O que acontece realmente se eu variar as proporções de cimento e areia na argamassa?

Códigos e outros guias fornecem combinações de misturas nominais que funcionam razoavelmente em condições gerais.

Em geral, uma mistura 1:2 dará melhor força do que uma mistura 1:3. Mas é bem possível que uma mistura 1:0.5 possa ter um desempenho pior. A força vem da transferência de força entre partículas entre grãos de areia e também da resistência ao cisalhamento proporcionada pelo cimento que actua como adesivo. Assim, os códigos fornecem combinações equilibradas conhecidas que são satisfatórias.

Para obter um controlo completo sobre as propriedades de uma mistura argamassa/concreto, deve considerar os seguintes critérios:

1. Montante de cimento: Como regra geral, aumentar o cimento aumenta a resistência. Para além de um certo ponto, também actua negativamente. Uma vez que a maior transferência de força numa matriz de betão/mortar é da interacção areia/areia, o cimento em excesso tornará a argamassa muito frágil, uma vez que as partículas de cimento não podem transferir a força de contacto normal - são boas a fornecer resistência ao cisalhamento. Uma vez que o cimento é caro, em aplicações de baixa resistência como estradas a quantidade de cimento é menor para optimizar o custo.
2. Quantidade de água: Geralmente, o teor de água entre 20% - 35% (p/p de cimento) está a considerar uma gama operável segura. Um menor teor de água confere baixa resistência e menos mistura manobrável para condições planas como a assentamento em estrada. Um teor de água mais elevado é geralmente utilizado em condições específicas como o assentamento em pilha usando tremie - onde a natureza de fluxo livre da mistura é necessária. Embora a água alta também conduza a menor resistência, existem outras soluções (mencionadas adiante).
3. Quantidade de areia: Uma quantidade muito elevada de areia tornará a sua mistura muito frágil e fraca contra todo o tipo de forças. Para M20, M25, etc., a proporção geral é de 1:3. Contudo, para misturas de alta resistência (M35+) é melhor ir com 1:2 e algures sobre isso.
4. Montante agregado: Os agregados têm duas razões para estar lá - economia e força. São baratos e proporcionam como um bom enchimento. Quantidades muito altas e muito baixas de agregado dão pouca força, mas uma solução económica variada. Uma quantidade moderada é suficientemente boa.
5. Forma agregada: Geralmente, o aumento da tortuosidade da partícula agregada dá uma força crescente, uma vez que dá uma maior área de contacto e melhores capacidades de interbloqueio.
6. Air Entrainment: Um elevado teor de ar na mistura leva a uma menor resistência. É por isso que o betão de alta resistência é vibrado antes da colocação para expelir os pequenos bolsos de ar. Um baixo teor de ar dá baixa manobrabilidade, por isso, por vezes, os ‘air-entrainers’ (aditivos químicos) são utilizados para dar a natureza de escoamento desejada sem comprometer a alteração do teor de água e, consequentemente, a resistência.
7. Aditivos: Aditivos físicos como “sílica fina - pólvora”, “cinzas volantes” permitem a redução do cimento e proporcionam economia. a sílica fina é … muito fina, pelo que vai para o mais pequeno dos vazios e proporciona boa resistência ao contacto, reduzindo o conteúdo de ar. O ‘fly-ash’ vem como um substituto geral do cimento. É um subproduto das centrais térmicas e é muito barato. Até 15% de cimento pode ser substituído por sílica fina e até ~40% por cinzas volantes. Os aditivos químicos como os super-plastificantes proporcionam um aumento efectivo da trabalhabilidade, ou mesmo uma redução da água com uma trabalhabilidade semelhante - dando assim uma mistura de maior resistência.

tldr; Limite-se à mistura recomendada.

Também ler e subir-votação esta outra excelente resposta .

Agora, aqui vem a ciência:

Betão, argamassa e caldas de injecção são todas misturas de cimento Portland, água e agregados (areia, e no caso do betão: cascalho.)

O betão é utilizado para fins estruturais, e o seu papel principal é suportar uma carga. O betão ideal é um bloco sólido e monolítico de rocha sem qualquer tipo de cimento. Obviamente, isto não é muito exequível. O melhor a seguir é uma mistura que é maioritariamente agregada, finamente graduada para incluir todos os tamanhos, desde o pó até às rochas, de modo a que a quantidade de cimento necessária para a colagem seja minimizada. Quanto menos cimento, mais forte é o betão, desde que haja cimento suficiente para o manter unido.

A argamassa é semi-estrutural. Está lá para colar tijolos, mas deve ser capaz de suportar a carga sobre camadas finas. é principalmente areia grossa, mantida junto com o cimento Portland. São as forças areia-vs-Sand que dão à argamassa a sua força, pelo que estaria relutante em reduzir a quantidade de areia na mistura.

As argamassas e os conjuntos finos são não-estruturais, na medida em que não são necessários para suportar qualquer peso real. São utilizados em ladrilhos para evitar movimentos laterais, ou para nivelar um membro estrutural (ou seja, subpavimentos).

Agora temos de considerar o cimento em si. A relação w/c (água-cimento) é o factor mais significativo na resistência final do cimento curado. Quanto menos água se colocar, mais forte será o produto final (novamente até um certo ponto mínimo.) Portanto, isto dir-nos-ia que, para um bom cimento, queremos uma mistura relativamente seca? Errado. Há dois outros factores… outro: Trabalhabilidade e Cura.

Trabalhabilidade: Esta é a facilidade de verter, moldar, alisar a argamassa. Obviamente que se pretende que uma argamassa seja um pouco mais dura do que um betão, uma vez que o betão é vertido, e a argamassa é espalhada. Tem de ser capaz de se erguer sozinha. Mas, se a tornar demasiado rígida, não a pode trabalhar de todo. A solução é adicionar mais água. Para os membros estruturais, existem adjuntos chamados super-plastificantes, que trabalham para melhorar a trabalhabilidade sem alterar a relação w/c, mas não são úteis/custos efectivos numa argamassa. É também por isso que não consideraria aumentar a quantidade de areia - perderá a trabalhabilidade.

Cura: O cimento nunca deixa de curar. Contudo, consideramos 28 dias como sendo uma cura completa, em que o cimento atinge a sua força nominal. A cura é o processo pelo qual as partículas de cimento se ligam às partículas de água disponíveis e endurecem. Isto significa que a água deve estar presente durante os 28 dias completos! Uma vez que a mistura original tenha endurecido, temos agora de manter a superfície húmida. Verá almofadas estruturais cobertas com plástico - isto é, para reduzir a evaporação. Verá também camiões de água a pulverizar as almofadas recém vertidas para as manter húmidas. (A pré-moldagem de alta qualidade é frequentemente curada a vapor na fábrica) No entanto, no caso de uma argamassa, a nossa superfície exposta é pequena e vertical, o que dificulta a adição da água necessária após o facto, pelo que temos de incluir o excesso de água na mistura. Claro que isto reduz a força da relação w/c, mas aumenta a força devido à cura.

Como pode ver, esta é na realidade uma ciência muito complexa com muitos factores a considerar. O resultado é que você ou eu não devemos mexer nas misturas recomendadas sem uma razão realmente boa – não temos a experiência ou o conhecimento para compreender as consequências. – A indústria determinou que as misturas por defeito são o melhor compromisso de propósito geral para os muitos factores conflituosos.

Sou pedreiro praticante há quarenta anos e tenho visto o efeito a longo prazo da mistura 1:3 em comparação com a mistura 1:2. Com preparação adequada a partir da base sob a base e durante toda a construção, recomendo a mistura 1:2 particularmente com pedra de bandeira e superfícies que vão experimentar muito tempo. A minha experiência é quase exclusivamente em pedra e posso ver onde utilizar a mistura mais suave com tijolo e bloco pode ser mais benéfico. (Para evitar fissuras no tijolo ou bloco.) Direi que construí paredes de retenção e estruturas de pedra de bandeira usando a proporção 1:2 há mais de 30 anos que não têm fissuras até hoje.(01/26/16) A proporção 1:2 parece aguentar-se muito melhor do que a 1:3. Mais uma nota. O ciclo de congelamento/descongelamento é um grande inimigo de todo o trabalho de alvenaria e a intrusão de água pode ser muito prejudicial.

Mais alguns pontos de reflexão:

• Se a argamassa for demasiado dura, não se flectirá e, por conseguinte, tenderá a rachar mais, separando-se dos tijolos.

• Se a argamassa for mais dura que o tijolo, então a argamassa desgastar-se-á mais lentamente que o tijolo na chuva/vento, outras ao longo do tempo deixarão a argamassa de fora que depois recolhe a água e enfraquece os tijolos.

• A argamassa mais dura também deixa passar menos vapor de água, pelo que pode parar/baixar a respiração do edifício.

Assim, por vezes uma argamassa flexível mais fraca feita com cal (e sem cimento) é melhor.