AVALIAÇÃO DE PATOLOGIA EM REVESTIMENTO DE
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AVALIAÇÃO DE PATOLOGIA EM REVESTIMENTO DE
IBAPE – XXII UPAV / XIII COBREAP - FORTALEZA/CE – ABRIL/2006 AVALIAÇÃO DE PATOLOGIA EM REVESTIMENTO DE PINTURA EM SISTEMA CONSTRUTIVO COM AREIA ARTIFICIAL Mansur, Alexandra A. PiscitelliA, Nascimento, Otávio Luiz doB, Mansur, Herman SanderC A Msc. Engenharia, CREA/MG: 68462/D Rua Espírito Santo, 35/316-Centro, Belo Horizonte/MG, 30160-030. Fone: (31)32381824, Fax: (31) 32381815, e-mail:[email protected] B Msc. Engenharia, CREA/MG: 55585/D, IBAPE: 500 (MG). Rua Bambui, 242-Mangabeiras, Belo Horizonte/MG, 30210-490. Fone: (31)32849399, Fax: (31) 32870286, e-mail:[email protected] C Doutor em Química, CREA/MG: 44974/D Rua Espírito Santo, 35/318-Centro, Belo Horizonte/MG, 30160-030. Fone: (31)32381843, Fax: (31) 32381815, e-mail:[email protected] Resumo. A areia artificial é um agregado miúdo obtido a partir da britagem dos rejeitos das pedreiras. A força motriz para a sua utilização resulta da crescente dificuldade de obtenção da areia natural, bem como por minimizar os problemas causados pela disposição inadequada dos finos das pedreiras. O objetivo deste trabalho foi realizar o estudo de patologia em sistema de revestimento (aparecimento de pontos escuros na pintura) no qual foi utilizado um agregado artificial de gnaisse no preparo da argamassa de base. Foram realizados inspeção visual nas amostras de areia e ensaios de granulometria e determinação do teor de materiais pulverulento. Caracterização mineralógica das areias foi realizada através de difração de raios X e espectroscopia de infravermelho e imagens dos agregados e do sistema de revestimento foram obtidas através de microscopia eletrônica de varredura. As análises mostraram que as areias se encontram fora das faixas granulométricas indicadas e com presença de elevados teores de material pulverulento devendo ser utilizadas com as devidas restrições. As análises microestruturais indicaram quartzo e feldspato como principais componentes das areia, além da presença de biotita em menores quantidades. As imagens revelaram, no entanto, que esta biotita foi a responsável pelos defeitos observados no sistema de pintura. Palavras-chave: Patologias, Areia artificial, XRD, FTIR, SEM. 1 AVALIAÇÃO DE PATOLOGIA EM REVESTIMENTO DE PINTURA EM SISTEMA CONSTRUTIVO COM AREIA ARTIFICIAL Mansur, Alexandra A. Piscitelli, Nascimento, Otávio Luiz do, Mansur, Herman Sander A areia artificial é um agregado miúdo obtido a partir da britagem dos rejeitos das pedreiras. A força motriz para a sua utilização resulta da crescente dificuldade de obtenção da areia natural, bem como por minimizar os problemas causados pela disposição inadequada dos finos das pedreiras. O objetivo deste trabalho foi realizar o estudo de patologia em sistema de revestimento (aparecimento de pontos escuros na pintura) no qual foi utilizado um agregado artificial de gnaisse no preparo da argamassa de base. Foram realizados inspeção visual nas amostras de areia e ensaios de granulometria e determinação do teor de material pulverulento. A caracterização mineralógica das areias foi realizada através de difração de raios X e espectroscopia de infravermelho e imagens dos agregados e do sistema de revestimento foram obtidas através de microscopia eletrônica de varredura. As análises mostraram que as areias se encontravam fora das faixas granulométricas indicadas e com presença de elevados teores de material pulverulento devendo ser utilizadas com as devidas restrições. As análises microestruturais indicaram quartzo e feldspato como principais componentes das areia, além da presença de biotita em menores quantidades. As imagens revelaram, no entanto, que esta biotita foi a responsável pelos defeitos observados no sistema de pintura. Palavras-chave: Patologias, Areia artificial, XRD, FTIR, SEM. IBAPE – XXII UPAV / XIII COBREAP - FORTALEZA/CE – ABRIL/2006 AVALIAÇÃO DE PATOLOGIA EM REVESTIMENTO DE PINTURA EM SISTEMA CONSTRUTIVO COM AREIA ARTIFICIAL Mansur, Alexandra A. PiscitelliA, Nascimento, Otávio Luiz doB, Mansur, Herman SanderC A Msc. Engenharia, CREA/MG: 68462/D Rua Espírito Santo, 35/316-Centro, Belo Horizonte/MG, 30160-030. Fone: (31)32381824, Fax: (31) 32381815, e-mail:[email protected] B Msc. Engenharia, CREA/MG: 55585/D, IBAPE: 500 (MG). Rua Bambui, 242-Mangabeiras, Belo Horizonte/MG, 30210-490. Fone: (31)32849399, Fax: (31) 32870286, e-mail:[email protected] C Doutor em Química, CREA/MG: 44974/D Rua Espírito Santo, 35/318-Centro, Belo Horizonte/MG, 30160-030. Fone: (31)32381843, Fax: (31) 32381815, e-mail:[email protected] Resumo. A areia artificial é um agregado miúdo obtido a partir da britagem dos rejeitos das pedreiras. A força motriz para a sua utilização resulta da crescente dificuldade de obtenção da areia natural, bem como por minimizar os problemas causados pela disposição inadequada dos finos das pedreiras. O objetivo deste trabalho foi realizar o estudo de patologia em sistema de revestimento (aparecimento de pontos escuros na pintura) no qual foi utilizado um agregado artificial de gnaisse no preparo da argamassa de base. Foram realizados inspeção visual nas amostras de areia e ensaios de granulometria e determinação do teor de materiais pulverulento. Caracterização mineralógica das areias foi realizada através de difração de raios X e espectroscopia de infravermelho e imagens dos agregados e do sistema de revestimento foram obtidas através de microscopia eletrônica de varredura. As análises mostraram que as areias se encontram fora das faixas granulométricas indicadas e com presença de elevados teores de material pulverulento devendo ser utilizadas com as devidas restrições. As análises microestruturais indicaram quartzo e feldspato como principais componentes das areia, além da presença de biotita em menores quantidades. As imagens revelaram, no entanto, que esta biotita foi a responsável pelos defeitos observados no sistema de pintura. Palavras-chave: Patologias, Areia artificial, XRD, FTIR, SEM. 1 1. INTRODUÇÃO A areia natural tem sido a principal fonte de agregados miúdos para a indústria da construção civil. A extração de areia em rios e baixadas chega a 320 milhões de metros cúbicos por ano. No entanto, atualmente, verificam-se dois importantes aspectos que estão dificultando a sua exploração e elevando os seus custos. Inicialmente, têm-se os impactos ambientais e de saúde pública desta atividade. A retirada de areia do fundo de um rio implica em agressão à sua calha natural, aumentando a sua vazão e acelerando o processo de erosão de suas margens. A extração em baixadas resulta em cavas que permitem o acúmulo de água favorecendo o desenvolvimento de mosquitos vetores de doenças. O segundo aspecto diz respeito à dificuldade de obtenção de areia natural de qualidade e à proibição de extração em algumas áreas. Estes fatores estão gerando a necessidade de extração da areia em lugares mais distantes dos principais centros de consumo, elevando os gastos com o seu transporte, que correspondem a cerca de 70% do custo final da areia (CETEM, 2003). Por outro lado, os rejeitos da exploração das pedreiras, conhecidos como pó de pedra ou finos das pedreiras, chegam a 20% do material processado e sua disposição final acarreta danos ao meio ambiente, a saber, alteração da paisagem, inutilização do solo para a agricultura e o assoreamento de rios (CETEM, 2003). Neste sentido, uma alternativa para a redução dos problemas associados à extração da areia natural e à disposição dos resíduos das pedreiras tem sido a produção de areia artificial a partir da britagem dos finos gerados durante a produção da brita. Este material, conhecido como agregado miúdo de pedra britada (AMPB), é considerado de difícil colocação nas obras, mas tem sido intensivamente utilizado pelas indústrias fornecedoras de argamassas industrializadas e dosadas em central. Além disso, a comunidade científica tem desenvolvido uma série de estudos que visam avaliar o uso da areia artificial em concretos e argamassas, na substituição completa ou parcial da areia natural, e identificar eventuais características dos agregados, de natureza física e/ou química, que possam prejudicar as propriedades finais e durabilidade. O presente trabalho técnico tem por objetivo realizar o estudo de patologia em sistema de revestimento no qual foi utilizado um agregado miúdo de pedra britada proveniente de rocha de gnaisse no preparo da argamassa de base. 2. FATO GERADOR A ocorrência de aparecimento de pontos escuros em sistemas de pintura nos quais agregado artificial foi utilizado para a execução da argamassa de base foi o fato gerador deste trabalho. 3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Inicialmente, amostras da areia artificial fina e média utilizadas na execução da argamassa de base para aplicação de sistema de pintura foram coletadas na obra e foram visualmente inspecionadas para avaliação de morfologia, dimensões e aspecto geral. Em seguida, foi realizada a determinação da composição granulométrica, identificando a proporção percentual, em relação à massa total, dos diferentes tamanhos de grãos que se encontram constituindo o material em análise. Esta avaliação foi feita segundo os procedimentos da NBR 7217 – Agregados – Determinação da composição granulométrica. Foi determinado, ainda, o percentual do agregado passante na peneira de 200 mesh (abertura 2 0,075 mm), conforme norma NBR 7219 – Agregados – Determinação do teor de materiais pulverulentos. A composição mineralógica das amostras em estudo foi determinada através de avaliações de difração de raios X (XRD – X-Ray Diffraction) e espectroscopia de infravermelho (FTIR – Fourier Transformed Infrared Spectroscopy). Para a realização destes ensaios mineralógicos, as amostras de agregados foram quarteadas tendo sido um quarto selecionado para cominuição. O material foi, então, reduzido de dimensões através do uso do grau de porcelana do modo a garantir 100% do material passante na peneira de 200 mesh. As análises de XRD foram realizadas no equipamento PW 1710, da PHILIPS que utiliza a radiação KαCu (λ = 1,54056 Å, 40 kV e 20 mA). Foi avaliada a faixa de 2θ compreendida entre 10º e 80º com passo de 0,06º. Para a identificação das fases cristalinas presentes foram utilizadas as fichas do ICDD (International Centre for Diffraction Data). A porcentagem de material não cristalino presente nas amostras foi estimada através da área de espalhamento dos diagramas. Isto foi feito utilizando a baseline (linha de referência) e calculando as áreas entre o espectro e o eixo x (2 θ) e a baseline e mesmo eixo, através de integração utilizando o programa MicrocalTM OringinTM. Os espectros de análise no infravermelho foram obtidos através da técnica da reflectância difusa com KBr como dispersante. Foi utilizado o equipamento Paragon 1000 da Perkin Elmer. Imagens das amostras de areia artificial e do sistema de revestimento correspondentes às camadas de argamassa e massa corrida foram obtidas através de microscopia eletrônica de varredura (SEM – Scanning Electron Microscopy) acoplada com espectroscopia de energia dispersiva (EDS – Energy Dispersive Spectroscopy), que permite a identificação dos elementos químicos presentes no material. Os objetivos destas análises foram capturar fotomicrografias dos minerais do AMPB e do sistema argamassa + massa corrida, bem como visualizar e identificar o material contaminante no interior da massa corrida. Foi utilizado o equipamento JSM 5410, da JEOL, e, em função das características da amostra (não condutora) e dos princípios desta técnica de caracterização, foi necessária a aplicação de um filme fino de carbono (sputtering) sobre a superfície da amostra antes da avaliação no microscópio. 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1.Inspeção Visual A partir da inspeção visual, as amostras de agregado miúdo de pedra britada foram caracterizadas conforme anotado a seguir. Areia fina artificial: Material predominantemente claro, com particulado de cor preta disperso e com brilho característico e, em menor quantidade, material particulado incolor e com brilho vítreo. Estes dois últimos componentes apresentam-se na forma de placas, indicando presença de planos de clivagem bem definidos. Verifica-se, ainda, a presença de alguns torrões, facilmente desagregáveis com as pontas dos dedos. Areia média artificial: A fração mais grossa é constituída por materiais incolores e de cores branca e cinza. O material incolor se apresenta sob duas formas diferenciadas: agregados de dimensões irregulares tendendo à forma arredondada e com brilho vítreo e agregados na forma de placas com superfície bastante plana e brilho vítreo a sedoso. A fração de cor branca 3 também apresenta dimensões irregulares e formato arredondado. A tonalidade cinza é causada por escamas de material de cor preta presentes no interior dos agregados incolores e brancos. Foram identificados, ainda, alguns poucos cristais da cor de carne e dourados. A fração fina é similar ao material areia fina artificial descrita anteriormente. 4.2.Granulometria A tabela e o gráfico correspondentes à distribuição granulométrica da areia fina (AF) encontram-se nas Tabela 1 e Figura 1 a seguir. Tabela 1 – Avaliação granulométrica da areia fina artificial. Peneiras Massa Retida (g) m1 Percentual m2 Acumulado Mesh mm 8 2,4 0,8 1,6 16 1,2 4,6 3,4 30 0,6 13,6 8,0 1,0 1,0 1,0 1 50 0,3 55,3 52,7 6,0 5,0 6,0 7 100 0,15 213,0 224,2 21,0 22,0 22,0 29 712,7 710,1 71,0 71,0 71,0 100 Fundo m2 Percentual Retido m1 média 120 % acumulada Mínimo Máximo PORCENTAGENS ACUMULADAS 100 80 60 40 20 0 0.15 0.3 0.6 1.2 2.4 4.8 6.3 9.5 PENEIRAS - ABERTURA EM m m Figura 1 – Curva granulométrica da areia fina comparada com os limites da NBR-7211. 4 A avaliação destes resultados foi feita somente segundo a NBR 7211 – Agregados para concreto, uma vez que não existe uma norma brasileira específica para argamassas. Esta norma fixa as características exigíveis na recepção e produção de agregados miúdos e graúdos, de origem natural ou resultante do britamento de rochas. Segundo a NBR 7211, a areia AF está classificada como areia muito fina Z1, possuindo módulo de finura 0,37 e dimensão máxima característica 0,6 mm. Os resultados das análises granulométricas da areia média (AM) estão mostrados a seguir (Tabela 2 e Figura 2). Pela classificação da NBR 7211, este agregado é uma areia fina Z2, com módulo de finura 2,04 e dimensão máxima característica de 2,4 mm. Tabela 2 - Avaliação granulométrica da areia média artificial. Peneiras Massa Retida (g) m1 Percentual m2 Acumulado Mesh mm 8 2,4 3,3 2,9 16 1,2 196,9 196,1 20,0 20,0 20,0 20 30 0,6 197,2 201,3 20,0 20,0 20,0 40 50 0,3 226,4 226,1 23,0 23,0 23,0 63 100 0,15 177,8 180,1 18,0 18,0 18,0 81 198,1 193,5 20,0 19,0 19,0 100 Fundo m2 Percentual Retido m1 média 120 % acumulada Mínimo Máximo PORCENTAGENS ACUMULADAS 100 80 60 40 20 0 0.15 0.3 0.6 1.2 2.4 4.8 6.3 9.5 PENEIRAS - ABERTURA EM m m Figura 2 – Curva granulométrica da areia média comparada com os limites da NBR 7211. 5 A partir das curvas obtidas, pode-se observar que ambos os materiais apresentam elevados percentuais de material passante na peneira de malha 0,15 mm sendo que os valores obtidos para a areia identificada como fina estão fora das especificações de granulometria de agregados miúdos para concretos fornecidos pelas normas (NBR, BS – British Standard e ASTM – American Society for Testing of Materials). Os limites permitidos variam, de modo geral, de 0 a 15% de material passante na peneira 0,15 mm, sendo feita uma exceção à pedra britada, caso onde se admite até 20% de material passante. A forma das curvas e os percentuais retidos indicam que a areia fina apresenta uma distribuição granulométrica descontínua, enquanto a areia média possui uma distribuição granulométrica bastante contínua, com razão 1 entre peneiras sucessivas, ou seja, apresentando aproximadamente a mesma fração retida em todas as peneiras, inclusive na fração passante na peneira de malha 0,15 mm. É interessante notar, ainda, que as classificações obtidas a partir das distribuições granulométricas para as amostras AF e AM, isto é, areia muito fina e areia fina, respectivamente, não correspondem àquelas fornecidas na identificação dos materiais. 4.3. Teor de Material Pulverulento Os resultados das análises de material pulverulento estão anotados na Tabela 3. Tabela 3 – Teor de material pulverulento. Amostra Teor de Material Pulverulento (%) Areia fina artificial 22,3 Areia média artificial 7,4 Os tipos de materiais finos que usualmente estão presentes nos agregados são argilas, siltes e pós de pedra. A presença destes materiais em teores elevados é não raro associada com uma série de efeitos nocivos, a saber (Cánovas, 1988): Estes materiais finos podem estar presentes na forma de películas superficiais, prejudicando a boa aderência entre a pasta de cimento e os agregados; Este material pulverulento dos agregados se interpõe entre os grãos do cimento criando descontinuidades na pasta hidratada; Devido à elevada superfície específica destes finos, eles requerem muita água para molhá-los e, conseqüentemente, diminuem a água disponível à hidratação do cimento, promovendo a sua hidratação incompleta; A presença de um elevado teor de finos na areia está associada à necessidade de um maior consumo de água para se atingir uma determinada trabalhabilidade/consistência, favorecendo um aumento da retração e da porosidade/permeabilidade do material a gases e outras substâncias, bem como reduzindo as resistências mecânicas. Em vista disto, torna-se necessário controlar os teores destes materiais nos agregados. Os limites máximos permitidos pela norma brasileira NBR 7211 estão anotados na Tabela 4. 6 Tabela 4 – Limites máximos para os teores de material pulverulento nos agregados segundo NBR 7211. Tipo de Agregado Agregado miúdo em concreto submetido a desgaste superficial 3,0 nos demais concretos 5,0 Agregado miúdo – quando em concreto submetido a o material passante na desgaste superficial peneira 0,075 mm for constituído totalmente por grãos gerados durante o nos demais concretos britamento de rocha Agregado graúdo Teor Máximo (%) 5,0 7,0 1,0 A comparação dos resultados obtidos com os recomendados pela norma brasileira, indica que a areia fina (AF) apresenta teor de material pulverulento muito além dos permitidos, enquanto que a areia média (AM) está apenas um pouco acima do recomendado. Neste momento, é interessante observar que alguns dos trabalhos enfatizam a possibilidade de utilização de agregados com teores de material pulverulento superiores aos permitidos, bem como a adoção de substituição parcial dos agregados naturais por artificiais, de modo a contornar este problema, mas sempre enfatizando a necessidade do seu controle: Swenson & Chaly (1956) escreveram que “…investigações mostraram, no entanto, que quantidades de argila, que excediam consideravelmente os limites permitidos não afetaram a qualidade do concreto de forma negativa. A natureza dos materiais pulverulentos é que determinam as quantidades que podem ser toleradas e testes devem ser conduzidos para determinar a sua composição mineralógica e os seus efeitos na resistência, estabilidade volumétrica e durabilidade do concreto”; Ferreira (2002), em seus estudos sobre utilização de pó de pedra substituindo areia natural, concluiu que “... pode-se avaliar que o pó de pedra, apesar do seu alto teor de material pulverulento, mostrou-se um material muito útil, se utilizado em proporções adequadas”; Altherman (2002) enfatizou que “... a quantidade de material fino gerado, tanto na fração graúda quanto na miúda, confere ao material uma granulometria mais contínua e essa característica pode conferir diferentes desempenhos para variadas aplicações. Em argamassas, o alto teor de finos pode provocar fissuras e em concretos pode apresentar bons desempenhos, pelo rearranjo entre partículas do agregado e suas superfícies”; Bastos (2002) escreveu que “... O uso de areia de areia artificial britada, em substituição parcial da areia muito fina, permite a confecção de concretos convencionais mais resistentes e duráveis. O melhor desempenho em todos os aspectos analisados neste trabalho foi a mistura com 70% de substituição de areia artificial”. No entanto, ela enfatiza que “... o teor de material pulverulento existente na areia artificial tem que ser controlado, pois se ocorrer a variação afetará a granulometria da dosagem, acarretando perda de abatimento e variação na relação água/cimento”. 7 4.4. Difração da Raios X Os padrões de difração de raios X para amostras da areia fina e areia média em estudo estão mostrados nas Figuras 3 e 4, respectivamente. Os resultados indicaram que o quartzo e os feldspatos constituem os principais componentes cristalinos da amostra, tendo sido também verificados alguns picos correspondentes à muscovita. O quartzo juntamente com o feldspato correspondem aos minerais incolores e de coloração branca observados na inspeção visual do material. Alguns feldspatos também podem apresentar cor de carne e dourado (Dana, 1969). Estes resultados estão de acordo com o previsto, considerando a origem do material: rocha de gnaisse. O gnaisse é uma rocha metamórfica caracterizada por faixas de diferentes composições mineralógicas. O aspecto em faixas resulta da segregação do quartzo e do feldspato em camadas que se alternam com dos minerais escuros, geralmente biotita ou hornoblenda. Não foram encontrados picos correspondentes a qualquer um destes dois minerais de cor escura, que foi identificado na análise visual na forma de escamas disseminadas nos minerais de cor clara e já liberados, dispersos na fração mais fina devido ao processo mecânico de britamento. Pela característica de clivagem micácia, forma de placas, cor preta e brilho reluzente, acredita-se que o minerais escuros sejam biotitas, que por serem raramente cristalinas não seriam identificadas através desta técnica de caracterização (Dana, 1969). F 5000 F - Feldspatos M – Muscovita Q - Quartzo Q+F Intensidade (contagens/s) 4000 3000 F 2000 1000 MF 0 10 20 F F F F Q Q Q F QQ Q Q Q F F F F F F F F Q FF F F F F F 30 F F Q 40 50 60 F Q Q Q QF 70 FF Q Q Q 80 2 theta (°) Figura 3 – Padrão de difração de raios X para a areia fina (AF). 8 A muscovita, também conhecida como mica branca, comum ou potássica apresenta fórmula geral KAl2(AlSi3O10)(OH)2. Este material é caracterizado por sua clivagem perfeita, cor clara e brilho vítreo a sedoso. Estas características foram observadas em algumas partículas, na inspeção visual. A muscovita é um mineral formador de rocha espalhado e muito comum, inclusive nas rochas metamórficas, como o gnaisse e o xisto (Dana, 1969). A área de espalhamento de fundo dos difratogramas indica que a maior parte do material é cristalino. Os resultados, para ambos os materiais indicaram que estes apresentam quantidade de material amorfo da ordem de 30%, esta fração é formada, provavelmente, pela biotita e por eventuais minerais que foram amorfizados pelo processo de britagem do pó de pedra para obtenção do agregado artificial. F 5000 F - Feldspatos M – Muscovita Q - Quartzo Q+F Intensidade (contagens/s) 4000 3000 F 2000 1000 F MF 0 10 20 F F FF F F Q Q Q Q Q F Q Q Q F F F F FF F Q F F F F QF F F 30 40 50 F Q Q Q F 60 Q FF Q Q Q 70 80 2 theta (°) Figura 4 – Padrão de difração de raios X para a areia média (AM). Os padrões de difração de raios X dos materiais pulverulentos, obtidos a partir de amostras constituídas do material passante na peneira de malha 0,075 mm (200 mesh), estão mostrados na Figuras 5 e 6. O material pulverulento contido nas amostras apresenta a mesma composição mineralógica obtida para as areias, sendo, portanto, constituído por grãos gerados durante o britamento da rocha. Não foram identificados picos correspondentes a siltes nem argilas. 9 3000 2500 Intensidade (contagens/s) F - Feldspatos M – Muscovita Q - Quartzo Q+F F F 2000 1500 1000 Q 500 M 0 10 F F F F F F F F F F F F 20 30 Q Q Q Q FF QF Q F FF Q F QF F F F F 40 50 Q Q F Q QQ QF 60 Q 70 80 2 theta (°) Figura 5 – Padrão de XRD para a fração pulverulenta da areia fina. F Intensidade (contagens/s) 4000 3000 F - Feldspatos M – Muscovita Q - Quartzo F Q+F 2000 1000 Q M 0 10 F F FF FF F M 20 F FF Q F QM F F FFF F QQ F Q F F 30 40 50 F QF Q FQQ Q F F QF QF 60 QQ Q 70 80 2 theta (°) Figura 6 – Padrão de XRD para a fração pulverulenta da areia média. 10 4.5. Espectroscopia na Região do Infravermelho Os espectros de infravermelho obtidos para amostra de AM estão mostrados nas Figuras 7 e 8. Na Figura 7, o espectro de infravermelho indicou as bandas 3702 cm-1, 3668 cm-1, 3643 cm-1, 3622 cm-1 e 3597 cm-1 específicas para o grupamento hidroxila na biotita. Na Figura 8, foram observadas bandas correspondentes aos diversos minerais componentes das amostras em estudo, conforme resumido na Tabela 5. Tabela 5 – Bandas de absorção e minerais correspondentes. Bandas de Absorção (cm-1) Mineral 1171, 1151, 794, 512 e 458 Quartzo 1109, 1015, 723, 648, 608, 592, 544 e 480 Feldspatos 1021, 987, 935 e 699 Muscovita 763, 737, 668, 568, 512, 487 e 455 Biotita 3597 0.050 3622 0.048 3668 Absorbância (%) 0.046 0.044 0.042 3643 3702 0.040 0.038 0.036 0.034 0.032 0.030 0.028 0.026 0.024 2 3800 3700 3600 3500 Número de onda 3400 (cm-1) 3300 3200. 0 Figura 7 – Espectro de infravermelho na região de hidroxilas nos silicatos (3200 cm-1 a 3800 cm-1). 11 1151 1109 1171 1015 987 737 668 648 592 794 608 763 723 935 0.060 0.055 1021 0.050 Absorbância (%) 568 669 544 0.045 0.040 487 458 480 0.035 512 0.030 455 0.025 0.0200 1400 1300 1200 1100 1000 900 Número de onda 800 700 600 500 400 -1 (cm ) Figura 8 – Espectro de infravermelho na região inorgânica dos silicatos (400 cm-1 a 1400 cm-1). Portanto, a análise de FTIR indica que além do quartzo, feldspato e muscovita, já identificados via XRD, também é verificada a presença de biotita nas amostras. A biotita é um silicato de potássio, magnésio-ferro-alumínio, hidratado, de fórmula geral K(Fe,Mg)3(AlSi3O10)(OH)2, de cor variando entre o verde escuro, o castanho e o preto. Apresenta clivagem perfeita e brilho reluzente. Estas características físicas estão de acordo com as verificadas na inspeção visual (Dana, 1969). As micas (biotita e muscovita) são consideradas partículas nocivas ou não sãs, afetando a qualidade e/ou a durabilidade dos concretos e argamassas. Algumas considerações encontradas na literatura estão anotadas a seguir: De & Jain (1977) verificaram redução nas resistências mecânicas à tração, compressão e flexão, além de redução da trabalhabilidade e da resistência à abrasão; Petrucci (1979) escreveu que “Além de argila, silte e matéria orgânica, podem as areias conter outras substâncias como torrões de argila, gravetos, grânulos tenros friáveis, mica, materiais carbonosos e sais (principalmente sulfatos e cloretos) que podem prejudicar a resistência e durabilidade das argamassas e concretos”; Neville (1982) incluiu a mica entre as substâncias deletérias presentes nos agregados porque “... em presença dos agentes ativos produzidos durante a hidratação o cimento ela se altera produzindo outras formas de mica”. Além disso, coloca que “A mica livre, no agregado miúdo mesmo em proporções de pouca percentagem em peso, exige maior quantidade de água, afetando a resistência do concreto”; Wakizaka et al (1996) estudaram diversos minerais considerados deletérios, inclusive a biotita, avaliando os seus efeitos na argamassa, bem como tentaram identificar a origem dos problemas. Eles observaram que quanto maior a porcentagem de biotita na argamassa menor a consistência da massa, além disso, foi verificada uma redução significativa da 12 resistência à compressão e uma tendência ao decréscimo em se tratando das resistências à tração e flexão. Ele concluiu que a variação da consistência está associada à forma achatada da biotita, geometria que geralmente conduz para uma redução da consistência e do abatimento. A forma do mineral também foi a justificativa dos autores para a perda de resistência à compressão, uma vez que as partículas achatadas se alinham no sentido do eixo de compressão de 30º a 60º. Em relação à tração e flexão, ele colocou que a ligação entre argamassa e a superfície da biotita é fraca devido à sua textura suave. 4.6. Microscopia Eletrônica de Varredura 4.6.1. Amostras da Areia Artificial Na Figura 9 é possível verificar um agregado de minerais que compõe o AMPB. A olho nu ele é constituído de uma região clara com escamas pretas disseminadas. A imagem de microscopia eletrônica utilizando elétrons retroespalhados, permite identificar a diferença de composição entre estas duas regiões de coloração diferenciada e as análises de EDS permitem verificar os principais elementos que compõem cada uma destas fases (Figuras 10 e 11). A partir dos espectros obtidos é possível identificar que a região acinzentada na imagem corresponde ao mineral quartzo (SiO2), devido ao elevado teor de silício (Si) presente. Na região brilhante são observados os elementos K, Mg, Fe, Ti, Al, Si e O. Estes elementos são os constituintes da biotita. A biotita apesar de apresentar a fórmula geral vista anteriormente, K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2, pode apresentar o titânio substituindo o ferro e/ou o magnésio (Dana, 1969). Quartzo Biotita Figura 9 – Maciço de quartzo com escamas de biotita disseminadas (elétrons retroespalhados – 65 x). 13 Figura 10 – Espectro de EDS da região acinzentada do agregado na imagem da Figura 9. Figura 11 – Espectro de EDS da região brilhante do agregado na imagem da Figura 9. 14 Na Figura 12 a seguir, está representado um outro agregado de minerais presente na areia. Nesta figura é possível identificar três regiões distintas, sendo, inclusive, bastante definida a separação entre elas. As duas partes que constituem as extremidades superior e inferior são irregulares tendendo a uma forma arredondada enquanto a região central apresenta superfície plana evidenciando a presença de planos de clivagem. As análises de EDS nestas regiões indicam que as extremidades apresentam como constituintes o Na, K, Al e Si, que são os principais componentes dos feldspatos potássicos (Figura 13). A região plana central apresentou espectro similar ao apresentado na Figura 9 representante da biotita. Feldspato Biotita Figura 12 – Agregado constituído de biotita e feldspato (elétrons retroespalhados – 65 x). Uma escama de biotita foi isolada dos outros minerais por processo de separação mecânica e pode ser visualizada na Figura 14. Nesta figura podem ser verificados os planos de clivagem, característicos deste mineral, bem como a sua geometria em forma de placas. As Figuras 15 e 16 foram obtidas da literatura e mostram uma foto do mineral biotita e um desenho esquemático de sua cristalografia. Nestas figuras ficam evidenciadas a sua clivagem perfeita no plano (001) e sua forma achatada. 15 Si 3000 2500 2000 1500 Al 1000 K 500 O C 0 0.0018 Na Au Au K keV 9.444 Figura 13 – Espectro de EDS com os elementos constituintes dos feldspatos potássicos. Figura 14 – Escama de biotita isolada observada ao microscópio eletrônico de varredura (elétrons retroespalhados – 200 x). 16 Figura 15 – Foto ilustrativa do mineral biotita (www2.vscc.cc.tn.us). Figura 16 – Desenho esquemático dos planos cristalográficos da biotita. 17 4.6.2. Amostras do Sistema de Revestimento (massa corrida + argamassa): Amostras obtidas através de corte inicial seguido de fratura do sistema de revestimento podem ser observadas nas figuras a seguir. A Figura 17 ilustra uma seção transversal do conjunto formado pela massa corrida e pela argamassa de base. Pode-se verificar a espessura da camada de massa corrida aplicada (≈ 150 µm) e a granulação fina dos materiais que entram na composição deste produto, usualmente carbonato de cálcio, óxido de titânio, sílica, óxido de alumínio, conforme pode ser visualizado no espectro de energia dispersiva obtida nesta área (Figura 18). Na camada de argamassa observa-se a granulação variada dos agregados, conforme já identificado na curva distribuição granulométrica. O espectro de EDS desta região (Figura 19) indica os elementos químicos que constituem o cimento e os compostos resultantes de sua hidratação (Ca, Si, Al, Mg, K e S) e os que compõem os agregados (Si, Al, Ti, Ca, Na, K, Fe e Mg) Massa corrida Argamassa Figura 17 – Seção transversal ilustrando o sistema de revestimento constituído pela massa corrida e a argamassa de substrato (elétrons secundários – 150 x). 18 Figura 18 – EDS sobre a camada de massa corrida. Figura 19 – EDS sobre a camada de argamassa. 19 Na Figura 20 é possível observar o mineral biotita no interior da argamassa de base. Seu aspecto brilhante, conforme comentado anteriormente, é conseqüência da presença na biotita de elementos químicos com número atômico maior do que os observados nos demais minerais que constituem os agregados e os compostos do cimento, o que permite o contraste resultante de diferente composição nesta imagem. O EDS obtido sobre esta partícula evidencia os componentes da biotita, mas também apresenta contribuição de elementos do cimento, devido ao fato deste mineral estar no interior da argamassa (Figura 21). A Figura 22 mostra uma imagem obtida que destaca o interior da argamassa de revestimento, mas que a partir de a definição de um plano inclinado na borda da amostra permite a visualização da massa corrida. Nesta região que mostra o sistema de pintura é possível observar uma partícula de biotita que está na interface entre estas duas camadas. Figura 20 – Placa de biotita no interior da argamassa de revestimento (elétrons retroespalhados – 400 x). 20 Si 700 600 Al 500 400 Mg 300 100 0 Fe Ti Ca O C 200 Fe Fe Ti Na Ca 0 Si S K Ca K Ca Ti Ti Fe 5 keV 10 Figura 21 – Espectro de EDS obtido sobre a particular de biotita mostrada na Figura 20. Argamassa Biotita Massa corrida Figura 22 – Vista do conjunto formado pela argamassa e massa corrida vista a partir do interior do sistema de revestimento. 21 5. CONCLUSÕES A partir de todas as avaliações realizadas e literatura consultada, algumas considerações são pertinentes: Fica bastante claro que a areia fina, apresenta uso limitado na produção de concretos e argamassas. Ela provavelmente poderá ser utilizada apenas em pequenas frações para a obtenção de uma curva granulométrica mais contínua. Já a areia média, pode-se se dizer que ela atende às exigências da NBR 7211, uma vez que ela se encontra próxima aos limites máximos recomendados. É interessante observar que este problema do teor de finos em AMPB é usualmente enfatizado pelos trabalhos técnicos e que o seu controle é muito importante. Um outro aspecto diz respeito ao fato de que os melhores resultados obtidos para a areia artificial, nos trabalhos consultados, terem sido obtidos pela substituição parcial da areia natural por artificial; Os resultados mostraram que o material de coloração escura encontrado na massa corrida do sistema de pintura corresponde à biotita. A partir da literatura, pode-se concluir que devido à textura lisa da sua superfície, as ligações estabelecidas entre estas partículas e a pasta de cimento são mais fracas o que favoreceu a sua remoção da argamassa e o carreamento destes minerais para a massa corrida provavelmente durante a sua aplicação. 22 REFERÊNCIAS Altherman, D. Avaliação da Durabilidade de Concreto Confeccionados com Entulho de Construção Civil. 2002. 114p. Relatório de Iniciação Científica – Departamento de Construção Civil, UNICAMP, Campinas, 2002. Bastos, S. R. B. Uso da Areia Artificial Britada em Substituição Parcial a Areia Fina para Produção de Concretos Convencionais. 2002. Tese de Doutorado – Programa de PósGraduação em Engenharia Civil, UFSC, Florianópolis, 2002. Cánovas, M. F. Patologia e Terapia do Concreto Armado. São Paulo: Editora Pini, 1988. CETEM – Centro de Tecnologia Mineral. Areia Artificial Pode Ser Opção Mais Barata. Disponível em: <http:www.cetem.gov.br>. Acesso em: 16/03/04. Dana, J. D. Manual de Mineralogia. Rio de Janeiro: Ao Livro Técnico, 1969. De, P. L.; Jain, V. K. Use of Micaceous Sand for Concrete and Mortar. Indian Concrete Journal, v. 51 (2), p. 56-58, 1977. Ferreira, R. M. Utilização do Pó-de-pedra em Substituição Parcial ao Agregado Miúdo na Confecção de Concreto. 2002. 16p.Trabalho de Graduação Integrado – Unioeste, Cascavel, 2002. Neville, A. M. Propriedades do Concreto. São Paulo: Editora Pini, 1982. Petrucci, E. G. R. Concreto de Cimento Portland. Porto Alegre: Editora Globo, 1979. Swenson, E. G.; Chaly, V. Basis for Classifying Deleterious Characteristics of Concrete Aggregate Materials. Journal of American Concrete Institute, v. 27 (9), p. 987-1002, 1956. Wakizaka, Y.; Ichkawa, K.; Nakamura, Y.; Anan, S. Deterioration of Concrete Due to Specific Minerals. 1996. 8p. Artigo - Public Works Research Institute (PWIR), Japão, 1996. Volunteer State Community College. Geologic Photo Gallery. Disponível em: < www2.vscc.cc.tn.us>. Acesso em: março 2004. 23 Currículo Resumido – Alexandra A. Piscitelli Mansur, Eng., MSc. Engenheira Civil formada pela Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG (1997), Especialista em Engenharia de Estruturas pela UFMG (2000), Mestre em Engenharia Metalúrgica e Materiais pela UFMG (2002) e Doutoranda do curso de Engenharia Metalúrgica e Materiais da UFMG trabalhando na área de patologias de fachadas e avaliação da interface cerâmica/argamassa colante (conclusão: 2007). Área de atuação: Consultorias técnicas na área de revestimentos de fachada e alvenaria, análise de materiais e de patologias de construção civil, ensaios laboratoriais nas áreas de placas de revestimento e argamassas. Experiência Profissional: a) Pedrosa e Nascimento Engenharia e Consultoria Ltda. – Engenheira de Projetos de Alvenaria e Revestimento e Engenheira responsável pelo laboratório de cerâmicas e argamassas industrializadas – 1997-2000. b) Participação em projetos de extensão na UFMG na área de caracterização de materiais, avaliação de patologias em construção civil e desenvolvimento de novos produtos coordenados pelo Prof. Herman Sander Mansur – 2002 – atualmente. 24 Currículo Resumido – Otávio Luiz do Nascimento, Eng., MSc. Engenheiro Civil pela Faculdade de Arquitetura e Engenharia da FUMEC (1991), Mestre em Engenharia Metalúrgica e Materiais pela Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG (2005). Área de Atuação: Consultorias Técnicas na área de revestimento de fachada, alvenaria, argamassas, desenvolvimento de produtos, concreto, ensaios laboratoriais e outros. Experiência Profissional: a) Consórcio ENGESOLO e TEMAC – Técnico responsável pelo laboratório de concreto – 1981 a 1983; b) Laboratório de Materiais de Construção da Faculdade de Engenharia e Arquitetura da FUMEC – Técnico civil – 1983 a 1991. c) Consultare – Pedrosa e Nascimento Engenharia e Consultoria Ltda. – Diretor – 1992 até os dias atuais. Nesta empresa desenvolve consultorias para shoppings (BH Shopping, Diamond Mall, Minas Shopping, Taguatinga Shopping, Rio Desing e outros), hospitais (Instituto Materno Infantil, Mater Dei, Copa D’or, Life Center e outros), patrimônio histórico (Viaduto de Santa Tereza, Casa Musical, Casa da Baronesa, Museu do Oratório e outros) e para diversas empresas fabricantes de materiais de construção no estudo e desenvolvimento de produtos (Cecrisa, Precon, Eliane, Usiminas e outras) e construtoras (Andrade Gutierrez, Construtora Líder, Construtora Castor, Patrimar, Construtora Marquise, OAS dentre outras). Atividades Didáticas: a) Professor Auxiliar Concursado da FEA-FUMEC desde 1992 até a presente data, nas disciplinas de Materiais de Construção para Engenharia Civil, Engenharia de Produção e Arquitetura e Construção de Edifícios para Engenharia Civil. b) Professor do Curso de Pós-Graduação em Avaliação e Perícia na disciplina de Patologia das Edificações I, II, III e IV. 25 Currículo Resumido - Prof. Herman Sander Mansur, Eng.,MSc.,Dr. Engenheiro Metalurgista e Materiais pela Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG (1985), Mestre em Química pela UFMG (1992), Doutor em Química pela Melbourne University-Austrália/UFMG (1996), Especialista em Analise de Sistemas e Computadores pela UFMG (1987). Formação complementar em cursos no Brasil e no exterior, Estados Unidos e Europa (Suíça, Alemanha) (1986 a 2004) e diversos cursos de especialização. Mais de cinqüenta artigos publicados em revistas técnicas Nacionais e Internacionais e mais de 100 trabalhos técnicos publicados em congressos e eventos. Áreas de atuação: (1) – Análise de Materiais Metálicos e Não-Metálicos, Materiais Conjugados, (2) – Análise de Falha de Materiais, Produtos e Sistemas; (3) Caracterização de propriedades Mecânicas, e propriedades Físico-Químicas por Espectroscopia; Possui 03 Patentes registradas em Materiais e tratamento de rejeitos. Possui 02 registros no MCT de Propriedade Intelectual em programas de computadores para aplicações de engenharia. Experiência Profissional: a) Sharp SA – Supervisor de Engenharia de Desenvolvimento de Materiais – 1984 a 1995; b) Alloallo Informática – Diretor-Executivo de Tecnologia da Informação – 1995 a 1998; c) 10 anos de prestação de serviços de consultoria e Análise de Materiais e Produtos para Empresas Nacionais e Internacionais-Eccelera-AOL – Venture Capital (SP) – Chief Technology Officer (CTO), Pontocargo Inc, 2000 a 2001; PRECON AS (2004 a 2006); NANSEN (2004-2005); CONSTRUTORA ALICERCE-CASTOR (2004-2006) e diversas outras. Atividades Didáticas: Prof. Adjunto em Engenharia de Materiais e Análise de Materiais – UFMG, Coordenador do Laboratório de Análise e Caracterização de Superfícies e Materiais – LASMAT- (10 anos) 26 AVALIAÇÃO DE PATOLOGIA EM REVESTIMENTO DE PINTURA EM SISTEMA CONSTRUTIVO COM AREIA ARTIFICIAL Mansur, Alexandra A. Piscitelli, Nascimento, Otávio Luiz do, Mansur, Herman Sander A areia artificial é um agregado miúdo obtido a partir da britagem dos rejeitos das pedreiras. A força motriz para a sua utilização resulta da crescente dificuldade de obtenção da areia natural, bem como por minimizar os problemas causados pela disposição inadequada dos finos das pedreiras. O objetivo deste trabalho foi realizar o estudo de patologia em sistema de revestimento (aparecimento de pontos escuros na pintura) no qual foi utilizado um agregado artificial de gnaisse no preparo da argamassa de base. Foram realizados inspeção visual nas amostras de areia e ensaios de granulometria e determinação do teor de material pulverulento. A caracterização mineralógica das areias foi realizada através de difração de raios X e espectroscopia de infravermelho e imagens dos agregados e do sistema de revestimento foram obtidas através de microscopia eletrônica de varredura. As análises mostraram que as areias se encontravam fora das faixas granulométricas indicadas e com presença de elevados teores de material pulverulento devendo ser utilizadas com as devidas restrições. As análises microestruturais indicaram quartzo e feldspato como principais componentes das areia, além da presença de biotita em menores quantidades. As imagens revelaram, no entanto, que esta biotita foi a responsável pelos defeitos observados no sistema de pintura. Palavras-chave: Patologias, Areia artificial, XRD, FTIR, SEM. 27 Currículo Resumido – Alexandra A. Piscitelli Mansur, Eng., MSc. Engenheira Civil formada pela Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG (1997), Especialista em Engenharia de Estruturas pela UFMG (2000), Mestre em Engenharia Metalúrgica e Materiais pela UFMG (2002) e Doutoranda do curso de Engenharia Metalúrgica e Materiais da UFMG trabalhando na área de patologias de fachadas e avaliação da interface cerâmica/argamassa colante (conclusão: 2007). Área de atuação: Consultorias técnicas na área de revestimentos de fachada e alvenaria, análise de materiais e de patologias de construção civil, ensaios laboratoriais nas áreas de placas de revestimento e argamassas. Experiência Profissional: a) Pedrosa e Nascimento Engenharia e Consultoria Ltda. – Engenheira de Projetos de Alvenaria e Revestimento e Engenheira responsável pelo laboratório de cerâmicas e argamassas industrializadas – 1997-2000. b) Participação em projetos de extensão na UFMG na área de caracterização de materiais, avaliação de patologias em construção civil e desenvolvimento de novos produtos coordenados pelo Prof. Herman Sander Mansur – 2002 – atualmente. 1/1 Currículo Resumido - Prof. Herman Sander Mansur, Eng.,MSc.,Dr. Engenheiro Metalurgista e Materiais pela Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG (1985), Mestre em Química pela UFMG (1992), Doutor em Química pela Melbourne University-Austrália/UFMG (1996), Especialista em Analise de Sistemas e Computadores pela UFMG (1987). Formação complementar em cursos no Brasil e no exterior, Estados Unidos e Europa (Suíça, Alemanha) (1986 a 2004) e diversos cursos de especialização. Mais de cinqüenta artigos publicados em revistas técnicas Nacionais e Internacionais e mais de 100 trabalhos técnicos publicados em congressos e eventos. Áreas de atuação: (1) – Análise de Materiais Metálicos e Não-Metálicos, Materiais Conjugados, (2) – Análise de Falha de Materiais, Produtos e Sistemas; (3) Caracterização de propriedades Mecânicas, e propriedades Físico-Químicas por Espectroscopia; Possui 03 Patentes registradas em Materiais e tratamento de rejeitos. Possui 02 registros no MCT de Propriedade Intelectual em programas de computadores para aplicações de engenharia. Experiência Profissional: a) Sharp SA – Supervisor de Engenharia de Desenvolvimento de Materiais – 1984 a 1995; b) Alloallo Informática – Diretor-Executivo de Tecnologia da Informação – 1995 a 1998; c) 10 anos de prestação de serviços de consultoria e Análise de Materiais e Produtos para Empresas Nacionais e Internacionais-Eccelera-AOL – Venture Capital (SP) – Chief Technology Officer (CTO), Pontocargo Inc, 2000 a 2001; PRECON AS (2004 a 2006); NANSEN (2004-2005); CONSTRUTORA ALICERCE-CASTOR (2004-2006) e diversas outras. Atividades Didáticas: Prof. Adjunto em Engenharia de Materiais e Análise de Materiais – UFMG, Coordenador do Laboratório de Análise e Caracterização de Superfícies e Materiais – LASMAT- (10 anos) 1/1 Currículo Resumido – Otávio Luiz do Nascimento, Eng., MSc. Engenheiro Civil pela Faculdade de Arquitetura e Engenharia da FUMEC (1991), Mestre em Engenharia Metalúrgica e Materiais pela Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG (2005). Área de Atuação: Consultorias Técnicas na área de revestimento de fachada, alvenaria, argamassas, desenvolvimento de produtos, concreto, ensaios laboratoriais e outros. Experiência Profissional: a) Consórcio ENGESOLO e TEMAC – Técnico responsável pelo laboratório de concreto – 1981 a 1983; b) Laboratório de Materiais de Construção da Faculdade de Engenharia e Arquitetura da FUMEC – Técnico civil – 1983 a 1991. c) Consultare – Pedrosa e Nascimento Engenharia e Consultoria Ltda. – Diretor – 1992 até os dias atuais. Nesta empresa desenvolve consultorias para shoppings (BH Shopping, Diamond Mall, Minas Shopping, Taguatinga Shopping, Rio Desing e outros), hospitais (Instituto Materno Infantil, Mater Dei, Copa D’or, Life Center e outros), patrimônio histórico (Viaduto de Santa Tereza, Casa Musical, Casa da Baronesa, Museu do Oratório e outros) e para diversas empresas fabricantes de materiais de construção no estudo e desenvolvimento de produtos (Cecrisa, Precon, Eliane, Usiminas e outras) e construtoras (Andrade Gutierrez, Construtora Líder, Construtora Castor, Patrimar, Construtora Marquise, OAS dentre outras). Atividades Didáticas: a) Professor Auxiliar Concursado da FEA-FUMEC desde 1992 até a presente data, nas disciplinas de Materiais de Construção para Engenharia Civil, Engenharia de Produção e Arquitetura e Construção de Edifícios para Engenharia Civil. b) Professor do Curso de Pós-Graduação em Avaliação e Perícia na disciplina de Patologia das Edificações I, II, III e IV. 1/1