Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Dr. Vanderley Moacyr John - EPUSP Dra. Maria Alba Cincotto - EPUSP Capítulo 23 Gesso de construção civil Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia • O gesso de construção é um material produzido por calcinação do minério natural gipso (sulfato de cálcio dihidratado) constituído essencialmente de: • sulfato de cálcio hemidratado, • anidritas solúvel e insolúvel, • gipsita, • aditivos retardadores do tempo de pega. • As propriedades do gesso dependem do teor relativo desses constituintes. O que é o gesso de construção Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Sulfatos constituintes do gesso de construção. • Hemidratos de fórmula CaSO4.0,5 H2O ou hemidrato-. É a fase presente em maior teor. • Anidrita III ou anidrita solúvel, de fórmula CaSO4.H2O Fase muito reativa, age como acelerador de pega. • Anidrita II ou anidrita insolúvel, de fórmula CaSO4 Anidrita supercalcinada; Reage lentamente com a água, podendo levar sete dias para se hidratar completamente. • Anidrita I, de fórmula CaSO4 Fase de pega e endurecimentos lentos, contribuindo para a dureza e tenacidade do produto final. • Gipsita, de fórmula CaSO4.2H2O Está presente no produto, por tempo de calcinação insuficiente ou por moagem grossa da matéria prima. Age como um acelerador de reação (acelerador de pega). Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Quadro 1 – Composição teórica dos sulfatos. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Quadro 2 – Resultados percentuais da análise química de gessos de construção. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Quadro 3 – Composição porcentual de gessos de construção. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia • Extração do minério, realizada em geral a céu aberto. • Britagem e moagem grossa. • Estocagem com homogeneização. • Secagem da matéria prima pois a umidade pode chegar a 10%. • Calcinação, moagem fina e ensilagem. • A calcinação pode consistir de um único forno, cujo produto é o hemidrato puro ou contendo também gipsita ou anidrita, ou de dois fornos que produzem hemidrato e anidrita, em separado. • Moagem e seleção em frações granulométricas de acordo com a utilização: em construção (pré-fabricação, revestimentos) e moldagem (arte, indústria). • Etapa final não praticada no País: mistura e homogeneização dos diferentes sulfatos e dos aditivos, em função da aplicação. Produção do gesso de construção Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia • A calcinação é feita em forno rotativo de contato direto com os gases de combustão de óleo ou de gaseificadores de carvão ou lenha. Baixa eficiência energética. • A calcinação é feita também em fornos tipo panela e marmita de aquecimento indireto. Nesse processo não há contato entre os gases de combustão, de lenha ou óleo. • O armazenamento em silos promove homogeneização e estabilização favorável à sua qualidade. • A estabilização é hidratação da anidrita III ao hemidrato; ela se dá após 12 horas de armazenamento do produto em atmosfera de 80% de UR; uma fração dessa fase pode estar presente no gesso por ocasião do consumo. • Ensacado, deve ser protegido de umidade, pois o gesso hidrata-se com facilidade, regenerando o dihidrato que age como acelerador de pega. Produção nacional Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Controle na produção • O importante é o controle da produção de hemidrato. • Pode ser feito pelo tempo de pega ou pelo teor de água combinada remanescente. • Considerando matéria prima pura, a perda de 1,5 mols de água representa uma diminuição do teor de água combinada na gipsita de 70% do teor original. Este valor pode ser tomado como referência para qualquer matéria prima. • O controle pode ser feito também pelo tempo de pega determinado pelo ensaio do corte e da impressão digital (DIN 1168). Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Matéria Prima Sulfatos naturais • São um tipo particular de rocha sedimentar, denominada evaporito. São as rochas mais solúveis, constituídas principalmente de cloretos e sulfatos de sódio, cálcio, magnésio e potássio. Subproduto da indústria de fertilizantes • Também denominado fosfogesso ou gesso químico. • Subproduto da produção de fertilizantes fosfáticos, que se baseia na solubilização de rochas fosfáticas por ácidos clorídrico, nítrico ou sulfúrico. • O sulfato é cristalizado na forma anidra (CaSO4) em processo via seca, na forma do dihidrato (CaSO4.2H2O), ou do hemidrato (CaSO4.0,5H2O) em processo via úmida. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Sulfatos de subprodutos industriais (residuais) Subproduto da indústria de fertilizantes • Também denominado fosfogesso ou gesso químico. • Subproduto da produção de fertilizantes fosfáticos, que se baseia na solubilização de rochas fosfáticas por ácidos clorídrico, nítrico ou sulfúrico. • O sulfato é cristalizado na forma anidra (CaSO4) em processo via seca, na forma do dihidrato (CaSO4.2H2O), ou do hemidrato (CaSO4.0,5H2O) em processo via úmida. • Equação da reação do processo dihidrato: Ca3(PO4)2 + 12 H2SO4 + 6 H2O 3 CaSO4.2H2O + 2 H3PO4 Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Sulfatos de subprodutos industriais (residuais) Subproduto da produção de ácido fluorídrico • O ácido fluorídrico, insumo básico da produção de plásticos fluorados, por exemplo o teflon, é produzido a partir da fluorita, segundo a equação de reação: CaF2 + H2SO4 CaSO4 + 2 HF Subproduto de purificação de gases • Produzido na purificação de gases de combustão sulfurados com cal, antes de serem lançados na atmosfera. • O poluente designado por SOx (anidrido sulfuroso, SO2 + anidrido sulfúrico, SO3) é fixado na forma de sulfato de cálcio anidro ou hidratado, conforme o processo. O subproduto é designado na literatura por sulfogesso. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Quadro 4 – Composição química percentual de matérias primas. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Reações de transformação • Até 100°C ocorre a secagem da umidade da matéria prima. • Entre 140°C e 160°C formação do hemidrato: CaSO4.2H2O CaSO4.0,5H2O + 1,5H2O • Entre 160°C e 190°C formação da anidrita III: CaSO4.0,5H2O CaSO4 + 0,5H2O • Acima de 250°C, a anidrita III, solúvel, por mudança de estrutura forma a anidrita II, insolúvel. CaSO4.2H2O CaSO4 + 2H2O • A 1.200°C, a anidrita II transforma-se na anidrita. • A 1.350°C, ocorre a fusão. • Acima de 1.450°C, ocorre a dissociação da anidrita em anidrido sulfúrico e óxido de cálcio. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Mecanismo de hidratação Figura 1 – Microcalorimetria de um hemidrato (Magnan, 1973). Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Mecanismo de hidratação O mecanismo pode ser acompanhado pela curva do calor de hidratação: • Etapa 1: o primeiro pico ocorre durante 30 segundos e corresponde à molhagem do pó. • Etapa 2: é o período de indução afetado pelo tempo de mistura, temperatura da água de amassamento ou presença de impurezas ou aditivos. • Etapa 3: inicia-se no final do período de indução, coincide com o início da pega. Ocorre um forte aumento da temperatura que indica o aumento da velocidadede reação. • Etapa 4: diminuição da velocidade de reação; depois de a curva passar por um máximo, a velocidade decresce progressivamente, observando-se o fim da hidratação. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Mecanismo de hidratação • No contato do pó com a água inicia-se imediatamente a dissolução dos sulfatos. • Com a saturação da solução a gipsita passa a precipitar em cristais aciculares, formando núcleos de cristalização. À medida que a hidratação evolui, a concentração de íons, assim como a formação de novos núcleos, diminui. • A fixação progressiva da água de hidratação reduz a água disponível, aumentando simultaneamente o volume de sólidos. Os cristais começam a ficar próximos, a porosidade diminui, e a resistência aumenta. • Depois de a velocidade passar por um máximo, decresce até o fim da hidratação, quando a concentração atinge um valor mínimo. O crescimento dos cristais nessa etapa vai influenciar diretamente as propriedades mecânicas. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Início e fim de pega • O consumo da água de amassamento pela formação da gipsita hidratada aumenta a consistência da pasta dando início à pega. • Os cristais formados ao redor de núcleos ficam progressivamente mais próximos e se aglomeram, aumentando a viscosidade aparente da pasta. • O prosseguimento da hidratação leva à formação de um sólido contínuo com porosidade progressivamente menor e resistência progressivamente maior. • A pega e o endurecimento são afetados por diferentes fatores, principalmente: finura e forma dos grãos, relação a/g, temperatura da água, velocidade e tempo de mistura e aditivos. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Figura 2 – Influência do teor de gipsita (ou gipso) de diferentes granulometrias na resistência mecânica à flexão de pastas com relação água/gesso 0,72 (Gmouh et al., 2003). Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Figura 3 – Influência da temperatura no início e fim de pega de pastas de gesso. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Variação dimensional da pasta de gesso • Depois de uma fase inicial de contração, observa-se um incremento de volume, devido ao arranjo geométrico dos cristais que resulta na formação de poros que ocorre durante a hidratação, e que prossegue até os três dias. • Valores típicos de expansão linear atingem cerca de 0,2%. • Após endurecimento e evaporação da água de amassamento, dá-se uma ligeira retração, resultando em uma expansão líquida em torno de 0,1%. O valor decresce com o aumento da água de amassamento e da composição mineral do produto. • Esta característica, praticamente, elimina o risco de fissuração de revestimentos; também auxilia na moldagem de componentes, pois preenche todos os vazios e detalhes do molde, gerando excelente acabamento superficial. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Figura 4 – Representação esquemática da contração e expansão do gesso. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Especificação do gesso em pó Quadro 5 – Exigências físicas do gesso para a construção civil. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Especificação do gesso em pó Quadro 6 – Exigências físicas e mecânicas do gesso para a construção civil. Quadro 6 – Exigências químicas do gesso para a construção civil. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Propriedades físicas do pó • Granulometria do pó Determinada em amostra seca, por peneiramento na série padrão de peneiras (0,840 mm, 0,420 mm, 0,210 mm, 0,105 mm), sob água corrente. A massa retida em cada peneira é determinada após secagem em estufa a 110°C. • Densidade de massa aparente Determinada em recipiente com capacidade de (1.000 20) cm3; recebe o gesso vertido através de um funil cônico, de 15 cm de altura, colocado sobre um tripé, contendo uma peneira de 2,0 mm de abertura, e ajustado na metade da altura do funil. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Propriedades da pasta • Consistência normal Determinada com o aparelho de Vicat modificado (Figura 7): a haste está acoplada a uma sonda de alumínio cônica, pesando ambos 35 g; a sonda é protegida com uma ponteira de aço inox. A fim de evitar a pega rápida do gesso, adiciona-se citrato de sódio p.a. à água (20 g/l). A penetração da agulha deve ser de (30 2) mm. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Propriedades da pasta • Tempo de pega NBR 12128: é determinado com a pasta na consistência normal, sem o retardador, em aparelho de Vicat provido de haste de (300 0,5) g e de agulha com diâmetro de (1,13 0,02) mm. O início de pega é considerado quando a agulha estaciona a 1 mm da base, e o final, quando a agulha não mais penetra na pasta, deixando uma leve impressão. DIN 1168: consiste em colocar uma bolacha de pasta de gesso sobre a superfície de um vidro; a bolacha é cortada com uma lamina de aço. O início de pega é definido como o momento em que o corte não mais se fecha quando a lâmina deixa impressão de corte na pasta. O fim de pega é definido como o momento em que não aparece impressão digital na pasta por pressão do dedo indicador. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Fig. 8 – Método de determinação do tempo de pega da DNIT 1168. Esse método pode ser facilmente empregado em obra. (Foto: Mario Takeashi, 2007 (NBR 12128). Fig. 9 – Influência da relação água/gesso (g/g) no tempo de pega pela agulha de VIcat. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Propriedades mecânicas: Dureza • Os ensaios são realizados em corpos-de-prova cúbicos de 50 mm de aresta, moldados em moldes com três compartimentos. A dureza é determinada pela medida da profundidade de impressão de uma esfera de aço duro, com (10,0 5,0) mm de diâmetro, sob uma carga fixa, de (500 5) N em superfícies com área mínima de 2.500 mm2. O resultado é calculado pela equação: sendo: F = carga em Newton; f = diâmetro da esfera em milímetros; T = média da profundidade em milímetros. .T. F D f Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Figura 10 – Correlação entre dureza e resistência à compressão de gesso brasileiro. Fig. 11 – Imagem em MEV de pasta de gesso (a/g 0,7), ilustrando a elevada porosidade entre os aglomerados de cristais. (D’agostino,2007) Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Propriedades mecânicas: Resistência à compressão Figura 12 – Influência na relação água/gesso na densidade no estado seco e porosidade – correlações aproximadas para retas (a partir de dados dos autores e de Les Cahiers Techniques, Syndicat, 1991). Figura 13 – Influência na relação água/gesso na resistência mecânica de corpos-de-prova 50 x 50 x 50 mm de um gesso brasileiro. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Aditivos retardadores de pega De modo geral estão agrupados em três categorias conforme o seu modo de atuação: • Espécies químicas que diminuem a velocidade de dissolução do hemidrato, por introduzirem outros íons na solução: retardam a saturação da solução: ácidos orgânicosfracos (ácidos cítrico, fórmico, acético, láctico, e seus sais alcalinos, como os citratos, acetatos e lactatos) e ácido bórico, ácido fosfórico, glicerina, álcool, éter, acetona e açúcar. • Espécies químicas que geram reações complexas, resultando em produtos pouco solúveis ou insolúveis ao redor dos cristais de dihidrato, atrasando o seu crescimento e, como conseqüência, sua precipitação: boratos, fosfatos, carbonatos e silicatos alcalinos. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Aditivos retardadores de pega • Produtos orgânicos de massa molecular elevada, como as proteínas degradadas e alguns colóides; misturados com água, formam um gel ao redor dos grãos de hemidrato, atrasam o contato com a água e a solubilização e cristalização do dihidrato: queratina, caseína, goma arábica, gelatina, pepsina, peptona, albumina, alginatos, proteínas hidrolisadas, aminoácidos e formaldeidos condensados. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Figura 14 – Efeito do ácido tartárico na velocidade de hidratação. (Gerardi, 1991). •Figura 15 – Efeito do ácido cítrico no início de pega. (Knauf, 1973). Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Figura 17 – Tempo de início de pega em presença de gelatina. (Fischer e Hening, 1994). Figura 16 – Efeitos da proteina em função do pH da pasta de gesso (Mallon,1998). Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Figura 18 – Efeito do hexametafosfato na consistência da pasta de gesso. (Ridge e Boell, 1962). Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Influência dos retardadores sobre o gesso endurecido. • Expansão A diminuição da expansão observada é atribuída à mudança da microestrutura do dihidrato na presença de retardadores. Em presença de aditivos retardadores, os cristais curtos e grossos têm mais espaço para crescer, diminuindo as forças que geram as expansões. • Porosidade A porosidade pode aumentar ou diminuir dependendo do tipo de aditivo: as proteínas aumentam a porosidade; o ácido cítrico diminui. A metilcelulose aumenta a porosidade do material na forma de ar incorporado. Dependem da cristalização da gipsita: cristais longos ou curtos, aciculares ou grossos. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Aplicação: revestimentos em gesso • O preparo de pastas de gesso é governado por dois fatores básicos: a necessidade de reologia adequada para a aplicação sobre a base e o tempo útil (tempo em que essa reologia é mantida). O gesseiro, pela sua experiência, define o teor de água adequado (relação a/g). • A aplicação requer experiência para evitar-se o desperdício devido ao curto tempo de pega. • A faixa de consistência que permite a aplicação de pastas de gesso medida com aparelho de Vicat modificado mostrou que a pasta pode ser aplicada quando a consistência encontra-se entre 28 mm (início) e 0 mm (fim). Na prática, a definição do teor de água pode ser realizada utilizando esse aparelho de uso muito simples. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Aplicação: revestimentos em pasta de gesso Quadro 8 – Sequência de aplicação de pastas de gesso e os estágios de hidratação. (com base em Antunes, 2000). Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Figura 19 – Evolução da consistência média pela penetração do aparelho de Vicat modificado (NBR 12128) com o tempo para a pasta misturada (aplicação I) e para a pasta que permaneceu em repouso (aplicação II). O tempo zero corresponde ao tempo de polvilhamento do pó na água. (Antunes, 2000) Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Aplicação: revestimentos em gesso Influência da adição de cal ao gesso Figura 20a – Influência do teor de cal na consistência Vicat Modificado para diferentes relações água/(gesso + cal) (Antunes, 2000). Figura 20b – Influência do teor de cal no tempo de espera (inclui 5 min. De mistura e moldagem do corpo-de-prova) e fim de utilização para pasta com água/(gesso + cal) = 0,7, obtidas com um gesso específico (Antunes, 2000). Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Aplicação: revestimento em gesso Efeito da adição de cal ao gesso Figura 21 – Influência da relação água/(gesso + cal) na resistência mecânica à compressão (NBR 12129) e módulo de elasticidade de pastas de gesso (tangente inicial no ensaio de compressão). Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Aplicação: Gesso acartonado • As chapas de grandes dimensões finas de gesso revestidas externamente por duas lâminas de papel, são denominadas comercialmente no Brasil de dry wall. • O papel kraft que reveste serve de reforço para os esforços de tração, o que permite o manuseio seguro de chapas de grandes dimensões e confere resistência a esforços de uso. • Os produtos têm alta produtividade na montagem e permitem a execução de serviço com um baixo consumo de material. • Combinando papel e gesso, o produto, é sensível a ambientes úmidos, podendo apresentar degradação total ou biodeterioração da superfície. Para aplicação em ambientes úmidos recebe tratamento com hidrofugante. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Quadro 9 – Variação de dimensões de chapas de gesso acartonado no mercado brasileiro. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Figura 22 – Absorção de água por superfície protegida por papel de chapa de gesso acartonado convencional e resistente à umidade. (Medeiros, 2004). Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Aplicação: Placas e outros componentes de gesso. • Placas lisas de gesso moldado, com dimensões de 60 cm x 60 cm, com borda reforçada para forros suspensos. • Perfis moldados, em complementação às placas de gesso, utilizados para a realização de acabamento de bordas e produção de detalhes arquitetônicos como sancas. • Blocos de gesso moldados para uso em alvenarias: paralelepípedos vazados, com grandes dimensões (500 mm x 666 mm, com espessuras entre 50 mm e 100 mm). Permite boa produtividade na elevação da alvenaria. • Fibro-gesso: a fibra é adicionada para melhorar a resistência à tração e ao impacto. • Porta corta-fogo. • Isolante acústico. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Aplicação: Placas e outros componentes de gesso – Patologia. • Placas finas de gesso apresentam elevada movimentação higrotérmica, pois são permeáveis ao vapor de água e possuem baixa inércia térmica, entrando em equilíbrio com o ambiente muito antes do restante da estrutura do edifício. • A combinação da higroscopicidade com placas de espessura delgada leva à freqüência e amplitude de movimentação higrotérmica de paredes e forros de gesso superiores às da estrutura do edifício. Soluções: • Em forros de placas moldadas: total dessolidarização das paredes e a introdução de juntas periódicas. • Em gesso acartonado: fixação da estrutura de madeira ou metal e a existência de uma junta elástica entre placas. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Aplicação: revestimento em gesso Patologia • A umidade é prejudicial ao gesso dada a solubilidade da gipsita. Pela ação de ciclos úmido-seco do ambiente, a gipsita da superfície se dissolve e precipita continuamente, mas os cristais apenas se depositam sobre a superfície e não têm o mesmo embricamento da primeiraformação. A superfície torna-se pulverulenta. • Os aditivos orgânicos empregados para controle da pega apresentam o inconveniente de alimentar o crescimento de fungos de difícil eliminação. Os aditivos minerais empregados em excesso podem ser trazidos para a superfície na evaporação da água de amassamento ou na secagem após a absorção de umidade e formar eflorescências. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Aplicação: revestimento em gesso Patologia • O gesso de construção, particularmente quando exposto a umidades elevadas, provoca a corrosão do aço. Todos os componentes de aço em contato com o gesso devem ser protegidos contra a corrosão, através, por exemplo, de galvanização. • Artefatos ou revestimentos de gesso apresentam uma superfície muito lisa, quase polida, às vezes pulverulenta, o que não permite boa aderência de pinturas de emulsão. A película se forma, mas descola com facilidade (“peeling”). Necessitam, por isso, da aplicação de fundo preparador na superfície.
Compartilhar