TRANSPORTE DE ÁGUA NAS ARGAMASSAS NOS MOMENTOS INICIAIS PÓS-APLICAÇÃO

TRANSPORTE DE ÁGUA E O COMPORTAMENTO DOS REVESTIMENTOS DE ARGAMASSA NOS MOMENTOS INICIAS PÓS-APLICAÇÃO

Elton Bauer, Isaura N. L. Paes, 

elbauerlem@gmail.com,isaurapaes@ufpa.br.

 1. INTRODUÇÃO

As argamassas de revestimento são dosadas para atender a um conjunto de propriedades no estado fresco, pertinentes ao processo de aplicação, e aos comportamentos exigíveis ao desempenho físico-mecânico do sistema de revestimento no estado endurecido. No que diz respeito aos momentos iniciais após a mistura e aplicação da argamassa sobre a alvenaria, ocorre uma grande modificação na estrutura interna do material em função do transporte de água da argamassa. Essa água se movimenta em direção a estrutura porosa da alvenaria (blocos cerâmicos ou de concreto, por exemplo) basicamente por efeito de sucção capilar (absorção). Também ocorre movimentação da água para a superfície exposta causada pela evaporação superficial. 

A saída da água da argamassa nos momentos iniciais (algumas horas após a mistura) e nas idades iniciais (primeiros 7 dias) é extremamente importante, no desenvolvimento de propriedades do sistema de revestimento (como é o caso da aderência), e também no surgimento de patologias indesejáveis como por exemplo a fissuração por retração. A saída da água no instantes iniciais pós-aplicação ainda se faz importante nas operações de nivelamento e acabamento da argamassa aplicada sobre a alvenaria. Nessa situação, a argamassa diminui sua plasticidade e fluidez, permitindo que se façam as operações de acabamento.

Em relação a aderência da argamassa ao substrato (alvenaria), Carasek (1996) [1] mostrou a importância do transporte de água para o substrato  evidenciando a formação de produtos de hidratação nos poros dos blocos cerâmicos, além da influência da porosidade tanto da argamassa quanto do bloco cerâmico no desenvolvimento da aderência. Groot (1988) [2] e Paes (2004) [3]  convergem em seus estudos, apontando a importância da correta sucção de água da argamassa, uma vez que valores muito altos desse transporte para o bloco de alvenaria podem conduzir a menores valores da resistência de aderência. Situações em que a sucção é prejudicada (pela baixa porosidade do bloco, por exemplo), também levam a valores relativamente baixos na resistência de aderência [4].

Do ponto de vista da formulação e dosagem das argamassas, uma propriedade importante, corriqueiramente avaliada é a retenção de água. No Brasil, esse ensaio é padronizado pela Norma Brasileira NBR13277:2005, e emprega a metodologia do funil de Bucher modificado. Dentre os materiais, sabe-se que a cal, bem como também as demais partículas finas influenciam aumentando a retenção de água da argamassa.

Em relação ao comportamento pós-acabamento, é de extrema importância a movimentação de água quanto aos fenômenos de fissuração. A saída de água por evaporação e por sucção da alvenaria causa retração, a qual pode levar a fissuração da argamassa. Veiga (1998) [5] e posteriormente Silva (2011) [6] estudaram o efeito da retração associando o comportamento mecâncico das argamassas no sentido do desenvolvimento da fissuração. Pereira (2007) [7] efetuou um amplo estudo da saída de água da argamassa por evaporação, associando a mesma ao mecanismo de perda de aderência e descolamento do revestimento de argamassa.

O transporte de água da argamassa para o bloco de alvenaria obviamente depende das características da estrutura porosa do mesmo. Esse fluxo de água é muito intenso nos momentos iniciais de contato e se prolonga em função do grau de favorecimento ao transporte de água. Assim as características de porosidade do bloco, bem como seu comportamento em relação a sucção inicial e a evolução da sucção ao longo do tempo,  são importantes no estudo. Paes (2004) [3] mostrou que mais importante do que a sucção inicial (avalidada corriqueiramente em 1 minuto de contato com a água) vem a ser o perfil de comportamento em relação a sucção capilar ao longo do tempo. Nesse sentido, a absortividade proposta por Hall (1989) [8] parece ser um parâmetro mais abrangente na caracterização da sucção de água pelo bloco de alvenaria.

Em relação a argamassa, a saída de água a partir do contato com o bloco de alvenaria é bastante alta nos momentos iniciais. Isso ocorre por 2 motivos concomitantes, a saber: o alto teor de água da argamassa (necessários para a fluidez e trabalhabilidade do processo executivo) e também pela alta tensão de sucção capilar do substrato. Na medida em que ocorre o processo de transporte de água,  a tensão de sucção capilar no bloco na região de contato diminui (com o aumento do teor de umidade na região superficial do bloco de alvenaria), bem como diminui a disponibilidade de água para movimentação na argamassa. Deve ser lembrado que a água não está completamente livre para movimentação na estrutura de poros que se formam com a sucção, pois existem forças capilares, fenômenos de adsorção física, bem como também fixação de água pelas reações químicas com os aglomerantes. Assim, a sucção de água para o bloco (alvenaria) existe quando a resultante entre este conjunto de fatores ocorre no sentido favorável (da argamassa para o bloco).

A modelação comportamental  dos fenômenos envolvidos pode ser feita a partir da “teoria de fluxo em poros não saturados”. Nessa modelação pode-se chegar ao conceito de “difusividade hidráulica”, que vem a ser um fator de proporcionalidade entre densidade de fluxo e o gradiente de umidade [3]. Todavia, esses modelos trabalham com situações ideais, e as modificações no sistema poroso (ao longo do tempo), quer da argamassa, quer do bloco de alvenaria, associadas a modificações oriudas do próprio fluxo de água, criam  situações de particularidade para cada material estudado. Assim, as equações que modelam o fluxo em poros não saturados necessitam de ajustes experimentais específicos para cada material a ser estudado.

O presente estudo buscou determinar a evolução do perfil de umidade desde os momentos iniciais de contato da argamassa com o substrato (bloco de alvenaria) até o endurecimento inicial da argamassa. Também foi avaliada a aderênai à tração nas argamassas estudadas. Para tal foi desenvolvido um programa experimental com o estudo das diversas variáveis envolvidas.

2. DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL 

O objetivo do programa experimental foi estudar a evolução dos perfis de tansporte de água do sistema argamassa-bloco de alvenaria, monitoranto-se o teor de umidade no interior da camada de argamassa. Para esse monitoramento foram desenvolvidos nessa pesquisa, sensores resisitivos de umidade conforme descrito em Paes (2004)[3]. Efetuou-se o estudo com 3 argamassas mistas (cimeto, cal hidratada e areia), variando-se a distribuição granulométrica da areia empregada.

2.1 Aplicação da argamassa e mensuração da movimentação de água

Os sensores partiram de uma condição saturada (100% de umidade) compatível às condições de umidade da argamassa recém misturada. Com a movimentação de água para o bloco de alvenaria os sensores mediam os teores de umidade na posição em que achavam-se dispostos. As medições nos sensores eram elétricas (corrente), sendo que para cada um deles existe uma curva de correlação corrente-teor de umidade. A disposição do posicionamento dos sensores pode ser observada na Figura 1. Os mesmos eram posicionados por um suporte metálico, dentro de uma forma retangular sobre o bloco de alvenaria. Uma vez que a espessura da camada de argamassa definida para esse estudo corresponde a 50mm, a mesma foi subdividida em 4 camadas. A cada camada era posicionado um conjunto de no mínimo 2 sensores. Assim, na análise, foi possível obter resultados das seguintes camadas:

• Camada da interface – camada que faz contato com a superfície do bloco de alvenaria (C4)

• Camada intermediária inferior (C3)

• Camada intermediária superior (C2)

• Camada superficial – camada de topo (C1)

Figura 1 – Posicionamento dos sensores para medição da movimentação de água.

A argamassa foi aplicada nas formas através do princípio da caixa de queda. A partir de uma mesa com uma escotilha ao fundo, lançava-se a argamassa por queda livre sempre a mesma altura, ocorrendo então o preenchimento uniforme da forma. Para se evitar perdas por evaporação todo o conjunto de ensaio foi montado em um recipiente em que se mantinha a umidade relativa em torno de 100%, conforme pode ser observado na Figura 2.

Figura 2 – Detalhe do aparato de medição do conjunto de ensaio

2.2 Ensaio de aderência

A aderência é uma propriedade muito dependente da movimentação de água entre argamassa e bloco de alvenaria. Nesse sentido efetuou-se o ensaio em um corpo-de-prova similar ao utilizado no ensaio de movimentação de água, procedendo-se a avaliação de acordo com a NBR 13528:2010 na idade de 28 dias.

2.3. Materiais

Para o desenvolvimento do estudo foram definidas 3 areias a utilizar, nitidamente diferentes em relação a distribuição granulométrica. A intenção foi de obter argamassas com perfis diferentes quanto a movimentação de água. A Tabela 1 apresenta a distribuição granulométrica das areias utilizadas. Observa-se que a areia A é mais fina que a areia B, e esta é mais fina que a areia C.

Tabela 1 – Percentagens retidas acumuladas das areias.

Abertura (mm)	A	B	C
2,4	0,00	0,00	0,00
1,2	24,06	31,70	39,34
0,6	37,20	47,64	58,08
0,3	62,84	70,80	78,76
0,15	87,42	89,77	92,12
0,075	93,60	95,33	97,06
Fundo	100,00	100,00	100,00

 O cimento empregado foi o cimento brasileiro CP II F 32, Cimento Portland Composto com até 10% de filer calcário. A cal empregada foi uma cal hidratada CH-I constituída essencialmente de hidróxido de cálcio.

As argamassas foram dosadas conforme medodologia usual de ajuste de trabalhabilidade corrente no Laboratório de Ensaio de Materiais (LEM-UnB), descrita em Paes (2004)[3]. Foram obtidas as respectivas proporçoes de materiais, as quais acham-se apresentadas na Tabela 2.

Tabela 2 – Proporção das argamassas utilizadas

Argamassas	Proporção (massa) (cimento:cal:areia:água)	Proporção (volume) (cimento: cal:areia:água)
A	1:0,73:9,27:1,97	1:1,24:6,82:1,97
B	1:0,87:9,27:2,14	1:1,47:6,82:2,14
C	1:1,06:9,27:1,94	1:1,80:6,82:1,94

As propriedades das argamassas no estado fresco estão apresentadas na Tabela 3. Observa-se comportamento similar em relação ao ensaio de espalhamento  que foi parâmetro definidor na dosagem das argamassas. O mesmo comportamento foi observado no ensaio Vane Test. Quanto à retenção de água foi observada a mesma ordem de grandeza nas 3 argamassas.

Tabela 3 – Caracterização das argamassas no estado fresco

Propriedade determinada	Método de Ensaio	Resultados Médios
		Argamassas
		Arg. A	Arg. B	Arg. C
Consistência (Espalhamento)	NBR 13276 (2005)	221 mm	252 mm	255 mm
Resistência ao cisalhamento (Vane Test)	ASTM D 4648-00	1,19 kPa	1,51KPa	1,70 KPa
Ar incorporado (pressométrico)	NBR  NM 47:95	5%	6,5%	8%
Retenção de água (funil)	NBR 13277 (2005)	69%	70%	71%
Densidade de massa	NBR 13278 (2005)	1,88 g/cm³	1,89 g/cm³	1,91 g/cm³

O presente estudo ateve-se aos blocos de alvenaria tipo blocos de concreto. Os mesmos foram caracterizados em relação as suas propriedades conforme coloca a Tabela 4.

Tabela 4 – Características dos blocos de alvenaria (blocos de concreto)

Características Determinadas	Método de ensaio	Número de determinações	Resultado médio
Absorção de água	MB-3459        (ABNT, 1991)	50	7,0%
Taxa inicial de sucção (IRA)	ASTM C-67	70	50,3 g/194cm²/min
Resistência à compressão	MB-3459        (ABNT, 1991)	12	6,5 MPa

O bloco de alvenaria foi também avaliado em relação à absorção capilar com água (livre). O resultado é mostrado na Figura 3, onde se observa que ocorre grande sucção inicial nos primeiros minutos. Em sequência, a velocidade de sucção é quase constante até o final da determinação (mais de 10 horas).

Figura 3 – Comportamento do bloco de alvenaria em relação à absorção capilar


2.3 Resultados e discussão
Alguns parâmetros foram mantidos constantes, e dessa forma não foram objeto de estudo na análise efetuada. Não se mensurou a água combinada ao cimento durante todo o processo. Deve se mencionar que as leituras foram efetuadas até 540 minutos (9 horas) e que principalmente após o período de indução, as reações da água com o cimento são intensas. Todavia, de forma simplificada, essas reações ocorrem em todas as camadas estudadas, pois para cada camada o teor de cimento é o mesmo. Assim as relações da água transportada foram mantidas.

2.3.1 Transporte de água 
O perfil geral de comportamento pode ser analisado na Figura 4, onde se observa a evolução da água transportada em cada camada. Observa-se um relativo “paralelismo” de comportamento entre as camadas, sendo notório que as camadas superficiais (C1, C2) apresentam menor fluxo de água do que as camadas próximas a interface com bloco de alvenaria (C3, C4). Esse comportamento é o esperado, uma vez que as condições foram padronizadas para o estudo do transporte de água para o bloco de alvenaria.

Figura 4 – Perfil de evolução do transporte de água – Argamassa A

A análise dos perfis obtidos para as 3 argamassas de estudo levou a distinguir 3 regimes de fluxo nos quais a velocidade de transporte é relativamente constante. Conforme pode se distinguir na Figura 5, foram definido os regimes:

• Regime R1 – de 0 a 5 minutos

• Regime R2 – de 5 a 60 minutos

• Regime R3 – de 60 a 540 minutos.

Figura 5 – Definição dos regimes de transporte de água

Os resultados observados no monitoramento do transporte de água podem ser observados na Tabela 5. A quantidade de água trasportada corresponde a massa de água perdida (para a camada subsequente) na camada durante a duração do regime específico. Essa quantidade é determinada tendo por base a quantidade inicial de água da camada de espessura de 50mm de argamassa aplicada (sobre o bloco de alvenaria). 

Na maioria dos casos observou-se que a ordem de quantidade de água transportada é maior na camada C4 e diminui consecutivamente até a camada C1. Isso é bastante óbvio, uma vez que a camada C4 é a camada de contato com o bloco, e é por essa interface que ocorre o transporte da água. Também se observa, na maioria dos casos, que a velocidade média de transporte de água é superior na camada C4 em relação as demais. Isso é mais evidente no regime R1, sendo que também se observa redução na velocidade média nas camadas C3, C2 e C1 em relação a C4.

Tabela 5 – Resultados médios do transporte de água para as argamassas estudadas

No caso particular do regime R1, o qual corresponde aos momentos iniciais de contato, deve-se observar que existem 2 condições muito favoráveis ao fluxo de água. Primeiramente a superfície do bloco de alvenaria encontra-se com baixa umidade, o que faz com que a tensão de sucção capilar seja alta nessa região e nesse momento. Em função da porosidade característica do bloco de concreto (grande poros capilares) pode ocorrer também uma grande vazão de água na sucção. A Figura 3 ilustra bem esse comportmento inicial na sucção de água nos momentos iniciais. 
Outro aspecto a considerar é a maior facilidade de movimentação da água da argamassa nos momentos iniciais. Nessa situação a argamassa encontra-se mais fluida, com uma estrutura porosa ainda indefinida, sendo que a própria sucção inicial irá direcionar a formação dos poros e vazios capilares. Assim, os momentos iniciais são extremamente favoráveis ao transporte de água, tanto em quantidade, como em velocidade (vazão). Isso é muito evidente na Tabela 5  tanto pelos valores de água transportada, como também pelas velocidades médias em cada camada, para todas as argamassas. 
Em termos da influência das argamassas é evidente que a argamassa C apresenta o maior fluxo de água transportada (em todas as camadas, sendo crescente no sentido C4>C3>C2>C1) e a maior velocidade média de transporte. Em sequência tem-se comportamento similar para a argamassa B, só que com menor intensidade que a argamassa C. Por último tem-se a argamassa A com os menores valores de água transportada e velocidade média. 
As argamassas foram dosadas para serem aplicáveis e relativamente similares entre si em seu comportamento reológico. A grande diferença entre as mesmas está na ditribuição granulométrica das areias utilizadas. Como mostra a Tabela 1, a areia C é mais grossa que a areia B, a qual é mais grossa qua areia A. Como o teor de areia é constante (Tabela 2), essa diferença exigiu um maior teor de cal na dosagem para as argamassa C e B para atender as questões de trabalhabilidade. Parece evidente que o maior fator que condiciona esse maior fluxo de água é a granulometria da areia e o arranjo dos grãos conseguido principalmente nas dimensões menores das partículas. Observa-se também que as 3 argamassas possuem o mesmo valor de retenção de água (70%), sendo que o comportamento em relação ao transporte de água foi completamente diferente para as 3 argamassas. Isso parece identificar que a tensão de sucção capilar do bloco de concreto (alvenaria), no regime R1, talvez seja signficativamente maior do que a aplicada no ensaio de retenção de água. 
Deve ser lembrado tembém que a água transportada de uma camada superior é recebida em determinada camada e transportada para a camada inferior a mesma. Esse fluxo, como comentado, é muito favorecido nos momentos iniciais de contato (regime R1). A medida em que o sistema se estrutura e os mecanismos de transporte se particularizam, o fluxo só ocorre se a resultante entre a tensão de sucção (originária do bloco) e as restrições ao fluxo (adsorção, Van der Waals, empacotamento) é favorável ao transporte. No regime R2 se observa uma redução muito forte na velocidade média de transporte, sendo que ainda se tem uma velovidade superior na camada C4 reduzindo consecutivamente até a camada C1 para todas as argamassas. A redução da velocidade (em relação ao regime R1) é mais intensa nas argamassas B e C, com areias de maior dimensão de partículas. Nota-se novamente uma nova contribuição da granulometria da areia, agora em uma nova situação de fluxo. Observa-se também que a água transportada na camada C4 ainda é superior a transportada da camada C3. Isso significa que além da água recebida da camada superior (C3), também ocorre transporte de água da própria camada para os substrato.
No regime R3 seguramente já temos a argamassa sofrendo a transição para o estado endurecido. Nessa situação tanto o teor de água como a mobilidade dessa água no sistema poroso são menores. Observa-se uma fortíssiam redução da velocidade de transporte de água nas camadas, sendo que as mesmas convergem para valores muito próximos entre as camadas. Observa-se nas argamassas B e C, que em alguns casos a água transportada em determinada camada é inferior a transportada da camada superior a mesma. Isso justifica-se tanto pela dificuldade de fluxo que pode ocorrer (redução de poros, deposição de produtos da hidratação), como também pela diminuição da tensão de sucção uma vez que o bloco encontra-se já com um significativo teor de umidade (a tensão de sucção é inversamente proporcional ao teor de umidade). Pode haver, portanto camadas que pontualmente podem ter uma maior concentração de água pela dificuldade de fluxo que o sistema passa a apresentar. Deve também ser mencionado que esse comportamento não foi observado na argamassa A onde o fluxo de água se manteve em todas as camadas no regime R3.

2.3.2 Aderência à tração
Os resultados do ensaio de aderência à tração podem ser observados na Tabela 6. Identifica-se um nítido crescimento da resistência de aderência da argamassa A, para a B e para a C.
Associando-se o comportamento frente ao transporte de água, observa-se que as argamassas B e C apresentaram altos teores de água transportada, enquanto a argamassa A apresentou os menores valores de água transportada. Os maiores valores de aderência para as argamassas B e C não podem ser atribuídos somente ao maior teor de água transportada, mas pode se afirmar que houve uma contribuição efetiva desse aspecto no resultado final observado.

Tabela 6 – Resistência de aderência à tração

Argamassas	Rad (MPa)	Formas de rupturas Predominantes (%)
		Argamassa de    revestimento (superfície)	Argamassa de  revestimento (interior)	Interface argamassa/substrato
A	0,30	56	44	-
B	0,41	67	33	-
C	0,46	78	22	-

3. CONCLUSÕES

Do estudo apresentado, pode-se enumerar as seguintes conclusões principais:

• O transporte de água é muito mais intenso nos momentos iniciais (regime R1) possivelmente pela maior tensão de sucção do bloco de concreto e pela maior mobilidade da água na argamassa.

• O fator determinante no comportamento das argamassas foi a distribuição granulometrica da areia. Arranjos de grãos mais finos levaram a menores intensidades no transporte de água.

• Não foi possível associar o transporte de água à retenção de água mensurada nas argamassas. Possivelmente a tensão de sucção originária do bloco de alvenaria seja muito diferente da empregada no ensaio.

• A redução no transporte de água com a evolução do tempo é evidente entre os regimes estudados. Essa redução é mais marcante para as argamassas B e C, de maior distribuição granulométrica da areia.

• As propriedades físico-mecânicas dependentes do teor de água e do transporte da mesma são fortemente influenciadas. Observou-se forte incremento da resistência de aderência à tração com o aumento da água transportada.

4. REFERÊNCIAS

[1] Carasek, H. Aderência de argamassas a bse de cimentos Portland a substratos porosos. São Paulo, 1996. Tese (doutorado).Escola Politécnica, Universidade de São Paulo.

[2] Groot, C.J.W.P.Aspects of mortar-brick bond. In: International Brick and Block Masonry Conference, 8th, Dublin. Proceedings. Elsevier, 1988. V.1. p.175-181

[3] Paes. I.N.L. Avaliação do transporte de água em revestimentos de argamassa nos momentos iniciais pós-aplicação. Brasília, 2004. Tese (doutorado). PECC, Universidade de Brasília.

[4] Bauer, E. Revestimentos de argamassa: características e peculiaridades. Brasília, SINDUSCON-DF, 2005.

[5] Veiga, M.R.S. Comportamento de argamassas de revestimento de paredes. Contribuição para o estudo da sua resistência à fendilhação. Lisboa, 1998. Tese (doutorado). Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto.

[6] Silva, N.G. Avaliação da retração e da fissuração em revestimento de argamassa na fase plástica. Florianópolis, 2011. Tese (doutorado). PPGEC. Universidade Federal de Santa Catarina.

[7] Pereira, C.H.A.F. Contribuição ao estudo da fissuração, da retração e do mecanismo de descolamento do revestimento à base de argamassa. Brasília, 2007. Tese (doutorado). PECC, Universidade de Brasília.

[8] Hall. C. Water sortivity of mortars and concretes: a review. Magazine of Concrete Research , vol. 41(147), 51-61.