Post on 29-May-2020
Caracterização Microestrutural de Argamassas
Mónica Sofia Lopes de Almeida Gominho
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em:
Engenharia Civil
Orientadores Prof.ª Dr.ª Inês dos Santos Flores Barbosa Colen
Prof.º Dr. Manuel Francisco Costa Pereira
Júri Presidente: Prof.º Dr. Augusto Martins Gomes
Orientador: Prof.ª Dr.ª Inês dos Santos Flores Barbosa Colen Vogal: Prof.ª Dr.ª Maria Paulina Santos Forte de Faria Rodrigues
Julho de 2016
I
Agradecimentos
Pretendo neste subcapítulo agradecer a todos aqueles que me prestaram auxílio durante a elaboração
desta dissertação.
Em primeiro lugar, quero agradecer pela total disponibilidade, auxilio e dedicação dos meus
orientadores científicos, professora Inês Flores-Colen e professor Manuel Francisco Pereira.
Agradeço ao Pedro Afonso, ex-aluno de mestrado IST, pela cedência dos resultados dos ensaios de
desempenho, realizados no âmbito da sua dissertação.
Aos alunos de doutoramento do Laboratório de Mineralogia e Petrologia do IST, especialmente à Carla
Rocha pela simpatia e companheirismo prestado durante a realização dos ensaios laboratoriais.
A Dra. Isabel Nogueira, técnica do MicroLab - Electron Microscopy Laboratory do IST, pela
disponibilidade e apoio prestado na aquisição de imagens no microscópio eletrónico de varrimento.
À FCT (Fundação para a Ciência e a Tecnologia), dado que este trabalho foi desenvolvido no âmbito
do projeto de investigação FCT PTDC/ECM/11826/2010 NANORENDER – Performance of sílica
nanoaerogel – based renders.
A todos os meus amigos e em especial ao João Pêcego, pela paciência, apoio e motivação.
Aos meus pais e avós, agradeço todo o apoio, amor e compreensão que me deram ao longo do curso
e da realização desta dissertação.
II
III
Resumo
A variabilidade da estrutura interna das argamassas de revestimento torna complexa a análise e a
comparação das várias propriedades de desempenho. Nesse sentido, a utilização de técnicas
avançadas de caraterização e diagnóstico podem contribuir para uma melhor análise das propriedades
químicas, mineralógicas e microestruturais das argamassas, e para o estabelecimento dos parâmetros
de desempenho mais relevantes.
Neste trabalho, foram caracterizadas várias formulações de argamassas, com agregados de cortiça
expandida, areia, argila expandida e de aerogel de sílica com recurso à microtomografia computorizada
de raios-x (MicroCT), microscópio eletrónico de varrimento (MEV), difração de raios-x (DRX) e
espectroscopia de infravermelhos por transformada de Fourier (FTIR). Desta forma, pretende-se
estudar a estrutura sólida, em termos dos agregados e interface agregado/ligante e a estrutura porosa,
relativamente à quantidade, forma, dimensão e conexão dos poros. Para além disso, obteve-se
informação relativa aos componentes utilizados e aos produtos formados no âmbito das reações
químicas envolvidas na produção e cura das argamassas.
A metodologia proposta baseia-se na avaliação da aplicabilidade de cada uma das técnicas de
caraterização microestrutural e do seu potencial para a interpretação dos resultados em ensaios
mecânicos e físicos que são correntemente realizados em laboratório, no estado endurecido.
Com base na metodologia proposta, foi possível identificar vários parâmetros relevantes para a
caracterização microestrutural de argamassas e propor grupos de microestrutura segundo o tipo de
ligação e rede porosa. Esta sistematização demonstrou-se útil para a análise do desempenho de
argamassas térmicas
Palavras- chave: Argamassa térmica, Microestrutura, Microtomografia de raios-X, Microscópio
eletrónico de varrimento, Desempenho
IV
V
Abstract
The variability of the internal structure of the coating mortar makes the analysis and comparison of the
various performance properties a complex task. To facilitate it, the use of advanced characterization
and diagnostic techniques contribute to a better analysis of the chemical, mineralogical and
microstructural mortars, and the establishment of the relevant performance parameters.
In this study, various formulations of mortars were characterized with expanded cork aggregates, sand,
expanded clay and silica aerogel using X-ray Microtomography (micro-CT), Electronic Scanning
Microscope (SEM), X-ray Diffraction (DRX) and Infrared Spectroscopy Fourier Transform (FTIR). Thus,
it is intended to study the solid structure in terms of the aggregate, binder and aggregate/binder
interface; and porous structure regarding to the amount, shape, size and connecting pores. In addition,
information was obtained on the components used and the products formed under the chemical
reactions involved in the production and curing of the mortar.
The method proposed is based on the evaluation of the applicability of each microstructural
characterization techniques and their potential for interpretation of results, in mechanical and physical
tests, that are commonly performed in the laboratory in the hardened state. Based on this methodology,
it was possible to identify a number of relevant parameters for the microstructural characterization of
mortars and propose microstructure groups according to the type of connection and porous network.
This systematization has shown to be useful for analyzing the performance of thermal mortar.
Keywords: Thermal mortar, Microstructure, X-ray Microtomography, Electronic Scanning Microscope,
Performance
VI
VII
Índice geral
Agradecimentos ..................................................................................................................................... I
Resumo.................................................................................................................................................. III
Abstract .................................................................................................................................................. V
Índice geral ........................................................................................................................................... VII
Índice de figuras .................................................................................................................................... X
Índice de tabelas ................................................................................................................................. XIII
Abreviaturas ........................................................................................................................................XIV
Argamassas ......................................................................................................................................XIV
Alfabeto latino ....................................................................................................................................XV
Alfabeto grego ....................................................................................................................................XV
1. Introdução ...................................................................................................................................... 1
1.1. Considerações iniciais ............................................................................................................. 1
1.2. Objetivos e metodologia da dissertação ................................................................................. 2
1.3. Estrutura e organização do trabalho ....................................................................................... 2
2. Microestrutura de argamassas .................................................................................................... 5
2.1. Considerações iniciais e enquadramento atual....................................................................... 5
2.2. Características das argamassas de desempenho térmico melhorado ................................... 6
2.3. Componentes das argamassas de desempenho melhorado .................................................. 6
2.3.1. Agregados isolantes ........................................................................................................ 6
2.3.2. Ligantes ......................................................................................................................... 11
2.3.3. Água .............................................................................................................................. 11
2.3.4. Adjuvantes ..................................................................................................................... 11
2.4. Caracterização microestrutural de argamassas .................................................................... 12
2.5. Técnicas de caracterização ................................................................................................... 16
2.6. Estrutura porosa e porosidade de argamassas .................................................................... 19
2.6.1. Estrutura porosa - definição e propriedades ................................................................. 19
2.6.2. Porosidade – definição e propriedades ......................................................................... 21
VIII
3. Programa experimental ............................................................................................................... 25
3.1. Enquadramento ..................................................................................................................... 25
3.2. Metodologia de investigação ................................................................................................. 25
3.3. Caracterização e identificação das argamassas ................................................................... 28
3.4. Descrição das técnicas .......................................................................................................... 30
3.4.1. Considerações iniciais ................................................................................................... 30
3.4.2. Ensaios realizados anteriormente ................................................................................. 30
3.4.3. Ensaios realizados no decorrer do trabalho .................................................................. 32
3.4.3.1. Lupa binocular ............................................................................................................... 32
3.4.3.2. Microtomografia computorizada de raios-X (MicroCT).................................................. 33
3.4.3.3. Microscópico eletrónico de varrimento (MEV) ............................................................... 35
3.4.3.4. Análise por difração de raios-X (DRX) .......................................................................... 36
3.4.3.5. Espectroscopia de infravermelhos com transformada de Fourier (FTIR) ..................... 39
3.5. Síntese do capítulo ................................................................................................................ 41
4. Análise de resultados ................................................................................................................. 43
4.1. Considerações gerais ............................................................................................................ 43
4.2. Caracterização microestrutural de argamassas .................................................................... 43
4.2.1. Caracterização dos agregados ...................................................................................... 43
4.2.2. Caracterização da pasta-ligante na argamassa ............................................................ 47
4.2.3. Caracterização da interface pasta-ligante/agregado..................................................... 52
4.2.4. Caracterização do espaço poroso ................................................................................. 56
4.3. Parâmetros de caracterização............................................................................................... 63
4.4. Agrupamentos de microestruturas de argamassas............................................................... 66
4.4.1. Tipo de ligação .............................................................................................................. 66
4.4.2. Tipo de estrutura porosa ............................................................................................... 69
4.5. Análise dos resultados de desempenho ............................................................................... 72
4.5.1. Influência do adjuvante .................................................................................................. 73
4.5.2. Influência da granulometria ........................................................................................... 73
4.5.3. A substituição parcial do aerogel por outros agregados isolantes ................................ 74
4.5.4. Ligações entre agregados e estrutura porosa ............................................................... 75
IX
4.6. Síntese do capítulo ................................................................................................................ 76
5. Conclusões e desenvolvimentos futuros ................................................................................. 77
5.1. Considerações gerais ............................................................................................................ 77
5.2. Propostas para desenvolvimentos futuros ............................................................................ 80
Referências Bibliográficas ................................................................................................................. 81
Anexos………………………………………………………………………………………………………….…I
Anexo 1 – Resultados da DRX (Difração de raio-X) ............................................................................ I
Anexo 2 – Resultados da FTIR (espectroscopia de Infravermelhos com transformadas de Fourier) VI
Anexo 3 – Tabelas de distribuição de percentagem em massa de cada constituinte ...................... VII
Anexo 4 – Comunicação no II Simpósio de Argamassas e Soluções Térmicas de Revestimento.... IX
X
Índice de figuras
Figura 2.1 Estrutura do aerogel de sílica observada por MEV [W4] ....................................................... 7
Figura 2.2 Agregados de argila expandida entre 2 e 3 mm de diâmetro [W3] ....................................... 8
Figura 2.3 Granulado de cortiça (Amorim Isolamentos- ficha técnica) ................................................... 9
Figura 2.4 Estrutura miscroscópica da cortiça observada por MEV (Brás et al, 2013) .......................... 9
Figura 2.5 Grânulos de EPS (Sousa, 2010) .......................................................................................... 10
Figura 2.6 Grânulos de EPS- MEV (Amianti, 2005) .............................................................................. 10
Figura 2.7 Imagem tomográfica: a) Provete para análise b) volume de interesse c) análise com
exclusão da pasta ligante (Gallucci et al., 2007) ................................................................................... 14
Figura 2.8 Micrografias da interface do bloco cerâmico com a argamassa (Polito et al., 2010) .......... 15
Figura 2.9 Capacidade de medição de diversos métodos de caracterização (Fitzner, 1994) .............. 19
Figura 3.1 Fluxograma com o programa experimental ......................................................................... 26
Figura 3.2 Lupa binocular ...................................................................................................................... 32
Figura 3.3 Observação à lupa binocular da argamassa de aerogel CAG .............................................. 32
Figura 3.4 Aparelho de MicroCT ........................................................................................................... 33
Figura 3.5 Provete no interior da câmara .............................................................................................. 33
Figura 3.6 Representação tomográfica e análise da compacidade de uma fatia (2D)da argamassa
KIndEPS. ................................................................................................................................................... 34
Figura 3.7 Aparelho de MEV instalado no MicroLab no IST ................................................................. 35
Figura 3.8 Observação com o recurso ao MEV da argamassa EGC ..................................................... 35
Figura 3.9 Porta amostras para MEV .................................................................................................... 36
Figura 3.10 Difractogramas ................................................................................................................... 37
Figura 3.11 Difractómetro de raio-x e porta amostras - Philips X’Pert Pró ........................................... 38
Figura 3.12 Exemplo do resultado da DRX para argamassa de EPS .................................................. 39
Figura 3.13 Resultado da espectroscopia para a argamassa de aerogel e granulado de cortiça
(BAG+GC) .................................................................................................................................................. 40
Figura 3.14 Espectrómetro .................................................................................................................... 40
Figura 3.15 Prensa hidráulica ............................................................................................................... 40
Figura 4.1 Interior do agregado de argila expandida (lupa binocular) – escala: 250 µm ...................... 44
Figura 4.2 Superfície e interior do agregado de argila (MEV) – escala: 100 µm .................................. 44
XI
Figura 4.3 Partícula de aerogel (lupa binocular) escala: 250 µm ......................................................... 45
Figura 4.4 Partícula de aerogel envolvida em ligante (MEV) - escala:1 00 µm .................................... 45
Figura 4.5 Partículas de granulado de cortiça e poros interconectados (lupa binocular) - escala: 250
µm .......................................................................................................................................................... 45
Figura 4.6 Interface entre o ligante e a cortiça e pormenor dos poros celulares da cortiça (MEV) -
escala: 100 µm ...................................................................................................................................... 45
Figura 4.7 Grão de quartzo com cerca de 2 mm (lupa binocular) - escala: 250 µm ............................. 46
Figura 4.8 Grãos de areia da argamassa (Icontrolo)) envolvidos pelo ligante (MEV) escala: 100 µm ..... 46
Figura 4.9 Partículas de EPS (lupa binocular) ...................................................................................... 46
Figura 4.10 Poros celulares do EPS (MEV) escala: 100 µm ................................................................ 46
Figura 4.11 Argamassas analisadas à lupa binocular (escala 500 µm) ............................................... 47
Figura 4.12 Representações tomograficas ........................................................................................... 49
Figura 4.13 Argamassa de cortiça (EGC) com poros na zona de ligante (lupa binocular) –
escala:250µm ........................................................................................................................................ 49
Figura 4.14 Argamassa de cortiça (EGC) - MicroCT .............................................................................. 49
Figura 4.15 Argamassa JIndGC – escala:500 µm .................................................................................... 50
Figura 4.16 Argamassa KIndEPS – escala:500 µm .................................................................................. 50
Figura 4.17 Argamassas envolvidas pela pasta ligante, MicroCT (cima) e MEV (baixo) ..................... 51
Figura 4.18 Interface entre os agregados e o ligante das argamassas, MEV (cima) e lupa binocular
(baixo) .................................................................................................................................................... 52
Figura 4.19 Imagens do interior das argamassas com granulado de cortiça ....................................... 53
Figura 4.20 Observações da argamassa de argila expandida com recurso à Micro-CT (esq) e MEV
(dta) ....................................................................................................................................................... 54
Figura 4.21 Argamassas com agregados de superfície de contacto lisa ............................................. 54
Figura 4.22 Registo fotográfico da argamassa CAG ............................................................................... 54
Figura 4.23 Interface agregado/ligante da argamassa BAG+GC (MEV) .................................................. 54
Figura 4.24 Argamassa com adjuvante (Micro-CT) Hcontrolo - Ligação poro-canal ................................. 55
Figura 4.25 Argamassa sem adjuvante (Micro-CT) Icontrolo - Ligação em ponte .................................... 55
Figura 4.26 Cristais de calcite ............................................................................................................... 55
Figura 4.27 Imagens 3D das argamassas DAE , Icontrolo e Fcontrolo ........................................................... 56
Figura 4.28 Poros na argamassa de aerogel CAG: ................................................................................ 57
XII
Figura 4.29 Poros na argamassa de aerogel e argila expandida AAG+AE .............................................. 58
Figura 4.30 Poros na argamassa de aerogel e granulado de cortiça BAG+GC ....................................... 59
Figura 4.31 Poros na argamassa de granulado de cortiça EGC ............................................................ 60
Figura 4.32 Análise da opacidade dos materiais da argamassa de cortiça .......................................... 60
Figura 4.33 Argamassas de areia (imagens Micro-CT) ........................................................................ 61
Figura 4.34 Poros na argamassa industrial de granulado de cortiça JIndGC .......................................... 62
Figura 4.35 Poros na argamassa industrial de granulado de cortiça KIndEPS. Destaque para poros
alongados envolvendo o EPS em a) e b). estrutura celular do EPS em c) .......................................... 63
Figura 4.36 Argamassas com ligações “em ponte” dos agregados (imagens Micro-CT e MEV) ......... 66
Figura 4.37 Argamassa Hcontrolo em (Micro-CT e MEV) ......................................................................... 67
Figura 4.38 Argamassa GRef (Micro-CT e MEV) ................................................................................... 67
Figura 4.39 Argamassas com ligação dispersa entre os agregados (imagens da Micro-CT) .............. 68
Figura 4.40 Argamassas com rede porosa aberta (imagens Micro-CT). No caso da argamassa Fcontrolo
observam-se pontualmente agregados (nódulos mais opacos na região inferior esquerda de c) ....... 69
Figura 4.41 Argamassas com rede porosa do tipo poro-canal (imagens Micro-CT) ............................ 70
Figura 4.42 Argamassas com rede microporosa continua (imagens Micro-CT) ................................... 71
Figura 4.43 Argamassas com rede microporosa continua KEPS (esq) e BAG+GC (dta) ........................... 71
XIII
Índice de tabelas
Tabela 2.1 Requisitos para argamassas térmicas, segundo a norma EN 998-1 (CEN, 2010) .............. 6
Tabela 2.2 Técnicas de caracterização de argamassas, adaptado de Veiga (2003) ........................... 17
Tabela 2.3 Classificação dos poros segundo a sua dimensão, adaptado de Fitzner (1994) ............... 23
Tabela 3.1 Resultados de cada uma das técnicas aplicadas no trabalho ............................................ 27
Tabela 3.2 Constituintes das argamassas produzidas em laboratório ................................................. 28
Tabela 3.3 Constituintes das argamassas industriais produzidas em laboratório ................................ 29
Tabela 3.4 Identificação das argamassas através de registos fotográficos ......................................... 29
Tabela 3.5 Ensaios de caracterização fisica e mêcanica de argamassas ............................................ 30
Tabela 4.1 Parâmetros de caracterização de argamassas ................................................................... 64
Tabela 4.2 Parâmetros de caracterização de argamassa .................................................................... 65
Tabela 4.3 Parâmetros de caracterização de argamassa .................................................................... 65
Tabela 4.4 Síntese dos resultados obtidos para os provetes cilíndricos adaptado de Afonso (2015) . 72
XIV
Abreviaturas
ASTM – American Society for Testing and Materials
CEN – Comité Européen de Normalisation
DRX – Difração de Raio-X
EN – European Standard
EPS - Expanded Polystyrene
ETIC - External Thermal Insulating System
FTIR – Fourier Transform Infrared Spectroscopy
IND – Industrial
IPQ – Instituto Português da Qualidade
ISO – International Organization for Standardization
IST – Instituto Superior Técnico
ITeCons – Instituto de Investigação e Desenvolvimento Tecnológico em Ciências da Construção
LNEC – Laboratório Nacional de Engenharia Civil
MicroCT – Microtomografia Computorizada de Raio-x
MEV – Microscópio Eletrónico de Varrimento
RCCTE – Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios
REH – Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação
Argamassas
AAG+AE – Argamassa com 60% de aerogel e 40% de argila expandida
BAG+AE – Argamassa com 60% de aerogel e 40% de granulado de cortiça
CAG – Argamassa de aerogel
DAE – Argamassa de argila expandida
EGC – Argamassa de granulado de cortiça
Fcontrolo - Argamassa de areia com adjuvantes
Gref – Argamassa de areia sem adjuvantes
Hcontrolo – Argamassa de areia sem adjuvantes
Icontrolo – Argamassa de areia com adjuvantes
JInd GC – Argamassa industrial com granulado de cortiça
KInd EPS – Argamassa industrial com poliestireno expandido
XV
Alfabeto latino
Ed – módulo de elasticidade dinâmico
MV – massa volúmica
R – resistência ao fluxo de ar
r – resistividade ao fluxo de ar
Rc – resistência à compressão
V – volume
Vm – velocidade média de propagação das ondas ultra-sónicas
Alfabeto grego
δ – permeabilidade ao gás
σPM – porosidade aberta medida pelo porosimetro de mercúrio
σ – porosidade aberta
λ – condutibilidade térmica
µm - micrómetro ou micron
XVI
1
1. Introdução
1.1. Considerações iniciais
A sociedade atual criou novos desafios no sector da construção, exigindo a utilização de materiais cada
vez mais adequados em termos de desempenho, durabilidade e sustentabilidade ao nível económico
e ambiental. No que respeita às argamassas, o desafio passa pela criação de novas formulações com
compostos sustentáveis e inovadores, com vista a satisfazer essas necessidades.
É neste contexto que é dado enfase às novas formulações de argamassas de desempenho térmico
melhorado. Estas argamassas apresentam elevado desempenho térmico, devido à sua formulação com
agregados isolantes de reduzida massa volúmica. São exemplos destes agregados a cortiça
expandida, a argila expandida, o EPS (poliestireno expandido), entre outros produtos naturais, artificiais
ou mistos. Recentemente, considerou-se a inclusão do aerogel de sílica nestas formulações (Zhao et
al, 2014; Agnieszka et al, 2015; Gurav et al, 2010).
O crescente interesse nas argamassas térmicas e a complexidade das novas formulações, levaram à
necessidade de aprofundar o conhecimento da sua caracterização. Para o efeito, são necessários
estudos que vão para além do conhecimento básico dos componentes e que compreendem a análise
minuciosa da microestrutura e dos respetivos produtos formados. Para responder a esta necessidade
recorre-se à caracterização das argamassas, que consiste na análise das propriedades físicas,
estruturais, mecânicas, químicas e mineralógicas. Neste trabalho dá-se ênfase à caracterização da
microestrutura de argamassas térmicas, tema que tem vindo a merecer cada vez mais a atenção por
parte de muitos investigadores (Silva e Roman, 2001; Vargas et al , 2004; Landis et al, 2003; Costa et
al, 2009; Lanzón et al , 2012).
Para realizar um estudo desta natureza, recorre-se a técnicas laboratoriais avançadas como a
microtomografia computorizada de raios-x e a microscopia eletrónica de varrimento. Estas técnicas, em
combinação com as observações à lupa binocular, permitem obter informação pormenorizada da
estrutura sólida e porosa das argamassas e auxiliam na análise dos resultados de desempenho. Cada
uma das técnicas possui uma determinada gama de aplicabilidade e algumas limitações, sendo
frequentemente necessário usar a combinação de diferentes métodos para descrever detalhadamente
a microestrutura. As informações obtidas são geralmente muito diversificadas e complementares,
permitindo adquirir deste modo uma visão mais aprofundada do comportamento das argamassas. O
diálogo permanente entre formulações e respetivas propriedades, acompanhado por uma
caracterização pormenorizada e adequada, pode constituir a chave para a otimização de argamassas
de elevado desempenho.
Este estudo decorreu em paralelo com outros trabalhos, no âmbito de um projeto de investigação
intitulado NANORENDER- Performance of Silica nanoaerogel-based renders (FCT PTDC /ECM
2
/118262/2010) que teve como objetivo estudar o comportamento de argamassas com nanoaerogel de
sílica. As diversas componentes da resolução dos problemas beneficiaram assim da sinergia de
abordagens complementares.
1.2. Objetivos e metodologia da dissertação
Esta dissertação tem como principais objetivos:
Caracterizar argamassas térmicas ao nível da composição mineralógica e microestrutural, tendo em
conta a natureza dos agregados, a pasta ligante, a interface agregado/ligante e o espaço poroso,
com recurso à microtomografia computorizada de raio–x (Micro-CT), microscopia eletrónica de
varrimento (MEV), lupa binocular, difração de raio-x e espectroscopia de infravermelhos (FTIR).
Estabelecer parâmetros de comparação entre as argamassas que facilitem a sua distinção.
Agrupar as diferentes argamassas segundo a sua microestrutura, com o intuito de estabelecer uma
correlação entre as suas características microestuturais e o desempenho apresentado.
1.3. Estrutura e organização do trabalho
A presente dissertação está organizada em cinco capítulos, sendo o capítulo presente apenas
introdutório.
No segundo capítulo, são feitas descrições dos temas abordados começando com o enquadramento,
as características das argamassas de desempenho melhorado e os seus constituintes, o que é a
microestrutura e a caracterização microestrutural, quais os estudos e as técnicas de caracterização
nesta área e, por último, são explorados conceitos relacionados com a estrutura porosa.
O terceiro capítulo diz respeito a todo o procedimento experimental desenvolvido, onde são
apresentadas as argamassas e mencionados os materiais utilizados. Faz-se referência aos ensaios
desenvolvidos anteriormente e são descritas todas as técnicas de caracterização aplicadas nas
argamassas.
No quarto capítulo são interpretados os resultados obtidos em função: da natureza dos agregados, das
características da pasta ligante, do tipo de interface entre o agregado/ligante e da análise global do
espaço poroso. São propostos parâmetros de caracterização microestrutural que permitem agrupar as
argamassas segundo microestruturas distintas (rede porosa e ligação entre partículas). Por último, é
sugerida uma correlação entre estes grupos, com características microestruturais semelhantes (ou
entre parâmetros de caracterização) e o desempenho medido em ensaios físicos e mecânicos.
3
No quinto capítulo são apresentadas as conclusões e sugerem-se desenvolvimentos e estudos futuros
no âmbito da caracterização microestrutural.
No final da dissertação, são apresentadas as referências bibliográficas consultadas no âmbito deste
trabalho. Incluem-se também em anexo os resultados individuais dos ensaios realizados no programa
experimental.
4
5
2. Microestrutura de argamassas
2.1. Considerações iniciais e enquadramento atual
Neste capítulo apresenta-se uma perspetiva geral do que será abordado nesta dissertação, analisando-
se os seguintes aspetos: o que são argamassas de desempenho térmico melhorado, quais os seus
constituintes, o que é a microestrutura, porquê realizar a caracterização microestrutural e quais os
estudos e as técnicas de caracterização nesta área. Por último, são explorados alguns conceitos
relacionados com a estrutura porosa, devido à influência da mesma na microestrutura de uma
argamassa.
A indústria da construção constitui um dos maiores e mais ativos sectores económicos, cuja atividade
consome de forma expressiva muitas matérias-primas e elevadas quantidades de energia. Perante esta
responsabilidade social e ambiental, surgiu a necessidade de utilizar materiais recicláveis, mais
duráveis, que incorporem menos energia e que sejam escolhidos mediante uma análise do seu ciclo
de vida (Torgal, 2007).
De acordo com o Estudo de Mercado e Inovação na Área das Tecnologias de Construção Sustentável
(W1) o sector da construção deparou-se com novos requisitos térmicos e acústicos, após a publicação
do Regulamento das Características do Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE, 2006) e do
Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação (REH, 2013). Estes regulamentos
sugerem um limite para as perdas energéticas, promovem a utilização de materiais com elevada
durabilidade e estabelecem um sistema de certificação energética para edifícios. Perante esta situação,
houve a necessidade procurar novas soluções para adaptação à nova realidade.
É neste quadro que surgem como alternativa as argamassas de elevado desempenho térmico. Estas
argamassas têm vindo a crescer no mercado devido às suas características (térmicas e leves - com
baixa massa volúmica) e ao aumento das exigências de isolamento térmico e acústico. Segundo Brás
et al. (2013) as argamassas térmicas permitem minimizar as pontes térmicas, reduzindo os efeitos da
condensação e transferências de calor na envolvente dos edifícios. O facto destas argamassas serem
leves, conduz a benefícios como a redução do peso, maior rapidez de construção, redução dos custos
associados ao transporte e maior isolamento térmico. A maioria das argamassas leves são materiais
sustentáveis, dado que as emissões de carbono que estão envolvidas no transporte até ao estaleiro
reduzem-se significativamente em relação às argamassas correntes (Sousa, 2010).
6
2.2. Características das argamassas de desempenho térmico melhorado
De acordo com a European Mortar Organization (EMO, 2013) a argamassa é considerada uma mistura
de um ou mais ligantes, orgânicos e/ou inorgânicos com agregados, fillers, adições e/ou adjuvantes.
Desta mistura homogénea resultam materiais porosos.
A maioria das argamassas abordadas neste trabalho, apresentam as características das argamassas
térmicas presentes na tabela 2.1. É de notar que grande parte das argamassas térmicas são também
argamassas leves (massa volúmica ≤1300kg/m3) (CEN, 2010), devido ao tipo de agregado (agregados
isolantes) e da estrutura porosa.
As argamassas térmicas, tal como as argamassas leves, constituem uma solução sustentável
relativamente à eficiência energética e ao conforto térmico de edifícios. Estas argamassas apresentam
melhores condições de isolamento do que as argamassas correntes, devido à condutibilidade térmica
reduzida (inferior a 0,2W/m.K). A condutibilidade térmica é uma propriedade física dos materiais, que
se traduz na facilidade de transferência de calor por um material conforme as suas características, tais
como a porosidade aberta, massa volúmica, teor de humidade, estrutura interna, idade e condições de
fabrico, entre outras (Franco, 2007; Saleh, 2006). A norma EN 998-1 (CEN, 2010) estabelece
determinados requisitos para este tipo de argamassas, como se pode observar na tabela 2.1.
Tabela 2.1 Requisitos para argamassas térmicas, segundo a norma EN 998-1 (CEN, 2010)
Argamassas térmicas (T)
Propriedades Valores Classificação
Resistência à compressão 0,4 a 5 MPa CS I a CS II
Absorção de água por capilaridade C ≤ 0,40 kg/m2.min0,5 W1
Coeficiente de permeabilidade ao vapor de água
µ ≤ 15 n/a
Condutibilidade térmica
≤ 0,1 W/(m.K) T1
≤ 0,2 W/(m.K) T2
2.3. Componentes das argamassas de desempenho melhorado
2.3.1. Agregados isolantes
De acordo com a norma EN 998-1 (CEN, 2010) um agregado é um material granular que não intervém
na reação de endurecimento da argamassa. Os agregados mais correntes em Portugal são as areias
de natureza siliciosa, contudo existem outras areias pertencentes a diferentes fases mineralógicas
(calcária e basáltica) e agregados de origem diversificada. São exemplo os agregados de origem
industrial (argila expandida, cinzas volantes e escória de alto forno), cuja granulometria e composição
7
podem ser ajustadas por processos industriais e os agregados reciclados (resíduos da construção e
demolição, madeira, granulados de cortiça) que advém do processamento de material inorgânico e
orgânico usado numa construção anterior (Silva, 2013; Sousa, 2010).
O agregado é o constituinte maioritário de uma argamassa e como tal, possui influência significativa
nas suas características. A sua escolha deve ter em conta a funcionalidade (assentamento,
revestimento) da argamassa que vão incorporar (Oliveira, 2008).
Nas argamassas de desempenho térmico melhorado parte ou todo o agregado de areia é substituído
por agregados com características isolantes. Estes agregados apresentam uma porção de matéria
sólida reduzida devido à elevada porosidade, o que conduz à diminuição da condutibilidade térmica e
massa volúmica. A maioria dos agregados isolantes apresentam uma estrutura celular fechada, com
células de dimensões reduzidas e preenchidas por um gás de baixa condutibilidade térmica. Neste
trabalho foram utilizados quatro agregados com características isolantes e duas areias.
I. Aerogel de sílica
O aerogel de sílica é um material sólido, frágil, derivado de um gel (Figura 2.1). Caracteriza-se por ser
um material muito poroso com aproximadamente 95% de nano-poros abertos preenchidos com ar e
constituídos por uma estrutura reticulada de partículas de sílica (SiO2). A sua forma comercial é de
aspeto granular e geralmente translúcido e serve como agregado para materiais de isolamento (Kim et
al., 2013; Oliveira et al., 2012; Soares et al., 2012).
Figura 2.1 Estrutura do aerogel de sílica observada por MEV [W4]
O aerogel utilizado encontra-se no grupo de nanomateriais, cuja manipulação é feita à escala
nanométrica (<100nm). Este tipo de material apresenta ótimos resultados em termos de
comportamento mecânico, físico, térmico e acústico (Hanus e Harris, 2013). Para além do referido, o
aerogel possui reduzida massa volúmica (3 a 500 kg/m3), reduzida condutibilidade térmica (0,01 a 0,02
W/m.K) e elevada resistência à compressão (0,15 a 0,30 MPa) (Gurav et al., 2010). A reduzida
condutibilidade térmica deve-se ao facto dos poros de aerogel serem compostos principalmente por
gás, e como este não circula facilmente através da estrutura reticulada, as trocas de calor por
8
convecção são minimizadas, o que confere ao material também um excelente comportamento térmico
e acústico (Hanus e Harris, 2013).
De acordo com Kim et al. (2013) existem algumas desvantagens na utilização deste material, tais como
dificuldade no processo de mistura, pelo facto do aerogel ser hidrofóbico e não misturar facilmente com
a água da amassadura, o elevado custo de produção e a diminuição de resistência mecânica das
argamassas. Na sua produção são necessárias técnicas especiais para a secagem e reposição do ar
mantendo a estrutura sólida. O processo de fabrico mais corrente deste material é a secagem forçada
de um gel de sílica, ao qual, por ação capilar, é lhe retirada a componente líquida, permanecendo
apenas as partículas sólidas. Este processo envolve alguns riscos devido às elevadas pressões e
temperaturas necessárias (Hanus e Harris, 2013; Gurav et al., 2010). As perspetivas futuras para este
material são a melhoria dos processos de fabrico, a difusão do produto no mercado e a substituição
dos isolantes térmicos existentes.
II. Granulado de argila expandida
A argila expandida é um material leve com boas características térmicas e acústicas, que deriva do
processo de alteração/fabrico da argila a elevadas temperaturas (1200 ºC). É um produto de origem
natural, caracterizado por ter a superfície exterior rígida e resistente de cor castanha (Figura 2.2). Este
material apresenta uma estrutura interna formada por uma espuma cerâmica com elevado número de
microporos.
Figura 2.2 Agregados de argila expandida entre 2 e 3 mm de diâmetro [W3]
No forno, a argila pode expandir até sete vezes o seu tamanho inicial (Sousa, 2010). As temperaturas
aplicadas no processo de fabrico possuem influência na qualidade do produto final, visto que têm que
ser elevadas para ocorrer a expansão da argila (Ferreira et al., 2007). A sua forma pode variar desde
a angulosa à perfeitamente esférica dependendo do processo usado no fabrico (Silva et al., 2004). A
argila expandida é um material extremamente poroso, com elevada resistência térmica (até 1000 ºC),
reduzida massa volúmica (340 a 700 kg/m3) e significativa resistência mecânica. Este material é
quimicamente neutro, não liberta gases, visto que estes são libertos durante o processo de fabrico, não
é atacado por parasitas ou fungos e é altamente resistente a súbitas mudanças de temperatura
(Bartolini et al., 2010; Vasina et al., 2006; Ferreira et al., 2007).
9
Os poros que se formam no interior do material, através da libertação de gases são maioritariamente
semi-fechados e podem ir até 90% do seu volume do material (Kalhori et al., 2013). A condutibilidade
térmica é reduzida (0,09 W/m.K), devido à existência de poros fechados que retêm a humidade. As
partículas de menores dimensões conduzem geralmente a uma estrutura porosa mais fechada com
condutibilidade térmica ligeiramente mais elevada e massa volúmica e resistência à compressão
também mais elevadas (Silva, 2007).
Atualmente existe uma elevada variedade de argilas expandidas no mercado. Estas diferem no
tamanho, forma e produção e são realizadas conforme as aplicações e características pretendidas nas
argamassas no estado endurecido. Este material é empregue tanto em betões como em argamassas
e como o custo é relativamente reduzido, torna-se um material vantajoso para a substituição dos
agregados (Melo, 2000).
III. Granulado de cortiça expandida
A cortiça é um material de origem orgânica extraído da casca do sobreiro (Quercus suber L.). A sua
aplicação na construção pode ser variada, sendo uma delas a substituição de agregados na
argamassa. O granulado de cortiça é constituído por partículas de várias dimensões de cortiça natural
(Figura 2.3).
A cortiça possui uma estrutura interna alveolar e membranas celulares quase impermeáveis,
preenchidas com um gás semelhante ao ar (Figura 2.4). Cerca de 90% do volume total da cortiça é
ocupado por esse gás, o que confere ao material boas propriedades de isolamento (Gil, 1998). A cortiça
é um material leve, resiliente (módulo de elasticidade reduzido), com boas propriedades térmicas,
elétricas e acústicas, resistente ao fogo e estável a nível químico e biológico. Este material possui
reduzida condutibilidade térmica (0,035 e 0,070 W/m.K) e valores médios de massa volúmica (100 a
200 kg/m3) (Gil, 2007).
Figura 2.3 Granulado de cortiça (Amorim Isolamentos- ficha técnica)
Figura 2.4 Estrutura miscroscópica da cortiça observada por MEV (Brás et al, 2013)
Segundo a norma NP 114 (IPQ, 1994) os fragmentos de cortiça de dimensões entre 0,25 e 22,4 mm
são denominados por granulado negro de cortiça. De acordo com alguns catálogos e fabricantes e
citando Gil (2007), a massa volúmica deste granulado ronda os 70 a 80 kg/m3, com um coeficiente de
10
condutibilidade térmica de 0,048 W/m.ºC, um teor de humidade inferior a 10% e um teor em pó inferior
a 0,4%.
Como referido, as suas aplicações são variadas: vão desde o isolamento térmico e acústico, isolamento
de equipamentos, juntas de dilatação à formação de argamassas e betões leves e ao enchimento de
espaços vazios entre coberturas, paredes e tetos (Gil, 2007). Apesar das argamassas formadas com
uma certa percentagem deste material apresentarem massa volúmica reduzida e melhores resultados
no comportamento térmico, o mesmo não sucede com o comportamento mecânico, que apresenta
piores resultados. Esta diferença no comportamento mecânico deve-se à baixa massa volúmica da
cortiça e à sua interação com o processo de hidratação do cimento (Panesar e Shindman, 2012).
IV. EPS (poliestireno expandido)
O poliestireno expandido é um material polimérico termoplástico com 2% de poliestireno e 98% de ar,
vulgarmente conhecido por esferovite, uma das marcas comerciais existentes no mercado. Este
polímero expande-se por libertação de um gás do seu interior, em presença de vapor de água e agentes
expansíveis, de modo a formar os grânulos esféricos. Estes grânulos, durante a expansão atingem um
volume 50 vezes superior ao original (Sousa, 2010; Amianti, 2005). O EPS apresenta cor branca e
forma esférica (Figura 2.5). É um material muito utilizado na construção civil devido à baixa
condutibilidade térmica, elevada resistência à compressão e reduzida capacidade de absorção de
água. Estas características definem este material como bom isolante térmico (Brás et al., 2013;
Labrincha et al, 2006). O EPS possui uma estrutura celular constituída por milhões de células fechadas
com diâmetros de alguns décimos de milímetro (Figura 2.6).
Figura 2.5 Grânulos de EPS (Sousa, 2010)
Figura 2.6 Grânulos de EPS- MEV (Amianti, 2005)
A massa volúmica deste material é muito reduzida (10 e 30 kg/m3), apresentando boa resistência
mecânica (0.2 e 1,3 MPa) e baixa condutibilidade (0.04 W/m.K). De acordo com Amianti (2005) os
betões com grânulos de EPS de menor dimensão exibem maiores valores de resistência à compressão.
Nas argamassas com incorporação deste material existe uma redução da resistência mecânica e um
aumento da relação água/cimento para atingir a mesma trabalhabilidade e uma melhoria das
características térmicas (Miled et al., 2004; Leal, 2012).
11
2.3.2. Ligantes
Os ligantes inorgânicos são materiais finamente moídos que misturados com água, ganham
consistência e formam uma pasta. Esta, devido às reações de hidratação, faz presa e endurece,
adquirindo propriedades aglomerantes e resistência. As propriedades aglomerantes estas promovem
a união entre os grãos do agregado (Coutinho, 1997).
Os ligantes podem ser classificados através da capacidade de efetuarem a presa debaixo de água ou
de acordo com a sua origem. O primeiro método é o mais corrente, classifica os ligantes em aéreos e
hidráulicos; o segundo método classifica o ligante como orgânico, mineral ou sintético. Neste trabalho
foram utilizados ligantes hidráulicos, caraterizados por realizar a presa debaixo de água e ao ar; são
exemplo a cal hidráulica e o cimento Portland. De acordo com (Coutinho, 1997) os ligantes minerais
naturais são obtidos através de pedras calcárias com um determinado teor em argila e sem adição de
compostos e os ligantes sintéticos resultam da mistura de vários materiais, podendo a argila e o calcário
ser provenientes de locais distintos.
2.3.3. Água
A utilização de água na produção de uma argamassa é essencial para criar plasticidade no estado
fresco, conferir propriedades aglutinantes e auxiliar no processo de hidratação dos ligantes hidráulicos.
De acordo com Botas (2009) a quantidade de água influencia a qualidade da argamassa, na medida
em que altera a consistência no estado fresco, a aderência da argamassa ao suporte e retarda o
processo de endurecimento. A quantidade de água influencia determinadas propriedades da
argamassa, tais como a porosidade, as resistências mecânicas e a absorção de água. Este facto leva
à necessidade de estabelecer exigências mínimas para garantir as condições e propriedades já
referidas.
2.3.4. Adjuvantes
Segundo a norma EN 998-2 (CEN, 2010) adjuvante é “ todo o material orgânico ou inorgânico
adicionado em pequenas quantidades com o objetivo de modificar as propriedades da argamassa
fresca ou endurecida”. Esta substância é adicionada à massa de ligante em quantidades inferiores a
5% durante a amassadura. Os adjuvantes mais utilizados nas argamassas são os introdutores de ar,
os aceleradores de presa e os plastificantes.
i. Retentores de água
São produtos que durante o processo de secagem, regulam e retém a perda de água da amassadura
até à reação de presa de modo a reduzirem a formação de fissuras por retração. Estes adjuvantes
contribuem para obter uma boa aderência ao suporte, uma boa viscosidade da pasta e reduzem a
segregação dos materiais constituintes (Sousa, 2010).
12
ii. Introdutores de ar
Os introdutores de ar são substâncias normalmente orgânicas, capazes de modificar a tensão
superficial da água, sendo formados por moléculas com uma parte hidrófuga e uma parte hidrófila
(Coutinho, 1997). Estes produtos alteram a reologia da massa fresca através da introdução de
pequenas bolhas de ar. As pequenas bolhas de ar fechadas atuam como um corte na capilaridade dos
cimentos, melhorando a capacidade de impermeabilização e a resistência aos ciclos de gelo e degelo
(Sousa, 2010). O ar introduzido também funciona simultaneamente como fluido e como inerte. Como
fluido, ele substitui parte da água de amassadura, diminuindo a quantidade de água sem alteração da
trabalhabilidade do material. Como inerte, substitui parte da areia, de dimensões inferiores a 1 ou 2mm,
com a vantagem de ter melhor coeficiente de forma, ser deformável, elástico e não ter atrito.
iii. Resina líquida de fixação (resina aglomerante)
A resina líquida é uma emulsão sintética, frequentemente utilizada em betões e argamassas, fabricada
a partir de polímeros e copolímeros orgânicos (Gambhir, 2004). Este produto quando combinado com
ligantes hidráulicos aumentam a aderência da massa fresca a qualquer substrato, dificultando assim a
segregação (Sousa, 2010). A aplicação do produto constitui uma melhoria das propriedades térmicas,
pois a adição de resinas de latex e celulose reduzem a condutibilidade térmica em materiais cimentícios
(Afonso, 2015).
Apesar de se conhecer as propriedades físicas dos componentes das argamassas em estudo, não se
tem conhecimento da sua interação ao nível microestrutural, nem da melhor otimização destes
componentes. Para analisar em detalhe estes componentes e a interação é necessário caracterizar as
argamassas ao nível microestrutural.
2.4. Caracterização microestrutural de argamassas
A caracterização microestrutural define-se como um conjunto de parâmetros, que identificam a
argamassa e que resultam de uma análise microestrutural. A análise microestrutural, inclui todas as
características estruturais internas que afetam as propriedades da argamassa, ou seja, como os
constituintes se encontram organizados à micro escala (Silva e Roman, 2001; Bragança e Bergmann,
2004; Burlion et. al, 2006; Candeia et al., 2006; Jansen, 2007; Polito et al., 2010; Guhter Gottstein,
2014).
O conceito de microestrutura não é universal, estando muito dependente da área científica ou
tecnológica em causa. A revisão bibliográfica efetuada mostra que, embora o conceito tenha surgido
inúmeras vezes no título de vários trabalhos científicos, nem sempre é definido e apresenta significados
díspares.
13
Após a leitura das normas EN 998-1 (CEN, 2010) relativa a especificação de argamassas de
revestimento e a EN 1015 (CEN, 1998-2004) referente aos ensaios realizados nas argamassas,
constatou-se que nenhuma destas normas e regulamentos (RCCTE, REH) faz referência à
caracterização microestrutural ou a quaisquer parâmetros da microestrutura. Esta situação releva a
necessidade de desenvolver estudos nesta área que demostrem de forma objetiva os benefícios do
estudo da microestrutura de argamassas (Brandon e Kaplan, 2008; Oliveira, 2008). As justificações
para a inexistência de referências relacionadas com a caracterização microestrutural nestes
documentos pode ser diversa, como por exemplo, a recente aplicação de estudos desta natureza em
materiais de construção, a subjetividade na interpretação de alguns resultados e a falta de consenso
no que consiste a caracterização microestrutural.
Em trabalhos no âmbito da metalurgia e cerâmica, a microestrutura é definida pela distribuição espacial
dos elementos e defeitos numa estrutura cristalina sólida, compreendendo a orientação dos grãos,
defeitos e microquímica (Bragança e Bergmann, 2004; Gottstein, 2014). No estudo de Costa et al.
(2009) a microestrutura para materiais de base cimentícia é definida pelas reações químicas do cimento
com a água, sendo influenciada por diversos fatores, tais como: tipo de cimento, composição química
e mineralógica, razão água/cimento, processo de mistura, condições de cura, natureza, quantidade e
dimensão de inertes. Outros autores apresentam diferentes definições, considerando a microestrutura
de um material como uma estrutura de reduzidas dimensões, cujas características se podem observar
ao microscópio (Mehta, 1986; Heck, 2004; Voort, 2007). No âmbito desta dissertação, considera-se a
definição de Guhter Gottstein (2014) para a microestrutura: “todas as características estruturais internas
que afetam as propriedades do material” ou seja, o modo como os constituintes da argamassa se
encontram organizados a uma micro escala (abaixo de 1 mm) (Heck, 2004).
Caracterizar uma argamassa consiste em conhecer as propriedades físicas, mecânicas, químicas e
mineralógicas. Nela se insere a caracterização microestrutural, que por sua vez, numa escala de maior
ampliação (x1000 no MEV), engloba análises mineralógicas, químicas, morfológicas e a avaliação da
estrutura porosa (Moravia et al., 2006; Falcão, 2010, Vargas et al., 2004).
O que difere a caracterização macroestrutural da caracterização microestrutural são as técnicas
utilizadas e a escala de observação, visto que em cada uma podem ser observados diferentes
pormenores. As técnicas aplicadas ao nível macroestrutural, não apresentam elevada ampliação,
captam pormenores acima do milímetro (registos fotográficos, lupa binocular) e fornecem informações
gerais (Dijk, 1980). Ao nível microestrutural já são necessárias técnicas com elevada ampliação, que
requerem equipamentos especializados para atingir a escala nanométrica e milimétrica (Brandon e
Kaplan, 2008; Heck, 2004). Estes dois níveis de observação são complementares, visto que a maioria
dos fenómenos observados ao nível macroestrutural tem origem no nível microestrutural.
Os estudos de caracterização microestrutural abordam pelo menos um dos seguintes temas: análise
dos constituintes (dimensão, forma e textura dos agregados, superfície de corte, componentes que se
formam, adições, ligante e zona de interface) (Torgal, 2007; Gallucci et al., 2007; Moravia et al., 2006;
Polito et al., 2010; Falcão, 2010; Vargas et al., 2004), a análise da estrutura porosa (volume de poros,
14
conexão, dimensões, tortuosidade e distribuição) (Mata, 1998; Teixeira et al., 2001; Bragança e
Bergmann, 2004; Jansen, 2007) e a monitorização do desenvolvimento de fissuras e avanço da
degradação (Rattanasak and Kandall, 2005; Diamond and Landis, 2007; Costa et al., 2009).
Na figura 2.7. é apresentada uma imagem tomográfica relativa à reconstrução do volume de um provete
de base cimenticía (Gallucci et al., 2007). Neste estudo, o principal foco foi a análise do ligante com
recurso à Microtomografica de raio-X.
Figura 2.7 Imagem tomográfica: a) Provete para análise b) volume de interesse c) análise com exclusão da pasta ligante (Gallucci et al., 2007)
Na área da reabilitação, os estudos de caracterização são relevantes para a análise de argamassas
antigas. Nesta área é importante determinar a composição e o desempenho da argamassa que se vai
aplicar, bem como daquela que se vai reabilitar, de modo a evitar incompatibilidades entre o material
aplicado e o existente (Veiga, 2003; Candeias, 2004). Nestas argamassas realizam-se essencialmente
análises químicas e mineralógicas (Falcão, 2010; Veiga 2003; Marques 2003; Candeias et al., 2004;
Silva, 2015). A análise química serve para determinar o teor de agregados e os principais sais solúveis
nas argamassas (cloretos, sulfatos, sódio, potássio e sílica), as análises termogravimetrica e térmica
diferencial (TG-DTA) servem para determinar o teor de carbonatos presentes nas argamassas de cal
antigas e a difração de raios-x (DRX) é utilizada tanto para a identificação do tipo de ligante e
agregados, como para a identificação de eventuais compostos cristalinos de neoformação (Silva,
2015). Alguns estudos desta natureza incluem também análises morfológicas (identificação dos
componentes, distribuição espacial, forma, dimensão e textura dos agregados) e análise da interação
dos componentes principalmente na zona de interface (agregado/argamassa e argamassa/substrato)
(Candeia et al., 2004, Marques 2005).
Quando se pretende avaliar ao nível microestrutural os efeitos das substituições (agregados, ligante)
ou a incorporação de materiais que se desconhece a influência, também recorre-se à caracterização
microestrutural. Esta é fundamental para compreender as interações e relacionar a microestrutura com
o seu desempenho (Burlin et al, 2006). No estudo de Silva e Roman (2002) a incorporação de polímeros
15
na argamassa serviu para analisar as alterações na microestrutura (ao nível físico e químico) de uma
argamassa cimentícia, alternando o tipo e teor de cada polímero, a idade de hidratação do cimento e o
tipo de cura. Neste estudo foram aplicadas técnicas que permitiram averiguar as interações químicas
e físicas dos polímeros com o cimento. Também são exemplos deste tipo de caracterização, os estudos
de Poon et al. (2004), Vargas et al. (2004), Guedes et al. (2013) e Bravo et al. (2014) onde são
exploradas as modificações na microestrutura de argamassas e betões com a incorporação de
agregados reciclados. Nestes estudos foram feitas análises mineralógicas (fases cristalinas) e
morfológicas (forma, tamanho, textura dos grãos).
A zona de interface também foi o foco do estudo de caracterização microestrutural de Polito et al.
(2010), Poon et al. (2004) e Guedes et al. (2013). A interface argamassa/substrato (Figura 2.8) foi
caracterizada através da identificação dos principais produtos de hidratação presentes nessa zona, da
profundidade dos produtos de hidratação e da topografia na zona de interface (Polito et al.; 2010).
Figura 2.8 Micrografias da interface do bloco cerâmico com a argamassa (Polito et al., 2010)
A estrutura porosa das argamassas também é caracterizada ao nível microestrutural, visto que as
observações desta estrutura são realizadas à escala micro (entre o nanómetro e o milímetro). Nestes
estudos é realizada uma descrição qualitativa e quantitativa do espaço poroso do material, tendo em
conta a porosidade (quantidade ou volume de poros), a superfície específica, o tamanho, forma, o tipo
de poros e a organização espacial do espaço poroso (distribuição, conectividade e tortuosidade da
rede) (Mata,1998; Teixeira et al., 2001; Gallucci et al., 2006; Jansen, 2007; Lanzón et al., 2012). Estes
aspetos exercem influência nas propriedades físicas macroscópicas do material poroso, como por
exemplo, na permeabilidade intrínseca, na condutibilidade térmica e durabilidade (Jansen, 2007; Tekin
et al., 2014; Zhao et al., 2015). Segundo Gallucci (2007) e Mehta e Monteiro (2006) o desempenho das
argamassas é controlado pela sua microestrutura, em particular, pela rede de poros, que desempenha
um papel crítico na determinação das propriedades mecânicas e na interação com o meio ambiente, o
que determina a durabilidade do material. Em Burlin et al. (2005) a análise da microestrutura serviu
para quantificar a evolução da porosidade durante o processo de lixiviação. Neste estudo constatou-se
que um aumento da porosidade durante este processo traz consequências importantes no transporte
16
e nas propriedades mecânicas e que a porosidade e a permeabilidade estão intimamente relacionadas
com a microestrutura.
Silva e Libório (2002) salientam que a maioria dos estudos de caracterização abordam com frequência
a análise das propriedades macroscópicas em detrimento das propriedades microscópicas. Porém as
propriedades microscópicas são a base para compreender o desempenho ao nível macroscópico das
argamassas. Elaqra et al. (2007) menciona que apesar de ser conhecida a existência de uma relação
entre a microestrutura e o desempenho de uma argamassa, essa relação ainda não está bem
compreendida e divulgada. Também Mehta (1986) e Burlin et al. (2006) concordam com esta afirmação,
ao mencionar que é importante relacionar a microestrutura com a macroestrutura, para estudar, prever
e modelar o comportamento mecânico e as propriedades do material, mas também não desenvolvem
muito o tema. Pelo exposto, a caracterização microestrutural de argamassas apresenta grande
relevância quando se pretende analisar a composição, estrutura e interação dos constituintes
(agregados, pasta ligante e rede porosa), sendo a base para o estudo e otimização de novas
formulações com desempenho melhorado.
Apesar da utilidade destes estudos, existe pouca informação referente à microestrutura de argamassas.
Reforça-se que esta ausência de informação deve-se à recente aplicação de estudos de caracterização
microestrutural em materiais de construção, à subjetividade implícita nas observações, à necessidade
de investir em equipamentos de elevado custo, à limitada disponibilidade dos equipamentos em
laboratório e à falta de técnicos especializados (Oliveira, 2008).
O âmbito desta dissertação insere-se na caracterização microestrutural de argamassas de
desempenho melhorado, onde serão realizadas análises morfológicas e mineralógicas. Para tal
recorre-se a um conjunto de técnicas específicas, que serão aplicadas consoante o que se pretende
analisar, estas técnicas são abordada em detalhe no subcapítulo seguinte.
2.5. Técnicas de caracterização
O avanço tecnológico permitiu desenvolver técnicas laboratoriais de grande rigor e ampliação nos
últimos anos, cujos resultados permitem identificar os constituintes e os produtos formados, fazer
considerações sobre a zona de interface agregado/ligante, analisar a porosidade existente nos
agregados e no ligante, analisar a interligação dos poros e relacionar as diferentes dimensões dos
poros com a sua localização. O contributo destas técnicas está no conhecimento pormenorizado de
todos os fenómenos que ocorrem ao nível microestrutural e na possibilidade de correlacionar os
mesmos, com o desempenho apresentado pelo material.
De acordo com Sato (1998); Teixeira et al. (2001) as técnicas mais utilizadas para a caracterização da
estrutura porosa são a porosimetria por intrusão de mercúrio e a adsorção de nitrogénio. Porém estas
duas técnicas não permitem a realização da análise visual, sendo necessário recorrer à microscopia
ótica (MO) e à lupa binocular. Recentemente, têm sido incorporadas outras técnicas de visualização,
17
como a ressonância nuclear magnética, a microscopia eletrónica de varrimento (MEV) e a
microtomografia computorizada de raio x (MicroCT) para a descrição do espaço poroso (Jacobs et al.,
1995; Gallucci et al., 2007; Cnudde et al. 2006).
Neste trabalho serão utilizadas técnicas de observação e identificação, designadamente: lupa
binocular, microtomografia computorizada de raio-x (MicroCT), microscopia eletrónica de varrimento
(MEV), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e difração de raio-x (DRX).
As desvantagens inerentes a estas técnicas são os custos elevados associados ao investimento inicial,
à manutenção do equipamento e à formação de técnicos especializados. Porém justifica-se o seu
investimento, com o facto de contribuírem para o conhecimento detalhado da microestrutura, por serem
uma vantagem em relação à concorrência a nível tecnológico, por permitirem analisar novas
formulações, analisar a interação entre os constituintes e os novos materiais de substituição (se for
esse o caso) e por auxiliarem a prever alguns comportamentos das argamassas no estado endurecido
(Jansen, 2007; Brandon e Kaplan, 2008; Oliveira, 2008).
Na tabela 2.2. apresentam-se as técnicas de ensaio mais correntes de caracterização de argamassas,
nesta é possível constatar quais as técnicas mais utilizadas à escala micro.
Tabela 2.2 Técnicas de caracterização de argamassas, adaptado de Veiga (2003)
Objetivo Escala Tipo de Analise Técnica de Caracterização
Determinação das propriedades
mecânicas e físicas
Escala: Macro >1mm
Análise física/mecânica
Massa volúmica aparente e porosidade aberta total- saturação total em água e pesagem hidrostática.
Resistências à tração, compressão, flexão, módulo de elasticidade;
Coeficiente de capilaridade, resistência a ciclos gelo-degelo, resistência a sais solúveis- observação da evolução em condições adversas
Caracterização química e
microestrutural
Escala: Micro ≤1mm
Analise química
Por via húmida- dissolução da amostra e determinação dos elementos
Por via instrumental- espectrografia de raios-x ; espectrofotometria de absorção Atómica (EAA), espectrofotometria de emissão de plasma.
Análise microestrutural
Lupa binocular (também analise macroestrutural); microscopia ótica, microscopia eletrónica de varrimento (MEV ou SEM); microtomografia computorizada de raio-x (MicroCT); ressonância nuclear magnética
Distribuição porosimétrica- porosimetria de Intrusão de mercúrio.
Análise mineralógica
Difração de raios-x (DRX)
Análise térmica Termogravimetria (TG); analise térmica diferencial (ATD)
Análise orgânica Espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR)
18
Segundo Jansen (2007) as limitações da ressonância nuclear magnética, da MicroCT e da DRX, estão
associadas a dois fatores: necessidade de infraestrutura sofisticada e resolução espacial. O primeiro
fator torna a aplicação das técnicas dispendiosas e o segundo têm como consequência a
impossibilidade de visualizar pequenos poros, que deixam de ser detetáveis devido à falta de resolução.
Verifica-se que todas as técnicas aplicadas apresentam alguma limitação em termos de
representatividade, na medida em que as amostras utilizadas com dimensões inferiores a 1cm nem
sempre representam todo o conjunto do material.
As vantagens da MicroCT (microtomografia computurizada de raio-x), prendem-se com a capacidade
de analisar qualitativamente e quantitativamente materiais de complexidade variável a três dimensões
(desde que não sejam opacos aos raios-X), separar e quantificar fases minerais através de atenuações
distintas de raios-X, realizar vários ensaios na mesma amostra sem que haja alteração da sua
composição inicial, ou destruição do provete e o facto de ser possível avaliar as características
estruturais e texturas à superfície do objeto e no seu interior, sem recurso a qualquer tipo de preparação
física-mecânica ou tratamento químico da amostra (Henry et al., 2014; Neto et al., 2011). Porém a
MicroCT não se adequa à realização de análises da composição químico/mineral quantitativa de
objetos complexos; no entanto pode auxiliar outras técnicas neste tipo de análise. Esta técnica não
permite a distinção entre materiais de compacidade semelhante e apresenta como limitação a
resolução atingida (Duliu 1999; Cnudde et al., 2006).
O MEV (microscopia eletrónica de varrimento) fornece informações sobre a morfologia e identificação
de elementos químicos de uma amostra sólida, permite aumentos de imagem em 10000 vezes ou mais
na maioria dos materiais e conserva a profundidade de campo compatível com a observação de
superfícies rugosas (Berenice et al., 2007). Esta técnica é uma das mais versáteis para a observação
bidimensional e análise de características microestruturais de objetos sólidos. A principal razão de sua
utilidade é a elevada resolução, visto que esta pode ampliar as imagens até atingir valores de
observação inferiores a 1µm (Nagatani et al., 1987). Outra característica importante do MEV é a
aparência tridimensional das amostras na imagem, que se deve ao resultado direto da grande
profundidade de campo.
A desvantagem desta técnica prende-se com a necessidade de preparação prévia das amostras para
adquirir imagens completamente planas o que pode alterar algumas das suas propriedades (Dedavid
e Machado, 2007). A microscopia ótica (MO) assemelha-se ao MEV em termos de vantagens e
desvantagens, exceto na resolução atingida, que nesta técnica é relativamente menor do que o MEV.
Para a análise da estrutura porosa, para além das técnicas já mencionadas (MEV, MicroCT, MO) utiliza-
se a porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM). Esta última permite determinar a distribuição de
dimensões dos poros, mas não permite visualizar a estrutura porosa nem a tortuosidade existente na
argamassa, como a MicroCT (Neto et al., 2011). O volume de poros obtido através desta técnica pode
não ser exato, porque encontra-se em função do diâmetro de entrada do poro. Este facto é
particularmente importante quando a entrada se dá por um poro de dimensões reduzidas com ligação
19
a um poro de grandes dimensões. Deste modo a pressão aplicada encontra-se em função apenas do
poro de pequenas dimensões. O excesso de pressão e o facto de assumir o formato dos poros como
circular, podem levar a resultados menos rigorosos (Mata, 1998; Teixeira et al., 2001) e em casos de
amostras menos resistentes pode mesmo destruir os poros (Maurício et al. 2011).
Na descrição do espaço poroso, cada técnica tem a sua gama de aplicabilidade; no entanto perante a
complexidade da estrutura da argamassa (poros de diferentes escalas de dimensão, superfícies muito
diferentes da estrutura interna da argamassa), pode ser necessário recorrer à complementaridade de
técnicas para aferir resultados mais precisos. Na figura 2.9. pode-se verificar que cada técnica possui
um limite de medição. Atualmente algumas podem ter limites mais abrangentes.
Figura 2.9 Capacidade de medição de diversos métodos de caracterização (Fitzner, 1994)
2.6. Estrutura porosa e porosidade de argamassas
Neste trabalho são explorados alguns conceitos relacionados com a estrutura porosa, visto que a sua
análise tem uma influência significativa na microestrutura. Começa-se por esclarecer que a porosidade
avalia a fração de volume aparente relativa aos poros e não a sua estrutura porosa. Todos os materiais
que possuem poros tem porosidade e toda a porosidade está incluída e pode ser definida, através da
sua estrutura porosa.
2.6.1. Estrutura porosa - definição e propriedades
A estrutura porosa é definida como um conjunto de características tais como a quantidade, a
distribuição, a ligação e a forma dos poros. De acordo com Rato (2006) a estrutura porosa é o resultado
de um conjunto de opções tomadas durante o processo de fabrico e cura da argamassa. Os materiais,
o traço, a quantidade de água, o processo de amassadura e o tipo de cura (duração e condições
ambientes) determinam em conjunto as características da estrutura interna do material, de que resultam
diversas propriedades. Estas propriedades são responsáveis pelo comportamento da argamassa
20
endurecida face às solicitações que venha a estar sujeita. No estado endurecido a estrutura porosa
afeta tanto as resistências mecânicas, como a permeabilidade à água, a absorção de água por
capilaridade e a resistência aos ciclos gelo/degelo (Botas, 2009; Dullien, 1979).
Segundo Dullien (1979) uma estrutura ou um material poroso é aquele que cumpre pelo menos uma
das seguintes condições:
Contém espaços intersticiais não preenchidos por matéria sólida (poros), distribuídos na matriz
sólida ou semi-sólida; estes espaços são geralmente ocupados por um fluido como o ar, água
ou vapor de água;
É permeável ao fluxo de diversos fluidos, assumindo neste caso a designação de material
poroso permeável.
A estrutura porosa relaciona-se com dois tipos de propriedades: as macroscópicas e as microscópicas.
As primeiras estão relacionadas com as características globais do material e com o seu comportamento
e as segundas estão associadas com a escala atómica e molecular do material (Dullien, 1979).
Nas propriedades macroscópicas importa conhecer de que forma a argamassa, se comporta face a
uma ação. Nas propriedades microscópicas é importante compreender que é possível analisar a
estrutura interna da argamassa e a complexidade da rede porosa, e como estas irão influenciar o
comportamento da argamassa. O comportamento macroscópico é deste modo o resultado de um
conjunto de comportamentos microscópicos (Rato, 2006).
i) Propriedades macroscópicas
As propriedades com maior relevância a nível macroscópico são a porosidade, a superfície específica,
a permeabilidade e a difusidade de um fluido (gás ou líquido). As duas primeiras são características
intrínsecas da estrutura porosa e as últimas estão relacionadas com as propriedades de transporte e
dependem das duas primeiras e de outras propriedades microscópicas. Indiretamente a permeabilidade
e a difusidade caracterizam a estrutura porosa macroscopicamente (Sousa, 2010).
Definição das propriedades macroscópicas de uma argamassa leve segundo Dullien (1979):
Área de superfície específica – ou simplesmente superfície específica, corresponde à área da
superfície das paredes dos poros; geralmente é expressa por unidade de massa (S) ou de volume
aparente (Sv). Por vezes, encontra-se expressa por unidade de volume absoluto (So). A superfície
desempenha um importante papel no transporte de humidade sobretudo porque determina a
capacidade de adsorção de moléculas de vapor;
Permeabilidade específica - representa a condutibilidade de um meio poroso relativamente à
passagem de um fluido. A permeabilidade específica (k) mede a contribuição do material para a
condutibilidade, sem ter em conta as propriedades do fluido e do mecanismo de permeação. Assim
21
sendo, este último conceito de permeabilidade, depende exclusivamente da estrutura porosa do
material.
Difusidade – É representada por um coeficiente de transporte relacionado com a difusão de um
fluido sob determinado gradiente de concentração aplicado. Um exemplo deste fenómeno em
argamassas é a difusão do vapor, mais conhecida como o coeficiente de permeabilidade ao vapor.
Porosidade (aberta e fechada) – Corresponde à fração de volume aparente ocupado pelos poros.
A porosidade ultrapassa os 40% em argamassas leves. Esta propriedade será abordada mais à
frente, por ser uma propriedade com grande relevância neste trabalho.
ii) Propriedades microscópicas
A porometria e a geometria da rede porosa são consideradas propriedades microscópicas de uma
argamassa. O estudo da porometria é baseado em conjuntos de poros cuja dimensão se encontra
incluída em determinados intervalos, classificados segundo as dimensões. Relativamente à geometria,
a classificação é geralmente feita de acordo com a forma dos poros e com a interligação entre estes
(Dullien, 1979). Porém existe alguma dificuldade na definição da dimensão e forma dos poros, devido
à irregularidade do volume de um poro, que não permite comparações com geometrias padrão.
Atualmente os métodos utilizados para o estudo das propriedades microscópicas permitem caracterizar
a estrutura interna dos materiais: porosimetria de mercúrio, microscopia eletrónica de varrimento e
modelação numérica (Sousa, 2010).
2.6.2. Porosidade – definição e propriedades
A porosidade de um corpo é uma grandeza definida como a relação entre o volume de vazios (poros)
e o volume desse corpo, ou seja, pode ser designada como a quantidade de ar existente no interior de
uma argamassa no estado sólido (Botas, 2009).
A origem deste volume de ar pode ser diversa: pode advir dos processos utilizados na execução da
argamassa, da forma como foi realizada a aplicação ou pode estar relacionada com a natureza dos
constituintes. Nas argamassas de areia é corrente a porosidade variar entre 20 a 40% (Rato, 2006).
A porosidade é considerada um dos fatores mais importantes no comportamento de uma argamassa,
visto que interfere na durabilidade da argamassa, permite acumular humidade e propiciar o crescimento
de fungos, entre outros aspetos que comprometem o desempenho da argamassa (Quarcioni et al.,
2009). De acordo com Monteiro (2008) e citado por Quarcioni et al (2009) existe uma relação inversa
entre a porosidade e a resistência mecânica (Flores-Colen et al., 2011).
Pelo facto da porosidade não ser regular é possível classificá-la consoante a sua morfologia,
considerando as diferentes formas, tamanhos e distribuição espacial.
22
i. Tipos de porosidade
Nos materiais é possível distinguir dois tipos diferentes de porosidade: porosidade aberta e porosidade
fechada.
A porosidade aberta é constituída por uma rede contínua de poros comunicantes entre si e com o
exterior do material. Este tipo de porosidade contribui para o transporte de fluidos para o interior do
material. A porosidade fechada distingue-se da porosidade aberta pelo facto de ser constituída por
poros isolados no interior do material sem comunicação entre eles. Devido a esta falta de comunicação
é difícil obter acesso e quantificar este tipo de poros. Na porosidade aberta distingue-se um tipo
específico de poros, denominados por poros cegos. Este tipo de poros contactam apenas com a rede
porosa aberta por uma das extremidades. São poros pouco significativos para o fluxo através do
material (Rato, 2006; Coutinho, 2005).
ii. Localização dos poros
Outro modo de classificar a porosidade é segundo a sua localização no material. De acordo com Rato
(2006) os poros que se encontram entre a matriz de pasta de ligante e os agregados, são classificados
como porosidade de interface e os poros que se localizam no interior da pasta formam a porosidade de
matriz. Estes dois tipos de porosidade encontram-se tanto em zonas abertas como fechadas. Outro
tipo de porosidade é a inter-partícula, inerente às partículas do agregado.
Entre estes tipos de porosidade, a de matriz é a mais complexa visto que compreende os espaços
intersticiais entre os cristais do ligante e os poros resultantes da evaporação do excesso de água.
(Coutinho e Gonçalves, 1994). Considera-se que as zonas de interface são geralmente mais porosas
do que as zonas da matriz (Rato, 2006).
iii. Dimensão dos poros
A classificação dos poros segundo a sua dimensão é uma temática controversa. No entanto de modo
geral e também neste trabalho, assumem-se estas três classificações: microporos, poros capilares
e macroporos (Coutinho, 2005).
Os microporos existem em todas as argamassas, no entanto são os mais difíceis de ser visualizados,
porque possuem diâmetros inferiores a 0,02µm. Os nanoporos inserem-se nesta classificação, visto
que abrange todos os poros com dimensões inferiores a 0,02 µm. Os poros capilares existem em maior
número na argamassa e são responsáveis pela absorção de água por capilaridade. A sua dimensão
encontra-se entre 0,02 a 1µm de diâmetro e a sua formação dá-se após a evaporação da água livre
dando origem a um espaço vazio. Os macroporos são formados devido a diversos fatores; salientam-
se o tipo de ligante, a quantidade de agregado, a relação água / ligante, o ar aprisionado na mistura ou
a presença de introdutores de ar. São poros com diâmetros superiores a 1 µm e encontram-se em
maiores quantidades nas argamassas constituídas por ligantes aéreos (Botas, 2009).
23
Na tabela 2.3 apresentam-se diferentes classificações para a dimensão dos poros, o que confirma a
falta de consenso nesta classificação. Neste trabalho aplica-se a classificação IUPAC.
Tabela 2.3 Classificação dos poros segundo a sua dimensão, adaptado de Fitzner (1994)
De Quervain (1967) DIN 66131 (1973) – IUPAC (1985) Klopfer (1985)
Microporos < 5µm Microporos < 0.002 µm Microporos <0,1 µm
Poros finos 5 - 200 µm Mesoporos 0.002 – 0,05 µm Poros capilares 0,1 - 1000 µm
Poros grosseiros 200 - 2000 µm Macroporos >0,05 µm Macroporos >1000 µm
Grandes poros >2000 µm
vi. Forma dos poros
As formas mais frequentes de poros nas argamassas são: cilíndricas, esféricas e poros-fissura (poros
visualizados como fissuras).
A forma dos poros está associada à sua origem; por exemplo os poros cilíndricos são formados devido
ao excesso de água de amassadura que após a evaporação deixa um espaço vazio. Este tipo de poros
influencia a absorção de água por capilaridade e a permeabilidade das argamassas. Outro caso são os
poros esféricos, que advém do ar aprisionado no interior da argamassa durante a mistura ou devido à
aplicação de introdutores de ar e no processo de aplicação. Os poros esféricos encontram-se muitas
vezes isolados no interior da argamassa e possuem grandes dimensões, o que origina uma redução
de água absorvida por capilaridade. Os poros-fissura advém do efeito da retração das argamassas no
estado endurecido. O tipo de ligante, de agregado e os rácios água/ligante e ligante/agregado têm
influência na formação deste tipo de poro (Botas, 2009).
O conhecimento dos constituintes das argamassas de desempenho melhorado e a constatação da
importância da caracterização microestrutural permitiram elaborar uma metodologia de análise com
vista a caracterizar as argamassas leves (de desempenho melhorado) ao nível microestrutural. No
seguinte capítulo é abordada a metodologia aplicada.
24
25
3. Programa experimental
3.1. Enquadramento
Para a realização deste estudo de caracterização microestrutural, utilizou-se um conjunto de técnicas
de observação, nomeadamente a lupa binocular, a microtomografia computorizada de raio-X (MicroCT)
e a microscopia eletrónica de varrimento (MEV), para analisar a morfologia da estrutura sólida e porosa
ao nível micro (<1mm). Em paralelo foram utilizadas técnicas de análise mineralógica como a
espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e a difração de raio-X (DRX) para
a identificação de estruturas amorfas e cristalinas na fração fina da argamassa. O objetivo final foi
recolher dados suficientes da microestrutura de cada argamassa que permitissem correlacionar as
mesmas com o desempenho apresentado.
As formulações de argamassas analisadas inserem-se num projeto de investigação e foram produzidas
no âmbito da dissertação de Afonso (2015). Os ensaios realizados no âmbito do presente estudo
ocorreram no Laboratório de Mineralogia e Petrologia do IST (LAMPIST), expecto a microscopia
eletrónica de varrimento que foi realizada no MicroLab – Electron Microscopy Laboratory do IST.
3.2. Metodologia de investigação
A campanha experimental que é descrita neste capítulo visa caracterizar a microestrutura de sete
argamassas com agregados isolantes e quatro com areia. As argamassas de areia são utilizadas como
referência para avaliar a influência da granulometria e do adjuvante na microestrutura das argamassas.
Esta campanha foi dividida em três fases distintas, de acordo com o especificado em seguida:
1ª fase – Realização da análise macroestrutural das argamassas, através de observações a olho nu, à
lupa binocular e a registos fotográficos. A lupa binocular permite obter resultados tanto à escala macro,
como à escala micro e os registos fotográficos servem apenas para uma análise visual geral das
argamassas;
2ª fase – Realização da análise microestrutural de argamassas, com recurso à microtomografia
computorizada de raios-x (MicroCT) e à microscopia eletrónica de varrimento (MEV). A primeira
possibilita obter imagens tridimensionais com elevada resolução, tendo sido utilizada uma dimensão
de pixel de cerca de 10 µm. A segunda fornece imagens bidimensionais, com ampliação e definição
superior às imagens da Micro CT, que vão até à nanoescala (dezenas de nanómetros). Estas técnicas
permitem avaliar a estrutura sólida e porosa das argamassas;
3ª fase – Realização de ensaios de identificação mineralógica; estes ensaios são complementares às
observações, visto que servem para identificar os compostos formados no ligante das argamassas.
São eles a espectrometria de infravermelhos (FTIR) e a difração de raios-x (DRX).
26
4 ª fase – Análise e interpretação dos resultados - compreende a formação de parâmetros de
caracterização microestrutural e a elaboração de propostas para grupos de análise microestrutural.
Estes grupos separam as argamassas segundo a sua microestrutura, nomeadamente ao nível da
ligação entre partículas e rede porosa, à escala micro. Por último, são analisados e correlacionados os
resultados de desempenho segundo as características microestruturais apresentadas pelas
argamassas em estudo. O fluxograma da Figura 3.1. explicita três fases do trabalho: análise da
estrutura; caracterização de parâmetros microestruturais e resultados com propostas de
microestruturas e comparação das mesmas com o desempenho.
Figura 3.1 Fluxograma com o programa experimental
Para prosseguir com a metodologia proposta no fluxograma (Figura 3.1) foi necessário analisar os
resultados de cada uma das técnicas explicitadas na tabela 3.1.
Registo Fotográfico
Lupa Binocular
MicroCT / MEV
Lupa Binocular
Caraterização microestrutural
das argamassas e escolha de
parâmetros microestruturais
Análise dos agregados
Análise da estrutura porosa
Análise do ligante
Macroestrutura Microestrutura
MicroCT / MEV
Lupa Binocular
FTIR / DRX
MicroCT / MEV
Lupa Binocular
Análise da interface
ligante/agregado
Registo Fotográfico
Lupa Binocular
Lupa Binocular MicroCT / MEV
Lupa binocular
R
e
c
o
l
h
a
d
e
p
a
r
â
m
e
t
r
o
s
R
e
c
o
l
h
a
d
e
p
a
r
â
m
e
t
r
o
s
Proposta de grupos de
análise microestrutural
Análise da estrutura
Comparação dos ensaios
físicos e mecânicos das
argamassas
27
Tabela 3.1 Resultados de cada uma das técnicas aplicadas no trabalho
Registo fotográfico
- Análise da distribuição espacial dos componentes
- Estimativa grosseira da quantidade de poros
- Estimativa grosseira da quantidade de ligante entre os agregados
- Identificação e caracterização dos agregados (cor, forma, tamanho)
- Identificação de fissuras
- Avaliação da coesão das argamassas através da desagregação da mesma ao toque
Lupa binocular
- Análise da distribuição espacial dos componentes
- Estimativa da quantidade de poros de grandes dimensões (macroporos) e alguns
de menores dimensões se a ampliação for elevada (microporos)
- Estimativa da quantidade de pasta-ligante entre os agregados
- Identificação e caracterização dos agregados (cor, forma, tamanho, superfície de
corte, quantidade)
- Identificação de fissuras
- Identificação e caracterização da estrutura porosa (tipo de poros, tamanho, forma,
localização, interligação e profundidade)
- Observação da zona de interface entre materiais
Nas duas imagens à esquerda a ampliação da primeira é menor do que a segunda, apesar de ter
sido aplicada a mesma técnica.
Microtomografia computorizada de raio-x (MicroCT)
- Análise da distribuição espacial dos componentes
- Estimativa ou análise rigorosa da quantidade de poros
- Estimativa ou análise rigorosa da quantidade de pasta-ligante
- Identificação e caracterização dos agregados (forma, tamanho, quantidade e
compacidade)
- Identificação e caracterização da estrutura porosa (tipo de poros, tamanho, forma,
localização, interligação e profundidade)
Nem sempre é possível distinguir os agregados dos poros existentes na argamassa, se os
agregados forem muito porosos. Há uma gama de poros que ainda não é abrangida por esta
técnica, porque são muito pequenos.
Microscopia eletrónica de varrimento (MEV)
- Análise da quantidade de poros numa determinada zona a uma escala muito
ampliada (até 10000x nas aquisições realizadas)
- Análise da zona de interface entre materiais
- Visualização de micro e nano-poros
- Análise e identificação dos cristais presentes na pasta-ligante
- Identificação e caracterização dos agregados (forma, textura, tamanho, quantidade
e superfície de corte)
- Identificação e caracterização da estrutura porosa (tipo de poros, tamanho, forma,
localização, interligação e profundidade)
FTIR e DRX
- Determinação da composição mineralógica do ligante
- Identificação de fases ou estruturas cristalinas (DRX)
- Identificação de fases ou estruturas amorfas (FTIR)
28
3.3. Caracterização e identificação das argamassas
A caracterização que se segue é referente às argamassas produzidas na dissertação de Afonso (2015).
Nesta produção utilizou-se um traço volumétrico de 1:4 em todas as argamassas, por ser o mais
utilizado para argamassas de base cimentícia e também recomendado pelo LNEC (1968). A maioria
das argamassas exceto duas argamassas de areia têm na sua composição tensioativos, resina líquida
e éter de celulose. As quatro argamassas de areia para além de se distinguirem pela presença de
adjuvantes também apresentam diferentes granulometrias, o intuito foi avaliar a influência destes dois
parâmetros nas argamassas.
Nas tabelas 3.2 e 3.3 encontram-se indicadas as características de cada argamassa, sendo a sua
constituição, a dimensão do agregado e a utilização ou não de adjuvantes os fatores com maior
relevância. Na tabela 3.4 encontram-se identificadas as onze argamassas através de registos
fotográficos.
Tabela 3.2 Constituintes das argamassas produzidas em laboratório
Argamassas Ligante Agreg. isolante /
% substituição (em volume)
Dimensão agreg. isolante (mm)
Relação
a/c
Adições /
adjuvantes
AAG+AE
CEM II 32,5 N
60% aerogel + 40% argila expandida
0,5 a 2 1,01 Sim
BAG+GC
60% aerogel+ 40% gran. cortiça 0,5 a 2 0,86 Sim
CAG
100% aerogel 0,5 a 2 0,66 Sim
DAE
100% argila expandida 0,5 a 2 0,55 Sim
EGC
100% gran. de cortiça 0,5 a 2 0,85 Sim
Fcontrolo
100% areia < 0,063 a 2 0,40 Sim
GRef
100% areia < 0,063 a 2 1,10 Não
Hcontrolo
100% areia 0,5 a 2 0,95 Não
Icontrolo
100% areia 0,5 a 2 0,40 Sim
29
Tabela 3.3 Constituintes das argamassas industriais produzidas em laboratório
(si)- sem indicação
Tabela 3.4 Identificação das argamassas através de registos fotográficos
AAG+AE
BAG+GC
CAG
DAE
EGC
Fcontrolo
GRef
Hcontrolo
Icontrolo
JInd
GC
KIndEPS
Argamassas Ligante
% de substituição
(em volume)
Dimensão dos
agregados (mm)
Outros agregados
Quantidade de água por saco (L/kg)
Adições / adjuvantes
JIndGC
Cal hidráulica
natural Cortiça (si) ≤ 3
Terra diatomácea/
argila 0,55
Aditivos naturais; fibras de polipropileno; introdutores de ar
KIndEPS
Cal/ cimento branco e ligantes
sintéticos
70-80% EPS
1,5 a 2 Areia
(calcária e siliciosa)
0,7 Não especificados
30
3.4. Descrição das técnicas
3.4.1. Considerações iniciais
Para a realização deste trabalho foi necessário aplicar diferentes técnicas de caracterização e analisar
os ensaios de desempenho efetuados anteriormente. Estas técnicas tiveram como finalidade
comprovar as propriedades mencionadas, caracterizar as argamassas a diferentes escalas e tirar
conclusões sobre a composição do ligante e dos produtos formados durante o processo de cura da
argamassa.
3.4.2. Ensaios realizados anteriormente
Para analisar o desempenho das argamassas foram realizados diferentes ensaios de caracterização
física e mecânica. Estes ensaios foram realizados no âmbito da dissertação de mestrado de Afonso
(2015) e compilados nas tabelas 3.5 e 3.6. A maioria dos ensaios foram realizados no laboratório de
construção do IST, exceto a porosimetria por intrusão de mercúrio, que foi realizada no laboratório de
análises da Universidade Nova e a permeabilidade ao gás no laboratório de mineralogia e petrologia
do IST.
Tabela 3.5 Ensaios de caracterização fisica e mêcanica de argamassas
Ensaio Objetivo Procedimento/Norma Imagem / Local
Porosidade aberta e
massa volúmica
aparente
Determinar a massa volúmica
aparente e a porosidade aberta
através do método da
submersão num tubo de
ensaio e pesagem hidrostática.
Tubos de ensaio: o ensaio consiste na
medição do nível de água antes e depois
da imersão dos provetes, sendo a
porosidade calculada através da
diferença de volume em relação ao
volume inicial deslocado pela amostra. A
pesagem hidrostática consiste em pesar
a amostra seca e submeter a mesma ao
vácuo com o exsicador durante 24h.
Cálculo da porosidade aberta é realizado
através das diferenças de massa.
Procedimento adotado da norma EN
1015-10 ; RILEM/PEM25
31
Tabela 3.6 Ensaios de caracterização física e mecânica de argamassas (continuação)
Ensaio Objetivo Procedimento/Norma Imagem / Local
Porosimetria por
intrusão de
mercúrio
Determinar a porosidade aberta
e o volume dos poros; obter
informação sobre a estrutura
porosa dos materiais,
nomeadamente: a distribuição
de tamanhos de poros, a área
de superfície, a densidade e a
porosidade.
Aplicação de incrementos de
pressão até dar-se a intrusão de
mercúrio na estrutura porosa da
amostra. O volume que penetra
na amostra é o volume de poros
acessíveis, com um
determinado diâmetro.
Permeabilidade
ao gás
Permite obter através da
penetração de nitrogénio
gasoso a permeabilidade de
materiais sólidos porosos e a
resistividade ao fluxo de ar, que
consiste na razão entre o
diferencial de pressões de uma
amostra e a velocidade de ar
que nele circula.
O ensaio baseia-se na medição
do diferencial de pressões nas
duas extremidades do provete,
quando este é submetido à
passagem de um volume
conhecido de um gás
(nitrogénio) através dele.
Módulo de
elasticidade
dinâmico
Determinar o módulo de
elasticidade dinâmico, através
da frequência de ressonância do
modo de vibração à flexão e à
torção.
Este ensaio baseia-se na leitura
da frequência de ressonância do
modo de vibração à flexão e á
torção. Foi adotado o
procedimento adotado da norma
ASTM E1876-01.
Resistência à
compressão
Determinar a carga máxima de
compressão da argamassa sem
que esta sofra rotura
Este ensaio consiste na
aplicação de uma força de
compressão na face lateral de
um provete até se verificar a
rotura do mesmo. No fim
regista-se a força máxima
aplicada. Procedimento
adaptado da norma EN 1015-11
(CEN,1999).
Condutibilidade
térmica
Analisar a resposta térmica do
material para os impulsos
térmicos.
O ensaio é realizado através de
uma sonda colocada sobre a
superfície do provete, que
analisa a resposta térmica do
material para os impulsos
térmicos que esta lhe transmite.
32
3.4.3. Ensaios realizados no decorrer do trabalho
3.4.3.1. Lupa binocular
A lupa binocular (Figura 3.3) é um instrumento ótico que permite a captura de imagens com ampliação
na ordem dos 250µm (Figura 3.2). Tem a particularidade de ser uma técnica expedita, pouco
dispendiosa e sem necessidade de preparação das amostras, como tal, é uma técnica muito utilizada
como primeira abordagem às observações de caracterização.
As observações efetuadas com a lupa binocular servem muitas vezes como suporte para outras
técnicas laboratoriais. Através desta técnica é possível identificar os componentes da argamassa,
observar aspetos particulares dos componentes como a dimensão, distribuição, textura, forma e cores,
dos mesmos, avaliar quantidades e por último obter uma visão ampliada do que é percecionado a olho
nu.
O Equipamento utilizado foi a lupa binocular da Nikon SMZ645 com uma camara Moticam 10 MP
incorporada (Figura 3.2).
Figura 3.2 Lupa binocular
Figura 3.3 Observação à lupa binocular da argamassa de aerogel CAG
Procedimento
1. Inicia-se o processo com a montagem da máquina fotográfica digital Moticam (10 MP) à lupa
binocular da Nikon, modelo SMZ645 e com o ajuste da iluminação da lupa binocular para a
amostra;
2. Através de um software informático MoticPuls com capacidade de armazenamento e edição de
imagem, são efetuadas observações a tempo real no computador. De seguida, são
programadas as condições de visualização (ampliação e focagem) e é inserida a escala de
250µm e 500µm, para auxiliar a percecionar as dimensões dos materiais analisados;
3. Com recurso a duas peças que se encontram lateralmente no equipamento, são ajustadas a
ampliação e a focagem.
Neste trabalho a lupa binocular foi fundamental para a análise macro e microestrutural, na medida em
que permitiu obter imagens gerais, que abrangiam uma área significativa da amostra.
33
3.4.3.2. Microtomografia computorizada de raios-X (MicroCT)
A Microtomografia de Raio-X também denominada de MicroCT é uma técnica relativamente recente,
desenvolvida nos anos 90, que permite a visualização não destrutiva da estrutura interna de objetos e
possibilita a análise tridimensional de materiais (Cnudde et al., 2006). Através desta técnica é possível
analisar qualitativamente e quantitativamente materiais de complexidade variável, desde que não sejam
opacos aos raios-X e separar e quantificar fases minerais através de atenuações distintas de raios-X
(Henry et al., 2014; Neto et al., 2011). A MicroCT possibilita a realização de vários ensaios na mesma
amostra e também permite avaliar características estruturais e texturas tanto à superfície do objeto e
no seu interior, sem recurso a qualquer tipo de preparação física-mecânica ou tratamento químico da
amostra. A MicroCT em geral não se adequa à realização de análises da composição químico/mineral
quantitativa de objetos complexos, porém pode auxiliar outras técnicas neste tipo de análise. A maior
limitação da MicroCT é a resolução atingida nas imagens (Maurício et al., 2012).
Na engenharia civil, a MicroCT tem aplicações no estudo do betão e das argamassas através da
caracterização e descriminação dos seus componentes, caracterização da estrutura porosa, análise da
distribuição espacial e avaliação do desenvolvimento de fissuras (Henry et al., 2014). O princípio da
MicroCT é similar ao da tomografia aplicada na medicina. Esta técnica baseia-se na interação dos raios-
X com a matéria sólida da amostra. Quando o feixe do raio-X atravessa o material, este sofre uma
atenuação, cuja intensidade depende da densidade e do número atómico do material. Podem ser
utilizadas projeções de imagens obtidas de diversos ângulos, para a reconstrução de uma fatia virtual
a 2D que atravessa o objeto, sem existir qualquer espécie de destruição do material. Aplica-se um
algoritmo matemático que cria imagens transversais da estrutura interna do objeto. Por fim, é realizada
uma junção das diferentes fatias obtidas anteriormente, construindo uma imagem 3D (Perfetti et al.,
2010).
O aparelho utilizado foi o sistema 1172 (Figura 3.4) que permite alcançar uma resolução espacial de 5
µm, ou seja aproximadamente 1x10-7 mm3 voxel (Volumétric Picture Element).
Figura 3.4 Aparelho de MicroCT
Figura 3.5 Provete no interior da câmara
34
Procedimento
1. Preparação dos provetes: obtenção de fragmentos de amostras com forma cilíndrica e
aproximadamente 1 cm altura, retirados dos cantos dos provetes. Aplicação de uma resina
transparente na zona inferior da amostra, de modo a estabilizar a amostra no suporte do aparelho.
2. Posicionamento da amostra no interior do aparelho (Figura 3.5)
3. Fecha-se a câmara e aplicam-se os raios-X durante a rotação pré-estabelecida de 180º da amostra;
o tipo de aparelho utilizado possui raios- x com uma origem fixa.
4. Consoante o passo de rotação e a rotação total, fica determinado o número de imagens horizontais
que podem ser obtidas. Estas imagens são armazenadas num programa até serem em número
suficiente para reconstrução do objeto tridimensional.
5. Após a obtenção das imagens, inicia-se um processo de eliminação do ruído criado pelo sistema
de aquisição e define-se o valor de corte para transformar as imagens originais em imagens
binárias.
6. Concluído o tratamento dos resultados obtidos, obtém-se os modelos tridimensionais da amostra.
Utilizou-se uma voltagem de 100 kV e uma intensidade de corrente elétrica de 100 µA. As imagens
apresentam um tamanho de pixel de 9.95 µm e o tamanho do pixel da câmara é de 24,53 µm.
Findo este procedimento as imagens foram analisadas de acordo com os parâmetros apresentados no
subcapítulo 3.2. Nas imagens observam-se diferentes tonalidades entre o preto, o branco e o cinzento
claro. Estas tonalidades permitem fazer a distinção entre os constituintes através da sua compacidade
e analisar a sua distribuição, dimensão e forma na argamassa (Figura 3.6). No caso do ligante, também
é possível medir a sua espessura e comparar com as imagens obtidas através da lupa binocular e do
MEV.
No gráfico da Figura 3.6, os picos mais elevados (valores entre 100-160) correspondem a zonas de
maior compacidade na argamassa, neste caso à pasta ligante. Os valores próximos de zero ou nulos
correspondem a zonas com baixa ou nenhuma compacidade e referentes aos poros e agregados muito
porosos, como o EPS. As zonas de baixa compacidade encontram-se representadas a preto na imagem
tomográfica.
Figura 3.6 Representação tomográfica e análise da compacidade de uma fatia (2D)da argamassa KInd
EPS.
35
3.4.3.3. Microscópico eletrónico de varrimento (MEV)
A microscopia eletrónica de varrimento permite caracterizar a complexa microestrutura dos materiais a
várias escalas, devido à sua elevada resolução espacial (~1 nm) e à extensa gama de ampliações
(~20x até 100 000x) disponíveis (Goldstein et al., 1992). Estas imagens bidimensionais possuem
aparência tridimensional característica, que permite realizar a avaliação da estrutura superficial da
amostra (Penacho, 2012).
Existem dois tipos fundamentais de microscópios eletrónicos, o microscópio eletrónico de varrimento
(MEV) e o microscópio eletrónico de transmissão (TEM). A característica que distingue estes
microscópios do microscópio ótico (MO) é a utilização de um feixe de eletrões para analisar a amostra.
Ambos os microscópios eletrónicos têm um funcionamento análogo na parte da formação do feixe de
eletrões. O feixe é obtido através de uma passagem de corrente elétrica muito baixa num filamento
dando origem à libertação destes, fenómeno conhecido como efeito termiónico, por outro lado é
exercida uma diferença de potencial muito elevada entre esse filamento e um anel colocado por baixo,
gerando um campo eletromagnético, que leva os eletrões a dirigirem-se para a zona central do anel de
um modo ordenado, obtendo-se um feixe de eletrões (FCUL, 2009).
No MEV as imagens são formadas por um feixe de eletrões. Este feixe, gerado na parte superior do
microscópio, descreve uma trajetória helicoidal através de campos de lentes eletromagnéticas, onde é
focado, até incidir na superfície da amostra, “varrendo-a”. A interação deste feixe com o material conduz
à ejeção de eletrões e à emissão de radiação eletromagnética que constituem os vários tipos de sinais
detetáveis, eletrões com energia igual (retrodifundidos) ou inferior (secundários). Em função do modo
operacional selecionado no microscópio são usados detetores específicos para cada tipo de sinal, que
é subsequentemente amplificado e enviado para um ecrã CCD (charge-coupled device) onde é formada
uma imagem (Goldstein et al , 1992; Barreto, 2014).
O equipamento utilizado foi um aparelho MEV do tipo Hitachi S2400 com detetor Bruker light elements
EDS (Figura 3.7).
Figura 3.7 Aparelho de MEV instalado no MicroLab no IST
Figura 3.8 Observação com o recurso ao MEV da argamassa EGC
36
Procedimento
1. Preparação dos corpos de prova: extrai-se com o auxílio de um martelo e escopro, uma porção do
provete associado à composição da argamassa a ensaiar;
2. Depois coloca-se a amostra numa base metálica adequada e inicia-se a metalização da superfície
da amostra com um filme condutor (Figura 3.9). Esta metalização permite aumentar a condução do
feixe de eletrões sobre a superfície da amostra, evitando a acumulação de campos elétricos
estáticos, e melhora significativamente o contraste da imagem a gerar;
3. De seguida, posiciona-se a amostra em análise num suporte próprio para fixação da amostra, para
facilitar a introdução da mesma na câmara de vácuo. Fixa-se a amostra com o auxílio de parafusos
existentes no suporte, com a superfície metalizada voltada para cima.
4. Com o auxílio de um borrifador de ar, removem-se as poeiras e eventuais partículas não coesas
na superfície.
5. Segue-se a introdução da amostra na câmara de vácuo, sendo que previamente foi retirado o vácuo
nela existente.
6. Por último, coloca-se o feixe do MEV em funcionamento, procedendo-se à observação geral de
toda a superfície da amostra, sendo guardadas as coordenadas dos pontos de especial interesse.
Figura 3.9 Porta amostras para MEV
3.4.3.4. Análise por difração de raios-X (DRX)
A difração de raios X (DRX) é uma técnica que fornece informações amplas quanto à qualificação,
caracterização e quantificação dos minerais presentes num material (Figura 3.11). Esta técnica é
rápida, versátil e permite realizar análises não destrutivas. Como desvantagem, esta técnica não
permite realizar a analise materiais não cristalinos ou com cristalinidade incipiente. Tem aplicações em
diversos campos da engenharia, ciências de materiais e geociências (Paulo, 2006).
Esta técnica baseia-se na propriedade que os raios X possuem de serem difratados pela matéria
cristalina, segundo orientações bem definidas. A radiação X é uma radiação eletromagnética
característica com um comprimento de onda na ordem de grandeza das distâncias interatómicas. Os
registos obtidos – difractogramas (Figura 3.10) – permitem identificar as fases minerais presentes,
sendo possível a quantificação dessas fases e a avaliação do grau de cristalinidade dos minerais
(Falcão, 2010).
37
Figura 3.10 Difractogramas
Relativamente ao processo, quando um feixe de radiação X incide, segundo um determinado ângulo,
nos diferentes planos ou camadas de átomos de uma amostra cristalina, os cristais refletem parte dessa
radiação com um ângulo de reflexão igual ao ângulo de incidência. Para que a radiação refletida tenha
máxima intensidade é necessário que se verifique uma relação entre o comprimento de onda da
radiação, a distância interplanar dos cristais e o ângulo de incidência, expresso pela Lei de Bragg,
definida matematicamente pela equação 3.1.
2d.senɵ = n.λ (eq 3.1)
Sendo:
n- Número inteiro
λ- Comprimento de onda dos raios X
d- Distancia interplanar (específica de cada substância)
ɵ- Ângulo de incidência do feixe
Cada difractograma é característico de uma substância pois evidencia o padrão de difração dessa
substância cristalina, traduzido numa sucessão de picos distribuídos em função de um valor de 2θ
correspondente à reflexão obtida pela incidência da radiação X segundo um determinado comprimento
de onda (Falcão, 2010). Tal como uma impressão digital, a identificação da espécie cristalográfica é
feita por comparação direta dos difractogramas com fichas de difração (ICDD) previamente conhecidas
e específicas de cada grupo mineral. Estas fichas ICDD permitem a interpretação dos resultados,
nomeadamente a identificação do tipo de minerais presentes e as suas fases cristalográficas, podendo-
-se assim tirar conclusões sobre condições de processamento (atmosfera e temperatura) e distinguir
tipos de agregados e ligantes com fases cristalinas (Marques, 2005). Existe também um software
específico onde a identificação das espécies cristalinas é feita por comparação sistemática da posição
e intensidade de todos os picos de difração do difractograma da espécie desconhecida com os do
difractograma padrão (Pinto, 2004).
38
Esta técnica não permite, por si só, a distinção total das argamassas, já que não consegue identificar,
por exemplo, certos materiais pozolânicos, como cinzas vulcânicas, ou alguns silicatos solúveis
próprios de argamassas hidráulicas, devido às suas estruturas amorfas (Marques, 2005). Normalmente
para a análise do ligante recorre-se as técnicas mais especificas como a FTIR. O equipamento utilizado
foi um Difractómetro de Raios X Philips X’Pert Pró (Figura 3.11).
Figura 3.11 Difractómetro de raio-x e porta amostras - Philips X’Pert Pró
Procedimento
A identificação das fases cristalinas presentes na amostra foi realizada através do método dos pós,
habitualmente usado para a identificação de substâncias cristalinas.
1. Preparação dos corpos de prova: desagregação cuidadosa do ligante dos agregados, com o
auxílio de um martelo de madeira e crivagem.
2. Secagem da amostra (fração fina <63 µm) em estufa. Esta secagem também pode ser
realizada antes da desagregação;
3. Depois coloca-se a amostra num porta-amostras plano, fazendo-o girar em torno de um eixo.
4. O feixe de raios x é acionado e este embate na amostra, que difrata segundo a Lei de Bragg.
5. O feixe difratado é detetado por detetores de radiação.
6. O detetor varre uma gama de ângulos e o circuito registador grava sob a forma de picos, os
máximos de difração. O ângulo 2ɵ a que ocorre a difração pode ser lido diretamente a partir da
disposição dos picos no registo difractométrico (difractogramas).
Os difractogramas foram obtidos numa gama de 5° ≤ 2θ ≤ 69,9°, com um tamanho de intervalo [2θ] de
0,030º (step size) e um tempo por intervalo de 74s (Scan step time) (Anexo A.3.1.1) sendo a
composição mineralógica das argamassas determinada por comparação com os difractogramas padrão
da base de dados da International Centre for Diffraction Data (ICDD).
Por último, foi realizada uma tabela A.1.4 (Anexos) com as fases identificadas para cada argamassa e
o indicador portlandite/(calcite+carbonatos) . Este indicador oferece de forma expedita uma estimativa
do grau de carbonatação, através da razão entre intensidades das riscas (Figura 3.12) a 23 º2ɵ
(portlandite) e a 29,4 º2ɵ (calcite). Quanto menor for o grau de carbonatação mais carbonatada é a
argamassa.
39
Figura 3.12 Exemplo do resultado da DRX para argamassa de EPS
3.4.3.5. Espectroscopia de infravermelhos com transformada de Fourier (FTIR)
A espectroscopia de Infravermelhos com transformadas de Fourier (FTIR) é uma técnica usada para
se obter espectros de absorção, emissão, fotocondutividade ou de difração de Raman de
infravermelhos de um sólido, líquido ou gás. Um espectrómetro FTIR recolhe, simultaneamente, dados
de uma vasta gama espectral, o que lhe confere vantagem sobre o espectrómetro dispersivo, que mede
a intensidade num intervalo muito estreito de comprimentos de onda em cada medição. O termo
espectroscopia de infravermelhos com transformadas de Fourier provém do facto de ser necessário
recorrer às transformadas de Fourier (um processo matemático) para converter os dados recolhidos no
espectro de radiação (Silva, 2014). O método de espectrometria de infravermelhos por transformada
de Fourier (FTIR) é um dos principais recursos para a identificação e análise estrutural de substâncias
orgânicas (sólidos, líquidos, gases, materiais amorfos, pós e polímeros) (Monteiro, 2007). Esta técnica
é complementar à difração de raio-x porque consegue captar os materiais amorfos.
O objetivo do espectro de absorção (FTIR, espectrofotometria UV-Vis.) é medir a capacidade de uma
amostra de absorver radiação a um determinado comprimento de onda (Anexo A.2). A forma mais
simplista de se medir é através da técnica de espectroscopia dispersiva, onde uma amostra é sujeita a
um feixe de luz monocromático, e são realizadas medições para diferentes comprimentos de onda. A
espectroscopia FTIR é um método menos intuitivo de se obter a mesma informação. Em vez de um
feixe de luz monocromático, esta técnica usa um feixe de luz composto, com diversos comprimentos
de onda. Depois de feita a medição da absorvência, o feixe de luz é modificado, passando a conter
Position [°2Theta] (Copper (Cu))
10 20 30 40 50
Counts
0
1000
2000
3000
4000
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100 EPS
40
uma combinação de comprimentos de onda diferente do feixe anterior, o qual origina um segundo
conjunto de dados. Este processo é repetido várias vezes e, no final, os dados são recolhidos por um
computador, o qual irá inferir, a partir dos dados referentes a cada conjunto de comprimentos de onda,
a absorção para comprimento de onda (Figura 3.13) (Silva, 2014; Paiva, 2006).
Figura 3.13 Resultado da espectroscopia para a argamassa de aerogel e granulado de cortiça (BAG+GC)
Segundo Marques (2005) a FTIR pode ser utilizada para obter informação química qualitativa sobre
alguns constituintes da argamassa, como por exemplo carbonatos de cálcio, hidróxidos de cálcio e
magnésio, gesso, entre outras e sobre a presença de sais. Esta técnica traz uma série de vantagens,
nomeadamente a redução no tempo de análise, diminuição da quantidade de amostras, melhoria na
capacidade de identificar ou caracterizar estruturas complexas, sem destruição da amostra (Lopes e
Fascio, 2004)
O equipamento utilizado foi um espectrómetro FTIR designado por Spectrum 65 da Perkin-Elmer
(Figura 3.14) e uma prensa hidráulica também da marca Perkin- Elmer (Figura 3.15).
Figura 3.14 Espectrómetro
Figura 3.15 Prensa hidráulica
41
Procedimento
1. Preparação dos corpos de prova: desagregação do ligante ao agregado com o auxílio de um
martelo. Retira-se a pequena porção de ligante resultante desta desagregação;
2. Peneiração da porção do ligante de modo a obter apenas as partículas finas (pó) ≤ 63µm
3. Insere-se uma pequena quantidade deste pó no almofariz de ágata juntamente com 100 mg de
um sal alcalino e mistura-se.
4. Esta mistura é colocada num recipiente próprio da prensa e de seguida é submetida a uma
pressão de 15 tons.
5. Obtém-se após esta prensagem um disco translúcido da mistura com 1 cm de diâmetro.
6. Insere-se o disco no aparelho de espectrometria e dá-se início ao varrimento, que possui a
duração de aproximadamente 1minuto.
7. O resultado é um espectro com diferentes comprimentos de onda, sendo que através destes é
possível identificar os componentes presentes na amostra. Estes espectros ficam gravados
num software fornecido pela própria marca do espectrómetro Perkin-Elmer.
3.5. Síntese do capítulo
As técnicas escolhidas tem como objetivo caracterizar a estrutura sólida e porosa das argamassas. No
caso das técnicas de observação, a escolha de diferentes escalas de ampliação, permite obter uma
progressão visual da argamassa do geral para o particular.
Foram aplicadas técnicas de elevada resolução espacial, atingindo o valores na ordem do 1 µm no
caso do MEV, o que permite observar inúmeros pormenores. No entanto, os resultados das
observações estão limitados a uma zona de observação, o que muitas vezes não é representativo de
toda a argamassa. Esta desvantagem está associada à lupa binocular e ao MEV, porque são técnicas
limitadas à superfície do material. A microCT não apresenta esta desvantagem visto que é possível
aceder ao interior do material. Porém existem outras dificuldades, como a dimensão da amostra ser
pequena e medianamente representativa, ou a capacidade de distinguir entre materiais com muita
porosidade e os poros existentes na argamassa, porque ambos apresentam compacidades
semelhantes.
A escolha de duas técnicas diferentes para a caracterização dos produtos formados no ligante, deve-
se ao facto de uma ser capaz de identificar estruturas cristalinas (DRX) e a outra estruturas amorfas
(FTIR), estas duas técnicas são complementares. Pelas razões anteriores, a metodologia proposta
baseia-se no uso das várias técnicas e na respetiva complementaridade para a interpretação do
comportamento das argamassas.
No capítulo seguinte expõem-se os resultados destas técnicas e analisam-se os resultados em conjunto
com as suas características físicas e mecânicas.
42
43
4. Análise de resultados
4.1. Considerações gerais
Neste capítulo sintetizam-se os resultados obtidos no presente estudo. Numa primeira parte
caracterizam-se as argamassas com recursos às diferentes técnicas disponíveis. Posteriormente, com
base nos resultados obtidos em paralelo com o estudo de Afonso (2015) e no âmbito do projeto
NANORENDER (Projeto FCT PTDC /ECM /118262/2010) faz-se uma avaliação crítica sobre o modo
como os aspetos microestruturais podem condicionar o desempenho das diversas argamassas.
A campanha experimental de observação foi definida com base em quatro parâmetros: (1) a natureza
dos agregados, (2) as características da pasta ligante, (3) o tipo de interface entre o agregado e o
ligante (em inglês referida como ITZ - intermediate transition zone) e (4) a análise global do espaço
poroso. Estes quatro parâmetros facilitam a caracterização e a comparação entre argamassas. Os
resultados desta análise foram sintetizados e agrupados nas tabelas 4.1 a 4.4. Tendo em conta as
diferenças observadas, os resultados deverão estar muito condicionados pelo tipo de agregado(s)
utilizado(s), uma vez que os traços volumétricos usados nas formulações são iguais.
Nas argamassas de areias é possível comparar o efeito dos adjuvantes e da granulometria. Para além
da caracterização física, analisou-se também a pasta-ligante do ponto de vista composicional.
Considera-se que este aspeto é muito dependente do processo de cura das argamassas e deverá estar
condicionado pela água intersticial.
Conjugando as informações anteriores, pretende-se avaliar em que medida a estrutura porosa, assim
como outras propriedades físicas e morfológicas, poderão ter controlado a natureza dos produtos finais
e as características microestruturais e composicionais observadas. Finalmente, os resultados obtidos
são usados para uma melhor interpretação dos restantes ensaios experimentais.
4.2. Caracterização microestrutural de argamassas
4.2.1. Caracterização dos agregados
Foram testados seis tipos de agregados: argila expandida, granulado de cortiça expandida, aerogel de
sílica, poliestireno expandido (EPS), cortiça industrial e areia incorporados em onze formulações de
argamassas. Para além dos dados recolhidos na literatura e referenciados no texto, as argamassas
foram analisadas com lupa binocular, MicroCT e MEV, obtendo-se os seguintes resultados para cada
um dos agregados.
44
i) Partículas de argila expandida (AE)
As partículas de AE vistas a olho nu e à lupa binocular possuem formas entre a esferoidal e a elipsoidal,
com dimensões que variam entre 0,5 e 2mm. A superfície externa da AE é relativamente lisa e
compacta, com espessuras na ordem dos 50-200 µm, valores concordantes com os de Bogas et al.
(2012). Pelo contrário, quando os agregados se encontram fragmentados, as superfícies são
extremamente rugosas. A AE contém um considerável número de poros aparentemente fechados no
seu interior, resultantes do processo de produção (Figura 4.1), o que está na origem deste agregado
leve (Moravia et al, 2006). Por outro lado, existem poros abertos, mas com comunicação limitada com
o exterior, responsáveis pelo efeito rápido de sucção e pela retenção de água. Segundo Smeplass
(2000) a porosidade da AE ronda os 40-70%, sendo a maioria dos poros classificados como isolados e
de dimensões muito variadas entre 1- 300 µm (Figuras 4.1 e 4.2).
Figura 4.1 Interior do agregado de argila expandida (lupa binocular) – escala: 250 µm
Figura 4.2 Superfície e interior do agregado de argila (MEV) – escala: 100 µm
ii) Partículas de aerogel (AG)
As partículas de AG identificam-se na argamassa pelo seu aspeto compacto e pelos contornos
angulosos. Apresentam calibres geralmente <2mm (Figura 4.3), no entanto são comuns as partículas
de dimensões mais reduzidas, devido à sua grande fragilidade face ao manuseamento. Observa-se
frequentemente um padrão de microfissuras no AG com aproximadamente 1µm de espessura, a
maioria no contorno das partículas. A superfície de contacto apresenta baixa rugosidade e é
tendencialmente plana a conchoidal (Figura 4.4). O AG apresenta valores elevados de porosidade 80
a 99,8% (Zhao et al., 2014) e massa volúmica 85 a 95 kg/m3. É constituído por poros nanométricos
indistinguíveis mesmo com ampliações superiores a 10 000 vezes no MEV. É de notar que devido a
reduzida massa volúmica e a hidrofobicidade do aerogel, este teve que ser previamente misturado com
um tensioativo comercial para ser analisado.
45
Figura 4.3 Partícula de aerogel (lupa binocular) escala: 250 µm
Figura 4.4 Partícula de aerogel envolvida em ligante (MEV) - escala:100 µm
iii) Partículas de granulado de cortiça (GC)
O agregado de GC encontra-se bem embebido na argamassa devido à sua rugosidade superficial e
formas angulosas, resultantes do processo de trituração da cortiça. O calibre médio do granulado
encontra-se entre 0,5 e 2mm (Figura 4.5); no entanto é possível observar uma grande variedade
dimensional entre as partículas. A sua porosidade é conferida pela estrutura alveolar de células
microscópicas de tecido orgânico com 5 a 7 faces, preenchidas com um gás semelhante ao ar e
aglomeradas por substâncias resinosas (Silva et al., 2005). As células comunicam entre si por
microcanais que atravessam a parede celular (plasmodesmos). O volume das paredes das células é
de cerca de 10-15% do volume total (Gil, 1998), ou seja, o espaço vazio é de cerca de 85-90%, o que
confere a este material as suas propriedades de isolamento e resiliência. As células tornam-se elásticas
por meio de impregnação de suberina e estão dispostas de forma organizada na partícula. Estas células
apresentam dimensões na ordem das dezenas de mícrones (20 a 45 µm) dependendo da sua
orientação (Figura 4.6) (Graça e Pereira, 1993; Gil, 1998).
Figura 4.5 Partículas de granulado de cortiça e poros interconectados (lupa binocular) - escala: 250 µm
Figura 4.6 Interface entre o ligante e a cortiça e pormenor dos poros celulares da cortiça (MEV) -
escala: 100 µm
46
iv) Areias
As areias surgem na argamassa com formas variadas e contornos tendencialmente angulosos. A
dimensão dos grãos utilizados varia entre 0,5 e 2 mm nas argamassas Hcontrolo e Icontrolo e entre 0.063 e
2 mm nas argamassas Fcontrolo e Gref. Nestas últimas, as partículas apresentam maior esfericidade, a
par do calibre reduzido (Figura 4.7). A superfície dos grãos, constituídos essencialmente por quartzo e
algum feldspato, é plana e angulosa. Não existem indícios de porosidade interna nos grãos, o que é
comprovado através das observações à lupa binocular (Figura 4.7).
Figura 4.7 Grão de quartzo com cerca de 2 mm (lupa binocular) - escala: 250 µm
Figura 4.8 Grãos de areia da argamassa (Icontrolo)) envolvidos pelo ligante (MEV) escala: 100 µm
v) Partículas de poliestireno expandido (EPS)
O agregado de EPS apresenta uma forma tipicamente esferoidal, com dimensões entre 1,5 e 2 mm e
superfície de contacto rugosa (Figura 4.9). A superfície externa das partículas é uniforme e pouco
porosa. No interior, a porosidade é muito elevada devido à sua estrutura celular, com poros fechados
(alveolares) semelhantes aos da cortiça mas sem interligação entre eles e com contornos mais
irregulares. As dimensões dos poros são da ordem dos 80 a 100 µm (Figura 4.10). A porosidade deste
agregado ronda os 98% (Amianti, 2005) e a baridade entre 10 a 30 kg/ m3.
Figura 4.9 Partículas de EPS (lupa binocular)
Figura 4.10 Poros celulares do EPS (MEV) escala: 100 µm
47
4.2.2. Caracterização da pasta-ligante na argamassa
Macroscopicamente e com o recurso à lupa binocular, observa-se um volume de pasta-ligante entre os
agregados muito variável consoante a argamassa. Este aspeto é importante considerando que foi
utilizado o mesmo traço volumétrico em todas as argamassas. Note-se, por isso, que o traço ponderal
e a baridade são diferentes. Estes últimos aspetos, como se verá adiante, condicionam a estrutura do
espaço poroso intersticial nas diferentes argamassas. As imagens que se seguem (Figura 4.11) foram
captadas com recurso à lupa binocular e fornecem um panorama geral do aspeto superficial das
argamassas.
a) Argamassa AAG+AE
b) Argamassa BAG+GC
c) Argamassa CAG
d) Argamassa DAE
e) Argamassa EGC
f) Argamassa HControlo
Figura 4.11 Argamassas analisadas à lupa binocular (escala 500 µm)
48
g) Argamassa IControlo
h) Argamassa FControlo
i) Argamassa GRe
Figura 4.11 Argamassas analisadas à lupa binocular (escala 500 µm) - continuação
Numa primeira análise observa-se que a pasta-ligante contorna a maioria das partículas do agregado,
formando uma zona relativamente compacta de pasta-ligante com determinada espessura consoante
a argamassa. A espessura média entre os agregados foi medida com recurso à escala presente em
todas as imagens. Note-se, no entanto, que alguns destes espaçamentos entre agregados continham
pequenas partículas de agregado, que nem sempre foram contabilizadas nos cálculos, devido à
dificuldade de cálculo associada. No presente capítulo são explicitados os valores médios de espessura
da pasta-ligante, que fornecem uma ideia geral da quantidade de pasta-ligante nas argamassas.
As argamassas tradicionais com maior espessura de ligante são: as argamassas com substituições
(AAG+AE), (BAG+GC), a argamassa de aerogel (CAG) e a argamassa de cortiça (EGC). Numa primeira análise
à lupa binocular, as argamassas de aerogel com substituições são as que apresentam maior
quantidade de pasta-ligante. Porém, com recurso à Micro-CT, constatou-se que muitos dos espaços
entre os agregados, se encontram preenchidos com pequenas partículas de aerogel (Figura 4.12). Esta
constatação alterou a perceção dos valores da espessura de pasta-ligante entre os agregados. Deste
modo chegou--se à conclusão que a argamassa com maior quantidade de pasta ligante é a de cortiça
EGC com valores entre 100 e 500 µm, sendo predominantes as espessuras na ordem dos 250µm, a
seguir é a argamassa de aerogel CAG, que apesar de possuir inúmeras partículas com menores
dimensões, apresenta espessuras de pasta-ligante inferiores a 400 µm, a maioria na ordem dos 50-
49
350 µm. As argamassas com substituições apresentam espessuras inferiores a 300 µm, sendo
espessura média na ordem dos 50-200 µm. Salienta-se que esta espessura corresponde a uma
quantidade considerável de pasta ligante.
a) argamassa AAG+AE b)argamassa BAG+GC c) argamassa CAG
Figura 4.12 Representações tomograficas
Realizou-se uma comparação com os valores de percentagem de ligante em massa (Tabela A.3.1)
para conferir os resultados da análise observacional. A percentagem de ligante em massa é: 51,22%
(EGC), 52,01% (CAG), 47,46% (AAG+AE) e 35,50% (BAG+GC); estes valores estão de acordo com o que se
verifica nas imagens.
Na argamassa de cortiça EGC (Figuras 4.13) as zonas de pasta-ligante são maiores porque a argamassa
não possui partículas de pequenas dimensões, em tão elevado número como a argamassa de aerogel;
no entanto o facto de existirem poros de maiores dimensões também contribui para a diminuição da
espessura de pasta-ligante para valores semelhantes aos da argamassa de aerogel. Constata-se que
a granulometria, os poros intersticiais e a forma das partículas, contribuem para a obtenção de
diferentes espessuras de pasta-ligante e diferentes valores de percentagem de ligante em massa.
Tanto o aerogel como a cortiça apresentam granulometrias relativamente extensas, o que favorece o
ajuste entre as partículas.
Figura 4.13 Argamassa de cortiça (EGC) com poros na zona de ligante (lupa binocular) – escala:250µm
Figura 4.14 Argamassa de cortiça (EGC) - MicroCT
50
As argamassas industriais JIndGC e KInd
EPS apresentam um aspeto compacto e com poucos poros à
superfície; em média a espessura de pasta-ligante é semelhante para as duas argamassas (100-400
µm). A argamassa industrial de cortiça JGC é aquela que apresenta maior volume de pasta ligante (com
cal hidráulica) de todo o conjunto analisado (Figura 4.15), facto que poderá estar relacionado com a
percentagem de ligante em massa (informação não disponibilizada pelo fornecedor). A cortiça
encontra-se intimamente ligada à pasta ligante devido ao preenchimento dos volumes celulares, o que
poderá afetar positivamente o seu desempenho mecânico. Na argamassa com EPS, a espessura da
pasta ligante é menor, o que poderá estar relacionado com uma percentagem de ligante em massa
mais reduzida (informação não disponibilizada pelo fornecedor) e com o aumento da porosidade (Figura
4.16).
Figura 4.15 Argamassa JIndGC – escala:500 µm
Figura 4.16 Argamassa KIndEPS – escala:500 µm
A argamassa de argila expandida (DAE) apresenta uma espessura de pasta-ligante muito reduzida e
concentrada em determinados pontos do agregado (Figura 4.11 d). Considerou-se que esta espessura
ronda os 40-50 µm mas admitem-se outros valores menores, visto não ser claro o limite entre a pasta-
ligante e a partícula. A percentagem de ligante em massa desta argamassa é de 31,52%.
As argamassas constituídas por areias apresentam espessuras muito variadas, no entanto em média
apresentam-se os seguintes valores 40-100 µm e 50-200 µm para as argamassas com granulometria
grossa (Icontrolo e Hcontrolo), e 40-50 µm e 50-100 µm para as argamassas com granulometria fina (Fcontrolo
e GRef). O que diferencia estas argamassas é a organização dos agregados e a aplicação de
introdutores de ar, visto que a quantidade de pasta-ligante é a mesma. A percentagem de ligante em
massa é de 15,73 % para todas as argamassas de areia.
As argamassas que apresentam visualmente menos volume de ligante são: DAE, Icontrolo e Fcontrolo. Estas
argamassas apresentam maior concentração de pasta-ligante em pontos do agregado e percentagem
de ligante em massa reduzida. Esta concentração deve-se à forma; à granulometria do agregado; e à
aplicação de adjuvantes. Os adjuvantes aumentam significativamente a porosidade e ajudam a
concentrar a pasta-ligante em determinados pontos, reduzido o volume de pasta distribuída pela
argamassa. Através das imagens é possível constatar a ligação “em ponte” entre os agregados e a
existência de uma fina camada de ligante à volta dos mesmos, no entanto o seu limite é pouco
percetível (Figura 4.17).
51
a) Argamassa DAE, b) Argamassa Fcontrolo c) Argamassa Icontrolo
Figura 4.17 Argamassas envolvidas pela pasta ligante, MicroCT (cima) e MEV (baixo)
Nas restantes argamassas, a quantidade de ligante no redor das partículas não é muito afetada, apesar
de terem adjuvantes. Essas argamassas apresentam elevada percentagem de ligante em massa, com
exceção da argamassa de aerogel e cortiça expandida (BAG+GC) com 35,50%.
Relativamente aos componentes presentes na pasta-ligante das argamassas, verifica-se que a
presença de componentes cimentícios originais ou hidratados não é muito significativa, de acordo com
a análise por DRX. Por sua vez, reconhece-se a formação de portlandite (Ca(OH)2) ou de carbonatos
de cálcio (calcite e vaterite) (Tabela A.1.1), em quantidades variáveis, como produtos intermédios ou
de final da carbonatação do cimento. No caso das areias, observa-se uma relação direta entre o tipo
de rede porosa e o grau de carbonatação. O grau de carbonatação foi medido pela razão entre as
reflexões mais importantes da portlandite e da calcite (carbonato mais significativo em todas as
argamassas estudadas). Assim a existência de uma rede porosa mais aberta e desenvolvida promove
as trocas gasosas envolvidas na carbonatação. Como visto anteriormente, a formação das estruturas
mais porosas e abertas está dependente da incorporação de adjuvantes. Nas restantes argamassas, o
menor grau de carbonatação observado (Hcontrolo, EGC e DAG) poderá estar dependente da maior
retenção de água pela argila expandida e pela cortiça, e da compacidade da argamassa de areia,
limitando as trocas gasosas com o exterior. Em alguns casos (AAG+AE, BAG+GC, CAG e Hcontrolo, assim
como nas argamassas industriais JGC e KEPS) observa-se a formação limitada de vaterite, que deverá
estar dependente das condições de ambientais de cristalização, mas cujo mecanismo não está
completamente esclarecido. Os restantes componentes identificados estão relacionados com o tipo de
agregado utilizado.
52
4.2.3. Caracterização da interface pasta-ligante/agregado
A aderência da pasta-ligante ao agregado está condicionada pelas ligações que se formam na interface
entre os dois materiais. Estas ligações ocorrem devido à formação de diferentes cristais na pasta ligante
que em conjunto com uma superfície de contacto rugosa, promovem a aderência entre os materiais.
Uma vez que a coesão da argamassa é proporcional à aderência, quanto maior for a aderência maior
é a coesão da argamassa.
Figura 4.18 Interface entre os agregados e o ligante das argamassas, MEV (cima) e lupa binocular (baixo)
a) Argamassa AAG+AE
b) Argamassa BAG+GC
c) Argamassa CAG
53
Os agregados com superfícies de contacto rugosas apresentam maior aderência entre a pasta-ligante
e o agregado, porque permitem a penetração da mesma nas suas reentrâncias e promovem o
crescimento de cristais aciculares e tubulares. Verifica-se nas imagens que a pasta-ligante penetra nas
reentrâncias da superfície da argila expandida e nos poros celulares do granulado de cortiça (Figura
4.18 a) e b)). O mesmo não sucede com o aerogel que apresenta uma superfície de contacto
praticamente lisa (Figura 4.18 c)).
As argamassas que possuem cortiça na sua formulação (EGC, BAG+GC e JIndGC) tendem a ser argamassas
mais compactas e com menos vazios, devido ao envolvimento da pasta-ligante com a superfície rugosa
e deformabilidade da cortiça (Figura 4.19). Esta deformabilidade auxilia o rearranjo entre as partículas
e permite acomodar melhor a retração do ligante, o que diminui o risco de fissuração e aumenta a
coesão. A superfície de contacto rugosa permite um maior imbricamento na zona de interface. O
mesmo comportamento repete-se nas argamassas industriais JIndGC e KInd
EPS.
a) Argamassa EGC b) Argamassa BAG+GC c) Argamassa JIndGC
Figura 4.19 Imagens do interior das argamassas com granulado de cortiça
A argamassa de argila expandida DAE apresenta uma superfície ligeiramente rugosa que permite o
imbricamento do ligante com a superfície do agregado (Figura 4.20). Existe uma fina camada de pasta-
ligante a envolver as partículas de AE que contribui para o aumento da compacidade/opacidade na
zona de interface. Também o efeito de absorção altera a opacidade na superfície da AE, tornando-a
mais compacta através do transporte de pequenas partículas da pasta-ligante para o seu interior. Por
outro lado, devido ao processo de arrefecimento na sua produção, a superfície exterior da argila
expandida é mais densa que o seu interior (Bogas et al, 2012), o que pode ser observado nas imagens
tomográficas. A camada externa da argila expandida ronda aproximadamente os 100-200 µm (valores
medidos no MEV) (Figura 4.20).
54
Figura 4.20 Observações da argamassa de argila expandida com recurso à Micro-CT (esq) e MEV (dta)
Os agregados com superfície de contacto lisa ou menos rugosa apresentam maior dificuldade em
formar argamassas coesas. Isto sucede porque não existe uma zona de penetração do ligante para o
interior do agregado, o que diminui a aderência. São exemplos de agregados com superfícies lisas o
aerogel e as areias (Figuras 4.21).
a) Argamassa Icontrolo b) Argamassa Hcontrolo
Figura 4.21 Argamassas com agregados de superfície de contacto lisa
A olho nu a argamassa de aerogel CAG, apresenta um aspeto coeso e com pouca desagregação (Figura
4.22). Porém, com recurso à lupa binocular e ao MEV observa-se que espessura de pasta-ligante entre
as partículas é reduzida e verificam-se alguns destacamentos com aberturas de 0.35 a 0.7µm da pasta-
ligante e no redor da partícula, o que confirma a ligeira falta aderência associada a uma superfície de
contacto lisa (Figura 4.23).
Figura 4.22 Registo fotográfico da argamassa CAG
Figura 4.23 Interface agregado/ligante da argamassa BAG+GC (MEV)
55
Todas as argamassas com areia s ão caracterizadas por terem agregados de superfície de contacto
lisa, o que dificulta a ligação entre o agregado e a pasta-ligante. Porém verifica-se que as argamassas
de areia com introdutores de ar (Fcontrolo e Icontrolo) apresentam uma ligação compacta e “forte” entre os
agregados, apesar da reduzida espessura de ligante entre as partículas e maior quantidade de vazios
em comparação com as argamassas sem introdutores (Hcontrolo e GRef) (Figura 4.24 e 4.25).
Figura 4.24 Argamassa com adjuvante (Micro-CT) Hcontrolo - Ligação poro-canal
Figura 4.25 Argamassa sem adjuvante
(Micro-CT) Icontrolo - Ligação em ponte
As argamassas com introdutores de ar evidenciam melhor as ligações “em ponte” entre partículas
(Figura 4.25). A ligação entre os agregados das argamassas de areia foi avaliada manualmente ao
toque. Verificou-se que existe uma ligeira desagregação em ambas as argamassas, ou seja o resultado
foi idêntico com ou sem introdutores de ar, o que leva a crer que as ligações por pontos são tão fortes
ou mais, que as ligações por envolvimento total das partículas (ligação estreita de agregado e dispersa
de agregado). Nestas argamassas, com poros muito desenvolvidos, os cristais de calcite, que
promovem a ligação em ponte entre agregados podem atingir algumas dezenas de mícron de
comprimento e espessura (Figura 4.26).
Figura 4.26 Cristais de calcite
56
4.2.4. Caracterização do espaço poroso
Para observar o espaço poroso das argamassas foram aplicadas três técnicas, a lupa binocular, o MEV
e a MicroCT. As duas primeiras serviram para analisar a superfície das amostras (2D) e a última
complementou com uma análise volumétrica (3D) das mesmas. As amostras escolhidas para análise
possuem dimensões lineares entre 0.7-1 cm e foram escolhidas de modo a ser o mais representativas
possível da estrutura sólida e porosa do provete. Na microCT as imagens escolhidas, também tiveram
em conta a representatividade, excluindo aspetos locais menores, de entre as milhares de imagens que
se podem obter. Nestas observações foram estimados os seguintes parâmetros: quantidade,
distribuição, dimensão e profundidade dos poros.
Todas as argamassas apresentam um número elevado de nanoporos (pertencentes à dimensão dos
microporos) com dimensões inferiores a 1µm, alguns deles nos próprios agregados. Este tipo de
porosidade não será abordado no texto, mas sim os poros intersticiais de maiores dimensões (entre os
microporos e os macroporos) porque a ampliação aplicada não permite atingir estas dimensões.
Numa análise geral, as argamassas que têm mais macroporos intersticiais são a argamassa de argila
expandida (DAE) e as argamassas de areia com adjuvantes (Icontrolo, Fcontrolo), ocupando uma parte muito
significativa do seu volume. Estes poros apresentam formas irregulares e são todos interconectados,
praticamente indistinguíveis dos vazios. As ligações entre partículas nestas argamassas é realizada
através de ligações em ponte, o que determina a existência de uma rede (macro) porosa aberta (Figura
4.27).
Figura 4.27 Imagens 3D das argamassas DAE , Icontrolo e Fcontrolo
57
A argamassa de aerogel CAG apresenta em geral uma quantidade média de poros intersticiais, sendo
os de maior expressão entre os 250-500µm. Nesta argamassa visualizam-se, excecionalmente, alguns
poros com 1000-1200µm de diâmetro (medições à lupa binocular e MEV). A maioria dos poros
localizam-se junto do agregado e encontram-se interligados por pequenos canais (Figura 4.28 b)). As
imagens tomográficas não permitiram identificar com precisão os poros, porque a opacidade das
partículas de aerogel é semelhante ao ar, representado nas imagens tomográficas a preto.
a) Lupa binocular
b) MicroCT
c) MEV
Figura 4.28 Poros na argamassa de aerogel CAG:
A argamassa de aerogel e argila expandida (AAG+AE) também dispõem de uma quantidade média de
poros intersticiais, mas ligeiramente superior à argamassa anterior (CAG). Os poros desta argamassa
estão bem distribuídos e apresentam um vasto leque de formas e dimensões, que rondam os 300-
600µm, sendo possível atingir os 1200 µm (medições à lupa binocular e MEV) (Figura 4.29 a) e c)).
Nas imagens tomográficas é possível distinguir as partículas de AE (tons entre o preto e o cinza), mas
a situação do aerogel mantém-se, mostrando-se indistinguível dos poros. É possível identificar alguns
dos canais de conexão entre os poros, pela forma irregular e extensa dos mesmos no interior da
argamassa.
58
a) Lupa binocular
b) MicroCT
c) MEV
Figura 4.29 Poros na argamassa de aerogel e argila expandida AAG+AE
A argamassa de argila expandida e de granulado de cortiça (BAG+GC) possui aspeto compacto, devido
à proximidade e arranjo de todos os componentes; deste modo existe pouco espaço para a formação
de vazios de dimensões maiores. Esta argamassa distingue-se pela reduzida quantidade de poros
intersticiais e conexão fina entre eles. A distribuição dos poros maiores é dispersa, com tendência a
concentrarem-se junto ao agregado de aerogel; apresentam formas variadas, com dimensão média a
rondar os 300 µm. Pontualmente, existem poros com 500 µm de diâmetro (Figura 4.30).
59
a) Lupa binocular
b) MicroCT
c) MEV
Figura 4.30 Poros na argamassa de aerogel e granulado de cortiça BAG+GC
A argamassa constituída por granulado de cortiça (EGC) apresenta uma elevada quantidade de poros
intersticiais na pasta-ligante, sendo alguns deles bem desenvolvidos. Ao aumentar a escala de
observação, constata-se com recurso à lupa binocular, a existência de inúmeros poros com formas
alongadas (Figura 4.32 b), interligados entre si. A dificuldade na identificação dos poros na tomografia
deve-se à elevada porosidade do agregado, que exibe uma opacidade semelhante à do ar (Figura 4.31
c).
60
a) Registo fotográfico
b) Lupa binocular
c) Micro-CT
d) MEV
Figura 4.31 Poros na argamassa de granulado de cortiça EGC
Um método para identificar os diferentes constituintes na argamassa é através da análise da
opacidade/atenuação da radiação, segundo uma secção conforme exposto no capítulo 3. Nesta
análise, o ar tem opacidade zero (transparência) e o agregado por ser muito poroso também
corresponde a valores próximos de zero, praticamente indistinguível dos poros. Os valores ligeiramente
acima de zero no agregado devem-se às paredes celulares da cortiça. A pasta-ligante corresponde
aproximadamente à opacidade de 140 (Figura 4.32).
Figura 4.32 Análise da opacidade dos materiais da argamassa de cortiça
61
A cortiça é um material que geralmente proporciona espaços intersticiais pouco porosos, devido à sua
capacidade de deformação, o que dá origem a argamassas mais compactas como a argamassa BAG+GC;
porém este não é o caso da argamassa de cortiça EGC, porque existem vários poros no espaço
intersticial. Na argamassa EGC os poros apresentam diversas formas e dimensões na ordem dos 400-
1000 µm, sendo predominante a forma alongada.
As argamassas Fcontrolo e Icontrolo possuem adjuvantes na sua constituição e apresentam no espaço
intersticial, poros (ou vazios) conectados entre si que atravessam todo o agregado. Considera-se que
a dimensão destes poros varia entre 100-1000 µm para (Fcontrolo) e 300-1500 µm para (Icontrolo) mas
admitem-se outros valores devido à sua elevada extensão. O que varia nestas duas argamassas é a
dimensão do agregado, sendo que a argamassa (Fcontrolo) com granulometria mais fina, apresenta mais
vazios com menores dimensões, e a argamassa (Icontrolo) com granulometria mais grossa, possui vazios
com maiores dimensões mas em menor quantidade.
a) Argamassa Fcontrolo b) Argamassa Icontrolo
c) Argamassa GRef d) Argamassa Hcontrolo
Figura 4.33 Argamassas de areia (imagens Micro-CT)
As argamassas GRef e Hcontrolo não possuem adjuvantes na sua formulação e a única diferença entre
elas é a dimensão do agregado. Os poros nestas argamassas assemelham-se aos poros das restantes
argamassas, porque apresentam alguma interligação entre si, mas os canais são estreitos e a sua
passagem é mais tortuosa que nas argamassas Fcontrolo e Icontrolo como se vê na Figura 4.33.
62
Na argamassa GRef os poros apresentam dimensões que rondam os 200-1000µm, sendo
predominantes nesta argamassa os vazios com dimensões de 500µm. No caso da argamassa Hcontrolo
os poros encontram-se entre 1 e 2 mm de diâmetro. Os poros de ambas as argamassas apresentam
secções circulares (morfologia esférica).
As argamassas industriais de EPS e granulado de cortiça (KIndEPS e JInd
GC) são as que apresentam
volume de macroporos mais reduzido na pasta ligante, sobretudo na argamassa JIndGC. Nesta
argamassa os poros rondam em média os 200-400µm, apesar de existirem poros pontuais com 800 e
1000µm. Os poros possuem formas variadas, sendo predominante as formas circulares (Figura 4.34).
a) Lupa binocular b) Micro-CT
c) MEV
Figura 4.34 Poros na argamassa industrial de granulado de cortiça JIndGC
A argamassa KIndEPS apresenta poros com dimensão média de 600µm e formas alongadas. Os poros
encontram-se distribuídos de modo disperso na argamassa e frequentemente contornam as partículas
de EPS (Figura 4.35 - b).
63
a) Lupa binocular b) Micro-CT
c) MEV
Figura 4.35 Poros na argamassa industrial de granulado de cortiça KIndEPS. Destaque para poros alongados
envolvendo o EPS em a) e b). estrutura celular do EPS em c)
4.3. Parâmetros de caracterização
Dada a multiplicidade de resultados obtidos, apresenta-se nesta secção uma síntese comparativa das
argamassas nas tabelas (4.1 a 4.4), onde são caracterizados para cada uma das argamassas os
parâmetros com relevância na sua microestrutura. Estes parâmetros têm como objetivo conjugar, os
resultados dos ensaios laboratoriais realizados.
64
Tabela 4.1 Parâmetros de caracterização de argamassas
AAG+AE
BAG+GC
CAG
Dimensão dos poros
do agregado
Aerogel: <<1 µm
Argila Expandida: 1-200 µm
Aerogel: <<1 µm
Granulado de Cortiça: 10-45 µm Aerogel: <<1 µm
Superfície de
contacto
Aerogel: Lisa
Argila Expandida: Rugosa
Aerogel: Lisa
Granulado de cortiça: Rugosa Aerogel: Lisa
Espessura do ligante e
Percentagem de ligante em massa;
50-200 µm
47,46 %
50-200 µm
35,50%
50-350 µm
52,01%
Ligação
agregado/ligante
Ligação dispersa entre o
agregado
Ligação dispersa entre o
agregado
Ligação dispersa entre o
agregado
Estimativa da
quantidade e
dimensão dos poros
no ligante
Quantidade de macroporos
média; a maioria entre 300-600
µm; Quantidade elevada de poros
com dimensões ≤ 1 µm
(observados no MEV);
Excecionalmente visualizam-se
poros com 1200 µm
Quantidade de macroporos
reduzida, a maioria na ordem dos
300 µm; Quantidade elevada de
poros com dimensões ≤ 1 µm
(observados no MEV);
Excecionalmente visualizam-se
poros com 500 µm
Quantidade de macroporos média,
a maioria entre 250-500 µm;
Quantidade elevada de poros com
dimensões ≤ 1 µm (observados no
MEV) Excecionalmente
visualizam-se poros com 1000-
1200 µm
Indicador
Portlandite/Calcite
Grau de carbonatação elevado
(5)
Grau de carbonatação médio
(11)
Grau de carbonatação elevado
(5)
DAE
EGC
Fcontrolo
Dimensão dos poros do agregado
Argila Expandida: 1-200 µm Granulado de Cortiça: 10-45
µm
Areia com introdutores de ar: Poros com dimensões
impercetíveis
Superfície de contacto
Argila Expandida: Rugosa Granulado de cortiça: Rugosa Areia: Lisa
Espessura do ligante e
Percentagem de ligante em massa
40-50 µm 31,52 %
100-500 µm 51,22 %
40-50 µm 15,73%
Ligação agregado/ligante
Ligação em ponte Ligação dispersa entre o
agregado Ligação em ponte
Estimativa da quantidade e dimensão dos
poros no ligante
Quantidade elevada de macroporos, a maioria
conectados; Estimam-se dimensões médias entre 1-2 mm; Quantidade elevada de poros com dimensões ≤1µm
(observados no MEV)
Quantidade elevada de macroporos, a maioria entre 400-1000 µm; Quantidade
elevada de poros com dimensões ≤1µm (observados
no MEV)
Quantidade elevada de macroporos, a maioria;
Estimam-se dimensões médias entre 100-1000 µm; Quantidade
elevada de poros com dimensões ≤1µm (observados
no MEV)
Indicador Portlandite/Calcite
Grau de carbonatação médio (14)
Grau de carbonatação médio/reduzido
(16)
Grau de carbonatação elevado (9)
65
Tabela 4.2 Parâmetros de caracterização de argamassa
GRef
HControlo
IControlo
Dimensão dos
poros do
agregado
Areia: não se identificaram
poros
Areia: não se identificaram
poros
Areia: não se identificaram
poros
Superfície de
contacto Areia: Lisa Areia: Lisa Areia: Lisa
Espessura do
ligante e
Percentagem de
ligante em massa
50-100 µm
15,73%
50-200 µm
15,73%
40-100 µm
15,73%
Ligação
agregado/ligante
Ligação estreita entre o
agregado
Ligação estreita entre o
agregado Ligação em ponte
Estimativa da
quantidade e
dimensão dos
poros no ligante
Quantidade de macroporos
média; a maioria entre 200-
1000 µm (dimensão
predominante é de 500µm);
Quantidade elevada de poros
com dimensões ≤ 1 µm
(observados no MEV)
Quantidade média de
macroporos, a maioria
conectados; Estimam-se
dimensões médias entre 1-2
mm; Quantidade elevada de
poros com dimensões ≤1µm
(observados no MEV)
Quantidade elevada de
macroporos, a maioria;
Estimam-se dimensões médias
entre 300-1500 µm; Quantidade
elevada de poros com
dimensões ≤1µm (observados
no MEV)
Indicador
Portelandite/Calc
ite
Grau de carbonatação
elevado
(7)
Grau de carbonatação muito
reduzido
(25)
Grau de carbonatação médio
(12)
Tabela 4.3 Parâmetros de caracterização de argamassa
KIndEPS
JIndGC
Dimensão dos
poros do
agregado
EPS: 80-100 µm Cortiça: 10-45 µm
Superfície de
contacto EPS: Rugosa Cortiça: Rugosa
Espessura do
ligante e
Percentagem de
ligante em massa
100-200 µm
- %
100-200 µm
- %
Ligação
agregado/ligante
Ligação dispersa entre o
agregado
Ligação dispersa entre o
agregado
Estimativa da
quantidade e
dimensão dos
poros no ligante
Quantidade de macroporos
reduzida; a maioria na ordem
dos 600 µm; Quantidade
elevada de poros com
dimensões ≤ 1 µm (observados
no MEV);
Quantidade de macroporos
reduzida; a maioria entre 200-
400 µm; Quantidade elevada de
poros com dimensões ≤ 1 µm
(observados no MEV);
Excecionalmente visualizam-se
poros entre 80-1000 µm.
Indicador
Portelandite/lcite
Grau de carbonatação médio
(11)
Grau de carbonatação elevado
(8)
66
4.4. Agrupamentos de microestruturas de argamassas
Após a análise das imagens e definição dos parâmetros de caracterização, constatou-se que é possível
dividir as argamassas consoante a morfologia das suas ligações à escala micro, concluindo que existem
três tipos de ligações nestas argamassas: (1) a ligação em ponte, (2) a ligação estreita (de espessura
fina) e a (3) ligação dispersa (de espessura espessa).
Simultaneamente verificou-se a existência de um padrão repetitivo na estrutura porosa das
argamassas, o que levou a concluir que também estas podem ser agrupadas consoante o tipo de rede:
(1) rede porosa aberta, (2) rede poro-canal e (3) rede microporosa homogénea.
4.4.1. Tipo de ligação
i) Ligação em ponte
Corresponde à ligação estabelecida entre partículas onde a área de contacto é reduzida e limitada a
um determinado número de pontos. As argamassas que apresentam este tipo e ligação são a
argamassa de argila expandida DAE e as duas argamassas de areia com tensioativos Icontrolo e Fcontrolo
(Figura 4.36). Esta ligação aparenta ser forte (mais compacta) em determinados pontos.
a) Argamassa DAE
b) Argamassa Fcontrolo
c) Argamassa Icontrolo
Figura 4.36 Argamassas com ligações “em ponte” dos agregados (imagens Micro-CT e MEV)
67
Os cristais do ligante neste tipo de ligação possuem maior desenvolvimento e morfologia menos
acicular (em forma de agulha). Nas imagens tomográficas esta zona dificulta a visualização dos limites
da partícula, visto ser uma zona de grande compacidade/opacidade à radiação, e reduzida espessura.
Na argamassa de argila expandida DAE os contornos são relativamente mais fáceis de identificar, devido
à diferença de opacidade entre a pasta ligante e o agregado (Figura 4.36-a). No entanto o mesmo não
sucede com as areias, que apresentam opacidade semelhante à pasta ligante (Figura 4.36-b). Nas
imagens visualiza-se uma ligação contínua entre os agregados em determinados pontos, o que leva a
percecionar nestas argamassas um esqueleto sólido totalmente interligado.
ii) Ligação estreita entre o agregado
Corresponde à ligação entre partículas realizada através de uma fina camada de pasta ligante. Esta
ligação apresenta reduzida espessura (dezenas de mícron) e envolve todo o agregado. As argamassas
que apresentam este tipo de ligação são a argamassa de areia Hcontrolo (sem adjuvante e granulometria
grossa) (Fig.4.37) e a argamassa Gref (sem adjuvante e granulometria grossa) (Fig.4.38). Os cristais
que se formam no ligante nesta ligação, geralmente apresentam morfologias aciculares ou tabulares
alongadas (Fig 4.37 no MEV).
Figura 4.37 Argamassa Hcontrolo em (Micro-CT e MEV)
Figura 4.38 Argamassa GRef (Micro-CT e MEV)
68
Nas imagens tomografias observa-se uma superfície praticamente contínua de ligante a envolver as
partículas. A ligação é influenciada pela granulometria, na medida em que quanto mais fino for o
agregado mais contacto existe entre a partícula e o ligante. Quando a granulometria é mais grossa (e
existe pouco ligante) o contacto tende a ser mais limitado, e a ligação entre partículas passa a ser um
intermédio entre a ligação em ponte e a ligação de espessura fina, como se pode observar na Figura
4.37. Na argamassa Hcontrolo é possível observar os limites do agregado, mas o mesmo não sucede com
a argamassa Gref, porque a fina camada de ligante agrega muito bem as partículas, sendo impossível
distinguir os seus contornos (Figura 4.38).
iii) Ligação dispersa entre o agregado
Corresponde à ligação entre partículas realizada através de uma camada espessa de ligante. Esta
espessura é da ordem submilimétrica a milimétrica e constitui uma pasta sólida composta geralmente
por microcristais aciculares e tubulares. Nas imagens tomográficas o contorno das partículas é visível
e distinguível da pasta ligante (Figura 4.39).
a) Argamassa CAG b) Argamassa EGC c) Argamassa AAG+AE
d) Argamassa BAG+GC e) Argamassa JIndGC f) Argamassa KInd
EPS
Figura 4.39 Argamassas com ligação dispersa entre os agregados (imagens da Micro-CT)
69
Contudo, em certos casos (ex: argamassas de granulado de cortiça expandida e EPS) é difícil fazer a
distinção entre agregados e poros de dimensões maiores, dada a natureza muito porosa dos mesmos.
Nas argamassas com agregados de menores dimensões (CAG, AAG+AE, BAG+GC) a espessura não é tão
significativa como nas argamassas com agregados maiores (JIndGC, KInd
EPS). Este tipo de ligação é em
geral, muito coeso e envolve toda a partícula.
4.4.2. Tipo de estrutura porosa
i) Rede porosa aberta
Esta rede é caracterizada pela coalescência de poros de dimensões submilimetricas a milimétricas no
espaço intersticial. As argamassas com este tipo de rede porosa são a argamassa de argila expandida
(DAE) e as argamassas de areia com tensioativos (Icontrolo, Fcontrolo). Estas três argamassas também são
caracterizadas por apresentarem uma ligação por ponte entre os agregados, o que favorece a
existência de vazios (porque o ligante concentra-se em pequenos pontos) e a formação de uma rede
porosa aberta. Este tipo de rede é determinado pelo arranjo entre partículas, sendo por isso muito
influenciado pela curva granulométrica do agregado.
a) Argamassa DAE b) Argamassa Icontrolo
c) Argamassa Fcontrolo
Figura 4.40 Argamassas com rede porosa aberta (imagens Micro-CT). No caso da argamassa Fcontrolo observam-se pontualmente agregados (nódulos mais opacos na região inferior esquerda de c)
70
ii) Rede poro-canal
Esta estrutura é definida por um conjunto de poros ligados entre si através de canais de secção muito
inferior ao diâmetro desses poros (Figura 4.41). Estes canais desenvolvem-se pelo facto do ligante não
preencher todo o espaço entre os agregados. Os poros de maiores dimensões correspondem
geralmente a bolhas de ar ou a espaços interpartículas não preenchidos pela pasta ligante. As
argamassas que apresentam este tipo de rede possuem alguns poros no seu interior, mas não são
necessariamente argamassas muito porosas.
a) Argamassa HControlo b) Argamassa GRef
Figura 4.41 Argamassas com rede porosa do tipo poro-canal (imagens Micro-CT)
iii) Rede microporosa homogénea
Esta rede de microporos é inerente à pasta ligante logo surge em todas as argamassas, mas com
proporções muito diversas. O maior volume encontra-se nas argamassas onde as partículas estão bem
separadas entre si por uma zona intermédia e contínua de pasta ligante (Figura 4.42), criando-se assim
uma rede microporosa contínua.
Os poros, com morfologia muito alongada, estão totalmente interconectados (Figuras 4.42 e 4.43) e
por isso o espaço poroso desta pasta pode ser definido como intermicrocristalino.
71
a) Argamassa EGC b) Argamassa CAG c) Argamassa AAG+AE
d) Argamassa BAG+GC e) Argamassa KIndEPS f) Argamassa JInd
GC
Figura 4.42 Argamassas com rede microporosa continua (imagens Micro-CT)
Figura 4.43 Argamassas com rede microporosa continua KEPS (esq) e BAG+GC (dta)
(imagens Micro-CT)
72
4.5. Análise dos resultados de desempenho
Após as argamassas terem sido divididas de acordo com a sua microestrutura no subcapítulo anterior,
foram analisados os resultados de desempenho conforme os seguintes parâmetros: utilização do
adjuvante, alteração da granulometria, substituição parcial de aerogel e os grupos de análise
microestrutural, de forma a prever possíveis correlações entre a microestrutura e os resultados de
desempenho.
A tabela 4.4 apresenta a síntese dos resultados dos ensaios realizados às onze argamassas no estado
endurecido. Salienta-se que para a obtenção dos resultados da porosidade aberta (σ), foi necessário
recorrer ao porosimetro de mercúrio para algumas argamassas, devido a dificuldades de realização da
pesagem hidrostática nas argamassas mais leves. O mesmo sucedeu no ensaio de resistência à
compressão (Rcomp), onde ocorreram erros experimentais na medição. Para ultrapassar esta
dificuldade, a resistência mecânica foi analisada com base nos valores do módulo de elasticidade
dinâmico (Ed).
Tabela 4.4 Síntese dos resultados obtidos para os provetes cilíndricos adaptado de Afonso (2015)
Argamassa MV
(kg/m3) σ (%)
σ PM (%)
λseca (W/(m·K))
Ed (MPa)
δ (d) Rcomp
(MPa)
Tradicional
Ligação “dispersa de agregado”
AAG+AE * 690 18,4 b) 70,0 0,08 1334 64,0 0,68
BAG+GC * 528 10,0 b) 67,0 0,08 481 4,7 0,70
CAG * 508 15,0 b) 66,0 0,07 550 11,2 0,34
Ligação “em ponte”
DAE * 801 56,0 51,0 0,14 1287 114,9 1,66
Ligação “dispersa de agregado”
EGC * 491 23,3 - 0,08 416 76,6 0,39
Ligação “em ponte”
Fcontrolo * 1690 33,8 - 1,23 9930 199,5 3,04
Ligação “estreita de agregado”
GRef 1906 24,0 - 1,44 10049 36,9 9,96
Hcontrolo 1937 24,7 - 1,48 10031 254,0 8,45
Ligação “em ponte”
Icontrolo * 1864 26,3 - 1,11 8678 212,9 10,73
Industrial Ligação
“dispersa de agregado”
JIndGC 699 31,8 a) - 0,13 1186 4,3 2,02
KIndEPS 382 25,9 a) - 0,07 371 3,5 0,78
Legenda: MV – massa volúmica obtida pelo método hidrostático; – porosidade aberta; PM – porosidade aberta pela porosimetria por intrusão de mercúrio ; λ – condutibilidade térmica; Ed – módulo de elasticidade dinâmico; δ – permeabilidade ao ar; Rcomp - resistência à compressão média - * argamassa com adjuvantes - a) método dos tubos , b) contém erros experimentais
73
4.5.1. Influência do adjuvante
A influência dos adjuvantes na microestrutura de uma argamassa reflete-se no aumento da porosidade,
na alteração do tipo de ligação entre os agregados, na melhoria da distribuição dos poros e na
modificação da morfologia dos mesmos (Figura 4.27).
Na Figura 4.33 observam-se as diferenças entre as argamassas de areia, com e sem adjuvantes. Nesta
figura as imagens tomográficas permitem confirmar a influência que o adjuvante exerce na
microestrutura das argamassas.
A ligação entre os agregados após a aplicação de adjuvantes é compacta e com elevada concentração
de pasta-ligante em determinadas zonas da interface agregado/ligante, com por exemplo na argamassa
de argila expandida (DAE) e nas argamassas de areia com adjuvantes (Fcontrolo e Icontrolo) (Figura 4.36).
Esta elevada compacidade também verifica-se quando a espessura da pasta-ligante é reduzida (Figura
4.39) como é o caso das argamassas com ligação dispersa de agregados.
Nas areias verificou-se que, sem a aplicação de adjuvantes, a ligação é “estreita” entre agregados e
com a sua aplicação passa a ser “em ponte”. A ligação “em ponte” apesar de ser uma ligação forte,
origina uma ligeira diminuição da resistência mecânica da argamassa.
Ao nível da estrutura porosa, as argamassas sem adjuvantes, apresentam uma estrutura do tipo “poro-
canal”, e com adjuvantes essa mesma estrutura, passa a ser uma rede “porosa aberta”, devido ao
aumento dos poros intersticiais na pasta ligante originados pela utilização de adjuvantes (Figura 4.33).
Nos resultados de desempenho das argamassas de areia (Fcontrolo e Icontrolo) verificou-se que a utilização
de adjuvantes diminui a massa volúmica, a condutibilidade térmica e o módulo de elasticidade,
enquanto o valor da porosidade aberta aumenta, em relação aos pares (Hcontrolo e GRef). Estas alterações
em princípio ocorrem em todas as argamassas (não há comparação das mesmas sem adjuvantes) e
devem-se substancialmente ao aumento da porosidade e da dimensão dos poros.
Os valores da permeabilidade ao ar e da resistência à compressão não são conclusivos quanto à
aplicação de adjuvantes e admite-se a ocorrência de erros experimentais durante a aquisição desses
mesmos resultados.
4.5.2. Influência da granulometria
A granulometria tem influência em diversos fatores na argamassa, começando pelo arranjo entre
partículas, o volume de vazios disponíveis, quantidade de água de amassadura, retração e por fim na
ligação ligante/partícula (Cruz, 2008).
O efeito da granulometria também foi avaliado através das argamassas de areia, visto que a
granulometria é idêntica nas restantes (0,5mm a 2mm) exceto na argamassa de aerogel, que possui
74
dimensões diferentes. Constatou-se que nas areias, quanto mais extensa é a curva granulométrica
(63µm a 2mm) mais pequenos são os poros.
Nos ensaios de desempenho as argamassas Gref e Fcontrolo com granulometria extensa (63µm a 2mm)
não apresentam diferenças significativas em relação às argamassas Hcontrolo e Icontrolo com granulometria
menos extensa (0,5mm a 2mm). A diferença é ligeiramente maior, quando as argamassas de diferentes
granulometrias, possuem adjuvantes como é o caso das argamassas Fcontrolo e Icontrolo. Quando a
granulometria é extensa, há uma diminuição da massa volúmica e um aumento da condutibilidade
térmica, da permeabilidade ao ar e do módulo de elasticidade dinâmico.
As argamassas com granulometria extensa apresentam maior número de vazios e espaços intersticiais
de menores dimensões (os vazios têm dimensões mais reduzidas), devido à proximidade das partículas
(Figura 4.33). Como tal, apesar de existir um aumento da porosidade aberta, há uma diminuição da
permeabilidade, visto que a passagem do ar é dificultada pela proximidade das partículas, o que conduz
à existência de canais estreitos e tortuosos entre os inúmeros vazios.
Relativamente ao desempenho térmico, avaliado através da condutibilidade térmica, constata-se que
se não forem aplicados adjuvantes a diferença de granulometria não altera a condutibilidade térmica.
Porém se forem aplicados adjuvantes a granulometria mais extensa deixa de ser benéfica, sendo
preferencial a utilização de agregados de maiores dimensões (com granulometria menos extensa).
4.5.3. A substituição parcial do aerogel por outros agregados isolantes
O aerogel é um agregado isolante com características e microestrutura muito particulares. Este
agregado apresenta superfície de contacto lisa, forma angulosa e dimensões variadas. O aerogel é um
agregado hidrofóbico e muito poroso. Porém estes poros não são captados nas imagens, porque
apresentam dimensões muito reduzidas, abaixo da nano escala.
Os parâmetros de caracterização analisados no capítulo 4.3. revelam que as argamassas com aerogel
apresentam um volume de poros à superfície muito semelhante, mas no seu interior a interligação é
realizada por canais com diferentes dimensões para cada argamassa (Figuras 4.28 a 4.30). As
argamassas de aerogel (CAG) e de aerogel com substituição 40% de granulado de cortiça (BAG+GC)
apresentam um espaço intersticial pouco poroso entre os agregados no interior da argamassa (Figura
4.39 a) e b)). Observam-se nesta duas argamassas que a interligação entre os poros no interior é
realizada por canais estreitos (representados por poros de reduzidas dimensões na imagens
tomograficas). As argamassas de 100% aerogel (CAG) e de aerogel substituição de 40% de aerogel por
argila expandida (AAG+AE) são as que apresentam nas imagens poros com maiores dimensões na sua
superfície (Figuras 4.28 e 4.29). No interior a argamassa que evidencia poros de maiores dimensões é
a argamassa AAG+AE.
Os ensaios de desempenho revelam que a argamassa com menor massa volúmica é a CAG.
Relativamente a porosidade aberta tanto a argamassa de aerogel (CAG) como a argamassa com a
75
argamassa com substituição de aerogel por 40% de granulado de cortiça (BAG+GC) apresentam valores
ligeiramente reduzidos (66 e 67% respetivamente) face à argamassa com substituição de aerogel por
argila expandida (AAG+AE) (70%). O valor da condutibilidade térmica é baixo e semelhante nas três
argamassas (0.07 e 0.08 W/(m·K)), o que significa que os três agregados são muito porosos e possuem
boas propriedades isolantes. O facto de o aerogel ser o constituinte maioritário, revela que este
agregado contribui muito para a redução da condutibilidade térmica.
No módulo de elasticidade dinâmico, a argamassa com valor mais elevado entre estas três, é a
argamassa AAG+AE com substituição de 40% do aerogel por argila expandida. A utilização de argila
expandida na formulação da argamassa aumenta muito a sua rigidez, porém não deveria ser superior
às argamassas formuladas com areia. A explicação pode estar associada à superfície densa do
material e ao tipo de ligação entre os agregados (ligação dispersa entre agregados em oposição à
ligação em ponte). As argamassas CAG e BAG+GC apresentam valores reduzidos no módulo de
elasticidade, apesar destes valores serem expectáveis para a argamassa BAG+GC devido ao granulado
de cortiça. Este agregado absorve com facilidade as tensões aplicadas devido à sua microestrutura
celular, tal como, a argamassa de EPS (KIndEPS) que também é composta por inúmeras células.
Relativamente à permeabilidade ao ar, a argamassa com valores mais elevados é a argamassa com
substituição de aerogel por argila expandida (AAG+AE) o que era expectável, devido ao valor de
porosidade aberta que apresenta e à interligação existente no seu interior entre os poros. Porém o valor
é muito elevado (64d) face aos (4,7d) e (11,2d) das outras argamassas. A argamassa com substituição
de aerogel por granulado de cortiça (BAG+GC) é a que apresenta o valor mais baixo. Mediante a reduzida
percentagem de ligante em massa (35,5%) que não permite a formação de muitos poros com grandes
dimensões e a ligação porosa do tipo microporosa homogénea o valor de (4,7d) era expectável. A
análise dos valores da resistência mecânica, com base no módulo de elasticidade dinâmico revelaram
que, a substituição parcial do aerogel por 40% de argila expandida, constitui um aumento da resistência
na ordem dos 58%, este valor pode estar influenciado pela utilização de adjuvantes nestas argamassas.
4.5.4. Ligações entre agregados e estrutura porosa
As argamassas cuja ligação entre agregados é realizada através de ligações “em ponte” apresentam
em simultâneo uma “rede porosa aberta”. É o caso das argamassas DAE, Fcontrolo e Icontrolo (Figura 4.27).
Estas argamassas apresentam, nos ensaios de desempenho, valores elevados de porosidade aberta
e permeabilidade ao ar. As ligações “em ponte” apesar de serem realizadas por pontos de ligante entre
o agregado apresentam boa resistência mecânica, com uma diminuição ligeira de aproximadamente
10% no módulo de elasticidade dinâmico, em relação as argamassas com ligação “estreita” entre
agregados.
As argamassas com ligação “estreita” entre os agregados, apresentam uma rede porosa formada por
“poros-canal”. São exemplo deste tipo de ligação as argamassas de areia (GRef, HControlo) sem
adjuvantes. Estas argamassas possuem uma fina camada de pasta-ligante a ligar os grãos de areia de
76
modo a formar um esqueleto sólido e contínuo (pouco poroso). Estas características dão origem a
valores reduzidos de porosidade aberta e valores elevados de módulo de elasticidade dinâmico e
condutibilidade térmica.
As argamassas que apresentam ligações “dispersas de agregado” tendem a apresentar uma estrutura
porosa constituída por uma rede “microporosa homogénea”, típica das argamassas com maior
espessura de ligante (Figura 4.39). São exemplos de argamassas com este tipo de ligação as
argamassa industriais (JIndGC e KInd
EPS), a argamassa de granulado de cortiça (EGC), a argamassa de
aerogel CAG e as argamassas com substituições (AAG+AE e BAG+GC) a primeira com 40% de argila
expandida e a segunda com 40% de granulado de cortiça.
As argamassas com microestrutura caracterizadas por ligações “dispersas de agregado” apresentam
em geral, valores reduzidos de permeabilidade ao ar, condutibilidade térmica e módulo de elasticidade
dinâmico, comportamento esperado para argamassas térmicas. Posto isto, considera-se neste
trabalho, que a microestrutura de argamassas térmica é caracterizada por ligações “dispersas de
agregado” e estrutura porosa com rede “microporosa homogénea”.
4.6. Síntese do capítulo
Dada a diversidade de resultados obtidos nas observações, realizou-se uma síntese comparativa das
argamassas baseada num conjunto de quatro parâmetros: a natureza dos agregados; as
características da pasta ligante; o tipo de interface entre o agregado e o ligante; a análise global do
espaço poroso. Estes parâmetros permitiram agrupar as argamassas de acordo com a ligação das
partículas do agregado e o tipo de rede porosa.
Posteriormente foram avaliados parâmetros revelantes para o desempenho das argamassas com
influência na microestrutura, nomeadamente: a influência da adição de adjuvantes; o tipo de
granulometria dos agregados; a influência da substituição de agregados.
No final, estabeleceu-se uma sistematização das argamassas estudadas, tendo em conta a ligação das
partículas do agregado e o tipo de rede porosa, cuja proposta contribuiu para a compreensão dos
resultados de desempenho.
77
5. Conclusões e desenvolvimentos futuros
5.1. Considerações gerais
A caracterização microestrutural de argamassas permitiu estudar a estrutura sólida e porosa de
diferentes argamassas térmicas, ao nível dos agregados, pasta-ligante, interface agregado/ligante e
espaço poroso. Através deste estudo foi possível sistematizar em tabelas, os parâmetros
microestruturais mais relevantes para a caracterização e comparação de argamassas, e sugeriu-se
uma possível caracterização de argamassas de acordo com o tipo de ligação entre as partículas dos
agregados e o tipo de rede porosa. Por último, estabeleceu-se uma correlação entre os parâmetros
microestruturais e as microestruturas propostas, com os resultados de desempenho apresentados
pelas argamassas.
Os parâmetros sintetizados em tabelas foram: i) dimensão dos poros do agregado; ii) superfície de
contacto; iii) espessura do ligante e percentagem de ligante em massa a superfície de contacto; iv)
ligação de agregado/ligante; v) dimensão dos poros no ligante e estimativa da quantidade de poros; vi)
indicador de carbonatação portlandite/calcite.
As microestruturas propostas foram: de acordo com o tipo de ligação entre agregados: (1) ligação “em
ponte”; (2) ligação estreita entre o agregado; e (3) ligação dispersa entre o agregado e com o tipo de
rede porosa: (1) rede porosa aberta; (2) rede do tipo poro-canal; e (3) rede microporosa contínua.
Para realizar este estudo de caracterização foi sugerida uma metodologia experimental, com recurso a
determinadas técnicas (lupa binocular, Micro-CT, MEV, DRX e FTIR) escolhidas mediante a
disponibilidade, gama de aplicabilidade e escala de observação. Estas técnicas permitiram caracterizar
as argamassas ao nível composicional e microestrutural, disponibilizando resultados conclusivos sobre
a influência da microestrutura na argamassa e no seu desempenho. Esta metodologia permitiu realizar
observações globais e expeditas, bem como ampliações muito pormenorizadas e adequadas à
visualização dos componentes presentes, passando por escalas intermédias. Salvaguardam-se assim
alguns aspetos relativos à representatividade dos provetes e à quantificação de parâmetros.
A realização deste trabalho permitiu concluir:
i) Relativamente à adição de adjuvantes:
As argamassas com adjuvantes têm tendência a formar microestruturas com ligação em ponte e
rede porosa aberta;
A sua adição dá origem a um aumento de porosidade e altera a distribuição e morfologia dos poros.
As argamassas com adjuvantes apresentam valores reduzidos de massa volúmica, condutibilidade
térmica e exibem valores ligeiramente mais elevados de porosidade aberta.
A escolha de uma granulometria menos extensa em conjunto com a aplicação de adjuvantes
melhora os resultados de desempenho térmico das argamassas.
78
As argamassas de areia sem adjuvantes apresentam microestruturas com rede porosa do tipo
poro-canal e a ligação estreita entre os agregados. Estas argamassas apresentam valores mais
elevados de massa volúmica, condutibilidade térmica e de módulo de elasticidade.
ii) Relativamente ao tipo de agregado e suas propriedades físicas:
Verifica-se que este é um parâmetro determinante na microestrutura das argamassas, na medida
em que diferentes agregados têm diferentes baridades;
O aspeto anterior condiciona a quantidade mássica de cimento/agregado utilizado;
O volume de pasta ligante, que está claramente correlacionado com a quantidade mássica de
cimento utilizado, é um dos parâmetros onde se poderá manipular a microestrutura no sentido da
produção de argamassas com propriedades térmicas e/ou acústicas. Porém esta conclusão não é
incontestável, visto que pode sofrer influência de outros parâmetros. Como exemplo, argamassas
com menos cimento, como é o caso das areias ou da argila expandida, podem ter estruturas
porosas muito abertas quando se usam adjuvantes e muito fechadas na ausência destes, o que
altera o valor da condutibilidade térmica, apesar do volume de pasta ligante ser o mesmo.
iii) Relativamente à substituição parcial de agregado:
Verifica-se que a substituição de 40% do aerogel por argila expandida ou cortiça, não altera
significativamente o desempenho da argamassa de aerogel (CAG).
A argamassa com menor massa volúmica, porosidade aberta e condutibilidade térmica é a
argamassa de aerogel (CAG), com diferenças pouco significativas em relação às argamassas AAG+AE
e BAG+GC com substituição de 40% do aerogel por argila expandida na primeira e granulado de
cortiça na segunda.
Estas argamassas são caracterizadas por uma microestrutura de ligação dispersa entre as
partículas de agregado e uma rede microporosa contínua.
iv) Relativamente ao grau de carbonatação:
Verifica-se que a rede porosa influencia a composição da pasta-ligante, visto que, quanto mais
aberta for a rede, maior é o grau de carbonatação. Porém, as argamassas com rede microporosa
homogénea e porosidade aberta elevada revelarem os mesmos valores de carbonatação.
As argamassas com valores de porosidade aberta mais elevados, como as argamassa AAG+AE,
BAG+GC e CAG apresentam maior grau de carbonatação entre (5 e 11) no indicador portlandite/calcite.
As argamassas com uma microestrutura de rede” porosa aberta” DAE, Fcontrolo e Icontrolo, apresentam
um grau de carbonatação médio entre (9 e 12).
79
v) Relativamente à interface agregado/ligante:
A interface agregado/ligante é condicionada pela superfície do agregado e pelos cristais que se
formam neste lugar;
As argamassas de argila expandida (AAG+AE e DAE) apresentam superfície de contacto rugosa. Os
valores do módulo de elasticidade dinâmico são relativamente elevados, face às outras
argamassas térmicas, o que se deve ao tipo de agregado, à superfície de contacto e à existência
de cristais bem desenvolvidos na interface, que fortalecem a ligação.
Em oposição, a argamassa de aerogel (CAG) apresenta uma superfície de contacto lisa e é
constituída por um material hidrofóbico, o que dá origem alguns destacamentos entre o ligante e o
agregado.
Em relação às argamassas com granulado de cortiça (EGC, JIndGC), a superfície de contacto é rugosa
e muito porosa, o que permitiu o imbricamento do ligante nas suas reentrâncias. O facto deste
agregado ser constituído por células com alguma deformabilidade, permite que a argamassa
absorva com facilidade as tensões aplicadas. A superfície de contato rugosa da argamassa
industrial com granulado de cortiça (JIndGC), permite atingir um valor de módulo de elasticidade
dinâmico ligeiramente mais elevado.
vi) Relativamente às argamassas industriais de referência:
As argamassas industriais (JGC e KEPS) apresentam boa dispersão dos agregados e volume de
pasta ligante elevado. O tipo ligação é dispersa dos agregados e rede microporosa contínua nas
duas argamassas.
Os resultados de desempenho, como a massa volúmica e a condutibilidade térmica, são mais
reduzidos na argamassa KEPS do que na argamassa JGC, o que é benéfico para o desempenho
térmico das argamassas. Porém a microestrutura da argamassa JGC e a superfície de corte muito
rugosa, permitem atingir valores mais elevados de resistência mecânica (módulo de elasticidade
elevado). Neste caso considera-se que o desempenho depende da função da argamassa. Os
parâmetros que distinguem estas duas argamassas são o tipo de agregado, a espessura de ligante
e o tamanho das células do agregado.
vii) Relativamente às argamassas térmicas e os seus grupos microestruturais:
Estas argamassas apresentam em geral uma microestrutura caracterizada por ligações entre
partículas do tipo “dispersa de agregado”, exceto a argamassa de argila expandida.
A estrutura porosa é geralmente do tipo rede “microporosa homogénea”, com um volume
considerável de ligante a envolver os agregados.
Os agregados das argamassas térmicas apresentam na sua microestrutura elevada porosidade
No desempenho, estas argamassas apresentam valores reduzidos de massa volúmica,
permeabilidade ao ar, condutibilidade térmica e módulo de elasticidade dinâmico.
80
Mediante estes resultados, foi possível concluir que:
- É possível caracterizar as argamassas segundo determinados parâmetros da microestrutura;
- Os parâmetros podem ser agrupados em diferentes microestruturas segundo o tipo de ligação entre
pasta ligante/agregado e rede porosa;
- Existe uma correlação entre as microestruturas e os ensaios de desempenho no estado endurecido.
Estes resultados são vantajosos na área de investigação, porque constituem uma ferramenta
expedita para a análise comparativa de argamassas térmicas.
Em geral, a caracterização microestrutural de argamassas é útil na otimização do desempenho de
argamassas no estado endurecido e serve para o estudo detalhado das interações dos constituintes
da argamassa (abaixo da escala milimétrica). O conhecimento da microestrutura é importante quando
se pretende atuar ao nível da formulação, para obter resultados específicos, ou quando se pretende
comparar argamassas à escala nanométrica e milimétrica. Em suma, este trabalho permitiu analisar
diferentes aspetos que exercem influência na microestrutura e no desempenho da argamassa. E
permitiu o desenvolvimento de uma metodologia de investigação para a caracterização microestrutural
de argamassas.
5.2. Propostas para desenvolvimentos futuros
De forma a dar continuidade ao estudo desenvolvido neste trabalho, propõem-se os seguintes
desenvolvimentos;
- Quantificar e analisar outros parâmetros de caracterização microestrutural, que permitam distinguir as
argamassas;
- Aprofundar o estudo da influência da microestrutura no desempenho de argamassas;
- Avaliar com mais pormenor a influência do estudo de composição química e mineralógica de
argamassas;
- Complementar o estudo da microestrutura de argamassas térmicas, com recursos a outras técnicas
de caracterização;
- Explorar todo o potencial da técnica de Micro-CT, em combinação com o SEM, na obtenção de
parâmetros quantitativos, que possam ser usados na criação de modelos 3D para os ensaios térmicos
e acústicos;
- Desenvolver argamassas ou patentear produtos segundo os parâmetros de caracterização
apresentados e outros, com o intuito de otimizar o desempenho final das argamassas;
81
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I
Anexos
Anexo 1 – Resultados da DRX (Difração de raio-X)
Tabela A.1.1 – Relatório para a argamassa de aerogel (CAG)
Measurement Conditions:
Dataset Name 100 AAG (argamassa 100% aerogel)
File name C:\X'Pert Data\MF\MONICA GOMINHO\100 AAG.xrdml
Goniometer=PW3050/60 (Theta/Theta); Minimum step size 2Theta:0.001; Minimum step size Omega:0.001
Sample stage=Transmission Spinner PW3064/60; Minimum step size Phi:0.1
Diffractometer system=XPERT-PRO
Measurement Date / Time 6/19/2015 12:42:18 PM
Scan Axis Gonio
Start Position [°2Th.] 5
End Position [°2Th.] 60
Step Size [°2Th.] 0.033
Scan Step Time [s] 75
Scan Type Continuous
PSD Mode Scanning
PSD Length [°2Th.] 2.12
Offset [°2Th.] 0.0000
Divergence Slit Type Automatic
Irradiated Length [mm] 3.00
Specimen Length [mm] 10.00
Measurement Temperature [°C] 25.00
Anode Material Cu
K-Alpha1 [Å] 1.54060
K-Alpha2 [Å] 1.54443
K-Beta [Å] 1.39225
K-A2 / K-A1 Ratio 0.50000
Generator Settings 35 mA, 40 kV
Diffractometer Type 0000000011019195
Diffractometer Number 0
Goniometer Radius [mm] 240.00
Dist. Focus-Diverg. Slit [mm] 100.00
Spinning Yes
II
Figura A.1.1 – Main Graphics, Analyze View: Difratograma
Reflexões a azul – Portlandite
Reflexões a vermelho – Calcite
Reflexões a verde – Vaterite
Tabela A.1.2 – Pattern List: Lista de minerais identificados
Ref. Code Score Compound Name Chemical Formula
00-005-0586 79 Calcite, syn Ca C O3
00-044-1481 59 Portlandite, syn Ca ( O H )2
00-033-0268 41 Vaterite Ca C O3
Position [°2Theta] (Copper (Cu))
10 20 30 40 50
Counts
0
1000
2000
3000
4000
100 AAG
III
Tabela A.1.3 – Peak List: Reflexões principais do difratograma e intensidade relativa
Pos. [°2Th.] Height [cts] FWHM [°2Th.] d-spacing [Å] Rel. Int. [%]
18.0173 302.60 0.1624 4.92348 7.01 Intensidade de referência
(cabonatação) portlandite
23.0657 324.53 0.1624 3.85604 7.52
24.8489 68.57 0.3897 3.58322 1.59
27.0491 105.89 0.2598 3.29655 2.45
29.4188 4315.87 0.1948 3.03618 100.00 Intensidade de referência
(cabonatação) calcite
32.6735 152.26 0.3247 2.74080 3.53
34.0716 409.05 0.1948 2.63146 9.48
36.0127 637.80 0.1948 2.49395 14.78
39.4450 990.67 0.1948 2.28449 22.95
41.0719 69.05 0.5196 2.19768 1.60
43.2093 935.62 0.2273 2.09380 21.68
43.8480 174.92 0.2598 2.06477 4.05
45.7781 69.85 0.3897 1.98211 1.62
47.1519 880.30 0.2598 1.92751 20.40
47.5183 938.48 0.1624 1.91350 21.74
48.5298 1091.54 0.2598 1.87596 25.29
50.0730 185.68 0.2598 1.82170 4.30
50.8122 173.84 0.2598 1.79692 4.03
54.3499 42.59 0.3897 1.68803 0.99
56.6204 188.22 0.1624 1.62561 4.36
57.4423 507.17 0.1980 1.60296 11.75
IV
Figura A.1.2 – Gráfico das fases identificadas em DRX para cada uma das argamassas (menos
areias)
Figura A.1.3 – Gráfico com as frações mais elevadas de Portlandite nas argamassas
V
Figura A.1.4 – Gráfico das fases identificadas em DRX para cada uma das argamassas de areias
Tabela A.1.4 – Síntese dos resultados da DRX
Calcite Vaterite Portlandite Aragonite Quartzo Cimentício
Argila
Exp. Microclina
Portlandite
/Calcite
KIndEPS x x x sim sim 11
JIndGC x x x x 8
ETradGC x x sim 16
DTradAE x x x sim 14
CTradAG x x x sim 5
ATradAG+AE * x x sim 5
BTradAG+GC * x x x x sim 11
Hcontrolo
x x x x x 25
Icontrolo x x x x 12
GRef
x x x x 7
Fcontrolo
x x x x 9
VI
Anexo A.2 – Resultados da FTIR (espectroscopia de Infravermelhos com transformadas de
Fourier)
Figura A.2.1 – Comprimento de onda da argamassa aerogel (CAG)
Figura A.2.2 – Comprimento de onda da argamassa argila expandida (DAE)
VII
Anexo A.3 – Tabelas de distribuição de percentagem em massa de cada constituinte
Tabela A.3.1 – Distribuição de percentagem em massa de todos os constituintes, incluindo água - [%]
Designação
da
Argamassa Água Cimento APAS12 APAS20 APAS60 FPS120
Granulado
de cortiça
Argila
expandida Aerogel
BTradAG+GC 34,96 35,50 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 22,61 4,94
ATradAG+AE 39,63 47,46 0,00 0,00 0,00 0,00 3,64 0,00 6,60
CTradAG 33,02 52,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 12,05
DTradAE 16,52 31,52 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 50,19 0,00
ETradGC 36,08 51,22 0,00 0,00 0,00 0,00 9,82 0,00 0,00
Areias 5,90 15,73 0,83 17,82 45,15 13,69 0,00 0,00 0,00
Tabela A.3.2 – Distribuição de percentagem em massa dos adjuvantes em todas as argamassas [%]
Aditivos [%massa de ligante]
Designação da Argamassa Tensioactivos Resina líquida Éter de celulose
BTradAG+GC 0,18 1,79 0,03
ATradAG+AE 0,24 2,39 0,04
CTradAG 0,26 2,62 0,04
DTradAE 0,16 1,59 0,02
ETradGC 0,26 2,58 0,04
Areias 0,08 0,79 0,01
VIII
Tabela A.3.3 – Distribuição de percentagem em massa das argamassas industriais
Designação da argamassa KIndEPS JInd
GC
Quantidade produto seco utilizado [%] 154,1 241,4
Quantidade água da amassadura [%] 107,9 132,8
Ligante
Cal; cimento branco; ligantes
sintéticos Cal hidráulica natural
% substituição (volume) 70 a 80% EPS Cortiça
Dimensão do agregado isolante 1,5 a 2 mm ≤ 3 mm
Outros agregados areia (calcária e siliciosa) Terra diatomácea; argila
Quantidade água por saco (l/kg) 0,7 0,55
Adições Não especificado
Aditivos naturais; fibras de
polipropileno; introdutores de ar
IX
Anexos A.5.1 – Comunicação no II Simpósio de Argamassas e Soluções Térmicas de
Revestimento
Argamassas 2016 |
II Simpósio de Argamassas e Soluções Térmicas de Revestimento
ANÁLISE MICROESTRUTURAL DE ARGAMASSAS TÉRMICAS
Mónica Gominho1, Manuel. F. C. Pereira1*, António Maurício1, Inês Flores-Colen1
1: Instituto Superior Técnico, Departamento de Engenharia Civil, Arquitectura e Georrecursos Av. Rovisco Pais, 1049-001 Lisboa
mgominho@gmail.com; mcfp@ist.utl.pt; pcd2045@ist.utl.pt; ines.flores.colen@tecnico.ulisboa.pt
Palavras-chave: Argamassas térmicas, Microestrutura, Microtomografia de raios-X
Resumo. A variabilidade da estrutura interna das argamassas de revestimento (tradicionais, industriais ou inovadoras) torna complexa a análise e a comparação das várias propriedades de desempenho. Nesse sentido, a utilização de técnicas avançadas de caraterização e diagnóstico podem contribuir para uma melhor análise das propriedades químicas, mineralógicas e microestruturais das argamassas, e para o estabelecimento dos parâmetros funcionais mais relevantes.
Neste trabalho, várias formulações de argamassas térmicas, com agregados de cortiça expandida, argila expandida e de aerogel de sílica foram caraterizadas por microtomografia computorizada de raios-x (Micro-CT), difração de raios-x (DRX), espectroscopia de infravermelhos por transformada de Fourier (FTIR). Desta forma, pretende-se estudar a estrutura porosa em termos da quantidade, forma, dimensão e conexão dos poros, e da interface ligante/agregado. Para além disso, ob teve-se informação relativa aos componentes utilizados e aos produtos formados no âmbito das reações envolvidas na produção e cura das argamassas.
A metodologia proposta baseia-se na avaliação da aplicabilidade de cada uma das técnicas de caraterização microestrutural e do seu potencial para a interpretação dos resultados em ensaios mecânicos e físicos que são correntemente realizados em laboratório, no estado endurecido.
1. INTRODUÇÃO
A sociedade atual criou novos desafios no sector da construção, exigindo a utilização de materiais cada vez mais adequados em termos de desempenho, durabilidade e sustentabilidade ao nível económico e ambiental. No que respeita às argamassas, o desafio passa pela criação de novas formulações com compostos sustentáveis e inovadores, com vista a satisfazer essas necessidades.
De um modo geral a caraterização de uma argamassa consiste em conhecer as propriedades físicas, mecânicas, químicas e mineralógicas. Neste trabalho dá-se ênfase à caraterização microestrutural de argamassas, tema que tem sido abordado cada vez mais por vários investigadores [2, 3, 5, 6,12].
A caraterização microestrutural dos materiais inclui o estudo pormenorizado dos seus aspetos estruturais, considerados ao nível microscópico [1, 9, 10, 17, 18]. Estudos desta natureza são baseados, por isso, num conjunto amplo de técnicas que proporcionam a obtenção de informações complementares. Dada a complexidade deste tipo de estudos, são empregues geralmente técnicas sofisticadas de análise. A escolha das técnicas deve ser efetuada de modo a contemplar todos os aspetos que podem determinar as propriedades em avaliação, uma vez que não existem tecnologias que permitam efetuar análises globais de caraterização. Outros aspetos a considerar na avaliação
Coimbra
16 e 17 de Junho
X
crítica global de argamassas são a representatividade e a integridade dos provetes estudados, pois constituem frequentemente fontes de erros experimentais.
O conceito de microestrutura não é universalmente aceite, estando muito dependente da área científica ou tecnológica em causa. A revisão bibliográfica efetuada mostra que, embora o conceito seja indicado inúmeras vezes no título de vários trabalhos científicos, nem sempre é definido e é apresentado com significados díspares. Em trabalhos no âmbito da metalurgia e cerâmica, a microestrutura pode ser definida pela distribuição espacial dos elementos e defeitos numa estrutura cristalina sólida, compreendendo, a orientação dos grãos, defeitos e microquímica [17, 8]. No estudo de Costa et al. [3] a microestrutura para materiais de base cimentícia é definida pelas reações químicas do cimento com a água, sendo influenciada por diversos fatores, tais como: tipo de cimento, composição química e mineralógica, razão água/cimento, processo de mistura, condições de cura, natureza, quantidade e dimensão de agregados ou outras adições. Outros autores consideram a microestrutura de um material como uma estrutura de dimensões reduzidas, cujas caraterísticas se podem observar ao microscópio [7, 14, 16]. No âmbito deste estudo, considera-se a definição de Gottstein [8] para a microestrutura: “todas as caraterísticas estruturais internas que afetam as propriedades do material” ou seja, o modo como os constituintes da argamassa se encontram organizados à microescala (abaixo de 1 mm) e a sua própria natureza [14].
O que distingue a caraterização macroestrutural da caraterização microestrutural são as técnicas utilizadas e a escala de observação, visto que em cada uma podem ser observados diferentes aspetos. A nível macroestrutural as técnicas utilizadas fornecem informações gerais com ampliações reduzidas, na ordem do milímetro (registos fotográficos, lupa binocular) [19]. Ao nível microestrutural são usadas técnicas com grande capacidade de discriminação, recorrendo-se a ampliações elevadas (escala nano a milimétrica), que requerem equipamentos especializados (Micro-CT, MEV) [4, 14]. Estes dois níveis de observação são complementares, visto que maioria dos aspetos observados ao nível macroestrutural tem origem ou depende do nível microestrutural. Silva e Libório [20] salientam que a maioria dos estudos de caraterização aborda com frequência a análise das propriedades macroscópicas em detrimento das propriedades microscópicas. Porém as propriedades microscópicas são a base para compreender o desempenho e as propriedades macroscópicas das argamassas. Elaqra et al. [11] mencionam que apesar de ser conhecida a existência de uma relação entre a microestrutura e o desempenho de uma argamassa, essa relação ainda não está bem compreendida e divulgada. Mehta [15] e Burlion et al. [13] mencionam também que é importante relacionar a microestrutura com a macroestrutura, para estudar e modelar o comportamento mecânico e as propriedades dos materiais, embora não apresentem grande desenvolvimento do tema.
Pelo exposto, a caraterização microestrutural de argamassas apresenta grande relevância quando se pretende analisar a composição, a estrutura e a interação dos constituintes (agregados, pasta ligante e rede porosa), e é a base para o estudo e otimização de novas formulações com elevado desempenho.
Nesta comunicação é apresentada uma metodologia que tem em vista a caraterização microestrutural de argamassas térmicas (com condutibilidade térmica inferior 0.2 W/m.K, com diferentes agregados isolantes (cortiça expandida, argila expandida e aerogel de sílica). É também feita a análise de argamassas industriais térmicas e argamassas cimentícias de areia e com diferentes adjuvantes para efeitos comparativos.
1. METODOLOGIA E MATERIAIS
Para a realização deste estudo experimental utilizou-se um conjunto de técnicas de observação, para caracterizar argamassas térmicas (Tabelas 1 e 2) ao nível da composição mineralógica e estrutural (macro e micro), tendo em conta, os agregados, a pasta ligante, a interface agregado/ligante e o espaço poroso. A Figura 1 apresenta o fluxograma experimental (alguns dos dados não foram ainda incorporados no presente estudo, nomeadamente os da porometria de mercúrio). Na análise da macroestrutura foram realizadas observações a olho nu e registos fotográficos, tendo em vista a avaliação geral da cor, textura e da existência de desagregação através do toque. Num nível intermédio de observação foi utilizada a lupa binocular. Esta técnica permitiu observar com detalhe superfícies de corte das argamassas e constituiu uma primeira abordagem com rigor para as observações, visto que a ampliação deste equipamento se adequa às escalas submilimétrica a milimétrica. As imagens
XI
recolhidas com este equipamento permitiram analisar as argamassas em termos de cor, textura, coesão, poros, existência de fissuras, dimensão e forma das partículas.
Figura 1. Metodologia experimental para caraterização microestrutural de argamassas
Tabela 1. Composição das argamassas industriais
Argamassa Ligante Substituição em volume
(%)
Dimensão dos
agregados (mm)
Outros agregados Quantidade de água por saco (L/kg)
Adições/ adjuvantes
J
Cal hidráulica
natural Cortiça (si) ≤ 3
Terra diatomácea/argila
0,55
Aditivos naturais; fibras de
polipropileno; introdutores
de ar
K
Cal/ cimento branco e ligantes
sintéticos
70-80% EPS 1,5 a 2 Areia (calcária e
siliciosa) 0,7
Não especificados
XII
Tabela 2. Composição das argamassas estudadas (produzidas em laboratório)
Argamassas Ligante Agregado isolante/
% substituição (em volume)
Dimensão agregado isolante
(mm)
Relação a/c
Adições /adjuvantes
A
CEM II 32,5 N
60% aerogel + 40% argila expandida
0,5 a 2 1,01 Sim
B
60% aerogel+ 40% cortiça 0,5 a 2 0,86 Sim
C
100% aerogel 0,5 a 2 0,66 Sim
D
100% argila expandida 0,5 a 2 0,55 Sim
E
100% cortiça 0,5 a 2 0,85 Sim
F
100% areia 0,063 a 2 0,40 Sim
G
100% areia 0,063 a 2 1,10 Não
H
100% areia 0,5 a 2 0,95 Não
I
100% areia 0,5 a 2 0,40 Sim
Na análise ao nível microestrutural, recorreu-se à microtomografia computorizada de raios-x (Micro-CT) e à microscopia eletrónica de varrimento (MEV), para analisar a morfologia da estrutura sólida e porosa das argamassas. As análises por MEV (modo SEI) foram efetuadas no Microlab do IST, com ampliações entre 25 e 10 000X. Na análise tomográfica utilizou-se o scanner SKYSCAN 1172 da Brucker (Laboratório de Mineralogia e Petrologia do IST) e um conjunto de programas associados (Nrecon, CTvox, CTAn). A micro-CT possibilitou a obtenção de múltiplas secções internas (dimensão média do pixel da ordem dos 10 µm), que combinadas proporcionam a realização de análises paramétricas tridimensionais das argamassas; aspetos como a conectividade, tortuosidade e distribuição espacial dos constituintes podem ser avaliados por este método. Esta metodologia constitui assim uma alternativa mais avançada à clássica microscopia ótica, embora esta última permita avaliar também alguns aspetos composicionais. Para compensar este último aspeto, foram utilizadas, em paralelo, técnicas de análise mineralógica como a difração de raios-X (DRX- sistema X´PERT da Panalytical) e a espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR - espetrómetro Spectrum 65 da Perkin Elmer), para a identificação das fases existentes na pasta ligante.
XIII
O objetivo final deste estudo foi recolher dados suficientes sobre a microestrutura das argamassas térmicas e propor parâmetros de caraterização microestrutural que pudessem ser úteis à comparação do seu desempenho e que permitissem interpretar os resultados obtidos nos ensaios físicos e mecânicos. As formulações das argamassas estudadas na Tabela 1 (produzidas em laboratório, com traço volumétrico 1:4) e na Tabela 2 (argamassas industriais térmicas) variam nos agregados isolantes (cortiça expandida, argila expandida e aerogel de sílica). Também avaliou-se a substituição do aerogel por 40% em volume de agregados de cortiça ou argila expandidas. Nas argamassas cimentícias de areia, avaliou-se o efeito da curva granulométrica da areia e da adição de adjuvantes.
2. DISCUSSÃO DE RESULTADOS
Dada a multiplicidade de resultados obtidos, apresenta-se nesta secção uma síntese comparativa das argamassas que se baseia no seguinte conjunto de parâmetros i) dimensão dos poros do agregado; ii) superfície de corte; iii) espessura do ligante e percentagem de ligante em massa; iv) ligação de agregado/ligante; v) estimativa da quantidade de poros e dimensão dos poros no ligante; vi) indicador de carbonatação portlandite/calcite. A título de exemplo, exemplificam-se nas Tabelas 3 e 4 alguns dos resultados obtidos. Com base nesses parâmetros, avalia-se a influência do tipo e da granulometria dos agregados, a influência da substituição de agregados, e a influência da adição de adjuvantes na microestrutura das argamassas. Consideram-se ainda nesta análise as diferenças composicionais observadas na pasta ligante. Na parte final, estabelece-se uma sistematização das argamassas estudadas, tendo em conta a ligação das partículas do agregado e o tipo de rede porosa, cuja proposta pretende contribuir para a compreensão do seu desempenho.
Tabela 3. Parâmetros de análise microestrutural para comparação das argamassas A, C e B
3.1. Introdução de adjuvantes e curva granulométrica do agregado
A análise do efeito de introdução de adjuvantes foi avaliada apenas nos pares de argamassas de areia F-G e H-I, sendo as duas últimas as argamassas de controlo. Verifica-se de modo bastante claro que
Parâmetros
A
B
C
Dimensão dos
poros do agregado
Aerogel: ≤1 µm
Argila Expandida: 1-200 µm
Aerogel: ≤1 µm
Granulado de Cortiça: 10-45
µm
Aerogel: ≤1 µm
Superfície de corte Aerogel: Lisa
Argila Expandida: Rugosa
Aerogel: Lisa
Granulado de cortiça: Rugosa Aerogel: Lisa
Espessura do
ligante e
Percentagem de
ligante em massa;
50-200 µm
47,46 %
50-200 µm
35,50%
50-350 µm
52,01%
Ligação
agregado/ligante
Ligação dispersa de
agregado
Ligação dispersa de
agregado Ligação dispersa de agregado
Estimativa da
quantidade e
dimensão dos
poros no ligante
Quantidade de poros média;
a maioria entre 300-600 µm;
Quantidade elevada de poros
com dimensões ≤ 1 µm
(observados no MEV);
Excecionalmente visualizam-
se poros com 1200 µm
Quantidade de poros
reduzida, a maioria na ordem
dos 300 µm; Quantidade
elevada de poros com
dimensões ≤ 1 µm
(observados no MEV);
Excecionalmente visualizam-
se poros com 500 µm
Quantidade de poros média, a
maioria entre 250-500 µm;
Quantidade elevada de poros
com dimensões ≤ 1 µm
(observados no MEV)
Excecionalmente visualizam-se
poros com 1000-1200 µm
Indicador
Portlandite/Calcite
Grau de carbonatação
elevado (5)
Grau de carbonatação médio
(11)
Grau de carbonatação elevado
(5)
XIV
a introdução de adjuvantes (argamassas G e I) contribui para o aumento da porosidade, com uma melhor distribuição dos poros e modificação da morfologia dos poros (Fig.2a e 2c). Nas argamassas onde não foram utilizados introdutores de ar, observam-se bolhas de ar com dimensões por vezes milimétricas mas distribuídas erraticamente (Fig.2 b) e d)). Nesse caso observa-se uma rede de poros intermédios que segue grosso modo o contorno das partículas. Nas mesmas argamassas, observa-se uma modificação na rede porosa dependente da curva granulométrica. Quando a curva da areia é mais extensa (63 µm a 2 mm), os poros tendem a ser mais pequenos. Este aspeto pode ser atribuído às diferenças em termos de nucleação cristalina das fases cimentícias e ao maior fator de compactação das partículas - às areias mais limpas e calibradas corresponderão menos núcleos de cristalização, mas com cristais mais desenvolvidos e estabelecendo ligações mais localizadas entre partículas (Fig. 2 a) e c)). A superfície de corte (rugosa ou lisa) influencia a ligação de interface agregado/ligante. As partículas com superfície de corte rugosa possuem maior imbricamento na zona de interface e permitem o crescimento de cristais aciculares e tabulares, o que em princípio beneficia os valores de aderência.
Tabela 4. Parâmetros de análise microestrutural para comparação das argamassas D, F e H
Parâmetros
D
F
H
Dimensão dos poros do agregado
Argila Expandida: 1-200 µm
Areia com introdutores de ar: Poros com dimensões
impercetíveis
Areia: Poros com
dimensões impercetíveis
Superfície de corte Argila Expandida:
Rugosa Areia: Lisa Areia: Lisa
Espessura do ligante e
Percentagem de ligante em massa
40-50 µm
31,52 %
40-50 µm
15,73%
50-200 µm
15,73%
Ligação agregado/ligante
Ligação em ponte Ligação em ponte Ligação estreita de
agregado
Estimativa da quantidade e
dimensão dos poros no ligante
Quantidade elevada de poros, a maioria
conectados (denominados por
vazios); Estimam-se dimensões médias entre
1-2 mm; Quantidade elevada de poros com
dimensões ≤1µm (observados no MEV)
Quantidade elevada de poros, a maioria
conectados (denominados por vazios); Estimam-se dimensões médias entre
100-1000 µm; Quantidade elevada de poros com
dimensões ≤1µm (observados no MEV)
Quantidade média de
poros, a maioria
conectados (denominados
por vazios); Estimam-se
dimensões médias entre 1-
2 mm; Quantidade elevada
de poros com dimensões
≤1µm (observados no
MEV)
Indicador Portlandite/Calcite
Grau de carbonatação médio (14)
Grau de carbonatação elevado
(9)
Grau de carbonatação
muito reduzido
(25)
a) argamassa I b) argamassa H c) argamassa F d) argamassa G
Figura 2. Secções tomográficas das argamassas de areia I, H, F e G
XV
3.2. Tipo de agregado
Comparando as três formulações simples C, D e E, com aerogel, argila expandida e cortiça expandida, respetivamente, observam-se diferenças muito significativas ao nível microestrutural, tendo em conta que todas se baseiam na mesma curva granulométrica e no mesmo traço volumétrico. A diferença mais significativa observa-se ao nível do volume de pasta ligante (diminui de C para E), que por sua vez condiciona o afastamento entre partículas do agregado (aumenta de C para E). Outros aspetos distintivos, observados nas diferentes escalas de observação, são condicionados pelo tipo de ligação agregado-pasta ligante, muito dependentes da irregularidade da superfície dos agregados e do seu caráter mais ou menos hidrofóbico. As diferenças volumétricas da pasta ligante podem ser correlacionadas com a baridade do agregado ou seja pela massa de cimento introduzida na formulação (C-52,01%, D-51,22% e E-31,52%). Nas argamassas C e E as diferenças volumétricas não são muito significativas, contudo o arranjo das partículas de cortiça é mais compacto e mais homogéneo. A fragilidade do aerogel determina a existência de inúmeros fragmentos no seio da pasta ligante, o que afeta a curva granulométrica inicial, condicionando assim as características da pasta porosa (tamanho e distribuição de poros). Outro aspeto distintivo destas duas argamassas é a ligação pasta-agregado. No caso do aerogel a ligação dá-se através de superfícies muito regulares, observando-se por vezes destacamento das partículas de aerogel. No caso da cortiça, existe forte imbricação entre a pasta e as partículas, dado o caráter celular da superfície. Estas diferenças poderão condicionar fortemente as propriedades físicas destas argamassas. No caso da argamassa de argila expandida, o volume reduzido de pasta ligante forma uma camada fina sobre as partículas e concentra-se em regiões limitadas (Fig. 3a). Nesses pontos de contacto os cristais de ligante apresentam maior desenvolvimento. A configuração final do espaço poroso nas argamassas de argila expandida poderá estar também condicionada pelo efeito de sucção rápida da água neste tipo de agregado [21].
3.3. Substituição de aerogel por argila ou cortiça expandidas
A substituição de 40% de aerogel por argila expandida (A) ou granulado de cortiça (B) na argamassa de aerogel não parece modificar substancialmente o aspeto global das argamassas, onde as partículas se apresentam separadas por um volume significativo de pasta ligante. A mistura de aerogel e cortiça fornece o maior volume de pasta ligante, mas este é contrabalançado pelo aumento do tamanho dos poros de dimensão intermédia (Fig. 5a, b e c). No caso da mistura de aerogel e de argila expandida observa-se uma manutenção do volume da pasta ligante, mas um aumento dos poros de dimensão intermédia, aspeto que deverá estar relacionado com a redução da massa de cimento.
3.4. Composição da pasta ligante
De um modo geral a presença de componentes cimentícios originais ou hidratados não é muito significativa, de acordo com a análise por DRX. Por sua vez, reconhece-se a formação de portlandite (Ca(OH)2) ou de carbonatos de cálcio (calcite e vaterite), em quantidades variáveis, como produtos intermédios ou de final da carbonatação do cimento. No caso das areias, observa-se uma relação direta entre o tipo de rede porosa e o grau de carbonatação. Este foi medido pela razão entre as reflexões mais importantes da portlandite e da calcite (carbonato mais significativo em todas as argamassas estudadas). Assim a existência de uma rede porosa mais aberta e desenvolvida promove as trocas gasosas envolvidas na carbonatação. Como visto anteriormente, a formação das estruturas mais porosas e abertas está dependente da incorporação de adjuvantes. Nas restantes argamassas, o menor grau de carbonatação observado (B e D) poderá estar dependente da maior retenção de água pela argila expandida e pela cortiça, limitando as trocas gasosas com o exterior. Em alguns casos (A, B, C e H, assim como nas argamassas industriais J e K) observa-se a formação limitada de vaterite, que deverá estar dependente das condições de ambientais de cristalização, mas cujo mecanismo não está completamente esclarecido. Os restantes componentes identificados estão relacionados com o tipo de agregado utilizado.
3.5. Comparação com as argamassas industriais
As observações efetuadas a diversas escalas nestes tipo de argamassas mostram que estas têm formulação mais complexa, sendo possível identificar claramente alguns dos constituintes referenciados nas fichas técnicas de produto. Estas argamassas apresentam boa separação e dispersão dos agregados à semelhança das argamassas onde foi utilizado o aerogel. No caso da argamassa industrial de cortiça, o volume de pasta ligante (com cal hidráulica) é o maior de todo o conjunto analisado (Fig. 5d), facto que poderá estar relacionado com a massa de ligante (informação não disponibilizada pelo fornecedor). A cortiça encontra-se intimamente ligada à pasta ligante devido ao preenchimento dos volumes celulares, o que poderá afetar positivamente o seu desempenho mecânico. Na argamassa com EPS, a espessura da pasta ligante é menor, que poderá estar
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relacionada com uma massa de ligante mais reduzida (informação não disponibilizada pelo fornecedor). Observam-se aí poros de grandes dimensões, cuja forma se adapta aos contornos das partículas de EPS (Fig. 5e). Devido às caraterísticas anteriores, as argamassas com EPS apresentam porosidade extremamente elevada (uma estimativa preliminar indica valores superiores a 80%).
3.6. Sistematização tendo em conta a ligação das partículas de agregado
Os parâmetros constantes nas Tabelas 3 e 4 permitem agrupar as argamassas tendo em conta as ligações das partículas de agregado, o que se reflecte na distribuição e arranjo das mesmas. Estabeleceram-se deste modo três categorias de argamassas: (1) com ligação “em ponte”, (2) com ligação estreita (proximidade) e (3) com ligação dispersa (afastamento) dos agregados.
A ligação “em ponte” corresponde à ligação estabelecida entre partículas onde a área de contacto é reduzida e limitada a um determinado número de pontos. As argamassas que apresentam este tipo de ligação são a argamassa de argila expandida D e as duas argamassas de areia com tensioactivos I e F (Fig.3). Esta ligação aparenta ser forte (mais compacta), onde os cristais do ligante apresentam maior desenvolvimento e morfologia menos acicular (em forma de agulha). Nas imagens tomográficas esta zona dificulta a visualização dos limites da partícula, visto ser uma zona de grande compacidade e reduzida espessura. Na argamassa de argila expandida D os contornos são relativamente mais fáceis de identificar, devido à diferença de compacidade entre a pasta ligante e o agregado (Fig. 3a), no entanto o mesmo não sucede com as areias, que apresentam compacidade semelhante à pasta ligante (Fig. 3b). Nas imagens visualiza-se uma ligação contínua entre os agregados em determinados pontos, o que leva a percepcionar nestas argamassas um esqueleto sólido totalmente interligado.
a) argamassa D b) argamassa I c) argamassa F
Figura 3. Argamassas com ligação “em ponte” dos agregados (imagens Micro -CT e MEV)
A ligação estreita dos agregados corresponde à ligação entre partículas realizada através de uma fina camada de pasta ligante. Esta ligação apresenta reduzida espessura (dezenas de mícron) e envolve todo o agregado. As argamassas com este tipo de ligação são as argamassas de areia H (sem adjuvantes e granulometria grossa) e a argamassa G (sem adjuvante e granulometria grossa) (Fig. 4). Os cristais que se formam no ligante desta ligação, geralmente apresentam morfologias aciculares ou tabulares alongadas (Fig. 4a-MEV). Nas imagens tomográficas observa-se uma superfície praticamente contínua de ligante a envolver as partículas. Por vezes, a proximidade dos grãos é tão elevada que se torna impossível distinguir os seus contornos (Fig.4b).
a) argamassa H b) argamassa G
Figura 4. Argamassas com ligação estreita dos agregados (imagens Micro-CT e MEV)
A ligação dispersa dos agregados corresponde à ligação entre partículas realizada através de uma camada espessa de ligante. Esta espessura é da ordem submilimétrica a milimétrica e constitui uma pasta sólida composta geralmente por microcristais aciculares e tabulares. Nas imagens tomográficas o contorno das partículas é visível e distinguível da pasta ligante, Contudo, em certos casos (ex. argamassas de granulado de cortiça expandida e EPS), é difícil fazer a distinção entre agregados e poros de dimensões maiores, dada a natureza muito porosa daqueles. Nas argamassas com agregados de menores dimensões (Fig 5a, 5b e 5c) a espessura não é tão significativa como nas argamassas com agregados maiores (Fig 5d e 5e). Este tipo de ligação em geral é coeso e envolve toda a partícula.
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a) argamassa C b) argamassa A c) argamassa B d) argamassa J e) argamassa K
Figura 5. Argamassas com ligação dispersa dos agregados (imagens Micro-CT)
3.7. Sistematização tendo em conta o tipo de rede porosa
Os parâmetros constantes nas Tabelas 3 e 4, alguns já discutidos, permitem agrupar as argamassas de acordo com a sua estrutura porosa. De um modo geral, as redes de poros interpartículas estão totalmente conectadas, mas o tamanho dos poros e a sua distribuição pode ser substancialmente distintos. De acordo com este parâmetro, as argamassas podem ser agrupadas em três tipos: (1) com rede porosa aberta; (2) com rede do tipo poro-canal; e (3) com rede microporosa contínua.
A rede porosa aberta é caracterizada pela coalescência de poros de dimensões submilimétricas a milimétricas no espaço intersticial das partículas. As argamassas com este tipo de rede porosa são, a argamassa de argila expandida e as argamassas de areia com tensioativos. Estas três argamassas também são caracterizadas por apresentarem uma ligação por ponte entre os agregados, o que favorece a existência de vazios porque o ligante concentra-se em pequenos pontos (Fig.6). Este tipo de rede é bastante determinado pelo arranjo entre partículas, sendo por isso muito influenciado pela curva granulométrica do agregado.
a) argamassa D b) argamassa I c) argamassa F
Figura 6. Argamassas com rede porosa aberta (imagens Micro-CT)
A rede porosa do tipo poro-canal é definida por um conjunto de poros ligados entre si através de canais de secção muito inferior ao diâmetro desses poros (Fig.7). Estes canais desenvolvem-se pelo facto do ligante não preencher todo o espaço entre os agregados. Os poros de maiores dimensões correspondem geralmente a bolhas de ar ou a espaços interpartículas não preenchidos pela pasta ligante. As argamassas que apresentam este tipo de rede possuem alguns poros no seu interior, mas não são necessariamente argamassas muito porosas. Nas argamassas com rede microporosa contínua, a pasta ligante envolve totalmente as partículas do agregado, perfazendo um volume considerável. As partículas encontram-se relativamente separadas entre si, através de um meio poroso muito fino e relativamente homogéneo, com os poros totalmente interconectados (Fig.8)
a) argamassa H b) argamassa G
Figura 7. Argamassas com rede porosa do tipo poro-canal (imagens Micro-CT)
a) argamassa E b) argamassa C c) argamassa A d) argamassa B e) argamassa J f) argamassa K
Figura 8. Argamassas com rede microporosa contínua (imagens Micro-CT)
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3. CONCLUSÕES
A análise microestrutura das argamassas permitiu estudar a sua estrutura sólida e porosa, ao nível dos agregados, pasta ligante, interface agregado/ligante e espaço poroso. Através desta análise foi possível constatar as diferenças que ocorrem nas argamassas pelo tipo de agregado, granulometria e presença de adjuvantes.
A metodologia proposta através de um conjunto de técnicas de observação (a diferentes escalas) e ainda ensaios de caraterização mineralógica possibilitou a identificação de vários parâmetros distintos: i) dimensão dos poros do agregado; ii) superfície de corte; iii) espessura do ligante e percentagem de ligante em massa a superfície de corte; iv) ligação de agregado/ligante; v) dimensão dos poros no ligante e estimativa da quantidade de poros; vi) indicador de carbonatação portlandite/calcite
Os parâmetros anteriores permitiram distribuir as microestruturas das argamassas estudadas de acordo com o tipo de ligação entre as partículas dos agregados: (1) ligação “em ponte”; (2) ligação estreita (proximidade); e (3) ligação dispersa (afastamento). Em relação ao tipo de rede porosa distinguiram-se as seguintes categorias: (1) rede porosa aberta; (2) rede do tipo poro-canal; e (3) rede microporosa contínua. Estes grupos têm caraterísticas distintas, que deverão determinar o desempenho destas argamassas, tema que será desenvolvido em trabalhos futuros.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à FCT e aos centros de investigação (CERIS e CERENA) do DECivil, IST; e também aos fabricantes de argamassas e de materiais: Weber, Gyptec, Amorim, Secil e Diasen.
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