O QUE LEVAR EM CONSIDERAÇÃO NA PROPOSTA E NA OTIMIZAÇÃO DE UM NOVO MATERIAL

Materiais alternativos

Marco Antônio de Morais Alcantara

Imagine que você esteja desenvolvendo um novo produto para a construção civil. Pode ser o caso de um componente de construção, o qual deverá cumprir com alguma função específica, tais como as de estrutura, ou vedação, pavimento, de cobertura ou outra. Este elemento deverá cumprir com a sua função desde que ele atenda a algumas exigências, tais como a segurança estrutural, o conforto térmico, o isolamento acústico, a absorção limitada, ou a durabilidade, e, em consonância com estas citadas exigências algumas propriedades são requisitadas, tais como a resistência mecânica, a impermeabilidade, a baixa condutividade térmica...e para tanto, convém também este que apresente algumas características finais, como a cimentação interna, alta ou a baixa densidade, a baixa porosidade, ou outras características conforme cada situação requer em particular.


Pode ser que o contexto seja o inverso, de um subproduto se queira conferir a ele um aproveitamento com um insumo na fabricação de produtos para a construção civil.

Lembre dos materiais de construção que têm sido apresentados durante o curso básico de materiais de construção civil. De modo geral o cimento Portland é utilizado com aglomerante mineral, em especial quando se requer um aglomerante hidráulico. Um outro tipo de aglomerante hidráulico poderia ser um cimento pozolânico composto por “cal+pozolana”.

Alguns elementos finos disponibilizados por processamentos industriais e do agronegócio têm sido potencialmente úteis na incorporação em concretos ou em argamassas. De modo geral estes apresentam finura iguais ou superiores à que são apresentadas pelo aglomerantes, e alguns são dotados de atividade pozolânica, que é o caso da sílica ativa, da cinza de casca de arroz, ou de bagaço de cana, enquanto que outros finos atuam exclusivamente através do efeito fíler, como nos casos do fíler calcário. Estes contribuem para a qualificação da matriz cimentícia.

O uso de materiais finos tem sido utilizado como substitutos parciais do cimento, ou como adição mineral para a formação de pasta em concretos autoadensáveis. 

Os demais constituintes a serem definidos poderiam ser os agregados, que são os materiais de enchimento; para tanto, eles podem ser escolhidos de origens diversas que não os naturais, de modo a se promover o aproveitamento de resíduos. Dentre estes se destacam os resíduos de pneus inservíveis, o pet moído, o isopor, o resíduo de construção, o resíduo de curtume, a escória granulada e ainda outros que ainda podem ser conhecidos ou que não foram ora citados. Estes deverão atender aos conhecidos “índices de qualidade dos agregados”, os quais se mostram extremamente relevantes quando se considera o comportamento final do compósito pasta-argamassa ou pasta-argamassa-concreto, visto que deverá haver uma contrapartida de cada uma destas fases no desempenho final, assim como a solidariedade entre estas fases, onde a aderência agregado-matriz se mostra extremamente relevante.

As inclusões podem ser utilizadas, tais como no caso do uso de fibras. Estas atuam como ponte de transferência de esforços no caso da formação de fissuras, melhorando as condições de ductilidade dos materiais, ou também, atuam no controle da fissuração.

Este material criado deverá compreender fases importantes em seu ciclo de vida: estado fresco, estado endurecido, utilização e envelhecimento.

Uma mistura é preparada, a qual deverá ser moldada e submetida à um processo de cura, durante o período pelo qual deverá ganhar uma estruturação interna, e cimentação, responsáveis pelas propriedades que garantirão o desempenho no estado endurecido. Ao longo do tempo e da vida útil, este material deverá estar submetido a condições ambientais, envolvendo ciclos térmicos, de absorção e secagem, ações mecânicas, químicas, cujas condições de durabilidade deverão estar definidas a partir das condições internas do material, tais como grau de cimentação, resiliência, ductilidade, impermeabilidade e outras, conforme o contexto. 

    

O material ora idealizado deverá ser fabricado. Neste sentido passam a ter importância as propriedades de reologia no estado fresco. A moldagem pode ser realizada de maneiras diversas, como no caso da vibração, ou por um processo sem o uso de vibração, como no caso de misturas autoadensáveis ou autonivelantes. Ainda pode se pensar em um caso de moldagem por mistura plástica consistente, como no caso de tijolos. A consistência do concreto e a sua fluidez deverão estar então definidas conforme o tipo de processo de moldagem.

Deverá haver compatibilidade entre a consistência da mistura e as ações do processo de moldagem. Para os casos de misturas autoadensáveis deverá ser necessário o uso de aditivos superplastificantes.

Com relação à mobilidade das misturas, pode se considerar a eficácia destas diante dos casos de escoamento superficial gravitacional e do escoamento em condições confinadas. No caso do escoamento superficial a competitividade entre os constituintes não pode comprometer a integridade da mistura, deve haver tanto a coesão interna para conservar a integridade da mistura como a viscosidade de modo a não comprometer a mobilidade. Já no caso do escoamento confinado a competitividade entre os constituintes para a passagem pelas aberturas pode induzir à redução do fluxo, especialmente devidos ao atrito e ao choque entre os agregados.

Os constituintes da mistura cimentícia deverão ser então tomados em consideração quanto às suas características particulares, e a condição de reologia da mistura fresca. O cimento Portland de modo geral é um agente de coesão. Os finos das misturas cimentícias atuam como formadores de pasta, aumentando a coesão interna. A sua deficiência poderá implicar em exsudação, enquanto que o excesso além da dosagem ótima contribuirá para dificultar as condições de mobilidade da mistura.

Os agregados, por sua vez, estão sujeitos às forças de inércia e do atrito, devendo a granulometria e as condições de superfície serem adequadamente consideradas na escolha.

 

A estabilidade da mistura é relevante. Um excesso de água ou de superplastificante, assim como a deficiência de finos, pode contribuir para a exsudação da mistura. A quantidade de superplastificante em excesso pode contribuir para a exsudação mediante o menor desvio da quantidade de água, além da que seria necessária conforme o estudo de otimização.

O tempo disponível de serviço é uma coisa a se considerar na produção dos materiais. Uma vez preparada a mistura, o tempo de trabalho está limitado em função do tempo de pega do cimento, e da manutenção das condições de consistência requeridas para a mistura. O tipo de cimento pode ser importante em razão da sua composição e finura, pois podem influir no calor de hidratação liberado, e na eficácia da atuação do superplastificante.

Diante disso, quais seriam os ensaios importantes para a validação das misturas desejadas? Isto vai depender do tipo de processo de fabricação ou aplicação. No caso de misturas com consistência para ser vibradas, o ensaio de abatimento, ou o de consistência “flow-table” podem ser adotados como referências de modo a se identificar as condições da consistência e da coesão interna. Já para os casos de misturas autoadensáveis são imprescindíveis os ensaios de espalhamento, “slump-flow”, assim como de escoamento confinado, “V-funnel”. Ainda pode-se citar um ensaio para a avaliação da segregação.

Finalmente, cabe estabelecer os parâmetros de dosagem. Estes dão orientações de referência para os estudos de dosagem. Estes podem ser definidos como por exemplo das seguintes relações:

“Água/cimento”: Está relacionado com as condições de formação de pasta, de modo a se obter as misturas cimetícias mais ricas em cimento, com maior desenvolvimento cristalino resistente e com menor índice de vazios e de fissuração interna. A relação água/cimento também deve ser escolhida de modo a poder atender à quantidade requerida para a hidratação das partículas de cimento (seria a água de hidratação), além de atender à demanda físico-química de modo a satisfazer à neutralização das cargas elétricas expostas na superfície destas (água adsorvida). A água livre tende a permanecer nos macroporos do gel da mistura cimentícia, como água livre. A água em excesso tende a diminuir a coesão proporcionada pelo cimento.

“Água/materiais secos”: De modo geral esta relação atende às condições de manuseio dos concretos, argamassas, caldas e solo-cimento autoadensável. A água atua como agente de fluidificação pela sua ação lubrificante.

“Superplastificante/cimento”: A atuação dos superplastificantes de ação estérica e eletrostática se dá pela fixação das moléculas destes às partículas de cimento, de modo que a presença destes é imprescindível para a atuação destes promovendo a dispersão das partículas.

“Finos/cimento”: Os finos atuam juntamente com os cimentos na formação de pasta. Os que tem ação pozolânica atuam em participação com a cal hidratada que é liberada na hidratação do Portland. Os finos podem ter papel diversificado quanto à atividade química, físico-química ou de retenção de água, impondo-se limitação quanto ao seu teor.

“Cimento/agregado”: Um traço muito rico pode implicar em excesso de retração e fissuração interna, ou poderá ter um custo mais elevado, não consistindo obrigatoriamente em um traço mais resistente.