Sofia Amlia Alencastre Tello e
Ferreira
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO S APLICAES
Dissertao de Mestrado em Conservao e
Reabilitao de Edifcios
Dissertao apresentada para cumprimento dos
requisitos necessrios obteno do grau de Mestre
em Conservao e Reabilitao de Edifcios,
realizada sob a orientao cientfica da Professora
Cristiana Pereira
17 de Dezembro de 2015
I
Study hard what interests you most, in the most undisciplined,
irreverent and
original manner possible.
[Richard Feynman]
II
III
AGRADECIMENTOS
Esta dissertao foi de todos os trabalhos que j realizei na minha
vida
acadmica o mais desafiante a todos os nveis e, por isso, o apoio
e suporte de
todas as pessoas envolvidas foi fundamental para a sua
concretizao. Quero,
assim, demonstrar a minha gratido e o meu profundo
reconhecimento a todos
aqueles que de alguma forma contriburam, direta ou
indiretamente, para que
este trabalho chegasse a bom termo:
- Agradeo minha orientadora a Professora Cristiana Nadir
Gonilho
Pereira, que se revelou um slido apoio ao longo do meu percurso
acadmico.
Estou grata pela escolha do tema, pela sua orientao e
disponibilidade.
- Agradeo s equipas de apoio tcnico das empresas de
comercializao de revestimentos fotocatalticos, nomeadamente ao
Sr.
Reinhard Liu da empresa chinesa TiPE, aos senhores Lutz
Gradewald e Martin
Eisen da empresa alem Nadico, ao senhor Eng. Ricardo Pedroni
parceiro da
Nadico em Portugal e fundador da empresa Nin9, e, por fim, aos
senhores
Tony Watling e Peter Gibson da empresa australiana Photocatalyst
Coatings.
Agradeo por toda a ateno despendida, pela disponibilidade
demonstrada
em ajudar em responder a todas as questes, pelo enriquecedor
suporte
tcnico e informao tcnica enviada sempre com a maior brevidade
possvel.
Agradeo em especial ao Sr Eng. Ricardo Pedroni por todo
esclarecimento de
dvidas sobre nanomateriais.
- Agradeo sobretudo aos meus pais pelo apoio incondicional
que
sempre me deram. Estou grata pela possibilidade de ter estudado
e me
formado em Arquitetura de Planeamento Urbano e Territorial e
de,
posteriormente, realizar o presente Mestrado. Agradeo por todo o
profundo
amor, por tudo que sempre fizeram por mim e por acreditarem nas
minhas
capacidades. Agradeo a toda a minha restante famlia e amigos por
todo o
carinho e apoio demonstrados.
- Quero ainda agradecer e dedicar esta dissertao memria da
minha
querida av Maria Amlia e do meu querido tio Gilberto Raul
Figueira
Alencastre Tello.
IV
V
Resumo
Atualmente assiste-se a um grave problema de salubridade visual
das
cidades, designadamente no espao edificado/ construdo. A
sujidade uma
ameaa que, junto com os graffitis, tem contribudo para a
degradao precoce
dos espaos urbanos.
A fim de se enfrentar este problema, que tem vindo a proliferar
nas
cidades, um pouco por todo o mundo, a presente dissertao de
mestrado
ambiciona contribuir para a sistematizao da informao existente
sobre a
produo e caracterizao de argamassas de auto-limpeza. As
argamassas de
auto-limpeza so produzidas por uma de duas formas: com a adio
de
nanopartculas de dixido de titnio (TiO2) na sua matriz ou com a
aplicao de
um filme fino base de TiO2 na sua superfcie. Esta segunda
apontada como
a tcnica mais eficaz e econmica. Salienta-se o facto do TiO2 ser
um dos
nanomateriais mais utilizados na construo pelas suas
propriedades
fotocatalticas que o capacitam como um dos mais exmios
fotocatalisadores,
aquando da fotocatlise heterognea. graas ao processo de
fotodegradao
qumica da fotocatlise, que na presena de luz solar e da ao da
gua, que o
TiO2 ativado, desencadeando reaes qumicas que aumentam a eficcia
e
eficincia fotocataltica.
Analisou-se um conjunto de trabalhos de investigao recentes
que
comprovam que o uso das argamassas de auto-limpeza adequado e
benfico
em intervenes em edifcios novos como em obras de conservao e
reabilitao de edifcios antigos. Alm de reduzirem os
investimentos em obras
de limpeza, manuteno/conservao e reabilitao, prolongam a
conservao
das fachadas e melhoram os nveis da qualidade do ar. Apesar do
crescente
nmero de patentes pedidas e concedidas nesta rea, as normas
aplicveis
ainda no se encontram uniformizadas. Nesse sentido, a experincia
do Japo
deve ser tida como exemplo para que os restantes pases
desenvolvam de
forma consensual as suas prprias normas e patentes,
permitindo,
futuramente, conferir maior credibilidade, segurana no uso dos
nanomateriais
e uma maior permeabilidade no setor da construo.
VI
Elencam-se alguns nano-produtos base de nano TiO2
comercializados
que tm vindo a ser aplicados sobretudo na China, Japo e na
Alemanha.
Palavras-chave: argamassas, nanomateriais, Nanotecnologia,
argamassas de auto-limpeza, argamassas fotocatalticas, dixido de
titnio,
fotocatlise heterognea, custos de manuteno, conservao e
reabilitao.
VII
Abstract
Currently we are witnessing a serious problem of visual health
of cities,
particularly in the built/ constructed space. The dirt is a
threat that, along with
the graffiti, have contributed to premature deterioration of
urban areas.
In order to tackle this problem, which has been proliferating in
cities all
over the world, this master thesis aims to contribute to the
systematization of
existing information about the production and characterization
of self-cleaning
mortars. The self-cleaning mortars are produced by one of two
ways: with the
addition of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles in the matrix
or with the
application of a thin film based on TiO2 on its surface. The
second is considered
the most effective and economical technique. It should be noted
that the TiO2 is
one of the most used nanomaterials in construction due to its
photocatalytic
properties which also enable one of the most eximious
photocatalysts, when
heterogeneous photocatalysis. It is thanks to chemical
photodegradation
process of photocatalysis, in the presence of sunlight and water
action, the TiO2
is activated, triggering chemical reactions that increase
efficiency and
photocatalytic efficacy.
A number of recent research were analyzed, showing that the use
of
self-cleaning mortars is suitable and beneficial in
interventions in new buildings
as in conservation and rehabilitation works of old buildings. In
addition to
reducing investment in cleaning works, maintenance/ conservation
and
rehabilitation, these mortars extend the facades conservation
and improve air
quality levels. Despite the growing number of requested and
granted patents in
this area, applicable rules are not yet standardized. In this
regard, Japan's
experience should be taken as an example for other countries to
develop by
consensus its own standards and patents, allowing in the future
give more
credibility, safety in the use of nanomaterials and increased
its permeability in
the construction sector.
Some commercial nano-TiO2 based products are listed and
applications
are presented (in China, Japan and in Germany).
VIII
Keywords: mortar, nanomaterials, Nanotechnology,
self-cleaning
mortars, photocatalytic mortars, titanium dioxide, heterogeneous
photocatalysis,
maintenance costs, conservation and rehabilitation works.
IX
ndice Geral
AGRADECIMENTOS
........................................................................................
III
RESUMO............................................................................................................
V
ABSTRACT
......................................................................................................
VII
NDICE GERAL
.................................................................................................
IX
NDICE DE FIGURAS
.......................................................................................
XI
NDICE DE TABELAS
....................................................................................
XIII
SMBOLOS E ABREVIATURAS
....................................................................
XV
1. INTRODUO
...............................................................................................
1
1.1. Enquadramento conjuntural do tema
............................................................. 1
1.2. Objetivos
...........................................................................................................
3
1.3. Organizao da dissertao
............................................................................
4
2. ARGAMASSAS
.............................................................................................
7
2.1. Introduo
.........................................................................................................
7
2.2. Definio e conceito
.........................................................................................
8
2.3. Constituintes das argamassas
......................................................................
10
2.3.1. Agregados
.................................................................................................
10
2.3.2. Ligantes
.....................................................................................................
13
2.3.3. Adjuvantes
.................................................................................................
15
2.3.4. Adies
......................................................................................................
17
2.3.5. gua de amassadura
.................................................................................
18
2.4. Propriedades gerais
.......................................................................................
19
2.5. Tipos de argamassas correntes
....................................................................
21
2.5.1. Argamassas de cal area
..........................................................................
22
2.5.2. Argamassas de cal hidrulica
....................................................................
23
2.5.3. Argamassas de cimento
.............................................................................
25
2.5.4. Argamassas bastardas
..............................................................................
26
2.6. Sntese
............................................................................................................
27
3. NANOMATERIAIS
.......................................................................................
29
3.1. Introduo
.......................................................................................................
29
3.2. Definio e conceito
.......................................................................................
30
3.3. Tipos de nanomateriais aplicados na construo
....................................... 32
3.3.1. Tipos de nanomateriais
..............................................................................
32
X
3.3.2. Propriedades gerais
...................................................................................
39
3.3.3. Aplicaes gerais
.......................................................................................
41
3.4. Sntese
............................................................................................................
46
4. DIXIDO DE TITNIO (TIO2)
......................................................................
47
4.1. Introduo
.......................................................................................................
47
4.2. Definio e conceito (TiO2)
............................................................................
47
4.3. Fotocatlise heterognea
..............................................................................
49
4.4. Fatores que influenciam a Fotocatlise heterognea
.................................. 52
4.4.1. Radiao ultra-violeta (UV)
........................................................................
52
4.4.2. Intensidade luminosa
.................................................................................
53
4.4.3. Temperatura
..............................................................................................
53
4.4.4. Humidade
..................................................................................................
54
4.4.5. Influncia do caudal do gs poluente
......................................................... 54
4.4.6. Influncia da quantidade do fotocatalisador
............................................... 54
4.5. Semi-condutores com propriedades fotocatalticas
.................................... 55
4.6. TiO2 como fotocatalisador
.............................................................................
56
4.7. Caractersticas e propriedades gerais do TiO2
............................................. 57
4.8. Mtodos de sntese de nanopartculas
......................................................... 60
4.9. Aplicaes no contexto da construo
........................................................ 62
4.10. Sntese
..........................................................................................................
70
5. ARGAMASSAS DE
AUTO-LIMPEZA..........................................................
73
5.1. Introduo
.......................................................................................................
73
5.2. Definio e conceito
.......................................................................................
75
5.3. Anlise de campanhas experimentais realizadas com TiO2
........................ 76
5.4. Enquadramento Normativo e patentes
....................................................... 100
5.4.1. Normas para fotocatlise do TiO2
............................................................
100
5.4.2. Patentes
..................................................................................................
108
5.5. Nano produtos comerciais com nano TiO2
.............................................. 110
5.6. Custos de aplicao de nano dixido de titnio (nano TiO2)
.................... 119
5.7. Sntese
..........................................................................................................
122
6. CONCLUSO E TRABALHOS FUTUROS
............................................... 123
7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
.......................................................... 131
XI
ndice de Figuras
Figura 1: Richard Feynman dando as suas famosas conferncias em
Caltech, em 1962......... 29
Figura 2: Escala nanomtrica (nm)
.............................................................................................
31
Figura 3: Nanopartculas
.............................................................................................................
33
Figura 4: Nanofios, foto de MEV (Microscpio eletrnico de
varrimento)................................... 34
Figura 5: Trs formas de se enrolar folhas de grafeno e
estruturas dos CNT (a: armchair, b: zig-
zag, c: quiral), respectivamente
..................................................................................................
35
Figura 6: Nanocristais
.................................................................................................................
36
Figura 7: Estrutura das nanofitas
................................................................................................
37
Figura 8: Nanocompsito polimrico
...........................................................................................
38
Figura 9: Aplicaes de nanomateriais na Construo
..............................................................
43
Figura 10: Tinta repelente de urina
.............................................................................................
44
Figura 11: Ilustrao da decomposio de poluentes (NO e COV) por
oxidao/ reduo da
gua com oxignio, onde b+ (lacuna oxidante de valncia), e-
(eletro redutor da banda de
conduo)
....................................................................................................................................
51
Figura 12: Degradao x radiao UV-A
...................................................................................
53
Figura 13: Esquema representativo de semi-condutor
..............................................................
55
Figura 14: Esquema representativo da activao de um semicondutor
..................................... 56
Figura 11: Formas de cristalizao do TiO2
...............................................................................
59
Figura 16: Ilustrao dos mtodos de sntese
............................................................................
60
Figura 17: Vistas da Igreja do Jubileu em Roma
........................................................................
64
Figura 18: Vista geral do hospital Manuel Gea Gonzalez
........................................................... 66
Figura 19: Peas cermicas Prosolve370e
.................................................................................
67
Figura 20: Revestimento hidroflico, TOTO Hydrotect
................................................................
68
Figura 21: Pavimento fotocataltico
.............................................................................................
69
Figura 22: Clulas solares Gratzel
..............................................................................................
70
Figura 23: Instalao da rua piloto
..............................................................................................
78
Figura 24: Ensaio de
auto-limpeza..............................................................................................
85
Figura 25: Laboratrio
.................................................................................................................
88
Figura 26: Ensaio de degradao do NOx
..................................................................................
89
XII
Figura 27: Teste da durabilidade fotocataltica
...........................................................................
94
Figura 28: Patentes de hidrofilicidade do grupo
TOTO.............................................................
109
Figura 29: Esquema de funcionamento do revestimento
fotocataltico .................................... 113
Figura 30: Edifcio Kasagewa Dam, Northern Kyushu, Japo
.................................................. 114
Figura 31: Edifcio Medical Corporation Yanagilku-kai Willow
Hospital, Japo ........................ 115
Figura 32: Muro, na China
.........................................................................................................
117
Figura 33: Edifcio residencial e de escritrios em Viena, ustria.
A aplicao foi feita no piso
trreo em 2010
..........................................................................................................................
118
Figura 34: Edifcio residencial em Leverkusen, Alemanha. A
aplicao foi feita em 2012 ...... 118
XIII
ndice de Tabelas
Tabela 1: Divises da radiao UV
............................................................................................
52
Tabela 2: Propriedades fsicas do TiO2
......................................................................................
59
Tabela 3: Correspondncia entre normas JIS e ISO
................................................................
102
Tabela 4: Normas ISO para fotocatlise
...................................................................................
103
Tabela 5: Algumas empresas de comercializao de nano produtos com
TiO2 ...................... 111
XIV
XV
Smbolos e abreviaturas
AML rea Metropolitana de Lisboa
APA Agncia Portuguesa do Ambiente
b+ Lacuna oxidante de valncia
BET rea de superfcie especfica determinada pelo mtodo
Brunauer-Emmett-Teller
Bc Banda de conduo
BS British Standards/ Normas inglesas
Bv Banda de valncia
.C Graus centgrados
CEN - European Standards Organisation
CdSe Seleneto de cdmio
CDV Chemical vapor deposition/ deposio qumica de vapor
CNT Carbon Nanotubes/ Nanotubos de carbono
CO2 Dixido de carbono
COV Compostos Orgnicos Volteis
DIN Deutsches Institut fr Normung/ Normas alems
e- Electro
EEA Environmental european agency / Agncia Europeia do
Ambiente
EUA Estados Unidos da Amrica
ESTBarreiro/ IPS Escola Superior de Tecnologia do Barreiro do
Instituto Politcnico de Setbal
eV Eletro volt (unidade do band gap)
FeO xidos ferrosos
FEUP Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Fe2 O3 xido de ferro
Fe(OH)2 Hidrxido de ferro
g/ mol Grama por mol (unidade de massa molar)
h+ Lacuna
H2O gua
hv Fotes de energia
IPQ Instituto Portugus da Qualidade
IPS International Photocatalyst Standards testing center
XVI
ISO International Organization for Standardization
ISO TC - International Organization for Standardization,
Technical Committee
JIS Japanese Industrial Standards/ Normas internacionais
japonesas
Kg/ m Quilograma por metro cbico
kW/ m - Quilowatt por metro quadrado
LEDs Dodos emissores de luz
m Metro
m - Metro quadrado
MB Metileno azul
MEV Microscpio electrnico de varrimento
MPa Mega Pascal (unidade de resistncia do beto compresso)
MWCNT Multi walled carbon nanotubes/ Nanotubos de carbono
multiparede
NCs Nanocrystals/ Nanocristais
NEC Nippon Electric Company
NO Monxido de nitrognio
NO2 Dixido de nitrognio
NOx Oxido de nitrognio
NP Nanoparticles/ Nanopartculas
NR Nanoribbons/ Nanofitas
NW Nanowires/ Nanofios
O3 - Ozono
OH Radical hidroxila
PCM Phase change materials/ materiais de mudana de fase
PIAJ Photocatalysis Industry Association of Japan
PICADA Photo-catalytic innovative coverings applications for
de-pollution assessement
PM10 Partculas em suspenso inalveis
POA Processos de oxidao avanada
ppm Partes por milho
PVD Physical vapor deposition/ deposio fsica de vapor
REACH CA Registration, Evaluation and Authorisation of
Chemicals, Competent Authority
RhB Rodamina B
XVII
Rilem Runion Internationale des Laboratoires et Experts des
Matriaux, Systmes de construction et Ouvrages
SENIHR Scientific Committee on Emerging and Newly Identified
Heath Risks
SI Sistema Internacional de Unidades
SO2 Dixido de enxofre
SOx xido sulfrico
SPD Spray pyrolisis deposition/ spray pirlise
STCSM Science and Technology Commission of Shanghai
Municipality
SWNT Single wall carbon nanotubes
Ti Titnio
TiCl4 Tetracloreto de titnio
TiO2 Dixido de titnio
TiPE Titan Photo Energy
TOTO Ty Tki
UE Unio Europeia
UFSC Universidade Federal de Santa Catarina
UNI Italian Organization for Standardization/ Organizao italiana
de normalizao
US United States Patent/ Patente americana
UV Radiao ultravioleta
UV A Radiao ultravioleta A
UV B Radiao ultravioleta B
UV C Radiao ultravioleta C
UV Vcuo Radiao ultravioleta de Vcuo
VOCs - Volatile Organic Compounds/ Composto Orgnico Voltil
WO3 Trixido de tungstnio
ZnO xido de zinco
XVIII
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO AS APLICAES
1
1. INTRODUO
1.1. Enquadramento conjuntural do tema
No contexto atual deparamo-nos com um grave problema de
sujidade
que em muito afeta a salubridade visual das cidades, bem como os
nveis de
qualidade de vida das mesmas. No espao edificado, a sujidade
apresenta-se
sob a forma de manchas escuras que descaracterizam e
desvalorizam a
imagem dos edifcios, sobretudo dos antigos, revestidos muitas
vezes com
pedra porosa, seja natural ou artificial, na sua construo. Esta
ocorrncia tem
origem nas crescentes emisses de gases poluentes provenientes
dos
automveis e das indstrias, entre outros, responsveis pela
poluio
atmosfrica. Alm disso, tambm se destacam os atos de vandalismo
(graffitis)
que cada vez mais proliferam pelas cidades. Entenda-se que os
graffitis
mencionados referem-se aos que incidem em atos feitos com a
inteno de
vandalizar o espao e que degradam as superfcies dos edifcios.
Devido
sujidade assiste-se a uma degradao precoce dos espaos urbanos.
As
autarquias e os donos de obra no tm mos a medir face s
despesas
exorbitantes que estas obras de limpeza, conservao e
recuperao
acarretam.
Como forma de cessar o impacte econmico e ambiental na
construo
tm vindo a ser desenvolvidos novos materiais de construo com o
objetivo de
ultrapassar as limitaes que os materiais convencionais
apresentam. Em
muitas situaes, tal desenvolvimento faz-se custa da utilizao de
adies
que conferem aos materiais convencionais caractersticas
diferentes das
habituais e lhes permitem responder a necessidades especficas.
Fala-se
especificamente dos nanomateriais.
Existem vrios tipos de nanomateriais, que foram descobertos
nos
ltimos tempos, de entre os quais destaca-se o dixido de titnio
(TiO2), o mais
usado em construo pelas suas propriedades nicas, baixa
toxicidade, custo
reduzido.
As argamassas de auto-limpeza, so um revestimento que contm
na
sua composio, ou na sua superfcie, o referido nanomaterial
(TiO2) que,
1. INTRODUO
2
2
devido s suas propriedades fotocatalticas, quando ativado pela
radiao solar
e pela ao da gua, permite a eliminao de todo o tipo de
sujidade
superfcie (inclusive os graffitis) assim como a purificao do ar
da envolvente.
O mecanismo chave da eficincia deste tipo de argamassas
designa-se por
fotocatlise heterognea. Consiste num mecanismo que
transforma
substncias txicas em substncias puras: dixido de carbono (CO2) e
gua
(H2O). As argamassas de auto-limpeza ou argamassas
fotocatalticas, devido a
estas caractersticas, alm de contriburem para uma melhoria e
manuteno
da salubridade das cidades, permitem ainda uma reduo dos custos
com
obras de limpeza, manuteno e conservao de edifcios.
De acordo com os estudos realizados em diferentes tipos de
argamassa
(cimento e areia; cal hidratada e metacaulino) e com diversas
percentagens de
TiO2, concluiu-se que o melhor desempenho atingido em argamassas
de
cimento, com teor de 2% de TiO2 ao trao 1:3 [PEREIRA et al.,
2010], apesar
de em poucos estudos tambm se obter bons resultados noutro de
tipo de
argamassas, tais como argamassas de cal area, cimento e gesso
[LUCAS et
al., 2013]. Alm disso, estudos [PICADA PROJECT, 2005; PACHECO et
al.,
2013; KRISHNAN et al., 2013; GUO & POON, 2013; VASCONCELOS
et al.,
2014] comprovam que existe uma forma ainda mais eficaz de se
produzir
argamassas de auto-limpeza, sem ser por meio da adio de TiO2 na
matriz da
argamassa. Tal forma consiste na aplicao de um filme fino ou
pelcula de
revestimento fotocataltica, base de TiO2, na superfcie da
argamassa.
No entanto, a aplicao comercial de argamassas com TiO2 em
Portugal
inexistente justificada parte pelo desconhecimento, desconfiana
em torno da
possvel toxicidade deste tipo de materiais e sobretudo pelo
custo inicial muito
elevado que implica. Alm disso, a ausncia de documentos
normativos para a
formulao de argamassas de auto-limpeza, que permitam inserir
estes novos
materiais de construo no mercado, dando-lhes maior credibilidade
e
salvaguardando a segurana no seu manuseio e aplicao, bem
como
garantindo a segurana da sade pblica e ambiental, igualmente
impeditiva
para a disseminao deste material inovador.
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO S APLICAES
3
1.2. Objetivos
A presente dissertao de mestrado tem como principal objetivo
sistematizar a informao existente sobre argamassas com
propriedades de
auto-limpeza, desde a sua formulao at s suas aplicaes. Pretende
ser
uma fonte de divulgao do conhecimento sobre as argamassas
com
propriedades de auto-limpeza, um avano tecnolgico no campo dos
materiais
de construo que visa a despoluio das superfcies das fachadas e
a
reduo da poluio atmosfrica. Assim sendo, pretende tambm
desmistificar
a razo pela qual o uso deste tipo de argamassas ainda no uma
prtica
corrente. Ao apresentar as suas vantagens, limitaes e custos,
ambiciona
prestar o seu contributo no sentido de incentivar o uso corrente
destas
argamassas inovadoras, que recorrem a uma tecnologia limpa
(fotocatlise),
para que as cidades estejam repletas de edifcios em bom estado
de
conservao e se tornem mais sustentveis e menos poludas.
Deste modo, parte-se de uma abordagem geral onde se estuda
na
generalidade o tema das argamassas, passando depois para uma
abordagem
mais particular que incide nos diferentes tipos de argamassas
mais utilizados
no setor da construo, incluindo na rea da conservao e reabilitao
de
edifcios.
Atendendo complexidade que envolve as argamassas de
auto-limpeza
importante estudar os nanomateriais existentes, enquadrando-os
na
Nanotecnologia. Conhecer as suas caractersticas e propriedades
nicas, bem
como identificar quais as suas aplicaes na construo.
Por conseguinte, fundamental estudar e compreender o dixido
de
titnio (TiO2), um nanomaterial de grande potencial que, quando
transformado
escala nanomtrica, confere propriedades fotocatalticas s
argamassas de
auto-limpeza. imprescindvel estudar e analisar os processos de
oxidao
avanada (POA), nos quais se insere o complexo mecanismo
fotodegradador
da fotocatlise heterognea (responsvel pela degradao de
poluentes
orgnicos), inerente ao TiO2. Para esta avaliao estudam-se quais
os fatores
que influenciam o seu desempenho e compreende-se a razo que
justifica a
1. INTRODUO
4
4
preferncia do TiO2 como um dos fotocatalisadores mais utilizados
nas
argamassas de auto-limpeza. preciso investigar a gnese do TiO2,
as
matrias-primas, formas de cristalizao e mtodos de sntese. Para
esta
avaliao apresentam-se alguns casos prticos que ilustram o modo
como
utilizado no setor da construo.
Para dar cumprimento aos objetivos deste trabalho, fulcral
estudar o
conceito geral das argamassas de auto-limpeza, compreender a sua
funo e
identificar as condies propcias ao seu correto funcionamento.
Para tal,
apresenta-se o levantamento de um conjunto de trabalhos de
investigao que
permitem entender como que este tipo de argamassas produzido,
qual o
desempenho, em termos de auto-limpeza e degradao dos
poluentes
atmosfricos, e a sua viabilidade.
Investiga-se o atual panorama das normas e das patentes, a
nvel
nacional e internacional, de forma a compreender a razo que
justifica a sua
aplicao ainda pouco generalizada em Portugal.
ainda do interesse deste trabalho, investigar a existncia de
nano-
produtos base de nano TiO2 que sejam atualmente
comercializados,
descobrir o seu potencial e viabilidade. Para tal, apresenta-se
informao
comercial relativa ao material em estudo.
1.3. Organizao da dissertao
A presente dissertao encontra-se dividida em sete captulos.
Os
fundamentos desta dissertao resultam de uma exaustiva
pesquisa
bibliogrfica cujo objetivo foi reunir e compilar a informao que
concerne ao
tema em estudo: argamassas de auto-limpeza.
No captulo 1 efetua-se o enquadramento conjuntural do tema, onde
se
apresenta sinteticamente o tema alvo do estudo e descrevem-se os
principais
objetivos preconizados.
No captulo 2 apresenta-se o material de construo argamassas.
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO S APLICAES
5
Caracterizam-se os vrios elementos constituintes das argamassas,
bem como
as suas propriedades e funes. Por fim, realiza-se uma
caracterizao dos
vrios tipos de argamassas existentes em termos da sua composio,
funo e
aplicao corrente.
No captulo 3 faz-se uma reflexo sobre os vrios tipos de
nanomateriais
e o seu enquadramento na Nanotecnologia. Explica-se a noo de
escala
nano, faz-se o enquadramento em termos histricos incidindo na
investigao
que tem sido feita ao longo dos anos aps a sua descoberta e o
financiamento
que tem sido investido para desenvolver novos nanomateriais, nas
mais
variadas reas. Apresentam-se os vrios tipos de nanomateriais
existentes, as
propriedades e, por fim, abordam-se as aplicaes mais correntes
destes
materiais inovadores no setor da construo.
No captulo 4 aborda-se o dixido de titnio (TiO2) em detalhe.
Explica-
se, no geral, os processos oxidativos avanados (POA) onde se
enquadra o
mecanismo de fotodegradao da fotocatlise heterognea implcito no
TiO2,
como um dos fotocatalisadores mais utilizados. Descrevem-se
ainda as
caractersticas e propriedades gerais do TiO2, formas de
cristalizao e de
extrao, passando pelos mtodos de sntese das suas nanopartculas.
Por
ltimo, faz-se uma sntese das suas aplicaes no setor da
construo.
O captulo 5 divide-se em trs partes:
Numa primeira parte enquadra-se, de modo global, a situao
das
argamassas de auto-limpeza e explica-se o conceito. Depois
efetua-se um levantamento e anlise dos resultados de
trabalhos
experimentais realizados sobre o tema;
Aborda-se o atual panorama das normas e patentes existentes
sobre argamassas de auto-limpeza, analisando o seu contexto,
a
nvel nacional e internacional;
Com base nas pesquisas realizadas mencionam-se algumas das
principais empresas de produo e comercializao de nano
produtos base de TiO2, onde so apresentados alguns casos de
1. INTRODUO
6
6
estudo e so referidos valores de referncia, aquando da
aplicao deste tipo de materiais.
No captulo 6 sumarizam-se as principais concluses do tema
desenvolvido ao longo da presente dissertao e sugerem-se
trabalhos futuros
que dem seguimento e complementem o tema em questo.
No ltimo captulo renem-se todas as referncias bibliogrficas
consultadas.
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO AS APLICAES
7
2. ARGAMASSAS
2.1. Introduo
Desde h milhares de anos que as argamassas se encontram
associadas arquitetura e construo de edifcios. Utilizavam-se
sobretudo
para a construo de muros e paredes bem como para o seu
revestimento.
Nos primrdios, as construes eram dbeis mas com a evoluo do
conhecimento de materiais converteram-se em algo mais slido
e
progressivamente mais resistente.
Factos histricos demonstram que as primeiras argamassas
remontam
h cerca de 10 000 anos na Galileia, atual estado de Israel. O
fabrico de gesso
e cal era habitual para a maioria dos povos das antigas
civilizaes (chineses,
egpcios, etruscos, fencios, gregos, incas e romanos) sendo
utilizado na
consolidao dos elementos de alvenaria ou na confeo de rebocos
pintados.
Com o intuito de melhorar a sua qualidade de vida e assegurar a
sua proteo,
os povos das antigas civilizaes, baseando-se nos recursos
naturais
disponveis, comearam a erguer abrigos [BRANCO, 1981; OLIVEIRA,
1959;
SOUSA, 2009].
Desde a Antiguidade e da Idade Mdia que a mistura de aditivos
e
adjuvantes (exemplo banha, sangue, cinzas), onde se adicionavam
ligantes e
agregados, era utilizada com o objetivo de melhorar o desempenho
das
argamassas [MARZO, 1997; SOUSA 2009]. Estudos recentes mostram
que os
adjuvantes utilizados na poca funcionavam como introdutores de
ar,
melhoravam a distribuio de vazios e aumentavam a resistncias aos
ciclos
de gelo/ degelo, o que contribua para aumentar a durabilidade
das edificaes
[BAYER & LUTZ, 2003].
Foi a partir de 1824 que se observou uma grande mudana no
panorama das argamassas aquando do surgimento do cimento
Portland, por
Joseph Aspdin, substituindo na grande parte das obras de
construo civil, o
uso da cal hidrulica e da cal area. O cimento Portland torna-se
assim o
2. ARGAMASSAS
8
8
ligante hidrulico mais empregue na produo de rebocos de
enchimento e
acabamento [OHARE, 1995].
O uso de um nico ligante, assim como de um nico tipo de
agregado,
nas argamassas produzidas em obra, no conduziu a um bom
desempenho do
reboco que com frequncia foi apresentando fenmenos de retrao e
por
conseguinte fissuraes. Tal deveu-se ao uso constante de
argamassas
demasiado rgidas, com elevadas resistncias mecnicas (no
compatveis
para o fim a que se destinavam), motivadas pela presso do
cumprimento de
prazos muito exigentes. Para resolver esta situao, surgem as
argamassas
industriais, permitindo assim melhorar a qualidade destas, a sua
rapidez de
execuo assim como a disponibilizao de uma vasta gama de produtos
com
um grau de especializao superior. Alm das argamassas de reboco e
de
alvenaria, apareceram novos produtos: argamassas para
pavimento
(betonilhas) e de regularizao. Em meados do sculo XX observou-se
um
forte crescimento deste tipo de argamassas justificado tambm
pela evoluo
do transporte, com a sistematizao do transporte a granel e com
a
mecanizao dos sistemas de mistura [ASHURST, 1997; NERO,
2001;
RIBEIRO, 2004-2005; SOUSA 2009].
Atualmente, a maioria do conhecimento sobre a produo e aplicao
de
argamassas de cal tem-se vindo a perder ou precisa de ser
sujeito a uma
reviso e aprofundamento para se adaptar s novas exigncias dos
edifcios
atuais [VIEIRA, 2013].
2.2. Definio e conceito
As argamassas correspondem a uma mistura homognea de
agregados
(areias, gravilhas), agentes ligantes e gua. s mesmas podem
adicionar-se
substncias que pretendem melhorar o desempenho especfico e que
so os
aditivos e as adies, sob a forma de adjuvantes e pozolanas,
respetivamente
[MARGALHA, 2011].
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO S APLICAES
9
Tal como o beto, as argamassas tambm adquirem plasticidade
nas
primeiras horas de produo e endurecem com o tempo, alcanando
elevada
resistncia e durabilidade [MIRANDA, 2009].
Nos dias de hoje, existe um vasto campo de aplicao deste
material
que vai desde o assentamento de alvenarias, impermeabilizao/
regularizao de superfcies, bem como aos revestimentos e
acabamentos.
As argamassas aplicadas como revestimentos tm de ser
apropriadas
para que possam aderir corretamente ao suporte, acompanhando
os
movimentos internos resultantes da secagem e do processo de
endurecimento,
bem como as solicitaes exteriores. Devem tambm permitir as
trocas de
vapor entre o interior e o exterior dos edifcios, fundamentais
para expulsar a
gua infiltrada. Os fenmenos atrs referidos relacionam-se entre
si, uma vez
que fundamental uma escolha correta das quantidades das
matrias-primas
para cumprir os requisitos pr-definidos [MARGALHA, 2011].
Margalha [MARGALHA, 2011] refere que as argamassas de
revestimento (sistema tradicional) so aplicadas segundo trs
camadas
distintas (prevenindo assim a fissurao e sua propagao):
Salpico (chapisco, crespido ou camada de aderncia) primeira
camada
de todas, mais fina e rugosa, bastante fluda, com maior
quantidade de
ligante. Tem a funo de homogeneizar a absoro do suporte e fazer
a
ligao com a alvenaria;
Base (reboco) segunda camada aplicada sobre o salpico, uma
camada mais espessa, permite a regularizao e impermeabilizao
do
suporte. Pode ser constituda por mais do que uma camada. O
acabamento no deve ser muito liso de modo a conferir
aderncia
camada de acabamento;
Acabamento (esboo, emboo) decide o aspeto do suporte em
termos
de cor e textura. Apresenta uma areia com granulometria mais
fina e/ou
menor quantidade de ligante.
2. ARGAMASSAS
10
10
Alm do mtodo tradicional referido existe tambm a monocamada.
Tratam-se de argamassas no tradicionais, pr-doseadas e
industrializadas.
So constitudas por ligantes e cargas minerais selecionadas,
enriquecidas
com aditivos/ adjuvantes. A sua aplicao consiste numa s
camada,
substituindo assim o sistema tradicional de reboco mais pintura.
Para alm
disto, conferem proteo, impermeabilizao e decorao s fachadas
[SOUSA, 2009].
2.3. Constituintes das argamassas
O presente subcaptulo versa sobre os constituintes das
argamassas,
sendo estas o resultado de uma mistura de agregados com ligantes
orgnicos
ou inorgnicos, aditivos e/ou adjuvantes. Cada um dos
constituintes das
argamassas ser apresentado em termos de conceito geral,
composio,
classificao e respetivas funes/ papel integrante.
2.3.1. Agregados
Designa-se por agregado o material particulado, incoesivo, de
atividade
qumica praticamente nula, composto por misturas de partculas
cobrindo uma
extensa gama de tamanhos [FALCO BAUER, 1994].
Segundo Faria Rodrigues [FARIA RODRIGUES, 2004], os
agregados
classificam-se em grossos e finos e so o esqueleto das
argamassas.
Nascimento Paulo [NASCIMENTO PAULO, 2006] refere que os
agregados tambm podem ser classificados pela origem, dimenso
das
partculas e pela massa volmica aparente.
Em termos da origem podem ser:
Naturais agregados que se encontram na natureza, exemplo areia
e
cascalho;
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO S APLICAES
11
Industrializados possuem composio particulada proveniente de
processos industriais, exemplo escria de alto forno;
Reciclados resultantes de processamento inorgnico utilizado
na
construo.
Quanto dimenso das partculas:
Finos consistem em areias que podem ser recicladas ou britadas,
com
partculas de dimenses reduzidas;
Grossos trata-se do godo, com origem sedimentar, calhau ou seixo
e
das britas.
Quanto massa volmica aparente:
De acordo com a densidade do material que compe as partculas,
os
agregados designam-se por leves, mdios/ normal e pesados.
Em termos qumicos, os agregados finos naturais resultam da
desagregao de rochas podendo, por isso, subdividir-se
essencialmente em
dois grupos: areias siliciosas (quartzozas e granticas,
provenientes de rios ou
de areeiro) e areias calcrias (oriundas da britagem de material
de pedreiras).
Podem incluir maior ou menor percentagem de argila, o que devido
a isso,
podem conferir s argamassas maior trabalhabilidade e resistncia.
No
entanto, podem ainda diminuir a coeso agregado-ligante, sendo
necessrio
uma maior adio de gua, o que pode provocar o desenvolvimento
dos
fenmenos de retrao [FARIA RODRIGUES, 2004; RATO, 2006].
Os agregados interferem na compacidade da argamassa devido
sua
granulometria e forma das partculas que, por conseguinte,
influencia o volume
de vazios. O uso de agregados tem o objetivo de reduzir a
retrao, aumentar
a porosidade melhorando assim a permeabilidade ao vapor de gua,
reduzir o
teor de ligante, aumentar a resistncia ao gelo e a resistncia
compresso
[CAVACO, 2005].
Grilo [GRILO, 2013] refere no seu trabalho que, no caso de
Portugal, os
agregados finos naturais so maioritariamente provenientes de
areeiros,
2. ARGAMASSAS
12
12
jazidas ou de leitos de rio mas tambm da fragmentao de rochas.
No
contexto da sua constituio mineralgica, de um modo geral, as
areias so
siliciosas formadas sobretudo por quartzo [RATO, 2006; CARNEIRO,
2012].
Cavaco [CAVACO, 2005] refere que na escolha dos agregados a
utilizar
na produo de argamassas deve ser tido em conta o tipo de
argamassa (uso
a que se destina) e qual o desempenho pretendido. Alm disso,
devem-se
observar as seguintes caractersticas no agregado: granulometria;
forma da
partcula; inalterabilidade ao ar; gua e outros agentes;
compatibilidade
qumica com os componentes da argamassa; resistncia mecnica e
eroso;
ausncia de substncias nocivas (matria orgnica, partculas moles,
entre
outras). Sousa [SOUSA, 2009] refere que as areias empregues na
produo de
argamassas devem apresentar-se limpas, secas, e no podem conter
matria
orgnica.
A forma dos gros e respetiva curva granulomtrica interferem
no
aspeto, na cor, na porosidade e na trabalhabilidade da
argamassa. Ou seja,
quanto menor for o mdulo de finura dos agregados, menos compacta
ser a
argamassa, e por conseguinte maior ser a dimenso dos vazios,
tornando-se
assim mais trabalhvel [GASPAR, 2002; SOUSA 2009].
Os autores [AGOSTINHO, 2008; MARTINS, 2008; FONTES, 2011]
referem que a granulometria e a forma das partculas interfere na
porosidade
da argamassa. Isto , quanto mais extensa for a granulometria,
recomendando-
se 2/3 de partculas grossas e 1/3 de partculas finas, e quanto
mais angulosas
forem as partculas, menor ser a percentagem de vazios e, por
conseguinte,
menor a percentagem de gua e a dosagem de ligante
necessrios,
proporcionando uma reduo no fenmeno de retrao. Por outro lado,
as
partculas angulosas conferem melhor compacidade e atrito entre
si,
aumentando a resistncia do revestimento.
De um modo geral, pode-se concluir que os agregados so um
material
particulado que estrutura as argamassas. Classificam-se quanto
origem,
dimenso das partculas e massa volmica aparente. Em Portugal, a
sua
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO S APLICAES
13
origem sobretudo de areeiros, jazidas ou de fragmentao de
rochas.
2.3.2. Ligantes
Designam-se por ligantes os materiais que apresentam o poder
de
aglutinar outros materiais e que tm papel ativo no
estabelecimento da unio
entre os demais constituintes das argamassas [CAVACO, 2005].
Gomes e colaboradores [GOMES et al., 2013] dividem os
ligantes
segundo dois tipos: inorgnicos e orgnicos.
Os ligantes inorgnicos existem sob a forma de um p de grande
finura,
o seu uso implica a mistura com gua para assegurar a adequada
mistura e
conexo das partculas a unir. Ao serem misturados com gua, este
tipo de
ligantes gera pastas com fluidez e plasticidade variveis, com a
capacidade de
alterarem a forma pretendida e de criarem superfcies lisas.
Subdividem-se
ainda em dois tipos: areos e hidrulicos [GOMES et al.,
2013].
Ligantes inorgnicos areos s apresentam capacidade de fazer
presa,
endurecer e se manterem mecanicamente resistentes se conservados
ao ar.
Exemplos: cal area e gesso [GOMES et al., 2013].
Cais areas: designam-se por cais areas todas as cais
compostas
nomeadamente por xido ou hidrxido de clcio, que endurecem de
forma lenta ao ar por influncia do dixido de carbono atmosfrico.
Por
norma no fazem presa dentro de gua, dado que no so dotadas
de
propriedades hidrulicas. Traduzem-se em cais vivas ou cais
hidratadas.
As cais vivas so cais areas compostas sobretudo por xido de
clcio e
por xido de magnsio fabricadas por calcinao de rocha calcria
e/ou
de dolomite. Aquando da sua presena na gua verificam uma
reao
exotrmica. Por outro lado, as cais hidratadas consistem em
cais
clcicas ou dolomticas e resultam do processo de extino das
cais
vivas. Apresentam-se na forma de um p seco, uma pasta, ou ento
de
uma calda (leite de cal) [NASCIMENTO PAULO, 2006];
2. ARGAMASSAS
14
14
Gesso: produzido com base na matria-prima rica em gipsita,
existente
em vrios locais, e apresenta muitas aplicaes, justificadas pela
sua
capacidade de desidratao e de re-hidratao [GOMES et al., 2013].
O
gesso constitudo por sulfato de clcio, que existe na natureza
de
modo hidratado. O gesso apresenta uma capacidade de fazer
presa
rpida, possui fcil obteno e as suas baixas temperaturas em
produo, garantiram, durante muito tempo, o seu uso como
constituinte
preferido no fabrico de argamassas. A sua aplicao direcionada
para
climas secos e para o interior de edifcios. Apresenta dois
grandes
pontos negativos: uma baixa resistncia mecnica e solubilidade
em
guas pluviais, sendo contrariados com a mistura com cal. A
sua
vantagem consiste em expandir ligeiramente durante a presa,
prevenindo assim problemas associados retrao. aplicado no
fabrico de cimentos com o objetivo de retardar a presa do
clnquer. Com
o tempo, o gesso foi caindo em desuso [MARQUES, 2005].
Os ligantes inorgnicos hidrulicos quando misturados com gua,
adquirem a capacidade de fazer presa, endurecer e assegurar a
resistncia ao
longo do tempo, quer conservados ao ar, quer em gua. Exemplos:
cal
hidrulica e cimento Portland [GOMES et al., 2013].
Cal hidrulica natural: cais criadas atravs de calcinao de
calcrios
mais ou menos argilosos com reduo a p por extino, com ou sem
moagem. Todas as cais deste gnero tm a vantagem de fazer presa
e
endurecer debaixo de gua, dada a sua componente hidrulica
[NASCIMENTO PAULO, 2006].
Cimento Portland: trata-se de um dos ligantes mais aplicados no
fabrico
de argamassas e tambm de betes. Tem a caracterstica de
ganhar
presa e endurecer atravs da hidratao, no ar ou ento em gua.
Alm
disto, o cimento tem tambm poder aglomerante, que se observa
sempre que adicionado aos agregados [NASCIMENTO PAULO,
2006].
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO S APLICAES
15
No que diz respeito aos ligantes orgnicos, salienta-se os
ligantes
betuminosos, empregues no fabrico de betes betuminosos para
os
pavimentos rodovirios, assim como alguns materiais polimricos
(exemplo:
resinas sintticas acrlicas, epoxdicas, fenlicas entre outras)
[GOMES et al.,
2013].
A capacidade que os ligantes tm de desenvolver o processo de
endurecimento e assegurar, ou no, as suas propriedades na
presena da
gua influenciada pelo ndice de hidraulicidade das
matrias-primas
empregues no seu fabrico [CAVACO, 2005; FARIA RODRIGUES,
2004;
AGOSTINHO, 2008].
De um modo geral, conclui-se que os ligantes permitem aglutinar
os
vrios constituintes das argamassas. Podem dividir-se em ligantes
inorgnicos
e orgnicos.
Os ligantes inorgnicos encontram-se sob a forma de p e
apresentam
elevada finura. Ao serem misturados com gua originam pastas
muito fluidas e
plsticas. Os ligantes inorgnicos subdividem-se em: areos (cal
area, gesso)
e hidrulicos (cal hidrulica natural, cimento Porland).
Relativamente aos ligantes orgnicos, referem-se os ligantes
betuminosos, utilizados na produo de beto betuminoso empregue em
pisos
rodovirios, e os materiais polimricos como por exemplo as
resinas.
2.3.3. Adjuvantes
Segundo Coutinho [COUTINHO, 1988] designa-se por adjuvante a
substncia utilizada em percentagem inferior a 5% da massa do
ligante,
adicionada durante a amassadura aos componentes normais das
argamassas,
com a funo de alterar determinadas propriedades destes
materiais, tanto no
estado fresco como no estado endurecido, e tambm durante a
passagem de
um estado para outro.
2. ARGAMASSAS
16
16
De acordo com os vrios autores [BOTELHO, 2003; CAVACO, 2005;
COUTINHO, 1988; VEIGA, 1998; FONTES, 2011; NASCIMENTO PAULO,
2006] enunciam-se os adjuvantes aplicados na produo de
argamassas:
Hidrfugos diminuem a permeabilidade gua no revestimento e
reduzem a capilaridade. Contudo, devem ser usados com algum
cuidado
sobretudo em argamassas de cal area devido ao facto de
conduzirem a
uma diminuio da permeabilidade do vapor de gua;
Aceleradores de presa aumentam a presa e, por conseguinte,
melhoram substancialmente a resistncia da argamassa. So
aconselhveis para situaes urgentes e climas frios e hmidos,
pois
diminuem drasticamente o tempo e a trabalhabilidade da massa.
Tm
contudo, o problema de reduzir as resistncias aos ciclos de gelo
e
degelo;
Retardadores de presa prolongam as reaes de hidratao durante
um perodo mais extenso do que o normal. Assim, a diminuio da
viscosidade da massa mais demorada enquanto que o tempo de
trabalhabilidade da massa em estado fresco superior;
Introdutores de ar transformam a reologia da massa fresca com
a
introduo de pequenas bolhas. Resultam da formao de um grande
nmero de bolhas de ar que se distribuem homogeneamente pela
argamassa, mantendo-se aps o seu emprego e fase endurecida.
Essas
bolhas assumem a funo de corte na capilaridade, obtendo-se
assim
um aumento da resistncia nos ciclos gelo/ degelo, das
caractersticas
trmicas da argamassa e a diminuio do fenmeno da retrao;
Expansivos opem-se ao fenmeno de retrao, provocando uma
ligeira expanso sem afetar, posteriori, a estabilidade da
argamassa
no estado endurecido;
Plastificantes aumentam a trabalhabilidade da argamassa e
reduzem a
segregao, conduzindo a uma diminuio da quantidade de gua
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO S APLICAES
17
usada na amassadura, e eventualmente a quantidade do
ligante,
permitindo assim menor risco de retrao. Apresentam o
inconveniente
de poder retardar a presa e diminuir as resistncias
iniciais;
Fungicidas previnem a possvel fixao de organismos (musgo,
bolor)
na superfcie da argamassa.
De um modo geral, conclui-se que os adjuvantes consistem em
substncias que se adicionam em pequenas quantidades s argamassas
no
ato da amassadura a fim de se modificar determinadas
propriedades, em
estado fresco ou ento em estado endurecido.
2.3.4. Adies
As adies so materiais inorgnicos finamente divididos (modos
ou
no) que podem ser adicionados s argamassas com o objetivo de
obter ou
melhorar propriedades especficas [COSTA & APPLETON,
2002].
Classificam-se segundo dois tipos: adies do tipo I
praticamente
inertes e adies do tipo II pozolnicas ou hidrulicas.
Nas adies do tipo I praticamente inertes - existem:
Cargas ou filers minerais: so materiais inorgnicos, naturais
ou
artificiais, selecionados com base na distribuio
granulomtrica,
permitem aperfeioar as propriedades das argamassas, como o
caso
da trabalhabilidade ou da reteno de gua. So quase inertes e
no
possuem propriedades hidrulicas nem propriedades pozolnicas.
Exemplo: filer calcrio [NASCIMENTO PAULO, 2006; COUTINHO,
1988;
COSTA & APPLETON, 2002].
Pigmentos inorgnicos: traduzem-se em ps de cor determinada,
extremamente finos cuja funo conferir cor argamassa. Tm
sobretudo aplicao em argamassas de revestimentos com teor
esttico
[VEIGA, 1998; COUTINHO, 1988; NASCIMENTO PAULO, 2006].
2. ARGAMASSAS
18
18
Nas adies do tipo II pozolnicas e hidrulicas existem:
Adies com propriedades hidrulicas latentes: possuem por si s
caractersticas hidrulicas, apresentam a capacidade de reagir
diretamente com a gua e endurecer. Exemplo: escria de alto
forno
[GOMES et al., 2013a];
Adies pozolnicas: ao contrrio das anteriores, estas adies no
reagem diretamente com a gua pelo que precisam da presena de
hidrxido de clcio para reagir. Exemplo: pozolana natural, cinza
volante
e slica de fumo [GOMES et al., 2013a].
A utilizao de adies nas argamassas em Portugal ainda
reduzida,
por isso, aconselhvel ser antecedida pela realizao de ensaios a
fim de se
verificar a sua compatibilidade [MARTINS, 2008; VEIGA,
1998].
2.3.5. gua de amassadura
A quantidade de gua utilizada na produo das argamassas
condiciona
a sua consistncia, o processo de endurecimento, a aderncia ao
suporte, as
caractersticas no estado endurecido e a qualidade final dos
revestimentos
[AGOSTINHO, 2008; CAVACO, 2005].
A gua adicionada na amassadura das argamassas deve ser isenta
de
substncias impuras em quantidades que possam prejudicar as
propriedades
das argamassas.
Deve-se evitar particularmente o uso da gua do mar dado que
contm
grande teor em sais. Alm disto, as guas minerais, mesmo as
potveis,
tambm no devem ser utilizadas devido ao facto de no conseguirem
obter a
saturao, atrasando assim o processo de presa [CAVACO, 2005;
BOTELHO,
2003].
No trabalho de Agostinho [AGOSTINHO, 2008] este identifica a
temperatura da gua como sendo outro fator importante a ter em
ateno pois
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO S APLICAES
19
influencia o tempo de endurecimento. Rojas [ROJAS, 2002] refere
que caso a
temperatura seja superior a 30.C o processo de endurecimento
aumenta
enquanto que com temperaturas menores do que 7.C o processo
retardado.
Uma vez que preciso saber dosear a quantidade de gua deve-se,
por
isso, aplicar o volume mnimo de gua para garantir a consistncia
fundamental
de modo a que argamassa possa ser aplicada em condies
adequadas
[CAVACO, 2005].
De um modo geral, conclui-se que a gua de amassadura deve
ser
isenta de sais e ser doseada na quantidade mnima para no pr em
risco a
trabalhabilidade, e se obter uma trabalhabilidade tima para a
aplicao em
vista. Alm disso, a temperatura interfere no processo de
endurecimento.
2.4. Propriedades gerais
As argamassas apresentam propriedades diferentes consoante
se
apresentam no estado fresco ou estado endurecido.
Em relao ao estado fresco, enunciam-se, como exemplo, as
seguintes
propriedades: trabalhabilidade, reteno de gua, consistncia,
plasticidade,
aderncia inicial [CRUZ, 2009; AGUIAR, 2007; AZEVEDO, 2011].
Quanto ao estado endurecido, avaliam-se as seguintes
propriedades:
aderncia, retrao, capacidade de absorver ou acomodar as
deformaes,
resistncia mecnica, permeabilidade, condutibilidade trmica,
resistncia ao
ataque de agentes qumicos, resistncia ao fogo, entre outras
[CRUZ, 2009;
AGUIAR, 2007; AZEVEDO, 2011].
Segue-se uma breve descrio de algumas das propriedades que
importam nas argamassas de revestimento:
Trabalhabilidade a propriedade de trabalhabilidade relaciona-se
com a
consistncia (trata-se do grau de humidade de uma mistura e
est
associado com o nvel de plasticidade da massa). Consiste na
facilidade
de trabalhar, ou seja, de manusear corretamente e aplicar a
argamassa,
2. ARGAMASSAS
20
20
tendo em conta a sua compacidade, rendimento e aderncia ao
suporte
[GASPAR, 2002; MIRANDA, 2009].
Resistncia mecnica relaciona-se com o mdulo de elasticidade
e
interfere na trabalhabilidade e na resistncia deformao da
argamassa [MIRANDA, 2009]. Indica maior ou menos resistncia
a
solicitaes mecnicas.
Compatibilidade com o suporte a compatibilidade entre a
argamassa e
o suporte est relacionada com uma srie de parmetros:
compatibilidade geomtrica, compatibilidade fsica,
compatibilidade
mecnica, compatibilidade qumica. Tais parmetros devem
assegurar
uma boa aderncia entre ambos bem como o equilbrio das trocas
higrotrmicas entre a argamassa e o suporte [GASPAR, 2002;
MIRANDA, 2009].
Resistncia fendilhao com a perda de gua e consequente
reduo do volume, a argamassa depois de aplicada pode
registar
fenmenos de retrao acompanhados de fendilhao. A tendncia
para
o fenmeno de fendilhao aumenta com o aumento da retrao e
tambm com o aumento da relao de elasticidade/ resistncia
trao
[MIRANDA, 2009]. Existem no entanto, fatores que evitam o
fenmeno
de fendilhao como o caso de uma boa aderncia ao suporte,
poder
de reteno elevado, condies de aplicao, caractersticas do
suporte
com os seus movimentos e deformaes e tambm o nvel de exposio
aos agentes atmosfricos [GASPAR, 2002; MIRANDA, 2009].
Permeabilidade gua consiste na capacidade da gua ser
absorvida
no suporte, atravs de capilaridade ou de permeabilidade
[MIRANDA,
2009].
Durabilidade esta propriedade est associada sua capacidade
de
resistncia relativamente aos meios e agentes agressivos, pelo
que a
sua integridade dever ser salvaguardada durante a sua aplicao e
ao
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO S APLICAES
21
longo do seu perodo de vida til [AZEVEDO, 2011].
Aguiar [AGUIAR, 2007] refere que, ao longo da sua vida til
as
argamassas devero manter as suas propriedades essenciais e dar
resposta
aos requisitos mnimos de desempenho que lhe so exigidos. Posto
isto,
devero manter a unio dos seus constituintes, resistindo assim s
intempries
e agentes agressivos. Alm disto, existem determinados fatores
que
condicionam as propriedades das argamassas que so
nomeadamente:
a dosagem e o tipo de ligante aplicado;
a proporo de gua usada, fundamental para hidratar o ligante
e
molhar a areia, em caso de excesso provoca maior volume de
vazios
que conduzem a menores resistncias compresso e a uma maior
permeabilidade;
o devido cumprimento das condies de aplicao em obra assim
como
a sua conservao.
Em suma, as propriedades das argamassas relacionam-se com o
seu
estado de caracterizao, que pode ser estado fresco ou estado
endurecido.
As principais propriedades que importam avaliar nas argamassas
so a
trabalhabilidade, resistncia mecnica, compatibilidade com o
suporte,
resistncia fendilhao, permeabilidade gua e durabilidade. Existe
um
conjunto de fatores que exercem influncia nas propriedades das
argamassas,
tais como: a dosagem e tipo de ligante utilizado; a quantidade
de gua
adicionada na mistura, a salvaguarda das boas normas de aplicao
das
argamassas em obra e o cumprimento da sua conservao.
2.5. Tipos de argamassas correntes
Neste subcaptulo abordam-se os vrios tipos de argamassas
correntes
no mercado, inclusive na rea da conservao e reabilitao de
edifcios
antigos, onde sero apresentados os constituintes, aplicaes e
caractersticas.
2. ARGAMASSAS
22
22
2.5.1. Argamassas de cal area
Alm dos constituintes bsicos de uma argamassa, apresentam
como
componente principal cal area. Utilizam-se, regra geral, traos
volumtricos
fortes em ligante de 1:3, com um ou dois tipos de areia
[AGOSTINHO, 2008].
Tm uma absoro capilar elevada, no entanto, apresentam
elevada
permeabilidade ao vapor de gua, que proporciona a evaporao de
gua que
possa existir no interior dos paramentos [CAVACO, 2005].
Neste tipo de argamassas ocorrem dificuldades ao nvel da presa,
em
ambientes hmidos e com pouca presena de dixido de carbono, visto
que o
seu endurecimento e desenvolvimento de resistncia mecnica ocorre
devido
carbonatao. Alm disto, o desempenho das argamassas de cal
area
muitssimo condicionado pela sua aplicao em obra [BOTELHO, 2003;
PINTO
& GOMES, 2006/2007].
As argamassas de cal area tm resistncia mecnica baixa, que
contrasta com a sua elevada trabalhabilidade, deformabilidade,
capacidade de
absoro de gua, porosidade, associada a uma menor retrao face
s
argamassas de cimento [BOTELHO, 2003; PINTO & GOMES,
2006/2007].
Podem ainda produzir solues mais permeveis do que as obtidas
com
as argamassas de ligante hidrulico, caracterstica importante
sempre que as
argamassas sejam utilizadas como camadas de reboco de edifcios
antigos
[AGOSTINHO, 2008].
Agostinho [AGOSTINHO, 2008] refere que o comportamento
mecnico
das argamassas de cal area verifica elevado desempenho sempre
que o
mdulo de elasticidade da argamassa de revestimento inferior ao
do suporte
e similar ao da argamassa preexistente. Ou seja, so asseguradas
as
condies de compatibilidade entre a argamassa preexistente e a
argamassa
recente permitindo assim, que esta acompanhe as oscilaes do
suporte,
tornando as tenses internas mnimas [BOTELHO, 2003].
Este tipo de argamassas apresenta baixa resistncia mecnica,
dado
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO S APLICAES
23
que a tenso de rotura flexo muito inferior da compresso. Assim
sendo,
quanto maior for esta razo maior ser a ductilidade do material
de suporte
[FARIA RODRIGUES, 2004].
Num dos seus trabalhos de investigao Veiga [VEIGA, 2003] refere
que
estas argamassas tm demonstrado ter problemas com durabilidade,
quando
expostas s intempries (chuva e sobretudo gelo). Todavia, as
argamassas de
cal chegaram at aos nossos dias e apresentam adequada resistncia
e
coeso face a muitas argamassas atuais. Segundo Agostinho
[AGOSTINHO,
2008] este tipo de argamassas considerado o mais adequado para
obras de
conservao e reabilitao de edifcios antigos e o mais apropriado
para a
produo de revestimentos de alvenarias antigas, onde se verifica
uma boa
compatibilidade entre os materiais e opes construtivas.
2.5.2. Argamassas de cal hidrulica
Alm dos constituintes gerais de uma argamassa, as argamassas de
cal
hidrulica so assim designadas visto que so produzidas com
aglomerantes
hidrulicos, como o caso da cal hidrulica, desenvolvendo presa ao
ar e
tambm na presena de gua [MIRANDA, 2009].
Tm propriedades intermdias em relao s argamassas de cimento
e
s argamassas de cal area. Em termos de resistncia e retrao,
observam-
se inferiores s argamassas de cimento, provocando assim menor
tendncia
para fendilhao, contudo verificam-se superiores s argamassas de
cal area.
Apresentam um coeficiente de capilaridade mais elevado
relativamente ao das
argamassas de cimento, todavia menor do que o das argamassas de
cal area
[AGOSTINHO, 2008; BOTELHO, 2003].
Uma vez que as argamassas de cal hidrulica tm resistncias
mecnicas inferiores s do cimento (tanto flexo como
compresso),
renem condies propcias formao de cristais no seu interior e, por
isso,
apresentam menor tendncia para interferir na degradao mecnica
das
2. ARGAMASSAS
24
24
alvenarias. Os cristais arranjam espao suficiente para se
desenvolver no
interior dos poros sem criar presses excessivas. Os valores das
suas
resistncias devem ser, satisfatrios no caso de situaes onde no
se
prevejam situaes muito gravosas de choques, punoamento ou
atrito
[PENAS, 2008; VEIGA & CARVALHO, 1994].
So consideradas argamassas muito porosas, pelo que a velocidade
de
absoro da gua nos instantes iniciais muito alta, levando a um
coeficiente
de capilaridade elevado [PENAS, 2008; VEIGA & CARVALHO,
1994].
Na investigao de Penas [PENAS, 2008] consta-se que este tipo
de
argamassas caracteriza-se por mdulos de elasticidade dinmicos
baixos,
inferiores aos das argamassas de cimento. Isto indica que estas
argamassas
tm elevada deformabilidade, boa capacidade para absorver tenses
internas
provocadas pela retrao e pela interao ao suporte. Alm disso,
so
argamassas onde se verifica nvel baixo de aderncia a um suporte
de
alvenaria de tijolo, pelo que a rotura ocorre na argamassa. No
obstante deste
tipo de rotura, tal no implica que a aderncia seja ineficaz mas
tem
efetivamente m ligao devido sua porosidade caracterstica [VEIGA
&
CARVALHO, 1994; PENAS, 2008].
Este tipo de argamassa garante boa trabalhabilidade, aderncia
s
superfcies, bom acabamento, maior rentabilidade de mo-de-obra,
melhorando
progressivamente a qualidade da construo [MIRANDA, 2009].
Tem aplicao em revestimentos para reabilitao de edifcios
antigos,
visto possurem boas caractersticas (elasticidade, permeabilidade
ao vapor de
gua, resistncia aos sais, desenvolvimento moderado da
resistncia
mecnica) que se compatibilizam com os suportes antigos,
assegurando assim
a preservao do patrimnio histrico. Todavia, as argamassas de
cal
hidrulica so tambm adequadas construo nova, tornando-a mais
sustentvel uma vez que so produzidas com pouca energia, por
conseguinte
menos emisses de dixido de carbono [SECIL ARGAMASSAS, n.
d.].
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO S APLICAES
25
2.5.3. Argamassas de cimento
So constitudas essencialmente por ligantes cimentcios, e
adquirem
elevada resistncia mecnica em curto espao de tempo [MIRANDA,
2009].
No caso deste tipo de argamassas terem de responder a
exigncias
mecnicas e de grande compacidade, os revestimentos devem ter
traos
muito ricos em cimento, por exemplo 1:2 e 1:3, o que exige
cuidados especiais
na aplicao e na secagem [MIRANDA, 2009].
Agostinho [AGOSTINHO, 2008] refere no seu estudo que no contexto
de
argamassas de substituio de rebocos antigos, as argamassas de
cimento ou
as argamassas com trao muito forte neste ligante so
desaconselhadas
devido ao facto de serem pouco deformveis e pouco permeveis,
muito
resistentes em termos mecnicos, todo um conjunto de
caractersticas que ir
conduzir a tenses elevadas e fendilhao provocada pela elevada
retrao
[VEIGA & CARVALHO, 1994]. Alm disso, a incompatibilidade com
os suportes
antigos tambm justificada pelo seu teor em sais solveis,
reduzida
permeabilidade ao vapor de gua e elevada resistncia mecnica
[CAVACO,
2005; BOTELHO, 2003; PINTO & GOMES, 2006/2007; VEIGA,
2003].
De acordo com o trabalho de investigao de Veiga [VEIGA, 2003]
as
argamassas de cimento verificam um acabamento final bastante
diferente das
argamassas antigas, ao nvel da textura da superfcie e da refrao
da luz.
Contm na sua composio sais solveis que so conduzidos para o
interior
das paredes e a cristalizam, aumentando assim a sua degradao. A
rigidez
excessiva e a capacidade limitada de permitir a secagem da
parede so
caractersticas que acentuam a incompatibilidade com os suportes
antigos.
As argamassas de cimento apresentam fraca compatibilidade com
os
suportes antigos [AGOSTINHO, 2008], por isso, so empregues
essencialmente ao nvel da construo recente nomeadamente na
construo
de pisos enquanto argamassa armada, na produo de chapisco
para
aplicao em paredes de alvenaria e estruturas de beto [MIRANDA,
2009].
2. ARGAMASSAS
26
26
Aquando da adio de cal apagada (ou hidratada) neste tipo de
argamassas, o mdulo de elasticidade diminui substancialmente,
sem
prejudicar na mesma proporo a resistncia trao, que por sua vez
a
mxima resistncia de aderncia da argamassa e, por isso, tende a
aumentar a
vida til do revestimento algo diferente consoante se trate de
edifcios correntes
e de edifcios antigos [MIRANDA, 2009].
2.5.4. Argamassas bastardas
De acordo com o autor Agostinho [AGOSTINHO, 2008] devido
incompatibilidade entre as argamassas de cimento e os suportes
antigos,
surgem as argamassas bastardas de cimento, cal (area ou
hidrulica) e areia,
que visam dar resposta a esta situao pois permitem conciliar as
vantagens
do uso da cal com as do cimento. Apresentam bom comportamento
em
edifcios antigos [VEIGA, 2003].
As argamassas bastardas consistem em argamassas constitudas
por
mais do que um elemento ligante. Podem apresentar, na sua
composio
ligantes de cal e gesso ou ento cal e cimento [COSTA, 2008].
Neste tipo de argamassas os traos variam bastante. Aquando
da
presena do cimento, este aparece normalmente em menor quantidade
em
relao aos demais constituintes devido aos inconvenientes do seu
uso
[AGOSTINHO, 2008; BOTELHO, 2003; PINTO & GOMES,
2006/2007].
As argamassas bastardas de cimento e cal area, em relao s de
cimento, possuem melhor comportamento em edifcios antigos devido
sua
maior deformabilidade, maior porosidade e menor tendncia para a
ocorrncia
de fissuras. Contudo, verifica-se um alto teor de sais solveis
[BOTELHO,
2003; VEIGA, 2006; PENAS, 2008].
As argamassas bastardas de cimento e cal hidrulica, tambm
comparadas com as de cimento, provam ter menor resistncia
mecnica, maior
coeficiente de capilaridade e menor tendncia para a fendilhao,
mas j no
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO S APLICAES
27
so to adequadas para substituio de revestimentos antigos
[BOTELHO,
2003; PENAS, 2008].
Magalhes e Veiga [MAGALHES & VEIGA, 2005] concluram no
seu
estudo que a argamassa bastarda produzida base de cal area e
cal
hidrulica com areia de rio e areia amarela de Corroios
efetivamente
adequada para utilizao em edifcios antigos, devido aos inmeros
resultados
obtidos em laboratrio onde se destaca: o mdulo de elasticidade
dinmico
reduzido, mostrando assim uma argamassa deformvel; as
resistncias
compresso e flexo baixas, pelo que podem ser aplicadas tanto no
exterior
como no interior; a tenso de aderncia elevada; o coeficiente
de
capilaridade elevado, associado a uma boa permeabilidade ao
vapor de
gua.
2.6. Sntese
As argamassas so um material comum em construes novas e
antigas. Resultam de uma mistura devidamente proporcionada base
de
agregados, ligantes e gua. Sendo tambm possvel trabalhar as
suas
propriedades com a adio de adjuvantes e/ ou de adies.
Os agregados so um material particulado, cuja funo estruturar
a
argamassa, so proveniente de areeiro, jazidas ou de fragmentao
de rochas.
Os ligantes aglutinam os vrios constituintes e dividem-se em
ligantes
inorgnicos e orgnicos (ligantes betuminosos). Os ligantes
inorgnicos
dividem-se ainda em areos (cal area e gesso) e em hidrulicos
(cal hidrulica
natural e cimento Portland).
A gua deve ser isenta de sais e ser bem doseada, no
comprometendo
a trabalhabilidade da aplicao em vista da argamassa.
Os adjuvantes adicionam-se em pequenas quantidades (em
percentagem inferior a 5% da massa do ligante) durante a
amassadura, com o
2. ARGAMASSAS
28
28
intuito de modificar certas propriedades, em estado fresco ou em
estado
endurecido.
As adies consistem em materiais inorgnicos que se juntam na
composio das argamassas com a inteno de obter ou melhorar
determinadas propriedades. Classificam-se segundo dois tipos:
tipo I (adies
quase inertes) e tipo II (pozolnicas ou hidrulicas). As adies do
tipo I no
apresentam propriedades hidrulicas nem pozolnicas ao contrrio
das adies
do tipo II, onde se verificam estas propriedades. O seu uso deve
ser feito com o
cuidado, antecedido por ensaios.
Consoante o tipo de argamassa apresentam propriedades distintas,
quer
em estado fresco quer em estado endurecido, pelo que dependendo
das
situaes aplicam-se em construo nova e em construo antiga.
As argamassas mais aplicadas em obras de conservao e
reabilitao
de edifcios antigos so sem dvida as argamassas com ligantes de
cal e
tambm as argamassas bastardas, devido sua maior deformabilidade
e
permeabilidade ao vapor de gua. Sendo de salientar que as
argamassas de
cimento devido sua elevada resistncia mecnica, rigidez excessiva
e
tenses elevadas, apenas devero ter aplicao em construo/
reabilitao de
construo nova.
Por um lado, as argamassas tradicionais de cal area
apresentam
caractersticas que asseguram a sua compatibilidade com suportes
antigos,
visto que diminuem o nmero de tenses. Por outro lado, as
argamassas de cal
hidrulica, embora se assemelhem com as anteriores e com as
argamassas de
cimento, evidenciam caractersticas intermdias entre estas, pelo
que podem
ser aplicadas tanto em construo nova como antiga, alm de que
tornam a
construo mais sustentvel.
J as argamassas bastardas renem as vantagens da cal e do
cimento,
pelo que apresentam melhor comportamento nas construes antigas
graas
sua maior deformabilidade e permeabilidade ao vapor de gua.
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO AS APLICAES
29
3. NANOMATERIAIS
3.1. Introduo
Os nanomateriais so fruto da Nanotecnologia, cincia que estuda
a
manipulao das partculas escala nanomtrica (atmica), ento
desenvolvida em 1959 pelo visionrio da poca Richard Feynman, na
figura 1
[SANTOS, 2013].
Figura 1: Richard Feynman dando as suas famosas conferncias em
Caltech, em 1962
[INVESTIGACION Y CIENCIA, 2014]
No ano de 1965 Richard Feynman foi distinguido com o prmio Nobel
da
Fsica. Assim sendo, destacou-se com a apresentao da palestra
Theres
plenty of room at the bottom: invitation to enter a new field of
Physics. Durante
esta famosa palestra, fez a seguinte questo "Ser que podemos
escrever os
24 volumes da Enciclopdia Britnica na cabea de um alfinete?"
[HERDEIRO,
2008].
Feynman sustenta que de facto possvel, e justifica que se
aumentasse 25 000 vezes o tamanho linear da cabea do alfinete,
este seria
reduzido a uma rea igual de todas as pginas da referida
enciclopdia.
3. NANOMATERIAIS
30
30
Logo, bastaria apenas reduzir a escala linear das letras da
enciclopdia
Britnica 25 000 vezes. Uma vez que as letras resultam de traos
que por sua
vez resultam de uma unio de vrios pontos, cuja escala linear
situa-se na
ordem do limite de resoluo do olho humano cerca de 0,2 mm.
Ao
diminuirmos 25 000 vezes, cada ponto ficaria com aproximadamente
8
nanmetros 0,000008 mm [HERDEIRO, 2008].
Em suma, Feynman mostra ao mundo a sua viso sob o ponto de
vista
da escala nanomtrica alm do mais menciona a possibilidade de
produzir
nano-objetos, tomo a tomo ou, ento, molcula a molcula [LUCAS,
2011].
Aps lanados os pilares da Nanotecnologia surgem mais investigaes
que s
a partir do sc. XXI que registam os maiores avanos nesta rea
[BHUSHAN,
2007].
3.2. Definio e conceito
De acordo com a definio da Comisso Europeia, o nanomaterial
define-se por: Um material natural, incidental ou manufaturado
contendo
partculas no ligadas entre si ou em agregados ou formando
aglomerados nos
quais a distribuio de tamanho apresenta 50% ou mais dessas
partculas com
uma ou mais dimenses externas no intervalo entre 1 nm e 100 nm.
Em casos
especficos e justificados por preocupaes ambientais, sade,
segurana ou
competitividade, o limiar de 50% na distribuio de tamanho pode
ser
substitudo por um limiar entre 1% e 50% [EC, 2011].
Assim sendo, so considerados nanomateriais todas as
substncias
cujas dimenses variam entre 1 e 100 nanmetros (nm) (1 nm
corresponde a
10-9 m, um milionsimo de milmetro). Quando reduzidos escala
nanomtrica
alm do confinamento quntico, responsvel pelas novas propriedades
fsicas
e qumicas, outra das principais caractersticas que distingue os
nanomateriais
dos demais consiste na relao entre o seu volume e rea de
superfcie.
Quanto menor for o seu tamanho, maior ser a rea superficial das
suas
partculas pelo que aumenta a sua reatividade e, por conseguinte,
ocorrem
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO S APLICAES
31
mais reaes qumicas superfcie [GOSSI & ARCURI, 2013].
Os nanomateriais so os produtos oriundos da Nanotecnologia,
que
pode ser definida como sendo:
No ano de 1974, o professor Norio Taniguchi, definiu pela
primeira vez
na sua conferncia On the Basic Concept of Nanotechnology que
Nanotecnologia consiste maioritariamente no processo de
separao,
consolidao e deformao de materiais por um tomo ou por uma
molcula [TANIGUCHI, 1974; KLUSEK, 2007].
Outro autor, muito resumidamente, define Nanotecnologia como
sendo a
capacidade de controlar ou manipular a escala atmica
[SANTOS,
2013].
A Nanotecnologia define-se assim, por uma cincia em forte
expanso
que se baseia na criao, manipulao e explorao de materiais
escala
nanomtrica, ou seja, de tomos e molculas.
Em relao ao conceito de escala dos nanomateriais, estes
podem-se
definir por algo impercetvel a olho nu e, por isso, apenas
visvel em termos
microscpicos. Na figura 2, pode-se observar a escala dos
nanomateriais:
Figura 2: Escala nanomtrica (nm) [adaptado de SHELLZERO,
2012]
3. NANOMATERIAIS
32
32
3.3. Tipos de nanomateriais aplicados na construo
Os autores Brito e Pontes [BRITO & PONTES, 2007] afirmam no
seu
trabalho que existem vrios tipos de nanomateriais, a saber:
nanopartculas
(NP), nanofios (NW), nanotubos de carbono (CNT), nanocristais
(NCs), entre
outros, sendo que cada um possui uma aplicao distinta. Alm
disso, os
nanomateriais apresentam dimenses diferentes e podem ser
produzidos em
metal, cermica, materiais polimricos, inclusive em materiais
compsitos
[POKROPIVNY et al., 2007].
3.3.1. Tipos de nanomateriais
Nanopartculas (Nanoparticles - NP)
Tratam-se de partculas extremamente finas (figura 3),
microscpicas,
cujo tamanho est compreendido entre 1 a 100 nm [INOVAO
TECNOLGICA, 2009] o equivalente a mil tomos [ASTRONOO,
2013].
Apresentam uma grande rea de superfcie, propriedades mecnicas,
ticas,
magnticas ou qumicas diferentes das substncias macroscpicas
[QUINA,
2004]. Existem NP de dixido de titnio (TiO2). Aplicam-se em
vrias reas
onde se destaca o caso da construo, de interesse para o presente
trabalho:
Em termos ticos, utilizam-se para produzir revestimentos
anti-reflexo
[ASTRONOO, 2013];
Ao nvel trmico, permitem aumentar a transferncia de calor atravs
de
coletores solares, melhorar a eficcia de fluidos de
arrefecimento em
transformadores ou melhorar a vida das baterias [ASTRONOO,
2013].
No caso de NP de TiO2, destaca-se o seu uso na rea de clulas
solares
orgnicas [INOVAO TECNOLGICA, 2012b];
No setor ambiental, utilizam-se para limpeza de solos
contaminados e
filtrar a gua de forma mais eficiente [ASTRONOO, 2013].
As NP apresentam alguns inconvenientes tais como: m disperso
na
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO S APLICAES
33
matriz do material (exemplo: argamassas, beto) que conduz ao
seu
desperdcio e a um menor desempenho; custo elevado; ainda no
so
produzidas escala industrial; toxicidade (ainda no h uma
padronizao
internacional sobre esta questo, pelo que os estudos de
nanotoxicologia ainda
so muito controversos [NOGUEIRA et al., 2013]).
Figura 3: Nanopartculas [adaptado de NANO GLOSS, 2009]
Nanofios (Nanowires - NW)
Caracterizam-se por serem semelhantes aos fios eltricos
comuns
devido ao facto de tambm serem muito pequenos, possurem um
dimetro
que ronda 1 nm, ver figura 4. Podem ser produzidos nos mais
variados
materiais condutores e semicondutores (cobre, prata, ouro,
ferro, silcio, xido
de zinco e germnio e tambm a partir de nanotubos de carbono).
So
referenciados como materiais de uma nica dimenso devido ao rcio
que
existe entre a diferena no comprimento e dimetro. Apresentam
efeitos
qunticos mecnicos, possuem propriedades eltricas nicas.
Quando
produzidos a partir de nanotubos de carbono verificam elevada
condutividade.
Podem ser aplicados em circuitos eletrnicos muito pequenos,
dispositivos
qunticos e de memria, transstores, materiais compsitos
avanados,
nanosensores biomoleculares entre outros [AZONANO, 2013b].
3. NANOMATERIAIS
34
34
Os NW so experimentais, produzem-se segundo processos
dispendiosos escala laboratorial, elevando assim os seus
custos
[MANUTENCAO & SUPRIMENTOS, 2012].
Figura 4: Nanofios, foto de MEV (Microscpio eletrnico de
varrimento) [NISENET.ORG, n. d.]
Nanotubos de carbono (Carbon nanotubes - CNT)
So materiais recentes do sculo XXI descobertos pelo cientista
Sumio
Iijima do NECs Fundamental Research Laboratory [SALES,
2013].
So constitudos por carbono, apresentam dimenses 100 mil
vezes
inferiores ao dimetro de um cabelo humano [TOMA, 2004, citado
por SALES,
2013]. Em termos morfolgicos, os CNT traduzem-se por pequenas
estruturas
ocas e alongadas organizadas por paredes enroladas de grafeno
com a
espessura de um tomo de carbono e tm uma forma hexagonal
semelhante a
uma rede de galinheiro ou ento dos favos de mel de uma colmeia
(figura
5). As ligaes de tomos de carbono encontram-se unidas por
ligaes
covalentes, tornando os CNT com propriedades resistentes nicas
de grande
potencial de aplicao no campo da engenharia [SALES, 2013].
Consoante o tipo de estrutura, os CNT apresentam-se como
condutores
metlicos ou ento como semicondutores, destacam-se ainda pela
sua
deformao elstica que 60 vezes superior do ao [SALES, 2013].
ARGAMASSAS DE AUTO-LIMPEZA: DA FORMULAO S APLICAES
35
O autor Bertholdo [BERTHOLDO, 2001; citado por SALES, 2013]
referenciou trs tipos de CNT, com as designaes de zig-zag,
armchair e
quiral, como se podem observar na figura 5.
Figura 5: Trs formas de se enrolar folhas de grafeno e
estruturas dos CNT (a: armchair, b: zig-
zag, c: quiral), respectivamente [adaptado de MARCONDES,
2012]
Ao nvel estrutural, os CNT caracterizam-se segundo dois tipos
[SALES,
2013]: parede simples com uma nica folha de grafeno enrolada
sobre si
mesmo a fim de moldar (SWNT) um tubo cilndrico; e parede
mltipla
(MWCNT). Estes segundos abrangem um composto de CNT coaxiais,
de
vrias folhas de grafeno enroladas de feitio tubular. A utilizao
de CNT tem
tido um elevado cres