Com o progresso contínuo da indústria e o aprimoramento da tecnologia, por meio da introdução e do aperfeiçoamento de máquinas de projeção de argamassa estrangeiras, a tecnologia de projeção e reboco mecânicos tem se desenvolvido consideravelmente no meu país nos últimos anos. A argamassa projetada mecanicamente difere da argamassa comum, exigindo alta capacidade de retenção de água, fluidez adequada e certa resistência ao escorrimento. Normalmente, adiciona-se hidroxipropilmetilcelulose à argamassa, sendo o éter de celulose (HPMC) o mais utilizado. As principais funções da hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) na argamassa são: espessamento e aumento da viscosidade, ajuste da reologia e excelente capacidade de retenção de água. No entanto, as desvantagens da HPMC não podem ser ignoradas. A HPMC possui efeito incorporador de ar, o que causa mais defeitos internos e reduz significativamente as propriedades mecânicas da argamassa. A Shandong Chenbang Fine Chemical Co., Ltd. estudou a influência da HPMC na taxa de retenção de água, densidade, teor de ar e propriedades mecânicas da argamassa sob o aspecto macroscópico, e estudou a influência da hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) na estrutura L da argamassa sob o aspecto microscópico.
1. Teste
1.1 Matérias-primas
Cimento: cimento P.0 42.5 disponível comercialmente, com resistências à flexão e à compressão de 6,9 e 48,2 MPa aos 28 dias, respectivamente; areia: areia fina de rio de Chengde, granulometria 40-100 mesh; éter de celulose: éter de hidroxipropilmetilcelulose em pó branco, produzido pela Shandong Chenbang Fine Chemical Co., Ltd., com viscosidade nominal de 40, 100, 150 e 200 Pa·s; água: água potável da torneira.
1.2 Método de teste
De acordo com a norma JGJ/T 105-2011 “Regulamentos de Construção para Projeção Mecânica e Reboco”, a consistência da argamassa deve ser de 80-120 mm e a taxa de retenção de água superior a 90%. Neste experimento, a relação cal-areia foi definida em 1:5, a consistência foi controlada em (93+2) mm e o éter celulósico foi incorporado externamente, sendo a quantidade de mistura baseada na massa de cimento. As propriedades básicas da argamassa, como densidade úmida, teor de ar, retenção de água e consistência, foram testadas de acordo com a norma JGJ 70-2009 “Métodos de Ensaio para Propriedades Básicas de Argamassa de Construção”, e o teor de ar foi testado e calculado pelo método da densidade. A preparação, os ensaios de resistência à flexão e à compressão dos corpos de prova foram realizados de acordo com a norma GB/T 17671-1999 “Métodos para Ensaio de Resistência de Argamassa de Cimento e Areia (Método ISO)”. O diâmetro das larvas foi medido por porosimetria de mercúrio. O modelo do porosímetro de mercúrio utilizado foi o AUTOPORE 9500, com faixa de medição de 5,5 nm a 360 μm. Foram realizados 4 conjuntos de testes. A proporção cimento-areia foi de 1:5, a viscosidade do HPMC foi de 100 Pa·s e as dosagens foram de 0, 0,1%, 0,2% e 0,3% (numeradas de A a D, respectivamente).
2. Resultados e análise
2.1 Efeito do HPMC na taxa de retenção de água da argamassa de cimento
A retenção de água refere-se à capacidade da argamassa de reter água. Em argamassa projetada mecanicamente, a adição de éter celulósico pode reter água de forma eficaz, reduzir a exsudação e atender aos requisitos de hidratação completa de materiais à base de cimento. Efeito do HPMC na retenção de água da argamassa.
Com o aumento do teor de HPMC, a taxa de retenção de água da argamassa aumenta gradualmente. As curvas do éter de hidroxipropilmetilcelulose com viscosidades de 100, 150 e 200 Pa.s são basicamente as mesmas. Quando o teor é de 0,05% a 0,15%, a taxa de retenção de água aumenta linearmente e, quando o teor é de 0,15%, a taxa de retenção de água é superior a 93%. Quando a quantidade de partículas excede 0,20%, a tendência de aumento da taxa de retenção de água se estabiliza, indicando que a quantidade de HPMC está próxima da saturação. A curva de influência da quantidade de HPMC com viscosidade de 40 Pa.s na taxa de retenção de água é aproximadamente uma linha reta. Quando a quantidade é superior a 0,15%, a taxa de retenção de água da argamassa é significativamente menor do que a dos outros três tipos de HPMC com a mesma viscosidade. Geralmente se acredita que o mecanismo de retenção de água do éter de celulose seja o seguinte: o grupo hidroxila na molécula de éter de celulose e o átomo de oxigênio na ligação éter se associam à molécula de água para formar uma ligação de hidrogênio, de modo que a água livre se torna água ligada, proporcionando assim um bom efeito de retenção de água. Acredita-se também que a interdifusão entre as moléculas de água e as cadeias moleculares do éter de celulose permite que as moléculas de água penetrem no interior das cadeias macromoleculares do éter de celulose e fiquem sujeitas a fortes forças de ligação, melhorando assim a retenção de água da pasta de cimento. Uma excelente retenção de água pode manter a argamassa homogênea, evitando a segregação e proporcionando um bom desempenho de mistura, além de reduzir o desgaste mecânico e aumentar a vida útil da máquina de projeção de argamassa.
2.2 Efeito da hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) na densidade e no teor de ar da argamassa de cimento
Quando a quantidade de HPMC é de 0 a 0,20%, a densidade da argamassa diminui acentuadamente com o aumento da quantidade de HPMC, de 2050 kg/m³ para cerca de 1650 kg/m³, o que representa uma redução de aproximadamente 20%. Quando a quantidade de HPMC ultrapassa 0,20%, a densidade diminui de forma constante. Comparando os quatro tipos de HPMC com diferentes viscosidades, observa-se que quanto maior a viscosidade, menor a densidade da argamassa. As curvas de densidade das argamassas com HPMC de viscosidades mistas de 150 e 200 Pa.s praticamente se sobrepõem, indicando que, à medida que a viscosidade do HPMC continua a aumentar, a densidade deixa de diminuir.
A variação do teor de ar na argamassa é inversamente proporcional à variação da densidade da argamassa. Quando o teor de hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) é de 0 a 0,20%, com o aumento do teor de HPMC, o teor de ar na argamassa aumenta quase linearmente; após 0,20% de HPMC, o teor de ar praticamente não se altera, indicando que o efeito de incorporação de ar na argamassa está próximo da saturação. O efeito de incorporação de ar da HPMC com viscosidade de 150 e 200 Pa.s é maior do que o da HPMC com viscosidade de 40 e 100 Pa.s.
O efeito incorporador de ar do éter de celulose é determinado principalmente por sua estrutura molecular. O éter de celulose possui grupos hidrofílicos (hidroxila, éter) e hidrofóbicos (metil, anel de glicose) e é um surfactante, apresentando atividade superficial e, portanto, efeito incorporador de ar. Por um lado, o gás introduzido pode atuar como um rolamento na argamassa, melhorando seu desempenho, aumentando o volume e a produção, o que é benéfico para o fabricante. Por outro lado, o efeito incorporador de ar aumenta o teor de ar e a porosidade da argamassa após o endurecimento, resultando no aumento de poros prejudiciais e na redução significativa das propriedades mecânicas. Embora o HPMC possua certo efeito incorporador de ar, ele não pode substituir o agente incorporador de ar. Além disso, quando o HPMC e o agente incorporador de ar são usados simultaneamente, o agente incorporador de ar pode falhar.
2.3 Efeito do HPMC nas propriedades mecânicas da argamassa de cimento
Quando a quantidade de HPMC é de apenas 0,05%, a resistência à flexão da argamassa diminui significativamente, sendo cerca de 25% menor do que a da amostra sem HPMC, e a resistência à compressão atinge apenas 65% a 80% da amostra sem HPMC. Quando a quantidade de HPMC ultrapassa 0,20%, a diminuição na resistência à flexão e à compressão da argamassa não é tão expressiva. A viscosidade do HPMC tem pouco efeito sobre as propriedades mecânicas da argamassa. O HPMC introduz muitas microbolhas de ar, e o efeito de incorporação de ar na argamassa aumenta a porosidade interna e os poros prejudiciais, resultando em uma diminuição significativa na resistência à compressão e à flexão. Outro motivo para a diminuição da resistência da argamassa é o efeito de retenção de água do éter de celulose, que retém água na argamassa endurecida, e a alta relação água/aglomerante leva a uma diminuição na resistência do bloco de teste. Para argamassas de construção mecânica, embora o éter de celulose possa aumentar significativamente a taxa de retenção de água da argamassa e melhorar sua trabalhabilidade, se a dosagem for muito grande, afetará seriamente as propriedades mecânicas da argamassa; portanto, a relação entre os dois deve ser cuidadosamente ponderada.
Com o aumento do teor de hidroxipropilmetilcelulose (HPMC), a taxa de dobramento da argamassa apresentou uma tendência geral de aumento, que foi basicamente uma relação linear. Isso ocorre porque o éter de celulose adicionado introduz um grande número de bolhas de ar, o que causa mais defeitos na argamassa e reduz drasticamente a resistência à compressão, embora a resistência à flexão também diminua em certa medida. No entanto, o éter de celulose melhora a flexibilidade da argamassa, o que beneficia a resistência à flexão e, consequentemente, retarda a queda na resistência à compressão. Considerando todos esses fatores, o efeito combinado resulta em um aumento na taxa de dobramento.
2.4 Efeito do HPMC no diâmetro L da argamassa
A partir da curva de distribuição do tamanho dos poros, dos dados de distribuição do tamanho dos poros e de vários parâmetros estatísticos das amostras de AD, pode-se observar que o HPMC tem grande influência na estrutura porosa da argamassa de cimento:
(1) Após a adição de HPMC, o tamanho dos poros da argamassa de cimento aumenta significativamente. Na curva de distribuição do tamanho dos poros, a área da imagem desloca-se para a direita e o valor do poro correspondente ao valor de pico torna-se maior. Após a adição de HPMC, o diâmetro mediano dos poros da argamassa de cimento é significativamente maior do que o da amostra sem adição de HPMC, e o diâmetro mediano dos poros da amostra com dosagem de 0,3% aumenta em duas ordens de magnitude em comparação com a amostra sem adição de HPMC.
(2) Divida os poros no concreto em quatro tipos, a saber, poros inofensivos (≤20 nm), poros pouco nocivos (20-100 nm), poros nocivos (100-200 nm) e poros muito nocivos (≥200 nm). Pode-se observar na Tabela 1 que o número de poros inofensivos ou pouco nocivos é significativamente reduzido após a adição de HPMC, enquanto o número de poros nocivos ou muito nocivos aumenta. Os poros inofensivos ou pouco nocivos das amostras sem HPMC representam cerca de 49,4%. Após a adição de HPMC, os poros inofensivos ou pouco nocivos são significativamente reduzidos. Tomando como exemplo a dosagem de 0,1%, os poros inofensivos ou pouco nocivos são reduzidos em cerca de 45%. Além disso, o número de poros nocivos maiores que 10 µm aumenta em cerca de 9 vezes.
(3) O diâmetro mediano dos poros, o diâmetro médio dos poros, o volume específico dos poros e a área superficial específica não seguem uma regra de variação muito rígida com o aumento do teor de hidroxipropilmetilcelulose (HPMC), o que pode estar relacionado à seleção da amostra no teste de injeção de mercúrio, devido à grande dispersão. No entanto, de modo geral, o diâmetro mediano dos poros, o diâmetro médio dos poros e o volume específico dos poros da amostra misturada com HPMC tendem a aumentar em comparação com a amostra em branco, enquanto a área superficial específica diminui.
Data da publicação: 03/04/2023