal aérea e componentes pozolânicos ...................................................... 15 3.1 Cal aérea ..................................................................................................................... 15 3.2 Definição de materiais pozolânicos ............................................................................. 17 3.3 Reactividade das pozolanas ....................................................................................... 18 3.4 Medição da reactividade das pozolanas ..................................................................... 20 3.4.1 Ensaios mecânicos.................................................................................................. 20 3.4.2 Ensaios químicos .................................................................................................... 21 Cinzas de casca de arroz .................................................................................................... 23 4.1 Contextualização histórica .......................................................................................... 23 4.2 Propriedades da casca de arroz ................................................................................. 24 4.3 Propriedades pozolânicas das cinzas de casca de arroz ........................................... 26 vii 4.4 5 Materiais utilizados na produção das argamassas ............................................................. 43 5.1 6 Influência da granulometria das cinzas de casca de arroz na reactividade pozolânica 33 Areia de rio .................................................................................................................. 43 5.1.1 Análise granulométrica da areia de rio .................................................................... 43 5.1.2 Determinação da baridade ...................................................................................... 45 5.2 Cal aérea hidratada em pó .......................................................................................... 45 5.3 Cinza de casca de arroz comercial ............................................................................. 46 5.3.1 Pré – peneiração ..................................................................................................... 46 5.3.2 Moagem ................................................................................................................... 49 5.3.3 Peneiração – fraccionamento da cinza em diferentes granulometrias ................... 53 Plano de ensaios experimentais ......................................................................................... 61 6.1 Considerações gerais .................................................................................................. 61 6.2 Descrição do plano de ensaios ................................................................................... 62 6.2.1 Primeira fase do trabalho experimental................................................................... 62 6.2.2 Segunda fase do trabalho experimental.................................................................. 63 6.3 Caracterização das argamassas estudadas ............................................................... 65 6.4 Produção das argamassas e preparação dos provetes.............................................. 66 6.4.1 Produção da argamassa ......................................................................................... 66 6.4.2 Produção dos provetes prismáticos ........................................................................ 69 6.4.3 Aplicação da camada de revestimento sobre tijolos ............................................... 71 6.5 Caracterização das argamassas no estado fresco ..................................................... 72 6.5.1 Avaliação da consistência por espalhamento ......................................................... 73 6.5.2 Retenção de água ................................................................................................... 75 6.5.3 Determinação da massa volúmica aparente ........................................................... 76 6.5.4 Exsudação ............................................................................................................... 78 viii 6.6 Caracterização das argamassas no estado endurecido ............................................. 79 6.6.1 Características mecânicas ...................................................................................... 79 6.6.1.1 Resistência à flexão e à compressão.............................................................. 79 6.6.1.2 Determinação da velocidade de propagação de ultra-sons ............................ 81 6.6.1.3 Determinação da dureza superficial – Esclerómetro Pendular ....................... 84 6.6.2 Avaliação das características físicas....................................................................... 85 6.6.2.1 Determinação da absorção de água por capilaridade .................................... 85 6.6.2.2 Determinação da porosidade aberta ............................................................... 87 6.6.2.3 Determinação da absorção de água sob baixa pressão – Método do cachimbo 89 6.6.2.4 Avaliação da cinética de secagem .................................................................. 90 6.6.2.5 Avaliação da profundidade de carbonatação com o indicador de fenolflaleína 93 7 Apresentação, Análise e discussão dos resultados ............................................................ 95 7.1 Caracterização das argamassas no estado fresco ..................................................... 95 7.1.1 Avaliação da consistência por espalhamento ......................................................... 95 7.1.2 Retenção de água ................................................................................................... 98 7.1.3 Massa volúmica aparente ..................................................................................... 100 7.1.4 Exsudação ............................................................................................................. 100 7.2 Caracterização das argamassas no estado endurecido ........................................... 102 7.2.1 Avaliação das características mecânicas.............................................................. 102 7.2.1.1 Resistência à flexão e à compressão............................................................ 102 7.2.1.2 Determinação da velocidade de propagação de ultra-sons .......................... 107 7.2.2 Avaliação das características físicas ..................................................................... 111 7.2.2.1 Determinação da absorção de água por capilaridade .................................. 111 ix 7.2.2.2 Determinação da porosidade aberta ............................................................. 114 7.2.2.3 Determinação da absorção de água sob baixa pressão – Método do cachimbo 121 8 7.2.2.4 Avaliação da cinética de secagem ................................................................ 122 7.2.2.5 Determinação da dureza superficial – Esclerómetro Pendular ..................... 125 7.2.2.6 Avaliação da profundidade de carbonatação ................................................ 127 Considerações finais ......................................................................................................... 129 8.1 Conclusões ................................................................................................................ 129 8.2 Propostas para desenvolvimentos futuros ................................................................ 131 Bibliografia ................................................................................................................................. 133 Anexos x ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2-1 – Esquema da metodologia proposta para intervenção envolvendo a aplicação de novas argamassas. ..................................................................................................................... 10 Figura 4-1 – Distância (aproximadamente 50 μm) entre superfície externa, A, e interna, B. ..... 25 Figura 4-2 – Possibilidades de aplicação da casca de arroz e da respectiva cinza. .................. 26 Figura 4-3 – (a) – Estrutura da sílica cristalina formada por átomos orientados a longa distância; (b) – Sílica amorfa cuja orientação dos átomos ocorre apenas a curta distância. ..................... 27 Figura 4-4 – Curvas que representam a perda da massa durante o processo de incineração. . 30 Figura 4-5 – Curva que representa a perda da massa durante o processo de incineração. ..... 31 Figura 4-6 – Curvas granulométricas cinza de casca de arroz utilizada na argamassa cp3 e cpm3, cp e cpm3 respectivamente.............................................................................................. 34 Figura 4-7 – Evolução da resistência à compressão ao longo do tempo. .................................. 35 Figura 4-8 – Esquema do processo de moagem das várias cinzas volantes ............................. 38 Figura 4-9 – Relação entre o diâmetro média das partículas e o índice da actividade resistente ..................................................................................................................................................... 40 Figura 4-10 – Variação do índice de actividade pozolânica com o tempo de moagem. ............ 41 Figura 5-1 – Curva granulométrica da areia de rio. .................................................................... 44 Figura 5-2 – Peneiração da cinza da cinza de casca de arroz. .................................................. 47 Figura 5-3 – (a) – Cinza de casca de arroz comercial – C –;(b)– Cinza de casca de arroz peneirada – CP –. ....................................................................................................................... 48 Figura 5-4 – Curvas granulométricas da cinza de casca de arroz comercial (C) e da cinza de casca de arroz passada pelo peneiro de abertura 500 m (CP). ............................................... 48 Figura 5-5 – Moinho para o ensaio de Los Angeles utilizado na moagem da cinza de casca de arroz. ........................................................................................................................................... 49 xi Figura 5-6 – Curvas granulométricas da cinza de casca de arroz passada em 500 μm – CP – e das cinzas de casca de arroz obtidas durante o processo de moagem – CPm15, CPm30 –. ... 50 Figura 5-7 – Curvas granulométricas da cinza de casca de arroz passada em 500 μm – CP – e das cinzas de casca de arroz obtidas durante o processo de moagem – CPm15, CPm30, CPm60 e CPm75 –. .................................................................................................................... 51 Figura 5-8 – Curvas granulométricas da cinza de casca de arroz passada em 500 μm – CP – e das cinzas de casca de arroz obtidas durante o processo de moagem – CPm30 e CPm60 –. . 51 Figura 5-9 – Curvas granulométricas da cinza de casca de arroz passada em 500 μm – CP – e da cinza de casca de arroz obtidas durante o processo de moagem – CPm60 e CPm75 –. .... 52 Figura 5-10 – À esquerda – Cinza de casca de arroz peneirada – CP –. À direita – Cinza de casca de arroz moída – CPm75 –. .............................................................................................. 52 Figura 5-11 – Curvas granulométricas da cinza obtida após 75 minutos de moagem e das cinzas utilizadas na produção de argamassas resultantes da peneiração – CM500, CM250, CM125, CM75 –. ......................................................................................................................... 53 Figura 5-12 – (a) – Cinza de casca de arroz moída – CM500 –; (b) – Cinza de casca de arroz moída à direita – CM250 –. ......................................................................................................... 54 Figura 5-13 – (a)– Cinza de casca de arroz moída – CM125 –; (b) – Cinza de casca de arroz moída – CM75 –. ......................................................................................................................... 54 Figura 5-14 – Análise granulométrica da cinza de casca de arroz comercial (C) pelo método de peneiração (lavagem e peneiração). ........................................................................................... 57 Figura 5-15 – Análise granulométrica da cinza CM500, CM250, CM125 e CM75 por difracção laser. ............................................................................................................................................ 58 Figura 6-1 – Ensaios mecânicos e número de provetes que foram efectuados sobre cada composição na primeira fase do trabalho. .................................................................................. 63 Figura 6-2 – Esquema de ensaios dos provetes prismáticos realizados na segunda fase do trabalho. ....................................................................................................................................... 64 Figura 6-3 – Esquema de ensaios realizados sobre os provetes constituídos por uma camada e acabamento aplicado tijolos cerâmicos. ..................................................................................... 65 xii Figura 6-4 – Sequência de procedimentos da produção de argamassa. (a) – Preparação previa dos constituintes; (b;c) – Pré-mistura manual dos ligantes; (e;f) – Período inicial de amassadura; (g;h) – Introdução de areia; (i) – Remoção do material das faces laterais; (j;m) – Período final da amassadura. ..................................................................................................... 68 Figura 6-5 – Sequência de procedimentos da preparação dos provetes prismáticos: (a) – Aparelho de compactação mecânica; (b;e) – Colocação da argamassa; (f) – Colocação dos moldes em câmara saturada. ...................................................................................................... 70 Figura 6-6 – Sequência de procedimentos da preparação da camada de revestimento em tijolos. (a) – Molde e tijolo; (b;e) – Aplicação da argamassa; (f) – Regularização da camada de revestimento; (g;i) – Desmoldagem. ........................................................................................... 72 Figura 6-7 – Sequência de procedimentos realizados para a avaliação da consistência por espalhamento. (a) – Colocação de argamassa no molde; (b) - Compactação; (c;d) – enchimento do molde; (e) – Alisamento da superfície; (g) – Limpeza da mesa de espalhamento; (h;i) – Argamassa; (j) – Medição com craveira. .......................................................................... 74 Figura 6-8 – Esquema de ensaio da retenção de água. ............................................................. 75 Figura 6-9 – Avaliação da retenção de água. (a) – Preparação do material; (b) – Ensaio de retenção de água. ....................................................................................................................... 76 Figura 6-10 – Sequência de procedimentos realizados para a determinação da massa volúmica aparente.(a) – Colocação de argamassa no recipiente; (b;c) – Compactação da argamassa; (d;e) – Alisamento da superfície; (f) – Determinação da massa do conjunto. ............................ 77 Figura 6-11 – Sequência de procedimentos realizados para a determinação da exsudação. (a) – Proveta com argamassa isolada; (b) – Argamassa em repouso; (c) – Determinação da lâmina liquida de água. ........................................................................................................................... 79 Figura 6-12 – Determinação da resistência à flexão e à compressão. (a) – Máquina de ensaio; (b) – Provetes a ensaiar; (c;d) – Ensaio de resistência à flexão; (e;f) – Ensaio de resistência à compressão. ................................................................................................................................ 81 Figura 6-13 – Calibração do aparelho e medição directa em provetes prismáticos. (a) – Equipamento; (b;c) – Realização do ensaio de velocidade de propagação de ultra-sons. ........ 82 Figura 6-14 – Calibração do aparelho e medição indirecta em provetes constituídos por argamassa aplicada como camada de revestimento em tijolos. (a) – Calibração do xiii equipamento; (b) – regularização da superfície de contacto; (c;d) – Colocação dos transdutores; (e;f) – Medição do tempo de propagação da onda. .............................................. 84 Figura 6-15 – Determinação da dureza superficial – Esclerómetro Pendular. (a) – Ensaio de esclerómetro nos pontos principais; (b) – Ensaio de esclerómetro em pontos secundários. ..... 85 Figura 6-16 – Sequência do ensaio de absorção de água por capilaridade. (a;b) – Posicionamento dos provetes; (c) – Realização do ensaio. ....................................................... 87 Figura 6-17 – determinação da porosidade aberta. (a) – Exsicador ligado a bomba de vácuo; (b) – Esquema de ensaio (pesagem hidrostática) ...................................................................... 89 Figura 6-18 – Ensaio de absorção de água sob baixa pressão .................................................. 90 Figura 6-19 – Exemplo de uma curva de secagem. ................................................................... 92 Figura 6-20 – Preparação dos provetes para o ensaio de secagem. ......................................... 93 Figura 6-21 – Procedimentos para a determinação da profundidade de carbonatação. (a) – Material utilizado; (b;d) – Ensaio em provetes de argamassa com cinza de casca de arroz; (e;f) – Ensaio em provetes de argamassa de referência. ........................................................... 94 Figura 7-1 – Determinação da relação água/ligante (Cal). ......................................................... 96 Figura 7-2 – Determinação da relação água/(mistura ligante) (CM500)..................................... 96 Figura 7-3 – Determinação da relação água/(mistura ligante) (CM250)..................................... 96 Figura 7-4 – Determinação da relação água/(mistura ligante) (CM125)..................................... 96 Figura 7-5 – Determinação da relação água/(mistura ligante) (CM75). ...................................... 97 Figura 7-6 – Relação água/mistura ligante para a obtenção de um espalhamento de 165±5mm. ..................................................................................................................................................... 98 Figura 7-7 – Influência da máxima dimensão da cinza na relação água/(mistura ligante) para a obtenção de consistência por espalhamento de 165±5mm........................................................ 98 Figura 7-8 – Retenção de água das argamassas estudadas. .................................................... 99 Figura 7-9 – Massa volúmica das argamassas estudadas. ...................................................... 100 Figura 7-10 – Exsudação das argamassas estudadas. ............................................................ 101 xiv Figura 7-11 – Libertação de água de amassadura durante o ensaio de espalhamento. ......... 101 Figura 7-12 – Valores médios das tensões de rotura à compressão aos 14 dias de idade. .... 103 Figura 7-13 – Valores médios das tensões de rotura à flexão aos 14 dias. ............................. 103 Figura 7-14 – Valores médios das tensões de rotura à compressão em provetes aos 28 dias de idade. ......................................................................................................................................... 105 Figura 7-15 – Valores médios das tensões de rotura à flexão em provetes aos 28 dias de idade. ................................................................................................................................................... 105 Figura 7-16 – Valores médios das tensões de rotura à compressão em provetes aos 14 e 28 dias de idade. ............................................................................................................................ 106 Figura 7-17 – Valores médios das tensões de rotura à flexão em provetes aos 14 e 28 dias de idade. ......................................................................................................................................... 106 Figura 7-18 – Influência da máxima dimensão da cinza de casca de arroz nos valores médios da resistência mecânica aos 14 e 28 dias de idade. ................................................................ 107 Figura 7-19 – Valores médios da velocidade de propagação de ultra-sons das diferentes argamassas. .............................................................................................................................. 108 Figura 7-20 – Evolução da velocidade de propagação de ultra-sons avaliada com o método indirecto. .................................................................................................................................... 110 Figura 7-21 – Comparação das velocidades de propagação de ultra-sons entre ensaio directo e indirecto. .................................................................................................................................... 110 Figura 7-22 – Curvas de absorção de água por capilaridade. .................................................. 112 Figura 7-23 – Curvas de absorção de água por capilaridade (0-120 minutos). ....................... 113 Figura 7-24 – Valores de coeficiente de absorção de água por capilaridade. .......................... 114 Figura 7-25 – Valores assimptóticos da absorção de água por capilaridade. .......................... 114 Figura 7-26 – Valores médios da porosidade aberta das argamassas estudadas. .................. 116 Figura 7-27 – Valores médios da massa volúmica aparente e real. ......................................... 117 Figura 7-28 – Análise granulométrica dos ligantes, efectuada por Almeida ............................. 118 xv Figura 7-29 – (a) – Resistência mecânica (compressão e flexão) de cada argamassa estudada; (b) – Resistência mecânica (compressão e flexão) em função da porosidade das argamassas. ................................................................................................................................................... 118 Figura 7-30 – (a) – Influência da porosidade aberta no coeficiente de absorção de água por capilaridade das argamassas estudadas; (b) – Coeficiente de absorção de água em função da porosidade das argamassas. .................................................................................................... 119 Figura 7-31 – (a) – Influência da porosidade aberta no valor assimptótico das argamassas estudadas; (b) – Valor assimptótico em função da porosidade das argamassas .................... 120 Figura 7-32 – (a) – Influência da porosidade aberta na velocidade de propagação de ultra-sons das argamassas estudadas; (b) – Velocidade de propagação de ultra-sons em função da porosidade das argamassas. .................................................................................................... 120 Figura 7-33 – (a) – Valores de absorção de água a baixa pressão das argamassas estudadas; (b) – Curvas de regressão polinomial dos valores de absorção de água a baixa pressão. ..... 121 Figura 7-34 – Curvas de secagem da argamassa CAL. ........................................................... 123 Figura 7-35 – (a) – Curvas de secagem da argamassa A500; (b) – Curvas de secagem da argamassa A250. ...................................................................................................................... 123 Figura 7-36 – (a) – Curvas de secagem da argamassa A125; (b) – Curvas de secagem da argamassa A75. ........................................................................................................................ 124 Figura 7-37 – Comparação das curvas de secagem médias das várias argamassas. ............ 125 Figura 7-38 – Relação entre índice esclerométrico e resistência à compressão das diferentes argamassas. .............................................................................................................................. 126 Figura 7-39 – Ábaco do esclerómetro pendular do Tipo PT. .................................................... 127 xvi ÍNDICE DE TABELAS Tabela 2-1 – Principais fenómenos de deterioração..................................................................... 8 Tabela 2-2 – Fontes de humidade mais comuns nos edifícios antigos. ....................................... 8 Tabela 3-1 – Vantagens e desvantagens associadas aos diferentes métodos de extinção da cal viva. ............................................................................................................................................. 16 Tabela 3-2 – Classificação, composição e caracterização de materiais com características pozolânicas ou hidráulicas latentes. ........................................................................................... 18 Tabela 3-3 – Classificação pozolânica de materiais baseada na medição da condutividade. ... 22 Tabela 4-1 – Listagem dos 10 maiores produtores de arroz do mundo. .................................... 24 Tabela 4-2 – Constituições químic0as das cinzas obtidas por Della e Zhang. .......................... 29 Tabela 4-3 – Métodos de incineração controlada da casca de arroz. ........................................ 32 Tabela 4-4 – Métodos de incineração não controlada da casca de arroz. ................................. 32 Tabela 4-5 – Caracterização química de cinzas de casca de arroz resultante de vários estudos. ..................................................................................................................................................... 33 Tabela 4-6 – Características das cinzas de casca de arroz . ..................................................... 35 Tabela 4-7 – Características físicas da CCA. ............................................................................. 36 Tabela 4-8 – Resistência à compressão da CCA. ...................................................................... 36 Tabela 4-9 – Propriedades físicas do cimento e das cinzas volantes analisadas. ..................... 39 Tabela 4-10 – Valores da resistência à compressão e restantes relações. ............................... 40 Tabela 5-1 – Caracterização da areia de rio. .............................................................................. 44 Tabela 5-2 – Determinação da baridade da areia de rio. ........................................................... 45 Tabela 5-3 – Ensaios realizados por tipologia de cinza de casca de arroz. ............................... 55 Tabela 5-4 – A análise química obtida pelo ensaio de fluorescência de raio-X das cinzas C e CP. ............................................................................................................................................... 55 xvii Tabela 5-5 – Superfície específica – Método de Blaine. ............................................................ 56 Tabela 5-6 – Determinação da superfície específica pela análise granulométrica por difracção laser. ............................................................................................................................................ 59 Tabela 6-1 – Composições das argamassas estudadas experimentalmente. ........................... 66 Tabela 7-1 – Caracterização no estado fresco das diferentes argamassas. .............................. 95 Tabela 7-2 – Resistência à compressão e à flexão aos 14 dias de idade. ............................... 102 Tabela 7-3 – Resistência à compressão e à flexão aos 28 dias de idade. ............................... 104 Tabela 7-4 – Valores médios da velocidade de propagação de ultra-sons das diferentes argamassas. .............................................................................................................................. 108 Tabela 7-5 – Velocidade de propagação de ultra-sons (ensaio indirecto). .............................. 109 Tabela 7-6 – Valores de coeficiente de absorção de água por capilaridade, quantidade de água absorvida e valor assimptótico. ................................................................................................. 113 Tabela 7-7 – Valores médios da porosidade aberta, massa volúmica aparente e real das diferentes argamassas. ............................................................................................................. 115 Tabela 7-8 – Equações das regressões polinomiais das diferentes argamassas e os respectivos coeficientes de determinação. ............................................................................... 122 Tabela 7-9 – Valores médios do índice de secagem das diferentes argamassas estudadas. . 124 Tabela 7-10 – Índice esclerométrico e respectiva resistência superficial das diferentes argamassas. .............................................................................................................................. 126 Tabela 7-11 – Valores médios da espessura carbonatada das várias argamassas. ............... 127 xviii SIMBOLOGIA Cal – Cal aérea hidratada C – Cinza de casca de arroz comercial CP – Cinza de casca de arroz peneirada CPm15 – Cinza de casca de arroz peneirada e moída durante 15 minutos CPm30 – Cinza de casca de arroz peneirada e moída durante 30 minutos CPm45 – Cinza de casca de arroz peneirada e moída durante 45 minutos CPm60 – Cinza de casca de arroz peneirada e moída durante 60 minutos CPm75 – Cinza de casca de arroz peneirada e moída durante 75 minutos CM500 – Fracção de cinza de casca de arroz moída e passada no peneiro de malha 500 mm CM250 – Fracção de cinza de casca de arroz moída e passada no peneiro de malha 250 mm CM125 – Fracção de cinza de casca de arroz moída e passada no peneiro de malha 125 mm CM75 – Fracção de cinza de casca de arroz moída e passada no peneiro de malha 75 mm CAL – Argamassa de cal aérea hidratada A500 – Argamassa de cal aérea com adição de CM500 A250 – Argamassa de cal aérea com adição de CM250 A125 – Argamassa de cal aérea com adição de CM125 A75 – Argamassa de cal aérea com adição de CM75 xix xx 1 INTRODUÇÃO 1.1 Justificação Sendo as argamassas componentes importantes na construção desde há longo tempo, quer como revestimento superficial exterior ou interior, quer como aglutinante de outros materiais, é fundamental o continuado estudo sobre estas. Dada a situação do património edificado em Portugal e considerando que na construção nem sempre construir de raiz é o mais indicado, o mercado de reabilitação de Portugal apresenta fortes possibilidades de expansão, principalmente devido à conduta dos países europeus. A este aspecto acrescenta-se, ainda, o aumento da preocupação relativa ao meio ambiente levada a cabo pelas tentativas de valorização e reciclagem de resíduos e subprodutos, contribuindo para a prática indispensável da sustentabilidade. Deste modo, é dada importância à redução da degradação ambiental e da utilização de recursos naturais. Um princípio que traduz este pressuposto é a utilização de um material que já se encontra em fim de ciclo para a reabilitação do edificado. É, então, imprescindível conhecer os materiais existentes nas construções a reabilitar possibilitando uma adequada selecção dos materiais que melhor apresentam soluções compatíveis com os existentes e ao mesmo tempo, adequados à prática construtiva actual. As argamassas à base de cal aérea apresentam-se como uma solução compatível para a reabilitação de alvenarias antigas. Contudo, estão-lhes associadas várias características que dificultam a sua aplicação neste domínio. A principal dificuldade prende-se com estas apresentarem dificuldades de endurecimento em locais de fraco contacto com o dióxido de carbono presente na atmosfera ou em ambientes muito húmidos. Neste contexto, as argamassas de cal com adição de componentes pozolânicos apresentamse como uma interessante alternativa. A possibilidade da presa destas argamassas passar a ocorrer também por reacções de hidratação permite assim a sua aplicação como argamassas de junta e como argamassas de revestimento em condições climáticas mais diversificadas. Assim sendo, controlando a quantidade de pozolanas, será possível formular argamassas com diferentes propriedades em função da finalidade, tendo presente a necessidade de compatibilidade em termos mecânicos, físicos e químicos. Considerando a necessidade de utilização de subprodutos anteriormente referida assim como a adopção de soluções que possam envolver uma redução do consumo de energia, têm sido 1 desenvolvidos diversos estudos sobre formulações de argamassas de cal aérea com incorporação de subprodutos industriais com características pozolânicas. As cinzas de casca de arroz apresentam-se como um material com bastante potencialidade neste contexto. Tornase então essencial conhecer os factores condicionantes da reactividade pozolânica das cinzas, de forma a maximizar a sua potencial utilização na formulação de argamassas. Deste modo, o presente trabalho tem como objectivo estudar a acção pozolânica conferida pela adição de cinzas de casca de arroz em argamassas de cal aérea e avaliar a influência da sua granulometria no desempenho das argamassas. A presente dissertação enquadra-se num projecto de investigação que tem como objectivo estudar formulações de argamassa de cal aérea com incorporação de cinzas de casca de arroz com potencial interesse para a aplicação em revestimentos de paredes de edifícios antigos. Este projecto surge no seguimento do estudo desenvolvido por Almeida (2008) e foi desenvolvido em parceria com um estudo intitulado “ Argamassas de cal aérea com adição de cinza de casca de arroz. Influência das condições de cura” desenvolvido por Marques (2010). Os trabalhos tiveram em comum uma primeira fase, onde foram definidas as granulometrias da cinza de casca de arroz a utilizar no desenvolvimento de ambas as dissertações. No âmbito dos estudos realizados para a selecção das granulometrias a utilizar na formulação das argamassas a estudar, encontra-se publicado o artigo intitulado “ Argamassas de cal aérea e cinza de casca de arroz. Influência da finura na reactividade pozolânica”, (Ferreira Pinto et al., 2010). Também se encontra publicado o artigo “Effect of Rice Husk Ash Particle Size in Lime Based Mortars” (Ferreira Pinto et al., 2010). 2 1.2 Objectivos da dissertação O trabalho desenvolvido dá continuidade ao estudo que tem sido realizado sobre argamassas de cal aérea com incorporação de cinzas de casca de arroz, nomeadamente o trabalho desenvolvido em Almeida (2008). O principal objectivo desta dissertação é o estudo da influência da finura de uma cinza de casca de arroz na reactividade pozolânica, através da avaliação de diversas características nomeadamente da resistência mecânica de argamassas de cal aérea com incorporação de cinzas de granulometrias diferentes. 1.3 Estrutura e organização da dissertação A presente dissertação está organizada em nove capítulos, os quais, para além da presente introdução (capítulo 1), das conclusões e propostas para desenvolvimentos futuros (capítulos 8 e 9), agrupam-se em duas partes distintas. Na primeira parte, apresenta-se um estado de arte que se desenvolve nos capítulos 2 a 4. No capítulo 2, são abordados os conceitos gerais para intervenções em edifícios antigos, onde se apresentam os requisitos de compatibilidade e durabilidade a exigir às novas argamassas. No capítulo 3, referente a argamassas de cal aérea e componentes pozolânicos, além da breve introdução da cal aérea e do tratamento que lhe está associado, apresenta os materiais pozolânicos e as suas características, enumerando alguns métodos de avaliação da reactividade pozolânica. O capítulo 4 aborda o caso concreto da casca de arroz, a qual possui características que mediante uma transformação adequada permite obter uma cinza com propriedades pozolânicas. Deste modo, neste capítulo são apresentadas as propriedades da casca de arroz, bem como os conceitos inerentes ao seu processo de transformação em cinza. Este capítulo aprofunda ainda as propriedades pozolânicas das cinzas de casca de arroz, assim como a influência da granulometria das cinzas nessas mesmas propriedades. A segunda parte da dissertação apresenta e descreve o desenvolvimento experimental e inclui os capítulos 5 a 7. O capítulo 5 descreve a preparação e caracterização de todas os materiais (areia de rio, cal aérea e cinza de casca de arroz) utilizadas na formulação das argamassas estudadas, sendo dada especial ênfase ao processo de peneiração e moagem aplicado à cinza de casca de arroz. 3 No capítulo 6, procede-se à apresentação do plano de ensaios bem como à descrição dos procedimentos de todos os ensaios realizados no âmbito do presente trabalho. O capítulo 7 apresenta numa fase inicial a justificação para a escolha das argamassas estudadas. Posteriormente, procede-se à análise detalhada dos resultados obtidos nos diferentes ensaios, tendo sempre presente a influência da granulometria da cinza de casca de arroz nesses mesmos resultados. O capítulo 8, como referido, sintetiza a análise dos resultados, apresentando as conclusões de todo o trabalho desenvolvido. As conclusões finais são apresentadas tendo em vista o cumprimento dos objectivos propostos, ou seja, apresenta-se a influência da finura das cinzas de casca de arroz nas argamassas de cal aérea. Por fim, o capítulo 9 apresenta propostas para desenvolvimentos futuros. 4 2 ARGAMASSAS DE CAL AÉREA EM EDIFÍCIOS ANTIGOS Neste capítulo, faz-se uma breve introdução ao uso de argamassas de cal aérea em edifícios antigos, onde são abordados os conceitos gerais para as intervenções nesses mesmos edifícios. Enumera-se ainda um conjunto de requisitos que as argamassas a usar na reabilitação devem respeitar. 2.1 Considerações gerais Os primeiros vestígios da utilização da cal pelo homem remontam ao início da Idade da Pedra, no período Paleolítico, após a descoberta do fogo. No entanto, as primeiras referências à utilização da cal na construção remontam ao período compreendido entre 12000 e 5000 a.c. em algumas zonas da Turquia (Cavaco, 2005; Silva, 2006). Na construção da Pirâmide de Shersi no Tibete, datada de 5000 a.c., a estabilização do solo argiloso foi efectuada com o recurso à cal. Através de análises efectuadas aos materiais utilizados no revestimento das câmaras da Piramide de Quéops assim como nas juntas dos blocos de calcário e granito da Pirâmide de Quéfren, foram também encontrados vestígios de cal (Guimarães, 2002; Cowan, 1977). A civilização grega evidenciou o uso em grande escala de argamassas de cal, através da sua aplicação em revestimentos de paredes. Contudo, foi no império romano que definitivamente se desenvolveu o conhecimento associado à aplicação da cal na construção. Este processo foi motivado pela constante expansão territorial que impunha uma necessidade de desenvolver técnicas mais rápidas e económicas de fabrico de cal (Ferreira Pinto et al., 2006/2007). Além do uso das argamassas de cal, os romanos assumiram um papel importantíssimo no estudo da influência das adições pozolânicas, adquirindo o conhecimento de quando e como aplicá-las. Deste modo, a sua aplicação em revestimentos de várias camadas com espessuras elevadas e a conjugação das características dos seus elementos em termos de compatibilidade de materiais, permitiram que as argamassas de cal e adições começassem a desempenhar um papel estrutural e de protecção à água (Ferreira Pinto et al., 2006/2007). A erupção do Vesúvio em 79 D.C., que cobriu com um manto de cinza as cidades de Pompeia e Herculano, permitiu a descoberta das vantagens do uso das cinzas em argamassas, contribuindo para o conhecimento da aplicação de adições, em particular das pozolanas naturais. São exemplo da aplicação de argamassas à base de cal e pozolanas, assim como da durabilidade que lhe está associada, o Coliseu e o Panteão em Roma, bem como o aqueduto de Pont du Grad no sul de França (Margalha, 2008). 5 Após o fim do Império Romano e durante a Idade Média, o uso de argamassas de cal tornou-se pratica corrente. Contudo, o custo da produção da cal reflectiu-se na qualidade da argamassa à base da mesma. Com a entrada dos Califados árabes na Península Ibérica no século XVIII, chegou também a prática de argamassas à base de gesso. Após esta data, tornou-se habitual o fabrico de argamassas de cal aérea e de gesso com a adição de vários produtos, como gorduras vegetais e animais. A introdução do gesso permitiu uma menor retracção da argamassa assim como um menor tempo de presa. A argamassa de cal com a adição de pozolanas ou de gesso teve o seu momento de maior utilização no século XX. Porém, foi neste período que se descobriu o cimento Portland e a cal hidráulica. Este acontecimento marcou o progressivo desuso das argamassas de cal na construção, dadas as características que estes novos ligantes conferiam às argamassas tais como o aumento das resistências mecânicas e a redução do tempo de endurecimento das mesmas, que permitiam um encurtamento no tempo de construção das obras (Alvarez et al., 2005). A generalização da utilização dos ligantes hidráulicos teve como consequência o actual desconhecimento por parte dos intervenientes na construção em relação aos procedimentos e cuidados associados à utilização e aplicação de argamassas de cal aérea (Botelho, 2003; Ferreira Pinto et al., 2006/2007). No entanto, tem-se agora constatado que os ligantes hidráulicos são responsáveis por várias anomalias que surgem após a sua aplicação na reabilitação de edifícios. Tal deve-se ao facto da sua incompatibilidade química com as argamassas de cal aérea, pela introdução de sais solúveis, pela sua baixa permeabilidade e pelo seu elevado módulo de elasticidade, o que impossibilita a compatibilidade de deformações com os elementos da alvenaria. Deste modo, as argamassas de cal aérea voltam a apresentar um papel relevante na construção, em particular nas alvenarias de pedra, sendo importante voltar a fomentar o seu uso e a sua compreensão. 2.2 Argamassas de cal aérea para paredes de edifícios antigos 2.2.1 Principais anomalias em argamassas de cal aérea e princípios orientadores de intervenção face às anomalias As causas da degradação dos rebocos exteriores em edifícios antigos podem assumir diferentes formas, podendo estas ser classificadas como de origem estrutural ou não estrutural. Contudo, interessa apenas referir as que ocorrem com maior frequência neste contexto, ou seja, o envelhecimento e a incompatibilidade dos próprios materiais, a presença de água e de sais solúveis (Appleton, 2003; Magalhães, 2002). 6 Importa ainda realçar que grande parte das anomalias verificadas não são independentes das características do próprio suporte, as paredes dos edifícios antigos. Este factor ganha maior importância se considerarmos que estes tipos de parede possuem uma tipologia e um funcionamento totalmente diferente das paredes actuais (Appleton, 2003). As paredes antigas foram definidas para desempenharem um papel estrutural e ao mesmo tempo de protecção do interior das construções, garantindo deste modo as exigências mínimas de segurança estrutural e de conforto face aos agentes atmosféricos do exterior (Veiga, 2006). Tendo em consideração os últimos factores apresentados, as paredes dos edifícios antigos apresentam usualmente uma espessura elevada, sendo constituídas por materiais com resistências inferiores e com maior porosidade que os materiais actuais. Devido às características dos materiais e ao seu processo construtivo, as paredes conseguem manter um equilíbrio hídrico razoável, possibilitando a evaporação rápida da água presente, que resulta de fenómenos de ascensão capilar ou de infiltração através de paramentos, garantindo que muitas construções se tenham mantido até aos nossos dias. Na Tabela 2-1 apresentam-se os vários tipos de fenómenos de deterioração que possibilitam a degradação dos materiais constituintes, pedras, tijolos e argamassas. Tais fenómenos não só danificam os elementos anteriormente referidos como ainda deterioram as ligações entre os elementos da alvenaria e das camadas de revestimento, possibilitando uma progressiva degradação da alvenaria. Entre os fenómenos de degradação apresentados na Tabela 2-1, a acção da água sempre foi, e continua a ser, um dos principais agentes que contribui para a deterioração dos materiais existentes neste tipo de suporte (Appleton, 2003; Magalhães, 2002). Na Tabela 2-2 apresentam-se ainda as principais fontes de humidade que podem interferir com os revestimentos das paredes antigas. É importante ter em consideração que na maioria das patologias a sua complexidade e a gravidade são majoradas pela conjugação de mais do que uma causa patológica, tendo como consequência o seu agravamento, como é o caso das fissuras que possibilitam o aumento da humidade no interior dos rebocos ou das alvenarias. 7 Tabela 2-1 – Principais fenómenos de deterioração (Almeida, 2008) Designação Físicos Físicoquímicos Químicos Biológicos Causas mais prováveis Causados pelas variações de temperatura, erosão provocada pela água e vento. Fenómenos de deterioração que se encontram associados à cristalização de sais ou à hidratação de cristais. Degradação devida, essencialmente, à formação de sulfatos como consequência da poluição atmosférica. Degradação provocada pela acção de microrganismos, plantas ou até mesmo resultantes da acção do homem. Refira-se ainda que grande parte das anomalias não é de fácil eliminação, principalmente devido à sua natureza. Por exemplo no caso da fissuração, devem ser bem analisadas as suas causas previamente a qualquer tipo de intervenção, para que não se executem trabalhos cuja eficiência se possa vir a constatar que é bastante baixa, ou que possa até facilitar o aparecimento de novas fissuras. Tabela 2-2 – Fontes de humidade mais comuns nos edifícios antigos (Magalhães, 2002). Tipo de humidade De obra ou construção De terreno De precipitação De condensação Devida a fenómenos de higroscopicidade Devido a causas fortuitas Causas mais prováveis Tem origem na água de amassadura. Existência de zonas de paredes em contacto com a água do solo; Existência de materiais de elevada capacidade de absorção de água por capilaridade nas paredes; Inexistência ou deficiente posicionamento de barreiras estanques nas paredes. Revestimentos com elevada permeabilidade à água. Ocorrência de condensações, geralmente quando a temperatura superficial das paredes em contacto com o ar húmido atinge o ponto de orvalho. Existência de sais higroscópicos no interior dos revestimento que fixam a água em grandes quantidades, constituindo uma espécie de depósito de água, permitindo a dissolução de mais sais, originando assim um fenómeno em cadeia. Humidade com origens acidentais, tais como roturas de canalizações em rede de águas e esgotos, entupimentos de caleiras, algerozes, tubos de queda, corrosão de canalizações metálicas, deficiências de remates da cobertura, entre outras. Considerando o acima exposto, é importante perceber que para cada tipo de intervenção em rebocos anómalos deve-se analisar previamente o seu real estado de conservação, de modo a ser determinado o grau de severidade assim como a verdadeira causa da anomalia. Deste modo, os projectos de recuperação e/ou reabilitação em edifícios antigos deverão compreender quatro etapas: Anamnese e Análise, Diagnóstico, Terapia e Controlo (Almeida, 2008). 8 Na primeira fase, designada por Anamnese e Análise, é efectuada uma compilação histórica e uma análise preliminar, através de uma inspecção visual onde se realiza um mapeamento das patologias. Na fase de Diagnóstico, realizam-se vários ensaios de modo a identificar as causas das anomalias, permitindo também uma caracterização química, física, mineralógica e mecânica das argamassas existentes. A fase da Terapia é a fase onde se realizam as intervenções nos rebocos. Finalmente, a fase de Controlo é a fase pós intervenção, onde se realiza uma monitorização periódica, com o objectivo de avaliar a evolução do estado das argamassas com o tempo. Esta fase desempenha um papel muito importante com vista a novas reabilitações, uma vez que é através desta que se poderão criar bases de dados, elementos estes que poderão facilitar e melhorar qualquer uma das quatro etapas num futuro processo de reabilitação/recuperação. Almeida apresentou de uma forma esquemática, uma proposta de metodologia a adoptar em intervenções que envolvam argamassas, a qual foi baseada em metodologias previamente propostas por outros autores (Almeida, 2008). Este esquema é apresentado na Figura 2-1. Apesar de já referido anteriormente, interessa realçar que o presente trabalho incide sobre as argamassas destinadas à protecção das camadas subjacentes, mais concretamente, sobre o caso dos rebocos exteriores. Não se inclui o revestimento de paramentos interiores neste estudo uma vez que estes, estando expostos a uma menor quantidade de agentes de degradação, não necessitam de requisitos de durabilidade tão exigentes. Por fim, importa referir que uma intervenção do reboco (conservação, consolidação, reparação localizada, substituição parcial ou total) com o recurso a argamassa deverá ser programada nas diferentes fases de modo a sustentar as opções tomadas. A escolha do tipo de intervenção dependerá sempre de factores técnicos como o estado de conservação da argamassa, avaliado pelo tipo e severidade da anomalia constatada. Além destes factores, o tipo de intervenção dependerá ainda das possibilidades existentes assim como dos meios e orçamentos disponíveis, sem esquecer os factores respeitantes ao seu valor patrimonial e ao próprio edifício. 9 Compilação histórica; Mapeamento de patologias com recurso a levantamentos fotográficos. Anamnese Inspecção visual: Levantamento de intervenções anteriores (materiais Ensaios realizados in situ: utilizados) o Cachimbos, esclorémetros, ultra-sons. Ensaios realizados em laboratório o Caracterização física: porosidade, porometria; o Caracterização mecânica: resistências; elasticidade, deformabilidade; o Caracterização química e mineralógica: tipo e proporção de ligantes; o Análise microscópica: tipo de agregado, presença de sais solúveis. Diagnóstico Pesquisa histórica Caracterização das argamassas e seu estado de degradação Caracterização das condições ambientais do local de intervenção. Caracterização das matérias-primas: ligantes, agregados, adições. Definição das formulações de argamassas a testar: o Caracterização física, química e mecânica das argamassas frescas e endurecidas; o Verificação de requisitos. Selecção das formulações de argamassas a testar in situ: o Realização de painéis experimentais; o Ensaios realizados in situ. Selecção da formulação e/ou formulações de argamassas a aplicar; Aplicação. Inspecções ao local para avaliação do estado da nova argamassa ou sistema de argamassas após a sua aplicação. Controlo Terapia Definição da constituição da argamassa: Figura 2-1 – Esquema da metodologia proposta para intervenção envolvendo a aplicação de novas argamassas (Almeida, 2008). 10 2.2.2 Características das argamassas para rebocos exteriores de edifícios antigos Devido às condições atmosféricas e aos agentes de degradação, os rebocos das paredes exteriores expostos a estes elementos, apresentam frequentemente anomalias que definem o seu grau de conservação. Uma vez que os rebocos apresentam também um papel de protecção dos elementos do suporte, o estado destes mesmos elementos está sempre dependente do estado de degradação dos rebocos. Deste modo, o primeiro requisito a respeitar na formulação de argamassas de rebocos exteriores para edifícios antigos deverá ser o da protecção dos estratos subjacentes. Este primeiro requisito está directamente relacionado com o princípio da compatibilidade de materiais (Henriques, 2004), o qual será apresentado no subcapítulo 2.2.2.1. O segundo, e não menos importante requisito a ser respeitado para que todas as propriedades da argamassa adquiram significado, é o conjunto das características relacionadas com a durabilidade da própria argamassa. Tal desempenha um papel preponderante numa reabilitação pois só assim será possível garantir uma protecção mais duradoura dos substratos assim como a manutenção do aspecto estético que se exige, contribuindo deste modo para o aumento do período de vida útil do elemento ou do edifício (Henriques, 2004). Interessa ainda referir, mesmo não fazendo parte do âmbito deste trabalho, que as técnicas de execução dos rebocos são também um factor fundamental para que sejam cumpridos os diferentes princípios associados à reabilitação dos rebocos (Cavaco et al., 2003). Contudo, muitas vezes as soluções adoptadas para as intervenções não são as mais adequadas tendo como consequência o agravamento ou o desenvolvimento de processos de degradação. Uma das soluções mais adoptadas é a remoção e a substituição total dos rebocos antigos por novas argamassas sem que exista um conhecimento adequado do potencial dessa argamassa de reparação e sem se analisar as causas das anomalias observadas (Veiga et al., 2002). Concluindo, as argamassas para rebocos exteriores de edifícios antigos não devem contribuir para a degradação dos elementos já existentes nem para a descaracterização dos elementos ou do edifício, devendo por isso evidenciar um conjunto de características necessárias para que se apresentem como solução durável e compatível com os suportes onde aplicadas (Ferreira Pinto et al., 2006/2007; Veiga, 2005; Veiga, 2003). 11 2.2.2.1 Requisitos e características relacionadas com a protecção dos substratos Como referido nos subcapítulos anteriores, para que se possa assegurar a protecção dos substratos, é necessário que se verifique uma compatibilidade entre a argamassa utilizada na intervenção e os elementos do substrato. Esta compatibilidade deverá ser avaliada em três grupos: mecânica, física e química. No estudo desenvolvido em Almeida (2008), é apresentada uma descrição desse grupo, como se indica seguidamente: Compatibilidade mecânica: • As argamassas devem apresentar resistências mecânicas e módulos de elasticidade semelhantes às argamassas originais e inferiores às do suporte, para que acompanhem os movimentos do suporte e deste modo não se verifiquem elevadas tensões internas. Nas situações em que os rebocos são constituídos por diferentes argamassas, as resistências destas deverão ser decrescentes do interior para o exterior enquanto que a deformabilidade deverá ser crescente. • A aderência ao suporte deverá ser caracterizada por uma rotura adesiva ou coesiva pelo reboco. • Para que se evite a formação de fissuras, deverá ser garantida a estabilidade dimensional ao longo do termo da argamassa. Se o reboco foi executado com o recurso a várias camadas, este requisito deverá ser verificado na camada exterior para que se evitem tensões no suporte ou na própria argamassa que poderiam conduzir à perda de adesão entre ambos. Compatibilidade física: • A absorção de água por capilaridade das argamassas deverá ser a menor possível, devendo ser semelhante à da argamassa utilizada no reboco original e inferior à do suporte. • Em relação à permeabilidade ao vapor de água, esta deverá ser semelhante à da argamassa utilizada no reboco original e superior à do suporte, permitindo assim a libertação de água de infiltração. • Deverá ser utilizada uma argamassa com um coeficiente de dilatação térmica o mais semelhante ao do suporte para que, na presença de gradientes térmicos e associada a um baixo módulo de elasticidade, não origine grandes consequentemente não se verifiquem tensões de origem térmica. 12 deformações e Compatibilidade química: • A argamassa não deverá ser rica em sais solúveis, pois a sua libertação poderá ser prejudicial para os elementos do suporte, tendo como consequência o agravamento ou o desenvolvimento de acções de degradação. 2.2.2.2 Requisitos e características relacionadas com a durabilidade das argamassas Os agentes de deterioração que podem gerar e agravar esses fenómenos são os sais solúveis, a água, organismos, microrganismos e todas as condições ambientais. De seguida, e tendo também como base o estudo desenvolvido em (Almeida, 2008), enumeram-se as características que as argamassas deverão possuir para a intervenção em rebocos exteriores, de modo a respeitar as exigências necessárias a um adequado desempenho: • Permeabilidade ao vapor de água que permita a saída da água infiltrada ou o transporte de sais solúveis para o exterior. No caso em que estes existam nas argamassas, a sua cristalização deve ocorrer na superfície exterior, formando assim eflorescências, patologia esta muito menos abrasiva que as criptoflorescências. • Resistência à acção de sais solúveis. Nos edifícios antigos é frequente a presença destes sais no interior das paredes, sendo a resistência das argamassas às acções destes sais um aspecto importante a ter em consideração na formulação da argamassa a aplicar. Deste modo, para fazer face aos sais que provocam degradação nas argamassas através de ataques químicos, a argamassa a aplicar deverá possuir baixos teores de silicatos e aluminatos. Por outro lado, para fazer face aos sais solúveis que causam degradação nas argamassas por acções mecânicas, isto é, por alterações cíclicas do volume dos respectivos sais no interior dos poros, a argamassa deverá possuir uma resistência mecânica elevada, assim como uma elevada porometria. • Uma boa resistência a ciclos de gelo – degelo quando a argamassa é aplicada em climas frios, o que será possível se a argamassa possuir uma reduzida absorção de água e uma resistência mecânica capaz de suportar as tensões geradas durante a gelidificação. • Boa resistência à colonização biológica que será conseguida se for garantido um bom comportamento da argamassa face à água, assim como uma baixa percentagem de elementos orgânicos na constituição da mesma, uma vez que a presença de fungos é bastante potenciada pela presença prolongada de humidade. 13 14 3 ARGAMASSAS DE CAL AÉREA E COMPONENTES POZOLÂNICOS Este capítulo descreve as argamassas de cal aérea com adição de produtos com características pozolânicas. Enumera ainda alguns métodos de avaliação da reactividade pozolânica desses componentes. 3.1 Cal aérea A matéria-prima que origina a cal aérea é a rocha de calcário com baixo teor de impurezas devendo essa apresentar uma percentagem superior a 95 % de carbonato de cálcio ou carbonato de cálcio e de magnésio. Esta diferenciação de elementos na sua constituição origina uma denominação distinta. Se o teor de magnésio na matéria-prima for superior a 20 %, a cal designa-se por cal magnesiana. Caso contrário, a cal denomina-se por cal cálcica (Cavaco, 2005). No passado eram utilizadas duas denominações para a cal: cais gordas e cais magras. Estas últimas apresentam uma cor menos clara assim como uma resistência mecânica inferior. Em relação à sua constituição, o seu teor de carbonato de cálcio situa-se entre os 95 % e os 99 %, enquanto que nas cais gordas, este teor é superior a 99 %. Um outro aspecto que difere nestes dois tipos de cal é o incremento de volume que existe em ambas aquando da sua extinção, sendo o da cal gorda superior (Cavaco, 2005). Em relação às principais etapas associadas à produção e endurecimento da cal aérea, interessa referir que podem ser divididas em três fases: calcinação, hidratação ou extinção e carbonatação. A calcinação ocorre num forno cuja temperatura ronda os 900 ºC, o que possibilita a cozedura dos calcários, que causa a transformação do carbonato de cálcio (CaCO3) em dióxido de carbono e óxido de cálcio (CaO), composto este vulgarmente conhecido por cal viva (Cavaco, 2005; Botelho, 2003). [3-1] A hidratação ou extinção da cal é uma fase fundamental, uma vez que a cal viva não possui características de ligante, necessitando previamente de ser hidratada. A hidratação, que resulta da mistura do óxido de cálcio com água, desencadeia uma reacção muito expansiva e exotérmica, originando a sua desagregação com efervescência transformando o óxido de cálcio em hidróxido de cálcio (Ca(OH)2). Este produto que se designa por cal apagada, 15 hidratada ou extinta, é utilizado como ligante (Cavaco, 2005; Botelho, 2003). A equação química que descreve o processo de hidratação é apresentada de seguida. [3-2] A extinção da cal viva pode ser realizada por três processos distintos (aspersão, imersão e também através da mistura com areia molhada, dos quais resultam, respectivamente, a cal em pó, a cal em pasta e uma argamassa de cal e areia) (Faria-Rodrigues, 2004). Almeida (2008) ao citar Faria-Rodrigues (2004), apresenta uma tabela com as vantagens e as desvantagens dos respectivos métodos de extinção da cal viva. Tabela 3-1 – Vantagens e desvantagens associadas aos diferentes métodos de extinção da cal viva (Faria-Rodrigues, 2004). Métodos de extinção Vantagens Desvantagens Aspersão Facilidade de transporte, armazenamento e utilização; Facilita processos industriais; Mais adequada para cais hidráulicas. Não optimiza a plasticidade; Necessidade de controlo elaborado para garantir hidratação completa. Imersão Garante a hidratação completa; Reduz a dimensão das partículas (maior reactividade); Aumenta a plasticidade e reduz a quantidade de água. Inadequada para cais hidráulicas; Processo perigoso (calor e causticidade); Necessidade de período prolongado. Através de areia molhada Envolvimento total dos agregados pela pasta; Menos água para obter plasticidade; Menor retracção e maior durabilidade das argamassas; Traço mais forte em ligante. Requer tempo, espaço e boa execução in situ; Geralmente reservado para trabalhos de conservação importantes. Durante o processo de endurecimento da cal aérea ocorrem dois fenómenos principais, a evaporação da água em excesso e a reacção do hidróxido de cálcio com o dióxido de carbono presente na atmosfera, reacção esta conhecida por carbonatação. Associadas a estes fenómenos estão a libertação de calor e a formação de carbonato de cálcio. O fenómeno de carbonatação pode ser traduzido pela seguinte equação da reacção (Cavaco, 2005): [3-3] 16 A reacção de carbonatação desenvolve-se durante vários meses, ocorrendo do exterior para o interior da argamassa. Como tal, para um adequado desenvolvimento do fenómeno de carbonatação é necessário que a argamassa seja suficientemente porosa de modo a permitir a evaporação da água em excesso, assim como possibilitar a penetração do dióxido de carbono do ar para o seu interior (Ferreira Pinto et al., 2006/2007). 3.2 Definição de materiais pozolânicos Coutinho define os materiais pozolânicos como “produtos naturais ou artificiais constituídos essencialmente por sílica e alumina que, apesar de não terem por si só propriedades aglomerantes e hidráulicas, contêm constituintes que às temperaturas ordinárias se combinam, em presença de água, com o hidróxido de cálcio, originando compostos de grande estabilidade na água e com propriedades aglomerantes” (Coutinho, 2006). As pozolanas podem ser classificadas em duas categorias: as pozolanas naturais e as artificiais. As pozolanas naturais são materiais com elevada percentagem de sílica amorfa e que podem ser divididas consoante a sua origem: as de origem vulcânica (Pozolanas dos Açores, Pozolanas do Porto Santo, Pozolanas de Santo Antão, Pozolanas Italianas, Terras de Santorini, etc.) e as de origem sedimentar (Terra diatomácea/ diatomite) (Lea, 1970; Taylor, 1972). Quer nas pozolanas de origem vulcânica, quer nas de origem sedimentar, o local da origem das mesmas desempenha uma forte influência na sua composição e reactividade pozolânica. Um outro aspecto que também define as pozolanas naturais é o facto de não necessitarem de um tratamento especial além da sua extracção e de uma possível moagem (Coutinho, 2006). Por sua vez, as pozolanas artificiais podem ser obtidas através de tratamentos térmicos (calcinação) de materiais rochosos com constituição predominantemente siliciosa ou através de subprodutos industriais, como é o caso das cinzas de casca de arroz, material utilizado no presente estudo. Almeida (2008), com base no estudo desenvolvido por Metha (1983), elaborou uma tabela (Tabela 3-2) onde apresenta uma classificação de materiais com características pozolânicas ou hidráulicas latentes (Almeida, 2008). De realçar que nesta tabela estão incluídas as escórias de alto-forno, subproduto da industria do aço, material este que apresenta uma constituição muito semelhante à do cimento, sendo considerado um ligante hidráulico por vários autores (Charola et al., 1995; Coutinho, 2006). 17 Composição química e mineralógica Características das partículas Escórias de alto-forno Constituídas essencialmente por silicatos, contendo maioritariamente cálcio, magnésio, alumina e sílica. Compostos cristalinos do grupo da melilite podem ser encontrados em pequenas quantidades. O material não tratado possui o tamanho da areia e contém cerca de 10 a 15% de fracção não sólida. Antes de ser usada, é seca e moída em partículas de dimensões inferiores a 45 μm (geralmente com 2 cerca de 500 m /kg Blaine). As partículas possuem uma textura rugosa. Cinza volante com elevado teor de cálcio Constituídas por silicatos amorfos de cálcio, magnésio, alumina e alcalis. A pequena quantidade de matéria cristalina consiste geralmente em quartzo e C3A; poderá também ocorrer cal livre e perclases; CS e C4A3S podem também ocorrer no caso de serem utilizados arrefecimentos rápidos com sulfuretos. As partículas moídas correspondem de 10 a 15% de partículas com dimensões superiores a 45 μm 2 usualmente de 200-300 m /kg Blaine. A maior parte das partículas são esferas sólidas com diâmetro médio inferior a 20 μm. As partículas apresentam uma textura lisa mas não tanto como nas cinzas volantes de baixo teor de cálcio. Consistem essencialmente em sílica pura no estado amorfo. Extremamente fina de forma esférica com diâmetros médios de 0,1 μm (superfície específica de 2 aproximadamente 20 m /g por adsorção de nitrogénio) Cinza de casca de arroz Consistem essencialmente em sílica pura no estado amorfo. Partículas de dimensão geralmente inferiores a 45 μm e extremamente celulares (superfície específica de 2 aproximadamente 60 m /g por adsorção de nitrogénio). Pozolanas normais Cinza volante de baixos valores de cálcio Constituídas maioritariamente por silicatos amorfos de alumina, ferro e álcalis. A pequena parte da matéria cristalina consiste, geralmente, em quartzo, hematite e magnetite. A presença de carbono é geralmente inferior a 5% podendo, no entanto, ser superior a 10%. 15 a 30% de partículas com dimensões superiores a 45 μm 2 (usualmente de 200-300 m /kg Blaine). A maior parte das partículas são esferas sólidas com diâmetro médio de 20 μm. As partículas apresentam uma textura lisa. Pozolanas fracas Tabela 3-2 – Classificação, composição e caracterização de materiais com características pozolânicas ou hidráulicas latentes (Almeida, 2008). Escórias e cinzas de arrefecimentos lentos Consistem essencialmente em minerais de sílica cristalina e apenas uma pequena quantidade de matéria não cristalina. Os materiais devem ser pulverizados de modo a obter-se partículas muito finas e conferir-lhes alguma actividade pozolânica. As partículas moídas apresentam uma textura lisa. Pozolanas de elevada reactividade Pozolanas com propriedades hidráulicas latentes Classificação Sílica de fumo 3.3 Reactividade das pozolanas A reactividade pozolânica pode designar-se como a capacidade que as pozolanas têm em se combinar quer com o hidróxido de cálcio, quer com os constituintes do cimento hidratado na 18 presença de água, para formarem silicatos e aluminatos de cálcio hidratados, do tipo que se desenvolvem com a hidratação dos ligantes hidráulicos (Coutinho, 2006). Neste contexto, é importante diferenciar a hidratação do cimento da reacção pozolânica (Almeida, 2008; Velosa, 2006). Um dos aspectos que se evidencia em primeiro lugar é o facto que na hidratação do cimento, os principais compostos do tipo silicatos e aluminatos estarem no estado cristalino, decompondo-se rapidamente na água em iões de silicatos e aluminatos, formando compostos de hidratação. Já na reacção pozolânica, para que a sílica e a alumina se combinem com o hidróxido de cálcio, é necessário que se apresentem na forma de partículas de pequenas dimensões e no estado amorfo. Assim sendo, nem todos os materiais contendo sílica e alumina podem ser considerados pozolanas, como é o caso da sílica na forma de quartzo. Coutinho refere ainda que, para além de quantidade de sílica e alumina amorfa existente nas pozolanas, esta reacção química é também influenciada pela sua estrutura interna (Coutinho, 2006). Isto é, a reactividade será tanto maior quanto maior estiver a sua estrutura interna afastada do estado cristalino. Nas pozolanas naturais com origem vulcânica, o estado amorfo das partículas predomina em virtude do arrefecimento brusco das lavas e da alteração subsequente pelos agentes atmosféricos, que tendem a destruir os raros cristais que se formaram durante o arrefecimento brusco do magma. Nas pozolanas artificiais conseguem-se obter arranjos na estrutura através da acção da temperatura, desde que esta não seja suficientemente intensa para provocar um rearranjo cristalino. Deste modo, consegue-se obter pozolanas mais reactivas (Velosa, 2006). Além destes últimos aspectos, um factor que condiciona significativamente a reactividade das pozolanas é a sua elevada superfície específica. Tal é justificado pelo facto de a reacção se realizar entre um sólido – a pozolana – e um reagente dissolvido – o hidróxido de cálcio (James et al., 1986). Para o caso das cinzas de casca de arroz e ao contrário das pozolanas de baixa rugosidade, como é o caso da sílica de fumo, Metha (1983) afirma que a superfície específica não só depende da dimensão das partículas como também da rugosidade que lhe está associada visto que esta é caracterizada por uma estrutura celular e por uma superfície rugosa (Metha, 1983). A natureza da reacção pozolânica ainda não é bem conhecida, o que tem promovido a realização de vários estudos sobre este assunto. A nível nacional Velosa (2006), ao citar VillarCociña, refere que na reacção pozolânica ocorre primeiramente uma interacção na superfície 19 2+ das pozolanas, entre estas e os iões de Ca ,que são obtidos através da hidrólise do hidróxido de cálcio. Posteriormente, esta interacção passa a realizar-se no interior do núcleo das partículas pozolânicas (Velosa, 2006). Tal conjunto de interacções permitirá que numa solução aquosa, os monosilicatos e aluminatos possam reagir com os iões de cálcio, resultantes da hidrólise do cálcio, possibilitando deste modo a origem de compostos do tipo silicatos de cálcio hidratados e aluminatos de cálcio hidratados. Almeida refere que “em argamassas à base de cal aérea, a quantidade de cal livre que se combina com os materiais pozolânicos fornece um indicador da pozolanicidade destes materiais, o que se encontra fortemente relacionado com a sua superfície específica” (Almeida, 2008). 3.4 Medição da reactividade das pozolanas No estudo das propriedades pozolânicas, é corrente recorrer a métodos expeditos e rápidos como são os métodos químicos. Como consequência, quando se pretende avaliar a resistência mecânica ou química de uma pozolana misturada com uma cal, em vez de se optar pelos métodos mais longos como é o caso da caracterização mecânica, opta-se pelo método químico (Coutinho, 1958). 3.4.1 Ensaios mecânicos Um dos tipos de ensaio utilizado para efectuar a medição da reactividade pozolânica é o ensaio mecânico. Os ensaios mecânicos baseiam-se no princípio de que os produtos originados pela reacção pozolânica provocarão um aumento da resistência mecânica de pastas de cal e pozolana. Este incremento permitirá identificar uma pozolana ao nível da sua capacidade de reacção com a cal, através da sua comparação com resistências mecânicas de provetes normalizados (Velosa, 2006). Velosa (2006), ao citar Vicat (1837), comenta que este utilizava os termos “muito energético”, “energética”, “fracamente energética” e finalmente “inerte”, consoante o grau de dureza que atingiam as pastas de cal e pozolana, tendo como referência o grau de dureza de outros produtos, como por exemplo o tijolo, a pedra branda ou o sabão. 20 Muitos países já possuem uma normalização específica para este tipo de ensaios, sendo as principais diferenças verificadas quer na execução dos provetes (composição, traço e execução), quer no condicionamento. Estes ensaios são usualmente efectuados aos 7 e 28 dias de idade (Velosa, 2006; Wanson et al., 2009). O Caderno de Encargos para Fornecimento e Recepção de Pozolanas (1991) descreve as exigências para pozolanas e ensaios em pasta de cal e pozolanas e argamassas de areia. Quanto a Portugal, o documento regulava única e exclusivamente pastas de cal e pozolana, permitindo a classificação de pozolanas e estabelecendo um método de avaliação da pozolanicidade. O método de avaliação tinha como base as características físicas da pozolana assim como a tensão de rotura à flexão e compressão das pastas. A ASTM C 593-06 (2006) apresenta os valores mínimos de resistência mecânica que as argamassas formuladas com cal e pozolanas devem respeitar. Actualmente, e apesar da existência da NP EN 196-5, “Métodos de ensaio de cimentos. Parte 5: Ensaio de pozolanicidade dos cimentos pozolânicos”, não existe um normativo europeu que regulamente os ensaios de pozolanicidade em argamassas de cal aérea hidratada. 3.4.2 Ensaios químicos Os ensaios químicos desempenham um papel importante na determinação da sua origem, permitindo uma classificação das pozolanas em relação à sua natureza. Para efectuar esta classificação, é importante determinar a percentagem de elementos químicos existentes nas mesmas. Além dos usuais SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO e CaO, é ainda necessário a determinação da percentagem de FeO, MnO, K2O, Na2O, TiO2, P2O5 e H2O. Contudo, este tipo de ensaio requer de bastante rigor tendo em conta o possível estado alterado em que as partículas se podem encontrar (Coutinho, 2006). O teste Chapelle apresenta-se como um método químico muito utilizado para a medição da reactividade pozolânica, sendo este semelhante a outros métodos utilizados, tais como a determinação da quantidade de óxido de cálcio (CaO) numa solução, após aquecimento ou por análise térmica diferencial (Coutinho, 1958). O teste Chapelle preconiza a colocação de 1 g da pozolana em estudo e de 1 g de hidróxido de cálcio em 199 ml de água a ferver durante 16 h. Terminado este período e com o recurso a um equipamento padronizado, efectua-se a medição da quantidade de hidróxido de cálcio que ficou por reagir. Apesar de não se enquadrar no domínio das argamassas de cal aérea com adição de componentes pozolânicos, a NP EN 196-5, “Métodos de ensaio de cimentos. Parte 5: Ensaio 21 de pozolanicidade dos cimentos pozolânicos”, sugere a possibilidade de verificação da pozolanicidade dos cimentos pozolânicos. Para tal, usam-se 20 g de pozolana para 100 ml de água. No final, mede-se a quantidade de Ca(OH)2 existente na solução e compara-se com a quantidade do mesmo composto que satura uma outra solução com a mesma alcalinidade. Em relação a esta norma europeia, importa referir que não é aplicável às pozolanas. Vários autores (Luxan et al., 1989; Lea, 1970) defendem que a medição da pozolanicidade das respectivas pozolanas pode ser efectuada através do fenómeno da condutividade, ou seja, na variação da condutividade de uma solução saturada de hidróxido de cálcio antes e após a adição da pozolana. O método consiste em determinar a condutividade inicial de 200 ml de solução saturada, introduzir 5 g de pozolana na solução e, após 2 minutos de reacção, determinar a condutividade final. Tabela 3-3 – Classificação pozolânica de materiais baseada na medição da condutividade (Luxan et al., 1989). Classificação da Pozolanicidade do Material Não pozolânico Com pozolanicidade variável Com Boa Pozolanicidade Condutividade [mSi] < 0,4 0,4 - 1,2 >1,2 O princípio inerente aos ensaios apresentados baseia-se no facto de a actividade pozolânica possibilitar uma fixação do hidróxido de cálcio na pozolana, pelo que quando menor for a concentração no final de hidróxido de cálcio, maior será a pozolanicidade. 22 4 CINZAS DE CASCA DE ARROZ Neste capítulo, aborda-se o tema da casca de arroz, mais concretamente a cinza derivada da sua calcinação. Apresentam-se os seus processos de transformação e aprofunda-se as propriedades pozolânicas das cinzas de casca de arroz, assim como a influência da granulometria das cinzas nessas mesmas propriedades. 4.1 Contextualização histórica Na mitologia, pode-se encontrar várias lendas que relatam a origem do arroz. Por exemplo, os árabes acreditavam que o arroz foi gerado a partir de uma gota de suor de Maomé. Por sua vez, uma lenda chinesa conta que durante um período de grande fome, alguns habitantes da região de Sichuan, num acto de desespero, enviaram pássaros aos deuses pedindo um alimento que os pudesse ajudar. Como resposta a este pedido, os pássaros trouxeram grãos de arroz… As referências bibliográficas mais antigas situam a origem do arroz na Índia e sudeste asiático, mais concretamente, existem documentos datados de 3000 a.c. que relatam a existência deste cereal na China e também vários escritos hindus que citam o arroz por esta data. Pelos anos 1000 a.c., o valor nutritivo do arroz já era conhecido. Posteriormente, a cultura do arroz expandiu-se até à Pérsia e Indonésia. Por meados de 100 a.c., o arroz já era cultivado no Japão, e também nas Filipinas, onde foram criados os Arrozais de Banaue. Os árabes levaramno para o delta do Nilo, possibilitando assim a sua “descoberta”, através dos turcos, pelos países mediterrânicos, onde começou a ser cultivado nos Balcãs. Com a ocupação da Península Ibérica pelos muçulmanos, o arroz chegou a este território, com os primeiros indícios do cultivo em Portugal a apontarem para que este tenha começado no reinado de D. Dinis, com maior foco no Baixo Mondego. Com os Descobrimentos, os portugueses levaram o arroz para o Brasil e os espanhóis para o resto da América Latina, tornando-se assim uma cultura à escala mundial. Nos últimos anos em Portugal, a produção de arroz tem vindo a assumir valores significativos, estabelecendo-se actualmente a produção de arroz em casca (paddy) na ordem dos 160.000 toneladas (Maurici, 1999; Andrade, 1999). Na Tabela 4-1, são apresentados os 10 maiores paises produtores de arroz. 23 Tabela 4-1 – Listagem dos 10 maiores produtores de arroz do mundo (IRRI, 2008). País 2002 2003 2004 2005 2006 2007 China 176.342 162.304 180.523 182.059 184.128 185.490 Índia 107.730 132.789 124.697 137.690 139.137 141.134 Indonésia 51.490 52.138 54.088 54.151 54.455 57.049 Bangladesh 37.593 38.361 36.236 39.796 43.504 43.504 Vietname 34.447 34.569 36.149 35.791 35.827 35.567 Tailândia 26.057 27.038 28.538 30.292 29.269 27.879 Myanmar 21.805 23.146 24.718 25.364 30.600 32.610 Filipinas 13.271 13.500 14.497 14.603 15.327 16.000 Brasil 10.457 10.335 13.277 13.193 11.527 11.080 Japão 11.111 9.740 10.912 11.342 10.695 10.970 4.2 Propriedades da casca de arroz Desde sempre que os sectores agrícolas têm gerado grandes quantidades de resíduos, o que provocou o interesse de perceber as questões técnicas, ambientais, sociais e económicas associadas a estes materiais. O arroz é um dos cereais mais consumidos à escala mundial, o que tem contribuído em muito para a produção de casca de arroz, subproduto com potencial de aplicação em vários domínios. Durante a fase de crescimento do arroz e à imagem do que acontece com grande parte das plantas de crescimento anual, o arroz absorve do solo diversos minerais como é o caso dos silicatos. Nesta fase, como consequência da evaporação de água, a sílica acumula-se na casca e no caule da planta, sob a forma de ácido monosilícico, transformando-se através do processo de polimerização, o ácido em membrana sílico-celulósica. Após a sua remoção durante o refino do arroz, as cascas de arroz por apresentarem na sua constituição sílica e fibras, não possuem qualquer valor nutritivo, não sendo assim usadas na alimentação humana e animal (Houston, 1972). A estrutura da casca de arroz que, dependendo do cultivo, pode equivaler entre 14 e 35% da massa do grão (Beagles, 1977). Vários autores (Ferreira, 2005; Houston, 1972; NAKATA et al., 1989) afirmam que esta é composta por quatro camadas estruturais, fibrosas, esponjosas ou celulares, dividindo-se do exterior para o interior em: Epiderme externa; Fibra hipoderme ou esclerênquima; 24 Célula parênquima esponjosa; Epiderme interna. No estudo desenvolvido por Hwang et al. (1997), determinou-se uma composição química para a casca de arroz, constatando-se que esta é semelhante à das fibras orgânicas, sendo constituída por celulose, lenhina, hemicelulose e sílica. Como será verificado adiante, com o objectivo de produzir uma cinza de casca de arroz com uma estrutura porosa e à base de sílica, dever-se-á realizar uma incineração controlada dos elementos da casca de arroz, sendo a celulose e a lenhina maioritariamente removidos durante essa combustão (Kumar, 1993; Ismail, M. S.; Waliuddin, A. M., 1996; Pacewsk, B.; Bukowska, M.; Motly, D.; Szafran, M.; Blazdell, P., 2002; Metha, 1994). No seguimento de um trabalho sobre as características pozolânicas da cinza de casca de arroz, o autor sentiu a necessidade de perceber em qual das camadas se encontra a sílica em maior concentração, e qual a sua origem, de modo a permitir uma maior exploração da casca de arroz. Para tal, estudou duas amostras de casca de arroz proveniente do Senegal, que tiveram um tratamento térmico diferente, permitindo uma comparação em termos de granulometria e composição mineralógica. Com recurso ao Microscópio Electrónico de Varrimento (MEV), constatou que a concentração de sílica na face externa da casca de arroz é superior, comparativamente à da face interior, e que a presença deste composto é praticamente inexistente no interior da casca. Na Figura 4-1, apresenta-se um gráfico com o perfil da sílica ao longo de uma secção transversal da casca (Jauberthie et al., 2000). Figura 4-1 – Distância (aproximadamente 50 μm) entre superfície externa, A, e interna, B (Jauberthie et al., 2000). A presença de sílica na casca de arroz associa-lhe uma grande potencialidade de reutilização (Biricik, 1999), como por exemplo na produção de blocos e painéis de betão leve e em fertilizantes agrícolas (Armaesto et al., 2002). Os próprios produtores de arroz são uns dos grandes responsáveis pela reutilização das cascas de arroz, servindo-se do seu elevado poder calorífico (aproximadamente 16,3 MJ/Kg) 25 (Armaesto et al., 2002) para que através da sua combustão, possibilitarem a seca e a parboilização do arroz. Tendo em conta que, segundo um estudo de mercado (LTD, 2003) a maioria das reutilizações da casca de arroz implica a sua transformação em cinza, este tipo de queima é uma das maneiras de integrar a casca de arroz no conceito de biomassa. A figura seguinte representa algumas das possibilidades da aplicação da casca de arroz tal como da sua cinza: Figura 4-2 – Possibilidades de aplicação da casca de arroz e da respectiva cinza (Almeida, 2008). 4.3 Propriedades pozolânicas das cinzas de casca de arroz A casca de arroz, se adequadamente processada através de um processo de calcinação, torna o produto desta, a cinza de casca de arroz, num produto pozolânico. A cinza de casca de arroz é um produto sílico-aluminoso que, por apresentar uma estrutura amorfa, reage com os iões 2+ Ca em meios alcalinos, originando assim a precipitação de silicatos de cálcio hidratados. O produto final desta reacção é o silicato de cálcio hidratado, sendo este o principal elemento de hidratação do cimento Portland. 26 Estudos efectuados por Metha et al. (2008) corroboram a norma americana ASTM C 989, ao indicarem que a cinza de casca de arroz e a sílica activa são pozolanas altamente reactivas, sendo estas essencialmente constituídas por sílica pura na forma não cristalina (Pacewsk, B.; Bukowska, M.; Motly, D.; Szafran, M.; Blazdell, P., 2002). As pozolanas estudados pelo autor são constituídas por partículas maioritariamente inferiores a 45 μm, mas altamente celulares 2 com superfícies específicas de 40 a 60 m /g. Abordando a estrutura da sílica cristalina e amorfa, realça-se que a primeira é formada por átomos orientados a longa distância enquanto que na segunda estes são orientados a curta distância. Apesar da diferença da estrutura microscópica das duas não ser muito significativa, quando a sílica se encontra morfologicamente no estado amorfo, a totalidade da sua estrutura também o está, enquanto que quando morfologicamente cristalina, 6,35 % da sua estrutura está no estado amorfo (Rêgo, 2004). Figura 4-3 – (a) – Estrutura da sílica cristalina formada por átomos orientados a longa distância; (b) – Sílica amorfa cuja orientação dos átomos ocorre apenas a curta distância (Cordeiro, 2006). Com o objectivo de perceber qual a melhor maneira de quantificar o teor de partículas no estado amorfo, Vieira et al. (2005) estudaram a aplicação do método químico e de difracção por raio-X, concluindo que ambos são eficazes. No entanto, o último pode ser mais fiável, uma vez que usa ondas electromagnéticas, enquanto que o primeiro pode sofrer interferências físicas, uma vez que se colocam as cinzas de casca de arroz em contacto com reagentes e a duração desta exposição condiciona o grau de reactividade da sílica. Através da revisão bibliográfica, verificou-se que variáveis como a temperatura, a duração da queima e a oxigenação desta, influenciam directamente as propriedades físico-químicas e morfológicas da cinza de casca de arroz. Deste modo, para se produzir uma cinza de casca de arroz com elevadas concentrações de sílica no estado amorfo, com elevados índices de 27 reactividade pozolânica e apresentando uma estrutura altamente micro-porosa, é necessário que a calcinação da casca de arroz ocorra em condições controladas, permitindo assim a decomposição térmica da matéria orgânica e, ao mesmo tempo, impossibilitando a formação de sílica no estado cristalino. No trabalho de Almeida (2008), são referidos estudos desenvolvidos por vários autores onde se contemplam várias temperaturas e durações de calcinação com o objectivo de se obter uma sílica amorfa e reactiva não sendo, no entanto, possível concluir um conjunto de valores exactos. Metha (1983), um dos investigadores que mais tempo dedicou ao estudo das cinzas de casca de arroz, refere que a temperatura ideal para que a cinza de casca de arroz assuma as características anteriormente enumeradas, deverá situar-se entre 500 e 680 °C. Também Hamad e Khatab, citados em Chandrasekhar et al. (2003), num estudo onde foi analisada a decomposição térmica da casca de arroz em ambiente controlado, constataram que a cinza resultante de combustões entre os 500 e 600 ºC apresentava-se maioritariamente constituída por sílica amorfa. Por sua vez, detectaram-se formas cristalinas de tridimita e cristobalita na cinza de casca de arroz obtida a temperaturas superiores a 800 e 1200 ºC, respectivamente. Yeoh (1979) refere que, com queimas de duração inferiores a uma hora e com temperaturas a rondar os 900 ºC, é possível obter sílica amorfa. Contudo, o autor mostra ainda que se a temperatura atingir 1000 ºC e decorridos 5 minutos, a sílica assume o estado cristalino. Os valores anteriormente apresentados são semelhantes aos constatados por Pitt (1976), citado em Cordeiro (2006). Este estudo refere serem necessárias temperaturas acima dos 1000 ºC para que o estado amorfo da sílica pura se transforme em cristalino. O estudo refere ainda que para temperaturas inferiores aos 1000 ºC, devido à presença de outros constituintes na casca de arroz, a sílica pura apresenta geralmente uma morfologia amorfa. Directamente relacionado com a temperatura “óptima” de calcinação, para Krishnarao, et al., está o facto que a cristalização da sílica amorfa em cristobalita está relacionada com a fusão do potássio existente na superfície da cinza de casca de arroz, uma vez que a dissociação do óxido de potássio aos 347 ºC origina o potássio, cujo ponto de fusão é de 64 ºC. Como consequência, ocorre a combustão da superfície da casca de arroz e consequentemente a aceleração do processo de cristalização da sílica amorfa em cristobalita. À imagem do potássio, também outras impurezas podem interferir com a pozolanicidade da cinza de casca de arroz, desempenhando assim um papel preponderante neste assunto, uma 28 vez que impedem a libertação do carbono durante a calcinação. Uma cinza de casca de arroz que contenha uma quantidade significativa de carbono, além de reduzir em termos percentuais a quantidade de sílica, influencia ainda esteticamente o aspecto desta, uma vez que fornece à cinza uma cor mais escura (Chandrasekhar et al., 2003; Zhang et al., 1996; Della et al., 2001). O anteriormente descrito pôde ser constatado no trabalho desenvolvido em laboratório com cinza comercial por Della et al. (2001), citado por Almeida (2008). Nele, as cinzas foram sujeitas a variações térmicas de 10 ºC / min até ao limite de 400, 500, 600 e 700 ºC, mantendose posteriormente a temperatura constante durante três períodos de tempo (1, 3 e 6 h). Para o período de 6 horas, constatou-se que a quantidade de cinza com cor escura diminuiu com o aumento da temperatura, obtendo-se para uma temperatura de 700 ºC uma cinza de cor branca. Através de um estudo sobre a constituição química de uma cinza de casca de arroz de cor escura, obtida por um tratamento térmico controlado, os autores Zhang et al. (1996) constataram que a percentagem de sílica era intermédia quando comparada com as respectivas percentagens da cinza comercial, obtidas antes e após tratamento térmico, no estudo desenvolvido por Della et al., 2001. Tal pode ser constatado na Tabela 4-2. Tabela 4-2 – Constituições químicas das cinzas obtidas por Della e al. (2001) e Zhang et al. (1996). Componentes (%) SiO2 (dióxido de sílicio) Al2O3 (óxido de alumínio) Fe2O2 (óxido de ferro) CaO (óxido de cálcio) Na2O (óxido de sódio) K2O (óxido de potássio) MnO (óxido de manganês) TiO2 (óxido de titânio) MgO (óxido de magnésio) P2O5 (óxido de fósforo) SO3 (sulfatos) Cl (cloretos) C (carbono) Perda de calor Pré-tratamento (Della) 72,1 0,3 0,15 0,43 0,5 0,72 0,15 0,05 0,7 0,06 24,3 Zhang 87,2 0,15 0,16 0,55 1,12 3,68 0,01 0,35 0,5 0,24 0,45 5,91 8,55 Pós-tratamento Della) 94,95 0,39 0,26 0,54 0,25 0,94 0,16 0,02 0,9 0,74 0,85 Além das consequências morfológicas e físicas que estão associadas à queima de casca de arroz, existe o fenómeno da perda de massa, que representa um factor importante, até mesmo para toda a logística associada a futuras aplicações da cinza de casca de arroz. No estudo de Sousa (2005) a perda de massa da casca de arroz foi dividida em 4 fases: 29 1. Quando a temperatura atinge 100 ºC, inicia-se o processo de libertação física da água da casca de arroz. Esta perda corresponde a valores entre 4 % e 6 % da massa total da casca; 2. Para variações térmicas entre 225-500 ºC e os 325 - 375 ºC, ocorre respectivamente a decomposição da lenhina e da celulose, sendo libertado os compostos voláteis existentes nas mesmas. Esta perda corresponde a cerca de 45 % da massa total da casca. Durante esta fase da queima, constata-se um aumento significativo do fumo da queima; 3. Quando a temperatura atinge 350 ºC, inicia-se a incineração parcial do carbono contido na casca de arroz, ocorrendo a quase totalidade do remanescente da perda de massa da casca; 4. Se a temperatura ultrapassar 800 - 900 ºC, inicia-se o processo de cristalização da sílica existente na cinza de casca de arroz. Sousa (2005), citando Kumar (1993), apresenta um gráfico (Figura 4-4) que representa a perda de massa da casca de arroz que ocorre durante o processo de incineração. Nesta figura, o traço interrompido representa a perda de massa, que ocorre numa cinza quando esta é sujeita a uma temperatura constante de 500 ºC, enquanto que a linha a cheio representa a perda de massa da cinza em função da temperatura a que é submetida. Figura 4-4 – Curvas que representam a perda da massa durante o processo de incineração (Kumar, 1993). Num estudo efectuado por outros autores, Yalçin et al. (2000), são também apresentados valores que retratam a perda de massa de uma casca de arroz que ocorre durante um processo de calcinação. Neste estudo, a massa inicial da casca de arroz sofreu uma redução na ordem dos 78 % até ser atingida a temperatura de 500 ºC. Apesar do aumento da 30 temperatura de incineração, não se verificou mais redução da massa da casca de arroz. Concluiu-se que a casca de arroz continha 22 % de sílica e impurezas e os restantes 78 % correspondiam a H2O e CO2. Figura 4-5 – Curva que representa a perda da massa durante o processo de incineração ( Adaptado de Yalçin et al., 2000). A temperatura ou o tempo da queima são factores que influenciam directamente a constituição química e física da cinza de casca de arroz. Como consequência de muitos estudos realizados, desenvolveram-se vários tipos de fornos, que possibilitam uma maior e mais eficiente monitorização não só do gradiente térmico como a quantidade e o modo do fluxo de ar no seu interior. Tais factores estão directamente relacionados com a quantidade de carbono existente no produto final, elemento este já referido. A nível nacional, Sousa (2005) elaborou uma pesquisa sobre os diferentes métodos de incineração assim como diversos tipos de fornos, efectuando um resumo das características das cinzas de casca de arroz resultantes dos respectivos métodos e tipos de incineração. Estes métodos estão resumidos nas Tabela 4-3 e Tabela 4-4. 31 Tabela 4-3 – Métodos de incineração controlada da casca de arroz (Sousa, 2005). Incineração Controlada Metodologia de Incineração Forno vórtice Observações Monitorização dos parâmetros de incineração (tempo, temperatura, quantidade de ar); Forno de leito fluidizado CCA com elevada pozolanicidade. Monitorização dos parâmetros de incineração (tempo, temperatura, quantidade de ar); Forno de leito fixo CCA com elevada pozolanicidade. Monitorização dos parâmetros de incineração (tempo, temperatura, quantidade de ar); CCA com elevada pozolanicidade; CCA de cor branca; Elevadíssima superfície especifica. Tabela 4-4 – Métodos de incineração não controlada da casca de arroz (Sousa, 2005). Incineração Não Controlada Metodologia de Incineração Observações Fogão de alvenaria Boa circulação de ar; CCA branca; CCA com elevada pozolanicidade. Incinerador de ferrocimento Incineração praticamente não controlada; Temperaturas máximas de 900 ºC. Fogão "Lo-Trau" Uso doméstico; Incineração não controlada. Chaminé de placa metálica Uso doméstico; Incineração não controlada. Queima a céu aberto Incineração não controlada; Temperaturas normalmente de 550 ºC; CCA de cor branca ou negra; CCA normalmente cristalizada. Uma vez apresentadas as variáveis que influenciam a constituição e forma da cinza de casca de arroz durante o processo de calcinação, apresenta-se na Tabela 4-5 as percentagens dos diferentes constituintes das cinzas de casca de arroz obtidas no seguimento de estudos de vários autores. Uma vez que nem a origem da casca de arroz, nem o processo e temperatura de incineração são constantes, é natural que a composição química das cinzas seja diferente, como se pode justificar pelos estudos apresentados neste capítulo. Apesar de todas as diferenças, todos os autores constataram que a sílica é o elemento com maior peso na constituição química da cinza de casca de arroz (Silveira, 1996). 32 Tabela 4-5 – Caracterização química de cinzas de casca de arroz resultante de vários estudos. Autores Cook Salas Cincotto Rêgo Guedert Farias et al. Sugita Isaia Temperatura da Queima 1976 450 ºC 1986 1000 ºC 1988 500600 ºC 2004 - 1989 Sem controlo 1990 - 1992 600 ºC 93,1 5 0,41 0,20 0,41 0,45 0,08 2,31 2,27 91,2 6 0,94 0,37 2,15 0,88 - 94,70 84,95 93,11 91,78 90,00 1995 50 %-650 ºC; 50% sem controlo 78,60 0,09 1,46 0,99 0,95 0,21 0,04 1,75 7,29 0,45 0,32 0,84 0,40 0,21 0,50 - 0,92 0,40 0,52 0,85 0,12 1,12 - 0,60 0,34 0,50 0,52 0,02 0,11 1,30 - 0,10 0,40 0,40 0,30 0,06 2,41 4,20 2,30 2,30 1,00 0,80 0,04 0,01 0,56 11,80 - 0,17 - - - - - - Composição Química (%) SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Na2O K2O Perda de calor Resíduo Insolúvel 4.4 Influência da granulometria das cinzas de casca de arroz na reactividade pozolânica Uma vez que grande parte deste trabalho se dedica à compreensão da influência da granulometria das cinzas nas argamassas de cal aérea, neste subcapítulo faz-se referência aos estudos já efectuados sobre este parâmetro. Segundo vários autores, um dos factores que influencia significativamente a reactividade pozolânica é a finura do material e, consequentemente, a respectiva superfície específica. Tal significa que uma maior superfície específica implica uma maior área de reacção, influindo assim no aumento da reactividade pozolânica (Coutinho, 1958; Massaza et al., 1979). A nível nacional, Almeida (2008) também afirma que, de uma maneira geral, a granulometrias de cinzas mais finas estão associadas superfícies específicas mais elevadas. O mesmo autor acrescenta que materiais com uma superfície específica elevada, têm a reacção do hidróxido de cálcio da cal com a sílica ou alumina facilitada, incrementando a formação de silicatos e/ou aluminatos hidratados. Estes últimos elementos estão geralmente associados a maiores resistências mecânicas. No seu trabalho, as argamassas com adição de cinzas de casca de arroz, diferem unicamente na granulometria da cinza utilizada. Ambas as argamassas apresentam um traço volumétrico de 1:0,5:3, tendo, na argamassa designada por cp3, sido utilizada uma cinza comercial sem tratamento, enquanto que na argamassas cpm3 foi utilizada a mesma cinza de casca de arroz mas com uma moagem efectuada num moinho de bolas. Na 33 Figura 4-6 estão representadas as curvas granulométricas das cinzas utilizadas em cada uma destas argamassas. Figura 4-6 – Curvas granulométricas cinza de casca de arroz utilizada na argamassa cp3 e cpm3, cp e cpm3 respectivamente (Almeida, 2008). Ainda no mesmo trabalho, os ensaios de caracterização mecânica evidenciaram um aumento das resistências mecânicas da argamassa cpm3 em relação à cp3, em ambas as condições de cura testadas (seca e húmida). Face a estes acontecimentos, Almeida (2008) afirma que “ A redução da granulometria da cinza, associada ao incremento da superfície específica do material, parece potenciar a reactividade pozolânica, evidenciada pelas maiores resistências obtidas”. Em Velosa (2006), citando o trabalho desenvolvido por Lea (1970), é referenciado a utilização de pozolanas com diferentes superfícies específicas. Ao medir a sua reactividade através de um método químico que se baseou na fixação de Ca(OH)2 durante 180 dias constatou-se, ao fim de 28 dias de ensaio, uma correlação entre a superfície especifica e a reactividade do material, sendo esta maior quanto maior for a superfície especifica. Este facto é justificado pela reacção química ocorrer inicialmente na superfície dos grãos da pozolana, enquanto que a reacção em continuidade depende principalmente da quantidade de matéria vítrea presente (Velosa, 2006). Num trabalho com o objectivo de estudar as propriedades da sílica obtida através da casca de arroz, por via de tratamentos químicos e térmicos, os autores Salas et al. (2007) elaboraram 34 várias argamassas contendo sílica (SF), cinza de casca de arroz sem tratamentos químicos prévios (RHA-4) e cinzas de casca de arroz tratadas previamente com ácido clorídrico (ChRHA2). Ambas as cinzas passaram por um processo de moagem com recurso a um moinho de bolas. Na Tabela 4-6, é apresentada a caracterização das pozolanas que interessam referir no presente estudo. Tabela 4-6 – Características das cinzas de casca de arroz (Salas et al., 2007). Pozolanas Superfície específica 2 (Blaine [m /kg]) Sílica amorfa [%] Diâmetro médio [μm] RHA-4 ChRHA-2 1587 1963 87,4 94,1 8,99 8,95 Apesar de o diâmetro médio ser bastante semelhante quer a superfície específica, quer a percentagem de sílica amorfa, são superiores para o caso da ChRHA-4. Na caracterização mecânica à compressão, os autores constataram que a argamassa com adição de cinzas de casca de arroz com maior superfície específica apresentou resultados superiores. Figura 4-7 – Evolução da resistência à compressão ao longo do tempo (Adaptado de Salas et al., 2007). No trabalho em que o objectivo foi o estudo da influência da cinza de casca de arroz em argamassas e betões, os autores relacionaram o grau de moagem da cinza com a resistência à 35 compressão das argamassas formuladas com as respectivas cinzas. Após uma prévia calcinação artesanal da casca de arroz, a cinza foi moída com o recurso a um moinho de bolas. O tempo de moagem foi de 60 minutos, tendo sido retirado uma amostra de cinza a cada 10 minutos. Para cada uma destas amostras, realizou-se uma caracterização da cinza medindo a superfície específica pelo método de Blaine. O diâmetro médio das partículas foi obtido através do ensaio da granulometria com recurso a laser (Tashima et al., 2006). Tabela 4-7 – Características físicas da CCA (Adaptado de Tashima et al., 2006). Tempo de moagem [min] Superfície específica 2 [cm /g] Diâmetro médio [μm] 20 30 40 50 60 15,698 17,302 20,894 22,576 23,243 14,56 12,38 9,19 7,85 7,34 Recorrendo à cinza obtida em cada um dos intervalos de tempo referidos anteriormente, os autores realizaram duas argamassas contendo cada uma das cinzas, com uma dosagem de 5 e 10%. Os ensaios de resistência à compressão ocorreram nas idades de 7 e 28 dias. A Tabela 4-8 mostra os respectivos resultados de resistência à compressão. Tabela 4-8 – Resistência à compressão da CCA (Adaptado de Tashima et al., 2006). Tempo moagem [min] 20 30 40 50 60 Resistência 7 dias [MPa] 5% CCA 47,7 62,5 55,6 53,3 48,9 Resistência 28 dias [MPa] 10 % CCA 45,3 54,5 50,8 49,6 42,5 5% CCA 54,8 67,8 61 59,2 53,4 10 % CCA 56,2 65,4 60,3 59,4 52,7 Com base nos valores apresentados, os autores fixaram para os restantes ensaios, a granulometria da cinza correspondente a 30 minutos de moagem, uma vez que para os 40 minutos, a respectiva cinza apresentava uma superfície específica menor, e consequentemente, uma menor resistência à compressão. Contudo, pode-se concluir que existiu um aumento de resistência mecânica associado ao aumento do grau de finura, obtido através da moagem durante os primeiros 30 minutos. 36 Em Payá (2000) é apresentado um estudo sobre o efeito da granulometria da cinza de casca de arroz sobre a respectiva reactividade pozolânica em argamassas, recorrendo à caracterização mecânica, através da resistência à compressão. O autor concluiu que os valores da resistência à compressão começam a decrescer quando as partículas da cinza utilizada apresentam um diâmetro médio inferior a 5 μm. Nestes dois últimos casos, constata-se que a partir de determinada granulometria, a cinza apresenta uma superfície específica decrescente. Em relação a este aspecto, Metha (1983) afirma que a superfície específica não só depende da dimensão das partículas como também da rugosidade que lhe está associada, uma vez que esta apresenta uma estrutura celular e uma superfície rugosa. Num estudo Kiattikimol et al. (2001) cujo objectivo era compreender se as propriedades pozolânicas das cinzas volantes podem ser melhoradas através da sua redução a partículas mais finas, os autores começaram por citar os trabalhos (Slanicka, 1991; Payá et al., 1995), no qual foram produzidas argamassas com cinzas que foram separadas por dimensões de partículas decrescentes. A caracterização mecânica das argamassas que continham as cinzas com partículas de dimensões inferiores apresentou valores superiores de resistência à compressão. Os mesmos autores citaram ainda Berry et al. (1989) para justificar o porquê da menor actividade pozolânicas das cinzas de granulometrias superiores. Segundo estes, as cinzas constituídas por partículas de maiores dimensões possuem uma reactividade pozolânica inferior por apresentarem uma maior percentagem de partículas no estado cristalino. A parte experimental deste estudo passou por submeter 5 cinzas volantes, de origens distintas, a uma moagem através de um moinho de bolas. Daí resultaram vários lotes de cinzas em função do tamanho das partículas, determinados pela percentagem de material retido no peneiro 325 (Kiattikimol et al., 2001). 37 Figura 4-8 – Esquema do processo de moagem das várias cinzas volantes (Kiattikimol et al., 2001). Após a separação dos vários tipos de cinzas volantes, assim como das várias granulometrias, os autores procederam à determinação da densidade, da percentagem de material retido no peneiro de referência, da superfície específica (método de Blaine) e a da dimensão média das partículas. Os valores obtidos são apresentados na Tabela 4-9 Os autores constataram que, tanto o diâmetro médio das partículas como a percentagem de material retido no peneiro de referência, diminuíram com a moagem. Inversamente, a superfície específica aumentou com a moagem, com excepção das cinzas FK-O e FK-L, em que o valor da superfície específica da cinza original é superior à cinza obtida na primeira moagem. Os autores, são também da opinião que este fenómeno pode ser explicado pelo facto de as partículas da cinza apresentarem uma forma esponjosa (irregular e porosa), associada a uma alta superfície específica. Os mesmos defendem ainda que para o caso de partículas de forma esponjosa, o método de Blaine pode não ser suficiente para indicar o valor da respectiva superfície específica. 38 Tabela 4-9 – Propriedades físicas do cimento e das cinzas volantes analisadas (Adaptado de Kiattikimol et al., 2001). Amostra Densidade Material retido no peneiro nº 325 [%] Superfície específica pelo método de 2 Blaine [cm /g] Dimensão média das partículas [µm] Cimento FM-O FM-L FM-M FM-S FR-O FR-L FR-M FR-S FS-O FS-L FS-M FS-S FK-O FK-L FK-M FK-S FN-O FN-L FN-M FN-S 3,14 2,02 2,66 2,66 2,63 2,19 2,47 2,58 2,54 2,24 2,38 2,44 2,40 2,50 2,57 2,62 2,60 2,23 2,41 2,49 2,45 4,7 37,4 21,7 7,4 0,4 32,9 23,3 11,0 1,3 17,8 20,1 7,6 0,4 45,9 23,5 8,9 3,5 26,9 19,1 6,8 0,7 3120 2370 4630 5670 10260 3380 4620 5970 9590 5380 5150 6230 10040 7720 7430 8910 12330 4880 6320 7880 10190 13,0 28,5 9,0 5,3 1,9 32,0 15,4 10,5 4,7 18,3 17,7 11,7 5,3 44,2 10,5 4,8 3,7 27,0 13,7 7,8 4,2 Os valores da resistência à compressão aos 3 dias de idade das argamassas com adição de cinza moída foram inferiores aos da argamassa de referência. Contudo, verificou-se a situação oposta nos ensaios realizados aos 14 dias de idade. Nos ensaios realizados aos 28, 60 e 90 dias, continuou-se a verificar a mesma tendência, mas desta vez para as argamassas associadas às cinzas de dimensões maiores, como se observar na Tabela 4-10. 39 Tabela 4-10 – Valores da resistência à compressão e restantes relações (Adaptado de Kiattikimol et al., 2001) Tensão de rotura à compressão [MPa] Amostra Relação a/(C+F) Cimento FM-O FM-L FM-M FM-S FR-O FR-L FR-M FR-S FS-O FS-L FS-M FS-S FK-O FK-L FK-M FK-S FN-O FN-L FN-M FN-S 0,68 0,67 0,68 0,67 0,67 0,71 0,70 0,70 0,68 0,69 0,72 0,70 0,68 0,73 0,71 0,70 0,70 0,71 0,72 0,70 0,68 3 dias de idade 18,0 13,5 14,5 16,4 19,7 12,3 13,5 14,4 15,2 14,1 13,6 14,8 16,2 14,0 15,1 16,7 17,0 14,0 14,3 14,8 16,1 7 dias de idade 14 dias de idade 28 dias de idade 60 dias de idade 90 dias de idade 23,5 18,9 19,6 22,6 22,7 16,4 18,1 19,7 20,1 18,8 18,6 20,4 23,2 19,5 21,4 22,1 22,1 18,9 19,1 20,5 22,3 27,3 23,4 26,6 28,8 31,6 20,5 22,6 23,5 25,9 23,3 22,0 24,3 27,7 22,2 25,1 27,5 27,7 23,9 24,1 24,8 26,7 31,8 27,7 31,5 35,6 37,9 24,2 26,6 27,6 31,7 28,6 28,2 28,9 33,3 26,2 29,5 31,1 31,5 28,7 28,9 31,4 33,1 34,1 30,9 34,2 38,8 41,0 28,2 31,3 31,6 34,9 32,6 31,3 32,4 36,1 27,7 31,6 32,6 33,4 31,9 32,4 35,5 36,5 35,8 32,4 36,4 41,0 43,5 30,8 33,9 34,7 37,0 35,0 33,7 35,1 38,0 28,3 32,7 33,5 34,0 34,8 35,9 37,5 38,5 O aumento do grau de finura das cinzas causa um incremento das resistências mecânicas das argamassas formuladas com as cinzas, levando-as a assumir valores superiores mais rapidamente (Figura 4-9). Figura 4-9 – Relação entre o diâmetro médio das partículas e o índice da actividade resistente (Adaptado de Kiattikimol et al., 2001). 40 Na publicação de Junior et al. (2003), é referido que o grau de moagem da cinza de casca de arroz desempenha uma forte influência no seu desempenho como pozolana, efeito este medido pelo índice de actividade pozolânica. Contudo, os autores referem ainda que a partir de uma determinada finura, o valor deste índice assume uma tendência decrescente (Figura 4-10). A justificação para o sucedido assenta na dificuldade de dispersão das partículas de cinzas mais pequenas na argamassa. Figura 4-10 – Variação do índice de actividade pozolânica com o tempo de moagem (Junior et al., 2003). 41 42 5 MATERIAIS UTILIZADOS NA PRODUÇÃO DAS ARGAMASSAS No presente capítulo apresenta-se a caracterização dos materiais utilizados na produção das formulações das argamassas que foram estudadas experimentalmente. 5.1 Areia de rio Com o objectivo de procurar minimizar a influência da areia nos resultados experimentais, utilizou-se o mesmo agregado fino em todas as argamassas que foi uma areia de rio proveniente do mesmo lote. A areia foi seca em estufa durante 48 horas a uma temperatura de 105 ± 5 ºC, de modo a eliminar a água existente, de forma a garantir que a humidade da areia não constitua uma variável exógena. Ao longo do período em que a areia esteve no interior na estufa, procedeu-se à recolha de amostras de areia às 12, 24 e 48 horas, com o objectivo de verificar a evolução da massa ao longo do tempo. Constatou-se que as 24 horas foram o tempo necessário para que se verificasse a estabilização da massa da amostra da areia, tendo-se obtido variações inferiores a 0,01 % em pesagens sucessivas. Depois de seca, a areia foi colocada no interior de barricas hermeticamente fechadas, onde foi conservada até à sua utilização. 5.1.1 Análise granulométrica da areia de rio Após a secagem da areia de rio, efectuou-se a análise granulométrica da areia. Realizou-se uma peneiração mecânica durante 10 minutos, numa série de peneiros com aberturas de 8, 4, 3, 1, 0,5, 0,25, 0,125 e 0,063 mm. Terminada a peneiração, determinaram-se as massas do material retido em cada um dos peneiros com o auxílio de uma balança, determinaram-se as massas correspondentes. Esta análise baseou-se no disposto na EN1015-1 (1998). Na Figura 5-1, representou-se a curva granulométrica obtida. 43 100 Material acumulado passado [%] 90 Dmáx 80 70 60 Areia 50 40 30 20 10 Dmin 0 8,000 4,000 2,000 1,000 0,500 0,250 0,125 0,063 Abertura do peneiro [mm] Figura 5-1 – Curva granulométrica da areia de rio. Determinou-se ainda o módulo de finura e a máxima e a mínima dimensão do agregado. A máxima dimensão do agregado corresponde à menor abertura do peneiro, através da qual passa pelo menos 90 % da massa do agregado enquanto a mínima dimensão do agregado corresponde à maior abertura do peneiro através do qual não passa mais do que 5 % da massa deste. O módulo de finura representa a soma das percentagens acumuladas retidas em todos os peneiros da série normalizada, dividida por 100. Tabela 5-1 – Caracterização da areia de rio. Características do Agregado Dimensão Máxima [mm] Dimensão Mínima [mm] Módulo Finura 2,000 0,125 3,83 44 5.1.2 Determinação da baridade A determinação da baridade da areia de rio foi realizada adoptando os procedimentos da NPEN1097:3 (2000). Para a realização deste ensaio utilizou-se uma colher que permitiu a colocação do agregado no interior de um recipiente metálico, com 1 litro (V) e com massa m1. Procurou garantir-se que a distância entre a colher e o recipiente não fosse inferior a 5 cm, possibilitando assim a reprodução da prática corrente em obra. Depois de o recipiente estar cheio, rasou-se o mesmo pelo plano da boca e determinou-se a massa do conjunto numa balança com 0,01 g de precisão (m2). O valor da baridade é obtido através da equação 5-1. [5-1] em que: m2 – massa do recipiente cheio de areia [kg]; m1 – massa do recipiente vazio [kg]; 3 V – volume do recipiente [m ]. Na Tabela 5-2, apresentam-se os valores obtidos experimentalmente. Tabela 5-2 – Determinação da baridade da areia de rio. 3 Unidade V [L] m1 [kg] m2 [kg] ρ [kg/m ] Valores 1,0 1,1746 1,7637 589,1 5.2 Cal aérea hidratada em pó Tal como a areia utilizada também a cal aérea é proveniente de um só lote. A cal utilizada no presente trabalho foi facultada pela CALCIDRATA, sendo um produto disponível no mercado nacional e comercializada em sacos. A cal utilizada é produzida a partir de calcários extraídos na Serra d’Aire e na Serra dos Candeeiros. A calcinação é realizada em fornos verticais de duas cubas de processamento contínuo sendo a uma temperatura de 900 ºC e o tempo de permanência do material no forno de 12 horas. O processo de produção de cal e o controlo e monitorização da qualidade da mesma, são realizados em conformidade com a norma ISO 9001:2008. 45 Depois da abertura de um saco de cal para a sua utilização, esta foi armazenada em barricas mantidas hermeticamente fechadas. Aquando da sua utilização, e para reduzir a probabilidade de usar cal carbonatada, existiu sempre o cuidado de retirar uma camada superficial de cal que esteve em contacto com o ar no interior da barrica. 5.3 Cinza de casca de arroz comercial A cinza de casca de arroz comercial utilizada foi facultada por um fornecedor da Figueira da Foz, Cincás. A cinza utilizada na produção nas argamassas estudadas, foi previamente preparada através de peneiração e moagem. 5.3.1 Pré – peneiração Através da observação visual da cinza, constatou-se que as partículas de maior dimensão estavam mal calcinadas e apresentavam uma cor mais escura em comparação com as restantes partículas de granulometria inferior. Este facto pode resultar do processo de calcinação ter decorrido num forno de cal que, conforme referido na Tabela 4-4, não corresponde ao processo mais adequado. Este tipo de forno não permite a monitorização do gradiente térmico e do fluxo de ar impossibilitando, deste modo, que a calcinação ocorra de uma maneira uniforme. Estes factores podem justificar a heterogeneidade observada na cinza de casca de arroz (Sousa, 2005). Foram também observadas partículas de outros materiais, como por exemplo agregados de pequenas dimensões e pequenos elementos da folhagem do arroz. Como comentado no capítulo 4.3, poderá existir uma correlação entre a constituição química da cinza de casca de arroz e a sua cor. As cinzas de casca de arroz com uma percentagem elevada de carbono apresentam uma tonalidade mais escura enquanto que as cinzas com maiores concentrações de sílica possuem uma tonalidade mais clara (Chandrasekhar et al., 2003; Della et al., 2001; Zhang et al., 1996). Com o objectivo de caracterizar a cinza comercial recebida, designada por C, realizou-se uma peneiração de uma amostra de 200 g ± 0,1 g, durante 10 minutos, com o recurso a uma série de peneiros normalizados com aberturas de 2,000, 1,000, 0,500, 0,250, 0,125 e 0,075 mm. Realizada a caracterização da cinza comercial, procedeu-se a uma peneiração mecânica de todo o material através de um peneiro de abertura de 500 μm, utilizando uma amostra de 200 g ± 0,1 g, durante um intervalo de 10 minutos. Como referido anteriormente, este procedimento serviu para retirar as partículas mal calcinadas e as impurezas das cinzas. De novo, com o 46 objectivo de caracterizar a cinza através de uma análise granulométrica, procedeu-se a nova peneiração, utilizando a série de peneiros normalizados com abertura de 1,000, 0,500, 0,250, 0,125, 0,075 μm (Figura 5-2). O produto final desta peneiração designa-se por CP (cinza peneirada). Figura 5-2 – Peneiração da cinza da cinza de casca de arroz. No final do tratamento de peneiração de toda a cinza de casca de arroz, verificou-se que aproximadamente 35 % do material ficou retido no peneiro de abertura 500 m, sendo este o valor do desperdício do material. Como se ilustra na Figura 5-3, há uma diferença de tonalidade e de aspecto da cinza C para a CP, em que a segunda é constituída por partículas mais homogéneas e com uma cor mais clara, o que está associada um teor de carbono inferior e superior de sílica (Chandrasekhar et al., 2003; Zhang et al., 1996; Della et al., 2001). 47 a) b) Figura 5-3 – (a) – Cinza de casca de arroz comercial – C –; (b)– Cinza de casca de arroz peneirada – CP –. 90 80 70 C 60 CP 50 40 30 20 2,000 1,000 0,500 0,250 0 0,125 10 0,063 0,075 Material acumulado passado [%] 100 Abertura do peneiro [mm] Figura 5-4 – Curvas granulométricas da cinza de casca de arroz comercial (C) e da cinza de casca de arroz passada pelo peneiro de abertura 500 m (CP). Na Figura 5-4, visualizam-se as curvas granulométricas da cinza de casca de arroz passada pelo peneiro de abertura 500 m (CP) assim como a da cinza de casca de arroz comercial (C). Importa referir que apesar da cinza CP ter sido previamente peneirada com o recurso a um peneiro de malha 500 m, verificou-se a existência de pequenos aglomerados de cinza, que ficaram retidos no peneiro com abertura de 500 m. 48 5.3.2 Moagem Com o objectivo de obter uma cinza de casca de arroz com granulometria inferior a 75 m, efectuou-se uma moagem da cinza CP. Ao reduzir o tamanho das partículas e consequentemente aumentar a superfície específica das mesmas, teve-se como objectivo aumentar a reactividade da cinza de casca de arroz. A moagem foi efectuada num moinho utilizado no ensaio de Los Angeles. Refira-se que este equipamento tem sido utilizado em vários trabalhos de investigação deste material. Introduziu-se no moinho uma quantidade de cinza equivalente a ¼ da sua capacidade, o que correspondeu a cerca de 14 kg de cinza passada pelo peneiro de abertura 500 μm, proveniente da pré-peneiração. Figura 5-5 – Moinho para o ensaio de Los Angeles utilizado na moagem da cinza de casca de arroz. Ao longo do processo de moagem, foram retiradas amostras de cinza de modo a realizar-se uma análise granulométrica, com o objectivo de avaliar a evolução do incremento de finura ao longo do processo de moagem. Foram retiradas amostras de 200 g ao fim de 15, 30, 45, 60 e 75 minutos de moagem, amostras estas designadas por CPm15, CPm30, CPm45, CPm60 e CPm75, respectivamente. 49 Durante os primeiros 45 minutos de moagem, utilizaram-se 6 esferas de aço de aproximadamente 400 gramas cada, dando origem às amostras CPm15, CPm30 e CPm45. Como se pode constatar na Figura 5-6 através da comparação das curvas granulométricas Cp, CPm15 e CPm30, os primeiros 15 minutos de moagem foram os mais eficientes, tendo existido uma maior redução da granulometria, principalmente para as dimensões compreendidas entre 125 m e 500 m. 90 80 70 60 CP 50 CPm15 CPm30 40 30 20 1,000 0,500 0,250 0 0,125 10 0,063 0,075 Material acumulado passado [%] 100 Abertura do peneiro [mm] Figura 5-6 – Curvas granulométricas da cinza de casca de arroz passada em 500 μm – CP – e das cinzas de casca de arroz obtidas durante o processo de moagem – CPm15, CPm30 –. Na Figura 5-7, não está representada a curva granulométrica correspondente à amostra retirada ao minuto 45, CPm45, uma vez que não se constatou nenhuma alteração significativa na granulometria dessa cinza em relação à curva granulométrica da CPm30, principalmente nas partículas de dimensões inferiores a 250 μm. Decidiu-se continuar com o processo de moagem, utilizando agora 10 esferas, mantendo-se o período de amostragem constante, resultando daí as amostragens CPm60 e CPm75, cujas curvas granulométricas, são apresentadas na Figura 5-7 e na Figura 5-8. 50 90 80 70 60 CP 50 CPm15 CPm30 40 CP60m 30 CPm75 20 1,000 0,500 0,250 0 0,125 10 0,063 0,075 Material acumulado passado [%] 100 Abertura do peneiro [mm] Figura 5-7 – Curvas granulométricas da cinza de casca de arroz passada em 500 μm – CP – e das cinzas de casca de arroz obtidas durante o processo de moagem – CPm15, CPm30, CPm60 e CPm75 –. 90 80 70 60 CP 50 CPm30 40 CP60m 30 20 1,000 0,500 0,250 0 0,125 10 0,063 0,075 Material acumulado passado [%] 100 Abertura do peneiro [mm] Figura 5-8 – Curvas granulométricas da cinza de casca de arroz passada em 500 μm – CP – e das cinzas de casca de arroz obtidas durante o processo de moagem – CPm30 e CPm60 –. O aumento do número de esferas e eventualmente do tempo surtiu um efeito generalizado na diminuição do tamanho das partículas de cinza de casca de arroz (CPm60) em relação à CPm30, uma vez que pela primeira vez se constatou um aumento de material acumulado 51 passado em todos os peneiros (Figura 5-8). Salienta-se que, como referido, não ocorre uma vantagem significativa entre a CPm30 e CPm45. Nos 15 minutos seguintes (CPm75), verificouse apenas um incremento da percentagem de material passado através do peneiro 125 μm. Nesta fase, decidiu-se finalizar o processo de moagem por se considerar que, com a granulometria actual da cinza, já seria possível obter as diferentes quantidades de cinza para a realização das argamassas (Figura 5-9). 90 80 70 60 CP 50 CP60m 40 CPm75 30 20 1,000 0,500 0,250 0 0,125 10 0,063 0,075 Material acumulado passado [%] 100 Abertura do peneiro [mm] Figura 5-9 – Curvas granulométricas da cinza de casca de arroz passada em 500 μm – CP – e da cinza de casca de arroz obtidas durante o processo de moagem – CPm60 e CPm75 –. Figura 5-10 – À esquerda – Cinza de casca de arroz peneirada – CP –. À direita – Cinza de casca de arroz moída – CPm75 –. Contudo, pela experiência obtida, ficou a ideia que caso fosse necessário obter mais material passado pelo peneiro 75 μm, bastaria aumentar o número de esferas. 52 – 5.3.3 Peneiração fraccionamento da cinza em diferentes granulometrias Após o processo de moagem descrito, procedeu-se ao fraccionamento da cinza com as granulometrias previstas no plano de trabalhos. Para tal, efectuou-se a peneiração durante 10 minutos do material obtido na moagem. Utilizaram-se peneiros com 500, 250, 125 e 75 m de máxima dimensão. Assim obteve-se um conjunto de fracções de cinza passadas nos referidos que foram designadas por CM500, CM250, CM125 e CM75. As curvas granulométricas dos materiais obtidos neste processo de peneiração são apresentadas na Figura 5-11. 90 80 70 CPm75 60 CM500 50 CM250 40 CM125 30 CM75 20 2,000 1,000 0,500 0,250 0 0,125 10 0,063 0,075 Material acumulado passado [%] 100 Abertura do peneiro [mm] Figura 5-11 – Curvas granulométricas da cinza obtida após 75 minutos de moagem e das cinzas utilizadas na produção de argamassas resultantes da peneiração – CM500, CM250, CM125, CM75 –. 53 Figura 5-12 – (a) – Cinza de casca de arroz moída – CM500 –; (b) – Cinza de casca de arroz moída à direita – CM250 –. Figura 5-13 – (a)– Cinza de casca de arroz moída – CM125 –; (b) – Cinza de casca de arroz moída – CM75 –. A caracterização das cinzas utilizadas no presente estudo, foi complementada com o recurso a 1 um laboratório exterior, o CDAC da Secil. Os ensaios efectuados neste laboratório consistiram numa análise química, na determinação da superfície específica e na determinação da granulometria. Na Tabela 5-3, enumeram-se as várias amostras analisadas assim como os respectivos ensaios a que foram sujeitas. 1 CDAC – Centro de Desenvolvimento de Aplicações de Cimento. 54 Tabela 5-3 – Ensaios realizados por tipologia de cinza de casca de arroz. Amostra de Cinza de Casca de Arroz Análise Química C CP CM500 CM250 CM125 CM75 X X Superfície Específica Análise Granulométrica X X X X X X X X X A análise química foi realizada recorrendo ao ensaio de Fluorescência de raio-X (FRX), que permite a detecção dos constituintes da amostra, através da excitação desta por um feixe de raios X (Velosa, 2006). Na Tabela 5-4, apresentam-se os resultados das análises químicas realizadas nas cinzas de casca de arroz comercial (C) e nas cinzas de casca de arroz após a peneiração no peneiros 500 µm (CP). Tabela 5-4 – A análise química obtida pelo ensaio de fluorescência de raio-X das cinzas C e CP. Análise Química Material C CP SiO2 44,42 74,54 Al2O3 0,29 0,44 Fe2O3 0,15 0,27 CaO MgO MnO P2O5 TiO2 Na2O K2O SO3 Cl PF Ri 1,24 0,42 0,11 0,38 0,04 0,20 1,86 0,37 0,18 51,77 - 2,90 0,77 0,26 1,28 0,03 0,46 4,93 0,67 0,41 10,05 58,02 A análise química evidencia a vantagem da pré-peneiração efectuada à cinza comercial, uma vez que se pode constatar um aumento significativo da percentagem de sílica da cinza C para a CP. Esta diferença justifica-se pelo facto do processo de calcinação utilizado não ser o mais eficaz, uma vez que este não garantiu uma correcta e uniforme calcinação da casca de arroz, tendo como consequência uma menor percentagem de sílica amorfa na cinza comercial. Ainda 55 através dos valores obtidos na análise química, constata-se que a cinza CP apresenta uma percentagem inferior de sílica e uma percentagem superior de óxido de cálcio e óxido de potássio em relação às cinzas referidas na bibliografia, no subcapítulo 4.3. A superfície específica foi determinada pelo Método de Blaine, segundo a norma “NP EN 196-6 – Métodos de ensaio de cimentos. Determinação da finura”. Este ensaio que recorreu a um Permeabilímetro de Blaine consiste em registar o tempo que um volume de ar leva a atravessar uma camada compacta de cinza. Na Tabela 5-5, são apresentados os valores obtidos pelo Método de Blaine. Os valores da superfície específica apresentam uma tendência crescente com o aumento da finura das partículas, com a excepção do valor correspondente à cinza CM125. Como referido, segundo o trabalho de Metha (1983), conclui que a superfície específica depende não só da dimensão das partículas como também da rugosidade que lhe está associada, sendo este factor uma possível justificação da redução do valor da superfície especifica verificada entre a CM250 e a CM125. Tabela 5-5 – Superfície específica – Método de Blaine. Superfície Específica Amostra CM500 CM250 CM125 CM75 Tempo (s) 26,50 29,91 26,91 36,75 2 Blaine (cm /g) 6010 6385 6056 7078 A análise granulométrica da cinza de casca de arroz comercial (C) foi realizada pelo método de peneiração (lavagem e peneiração), cuja curva granulométrica está representada na Figura 5-14. 56 Figura 5-14 – Análise granulométrica da cinza de casca de arroz comercial (C) pelo método de peneiração (lavagem e peneiração). Para a análise granulométrica das cinzas CM500, CM250, CM125 e CM75 recorreu-se ao método por difracção laser. Este processo baseia-se na medição da distribuição espacial da intensidade luminosa provocada pela existência de partículas na trajectória do feixe luminoso, existindo uma relação entre a intensidade luminosa e o tamanho das partículas que originam o fenómeno de dispersão. A dispersão depende de vários fenómenos como a reflexão, a refracção e a difracção do feixe luminoso. Por sua vez, a intensidade da luz dispersa depende de um conjunto de factores, tais como o tamanho e forma das partículas, do comprimento de onda, da intensidade do feixe incidente e do índice de refracção da partícula em relação ao meio no qual está suspensa (Faria-Rodrigues, 2004). O princípio que rege este ensaio baseia-se na proporcionalidade inversa entre o ângulo de difracção e a dimensão da partícula, ou seja, uma partícula de grandes dimensões produz um feixe luminoso com um ângulo de difracção menor mas com uma intensidade superior. A análise granulométrica por difracção laser é frequentemente utilizada por apresentar uma metodologia bastante simples e rápida, e por se obter uma boa repetibilidade de resultado. A distribuição granulométrica obtida é uma distribuição em volume e expressa em percentagem, como se pode observar na Figura 5-15. 57 Figura 5-15 – Análise granulométrica da cinza CM500, CM250, CM125 e CM75 por difracção laser. Da análise das curvas granulométricas da Figura 5-15, constata-se que as curvas correspondentes à cinza CM500 e CM250 apresentam valores muito semelhantes. Na Tabela 5-5, são apresentados os valores da superfície específica determinados através de um processo iterativo obtidos pela difracção laser. Saliente-se que este método não é frequentemente referido na bibliografia. Estes valores apresentam uma tendência crescente com o aumento da finura das partículas da cinza, tal como os valores obtidos pelo método de Blaine. Porém, quer a ordem de grandeza dos valores, quer o valor referente à CM250 são diferentes, sendo que no último a tendência global é respeitada. 58 Tabela 5-6 – Determinação da superfície específica pela análise granulométrica por difracção laser. Superfície Específica – Difracção Laser Superfície específica Amostra 2/ (cm g) CM500 2500 CM250 2600 CM125 2700 CM75 3090 Em anexo, encontram-se os restantes gráficos e valores referentes aos ensaios realizados no laboratório exterior. 59 60 6 PLANO DE ENSAIOS EXPERIMENTAIS No presente capítulo, descreve-se o plano de ensaios experimentais assim como os respectivos procedimentos. 6.1 Considerações gerais Com o estudo experimental desenvolvido no presente trabalho, pretende-se avaliar a influência da finura da cinza de casca de arroz nas características de argamassas de cal aérea. O trabalho experimental foi dividido em duas fases. A primeira fase teve como objectivo definir as granulometrias da cinza de casca de arroz a utilizar nas argamassas estudadas, através de uma análise comparativa das resistências mecânicas obtidas. Consideraram-se quatro argamassas de cal aérea formuladas com cinzas de casca de arroz com granulometrias distintas, que serviram de referência para a análise da influência da granulometria no desempenho deste tipo de argamassas. Esta última análise foi desenvolvida posteriormente na segunda parte do trabalho. Ao longo do trabalho desenvolvido, além das alterações das características entre cada uma das argamassas com adição de cinzas de casca de arroz, considerou-se ainda uma argamassa de cal aérea como argamassa de referência. Refira-se que, na composição da argamassa de referência, foi utilizada a mesma cal aérea e a mesma areia que utilizada nas argamassas com cinza de casca de arroz. Procurou-se também manter uma consistência semelhante e a mesma proporção cal/areia. Interessa ainda realçar que o presente trabalho se enquadra num projecto de investigação que tem como objectivo estudar formulações de argamassa de cal aérea com incorporação de cinzas de casca de arroz com potencial interesse para a aplicação em revestimentos de paredes de edifícios antigos. Como já foi referido anteriormente, este projecto surge no seguimento do estudo desenvolvido por Almeida (2008) e foi desenvolvido em parceria com um estudo intitulado “ Argamassas de cal aérea com adição de cinza de casca de arroz. Influência das condições de cura” desenvolvido por Marques (2010). Ambos os trabalhos tiveram em comum uma primeira fase, onde foram definidas as granulometrias da cinza de casca de arroz a utilizar no desenvolvimento de ambas as dissertações. A cal aérea utilizada é uma cal cálcica, hidratada, tipo CL 90, produzida pela empresa CALCIDRATA. A cinza de casca de arroz utilizada é produzida pela empresa CINCÁS e o agregado é uma areia fina de rio, de massa volúmica corrente e de natureza siliciosa. Foi utilizada a água potável da rede de distribuição pública. 61 O traço de cada uma das argamassas de cal aérea com adição de cinza de casca de arroz foi mantido constante ao longo de todo o trabalho, independentemente da variação da granulometria das cinzas utilizadas. Para estas argamassas, considerou-se um traço ponderal da ordem de 1:2:8, baseado em algumas disposições estabelecidas na ASTM 593-06 (2006). Com base neste traço, em cada amassadura foram utilizadas as seguintes quantidades: 180g de cal aérea, 360 g de cinza de casca de arroz e 1480 g de areia de rio. Para a argamassa de cal aérea de referência, considerou-se um traço ponderal de 1:8, correspondendo a 180 g de cal aérea e 1480 g de areia de rio. Em relação à quantidade de água utilizada nas formulações das diferentes argamassas, o critério baseou-se na obtenção de uma consistência semelhante. Foi considerado um espalhamento de referência foi 165 ± 5 mm, tendo sido avaliado segundo a norma EN 1015:3 (1999), como se refere no subcapítulo 6.5.1. Como já se mencionou anteriormente, a areia foi previamente seca em estufa a 105 ºC. Os trabalhos experimentais foram realizados no Laboratório de Construção de DECivil, do Instituto Superior Técnico. 6.2 Descrição do plano de ensaios O objectivo do presente estudo consiste em analisar a influência da finura de uma cinza de casca de arroz na reactividade pozolânica, com base na avaliação da resistência mecânica de argamassas de cal aérea com adição de cinzas de casca de arroz com diferentes granulometrias. 6.2.1 Primeira fase do trabalho experimental Nesta primeira fase do trabalho experimental, procedeu-se a preparação e caracterização dos materiais constituintes das diferentes argamassas. Indicam-se seguidamente os ensaios de caracterização que foram realizados em cada material, bem como os processos de preparação efectuados nas cinzas. Areia: o o Análise granulométrica da cinza comercial; Baridade. Cinza de casca de arroz: o o Análise granulométrica da cinza recebida; Peneiração da cinza recebida de forma a obter material passado no peneiro de 0,500 mm de abertura. Realização de nova análise granulométrica; 62 o o Moagem da cinza passada no peneiro 0,500mm com o recurso a um moinho de bolas do ensaio de Los Angeles; Fraccionamento da cinza com as granulometrias pretendidas. Após a preparação dos materiais constituintes, realizou-se um conjunto de amassaduras com o objectivo de se definir as granulometrias de cinza a utilizar. A quantidade de água da amassadura foi determinada de modo a se obter o volume de espalhamento pré-definido de 165 mm. Nesta primeira fase produziram-se três provetes para cada uma das amassaduras formuladas com as diferentes cinzas. Através da sua caracterização da mecânica aos 14 dias de idade (subcapítulo 6.6.1.1), foi possível determinar as granulometrias de cinza a utilizar e consequentemente, a determinação das argamassas a estudar. A Figura 6-1 seguinte ilustra a sequência de ensaios realizados na primeira parte do trabalho. 1 Amassadura / Argamassa 3 Provetes 3 Provetes Flexão 6 Metades Compressão Figura 6-1 – Ensaios mecânicos e número de provetes que foram efectuados sobre cada composição na primeira fase do trabalho. 6.2.2 Segunda fase do trabalho experimental A segunda fase da campanha experimental teve como objectivo avaliar a influência da granulometria das cinzas de casca de arroz nas características das argamassas de cal aérea. No estado fresco, foram efectuados os seguintes ensaios de caracterização: avaliação da consistência por espalhamento, retenção de água, massa volúmica aparente e exsudação. Para a caracterização das argamassas no estado endurecido foi realizada a caracterização mecânica e física dos provetes (prismáticos e camada de revestimento aplicada em tijolos) aos 28 dias de idade. 63 Na Figura 6-2 e na Figura 6-3 apresentam-se de forma esquemática os ensaios realizados em cada uma das argamassas estudadas, assim como o número de provetes prismáticos e de tijolos (camada de revestimento) utilizados nos respectivos ensaios. 2 Amassaduras /Argamassa 6 Provetes/ Argamassa 1 Provete Capilaridade 5 Provetes 5 Provetes Ultra-Sons 5 Provetes Flexão 2 Metades Porosidade 2 Metades Secagem 6 Metades Espessura Carbonatada 6 Metades Compressão Figura 6-2 – Esquema de ensaios dos provetes prismáticos realizados na segunda fase do trabalho. 64 6 Amassaduras/ Argamassas 3 Tijolos (camada de revestimento) 1 Tijolo - Ultra-Sons 1 Tijolo - Esclerómetro Pendular 1 Tijolo - Método do Cachimbo Figura 6-3 – Esquema de ensaios realizados sobre os provetes constituídos por uma camada e acabamento aplicado tijolos cerâmicos. 6.3 Caracterização das argamassas estudadas Como referido anteriormente, efectuou-se um tratamento prévio da cinza de casca de arroz, tendo-se procedido à sua peneiração e moagem. Deste processo resultaram as cinzas com granulometrias segregadas, nomeadamente CM500, CM250, CM125 e CM75. As argamassas de cal aérea com a adição de cada uma destas cinzas designaram-se, respectivamente, por A500, A250, A175 e A75. Além das argamassas mencionadas, produziu-se também uma argamassa de referência, exclusivamente à base de cal aérea, que se designou por CAL. Refira-se que o traço volumétrico apresenta uma maior aproximação à realidade da obra. Porém, uma vez que a maioria dos estudos laboratoriais desenvolvidos com o recurso a argamassas relacionam as quantidades de composições em massa, não só porque se obtêm um maior rigor e mas também porque se garante uma melhor repetibilidade entre a produção das diferentes argamassas. Na Tabela 6-1 apresentam-se as composições das argamassas que foram estudadas experimentalmente. Visto que as argamassas de cal aérea com adições pozolânicas apresentam variações nas suas características mecânicas ao longo do tempo, optou-se por efectuar a sua caracterização aos 14 e aos 28 dias de idade. Considerando ainda que o processo de endurecimento das argamassas de cal aérea se processa de um modo diferente do que o das argamassas de cal aérea e cinzas de casca de arroz, também se efectuaram curas em diferentes condições higrotérmicas. 65 Tabela 6-1 – Composições das argamassas estudadas experimentalmente. Traço ponderal Designação da Argamassa CAL Cal A500 A250 A125 A75 1 1 1 1 1 Cinza de Casca de Arroz CM CM CM CM 500 250 125 75 2 2 2 2 Areia de rio Água/mistura ligante* *(cal + cinza) 8 8 8 8 8 1,83 1,15 1,15 1,14 1,09 Espalhamento [mm] 162 162 163 162 167 6.4 Produção das argamassas e preparação dos provetes 6.4.1 Produção da argamassa A primeira etapa para a produção das argamassas é a pesagem dos seus constituintes sendo utilizada uma balança com 0,01 g de precisão. Para efectuar a amassadura foi necessário utilizar um conjunto de utensílios tais como a balança, tabuleiros metálicos para pesar e misturar os diferentes componentes, sacos de plástico para separar e guardar o material sólido, recipiente para a pesagem da água de amassadura, um misturador mecânico (marca RMU - Resistenze Machine Unificate), um raspador de borracha e uma colher de pedreiro. Após a pesagem, efectua-se a mistura de cinza de casca de arroz com a cal. Esta mistura é realizada manualmente no interior de um tabuleiro metálico com uma colher de pedreiro. Efectua-se este procedimento, por se ter verificado na primeira fase experimental que quando se ligava a misturadora, ocorria uma significativa libertação de poeira proveniente das cinzas. A introdução deste procedimento reduziu significativamente este efeito. A mistura prévia do ligante (cal+cinzas) é então colocada na cuba do misturador mecânico seguindo-se a adição de água. Posteriormente, é colocado no interior da cuba, a quantidade de água previamente determinada pelo ensaio de consistência. A amassadura é realizada com o modo de funcionamento automático da misturadora, sendo os tempos afectos às diversas operações controlados pela máquina. Durante o período inicial de amassadura cuja duração é de 30 segundos com movimento de rotação lento, enquanto se procede à mistura dos ligantes com a água, introduz-se a areia. 66 Findo este período inicial de mistura, o misturador aumenta a velocidade de rotação e efectua a mistura durante mais 30 segundos. Após este período, pára durante 75 segundos. Nos primeiros 15 segundo do tempo de repouso, utiliza-se o raspador de plástico e a colher de pedreiro e remove-se o material que aderiu às faces laterais da cuba. Por fim, o misturador retoma o movimento rápido durante 60 segundos, finalizando a amassadura. Seguidamente, procedeu-se à avaliação da consistência por espalhamento, de acordo com o procedimento descrito em 6.5.1. 67 a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) l) m) Figura 6-4 – Sequência de procedimentos da produção de argamassa. (a) – Preparação previa dos constituintes; (b;c) – Pré-mistura manual dos ligantes; (e;f) – Período inicial de amassadura; (g;h) – Introdução de areia; (i) – Remoção do material das faces laterais; (j;m) – Período final da amassadura. 68 6.4.2 Produção dos provetes prismáticos A preparação dos provetes prismáticos baseou-se nos procedimentos dispostos na NP EN 196:1. Foram utilizados moldes de aço, que permitem a execução de três provetes prismáticos 3 com 160 x 40 x 40 [mm ]. Começa-se por untar as superfícies do molde com um óleo mineral, que serve de material descofrante. Seguidamente, posiciona-se o molde no compactador e fixa-se este ao compactador. Coloca-se a alonga sobre o molde, que serve de guia à introdução da argamassa em cada compartimento do molde. O enchimento do molde é realizado em duas fases com o recurso a uma colher de pedreiro, operação esta composta por duas fases. Na primeira fase enchem-se os três compartimentos do molde até meia altura e distribui-se a argamassa de um modo uniforme com a ajuda de uma espátula metálica. De seguida, liga-se o aparelho de compactação e aplicam-se 60 pancadas. Na segunda fase, completa-se o enchimento dos moldes e regulariza-se a superfície da argamassa novamente com o recurso a uma espátula metálica, esta de dimensões inferiores, seguindo-se o processo de compactação com novamente 60 pancadas Concluída a compactação dos provetes, retira-se o molde do compactador, remove-se a argamassa em excesso e regulariza-se a superfície com uma colher de pedreiro através do “movimento vai e vem”. Por fim, identifica-se o molde com a designação da argamassa e a data de amassadura. Segundo o procedimento definido na ASTM 593-06 (2006), os provetes devem permanecer nos moldes durante os primeiros 7 dias numa câmara de vapor de água a 54 ± 2 ºC. Aos 7 dias de idade, desmoldam-se os provetes que devem ser depois conservados num ambiente com 23 ± 2 ºC e com a humidade relativa entre 95 e 100 % até à data do ensaio. Já segundo o “Caderno de Encargos para o Fornecimento e Recepção de Pozolanas”, anexo ao (R.B.L.H., 1991), os provetes devem permanecer nos moldes apenas durante um período entre as 24 e as 72h, num ambiente controlado com a temperatura a 20 ºC ± 1 ºC e com a humidade relativa a 95 %, devendo os moldes estarem cobertos com uma chapa metálica. Após este período, os provetes devem ser retirados dos moldes e mantidos dentro de água à mesma temperatura até à data do ensaio. A metodologia de cura adoptada no presente estudo consistiu em colocar os moldes com os provetes de argamassa com adição de cinza de casca de arroz numa câmara com a humidade 69 relativa de 95 a 100 % e com a temperatura de 20 ± 2 ºC. Os provetes foram desmoldados aos dias de idade e mantidos no mesmo ambiente. Para o caso das argamassas unicamente à base de cal aérea, os respectivos moldes foram colocados numa câmara com uma humidade relativa de 65 ± 5 % e temperatura de 23 ± 2 ºC. Foi necessário proceder a esta alteração de metodologia para este último caso, uma vez que o endurecimento das argamassas exclusivamente à base de cal aérea se realiza apenas por carbonatação. Este processo depende da difusão do dióxido de carbono na argamassa, o que se torna bastante mais difícil em ambientes saturados. Os provetes foram também desmoldados aos 7 dias de idade e mantidos no mesmo ambiente. a) b) c) d) e) f) Figura 6-5 – Sequência de procedimentos da preparação dos provetes prismáticos: (a) – Aparelho de compactação mecânica; (b;e) – Colocação da argamassa; (f) – Colocação dos moldes em câmara saturada. 70 6.4.3 Aplicação da camada de revestimento sobre tijolos Como referido, foram produzidos provetes constituídos por uma camada de revestimento com 1,5 cm de espessura aplicada sobre tijolos cerâmicos com as seguintes dimensões: 30 x 20 x 3 11 [cm ]. Utilizou-se uma cofragem lateral em madeira. Este suporte já tinha sido utilizado em outros trabalhos e permite a aplicação da argamassa no suporte de tijolo, com o acabamento e dimensões pretendidas. Para evitar ou minimizar a absorção de água da amassadura por parte do tijolo, efectua-se uma molhagem prévia da superfície com recurso a um borrifador de água, pulverizado-se por 20 vezes a superfície. A argamassa é aplicada com o auxílio de uma colher de pedreiro, aplica-se a argamassa contra a superfície do tijolo a revestir, exercendo uma forte pressão para garantir uma boa adesão entre a superfície do tijolo e a respectiva argamassa. Preenchido o molde, procede-se à regularização da superfície com uma colher de pedreiro de maior dimensão, efectuando “movimentos de vai e vem”. Uma vez que a utilização do molde tem como único objectivo a garantia de uma camada de espessura uniforme com determinadas dimensões, a desmoldagem é efectuada no momento em que a argamassa se apresenta suficientemente endurecida, o que acontece 1 hora após a aplicação da argamassa. Em relação à condição de cura das camadas de revestimento, adopta-se as mesmas condições de cura das aplicadas nos provetes prismáticos. 71 a) b) c) d) e) f) g) h) i) Figura 6-6 – Sequência de procedimentos da preparação da camada de revestimento em tijolos. (a) – Molde e tijolo; (b;e) – Aplicação da argamassa; (f) – Regularização da camada de revestimento; (g;i) – Desmoldagem. 6.5 Caracterização das argamassas no estado fresco A caracterização das argamassas no estado fresco foi realizada em todas as amassaduras produzidas. Esta caracterização foi efectuada imediatamente após a sua produção e consistiu 72 na avaliação da consistência por espalhamento, capacidade de retenção de água, determinação de massa volúmica e, por fim, a avaliação da exsudação. 6.5.1 Avaliação da consistência por espalhamento Este ensaio é efectuado na mesa de espalhamento recorrendo-se a um molde metálico de forma tronco cónica com 7 × 10 × 5 [cm] Este ensaio teve como objectivo acertar e uniformizar a trabalhabilidade das formulações a ensaiar, assim como garantir a reprodutibilidade de amassaduras quanto à influência da quantidade de água. O procedimento de ensaio utilizado foi baseado na técnica descrita na EN 1015:3 (1999). Limpa-se previamente as paredes do molde metálico e a superfície da mesa de espalhamento com um pano humedecido e tendo-se o cuidado de procurar humedecer de igual maneira o equipamento antes de todos os ensaios. A amostra é cuidadosamente agitada com uma colher de pedreiro. Coloca-se o molde no centro da mesa e mantendo este nessa posição, procede-se ao enchimento do mesmo em duas fases. Cada fase corresponde a preencher metade do volume, que se compacta com 10 golpes por apiloamento de um varão de aço de 22 cm de comprimento e 12 mm de diâmetro. O preenchimento da segunda fase termina com excesso de argamassa à superfície do molde para que depois da compactação, seja possível rasar a superfície do mesmo, com o auxílio de uma colher de pedreiro, através do “vai e vem”. Depois desta fase, limpam-se todos os fragmentos de argamassas que estejam sobre a mesa bem como toda a água que possa surgir na base do cone. Retira-se finalmente o cone metálico com um movimento firme e vertical e acciona-se o volante da mesa de espalhamento, aplicando-se 15 pancadas em 15 segundos. Por fim, avalia-se o diâmetro d [mm] da argamassa espalhada, segundo os três eixos concêntricos marcados na mesa de espalhamento. O resultado do ensaio de espalhamento é expresso em percentagem e é obtido através da expressão: [6-1] em que ∑ [mm]. 73 a) b) c) d) e) g) h) i) j) Figura 6-7 – Sequência de procedimentos realizados para a avaliação da consistência por espalhamento. (a) – Colocação de argamassa no molde; (b) - Compactação; (c;d) – enchimento do molde; (e) – Alisamento da superfície; (g) – Limpeza da mesa de espalhamento; (h;i) – Argamassa; (j) – Medição com craveira. 74 6.5.2 Retenção de água Este ensaio teve como objectivo estimar a quantidade de água que as diferentes argamassas são capazes de reter. A metodologia adoptada foi baseada na técnica descrita na EN 1015:8 (1998). Na Figura 6-8 apresenta-se o esquema do ensaio. Figura 6-8 – Esquema de ensaio da retenção de água (EN1015-8, 1998). Inicialmente pesa-se o molde limpo e seco (m 1) e um conjunto de folhas de papel de filtro secas de modo que perfaçam uma espessura de 2 mm (m2). Mistura-se a amostra de argamassa com uma colher de pedreiro durante 5 segundos, de modo a homogeneíza-la. Com o recurso a uma espátula, preenche-se o molde com 10 porções de argamassa. Teve-se o cuidado de colocar argamassa em excesso de modo a possibilitar a regularização da superfície com o recurso a uma colher de pedreiro, através do “movimento de vai e vem”. Para efectuar este alisamento da superfície da argamassa, posiciona-se a colher a 45 graus, de modo a remover mais facilmente o excesso de argamassa. Seguidamente, pesa-se o molde com a argamassa (m 3). Posteriormente, cobre-se a argamassa com uma gaze para evitar que esta adira ao conjunto de folhas de papel de filtro. Inverte-se o conjunto e coloca-se sobre um tabuleiro metálico. Seguidamente, posiciona-se um peso de 2 kg sobre o conjunto durante 5 minutos (± 10 segundos) com o objectivo de comprimir o conjunto. Terminado esse intervalo de tempo, retirase o peso e coloca-se o conjunto na posição inicial, registando-se o peso do papel de filtro húmido (m4). O cálculo da água retida na argamassa, WRV, expressa em percentagem de água total nela presente antes do ensaio, é obtida através da seguinte expressão: 75 [ ( ) ] [6-2] em que: mágua – massa de água utilizada na argamassa colocada no molde [g]; margamassa – massa de argamassa [g]; m1 – massa do molde seco e limpo [g]; m2 – massa do papel de filtro seco [g]; m3 – massa do molde com a argamassa [g]; m4 – massa do papel de filtro húmido [g]. a) b) Figura 6-9 – Avaliação da retenção de água. (a) – Preparação do material; (b) – Ensaio de retenção de água. 6.5.3 Determinação da massa volúmica aparente Este ensaio teve como objectivo avaliar a massa volúmica aparente das argamassas no estado fresco. Esta massa pode ser definida pelo quociente da massa de argamassa pelo volume por esta ocupada em determinadas condições de compactação. Todo este processo foi baseado nas técnicas descritas pela EN 1015:6 (1998). 3 Começa-se por determinar a massa do recipiente metálico, m 1 cuja capacidade, V, é de 1 dm . Preenche-se o recipiente com argamassa em três camadas, compactando cada camada com 15 pancadas de um varão de compactação com 22 cm de comprimento e 12 mm de diâmetro. 76 Rasa-se a superfície do recipiente com a colher de pedreiro, limpa-se o exterior do recipiente e determina-se a massa do conjunto, m 2. A massa volúmica aparente pode então ser determinada por: [6-3] sendo: m2 – massa do conjunto; m1 – massa do recipiente metálico; V – capacidade do recipiente metálico. a) b) c) d) e) f) Figura 6-10 – Sequência de procedimentos realizados para a determinação da massa volúmica aparente.(a) – Colocação de argamassa no recipiente; (b;c) – Compactação da argamassa; (d;e) – Alisamento da superfície; (f) – Determinação da massa do conjunto. 77 6.5.4 Exsudação Neste ensaio, pretende-se avaliar a quantidade de água exsudada pelas argamassas. Segundo Coutinho (2006), esta característica deve entender-se como a tendência da água em separarse dos restantes constituintes da argamassa, podendo a exsudação ser considerada como um caso particular da segregação. Tal fenómeno reflecte-se na quantidade de água que aflui à superfície da argamassa no estado fresco (Coutinho, 2006). O procedimento adoptado foi baseado na proposta em Coutinho (2006). Para realizar este ensaio, recorre-se a uma proveta cilíndrica de vidro transparente, com 100 ml de capacidade, 25 mm de diâmetro e uma altura de 250 mm. Com o auxílio de uma colher de pedreiro, coloca-se a argamassa no interior da proveta de modo a que o volume final, V, esteja compreendido entre 95 e 100 ml. Para a determinação deste volume não se teve em conta o menisco. Seguidamente, veda-se o topo da proveta recorrendo a uma película aderente de modo a evitar a evaporação da água e espera-se três horas. Após este repouso, mede-se o volume da lâmina líquida de água que surge à superfície da argamassa, V1. A exsudação pode ser quantificada através da seguinte expressão: [6-4] sendo: V1 – volume da lâmina líquida de água; V – volume total de argamassa colocada no interior da proveta. 78 a) b) c) Figura 6-11 – Sequência de procedimentos realizados para a determinação da exsudação. (a) – Proveta com argamassa isolada; (b) – Argamassa em repouso; (c) – Determinação da lâmina liquida de água. 6.6 Caracterização das argamassas no estado endurecido No presente capítulo, descrevem-se os procedimentos dos ensaios para a avaliação das características das argamassas no estado endurecido. 6.6.1 Características mecânicas 6.6.1.1 Resistência à flexão e à compressão Para a determinação da resistência à flexão e à compressão foi utilizada uma Máquina Universal de Ensaio, Form Test – Seider, modelo D-7940. Os procedimentos utilizados foram baseados nas indicações da norma EN 1015-11 (1999). Na colocação dos provetes na máquina de ensaio existe o cuidado de os posicionar de modo a garantir que as faces de moldagem fiquem em contacto com a máquina. Para o ensaio de flexão, cada provete é colocado na máquina sobre os cilindros de apoio de de forma centrada e com o eixo longitudinal paralelo ao eixo do suporte. Seguidamente, liga-se a máquina e faz-se descer o cutelo até estabelecer contacto com o provete. Segue-se a aplicação de uma força gradualmente crescente, de modo contínuo e sem choques, ao ritmo de 50 ± 10 N/s, até se atingir a rotura do provete. O valor da força de rotura [N] é registado pela máquina. O valor da tensão da rotura à flexão, expresso em MPa, pode ser dado pela seguinte expressão: 79 [6-5] em que: Ff – carga de rotura à tracção por flexão [N]; Lf – distância entre os apoios inferiores [100 mm]; b – largura da base do provete [40 mm]. Utilizando os meios-primas resultantes do ensaio de flexão, procede-se à realização do ensaio de compressão. Cada provete é posicionado de forma centrada no prato inferior da máquina ficando uma das faces de moldagem em contacto com o prato. Após este procedimento inicial, liga-se a máquina e faz-se descer o prato superior até que este estabeleça contacto com a face superior do provete. Seguidamente, aplica-se uma força gradualmente crescente, de modo contínuo e sem choques, até à rotura do provete. O equipamento de ensaio regista o valor da carga máxima aplicada [N]. A tensão de rotura à compressão de cada provete pode ser determinada pela seguinte expressão: [6-6] em que: Rc – tensão de rotura à compressão [MPa]; Fc – carga da rotura à compressão [N]; 2 S – área de aplicação da carga (40 × 40 mm) [mm ]. 80 a) b) c) d) e) f) Figura 6-12 – Determinação da resistência à flexão e à compressão. (a) – Máquina de ensaio; (b) – Provetes a ensaiar; (c;d) – Ensaio de resistência à flexão; (e;f) – Ensaio de resistência à compressão. 6.6.1.2 Determinação da velocidade de propagação de ultra-sons A velocidade de propagação dos ultra-sons foi determinada em todos os provetes utilizados nos ensaios de resistência à flexão e à compressão, assim como nas camadas de revestimento aplicadas em tijolos. Utilizou-se um aparelho portátil cuja designação comercial é Pundit (Portable Ultrasonic Nondestructive Digital Indicating tester) fabricado pela CNS Electronics. Este equipamento inclui dois transdutores de 54 KHz, cada um com 5 cm de diâmetro, sendo um emissor e o outro receptor. A avaliação da velocidade de propagação de ultra-sons nos provetes é efectuada pelo método directo enquanto que nas camadas de revestimento é utilizado o método indirecto. 81 O ensaio inicia-se pela calibração do aparelho, garantindo-se que o tempo obtido na barra de calibração seja de 25 μs. Para garantir um melhor contacto aplica-se pasta de dentes nas duas extremidades da barra de calibração e encosta-se o emissor e o receptor nos respectivos topos. De seguida regula-se o aparelho até se obter a leitura de 25 μs. Após a calibração do aparelho efectuam-se as medições sobre os provetes prismáticos utilizando-se o método directo. Começa-se por aplicar a massa de contacto nos topos dos provetes e seguidamente encostam-se os transdutores de forma centrada e registam-se o tempo de propagação. Este processo é repetido três vezes em cada provetes. Registados os valores, a velocidade de propagação dos ultra-sons, vi, é determinada pela seguinte expressão: [6-7] em que: vi – velocidade de propagação de ultra-sons [m/s]; si – distância percorrida [m]; ti – tempo de percurso [μs]. a) b) c) Figura 6-13 – Calibração do aparelho e medição directa em provetes prismáticos. (a) – Equipamento; (b;c) – Realização do ensaio de velocidade de propagação de ultra-sons. A medição da velocidade de propagação de ultra-sons nas argamassas aplicadas como camada de revestimento sobre os tijolos foi efectuada pelo método indirecto. 82 Começa-se por marcar na superfície do revestimento os pontos onde devem ser colocados os transdutores. Uma vez que se pretendeu determinar a velocidade de propagação em vários pontos com afastamentos distintos entre o emissor e o receptor, são marcados pontos no perfil de ensaio com afastamentos de 6, 7, 9, 11, 1, 15 e 17 cm. Também neste ensaio é garantida a calibração do material através do procedimento anteriormente referido e também é utilizada pasta de dentes como massa de contacto, que serve para regularizar a superfície da argamassa, preenchendo assim todas as irregularidades que esta apresentava. Foram também efectuadas três medições em cada uma das distâncias acima referidas. Para o cálculo da velocidade de propagação de ultra-sons pelo método indirecto recorre-se a uma dromocrónica, que segundo Ferreira são gráficos do espaço em função do tempo de propagação sendo a velocidade calculada a partir do declive da recta ajustada (Ferreira Pinto, 1993). 83 a) b) c) d) e) f) Figura 6-14 – Calibração do aparelho e medição indirecta em provetes constituídos por argamassa aplicada como camada de revestimento em tijolos. (a) – Calibração do equipamento; (b) – regularização da superfície de contacto; (c;d) – Colocação dos transdutores; (e;f) – Medição do tempo de propagação da onda. 6.6.1.3 Determinação da dureza superficial – Esclerómetro Pendular Este ensaio tem como finalidade avaliar as características mecânicas do material de um modo indirecto. Este ensaio consiste em provocar um choque de uma massa conhecida na superfície do material de revestimento medindo-se a quantidade de energia recuperada no ressalto da massa. O resultado permite obter um índice de dureza da superfície em estudo que é lido numa escala graduada acoplada ao equipamento de ensaio. Quando se efectua este ensaio em materiais mais brandos, o ressalto será menor, uma vez que a energia absorvida pela superfície em estudo será maior (Magalhães et al., Maio de 2003). O aparelho que se utilizou para a determinação da dureza superficial foi um esclerómetro pendular da marca Porceq – Original Schmith Hammer, modelo tipo PT, adequado para um 6 domínio de resistência entre 0,2 e 5 MPa, transmitindo uma energia de impacto de 0,883 Nm . 84 Tal como no ensaio da determinação da velocidade de ultra-sons, também aqui é necessário marcar os pontos em que se efectua o ensaio. Dividiu-se a superfície da camada de revestimento em duas áreas iguais para que cada tijolo tenha duas zonas de ensaio distintas. De seguida, define-se em cada zona de ensaio, cinco marcações principais e quatro marcações secundárias intercalares, sem que nenhuma esteja sobreposta. É importante garantir a verticalidade da superfície de ensaio, assim como garantir um correcto contacto entre a superfície do revestimento e o esclerómetro. Finalmente, acciona-se o aparelho soltando-se a massa e provocando um impacto na superfície em estudo, seguindo-se a leitura do valor. Primeiramente, efectua-se este procedimento nos cinco pontos principais e só depois é que se efectua o estudo nos quatro pontos secundários. Para a determinação da dureza superficial calcula-se o valor do índice esclerométrico médio, Rm, e correlaciona-se este valor com os valores de resistência à compressão das argamassas estudadas. a) b) Figura 6-15 – Determinação da dureza superficial – Esclerómetro Pendular. (a) – Ensaio de esclerómetro nos pontos principais; (b) – Ensaio de esclerómetro em pontos secundários. 6.6.2 Avaliação das características físicas 6.6.2.1 Determinação da absorção de água por capilaridade O ensaio da absorção de água por capilaridade foi realizado com o objectivo de avaliar uma possível influência da incorporação de cinzas de casca de arroz com diferentes granulometrias na absorção de água das argamassas em estudo. Este ensaio baseou-se nos procedimentos da EN 1015-18 (2002). 85 Em primeiro lugar é necessário secar os provetes numa estufa ventilada a 60 ± 5 ºC, até que estes atingem massa constante, isto é, uma diferença de 0,2 % na massa entre duas pesagens com 24 horas de intervalo. Seguidamente arrefecem-se os provetes para que fiquem à temperatura ambiente. Colocam-se os provetes no interior de um exsicadores com sílica gel no interior para que não ocorra ganho de humidade. O arrefecimento foi realizado durante 24 horas. Pesam-se então os provetes, m1 e marca-se uma altura de 5 mm a partir de uma das bases e colocam-se na vertical sobre varetas de vidro no interior de um tabuleiro metálico. As varetas têm como objectivo possibilitar o contacto da base dos provetes com a água. Coloca-se finalmente a água no tabuleiro até que esta atinja uma altura de 5 1 mm acima da base dos provetes. Procede-se à pesagem dos provetes (m2) ao longo do tempo, ti. O ensaio foi separado em duas fases. Na primeira efectuaram-se pesagens aos 5 min, 15 min, 15 min, 30 min, 1 h, 1 h 30 min, 2 h, 3 h e na segunda foram realizadas pesagens diárias (24 h). Antes de cada pesagem, procede-se à limpeza do provete com um pano húmido, de modo a retirar a água superficial. Como complemento destas pesagens, registam-se também as alturas da ascensão de água. Durante o ensaio, os provetes, e o tabuleiro são mantidos cobertos com uma campânula para evitar a evaporação de água. Os provetes são reintroduzidos na água, de forma inclinada com um ângulo de 45º para que não fiquem bolhas de ar na sua base. A quantidade de água absorvida por capilaridade, m i, obtém-se a partir da seguinte expressão: [6-8] em que: 2 mi - quantidade de água absorvida por capilaridade ao fim do tempo i [kg/m ]; m1 – massa do provete seco, no inicio do ensaio [kg]; m2 – massa do provete após um determinado intervalo de tempo i [kg]; 2 A – área da face de contacto com a água [0,0016 m ]. Finalmente, traça-se um gráfico com os valores da quantidade de água absorvida por capilaridade por unidade de superfície, em função da raiz quadrada do tempo expresso em 0,5 segundos, t . 86 Através do coeficiente angular do troço inicial da referida curva, retira-se o coeficiente de 2 0,5 absorção por capilaridade, expresso em kg/m .s . Este coeficiente representa a velocidade de 2 absorção capilar no período inicial. O valor assimptótico do gráfico, expresso em kg/m , traduz a quantidade total de água absorvida. O ensaio foi terminado quando a diferença entre duas pesagens consecutivas não excedeu 0,2% da massa inicial do provete. a) b) c) Figura 6-16 – Sequência do ensaio de absorção de água por capilaridade. (a;b) – Posicionamento dos provetes; (c) – Realização do ensaio. 6.6.2.2 Determinação da porosidade aberta Os procedimentos para a realização deste ensaio basearam-se nas técnicas descritas em RILEM I.1 (1980) A preparação dos provetes para este ensaio foi idêntica à efectuada no ensaio de absorção capilar. Os provetes são submetidos a uma secagem numa estufa ventilada a 60 ºC até atingirem a massa constante, sendo posteriormente colocados num exsicador contendo sílica gel até atingirem a temperatura ambiente. No final desta primeira fase, pesam-se os provetes, m 1, com recurso a uma balança de precisão 0,01 g. Colocam-se novamente os provetes no interior de um exsicador, desta vez sem conter sílica gel e fecha-se hermeticamente. Com uma bomba de vácuo, baixa-se a pressão até 20 mmHg e deixam-se permanecer os provetes neste ambiente durante 24 horas, com o objectivo de retirar o ar do interior dos poros. Findo este período, introduz-se lentamente (mínimo de 15 minutos) água até à imersão total dos provetes, deixando estes submersos por 24 horas à mesma pressão (20 mmHg). Findo esse período de 24 horas, desliga-se a bomba de vácuo e permite-se a entrada de ar no exsicador. Mantendo-se os provetes neste ambiente por mais 24 horas. 87 Terminada esta segunda fase, retiram-se os provetes do exsicador e efectua-se uma pesagem hidrostática, m2. Foi utilizada uma balança com 0,01 g de precisão. Seguidamente, limpam-se as superfícies dos provetes com um pano húmido, de modo a retirar a água livre em excesso, e determinam-se as massas saturadas m 3. A porosidade aberta é determinada pela seguinte fórmula: [6-9] onde: Pab – porosidade aberta [%]; m1 – massa seca de cada provete [g]; m2 – massa resultante da pesagem hidrostática [g]; m3 – massa saturada de cada provete [g]. A massa volúmica real e a massa volúmica aparente determinam-se de acordo com as equações [6-10] e [6-11], respectivamente: ⁄ [6-10] ⁄ [6-11] 88 a) b) Figura 6-17 – determinação da porosidade aberta. (a) – Exsicador ligado a bomba de vácuo; (b) – Esquema de ensaio (pesagem hidrostática) 6.6.2.3 Determinação da absorção de água sob baixa pressão – Método do cachimbo Este ensaio teve como objectivo determinar um coeficiente de absorção, que representa a quantidade de água absorvida numa dada área e num determinado intervalo de tempo. Ungericht (2002) no seu estudo (coluna de água com 92 mm), usou este ensaio com o intuito de avaliar a permeabilidade de um revestimento de argamassa num material poroso, como o tijolo, simulando assim a acção estática de um vento com velocidade de 140 km/h. Na realização deste ensaio, também conhecido por ensaio de tubo de Karsten, seguem-se as recomendações da RILEM – Test No. II.4. Em cada tijolo, são aplicados três cachimbos em áreas previamente definidas. Para fixar os cachimbos à argamassa, utiliza-se uma massa de contacto (neste caso, mástique), tendo o cuidado em não obstruir a superfície livre da boca dos cachimbos. Inicia-se então o ensaio, introduzindo-se água com o cachimbo inclinado, modo a 3 impedir a formação de bolhas de ar. Coloca-se água até atingir a graduação 0 cm e accionase o cronómetro. Seguidamente, regista-se a quantidade de água absorvida ao longo do tempo, com leituras feitas aos 15 seg, 30 seg, 1 min, 1,5 min, 2 min, 3 min, 4 min, 5 min, 7 min, 10 min, 12 min,15 min, 30min e 60 min. O fim do ensaio define-se quando se atinge 60 minutos de ensaio ou 3 quando são absorvidos 4 cm de água. O coeficiente médio de absorção de água sob baixa pressão, C abs, determina-se através da seguinte expressão: 89 [6-12] sendo: 2 Cabs - Coeficiente médio de absorção sob baixa pressão [g/cm ]; m – massa de água absorvida em cada instante [g]; 2 A – área de absorção [5,7 cm ]. Figura 6-18 – Ensaio de absorção de água sob baixa pressão 6.6.2.4 Avaliação da cinética de secagem O presente ensaio avalia a redução da massa das argamassas devido à evaporação de água. Segundo Veiga, a presença de água num material de revestimento ou no seu suporte pode resultar da penetração por permeabilidade ou por capilaridade, dependendo da dimensão dos poros e dos capilares, bem como da pressão da água (Veiga, 1997). Para a realização deste ensaio, teve-se como base a experiência do grupo de Materiais de Construção do Instituto Superior técnico (Ferreira Pinto, 1993). Como referido, este ensaio foi realizado nos meios provetes que resultaram do ensaio de flexão. Assim, é necessário rectificar o topo do provete onde se deu a rotura, para que ambas as faces de topo apresentem um acabamento semelhante. Esta operação é realizada primeiro com uma lima, depois passa-se uma lixa de modo a uniformizar toda a superfície e por fim escova-se, retirando-se assim todas as partículas soltas. Seguidamente, impermeabilizam-se as quatro paredes laterais dos provetes com duas demãos de uma resina epóxida (tipo 32,5 N, Sikadur). Este procedimento tem como objectivo garantir 90 que a secagem decorra através de um fluxo unidireccional. O intervalo entre as aplicações das duas camadas de resina foi de 24 horas. Colocada a resina e terminada a sua secagem da mesma, secam-se os provetes em estufa, a uma temperatura de 60 ± 5ºC até massa constante, o que no presente estudo, demorou cerca de 48 horas. Posteriormente arrefecemse os provetes até à temperatura ambiente durante 24 horas, recorrendo a um exsicador contendo sílica gel no seu interior. Pesam-se os provetes no final deste período, m 1. Os provetes são então lentamente imersos em água ficando apoiados sobre varetas de vidro, onde permaneceram durante 48 horas. Seguidamente, procede-se ao isolamento de uma das faces não impermeabilizadas aplicando uma película plástica fixada por um elástico. Regista-se a massa do conjunto (provete + elástico + papel aderente), m 2. Durante a imersão, tem-se o cuidado de inserir os provetes com uma inclinação próxima dos 45 º, para evitar a acumulação de bolhas de ar na superfície inferior. Os provetes são mantidos apoiados em varetas no interior de um tabuleiro, onde permanecem durante o período em que se efectuam as pesagens diárias até as massas estabilizarem. Através da avaliação diária da massa dos provetes, é possível analisar a evolução do teor em água dos provetes ao longo do tempo, com o recurso da seguinte expressão: [6-13] sendo: W i – teor em água em cada instante ti [%]; mi – massa do provete em cada instantes ti [g]; m0 – massa do provete seco [g]. Na Figura 6-19, apresenta-se um exemplo do gráfico dos valores de wi ao longo do tempo, habitualmente designado por curva de secagem. 91 Figura 6-19 – Exemplo de uma curva de secagem. O índice de secagem, I.S., obtem-se através da integração da curva de secagem, normalizado em relação ao teor máximo de água e ao total do tempo em que ocorreu a secagem. Tendo em conta as curvas de secagem e através da expressão seguinte, determina-se o índice de secagem. ∫ [6-14] sendo: t0 – tempo inicial do ensaio [h]; tf – tempo final do ensaio [h]; W 0 – teor de água inicia, expressa em percentagem relativamente à massa inicial [%]; f(wi) – teor em água do provete em função do tempo, expressa em percentagem relativamente à massa seca [%]. 92 Figura 6-20 – Preparação dos provetes para o ensaio de secagem. 6.6.2.5 Avaliação da profundidade de carbonatação com o indicador de fenolflaleína A reacção química associada ao endurecimento das argamassas de cal aérea é a carbonatação. Este fenómeno consiste na reacção do hidróxido de cálcio com o dióxido de carbono da atmosfera que penetra nas argamassas através dos seus poros. Como consequência desta reacção, a alcalinidade do provete diminui progressivamente ao longo do tempo. A evolução da profundidade de carbontação pode ser avaliada com recurso a um indicador de fenolflaleína tendo sido utilizado uma solução com 0,2 % de concentração. Após a aplicação da solução ocorre uma alteração da cor (púrpura) das zonas não carbonatadas que possuem um PH superior. Este ensaio é efectuado nas superfícies de rotura do ensaio de flexão. Para evitar que ocorra a carbonatação das superfícies expostas, o ensaio é efectuado imediatamente a seguir à realização do ensaio de flexão. A aplicação da solução de fenolflaleína sobre a superfície dos provetes é efectuada com um borrifador, tendo o cuidado de manter constante a distância entre o borrifador e o provete e a quantidade de solução. De seguida, e com recurso a uma craveira, efectuam-se as medições nas quadro arestas de cada superfície. Determina-se a espessura carbonatada pela média dos valores obtidos nas quatro arestas. 93 a) b) d) e) c) f) Figura 6-21 – Procedimentos para a determinação da profundidade de carbonatação. (a) – Material utilizado; (b;d) – Ensaio em provetes de argamassa com cinza de casca de arroz; (e;f) – Ensaio em provetes de argamassa de referência. 94 7 APRESENTAÇÃO, ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Neste capítulo, apresentam-se os resultados dos ensaios realizados durante a campanha experimental, cujos procedimentos foram descritos no capítulo 6. Para tornar a exposição mais clara, recorreu-se à representação gráfica, ao uso de tabelas e quando possível ainda à utilização de imagens. Visto que se torna impraticável a apresentação de todos os valores registados no decorrer da campanha experimental, devido ao grande volume que estes constituem, optou-se sempre pela utilização de valores médios, acompanhados pelo respectivo padrão, quando aplicável. 7.1 Caracterização das argamassas no estado fresco Neste subcapítulo, procede-se à apresentação e análise dos resultados obtidos, no que diz respeito à caracterização das argamassas no estado fresco, tendo sido realizados os seguintes ensaios: espalhamento, retenção de água, massa volúmica e exsudação. Para além dos ensaios referidos, apresentam-se ainda os ensaios que permitiram definir a relação água/(mistura ligante) apropriada para cada um dos diferentes tipos de argamassa. Na tabela seguinte, resumem-se os valores obtidos nos ensaios acima referidos. Tabela 7-1 – Caracterização no estado fresco das diferentes argamassas. Argamassa Designação Tipo de cinza Água/mistura ligante* *(cal+cinza) Espalhamento [mm] Retenção de água [%] Massa volúmica 3 [kg/m ] Exsudação [%] Cal A500 A250 A125 A75 CM500 CM250 CM125 CM75 1,83 1,15 1,15 1,14 1,09 162 162 163 162 167 90,0 90,0 87,7 88,3 89,1 2080 1870 1890 1890 1930 2,6 1,5 1,3 2,1 2,1 7.1.1 Avaliação da consistência por espalhamento Como foi explicado no subcapítulo 6.5.1, a quantidade de água foi definida de modo a se obter um resultado de espalhamento o mais próximo possível de 165 mm. 95 Para cada tipologia de argamassa, realizaram-se várias amassaduras experimentais, em que se variou a quantidade de água de amassadura até se obter o espalhamento desejado. Nas 185 180 175 170 165 160 155 150 145 140 135 1,60 170 Espalhamento [mm] Espalhamento [mm] figuras seguintes apresentam-se os resultados obtidos para cada tipo de argamassa. Cal CM500 165 160 155 150 1,70 1,80 0 1,90 água/ligante 1 1,5 água/(mistura ligante) Figura 7-1 – Determinação da relação água/ligante (Cal). Figura 7-2 – Determinação da relação água/(mistura ligante) (CM500). 175 185 170 180 Espalhamento [mm] Espalhamento [mm] 0,5 165 160 155 CM250 150 145 175 170 165 160 CM125 155 150 1,1 1,12 1,14 1,16 1,18 1,1 1,12 1,14 1,16 água/(mistura ligante) água/(mistura ligante) Figura 7-3 – Determinação da relação água/(mistura ligante) (CM250). Figura 7-4 – Determinação da relação água/(mistura ligante) (CM125). 96 1,18 Espalhamento [mm] 185 180 175 170 CM75 165 160 1,08 1,1 1,12 1,14 1,16 água/(mistura ligante) Figura 7-5 – Determinação da relação água/(mistura ligante) (CM75). Como se pode constatar, ao longo da realização das várias amassaduras experimentais, não foi possível a obtenção de espalhamentos exactos de 165 mm. Observou-se ainda que, para a mesma relação água/(mistura ligante) resultaram espalhamentos distintos. A quantidade de água foi definida por interpolação entre os pontos que circunscrevem o espalhamento de 165 mm. Na Figura 7-6, estão representados os valores das várias relações água/(mistura ligante) utilizadas na produção das diferentes argamassas. Da análise destes valores, conjuntamente à observação dos valores de espalhamento que lhes estão associados, constata-se que a incorporação de cinzas de casca de arroz nas argamassas foi responsável por uma redução da quantidade de água para a obtenção de argamassas de consistência semelhante. Ao analisar apenas os valores da relação água/(mistura ligante) e os valores do espalhamento das argamassas formuladas com cinzas, é possível verificar que a redução das dimensões das partículas da cinza tem como consequência a redução global da quantidade de água necessária à obtenção da consistência de referência, principalmente para as granulometrias inferiores a 250 µm. Segundo a bibliografia referida, esta diminuição da necessidade de água pode ser justificada pelo aumento da destruição progressiva da estrutura esponjosa e porosa das partículas que constituem a cinza de casca de arroz, através do processo de moagem. Constatou-se ainda que 10 minutos após a amassadura, as argamassas com adição de cinzas de casca de arroz manifestaram uma maior consistência. 97 2 água/mistura ligante 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Cal A500 A250 A125 A75 Argamassa Figura 7-6 – Relação água/mistura ligante para a obtenção de um espalhamento de 165±5mm. Na Figura 7-7, são representados os valores das várias relações água/(mistura ligante) em função da máxima dimensão da cinza. 1,15 1,14 1,13 1,12 1,11 1,10 1,09 água/(mistura ligante) 1,16 1,08 500 400 300 200 100 0 Máxima dimensão da cinza [μm] Figura 7-7 – Influência da máxima dimensão da cinza na relação água/(mistura ligante) para a obtenção de consistência por espalhamento de 165±5mm. 7.1.2 Retenção de água Na Figura 7-8, estão representados os valores da retenção de água, determinados experimentalmente. 98 Ao observar os valores da retenção de água das diferentes argamassas, apresentados na Tabela 7-1 assim como na Figura 7-8, é possível concluir que à excepção da argamassa A500 a incorporação de cinza é responsável por uma ligeira diminuição da capacidade de retenção de água das argamassas em relação à argamassa de referência. Contudo, para as argamassas A250, A125 e A75, verifica-se que o valor da capacidade de retenção de água assume uma ligeira tendência crescente com o aumento da finura das partículas de cinza. Retenção de água [%] 100 90 80 70 60 Cal A500 A250 A125 A75 Argamassa Figura 7-8 – Retenção de água das argamassas estudadas. Os valores obtidos no presente trabalho são inferiores aos obtidos no estudo desenvolvido por Agostinho e Guerreiro (2008; 2007), onde as argamassas de cal aérea apresentaram valores compreendidos entre 94 e 99 %. Segundo os autores Guerreiro (2007) e Faria-Rodrigues (2004), esta diferença poderá ser justificada pelo traço utilizado em ambas as argamassas e, consequentemente, pelos respectivos teores de cal. Os mesmos autores acrescentam que a capacidade de retenção de água é uma característica benéfica introduzida nas argamassas pela cal aérea. Os valores da retenção de água da argamassa de referência são superiores aos das argamassas com incorporação de cinzas de casca de arroz. Como referido na bibliografia, os valores de retenção de água obtidos para as diversas argamassas são bastante satisfatórios, o que permitirá um bom comportamento da argamassa face às condições atmosféricas adversas aquando da sua aplicação, principalmente em suportes consideravelmente porosos (Faria-Rodrigues, 2004). Em relação a este aspecto, 99 Veiga (1997) afirma ainda que uma retenção de água elevada é um dos factores determinantes para o correcto comportamento das argamassas face à fendilhação. 7.1.3 Massa volúmica aparente Os valores da massa volúmica aparente determinados são apresentados na Tabela 7-1 e na Figura 7-9. Conclui-se que a incorporação de cinza causa uma diminuição da massa volúmica aparente das argamassas relativamente à argamassa de referência, formulada unicamente com cal. Em relação às argamassas com incorporação de cinzas de casca de arroz, constata-se que o incremento da finura da cinza é acompanhado por um aumento da massa volúmica aparente das respectivas argamassas. Quer esta tendência quer a diferença constatada entre a argamassa de referência e as restantes poderão ser justificadas pela ocupação dos vazios pelas partículas de cinza de menor dimensão. Também a diminuição da relação água/(mistura ligante) poderá desempenhar um papel preponderante no ocorrido. Massa Volúmica [kg/m3] 2100 2050 2000 1950 1900 1850 1800 1750 1700 Cal A500 A250 A125 A75 Argamassa Figura 7-9 – Massa volúmica das argamassas estudadas. 7.1.4 Exsudação Ao analisar os valores obtidos através do ensaio da exsudação, apresentados na Tabela 7-1 e na Figura 7-10, constata-se que a incorporação de cinzas nas argamassas provoca uma variação dos valores de exsudação, principalmente para os valores correspondentes às 100 argamassas A500 e A250, em que se verifica uma redução de exsudação com a progressiva diminuição do tamanho das partículas. Para as argamassas A125 e A75, o mesmo não se pode afirmar, uma vez que estas assumem valores superiores ao da argamassa de referência. Durante os ensaios de espalhamento, observou-se um fenómeno que poderá estar relacionado com os valores de exsudação determinados. Como se pode verificar na Figura 7-11, existe uma grande quantidade de água que se “liberta” da argamassa após o ensaio de espalhamento, preferencialmente para a argamassa A125, A75 e CAL. 2,25 2,00 Exsudação [%] 1,75 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25 0,00 Cal A500 A250 A125 A75 Argamassa Figura 7-10 – Exsudação das argamassas estudadas. Figura 7-11 – Libertação de água de amassadura durante o ensaio de espalhamento. 101 7.2 Caracterização das argamassas no estado endurecido Neste subcapítulo procede-se à apresentação e análise dos resultados obtidos no que diz respeito à caracterização das argamassas no estado endurecido, mais concretamente ao estudo das características físicas e mecânicas das argamassas, com o objectivo de avaliar a influência da finura das partículas de cinza de casca de arroz nas argamassas de cal aérea. Com esta fase do trabalho desenvolvido, não só se pretende avaliar o comportamento das argamassas como também compreender de que forma algumas das propriedades das mesmas argamassas se relacionam entre si. 7.2.1 Avaliação das características mecânicas 7.2.1.1 Resistência à flexão e à compressão Como referido, o trabalho experimental foi dividido em duas partes. A primeira, além de servir para o tratamento dos materiais, destinou-se, essencialmente, a definir as granulometrias de cinzas a utilizar. Para isso, além do ensaio de consistência por espalhamento já apresentado, nesta primeira fase do trabalho recorreu-se essencialmente à caracterização mecânica aos 14 dias de idade para definir as argamassas a estudar. A Tabela 7-2 apresenta os valores obtidos nos ensaios de resistência à compressão e flexão que foram realizados aos 14 dias de idade. Tabela 7-2 – Resistência à compressão e à flexão aos 14 dias de idade. Argamassa Designação Cal A500 A250 A125 A75 Tensão de rotura à compressão [MPa] 14 dias 0,3 2,7 3,4 3,6 3,5 Tensão de rotura à flexão [MPa] 14 dias 0,2 1 1,4 1,4 1,5 Da análise da tabela anterior e das Figura 7-12 e Figura 7-13, é possível verificar que os valores médios das resistências à compressão e à flexão das argamassas em que se incorporaram cinzas de casca de arroz são bastante superiores aos valores obtidos na 102 argamassa de referência, evidenciando deste modo uma influência da reactividade pozolânica da cinza. Tensão de rotura à compressão aos 14 dias [MPa] 4 3 2 1 0 Cal A500 A250 A125 Argamassa A75 Figura 7-12 – Valores médios das tensões de rotura à compressão aos 14 dias de idade. Além do observado anteriormente, ao analisar apenas os valores correspondentes às argamassas com adição de cinzas de casca de arroz, verifica-se a influência da finura da cinza utilizada. À medida que a granulometria das cinzas utilizadas diminui, de uma maneira geral, os valores das resistências mecânicas das respectivas argamassas aumentam, com principal incidência na passagem da argamassa A500 para a A250. Tensão de rotura à flexão aos 14 dias [MPa] 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Cal A500 A250 A125 A75 Argamassa Figura 7-13 – Valores médios das tensões de rotura à flexão aos 14 dias. 103 Tendo em conta os valores da resistência mecânica obtidos, decidiu-se considerar as argamassas A500, A250, A125 e A75 como as argamassas alvo de estudo para a segunda parte do trabalho, em que se procura avaliar a influência da granulometria no desempenho das argamassas de cinza de casca de arroz. Na Tabela 7-3, apresentam-se os valores da resistência mecânica aos 28 dias de idade das argamassas seleccionadas na primeira fase do trabalho, assim como da argamassa de referência. Tabela 7-3 – Resistência à compressão e à flexão aos 28 dias de idade. Argamassa Designação Cal A500 A250 A125 A75 Tensão de rotura à compressão [MPa] 28 dias 0,5 3,2 3,5 3,8 5,5 Tensão de rotura à flexão [MPa] 28 dias 0,2 1,4 1,5 1,6 2,3 Quer na Figura 7-14 quer na Figura 7-15, é possível verificar a mesma tendência que foi constatada nos ensaios aos 14 dias, isto é, as argamassas com adição de cinzas apresentam valores de resistência à compressão e à flexão superiores aos da argamassa de referência. Em relação às argamassas com adição de cinzas, verifica-se também uma tendência crescente da resistência mecânica à medida que a finura das cinzas diminui. 104 Tensão de rotura à compressão aos 28 dias [MPa] 6 5 4 3 2 1 0 Cal A500 A250 A125 Argamassa A75 Figura 7-14 – Valores médios das tensões de rotura à compressão em provetes aos 28 dias de idade. Tensão de rotura à flexão aos 28 dias [MPa] 3 2 1 0 Cal A500 A250 A125 Argamassa A75 Figura 7-15 – Valores médios das tensões de rotura à flexão em provetes aos 28 dias de idade. Comparando os valores da resistência mecânica de todas as argamassas aos 14 e aos 28 dias de idade, verifica-se que os valores obtidos aos 28 dias de idade são superiores, concluindo-se que as cinzas de casca de arroz revelam uma reactividade considerável, principalmente na A75 onde o incremento de resistência mecânica é superior. Tal fenómeno pode ser constatado na Figura 7-16 e na Figura 7-17. 105 Tensão de rotura à compressão [MPa] 6 14 dias 28 dias 5 4 3 2 1 0 Cal A500 A250 A125 A75 Argamassa Tensão de rotura à flexão [MPa] Figura 7-16 – Valores médios das tensões de rotura à compressão em provetes aos 14 e 28 dias de idade. 3 14 dias 28 dias 2 1 0 Cal A500 A250 A125 A75 Argamassa Figura 7-17 – Valores médios das tensões de rotura à flexão em provetes aos 14 e 28 dias de idade. Na Figura 7-18, representa-se a evolução da resistência mecânica aos 14 e 28 dias de idade, em função da máxima dimensão da cinza incorporada nas argamassas, correspondente às misturas designadas por A500, A250, A125 e A75. Mais uma vez, é possível verificar que existiu um incremento da reactividade pozolânica com o aumento da finura da cinza. Tal pode ser justificado pela maior eficiência na formação de compostos hidráulicos, como é o caso dos silicatos de cálcio, resultantes das reacções pozolânicas. 106 5 4 3 2 1 Tensão de rotura [MPa] 6 compressão - 14 dias compressão - 28 dias flexão - 14 dias flexão - 28 dias 0 500 400 300 200 100 0 Máxima dimensão da cinza [µm] Figura 7-18 – Influência da máxima dimensão da cinza de casca de arroz nos valores médios da resistência mecânica aos 14 e 28 dias de idade. Os valores das tensões médias da resistência mecânica observados, são ainda compatíveis quer com os valores da massa volúmica determinados no estado fresco (subcapítulo 7.1.3), quer com a quantidade de água presente na formulação das várias argamassas (subcapítulo 7.1.1). No primeiro caso, verifica-se que, com o aumento dos valores da massa volúmica aparente, existe uma tendência crescente nos valores das resistências à compressão e à flexão, ocorrendo a maior diferença entre os valores correspondentes à A125 e A75. Também no segundo caso, à medida que a relação água/mistura ligante vai decrescendo com o aumento da finura das cinzas, os valores da resistência mecânica aumentam. Mais uma vez, o maior intervalo registado em ambos os casos, ocorre para os valores obtidos entre a A125 e a A75. 7.2.1.2 Determinação da velocidade de propagação de ultra-sons Método Directo Na tabela seguinte, apresentam-se os valores médios obtidos para as diferentes argamassas em estudo. 107 Tabela 7-4 – Valores médios da velocidade de propagação de ultra-sons das diferentes argamassas. Velocidade de propagação de Ultra-sons [m/s] 28 dias 1509 2431 2461 2350 2602 Argamassa Designação Cal A500 A250 A125 A75 Como se pode constatar na Tabela 7-4 e na Figura 7-19, a velocidade de propagação de ultrasons determinada para as argamassas com a adição de cinzas de casca de arroz é bastante superior em relação à da argamassa de referência. Esta diferença é uma consequência da formação de compostos hidráulicos originados durante a reacção pozolânica. Velocidade, 28 dias [m/s] 2.700 2.400 2.100 1.800 1.500 1.200 Cal A500 A250 A125 A75 Argamassa Figura 7-19 – Valores médios da velocidade de propagação de ultra-sons das diferentes argamassas. Na figura anterior verifica-se que existe uma tendência crescente da velocidade de propagação de ultra-sons para as argamassas com adição de cinza de casca de arroz. Tal denota que este ensaio mostrou-se sensível ao incremento da reactividade pozolânica manifestada pelo aumento progressivo da finura das partículas constituintes da cinza. Apesar que o valor registado para a argamassa A125 ser inferior à A250, se considerarmos que a diferença entre a A125 e a A75 é significativa, conclui-se que na maioria dos casos, a 108 velocidade de propagação de ultra-sons apresenta uma boa correlação com a resistência mecânica das respectivas argamassas. Método Indirecto O método indirecto de avaliação da velocidade de propagação de ultra-sons nas argamassas utiliza-se quando as argamassas estão aplicadas sobre um suporte poroso. Tendo em vista a análise da evolução do tempo de propagação dos ultra-sons com o aumento da distância, a Figura 7-20 ilustra a relação entre ambas, tendo a velocidade de propagação sido obtida pelo declive da regressão linear. Efectuaram-se duas medições para cada distância, sendo cada uma destas medições compostas por três registos. Para estes três registos, determinou-se uma média obtendo-se no final dois valores médios para cada uma das distâncias. Após a aproximação por regressão linear dos vários pontos a uma recta obteve-se duas regressões lineares para cada um dos tijolos. A Tabela 7-5 contêm os valores associados às regressões lineares assim como as velocidades médias consideradas. No subcapítulo 6.6.1.2 pode ser observado este procedimento. Tabela 7-5 – Velocidade de propagação de ultra-sons (ensaio indirecto). Argamassa Designação Cal A500 A250 A125 A75 Regressão Linear 2 Equação R y=2479x+0,013 y=2706,8x-0,079 y=2078,6x-0,027 y=2771,6x+0,004 y=1348x+0,029 0,995 0,999 0,988 0,980 0,941 Velocidade média [m/s] 2479 2707 2079 2772 1348 Considerando os valores obtidos do coeficiente de determinação para as diferentes argamassas, conclui-se que as aproximações efectuadas são aceitáveis. Ao observar a Figura 7-20, verifica-se que para algumas argamassas não se consideraram algumas medições, como é o caso da A250 em que não se considerou o registo para a medida 6cm, assim como para a A125 e para a A75 não se consideraram as medidas 6 e 7 cm. Tal deveu-se ao facto de que esses valores apresentaram uma ordem de grandeza demasiado elevada e desajustada. Este acontecimento poderá ter sido motivado por uma intercepção de um vazio, uma fissura ou por influência do suporte. 109 0,18 Distância [m] 0,16 0,14 0,12 Cal 0,10 A500 0,08 A250 A125 0,06 A75 0,04 0,E+00 3,E-05 6,E-05 9,E-05 1,E-04 Tempo de propagação [s] 2,E-04 Figura 7-20 – Evolução da velocidade de propagação de ultra-sons avaliada com o método indirecto. Após uma análise dos resultados obtidos, não se verifica nenhuma tendência por parte da velocidade à medida que a granulometria da cinza diminui. Embora a ordem de grandeza de alguns valores seja a mesma que os valores médios da velocidade de propagação obtidos nos provetes prismáticos, os valores obtidos em argamassas aplicadas como camada de revestimento de tijolo apresentam uma grande disparidade, principalmente para a argamassa A75, diferenciando-se em muito dos registados para os prismas, como pode ser observado na Figura 7-21. Velocidade de propagação de ultrasons, 28 dias [m/s] 2.900 2.600 Provetes Tijolos 2.300 2.000 1.700 1.400 1.100 Cal A500 A250 A125 A75 Argamassa Figura 7-21 – Comparação das velocidades de propagação de ultra-sons entre ensaio directo e indirecto. 110 7.2.2 Avaliação das características físicas 7.2.2.1 Determinação da absorção de água por capilaridade O ensaio de absorção de água por capilaridade dos provetes prismáticos das diferentes argamassas permitiu traçar as curvas de absorção de água por capilaridade que se apresentam na Figura 7-22. Através das curvas de absorção é possível obter os valores do coeficiente de capilaridade e da absorção total de água por unidade de superfície de contacto entre o provete e a água. Este último valor, o valor assimptótico da curva de absorção, permite quantificar a quantidade total de água que, por unidade de superfície, penetra na argamassa. O coeficiente de capilaridade representa a velocidade com que a absorção de água se processa nos instantes iniciais que, para a generalidade das argamassas. Rato (2006) refere que este período é de 60 minutos. Porém, no presente trabalho e como se observa na Figura 7-23 tal ocorre nos primeiros 120 minutos. Não se prolongou o ensaio para além do terceiro dia já que, entre as duas últimas medições, a quantidade de água não variou mais do que 0,2 %. Ao analisar as diferentes curvas de absorção, correspondentes ao período total, identifica-se em cada uma das argamassas a existência de três troços com velocidades de absorção distintas. O primeiro troço é caracterizado por uma velocidade de absorção bastante superior à dos restantes, sendo a partir deste que se determina o coeficiente de capilaridade, anteriormente referido. Segundo Rato (2006), a velocidade deste troço inicial depende, principalmente, da dimensão dos poros, sendo superior em argamassas com poros de maiores dimensões. O segundo troço representa a fase de transição entre a absorção inicial e a fase de estabilização. Por fim, o terceiro troço corresponde à fase de estabilização e está-lhe associado uma velocidade de absorção bastante reduzida, uma vez que os provetes já se encontram próximos da sua saturação. É com base neste troço que se determina o valor assimptótico, que depende sobretudo da porosidade aberta das argamassas. Da análise da Figura 7-22 conclui-se que as argamassas possuem cinéticas de absorção semelhantes, apresentando duas taxas de absorção de água diferentes até atingir o valor assimptótico, o que indica que a estrutura porosa é idêntica. 111 A argamassa de referência, CAL, distingue-se das restantes por apresentar valores do coeficiente de absorção e assimptótico consideravelmente inferiores. Tal pode implicar uma estrutura com menos poros, logo uma maior compacidade, tendo como consequência uma menor capacidade de absorção de água assim como menores velocidades de absorção, justificando o reduzido declive da respectiva curva. Na Tabela 7-6 estão representados os valores referidos assim como a quantidade de água absorvida por cada um dos provetes no final do ensaio. Absorção de água por capilaridade [Kg/m2] 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 Cal A500 A250 A125 A75 20 15 10 5 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Tempo [s1/2] Figura 7-22 – Curvas de absorção de água por capilaridade. 112 Curva de absorção de água por capilaridade (0-120 minutos) [Kg/m2] 40 35 30 25 20 15 Cal A500 10 A250 5 A125 A75 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Tempo [s1/2] Figura 7-23 – Curvas de absorção de água por capilaridade (0-120 minutos). Tabela 7-6 – Valores de coeficiente de absorção de água por capilaridade, quantidade de água absorvida e valor assimptótico. Argamassa Designação Coeficiente de capilaridade 2 0,5 [kg/m .s ] Quantidade de água absorvida 2 [kg/m ] Valor Assimptótico 2 [kg/m ] Cal 0,21 30,46 32,82 A500 0,34 42,63 45,05 A250 0,35 46,69 50,05 A125 0,3 38,53 41,3 A75 0,41 61,09 64,4 À excepção da argamassa de referência, a CAL, as restantes argamassas, principalmente a A75, apresentam valores de coeficiente de absorção de água por capilaridade superiores ao recomendado na bibliografia consultada para argamassas de reboco. Veiga (2003) refere que 2 0,5 estes valores devem situar-se entre 0,13 e 0,20 kg/m .s . Refira-se que o baixo valor obtido na argamassa CAL pode estar associado ao facto de esta ter apenas 28 dias de idade, tendo ainda uma parte da sua estrutura capilar preenchida com água. 113 A Figura 7-24 e a Figura 7-25 ilustram, respectivamente, os valores do coeficiente de capilaridade e do valor assimptótico das diferentes argamassas. Coeficiente de capilaridade [kg/m2.s0,5] 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Cal A500 A250 A125 A75 Argamassa Figura 7-24 – Valores de coeficiente de absorção de água por capilaridade. Valor assimptótico [kg/m2] 70 60 50 40 30 20 10 0 Cal A500 A250 A125 A75 Argamassa Figura 7-25 – Valores assimptóticos da absorção de água por capilaridade. 7.2.2.2 Determinação da porosidade aberta Os resultados apresentados neste subcapítulo apresentam uma importância acrescida, uma vez que como tem sido possível verificar ao longo da análise de resultados, a porosidade das 114 diferentes argamassas encerra em si mesma a explicação para algumas das características e comportamentos dos provetes anteriormente referidos. Através do procedimento descrito em 6.6.2.2, foi possível caracterizar a estrutura porosa das diferentes argamassas através da determinação da porosidade aberta, assim como da massa volúmica aparente e real. Teve como objectivo a compreensão da influência dos diferentes constituintes das argamassas nomeadamente a influência da reacção pozolânica nas características no estado endurecido. Na Tabela 7-7 apresentam-se os valores anteriormente referidos. Tabela 7-7 – Valores médios da porosidade aberta, massa volúmica aparente e real das diferentes argamassas. Argamassa Designação Porosidade [%] Massa Volúmica 3 Aparente [kg/m ] Cal A500 A250 A125 A75 25,2 34,1 33,9 29,8 39,5 1848 1529 1538 1614 1502 Massa Volúmica Real 3 [kg/m ] 2469 2319 2322 2295 2483 Ao examinar os valores da porosidade para as argamassas estudadas, é importante ter-se presente que se está a analisar o volume de vazios de cada um dos provetes, ou seja, o conjunto de poros que comunicando entre si, formam uma rede contínua de vazios. Segundo Rato (2006), para as argamassas correntes, o valor da porosidade pode genericamente variar entre 20 % e 40 %. Observando os valores obtidos no presente trabalho, constata-se que estes estão em conformidade com o estipulado por este. O mesmo autor refere ainda que, em argamassas de cal aérea, à medida que o processo de endurecimento progride, verifica-se uma redução da porosidade aberta, possivelmente devido à redução da dimensão dos poros. Deste modo, será de esperar que os valores obtidos possam sofrer uma diminuição em ensaios realizados em idades mais avançadas. 115 Porosidade [%] 40 30 20 10 0 Cal A500 A250 A125 A75 Argamassa Figura 7-26 – Valores médios da porosidade aberta das argamassas estudadas. Ao observar a Figura 7-26, verifica-se que a argamassa de referência, CAL, apresenta um valor médio de porosidade aberta inferior ao de todas as argamassas com adição de cinzas de casca de arroz, independentemente da sua granulometria. Segundo a bibliografia (FariaRodrigues, 2004; Almeida, 2008; Rato, 2006), tal pode ser justificado pelo facto de as argamassas em cura húmida perderem a água por evaporação de uma forma diferente e mais lenta. Para o caso das argamassas com adição de cinzas de casca de arroz, isto é com adição de um material pozolânico, parte dessa água é utilizada na reacção pozolânica entre a sílica e a alumina, constituintes da cinza, com o hidróxido de cálcio da cal aérea, originando deste modo os compostos hidráulicos e aumentando, assim, a velocidade de endurecimento. Uma vez que em ambiente húmido, a evaporação da água se processa de uma forma mais lenta, quando a evaporação ocorre, a argamassa já adquiriu uma resistência mecânica suficiente impedindo que os poros resultantes da evaporação da água sofram uma redução do volume. Analisando apenas as argamassas com adição de cinza de casca de arroz, a figura torna explícita a tendência de diminuição da porosidade com o aumento da finura das partículas de cinza, à excepção da A75. Como será visto de seguida, esta excepção poderá estar relacionada com algumas características específicas, verificadas na A75. 116 Massa Volúmica Aparente e real [kg/m3] 2.600 Massa Volúmica Aparente 2.400 Massa Volúmica Real 2.200 2.000 1.800 1.600 1.400 1.200 1.000 Cal A500 A250 Argamassa A125 A75 Figura 7-27 – Valores médios da massa volúmica aparente e real. A Figura 7-27 ilustra os valores médios da massa volúmica aparente e real das argamassas ensaiadas. Pela análise da Figura 7-27, verifica-se que a massa volúmica aparente diminui com o aumento da porosidade. Almeida (2008) realizou uma análise granulométrica da cal aérea utilizada o que ajuda a justificar a superior massa volúmica aparente das argamassas analisadas no presente estudo. Como se pode observar pela Figura 7-28, a granulometria da cal aérea é bastante inferior à das cinzas de casca de arroz, o que pode justificar um melhor preenchimentos dos vazios existentes entre o agregado, contribuindo deste modo para um valor superior de massa volúmica aparente. Na Figura 7-29 a), apresentam-se, simultaneamente, os valores da resistência mecânica e da porosidade aberta das diferentes argamassas. Para uma melhor percepção dos resultados, uniram-se os pontos com segmentos de recta. Da análise da Figura 7-29 a), não é possível observar uma correlação clara entre a resistência mecânica e a porosidade aberta. Este facto pode ser confirmado pela observação da Figura 2 7-29 b), em que se verifica que o coeficiente de correlação, R , associado a uma regressão linear dos valores da resistência à compressão e à flexão em função da porosidade é da ordem de 0,5. 117 Figura 7-28 – Análise granulométrica dos ligantes, efectuada por Almeida (2008). Rato (2006) e Guerreiro (2007) referem que as argamassas de cal aérea representam uma excepção em relação aos restantes tipos de argamassas, uma vez que, maioritariamente, as suas resistências mecânicas assumem valores com uma tendência crescente à medida que a 5 Resist. compressão 45 Resist. flexão 40 Porosidade 35 4 30 25 3 20 2 15 Porosidade [%] Resistência mecânica [MPa] 6 10 1 5 0 0 A500 A250 A125 A75 Resistência mecânica [MPa] porosidade cresce. 6 Resist. compressão 5 Resist. flexão 4 y = 0,1908x - 2,5488 R² = 0,5436 3 2 1 y = 0,0781x - 0,9817 R² = 0,5797 0 28 Argamassa a) 30 32 34 36 Porosidade [%] 38 40 b) Figura 7-29 – (a) – Resistência mecânica (compressão e flexão) de cada argamassa estudada; (b) – Resistência mecânica (compressão e flexão) em função da porosidade das argamassas. 118 40 Porosidade 35 30 0,3 25 20 0,2 15 10 0,1 Coeficiente de absorção [kg/m2.s0,5] 0,4 0,42 45 Coeficiente de absorção Porosidade [%] Coeficiente de absorção capilar [kg/m2.s0,5] 0,5 5 0,0 A250 A125 y = 0,0114x - 0,0396 R² = 0,9867 0,38 0,36 0,34 0,32 0,30 0,28 0 A500 0,40 28 A75 Argamassa 30 32 34 36 38 40 Porosidade [%] a) b) Figura 7-30 – (a) – Influência da porosidade aberta no coeficiente de absorção de água por capilaridade das argamassas estudadas; (b) – Coeficiente de absorção de água em função da porosidade das argamassas. Na Figura 7-30 a) apresentam-se os valores do coeficiente de absorção e de porosidade das argamassas e na Figura 7-30 b) representa-se os valores do coeficiente de absorção em função da porosidade. Para uma melhor percepção dos resultados, uniram-se os pontos com segmentos de recta. Ao analisar a Figura 7-30 a), a comparação entre a porosidade aberta e o coeficiente de absorção de água por capilaridade não evidencia uma tendência em relação à diminuição da granulometria da cinza de casca de arroz. Contudo, estas duas características apresentam uma excelente relação entre si, como pode ser observado pela Figura 7-30 b). Na Figura 7-31 a) apresentam-se os valores assimptóticos e de porosidade das argamassas estudadas. Para uma melhor percepção dos resultados, uniram-se os pontos com segmentos de recta. Na Figura 7-31 b) representa-se os valores assimptóticos em função da porosidade. No caso da quantidade total de água absorvida, representada pelo valor assimptótico das diferentes curvas de absorção, verifica-se exactamente o ocorrido no gráfico anterior, ou seja, de um modo global quanto maior a finura das partículas de cinza, menor a porosidade e maior a quantidade de água absorvida no final do ensaio (Figura 7-31 a)). Da análise da Figura 7-31 b), também se verifica que há uma boa correlação entre estas duas variáveis. 119 45 Porosidade 40 65 35 50 30 40 25 30 20 15 20 10 10 Valor assimpótico [kg/m2] 60 Valor Assimptótico Porosidade [%] Valor assimptótico [kg/m2] 70 60 y = 2,4213x - 32,91 R² = 0,9057 55 50 45 5 0 40 0 A500 A250 A125 28 A75 30 Argamassa 32 34 36 38 40 Porosidade [%] a) b) Figura 7-31 – (a) – Influência da porosidade aberta no valor assimptótico das argamassas estudadas; (b) – Valor assimptótico em função da porosidade das argamassas Na Figura 7-32 a) apresentam-se os valores da velocidade de propagação de ultra-sons e da porosidade aberta das diferentes argamassas. Para uma melhor percepção dos resultados, uniram-se os pontos com segmentos de recta. Na Figura 7-32 b) representa-se a velocidade de Velocidade U.S.provetes 45 Velocidade U.S.tijolos 2.800 40 Porosidade 2.600 35 2.400 30 2.200 25 2.000 20 1.800 15 1.600 10 1.400 5 1.200 Porosidade [%] Velocidade de propagação de ultra-sons [m/s] 3.000 Velocidade de propagação de Ultra-sons [m/s] propagação de ultra-sons em função da porosidade. 0 A500 A250 A125 Argamassa 2.800 2.600 2.400 Velocidade U.S.provetes 2.200 Velocidade U.S.tijolos 2.000 1.800 y = 26,045x + 1566,9 R² = 0,9762 1.600 1.400 y = -148,67x + 7329,7 R² = 0,794 1.200 28 A75 a) 30 32 34 36 Porosidade [%] 38 40 b) Figura 7-32 – (a) – Influência da porosidade aberta na velocidade de propagação de ultra-sons das argamassas estudadas; (b) – Velocidade de propagação de ultra-sons em função da porosidade das argamassas. Ao analisar a Figura 7-32 a), verifica-se que não há uma clara tendência da variação da porosidade aberta e da velocidade de propagação de ultra-sons com a diminuição da 120 granulometria de cinza utilizada. Porém, é possível concluir que com a diminuição da porosidade aberta, existe uma tendência crescente da velocidade de propagação de ultra-sons avaliada nos provetes. Mais uma vez, estas duas características das argamassas apresentam uma boa correlação quando avaliadas nos provetes prismáticos, como observado na Figura 7-32 b). 7.2.2.3 Determinação da absorção de água sob baixa pressão – Método do cachimbo O estudo da absorção de água sob baixa pressão, através do método do cachimbo foi realizado como descrito no subcapítulo 6.6.2.3, possibilitando a comparação de absorção de água das argamassas. Na Figura 7-33 a) apresentam-se os valores obtidos de absorção de cada uma das argamassas aos 28 dias de idade. Visto que a evolução no tempo da absorção variou de forma considerável, consoante a localização do cachimbo, realizou-se um ajustamento dos diferentes 0,8 0,8 0,7 0,7 Absorção de água a baixa pressão [Kg/m2] Absorção de água a baixa pressão [Kg/m2] valores, através da sua aproximação a uma função polinomial. 0,6 0,5 0,4 Cal 0,3 A500 A250 0,2 A125 0,1 0,6 0,5 0,4 Cal 0,3 A500 0,2 A250 A125 0,1 A75 0,0 A75 0,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 Tempo [s1/2] 0,0 (a) 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 Tempo [s1/2] (b) Figura 7-33 – (a) – Valores de absorção de água a baixa pressão das argamassas estudadas; (b) – Curvas de regressão polinomial dos valores de absorção de água a baixa pressão. Na Tabela 7-8 estão representadas as equações das diferentes regressões polinomiais assim 2 como os respectivos coeficientes de determinação, R . Verifica-se que os coeficientes são elevados o que representa um bom ajustamento. 121 Através da análise da Figura 7-33, constata-se que a argamassa de referência é a que tem maior capacidade inicial de absorção, representada pela acentuada inclinação da respectiva curva de absorção. Ao analisar as argamassas com adição de cinzas, a A500 é a argamassa que apresenta o maior valor da capacidade inicial de absorção. Na mesma figura, constata-se uma tendência crescente do desempenho das diferentes argamassas face à sua aplicação em reboco, uma vez que se verifica uma diminuição da capacidade inicial de absorção de água à medida que se reduz a dimensão das partículas de cinza. Tabela 7-8 – Equações das regressões polinomiais das diferentes argamassas e os respectivos coeficientes de determinação. Argamassa Designação Cal A500 A250 A125 A75 Regressão polinomial Equação 2 y=-0,0419x +0,5197x-0,9101 2 y=-0,0009x +0,0575x-0,0231 2 y=-2E-05x +0,0279x-0,0232 2 y=-2E-06x +0,0236x-0,0168 2 y=-0,0005x +0,0434x-0,1072 2 R 0,930 0,999 0,993 0,950 0,830 O comportamento das argamassas com incorporação de cinzas no ensaio de absorção de água a baixa pressão é coerente com os resultados do ensaio da porosidade aberta, uma vez que a água teve maior facilidade em penetrar nas argamassas de maior porosidade. 7.2.2.4 Avaliação da cinética de secagem O presente ensaio estuda a capacidade de eliminação de água através de secagem por parte das diferentes argamassas. Esta propriedade fornece informação importante relativamente ao desempenho em obra das argamassas. De seguida, apresentam-se as curvas de secagem obtidas nos ensaios efectuados nas diferentes argamassas. Na Figura 7-37 apresentam-se os valores médios de secagem dos ensaios realizados em cada uma das argamassas, de modo a facilitar a sua análise e permitir uma comparação do seu comportamento. Foi possível efectuar este procedimento uma vez que na fase de preparação dos provetes, se teve o cuidado de garantir o mesmo tamanho para cada um dos provetes que resultaram da divisão de um provete de 40 x 40 x 160 mm. 122 12,0 y = 0,0421x2 - 1,3311x + 10,05 R² = 0,9832 y = 0,0552x2 - 1,4884x + 9,9917 R² = 0,9827 10,0 W[%] 8,0 Cal (I) 6,0 Cal (II) 4,0 2,0 0,0 0 5 10 15 Tempo [dias] Figura 7-34 – Curvas de secagem da argamassa CAL. 18,0 16,0 18,0 y = 0,02x2 - 1,0079x + 15,784 R² = 0,9946 14,0 14,0 12,0 12,0 A500 (I) 10,0 A500 (II) 8,0 W[%] W[%] y = 0,012x2 - 0,7306x + 15,204 R² = 0,9879 16,0 A250 (II) 8,0 6,0 6,0 4,0 4,0 y = 0,0247x2 - 1,1512x + 16,43 2,0 R² = 0,9958 0,0 0 5 10 15 20 A250 (I) 10,0 2,0 y = 0,0167x2 - 0,8832x + 14,989 R² = 0,9911 0,0 25 30 0 Tempo [dias] 5 10 15 20 25 30 Tempo [dias] (a) (b) Figura 7-35 – (a) – Curvas de secagem da argamassa A500; (b) – Curvas de secagem da argamassa A250. 123 18,0 y = 0,0213x2 - 1,0441x + 16,059 R² = 0,9896 16,0 14,0 A125 (I) 10,0 A125 (II) 8,0 W[%] W[%] 12,0 6,0 4,0 y = 0,0198x2 - 0,9282x + 14,048 R² = 0,9865 2,0 0,0 0 5 10 15 20 25 26,0 y = 0,0369x2 - 1,6482x + 24,737 24,0 R² = 0,9912 22,0 20,0 18,0 16,0 A75 (I) 14,0 A75 (II) 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2 2,0 y = 0,038x - 1,6167x + 22,849 R² = 0,9859 0,0 0 5 10 15 20 25 Tempo [dias] Tempo [dias] (a) (b) Figura 7-36 – (a) – Curvas de secagem da argamassa A125; (b) – Curvas de secagem da argamassa A75. Na Tabela 7-9 apresentam-se os valores médios do índice de secagem obtidos em cada uma das argamassas. Tabela 7-9 – Valores médios do índice de secagem das diferentes argamassas estudadas. Argamassa Designação I.S.médio Cal A500 A250 A125 A75 0,39 0,44 0,50 0,47 0,47 Teor de água inicial [%] 10,02 16,11 15,01 15,05 23,79 Pela análise dos resultados verifica-se que a argamassa de referência é a que apresenta um teor em água inicial inferior, aproximando-se dos 10 %. Em relação às argamassas com incorporação de cinzas de casca de arroz, a A75 apresenta um teor em água inicial bastante superior, diferenciando-se em cerca de 8 % das restantes, sendo a curva de secagem marcada por uma maior inclinação no período inicial. Todas as argamassas com adição de cinzas apresentam uma cinética de secagem semelhante, como se pode verificar na Figura 7-37. 124 26,0 24,0 22,0 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 Cal A500 A250 W[%] A125 A75 0 5 10 15 20 25 Tempo [dias] Figura 7-37 – Comparação das curvas de secagem médias das várias argamassas. O comportamento obtido neste ensaio pode ser relacionado com os valores obtidos no ensaio de porosidade aberta. A argamassa que apresenta maior valor de porosidade aberta, A75, é também a que apresenta um maior teor em água inicial, verificando-se o contrário na argamassa de referência. Refira-se que a variação da capacidade de perda de água por evaporação está directamente relacionada com o volume de poros. Conclui-se que a argamassa de referência é a que apresenta um melhor desempenho no ensaio de secagem. 7.2.2.5 Determinação da dureza superficial – Esclerómetro Pendular O presente ensaio foi realizado com o objectivo de avaliar a resistência mecânica das argamassas quando aplicadas como camada de revestimento. Na Tabela 7-10 apresentam-se os valores médios e os respectivos desvios padrão obtidos no ensaio de esclerómetro pendular. Em cada provete foram efectuadas medições em nove pontos não se tendo observado discrepâncias significativas entre eles. Na mesma tabela indicam-se também os valores de resistência em função do índice esclerométrico, retirados do ábaco da Figura 7-39, e ainda os valores da resistência à compressão obtidos nos ensaios aos 28 dias de idade. 125 Tabela 7-10 – Índice esclerométrico e respectiva resistência superficial das diferentes argamassas. Ensaio de compressão aos 28 dias de idade Ensaio Esclerométrico Argamassa Designação Índice esclerométrico ± Desvio padrão Resistência ± Desvio padrão [MPa] Resistência à compressão [MPa] Cal A500 A250 A125 A75 34,6 ± 2,5 46,4 ± 10,9 43,4 ± 11,3 45,0 ± 10,6 40,4 ± 12,4 4,6 ± 0,55 n.a. 5,0 ± 0,74 n.a. 4,5 ± 0,67 0,5 3,2 3,5 3,8 5,5 Verifica-se que os valores obtidos nas argamassas com adição de cinza de casca de arroz são claramente superiores aos da argamassa de referência. Contudo, para as argamassas com adição de cinza não se verificou nenhuma tendência clara de variação do resultado com a granulometria da cinza, como se observou na caracterização mecânica dos provetes (Figura 7-16 e Figura 7-17). Além disso, os valores dos respectivos desvios-padrão são bastante elevados, retratando a variabilidade que se verificou neste ensaio. Tal como o esclerómetro de Schmidt este ensaio apresenta uma variabilidade elevada que é intrínseca deste tipo de teste. 6 Índice esclerométrico 45 5 40 35 4 30 25 3 20 2 15 10 1 5 0 Resistência à compressão [MPa] 50 0 Cal A500 A250 A125 A75 Argamassa Figura 7-38 – Relação entre índice esclerométrico e resistência à compressão das diferentes argamassas. Na Figura 7-39 apresenta-se um ábaco que acompanha o esclerómetro pendular que relaciona o índice esclerómetro com a resistência à compressão do material, indicando ainda um valor do 126 desvio padrão associado. Este ábaco não cobre o domínio dos resultados obtidos nas argamassas A500 e A125. Figura 7-39 – Ábaco do esclerómetro pendular do Tipo PT. Verifica-se que existe uma diferença significativa entre os valores da resistência à compressão obtidos no ensaio de compressão e os que resultam da consulta do ábaco da Figura 7-39. 7.2.2.6 Avaliação da profundidade de carbonatação Na Tabela 7-11 apresentam-se os valores médios da profundidade de carbonatação obtidos nas argamassas estudadas aos 28 dias de idade. Tabela 7-11 – Valores médios da espessura carbonatada das várias argamassas. Argamassa Designação Espessura carbonatada [mm] Cal A500 A250 A125 A75 5,7 1,0 1,0 1,0 1,0 127 Segundo os autores Ferreira Pinto et al. (2007/2008), a taxa de carbonatação depende de vários factores, dos quais se destacam a permeabilidade das argamassas e a humidade relativa do ambiente que as envolve. Deste modo, a velocidade de carbonatação será maior quanto maior for a permeabilidade e se a humidade relativa se mantiver entre os 55 e 75 %. A ordem de grandeza dos valores das argamassas com adição de cinzas poderá ser justificada pelo facto de a cura dos respectivos provetes ter sido realizada em câmara húmida com valores de humidade relativa entre 95 e 100 % que dificultam a penetração do CO2 na sua estrutura e tornam o processo carbonatação mais moroso. 128 8 CONSIDERAÇÕES FINAIS 8.1 Conclusões O trabalho desenvolvido teve como principal objectivo estudar a reactividade pozolânica da cinza de casca de arroz bem como a influência da sua granulometria. Foi utilizada uma cinza de casca de arroz disponível no mercado. Constatou-se que esta apresentava um aspecto heterogéneo uma vez que, para além das partículas mais pequenas e mais claras, continha uma parte significativa de partículas de maior dimensão e com uma tonalidade mais escura. Esta tonalidade indica que estas possam não estar correctamente calcinadas, comprometendo a sua eficácia. Na primeira fase da campanha experimental, seleccionaram-se as cinzas a utilizar no trabalho experimental, tendo-se removido as partículas de maiores dimensões e separando as cinzas de casca de arroz através de um processo de peneiração. Efectuou-se ainda a moagem das cinzas com recurso a um moinho do ensaio de Los Angeles de modo a reduzir a sua granulometria. Este processo de moagem revelou-se eficaz, permitindo a obtenção de uma maior percentagem de partículas de dimensão inferior a 75 μm. Concluiu-se ainda que, ao utilizar um número de esferas superior, o processo de moagem torna-se mais eficiente. Foi realizado um conjunto de ensaios no Laboratório da Secil (análise química, superfície específica pelo método de Blaine e análise granulométrica pelo método de peneiração) que permitiu uma melhor caracterização das cinzas utilizadas. Com os resultados obtidos na análise química, pôde-se concluir que o processo de calcinação utilizado não foi o mais indicado, uma vez que a percentagem de sílica obtida é inferior à referida na bibliografia, designadamente quando são utilizados outros processos de calcinação. Dos vários processos de calcinação, destaca-se o forno de leito fluidizado que tem a vantagem de permitir a monitorização dos vários parâmetros de incineração como o tempo, a temperatura e a quantidade de ar. Tendo em conta os resultados obtidos no ensaio de determinação da superfície específica pelo método de Blaine, concluiu-se que o método de preparação da cinza de casca de arroz utilizado no presente trabalho foi eficaz para a obtenção de cinzas com elevadas superfícies específicas. Nas argamassas estudadas, verificou-se que a trabalhabilidade se reduz com a incorporação de cinzas de casca de granulometrias inferiores. Contudo, decorridos 10 minutos após a 129 realização da amassadura, as argamassas manifestaram uma maior consistência, sendo possível considerar que, para um período de amassadura superior, o espalhamento pretendido seria atingido com uma menor quantidade de água. Em resultado da caracterização mecânica realizada aos 14 dias de idade, concluiu-se que o incremento da finura da cinza foi responsável pelo aumento da reactividade da cinza de casca de arroz, que se manifestou num aumento considerável dos valores da resistência mecânica. Com base nos resultados obtidos na primeira fase do trabalho experimental, decidiu-se estudar na segunda fase argamassas com adição de cinzas, que foram designadas por CM500, CM250, CM125 e CM75. Nesta segunda fase, teve-se como objectivo principal a análise da influência da finura da cinza nas características das argamassas. Refira-se que as argamassas produzidas com cinzas de menor dimensão, ainda que apresentem maiores valores de resistência mecânica, são aquelas que levam ao maior volume de desperdício de cinza durante a sua preparação, ao contrário das argamassas produzidas com cinzas de maior dimensão. Em relação à caracterização no estado fresco, verificou-se que a diminuição do tamanho das partículas das cinzas de casca de arroz teve como consequência uma redução da quantidade de água de amassadura para que se atingisse o espalhamento de 165 mm. Também em relação à capacidade de retenção de água por parte das argamassas, a finura das partículas de cinza desempenha um papel preponderante, uma vez que, globalmente, esta retenção será maior quanto menor for o tamanho das partículas de cinza. Em relação à massa volúmica, esta também assume valores superiores quanto se reduz o tamanho das partículas de cinza. Os valores da resistência mecânica das argamassas com incorporação de cinzas de casca de arroz evidenciaram, quer aos 14 quer aos 28 dias de idade, uma tendência crescente com a redução do tamanho das partículas de cinza. Estes valores foram superiores aos 28 dias de idade. Por outro lado, uma vez que estas argamassas foram submetidas a uma cura num ambiente húmido que dificulta a carbonatação, pode-se concluir que o incremento de resistência foi devido às reacções pozolânicas. A velocidade de propagação de ultra-sons determinada nos provetes prismáticos revelou-se sensível ao incremento da reactividade pozolânica, tendo sido melhorada com o aumento da finura da cinza. A adição de cinza de casca de arroz nas argamassas teve como consequência um aumento da porosidade aberta em relação à argamassa de referência, à base de cal. O aumento da finura das cinzas provocou uma tendência decrescente na porosidade das argamassas com incorporação de cinzas. 130 Nos resultados da absorção de água por capilaridade, observou-se uma tendência decrescente com o aumento da finura, à semelhança dos valores da porosidade em que se verificou a mesma tendência. No ensaio de secagem, não se verificou uma influência significativa da finura da cinza na cinética de secagem. O comportamento das diferentes argamassas, perante as respectivas capacidades de secagem, também pode ser justificado com os valores de porosidade aberta. Verificou-se que um valor superior de absorção inicial de água está associado a um maior valor de porosidade aberta, assim como o contrário também se verifica. Os resultados da resistência à compressão permitem classificar as argamassas como argamassas de renovação, de acordo com as exigências apresentadas na norma EN 998-1 (2003), cumprindo também os requisitos mínimos da norma ASTMC593-06 (2006). Considerando ainda a aplicação destas mesmas argamassas em edifícios antigos, os seus valores de resistência à compressão são demasiado elevados face aos requisitos sugeridos por Rosário Veiga et al. (2001), devendo, para tal, ser reduzida a quantidade de ligante existente na formulação das argamassas de modo a se obterem valores inferiores de resistência. Em resumo, através da caracterização mecânica das argamassas estudadas, foi possível demonstrar a reactividade da cinza de casca de arroz estudada e a possibilidade do seu incremento com o aumento da finura das partículas. Foi ainda possível verificar a influência da granulometria da cinza de casca de arroz em várias características das argamassas, quer no estado fresco quer no estado endurecido, reforçando deste modo o interesse em se continuar o estudo da sua aplicação como adição pozolânica em argamassas de cal aérea. A realização deste estudo permitiu ainda aferir o enorme potencial da utilização de cinzas de casca de arroz em argamassas de cal aérea para aplicação em alvenarias antigas, contribuindo para o desenvolvimento de práticas sustentáveis no sector da reabilitação, através da incorporação de subprodutos industriais. 8.2 Propostas para desenvolvimentos futuros Após as conclusões do trabalho desenvolvido constatou-se a necessidade de aprofundar o conhecimento da evolução da reacção pozolânica da cinza de casca de arroz ao longo do tempo, tanto em termos de velocidade de reacção como em termos de produto final. Este estudo deverá ser acompanhado por um processo eficaz de controlo e monitorização. São exemplo desses métodos: 131 O Método Chapelle; Método da condutividade; Método preconizado na norma NP EN 196-5. De modo a complementar o presente estudo, considera-se adequada a caracterização mais detalhada da micro-estrutura porosa das argamassas no estado endurecido, através do ensaio de porometria de mercúrio, complementado com a observações através da lupa binocular e do microscópio electrónico. Considerando a aplicação deste tipo de argamassas na reabilitação de edifícios antigos será pertinente a avaliação do seu comportamento face à cristalização de sais solúveis, a realização de ensaios de retracção restringida e o estudo da aderência das argamassas com cinza às alvenarias antigas quando submetidas a diferentes condições termo-higrométricas. Será ainda relevante o estudo da optimização da quantidade de água e da quantidade de cinza de casca de arroz a utilizar na formulação de argamassas de cal, de modo a que os valores das diferentes características se enquadrem nos requisitos exigidos. Será, também, desafiante a avaliação da utilização das cinzas de casca de arroz em argamassas à base cal hidráulica e de cimento. O estudo de argamassas de cal aérea com a adição de cinzas de casca de arroz para a sua aplicação em edifícios novos poderá ser interessante face ao contributo ambiental obtido pela utilização da cal e da cinza de casca de arroz em detrimento do cimento ou da cal hidráulica. 132 BIBLIOGRAFIA Agarwal, S.K. 2004. Pozzolanic activity of various siliceous materials. Central Building Reseearch Institute. Uttaranchal : Cement and Concrete Research 36, 2004. Agostinho, Cláudia S.A. 2008. Estudo da evolução do desempenho no tempo de argamassas de cal aérea. Dissertação para obtenção do Grau de mestre em Engenharia civil. Lisboa : Instituto Superior Técnico - Universidade Técnica de Lisboa, 2008. Almeida, N.F. 2008. Argamassas de cal aérea e cinza de casca de arroz para alvenaias antigas. 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