Atualmente, profissionais mensuram a característica de concretos, argamassas e pastas de cimento no estado fresco visando a adequada aplicação e transporte, por ensaios do tipo monoponto, como o abatimento de tronco de cone, fator de compactação, consistômetro VB, espalhamento de mesa, dentre outros. Porém, esses ensaios somente dão uma indicação simples de comportamento sob determinada circunstância, normalmente em escala numérica, baseada em ensaio empírico. Nesses casos os valores encontrados podem considerar concretos idênticos, que se comportam de forma diferentes em outras condições que não a de ensaio (TATTERSALL e BANFILL, 1983).
Quase todos os ensaios propostos dependem da suposição tácita de que o número de constante é apenas um como por exemplo, valor de abatimento de tronco de cone. Entretanto, está bem aceito que uma constante não é suficiente para determinar a trabalhabilidade. Há estudos que sugerem que duas constantes podem ser suficientes, para fins práticos, sendo possível expressar essas duas constantes em termos de quantidades físicas fundamentais (TATTERSALL e BANFILL, 1983). Segundo Wallevik, (2006), há um consenso de que essas propriedades fundamentais são a tensão de escoamento e a viscosidade plástica.
Em busca das constantes físicas (tensão de escoamento e a viscosidade plástica) provenientes de quantidades fundamentais, existem vários reômetros disponíveis atualmente no mercado para caracterização reológica dos concretos, argamassas e pastas, que são capazes de determina-las em função de outras variáveis como tempo, temperatura, pressão, velocidade angular e torque.
A reometria rotacional é a mais comumente utilizada na determinação das propriedades reológicas das pastas de cimento (viscosidade e tensão de escoamento). Os reômetros podem ser classificados em relação a variável controlada (tensão ou deformação controlada) e em relação à geometria do sensor (cilindros coaxiais, cone-placa e placas paralelas). Na Figura 2.6 são apresentadas as geometrias dos reômetros rotacionais.
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Figura 2.6 - Tipos de geometria dos reômetros rotacionais: a) cilindros coaxiais, b) cone-placa e c) placas paralelas
Fonte: (SCHRAMM, 2006)
Como métodos de ensaios usando o reometria rotacional, existem basicamente duas técnicas mais difundidas que são o ensaio de fluxo contínuo e o ensaio oscilatório, ambos são realizados num mesmo equipamento conforme ilustrado na Figura 2.7. O esquema de funcionamento das duas técnicas está ilustrado na Figura 2.8.
Figura 2.7 – Representação esquemática do reômetro AR-G2, utilizado no presente trabalho.
Fonte: (TA INSTRUMENTS, 2010)
Figura 2.8 - Ilustração esquemática dos tipos de ensaio do reômetro rotacional de placas paralelas: a) ensaio de fluxo, b) ensaio oscilatório
Fonte: BETIOLI et al. (2009)
Coluna Conexão inteligente de geometria Motor Conexões de refrigeração Painel Frontal Cabeça Transdutor de força Normal
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É importante enfatizar a utilização do ensaio oscilatório de varredura de tempo por Couto (2016), que buscou analisar a ação fluidificante do aditivo superplastificante pelo tempo e seu possível efeito retardador de pega. Esse método de ensaio é muito utilizado para avaliar as propriedades dos materiais cimentícios desde sua mistura até o início de pega. (NACHBAUR et al., 2001).
Um método clássico para determinar a tensão de escoamento de um fluido é pelas curvas de fluxo, podendo ser determinado por extrapolação da curva ao eixo de tensão pela adequação da curva a um modelo reológico proposto, como por exemplo Herschel-Bulkley.
Outros autores como Mbasha et al. (2015) e Dinkgreve et al. (2016), no entanto, conseguiram obter valores de tensão de escoamento a partir de ensaios oscilatórios, como o ensaio de varredura de deformação realizado nesse trabalho. Porém, ainda não existe metodologia pré-estabelecida e comprovada de obtenção da tensão de escoamento a partir de dados oscilatórios.
Ensaio de Fluxo
Também conhecido como ensaio estático ou de cisalhamento estacionário, essa metodologia consiste em aplicar uma força ou deformação e determinar a resistência do material a este esforço aplicado. Com a variação da taxa ou da tensão de cisalhamento, pode-se traçar a curva de escoamento e, por conseguinte, as equações adequadas de estado reológico. Obtém-se, assim, as propriedades reológicas: viscosidade e tensão de escoamento (QUARCIONI, 2008).
Pode ser apresentado o comportamento reológico das pastas, por meio de curvas de tensão por taxa de cisalhamento e viscosidade por taxa de cisalhamento. O ensaio simula o comportamento do material durante o seu manuseio e aplicação. Os materiais cimentícios têm sua viscosidade dependente tanto da taxa de cisalhamento quanto do tempo.
Quando uma suspensão é submetida à uma taxa de cisalhamento gradualmente crescente e, posteriormente, essa taxa é uniformemente reduzida à zero (Figura 2.9), a curva descendente poderá ou não coincidir com a curva anterior (curva ascendente). Os tipos de curvas de cisalhamento usadas para classificar os fluidos variam entre si em função da influência das condições de ensaio. A forma exata dessa curva para um determinado material depende além de suas propriedades, da maneira com que a curva é obtida e, em particular, da taxa de acréscimo e de redução da taxa de cisalhamento (TATTERSALL & BANFILL, 1983).
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Figura 2.9 - Ilustração ensaio de fluxo.
Fonte (ROMANO, 2013)
As curvas de fluxo permitem determinar a tensão de escoamento, por extrapolação dos dados de esforço de cisalhamento, a deformação nula. No entanto, o endurecimento devido à hidratação não pode ser determinada utilizando uma única amostra porque a microestrutura é continuamente quebrada durante o ensaio (CHEN; STRUBLE; ZHANG, 2006). Uma desvantagem dessa técnica é o fato dessa tensão ser determinada quando a pasta de cimento está fluindo, após sua estrutura ter sido quebrada (estado viscoso).
Ensaio Oscilatório
Desde o instante em que os grãos de cimento entram em contato com a água, é gerada uma suspensão fluida que se consolida com o tempo, devido a fenômenos químicos e físicos. Por isto, a variação das propriedades viscoelásticas e a cinética com que o material se consolida podem ser determinadas a partir de ensaios oscilatórios, que podem ser divididos em três grupos, variando o tipo de varredura: de deformação, de frequência e de tempo (ROMANO, 2013).
Realizar um teste oscilatório com um reômetro rotacional significa que o rotor (placa superior ou cone) não está mais girando continuamente em uma direção, mas sendo desviado, alternadamente, em uma função de tempo senoidal de pequeno ângulo para a direita e esquerda. A amostra colocada no gap de cisalhamento é forçada a se deformar de acordo com uma função senoidal similar, gerando tensões de resistência na amostra como mostra a Figura 2.8 (SCHRAMM, 2006).
A amostra é submetida a uma deformação senoidal, obtendo a tensão ou deformação seguindo os modelos expressos nas equações (2.1(2.2.
(2.1)
(2.2)
Onde ω é a velocidade angular, t é o tempo, 𝛾0 é a amplitude máxima de deformação e δ é o ângulo de fase entre tensão e deformação. Os limites de comportamento dos materiais são: sólido
t o cos ) cos( o t
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Hookeano (tensão e deformação em fase, δ = 0), tendo resposta puramente elástica e fluido newtoniano (tensão e deformação com defasagem de 90o, 𝛿 = 90𝑜). Entretanto a maioria dos
materiais não se comportam como sólidos ou líquidos ideais, sendo então uma combinação ou podendo ser chamados de viscoelasticos (0 < 𝛿 < 90𝑜) como mostra a Figura 2.10 (BETIOLI et al., 2009).
Figura 2.10 - Esquema ilustrativo do ensaio oscilatório com aplicação de deformação senoidal e da obtenção da tensão como resposta, em fase e defasada.
Fonte: (BETIOLI, 2007)
Partindo das equações (2.1(2.2, o módulo G* denominado módulo complexo, pode ser calculado relacionando a tensão pela deformação como mostra a equação (2.3). Sendo um número complexo pode ser dividido em componentes elástica ou de armazenamento (G’) e módulo viscoso ou de perda (G”), expressos nas equações (2.4) e (2.5) respectivamente.