No presente artigo são apresentados resultados de uma investigação experimental relativa à eficácia da capacidade de auto-limpeza de argamassas contendo TiO2. Foram estudadas argamassas de cimento com traços respectivamente de 1:3 e 1:4 e com diferentes percentagens de TiO2 (2, 5 e 8%). Foi também estudada uma argamassa de cal e metacaulino ao traço 1:4 com duas percentagens de TiO2 (2 e 5%). Os provetes de argamassa foram pintados com uma tinta sintética, tendo-se registado fotograficamente a descoloração da mesma ao longo do tempo. Os resultados obtidos apontam para o facto da capacidade de auto-limpeza das argamassas, ser mais eficaz para uma argamassa à base de cimento, no traço 1:3 e contendo 2% de TiO2

Jalali, Said

Pacheco-Torgal, F.

Pereira, Miguel A. C.

Universidade do Minho: RepositoriUM

42 /Argamassas aditivadas com Dióxidode TitânioUma solução eficaz no combate aos graffitis1. INTRODUÇÃOEmbora conhecidas desde a década de 60 [1], as capacidades deauto-limpeza dos materiais com propriedades fotocataliticas sórecentemente começaram a ser aproveitadas [2]. A utilização de umbetão com capacidades de auto-limpeza teve lugar pela primeiravez na Igreja “Dives in Misericórdia” projectada pelo Arqº RichardMeyer e inaugurada em Roma no ano de 2003, a qual é compostapor várias “velas” compostas por 346 blocos em betão à vista (380kg/m3 e A/L=0,38) pré-fabricados e pós-tensionados, feitos comcimento branco contendo TiO2 [3].Tendo em conta os custos de limpeza dos edifícios, somente devi-do aos graffitis, sendo que alguns autores [4] referem que o custoda sua limpeza só na cidade de Los Angeles pode ultrapassar 100milhões de euros/ano, facilmente se percebe o potencial associadoa esta aplicação. Por outro lado o facto da maioria dos edifíciosestar revestida por argamassas e serem raros os casos de edifícioscom superfícies de betão à vista, privilegia o estudo das aplicaçõesde auto-limpeza para o primeiro caso em desfavor do segundoO TiO2 é um material semi-condutor com capacidades fotocataliti-cas, pelo que durante o processo de absorção dos raios ultraviole-tas da luz solar (320-400nm), conjuntamente com a presença demoléculas de água [5] leva à formação de substâncias que pos-suem um forte poder oxidante (radicais hidróxilos (OH) e iões supe-róxidos (O2-), as quais vão reagir com a sujidade ou outros com-postos orgânicos e inorgânicos, provocando a sua dissociação eassim contribuindo para a sua desintegração [6,7]. A este efeito oxi-dante junta-se o facto do dióxido de titânio quando sujeito à radia-ção ultravioleta reduzir o ângulo de atrito interno da água nalgunscasos 80% [8], tornando a superfície do material hidrofilica, o quecontribui para o aumento do efeito-autolimpante.O TiO2 pode cristalizar sob três formas, rutilo, anatase e brooquite,sendo que o primeiro é mais estável em termos termodinâmicos,também mais disponível (sendo o 9º mais abundante elemento dacrusta terrestre) e é correntemente utilizado para aplicações de pig-mentação. Já os outros são meta-estáveis podendo ser transfor-mados em rutilo por aquecimento. A variedade brooquite não pos-sui qualquer capacidade foto-catalitica e não tem aplicações indus-triais conhecidas. Alguns autores [9] constataram que o rutilo apre-senta melhores resultados na remoção de óxido nitrico (NOx) incor-porado em blocos de pavimento, e isto apesar de ser menos foto-activo que a anatase [10].Para alguns autores a imobilização do TiO2 em materiais de cons-trução, reduz a sua capacidade fotocatalitica de forma significativa[11-13]. Além disso são ainda escassas as investigações sobre ainfluência do teor de TiO2 na eficácia da auto-limpeza de argamas-sas, facto este reconhecido por outros autores [14]. Tornam-se porisso prementes investigações que permitam um conhecimento maisprofundo deste assunto, e as quais constituem o objectivo do pre-sente artigo.Novos MateriaisMiguel A.C. Pereira; Said Jalali; F. Pacheco Torgal2. PROGRAMA EXPERIMENTAL2.1 MATERIAIS E COMPOSIÇÃODAS ARGAMASSASForam estudadas oito argamassas à base de cimentoPortland 32,5R e areia fina (D<2mm), com dois traços1:3 e 1:4, duas de referência e seis com três percenta-gens de TiO2 (2, 5 e 8%) expressas em termos damassa da argamassa. Foram também estudadasvárias argamassas à base de cal hidratada com meta-caulino (25%/75%), ao traço 1:4, sendo uma de refe-rência e as duas restantes com duas percentagensdiferentes de TiO2 (2 e 5%).2.2 PROCEDIMENTOS DE ENSAIOAs argamassas foram betonadas em moldes de0,20x0,20x0,01m, sendo que nalgumas delas se alisoua sua superfície com uma espátula, para avaliar ainfluência da rugosidade na eficácia da auto-limpeza.Utilizando-se uma tinta sintética de cor azul marcou-seum X na superfície dos provetes. Seguidamente osprovetes de argamassa foram colocados numa caixacom as dimensões 1,1x1,20x0,30m. Alguns provetesforam colocados na posição horizontal, outros a 90º ealguns com uma inclinação menor que 90º. A fim sesimular a radiação solar foram utilizadas 3 lâmpadasultra-violetas de 20W cada (uma na base e duas notopo), durante 16 semanas. A irradiância do conjuntodas 3 lâmpadas colocadas no interior da caixa utiliza-da para o efeito, foi de aprox. 1,5W/m2 e foi medidacom o auxilio de um Foto-radiómetro LP 471 UVA. Estevalor é consideravelmente menor que o valor de20W/m2 utilizado por alguns autores com lâmpadas de300W [8]. Outros referem ter utilizado 4 lâmpadas UVde 400W durante 100h, sendo que embora não refiramo valor de irradiância, o mesmo pode ser inferido a par-tir do facto dessa intensidade corresponder segundoos mesmos a um ano de exposição solar [3].O valor de irradiância utilizado neste trabalho, que cor-responde para o período considerado a uma intensida-de de exposição total para as 16 semanas de aproxi-madamente 2688 Wh/m2, a qual pretende assim simu-lar o caso de um revestimento de uma parede expostaa Norte e logo sujeita a uma exposição solar bastantereduzida.A partir do 3º dia os provetes foram aspergidos comágua para simular o efeito da chuva, utilizando-se paraesse efeito um spray comum. Ao fim de cada operaçãode molhagem foi feita uma análise fotográfica dos pro-vetes como forma de registar a evolução da descolo-ração dos provetes por via da reacção foto-catalitica./ 433. RESULTADOS E DISCUSSÃO3.1 TRAÇO DA ARGAMASSA E TEOR DE TIO2Os resultados obtidos permitem concluir que a eficácia daauto-limpeza é tanto maior quanto menor o teor de TiO2 uti-lizado (Fig.1).Como as argamassas com elevadas percentagens deTiO2, apresentam uma microestrutura mais densa e logosão menos impermeáveis, isso significa que para umdeterminado traço de argamassa a eficiência é maior parauma maior porosidade, pois permite a entrada de águapara dar inicio à formação dos agentes oxidativos.Os resultados obtidos permitem também concluir que a efi-cácia da auto-limpeza foi maior para o traço 1:3 do quepara o traço 1:4.Esta conclusão contradita no entanto osresultados obtidos para os diferentes traços, pois seriaFigura 1 – Provetes de argamassa de cimento ao traço 1:3para diferentes teores de TiO2:a) 2%; b) 5%; c) 8%a)b)c)expectável que o traço 1:4, estando associado a uma arga-massa mais porosa, permitisse obter uma maior eficácia daauto-limpeza, o que não se verificou. A explicação para estecomportamento, pode ter que ver com o facto do aumento daporosidade a partir de um determinado nível, não traz ganhosde eficácia associados ao aumento da entrada de água, masde forma contraproducentemente, permite uma maior absor-ção de tinta que se torna mais difícil de auto-limpar.3.2 TIPO DE LIGANTENas argamassas à base de metacaulino e cal, nota-se umadescoloração da tinta que é praticamente imperceptível(Figura 2).Figura 2 – Provetes de argamassa de cal e metacaulino aotraço 1:3 para diferentes teores de TiO2:a) 0%; b) 2%; c) 5%a)b)c)44 /Novos MateriaisA explicação para este comportamento poderá passar pelo facto dosagentes oxidativos não conseguirem reagir com a tinta, o que impe-de a auto-limpeza. Por outro lado após a aplicação da água os pro-vetes expandiram e começaram a fissurar, comprovando que estetipo de argamassas não é muito indicado para o fim objecto de inves-tigação.3.3 TEXTURA DA SUPERFÍCIENa Figura 3, compara-se o desempenho de provetes com a superfí-cie rugosa com provetes cuja superfície foi alisada com uma espátu-la.Os provetes com superfícies rugosas apresentam melhor desempe-nho que os segundos, o que possivelmente se fica a dever a umamaior retenção de água potenciando a formação dos agentes oxida-tivos e logo a auto-limpeza.3.4 INCLINAÇÃO DOS PROVETESRelativamente ao posicionamento dos provetes (Figura 4), constata-se que a eficácia da auto-limpeza é menor para os provetes coloca-dos na posição horizontal, comparativamente à posição vertical,sendo ainda melhor para um posição com um ângulo menor que 90º.Figura 3 – Provetes de argamassa de cimento com diferentestexturas: a) com 2% de TiO2 e superfície lisa; b) com 2% deTiO2 e superfície rugosa; c) com 5% de TiO2 e superfície lisa;d) com 5% de TiO2e superfície rugosaa) b)c) d)A explicação poderá ter que ver com o facto de nos prove-tes inclinados a 90º, a água escorre muito depressa não per-mitindo uma combinação iónica tão efectiva, quanto aquelaque tem lugar para uma inclinação maior que 45º mas menorque 90º.Figura 4 – Provetes de argamassa de cimento colocados emdiferentes posições:a) horizontal; b) vertical a 90º; c) vertical a menos de 90ºa)b)c)3.5 EXPOSIÇÃO À LUZ SOLARAo fim da 8ª semana, retirou-se um dos provetes de arga-massa de cimento e contendo 8% de TiO2, o qual mantinhaa tinta original quase intacta não revelando qualquer efeitode auto-limpeza. O provete em causa foi colocado numacobertura da Universidade do Minho, onde ficou durante 8semanas. Durante esse tempo a temperatura média foi de25 ºC, com 8 dias de chuva, 12 nublados e os restantes comintensa exposição solar (36 dias). A Figura 6 permite com-parar a descoloração deste provete com um provete idênti-co sujeito a exposição de luz ultra-violeta em laboratório.Os resultados confirmam que a radiação solar teve um efeitomuito mais pronunciado na eficácia da auto-limpeza compa-rativamente aos provetes que ficaram no laboratório. A expli-cação para o sucedido tem que ver com o facto da exposiçãodirecta permitir uma maior quantidade de radiação./ 45Tendo em conta que a radiação máxima para azona de Guimarães é de 800 W/m2, e que emJulho o número máximo de horas de sol é de 15horas, e admitindo a ocorrência de 800 W/m2durante 5 h, a ocorrência de 500 W/m2 durante 5he a ocorrência de 300 W/m2 durante 5h. Admitindoainda uma radiância média de 80 W/m2 durante15h nos dias de chuva e de 100 W/m2 durante 15hnos dias nublados. Obter-se-á um valor total de315.600 Wh/m2, o que corresponde a 15780Wh/m2 para o total das 8 semanas com exposiçãodirecta só de radiação UV (aprox. 5% da energiasolar [15]). Isso significa que a radiação obtida comas lâmpadas UV no laboratório durante o mesmoperíodo de 8 semanas foi 12 vezes inferior, o quepermite perceber a causa da rápida descoloraçãoda amostra referida.Figura 6 – Provetes de argamassa de cimen-to ao traço com 8% de TiO2: a) Provete noinicio da exposição a luz ultra-violeta emlaboratório; b) Provete com 8 semanas deexposição em laboratório; c) Provete com 8semanas de exposição em laboratório e 8semanas de exposição a luz solar directa.a)b)c)5. CONCLUSÕESOs resultados obtidos apontam para o facto da capacidade de auto-lim-peza das argamassas, ser mais eficaz para uma argamassa à base decimento, no traço 1:3 e com 2% de TiO2. Também que as argamassas àbase de cal e metacaulino, revelaram pouca aptidão para a auto-limpezaatravés da foto-catálise do dióxido de titânio. As argamassas com asuperfície mais lisa evidenciam uma menor eficácia de auto-limpeza.Assim como também aquelas que ficam na posição vertical, embora numângulo ligeiramente inferior a 90º.REFERÊNCIAS:[1] Fujishima, A.; Honda, K. Electrochemical photolysis of water at a semi-conductor electrode. Nature Vol.238, 1972, pp.37-38.[2] Fujishima, A.; Hashimoto, K.; Watanabe, T. Photocatalysis.Fundamentals and its Applications, 1999, BCK Inc., Japan.[3] Cassar, L.; Pepe, C.; Tognon, G.; Guerrini, G.; Amadelli, R. Whitecement for architectural concrete, possessing photocatalytic properties.11 th International Congress on the Chemestry of Cement, 2003,Durban[4] Castano, V.; Rodriguez, R. A nanotechnology approach to high perfor-mance anti-graffiti coatings. 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Argamassas aditivadas com dióxido de titânio: uma solução eficaz no combate aos graffitis

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