Aula 7 Cal e Gesso 2017 br

Prévia do material em texto

1
Ligantes Aéreos
PCC 3222
2017
© Poli USP 2017
Ligantes
A construção civil utiliza três ligantes inorgânicos principais
Ligantes Aéreos
Ligante Hidráulico
Cal aérea
Cimento
Gesso
� O endurecimento 
ocorre pela rea
rearea
reação 
o o 
o 
com a 
com a com a 
com a água (gesso) 
gua (gesso) gua (gesso) 
gua (gesso) ou 
ou ou 
ou 
com o contato com o 
com o contato com o com o contato com o 
com o contato com o 
ar (cal)
ar (cal)ar (cal)
ar (cal).
..
.
• Depois de 
endurecidos, n
nn
não 
o o 
o 
resistem bem 
resistem bem resistem bem 
resistem bem à a
aa
ação 
o o 
o 
da 
da da 
da água (gesso)
gua (gesso)gua (gesso)
gua (gesso). 
• O endurecimento ocorre 
pela rea
rearea
reação com a 
o com a o com a 
o com a água 
gua gua 
gua 
(reação de 
hidratação).
• Depois de endurecidos, 
tornam-se menos 
solúveis e resistem 
resistem resistem 
resistem 
bem a 
bem a bem a 
bem a água
guagua
gua.
© Poli USP 2017
2
Objetivos
• Descrever os processos de obtenção dos ligantes 
aéreos, suas principais características e usos na 
construção
© Poli USP 2017
GESSO
usos na construção
© Poli USP 2017
3
Gesso na construção
• Forros e paredes divisórias
• Elementos decorativos
• Revestimentos
• Blocos....
© Poli USP 2017
http://www.cliquearquitetura.com.br/artigo/gesso-acartonado-resistencia-mecanica.html
Gesso
acartonado
Gesso recoberto com Papel kraft
- maior resistência à tração (placa esbelta)
- modularidade, praticidade (corte)
- menos susceptível a água (se hidrofugado)
© Poli USP 2017
4
Glass reinforced gypsum
https://www.formglas.com/images/databaseimg/mumbai/Formglas_T2_Mumbai_002F.jpg
Elementos
decorativos
Executados com pastas 
de gesso. Podem conter 
reforço (fibras)
© Poli USP 2017
Forros de 
gesso liso
http://plastereng.wixsite.com/plaster
Sancas – rebaixos e desníveis intencionais 
no forro de gesso, abrigando diferentes 
tipos de iluminações
© Poli USP 2017
5
Revestimento
Execução manual (muito usado 
no setor imobiliário da 
construção) ou Projetado 
(maior produtividade, bastante 
usado na Europa)
© Poli USP 2017
Mercado Brasileiro
• Aplicações principais
• Gesso liso (ensacado) 
para revestimentos de 
alvenaria
• Componentes pré-
fabricados como blocos, 
painéis para forros 
(gesso liso) e divisórias 
(gesso acartonado)
• Indústria de gesso liso
• Baixo nível técnico
• Variabilidade do produto
• Indústria de gesso 
acartonado
• Setor organizado
• Empresas multinacionais
(Knauf, Placo, etc)
© Poli USP 2017
6
Matérias-primas
• Origem Natural
• Gipso (minério)
• Gipsita (CaSO4.2H2O) 
• Anidrita (CaSO4)
• Impurezas (s/ interesse 
econômico)
• Gipsita (mineral)
• CaSO4.2H2O
• Resíduos industriais 
• Ácido fosfórico (fertilizantes): 
• 1t H3PO4 � 4,8t 
• Ácido fluorídrico
• Remoção de enxofre de gases 
de combustão
• Ca(OH)2 + SO2 �CaSO4
• Não é usado na construção
• Problema: contaminantes
© Poli USP 2017
Jazidas de gipsita
• Reservas nacionais
• ~ 650 M t
• Produção (Araripe)
• ~2,8 M t em 
(95% produção 
nacional)
Araripina Araripina -- PEPEAraripina Araripina -- PEPE
© Poli USP 2017
7
Mineração de Gesso – Trindade PE
© Poli USP 2017
Produção do gesso
Gipsita
CaSO4.2H2O
Extração
150~350 °C
CaSO4.0,5H2O
Calcinação: CaSO4.2H2O � CASO4.0,5H2O + 1,5H2O
CASO4 + 2 H2O
∆ 150-350ºC
© Poli USP 2017
8
Temperatura e fases formadas
150 oC Hemihidrato
CaSO4.0,5H2O (gesso de pega normal)
150 ~ 250 oC Anidrita III (instável)
CaSO4 (gesso de pega rápida)
400 ~ 450 oC Anidrita II (estável)
CaSO4 (gesso de pega lenta)
Calcinação heterogênea
© Poli USP 2017
Tipos de fornos
Fonte: Aula do prof. José de A. Freitas - UFPR
© Poli USP 2017
9
Impacto ambiental do processo
Gesso de Construção Brasileiro
1,36
0,91
0,21 0,16
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Lenha Nativa Lenha Nativa Oleo Comb Oleo Comb
Panela Marmita Rotativo
C
O
2
(t
/t
)
a partir de Peres, Benachour e Santos (2001), BEN 2011 
© Poli USP 2017
Lenha da Caatinga
© Poli USP 2017
10
© Poli USP 2017
Outros impactos ambientais e sociais
© Poli USP 2017
11
Gesso liso de construção
• “Plaster of paris” 
• “Yeso” 
• “Gypsum calcined” 
• Constituintes
• Hemidrato β
• CaSO4.0,5H2O
• Anidritas II e III
• CaSO4
© Poli USP 2017
Quais ensaios de controle 
são necessários para 
o gesso liso?
© Poli USP 2017
12
Ensaios de qualidade
• Composição química
• Granulometria (finura)
• Densidade aparente
• Tempo de início e fim de pega
• Resistência à compressão
• Dureza
© Poli USP 2017
Composição química
Composto Faixa1 
(%) 
NBR 13207/94 
(%) 
Obs. 
SO3 50 ~ 55 > 55 
CaO 35 ~ 39 > 38 
H2O comb 3 ~ 6 4,2 a 5,2 230
oC 
Umidade 0 ~1 < 3% 45 
oC 
 
 1CINCOTTO, AGOPYAN & FLORINDO, (1992) 
© Poli USP 2017
13
Granulometria (finura)
• Peneiramento nas seguintes aberturas de peneiras 
(NBR 12127, 1991) : 
• 0,840 mm, 
• 0,420 mm, 
• 0,210 mm, 
• 0,105 mm, 
• Granulometria laser
© Poli USP 2017
Densidade aparente de gesso
• Funil utilizado 
para ensaio 
de densidade 
(de massa) 
aparente de 
gesso.
 
© Poli USP 2017
14
Tempo de pega: NBR 12128
• Aparelho de Vicat
modificado
• Teor de água padrão
• Temp. padrão 
© Poli USP 2017
Tempo de pega simplificado
• Água para trabalhabilidade
• “Bolacha” de 0,5cm de 
espessura
• Corte com a espátula
• Separação
© Poli USP 2017
15
Tempo de pega
Aplicação NBR 13207 Variação
Revestimento > 10 min
Início
Fundição 4 a 10 min
3,5~30 min
Revestimento > 45 min
Fim
Fundição 20 a 45min
5~25min
© Poli USP 2017
Resistência à compressão
• NBR 1218
• Cubos 5 x 5 cm
• Pasta
• Consistência normal
• Desmoldagem com 3 h
• Cura
• 40 oC até secagem
© Poli USP 2017
16
Propiedades mecânicas
Requisito Variação 
(MPa) 
NBR 13207/94 
(MPa) 
Resistência à 
compressão 
9 a 301 > 8,4 
Dureza 33 ~531 > 30 
Tração na 
flexão 
4 ~ 101 
Aderência 0,4 ~1,6 
 
 1CINCOTTO, AGOPYAN & FLORINDO, (1992), ensaio ligeiramente 
diferente © Poli USP 2017
Características principais
• Endurecimento rápido (< 1 hora)
• Interessante para pré-moldados (gesso acartonado)
• Plasticidade da pasta fresca 
• Acabamento liso da superfície endurecida
• Acabamentos de paredes e tetos
• Elementos decorativos, pré-moldados
• Comportamento em incêndio
• Absorve energia (aquecimento e decomposição da água)
• Água – calor específico elevado
• Libera vapor de H2O a 150ºC
• Baixa resistência à água
© Poli USP 2017
17
Etapas da hidratação
• Fenômeno químico da dissolução 
• O hemidrato, dissolve-se em água liberando íons Ca2+ e 
SO4
2-. 
• Fenômeno físico de cristalização
• Atingida a concentração de saturação, formam-se 
cristais de di-hidrato (CaSO4.2H2O). 
• Fenômeno mecânico de endurecimento 
• A consistência aumenta até o endurecimento devido à 
hidratação das espécies químicas presentes.
© Poli USP 2017
Hidratação do gesso
CaSOCaSO44.2H.2H22OO
CaSOCaSO44.0,5 H.0,5 H22OO
1,5 H2O
precipitação
dissolução
© Poli USP 2017
18
0
20
40
60
80
100
120
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Tempo (h)
Ca
lo
r 
(kJ
/k
g)
a/g 0,70
máxima 57,09 W/kg (1,1h)
calor total 111,0 kJ/kg
Calor de hidratação
O mecanismo de hidratação é exotérmico
E muito mais rápido que o do cimento 
© Poli USP 2017
Microestrutura do gesso
Cristais ~15mm
Macroporoshttp://dx.doi.org/10.1590/S1516-
14392008000400002
© Poli USP 2017
19
Expansão do gesso
-0,15
-0,10
-0,05
0,00
0,05
0,10
0,15
0 10 20 30 40 50 60 70
Tempo (minutos)
Retração 
inicial
Expansão 
total
∆ L
 
/ L
 
(%
)
-0,15
-0,10
-0,05
0,00
0,05
0,10
0,15
0 10 20 30 40 50 60 70
Tempo (minutos)
Retração 
inicial
Expansão 
total
∆ L
 
/ L
 
(%
)
∆L / L (%)
Ex
pa
n
sã
o
Re
tra
çã
o
-0,15
-0,10
-0,05
0,00
0,05
0,10
0,15
0 10 20 30 40 50 60 70
Tempo (minutos)
Retração 
inicial
Expansão 
total
∆ L
 
/ L
 
(%
)
-0,15
-0,10
-0,05
0,00
0,05
0,10
0,15
0 10 20 30 40 50 60 70
Tempo (minutos)
Retração 
inicial
Expansão 
total
∆ L
 
/ L
 
(%
)
∆L / L (%)
Ex
pa
n
sã
o
Re
tra
çã
o
© Poli USP 2017
Tempo disponível para 
moldagem.
Tempo de pega
Depende de:
• Composição
• Fases anidrita e gipsita
• Contaminantes
• Aditivos
• Água/gesso
• Finura do gesso
• Temperatura
• Mistura
Muito variávelMuito variável
no gessono gesso
brasileiro!brasileiro!
© Poli USP 2017
20
Tempo de pega x relação água/gesso
© Poli USP 2017
© Poli USP 2017
21
Aditivos retardadores de pega
• Citrato de sódio
• Boráx
• Fosfatos
• Caseína
• Sabão
• Gelatina...
http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jp510114j
© Poli USP 2017
Aditivos retardadores de pega
• Influência no estado fresco 
• Hidratação e tempo de pega
• Efeito na consistência
• Influência sobre o gesso endurecido
• Expansão
• Porosidade
© Poli USP 2017
22
Aditivos retardadores de pega
Sem aditivo 20% de solução de acetato de cálcio
doi:10.1016/j.cemconres.2009.01.008
• Alteram não só a pega como também algumas outras 
propriedades do material como a resistência.resistência.
© Poli USP 2017
Aditivos retardadores de pega
20% solução de propionato de cálcio 20% de solução de formiato de cálcio
doi:10.1016/j.cemconres.2009.01.008
© Poli USP 2017
23
Resistência do gesso
relação água/gesso (g/g)
1 kg de gesso
• Água p/trabalhabilidade 500 700g
• Água de hidratação 186 186g
• Volume de poros 314 514ml
+ água+ água
+ poros+ poros
30 a 80 %30 a 80 %
© Poli USP 2017
Resistência x relação água/gesso
Maior relação água/gesso, maior porosidade
© Poli USP 2017
24
Por que o teor de anidrita 
solúvel influencia na 
resistência?
© Poli USP 2017
Dureza x resistência
Dureza � ensaio simples e prático
© Poli USP 2017
25
Resistência mecânica x umidade
• Higroscópico
• Umidade no material 
depende da umidade 
do ar
• Solubilização parcial
• Pulverulência por 
recristalização
• Baixa aderencia de 
pintura
DOI: 10.1007/BF02473176,
DOI: 10.1002/jctb.5000650501
6
8
10
12
14
0 2 4 6 8
R
e
si
st
ê
n
ci
a 
(M
P
a)
Umidade no gesso (%)
© Poli USP 2017
Patologias do gesso
• Superfície pulverulenta. 
• Crescimento de fungos. 
• Material higroscópico e solúvel á água.
• Formação de eflorescências. 
• “Peeling”.
• Corrosão do aço.
© Poli USP 2017
26
É possível reciclar o gesso na construção? 
Explique como é feito.
© Poli USP 2017
Bibliografia (leitura obrigatória)
• JOHN, V. M.; CINCOTTO, M. A. Gesso de
Construção Civil. In: Materiais de Construção
Civil e Princípios de Ciência e Engenharia de
Materiais. 2. ed. Atualizada e ampliada. São
Paulo: Instituto Brasileiro do Concreto, 2010.
© Poli USP 2017
27
CAL
para construção civil
© Poli USP 2017
Empregos da cal
www.abpc.org.br, 2013
Construção
37
Siderurgia
22
Papel
4
Industria 
Quimica
7
Açucar
4
Tratamento 
de água
3
Outros 
industriais
23
© Poli USP 2017
28
Aplicações da Cal
Na construção civil:
• Argamassas
• simples
• mistas com cimento
• Pintura
• Estabilização de 
solos
• pavimentação
• tijolos solo-cal
• jet grouting
• Concreto celular
• Lamas asfálticas
• Blocos sílico-calcários
• quartzo + cal 
• Autoclave
• Fabricação de materiais
• Aço
• Alumíno 
• Saneamento:
• Tratamento de água
© Poli USP 2017
Argamassa de assentamento
© Poli USP 2017
29
Argamassa de cal 
(revestimento)
© Poli USP 2017
Solo estabilizado com cal como base de 
pavimentos
© Poli USP 2017
30
Estação de Tratamento de Água
http://www.sanasa.com.br/conteudo/conteudo2.aspx?f=I&par_nrod=1362&flag=P-A
Alteração de pH, auxilia na floculação, neutralização
© Poli USP 2017
No passado: Cimento romano
Cal hidratada + Pozolana naturalCal hidratada + Pozolana natural
cinzas de vulcões (Pozzuoli cinzas de vulcões (Pozzuoli –– NápolesNápoles)
3CH + 2S 3CH + 2S →→→→→→→→ 2C2C33SS22HH33
www.archeolog-home.com
© Poli USP 2017
31
O que é a cal ?
• Pó fino (branco)
• Sacos de 20 kg
• Virgem
• pouco utilizada na 
construção civil 
• Óxidos anidros
• CaO
• CaO.MgO
• Hidratada
• hidróxidos
• CaO.H2O
• CaO.MgO.2H2O
• 5 a 7 vezes mais fina 
que o cimento
© Poli USP 2017
Desagregação 
química
�������� COCO22
Produção da cal
Hidratação
cal virgem
Calcinação
Britagem
Calcário ou
 Dolomito
CaO.CO2 (CaCO3)
CaO.MgO.2CO2
CaO,MgO
>800 >800 ooCC
CaO.H2O, MgO.H2O
moagem
© Poli USP 2017
32
© Poli USP 2017
Forno de cal (Regenerativo)
© Poli USP 2017
33
carbonatosóxidos
óxidos 
supercalcinados
Produção da cal
• Processo heterogêneo
• Calcinação da pedra
• Maior custo é energia
• Miolo é cru
• < Temperatura interna 
• Hidratação
• velocidade f (Temp)
• super-calcinada +lenta
• Impurezas da matéria 
prima
© Poli USP 2017
Temperatura X microestrutura
A supercalcinação da cal (CaO) torna seu processo de hidratação lento.
© Poli USP 2017
34
Estabilidade
• Hidratação tardia: reação expansiva (2 x) 
• CaO + H2O � Ca(OH)2
• MgO + H2O � Mg(OH)2
• Fases supercalcinadas 
• hidratação lenta após aplicação
• desagregação/pulverulência do 
revestimento
© Poli USP 2017
Como a cal endurece?
Como adquire resistência?
© Poli USP 2017
35
Ganho de resistência e estabilidade à água no 
revestimento de cal
• Cal virgem (em desuso na construção)
• CaO + H2O � Ca(OH)2 (cal hidratada)
• Problemas: liberação excessiva de calor e fissuração dos 
revestimentos.
• Cal hidratada (é a mais utilizada)
• Não tem mais a reação de hidratação. A cal hidratada é 
solúvel em água. Forma íons na solução: Ca2+, H+, OH-
• Consolida (endurece) por simples evaporação da água.
• Adquire resistência e se torna menos solúvel a água pela 
reação de carbonatação.
© Poli USP 2017
Reação de carbonatação da cal
• Reação de carbonatação
• Ca(OH)2 + CO2 � CaCO3 + H2O (simplificadamente)
• O que realmente ocorre na reação
• Ca2+ + HCO3
- + OH- � CaCO3 + H2O (o gás carbônico se 
dissocia na água)
• Sem a presença de umidade e ar, a reação não tem 
como acontecer.
• Totalmente seco � umidade insuficiente 
(reação pode ser lenta ou não ocorrer)
• Totalmente úmido � concentração de CO2 insuficiente 
(reação pode ser lenta ou não ocorrer)
© Poli USP 2017
36
Ciclo da cal
CaO.CO2
CaO
Energia
CaO.H2O
CO2
CO2
H2O
H2O
Solubilidade: 1,7g/LSolubilidade: 1,7g/LSolubilidade: 1,7g/LSolubilidade: 1,7g/L
Solubilidade: 0,013g/LSolubilidade: 0,013g/LSolubilidade: 0,013g/LSolubilidade: 0,013g/L
© Poli USP 2017
Cal para Argamassas 
tipos e composição química
Cal hidratada - NBR 7175 CH I CH II CH III
CO2- na fábrica ≤ 5% ≤ 5% ≤ 13%
CO2 - depósito ≤ 7% ≤ 7% ≤15%
(CaO+MgO) não hidratados ≤ 10% na ≤ 15%
Óxidos totais (CaO+MgO)
na base de não voláteis
≥ 88% ≥88% ≥ 88%
Resíduo insolúvel* 10% 10% 10%
© Poli USP 2017
37
Ensaios (controle da composição)
• Perda ao fogo
(500-1,000ºC
• Determina a perda de 
massa (CO2)
• CaCO3=CO2 x 2,27
• teor de rocha não
calcinada
• Ataque com HCl
• Resíduo insolúvel
(fração não atacada)
• equivale a teor de 
inertes
• checa a falsificação
© Poli USP 2017
É cal ? 
Dissolução Dissolução com com HClHCl (20%)(20%)
FotoFoto: : ProfaProfa. . MérciaMércia BarrosBarros
© Poli USP 2017
38
Cal para argamassas - adulteração
y = 0,0034x2 - 1,3563x + 98,675
R2 = 0,9932
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
RI (%)
Óx
id
o
s
 
to
ta
is
 
(%
)
Resíduo insolúvel em ácido (%)
© Poli USP 2017
Baixo teor de aglomerantes
© Poli USP 2017
39
Pouco aglomerante, 
muito argilominerais
© Poli USP 2017
Quais ensaios são usados para 
avaliar a qualidade da cal para 
argamassas?
Por que usamos a cal nas
argamassas?
© Poli USP 2017
40
Finura
Retido acumulado CH I CH II CH III
# 30 – 0,600 mm (%) ≤ 5% ≤ 0.5%
# 200 – 0,075 mm (%) ≤
 15% ≤ 15%
Peneiramento com água sob pressão
© Poli USP 2017
Massa unitária (densidade aparente)
• Insolúvel
• > massa unitária
• não aglomerante
• Massa unitária
• finura
• dosagem em 
volume
• rendimento
400
500
600
700
800
900
0 5 10 15 20
M
as
sa
 U
n
it
ár
ia
 (
kg
/m
³)
Teor de CO2 (%)
Alto Cálcio Dolomitica
© Poli USP 2017
41
Retenção de água
• Perda de 
consistência
devida à perda
de água para 
material poroso
• CH I e CH II - 80%
• CH III - 70%
Cal pode auxiliar no processo de cura da 
argamassa. Pode ocasionar aumento na 
demanda de água e de porosidade, 
tornando-a mais deformável.
© Poli USP 2017
Bibliografia (leitura obrigatória)
• CINCOTTO, M. A.; QUARCIONI, V.A.; JOHN, V.M. Cal na 
Construção Civil. In: Materiais de Construção Civil e 
Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. 2. ed. 
Atualizada e ampliada. São Paulo: Instituto Brasileiro do 
Concreto, 2010.
© Poli USP 2017
42
© Poli USP 2017
Este trabalho está licenciado sob uma Licença Creative Commons CC 
BY-NC. Para ver uma cópia desta licença:
https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/legalcode#languages
Pode ser reproduzido e alterado, garantindo o devido crédito a Poli 
USP e não pode ser usado para fins comerciais.
© Poli USP 2017