Por Flavio Leal Maranhão e Kai Loh
Figura 1 - Ângulo de contato da água na superfície de um granito sem tratamento (a) e após o tratamento com um hidrofugante à base de silicone
A água exerce importante influência nas propriedades dos materiais de construção porosos, reduzindo seu desempenho térmico e acústico; provocando eflorescências e acelerando o crescimento de micro-organismos. Sua afinidade com os concretos, argamassas e granitos é consequência de sua tensão superficial de 73 mN/m, que é, significativamente, mais baixa do que a dos materiais cerâmicos, superiores a 500 mN/m. Como consequência observam-se baixos ângulos de contato (figura 1-a).
Os polímeros, incluindo os hidrofugantes, apresentam uma tensão superficial inferior à da água e, por conseguinte, apresentam características hidrofóbicas. Quanto menor for a tensão superficial do polímero, maior é o ângulo de contato (figura 1-b). O comportamento hidrofóbico é caracterizado por ângulos de contato superior a 90o.
Figura 2 - Recobrimentos dos poros do substrato pelo produto hidrofugante
Hidrofugantes
A busca pelo controle da penetração de água nas construções vem sendo tentada há longo tempo, havendo registro da aplicação de óleos e ceras para a proteção das rochas em templos gregos e romanos (Charola, 1995).
Atualmente, os hidrofugantes mais utilizados na construção civil para a redução da penetração de água são à base de silicone, que possuem uma baixa tensão superficial (inferior a 24 mN/m) e conseguem recobrir a superfície dos poros do substrato sem formar película (figura 2). Como consequência, reduzem as forças capilares e a penetração de água, causam menor impacto na permeabilidade ao vapor e apresentam boa adesão aos materiais silicosos.
Os silicones são formados por uma matriz inorgânica (Si-O-Si) e por radicais apolares que são os responsáveis pela repelência à água. De maneira geral, quanto maior é esse radical, maior é a eficiência e a durabilidade do hidrofugante.
Os radicais mais comumente usados são o metil (CH3), o propril (C3H7) e o octil (C8H17), sendo que seu tamanho está diretamente relacionado com o número de átomos de carbono (figura 3).
Figura 3 - Influência do tipo de radical alquila na proteção de um siloxano (Basheer, Long, 1997)
A nomenclatura dos produtos à base de silicone segue a seguinte regra: tipo de radical alquila, tipo de radical alcóxi (-OR), tipo de produto à base de silicone.
Dessa forma, um produto do tipo octiltrietoxisilano representa um silano em que o radical apolar é do tipo octil, e que há três grupos alcóxi, do tipo álcool etílico, ligados ao átomo de silício.
Comercialmente, os principais hidrofugantes à base de silicone usados no Brasil são: silanos, siloxanos, siliconatos e mistura de silanos/siloxanos.
Silanos: são os mais simples dos silicones, onde um átomo de silício está ligado a um radical apolar e três grupos alcóxi (figura 4-a). Esse tipo de material caracteriza-se por ser transparente, não formar filme, possuir baixa viscosidade e o menor tamanho de molécula entre os derivados de silicone (entre 10 e 25 Å). Um ponto negativo desses produtos é que os grupos alcóxi existentes volatizam durante a aplicação, fazendo com que uma importante parcela do material não seja aproveitada (em torno de 40% de sua massa inicial).
Figura 4 - Estrutura química dos hidrofugantes à base de silicone. Baseado em Mayers (1998) e Selley (2006)
Siloxanos: são formados por cadeias de três a oito átomos de silício (figura 4-b), com um tamanho de molécula de 25 a 100 Å e com um menor teor de voláteis do que os silanos. Os siloxanos, comparativamente aos silanos, possuem uma energia superficial cerca de 10% inferior, uma maior reatividade e um menor tempo para formação da superfície hidrofóbica.
Siliconato: produtos provenientes da adição de um metal alcalino a uma solução de silano, com o objetivo de aumentar a estabilidade, solubilidade e baratear o seu custo final (figura 4-c). Os mais comuns no Brasil são os metilsiliconatos. Caracterizam-se por promover uma hidrorrepelência intermediária e serem à base de água. Por reagirem de maneira lenta em substratos alcalinos - como os materiais cimentícios - causam manchas se aplicados sobre substratos úmidos.
Silanos/siloxanos: produto proveniente pela mistura desses dois tipos de hidrofugantes. Hoje é o produto mais comercializado no País. Os produtos quando indicados para aplicação em granito, que possui menor quantidade e dimensão de poros, possuem uma predominância de silanos, enquanto que, em superfícies muito porosas, como as argamassas de revestimentos predominam os siloxanos. Até há pouco tempo essa mistura era comercializada na base solvente e hoje na base aquosa, como emulsão. Os compostos de base solvente contêm na sua composição VOC (compostos orgânicos voláteis) que são substâncias potencialmente nocivas à saúde do trabalhador durante a aplicação do produto e causam maior impacto ao meio ambiente
Outro ponto importante é que os silanos são especificados para serem aplicados sem diluições ou diluídos em solventes orgânicos, enquanto que os siloxanos e os silanos/siloxanos são, geralmente, de base aquosa, podendo também ser encontrados na base solvente.
Ação dos hidrofugantes nos materiais de construção
Figura 5 - Cinética de absorção d'água de placas de fibrocimento em função da concentração do hidrofugante quando diluído em água. Fonte: dados dos autores
Os hidrofugantes provocam reduções na cinética de absorção de água, principalmente em locais onde há curtos períodos de contato com a água. À medida que se aumenta o período de imersão avaliado, há uma contínua queda de desempenho, caracterizada pelo aumento do teor de umidade (figura 5). Por isso, os produtos à base de silicone não são indicados para aplicação em locais submersos, com presença de umidade constante e em locais onde há umidade ascendente.
Os hidrofugantes vêm mostrando bom desempenho em: (i) reduzir a penetração de cloretos em estruturas de concreto armado e, consequentemente, os problemas de corrosão de armadura (Schueremans et. al., 2007 e Tittarelli & Moriconi, 2008, Medeiros; Helene, 2009); (ii) proteger as telhas de fibrocimento sem amianto da perda de tenacidade (Maranhão et. al., 2008); e (iii) reduzir o crescimento de micro-organismos.
Figura 6 - Cinética de secagem d'água de placas de fibrocimento em função da concentração do hidrofugante quando diluído em água. Fonte: dados dos autores
Como ponto negativo, os hidrofugantes retardam a secagem dos materiais de construção. Esse fenômeno é tão mais importante quanto maior é a concentração do hidrofugante (figura 6).
Fatores que influenciam no desempenho dos hidrofugantes
Forma de aplicação
Os hidrofugantes podem ser aplicados como uma adição à mistura ou como tratamento superficial. O mais tradicional é o segundo, pois não altera de maneira radical os métodos construtivos empregados, não apresenta aumento de custos vultosos e possui um histórico de utilização compatível com diversos tipos de materiais. Esse método pode ser aplicado por pintura, spray, gel ou creme para os materiais já em uso, e por imersão quando os produtos ainda se encontram em unidades industriais, como no caso de telhas cerâmicas e pré-moldados; para todos esses métodos, quanto maior o tempo de contato entre o produto hidrofugante e o substrato, maior o efeito.
As grandes desvantagens do pós-tratamento é que acrescenta uma etapa durante a produção, e que seu desempenho é influenciado pelo surgimento de fissuras superficiais (Kus, 2002).
A adição à mistura, por sua vez, também vem sendo utilizada na construção civil, pois confere diferenciais competitivos a produtos tradicionais, como argamassas e fibrocimento, e porque possui melhor resistência ao surgimento de fissuras. Porém, a adição à mistura pode provocar alterações nas propriedades reológicas das misturas, tornando-as mais rígidas e com menor tempo de vida útil (Maranhão et. al., 2007 e Maranhão et. al., 2008). Por isso, é necessário cuidado para o seu uso.
A avaliação comparativa do desempenho entre as diferentes formas de aplicação não é das tarefas mais fáceis. Para as argamassas de revestimento, Kus (2002) conclui que o pós-tratamento foi mais eficiente e apresentou menor intensidade de deterioração ao longo do envelhecimento natural na Suécia.
Profundidade de penetração do hidrofugante
De maneira geral, quanto mais seco o substrato e mais longo o tempo de contato durante a aplicação, maior a profundidade de penetração do hidrofugante. Sua avaliação é feita pela diferença de cor após a aspersão d'água em superfície fraturada (figura 7).
Figura 7 - Diferença de profundidade de penetração de um silano em função de sua concentração. Selley (2006)
Presença de fissuras
A presença de fissuras pode comprometer o desempenho do hidrofugante, sendo que aberturas de 0,20 mm são suficientes para facilitar a entrada de água (Lunk; Wittmann, 1998 e Yokota et. al., 2008). Como medida mitigadora, vêm sendo utilizadas com sucesso maiores profundidades de penetração do hidrofugante (figura 8).
Figura 8 - Influência das fissuras no ganho de umidade de concretos. Baseado em: Lunk; Wittmann (1998)
Durabilidade
Os produtos à base de silicone apresentam, potencialmente, uma longa durabilidade. Sua degradação está associada a uma das seguintes causas: quebra das ligações do radical orgânico pela ação do UV e hidrólise das ligações siloxano (O-Si-O). Este último fator é intensificado em pH elevado, como o existente nos poros de produtos cimentícios.
Para essas duas causas, quanto maior for o radical orgânico utilizado no hidrofugante e a concentração utilizada, maior será a durabilidade do produto devido à presença dos radicais alquila que agem como barreira de proteção (figura 3). Assim, um produto com radical octil apresenta maior durabilidade do que um metil. Os trabalhos realizados por Schueremans et. al. (2007) e McCarte et. al. (2008) confirmam essa afirmação com estudos em concretos com monitoramentos contínuos após 12 e sete anos, respectivamente.
Conclusões
Diversos tipos de produtos hidrofugantes vêm sendo utilizados na construção civil com o objetivo de reduzir a tensão superficial dos materiais porosos e com isso sua aptidão à água.
Os produtos mais utilizados, atualmente, são à base de silicones por apresentarem boa aderência aos substratos silicosos, boa repelência à água, elevada durabilidade, e não alterarem a aparência da superfície sobre a qual são aplicados. Dentre esses, destacam-se os silanos/siloxanos, pois possuem moléculas pequenas o suficiente para penetrar em substratos pouco porosos, como granitos e concretos de elevadas resistências (características dos silanos), e apresentarem um menor consumo de material, característica dos siloxanos.
De modo geral, os hidrofugantes à base de silicones vêm se mostrando efetivos na redução da quantidade de água no interior dos materiais porosos, visto que diminuem a tensão capilar e os efeitos da condensação, mesmo retardando os processos de secagem.
Sua forma de aplicação mais usual é o pós-tratamento - pintura e spray para os materiais em serviço e imersão para as aplicações nas indústrias - e sua eficiência é significativamente influenciada pela profundidade de penetração no substrato.
Para que apresente o desempenho esperado, é necessário que a especificação do material hidrofugante seja realizada de maneira adequada, compatibilizando suas propriedades com as do substrato, as condições de aplicação e os agentes de degradação que o solicitarão ao longo de sua vida útil.
Flavio Leal Maranhão, Engenheiro civil, mestre e doutor pela Escola Politécnica da USP, flavio.maranhao@poli.usp.br
Kai Loh, Bacharel em Química, mestre e doutora pela Escola Politécnica, pesquisadora e professora convidada da Escola Politécnica da USP, Depto. de Engenharia Civil, kai.loh@poli.usp.br
Fonte: Revista Téchine
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