O presente artigo analisa as vantagens da utilização de betões com polímeros, seja como aditivos durante a fase de amassadura ou como revestimentos através de impregnação do betão endurecido. É feita uma retrospectiva sobre este tipo particular de betões, a que se
segue uma síntese das principais propriedades físicas e mecânicas destes materiais. Particular destaque é dado
ao desempenho dos betões relativamente a parâmetros de caracterização da durabilidade. São também apresentados resultados de investigações levadas a cabo
neste domínio, no seio do Grupo de Construção Sustentável da Unidade de Investigação C-TAC da Universidade do Minho

Jalali, Said

Pacheco-Torgal, F.

Universidade do Minho: RepositoriUM

  Sumário O presente artigo analisa as vantagens da utilização de betões com polímeros, seja como aditivos durante a fase de amassadura ou como revestimentos através de impregnação do betão endurecido. É feita uma retrospectiva sobre este tipo particular de betões, a que se segue uma síntese das principais propriedades físicas e mecânicas destes materiais. Particular destaque é dado ao desempenho dos betões relativamente a parâmetros de caracterização da durabilidade. São também apresentados resultados de investigações levadas a cabo neste domínio, no seio do Grupo de Construção Sustentável da Unidade de Investigação C-TAC da Universidade do Minho. 1. Introdução O betão é um material poroso e permeável que permite o ingresso de substâncias agressivas para o seu interior, as quais são responsáveis pela degradação das armaduras das estruturas de betão armado., sendo inúmeros os casos de estruturas afectadas precocemente por este problema. A durabilidade do betão, particularmente em termos da maximização da resistência da camada de recobrimento daquele material ao ingresso de fluidos é     por isso um tema que desde há algumas décadas preocupa não só a comunidade científica, mas também os  agentes do sector da construção, até porque são aqueles que mais directa e frequentemente são responsabilizados pela degradação precoce das estruturas construídas com aquele material. Apesar de conhecidos há algumas décadas a associação entre polímeros e betões, ainda não é uma prática corrente ao nível da indústria da construção em Portugal, a explicação para isso passa por um lado pelo facto dos aditivos poliméricos terem um custo substancial e por outro, pelo facto de só recentemente se começar a acentuar a necessidade de construir para a durabilidade. Como é sabido, até há bem pouco tempo a principal preocupação dos agentes do sector da construção passavam quase exclusivamente, por garantir que o betão cumprisse requisitos de resistência à compressão. Contudo, a recente entrada em vigor da nova Regulamentação sobre betões e ligantes hidráulicos, analisada pelos autores em artigo anterior [1], iniciou um novo ciclo onde a durabilidade entrou definitivamente na ordem do dia. O presente artigo pretende por isso contribuir para a divulgação de novas formas de melhorar a durabilidades do betão, no caso vertente pela utilização de polímeros. Utilização de polímeros na melhoria da durabilidade do betão        Eng.º F. Pacheco Torgal            Eng.º Said Jalali  Doutor em Materiais de              Professor Catedrático  Construção Grupo de                 Dept.º de Engª Civil     Construção Sustentável             Universidade do Minho                                                                                              Unidade de Investigação             C-TAC, Universidade   do Minho                               2. Betões com polímeros. Retrospectiva, características e propriedades.  A utilização de polímeros em betões, remonta a 1923 quando pela primeira vez foi patenteado um betão para pavimentos contendo látex natural, sendo que o cimento portland era utilizado como filler. Somente em 1924 é que seria emitida a primeira patente sobre betões de ligantes hidráulicos modificados com polímeros [2]. Foi contudo na década de 50, que se assistiram ás primeiras utilizações de betões modificados com polímeros, nomeadamente na reabilitação de estruturas de betão [3]. As referências a betões e a polímeros misturam por vezes conceitos que importa desde logo clarificar. Os betões modificados com polímeros, também designados por “polymer modified concrete” - PMC ou por “polymer cement concrete” - PCC, são compostos por agregados e por uma matriz ligante onde coexistem fases geradas pela hidratação do cimento portland em conjunto com fases poliméricas. Já o grupo de betões designado por “polymer impregnated concrete”                      - PIC, designa os betões que são impregnados por um monómero de baixa viscosidade, usualmente metilo de metacrilato, por forma a colmatar a sua estrutura porosa. Quanto aos betões compostos por agregados e por uma matriz polimérica sem cimento portland, recebem usualmente a designação de “polymer concrete” - PC [4]. Durante o endurecimento dos betões modificados com polímeros tem lugar a hidratação do cimento portland e nalguns casos também ocorre a formação de um filme polimérico. A natureza e a extensão destes fenómenos estão no entanto dependentes da razão polímeros sólidos/cimento (P/C). Quando a razão P/C é baixa, a hidratação do cimento é preponderante e os produtos de hidratação, crescem através da matriz polimérica. Já por outro lado se a razão P/C é elevada, a matriz polimérica não é interrompida pelos produtos de hidratação do cimento, resultando num material menos frágil e menos susceptível à ocorrência de fendilhação. Alguns autores  [5] descrevem o mecanismo de hidratação de ligantes com cimento portland e polímeros em 4 etapas (Figura 1):   Figura 1 – Etapas da hidratação de pastas de cimento com polímeros [5]          1ª- Após a mistura da água e dos sólidos, começam por formar-se agulhas de etringite (Fig. 1-a); 2ª – As partículas poliméricas interagem com os agregados e com o cimento e se houver lugar a cura seca, inicia-se a formação de filme polimérico em zonas pontuais (Fig. 1-b). 3ª – A hidratação prossegue e pode haver aglutinação de partículas poliméricas (Fig. 1-c); 4ª – A hidratação continua a ocorrer, acompanhada de formação de filme (Fig. 1-d). Os mesmos autores analisaram a influência do tipo de cura dos betões modificados com polímeros, observando que durante a cura húmida não há formação de filme polimérico, a qual só ocorre no momento em que se inicia um período de cura a seco, pelo que recomendam que estes betões sejam sujeitos a cura húmida durante 28 dias, seguido de um período de cura a baixa humidade para formação do filme polimérico. A presença de filme polimérico no interior dos poros contribui para explicar o menor nível de porosidade dos betões modificados com polímeros [6]. Também outros autores confirmam níveis de porosidade bastante inferiores aos obtidos em betões correntes [7]. No caso dos betões modificados com polímeros, estes adjuvantes são adicionados ao betão durante a fase da amassadura, normalmente em forma de uma suspensão coloidal de látex, em pó, ou como polímeros solúveis em água ou líquidos, sendo que a literatura refere como mais usualmente utilizados os polímeros de estireno-butadieno (SBR), de ester-poliacrilico (PAE), polietileno de acetato vinilico (EVA). Devido ao efeito plastificante dos polímeros, estes betões podem ser executados com menos água comparativamente aos betões correntes. A literatura revela também que em regra apresentam um          tempo de presa superior aos betões correntes [8], a qual se fica a dever a causas diversas, entre as quais se inclui a formação de uma membrana de polímero em torno das partículas de cimento. 3. Durabilidade dos betões com polímeros.  3.1 Adição de polímeros durante a fase da amassadura Os betões modificados com polímeros caracterizam-se por apresentarem uma durabilidade superior aos betões correntes, aferida em ensaios resistência ao ataque de ácidos [6], resistência a acções de gelo-degelo [9], resistência à difusão de cloretos [10]. As explicações para essa diferença de comportamento ficam a dever-se por um lado, a um menor nível de porosidade pela formação de um filme polimérico no interior dos poros [11] e a uma menor permeabilidade à água [12]. Alguns autores [6], referem valores de absorção de água a variar entre 0,8% (28 dias) e 0,4% (90 dias) para betões modificados com latéx de estireno-butadieno, que comparam muito favoravelmente com valores de 4,3% e 3,8% em betões correntes. Ao nível do interface pasta-agregado, alguns autores confirmam uma redução da espessura do interface, que podem ir de 30 a 70% [12] e também uma alteração da natureza dos produtos de hidratação, na zona do interface, observando-se uma redução da quantidade da fase de hidróxido de cálcio [13]. Por outro lado, os betões modificados com polímeros apresentam também uma microestrutura mais densa e um menor nível de fendilhação já que os filmes poliméricos actuam como “armaduras” internas contrariando tensões de tracção (Figura 2).    Figura 2 – Imagens da microestrutura de betões modificados com polímeros:  a) Filme polimérico contrariando a abertura  de uma fissura no betão [5]; b) Cristais de hidróxido de cálcio “ligados” por filme polimérico [14].  3.1 Utilização de polímeros para impregnação dos betões A utilização de polímeros na impregnação da superfície exterior dos betões constitui uma outra variante que contribui para o aumento da durabilidade destes materiais. Alguns autores constataram que a impregnação contribui inequivocamente para a redução da absorção de água e da difusão de cloretos do betão [15]. Já outros comprovam que a utilização desta modalidade permite reduções da profundidade de carbonatação entre 58 a 85%, estes autores constataram ainda que enquanto os provetes não revestidos se desintegraram totalmente após 250 ciclos de gelo-degelo, os provetes impregnados permaneceram intactos muito para além disso [16]. Como é evidente a eficácia da impregnação é função da quantidade e do tipo de polímero utilizado na impregnação, bem assim como do número de camadas utilizadas. Investigações sobre este aspecto particular revelam que por exemplo a utilização de 3 camadas de impregnação reduz em 50% a permeabilidade aos cloretos comparativamente à utilização de uma única camada [17]. Regra geral, quando se aumenta a concentração do polímero torna-se mais difícil a penetração no interior do betão, embora uma maior densidade seja mais eficaz na redução da permeabilidade. 4. Resultados experimentais  Apresentam-se nesta secção resultados de investigações levadas a cabo sobre o desempenho de betões impregnados ou aditivados com polímeros, as quais se revelaram bastante promissoras. Na Figura 3 apresentam-se imagens de provetes de betão com e sem aditivo polimérico, onde é bem patente a eficácia da utilização deste aditivo na melhoria da durabilidade dos betões aferida neste caso pela redução da difusão de cloretos [18]. Já na Figura 4 apresentam-se resultados sobre o desempenho de betões modificados com adição de dois polímeros em termos de durabilidade, sendo que esta foi aferida em termos do comportamento à água, através de ensaios de absorção por imersão, de absorção de água por capilaridade e de profundidade de penetração de água sob pressão. Os resultados apresentados constituem somente uma parte da investigação e no caso em apreço respeitam a estireno-butadieno, sendo um em látex (PA) e o outro uma emulsão (PB).     Figura 3 – Profundidade de penetração de cloretos.  Provetes de betão com e sem adição de  estireno-butadieno [18]   No Quadro 1 apresenta-se a composição de alguns betões utilizados na referida investigação.  Quadro 1 – Composição dos betões [19]    Betão Refª  PA_10%  PB_10%  Cimento (Kg) 337,7 337,7 337,7 Areia Fina (Kg) 456,3 456,3 456,3 Areia Grossa (Kg) 456,3 456,3 456,3 Brita (Kg) 912,6 912,6 912,6 Plastificante (l) 2,251 - - Polímero (l) - 88,87 93,81 Água (l) 192,1 137 132,1 A/C 0,576 0,569 0,569 P/C - 0,10 0,10  05101520253035404550Refªa PA_10% PB_10%Composição do betãoProfundidade de penetração (mm) 02468101214Refªa PA_10% PB_10%Composição dos betõesAbsorção de água (%) 00,10,20,30,40,50,60,70,8Refªa PA_10% PB_10%Composição dos betõesCoef. capilaridade (kg/m^2*h^0,5) Figura 4 – Betões modificados com estireno-butadieno:  a) Permeabilidade à água; b) Absorção de água por imersão; c) Coeficiente de capilaridade [19] Os resultados indicam um elevado desempenho, quer para a permeabilidade à água quer para a capilaridade. Para a permeabilidade água as reduções relativamente ao betão de referência são respectivamente de 49% para o betão com o polímero em látex (PA) e de 72% para o betão com o polímero em emulsão (PB). Já para o ensaio de absorção de água por capilaridade, a redução é 52%, sendo a mesma para os dois polímeros utilizados. Contudo, e por outro lado os betões modificados com polímeros não registam alterações substanciais em termos de absorção de água por imersão, o que quer dizer que a adição de polímero faz sentir-se ao nível da estrutura interna e menos em termos da porosidade aberta. Relativamente á variante de impregnação de betões com polímeros, resultados parciais de outras investigações são apresentados na Figura 5 e respeitam ao desempenho de argamassas impregnadas com polímeros, em termos da sua redução de massa após imersão em ácido sulfúrico durante 56 dias.  0510152025303540457 14 28 56Dias de imersão em ácidoRe duç ao d e mass a ( %)Argam. Argam._Imp. Figura 5 – Perda de massa por imersão em  ácido sulfúrico [20]   Os resultados são inequívocos sobre o aumento da durabilidade da argamassa após a sua impregnação com polímeros. E se é facto que o comportamento de uma argamassa não é similar ao de um betão, por via das características particulares da interface pasta agregado, também não é menos verdade que ainda assim os resultados são bastante promissores do desempenho dos betões. Um aspecto fundamental em termos da utilização de betões com polímeros diz respeito à viabilidade económica dessa opção. Investigações levadas a cabo sobre essa questão, concluem que para a industria da pré-fabricação a opção pela impregnação de betões com polímeros é muito mais económica do que a opção pela adição de polímeros durante a fase de amassadura [21].  5. Conclusões Construir para a durabilidade constitui um imperativo que deve nortear a indústria da construção com vista a uma maior sustentabilidade, sendo que a utilização de betões com polímeros aditivados ou impregnados constitui inequivocamente uma forma de contribuir para uma maior durabilidade daqueles materiais.  6. Referências  [1] Torgal, F. M. Alves S. P.;Jalali, Said – A durabilidade do betão de acordo com a norma NP EN 206-1: 2007. Revista Betão. APEB 45-53, 2008. [2] Ohama, Y. – Polymer-based admixtures. Cement and Concrete Composites Vol.20, pp.189-212, 1998. [3] Storte, M – Látex estireno-butadieno. Aplicação em concretos de cimento polímero. Dissertação de Mestrado, Escola Politécnica da Universidade de S. Paulo, 1991. [4] Fowler,D.W. – Polymers in concrete: a vision for the 21st century. Cement and Concrete Composites Vol. 21, pp.449-452, 1999. 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Cement and Concrete Research Vol.39, pp. 6-13, 2009. [15] Almusallam, A.; Khan, F.; Dulaijan, S.; Al-Amoudi, O. – Effectiveness of surface coatings in improving concrete durability. Cement and Concrete Composites 25, pp.473-481, 2003. [16] Ogawa, H.; Kano, K.; Mimura, T.; Nagai, K.; Shirai, A.; Ohama, Y. – Durability performance of barrier penetrants on concrete surfaces. 12Th International Congress on Polymers in Concrete, Chuncheon, Korea, pp.373-382, 2007. [17] Midorikawa, T.; Ishikawa, I. – Effect of water–repellent treatment of concrete tested by migration. 12Th International Congress on Polymers in Concrete, Chuncheon, Korea, pp.411-420, 2007 [18] Torgal, F. M. Alves S. P.;Jalali, Said - Compressive strength, water penetration and chloride diffusion of polymer-modified sensing concrete (PMSC) Construction and Building Materials (submetido) [19] Torgal, F. M. Alves S. P; Jalali, Said – Resistência mecânica e durabilidade de betões modificados com polímeros. Revista de Engenharia Civil da Universidade do Minho (submetido). [20] Torgal, F. M. Alves S. P.;Jalali, Said - Resistência ao ataque por ácido sulfúrico de argamassas modificadas e impregnadas com polímeros. Revista Construlink - Estruturas e Construções,  (artigo submetido) [21] Torgal, F. M. Alves S. P.;Jalali, Said - Improving the resistance to sulphuric acid attack of precast concrete pipes with polymers. Technical and economic considerations. Construction and Building Materials. (artigo submetido)      

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