Caracterização reológica de argamassas

Abstract

O presente trabalho é realizado com o objectivo geral de estudar o comportamento reológico de argamassas. Pretende-se, por um lado, desenvolver um procedimento adequado para a análise reológica de uma argamassa e, por outro lado, avaliar o efeito de alguns adjuvantes essenciais à sua formulação sobre o comportamento reológico de uma argamassa específica (do tipo monomassa). Procura-se também estabelecer, sempre que possível, uma correlação entre a avaliação reométrica com um método tradicional de medida da trabalhabilidade (espalhamento), de modo a que fosse entendida a utilidade desta avaliação reológica para um processo industrial de desenvolvimento de argamassas ou de ensaio de novos componentes. No primeiro capítulo do trabalho, efectua-se uma revisão sobre as argamassas e discute-se o comportamento reológico dos materiais cimentíceos, incluindo os factores mais relevantes. O segundo capítulo, descreve a metodologia experimental seguida ao longo do trabalho. A argamassa escolhida para o desenvolvimento deste trabalho é uma argamassa de reboco para aplicações exteriores em monocamada, também designada por monomassa. Os adjuvantes escolhidos são um agente retentor de água, um agente introdutor de ar e um agente redutor de água (ou superplastificante). O teor de água de amassadura é também um factor tido em consideração para a análise. Procede-se, de seguida, à caracterização reológica da argamassa com e sem adjuvantes através da utilização de um reómetro específico para argamassas (Viskomat), sendo também efectuada a avaliação da trabalhabilidade das argamassas pelo método de espalhamento. No caso das argamassas contendo introdutor de ar é medido o teor de ar introduzido na argamassa com um equipamento específico (aerómetro). O comportamento reológico é avaliado através de dois procedimentos distintos que envolve, no primeiro caso, a execução do ensaio no reómetro com um perfil de velocidade de rotação constante (patamar) e, no segundo caso, com um perfil de velocidade descendente (em escada). O perfil em patamar permite estudar o comportamento reológico ao longo do tempo, tornando possível observar a evolução do fenómeno de destruição estrutural, patente nos cimentos e argamassas, através das curvas de fluxo medidas ao longo do tempo de ensaio. Verifica-se que a histerese presente nas curvas de velocidade ascendente e descendente pode ser relacionada com a existência de tal fenómeno. Concluí-se também que o comportamento desta argamassa pode ser descrito em termos reológicos através do modelo de Bingham. O perfil em escada, a velocidade descendente, permite uma avaliação mais precisa dos parâmetros reológicos determinados de acordo com este modelo, ou seja, a tensão de cedência e a viscosidade plástica. O efeito sobre a reologia das argamassas dos diversos adjuvantes específicos foi assim avaliado por estes dois procedimentos de medida, bem como, complementado com as medidas de trabalhabilidade pelo método de espalhamento. Relativamente ao agente retentor de água, foi possível concluir sobre o teor óptimo a utilizar neste tipo de argamassa e sobre o efeito espessante deste adjuvante quando adicionado em quantidades superiores. Observou-se a promoção rápida da destruição estrutural por parte deste agente, visível pela redução acentuada da área de histerese nas curvas de fluxo. Através da variação do teor de água de amassadura nas argamassas com e sem este adjuvante, foi possível constatar um efeito secundário de redução de água de amassadura sem perda de trabalhabilidade. Em relação ao agente introdutor de ar, estudou-se o seu efeito em argamassas com e sem o agente retentor de água uma vez que são utilizados em conjunto nas monomassas. Foi também possível encontrar o valor recomendável para o teor a usar deste adjuvante. A evolução ao longo do tempo (perfil patamar) permitiu concluir que a introdução deste agente promove uma estabilização rápida não alterando significativamente a destruição estrutural promovida pelo agente retentor, quando usados em conjunto. A avaliação dos parâmetros reológicos (perfil escada) nesta argamassa mostra uma tendência para uma descida da viscosidade e tensão de cedência com o aumento do teor de introdutor de ar. Quando este agente é utilizado isoladamente na monomassa verifica-se um aumento de viscosidade para teores baixos antes de começar a diminuir, como esperado, para teores mais elevados. Relacionou-se este facto com o papel duplo dos agentes introdutores de ar ao poderem funcionar como inertes ou fluidos numa argamassa. Relativamente ao agente superplastificante, este apresenta tal como no caso anterior um efeito fluidificante, ou seja, de diminuição da tensão de cedência e de viscosidade com o aumento do seu teor na argamassa. Estabiliza rapidamente os valores de torque medidos ao longo do tempo e promove uma rápida destruição estrutural na argamassa. Por outro lado, cumpre claramente o seu papel principal como redutor de água de amassadura e, tal como no caso do introdutor de ar, confirma-se a tendência para um efeito secundário de retardamento da presa. Em conclusão, foi possível estabelecer um procedimento adequado para a caracterização reológica de argamassas, permitindo observar o efeito que diversos adjuvantes e outros componentes da argamassa (como a água) podem ter sobre o comportamento no estado fresco destes materiais, o que pode ser importante para o desenvolvimento e aplicação de novas formulações.

ABSTRACT: The present work aims to study the rheological behaviour of mortars. It pretends to develop an adequate procedure for the rheological analysis and, on the other hand, to evaluate the effect on the rheology of a particular mortar (single-coat render) of some admixtures essential to their formulation. It is also attempted to establish a correlation between the rheometric evaluation and a traditional workability measurement (spread or slump test), in order that the utility of this evaluation could be understood by who deals with the industrial process of mortar’s development or testing of new mortar’s components. In the first chapter of this work, a literature survey is presented on cementbased mortars and its rheological behaviour, including the most relevant factors. The second chapter describes the experimental methodology followed along the work. The mortar chosen for the development of this work is a single coat render for outdoor applications, also called one-coat render mortar. The admixtures selected were a water retaining agent, an air-entraining agent and a water-reducing agent (or superplasticizer). The kneading water content is also a factor under consideration. The rheological behaviour of the mortar, with and without admixtures, is performed trough a specific rheometer for mortars (Viskomat) together with the evaluation of the mortar workability trough a consistency test (slump). In the case of mortar with air-entraining agent, the included air was measured with a specific device (airmeter). The rheological behaviour is evaluated trough two distinct procedures that involve, in the first case, the test with a speed profile at constant rotation speed (dwell profile) and, in the second one, a test with a profile of descending speed (stair profile). The dwell profile allows studying the rheological behaviour along measuring time, making also possible to observe the structural destruction phenomena, existent in cement and mortar suspensions, trough the measurement of flow curves along the test time. The existence of a hysteresis in the up and down flow curves can be related to such structural destruction phenomena. It is concluded that the mortar behaviour can be described by the Bingham model. The stair profile, with descending speed, allows a more precise evaluation of the rheological parameters, determined according to the Bingham model, e.g., the yield stress and the plastic viscosity. The effect on the mortar’s rheology of the several admixtures were evaluated by these two test procedures and complemented by the workability measurements with the slump test. Regarding the water retaining agent, it was possible to conclude on the optimal content to use in this kind of mortar and on the thickening effect of this admixture when higher contents are added. A rapid promotion of structural disorder is observed with the introduction of this agent, visible by the accentuated reduction of the hysteresis area of the flow curves. Trough the variation of kneading water content in mortars with and without this agent, it was also possible to observe a secondary effect of water reduction without a workability loss. Regarding the air-entraining agent, its effect on the mortars was studied with and without the water retaining agent, since they can be used together in onecoat renders. It was also possible to find this admixture recommended content. The evolution with time (dwell profile) allowed to conclude that this agent also promotes a rapid stabilization, without altering the structural destruction already induced by the water retaining agent, when they are used together. The evaluation of the rheological parameters (stair profile) in this mortar shows a trend of decreasing viscosity and yield stress with the increase on this agent’s content. When this agent is used alone a viscosity increase is verified for lower contents before starting to decrease, as expected for higher contents. This fact was related with the double role of this kind of admixture, working as a fluid or as an inert in a mortar. Regarding the superplasticizer agent, it presents as the previous case a thinning or fluid behaviour, meaning that a decrease on the yield stress and viscosity is observed with the increase in admixture content. Moreover, it clearly performs its role of a water reducing agent and, as with the airentraining agent, a secondary effect of setting retarding action. Concluding, it was possible to establish an adequate procedure for the rheological characterization of mortars and observe the effect of several admixtures and other mortar’s component (water) on the fresh state behaviour that can be important for the development and application of new formulations.