Apontamentos de Materiais de Construção I - Gesso (2)

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Materiais de Construção II
Doutor Jeremias Abel Palalane
Boane, Julho de 2019
AGLOMERANTE GESSO
1. Definações
 Evaporito
Ε uma rocha sedimentar formada pela precipitação química dos sais dissolvidos em um meio aquoso, devido a um processo de evaporação. Seu precipitado gera depósitos de carbonatos, sulfatos, boratos e cloretos.
• Gipso
É o minério mais comum dos sulfatos, encontrado extensivamente em muitos lugares do mundo, contendo gipsita (CaSO4.2H2O), anidrita (CaSO4) e algumas impurezas. É a matéria-prima de produção do gesso de construção.
• Gipsita
É o mineral composto de CaSO4.2H2O, mineral essencial do gipso.
• Semidrato β
Produzido a partir da calcinação do gipso, com fórmula química CaSO4.0,5H2O.
Anidrita III
Também chamada de anidrita solúvel; é a fase intermediária ao hemidrato e à anidrita II, de fórmula química CaSO4.εH2O. Sua fórmula indica que esse produto pode conter um teor de água de cristalização variável. Reage rapidamente com a água.
Anidrita II
Produzida a 350°C, é também chamada de anidrita insolúvel ou supercalcinada. Reage lentamente com a água.
Anidrita I
Obtida pela calcinação da gipsita à 1.200-1.100°C, também é chamada de anidrita de alta temperatura. A presença de CaO a diferencia da anidrita II. Tem pega e endurecimento lentos.
Gesso é o termo genérico de uma família de aglomerantes simples, constituídos basicamente de sulfatos mais ou menos hidratados e anidros de cálcio; são obtidos pela calcinação da gipsita natural, constituída de sulfato bihidratado de cálcio geralmente acompanhado de uma certa proporção de impurezas, como sílica, alumina, óxido de ferro, carbonatos de cálcio e magnésio. O total das impurezas varia desde uma proporção muito pequena até um limite máximo de cerca de 6%.
2. Matéria Prima
O gesso pode ser produzido a partir da matéira-prima natural (gipso ou sulfatos naturais) ou de sulfatos de cálcio oriundo de resíduos industriais.
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 semihidrato (CaSO4.0,5H2O) em processo via úmida.
Equação da reação do processo dihidrato:
Ca3(PO4)2 + 12 H2SO4 + 6 H2O → 3CaSO4.2H2O + 2 H3PO4
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.
3. Fabricação do Gesso
Pode-se realizar a calcinação da gipsita segundo processos primitivos das medas e fornos de campanha descritos na fabricação de cal.
Entre os processos modernos, podem citar-se os fornos de marmita e os fornos rotativos. No processo da marmita, a gipsita pulverizada é aquecida dentro de um grande recipiente com capacidade variável entre 10 e 20 toneladas. O material é agitado e aquecido por fogo indireto. Entre 100 e 110°C, a humidade superficial é eliminada, ocorrendo a desidratação entre 120 e 160°C. A água de hidratação é eliminada sob a forma de vapor, com uma agitação violenta que se assemelha à fervura. Esta continua até que a desidratação de 1 e 1/2 molécula de água se complete, ocasião em que o material entra em repouso. O gesso, neste estágio de produção, é denominado de primeira cozedura e se constitui principalmente de semi-hidratos.
Se se der continuidade ao processo mediante a elevação das temperaturas até 190 ou 220°C, eliminar-se-á o restante da água de hidratação, observando-se nova fervura no cozimento. O material assim produzido, de segunda cozedura, constituído quase que exclusivamente de sulfato-anidro solúvel, será de pega mais rápida, como já foi mencionado. Observa-se que o gesso de primeira cozedura pode adquirir qualidades semelhantes às do de segunda cozedura, por meio do processo de envelhecimento ao ar atmosférico.
O processo mais moderno de produção de gesso emprega os fornos rotativos para calcinação da gipsita. Em todos os seus aspectos, o processo se assemelha ao da produção da cal em forno rotativo.
Uma variedade bem conhecida de gesso de acabamento é o chamado cimento Keene. Esse gesso é produzido por calcinação dupla de gipsita muito pura. Após a primeira calcinação em temperatura elevada, o sulfato-anidro resultante é imerso numa solução de 10% de alúmen, depois é recalcinado e, finalmente, pulverizado num moinho de bola.
A desidratação da gipsita por calcinação, dentro do limite das temperaturas e pressões correntes na operação de cozimento, conduz à formação dos seguintes sulfatos:
- entre 100°C e 180°C, aproximadamente, são produzidas duas variedades de semi-hidratos - SO4Ca e 1/2 H2O - denominados alfa e beta;
- entre 100º C e 300º C, aproximadamente, são produzidas duas variedades de sulfato-anidro solúvel - SO4Ca - derivados, respectivamente, dos dois semi-hidratos e também denominados alfa e beta;
- em temperaturas superiores a 300°C é produzido o sulfato-anidro insolúvel.
Os semi-hidratos e os sulfatos-anidro solúveis, colocados em presença da água, em temperatura ordinária, reconstituem rapidamente o sulfato bihidratado original. Essa combinação faz-se com a produção de uma fina malha cristalizada, interpenetrada, responsável pela coesão do conjunto. Tal fenômeno, conhecido pelo nome de pega do gesso, é acompanhado de elevação de temperatura, por ser a hidratação uma reação exotérmica.
O sulfato-anidro insolúvel não é suscetível a reidratação rápida, sendo praticamente inerte, e, por esse motivo, participa do conjunto como material de enchimento, como a areia na argamassa.
Segundo a natureza dos compostos desidratados, dos corpos inertes e mesmo da textura do produto, e segundo a proporção de impurezas naturais, a condição de pega e, consequentemente, o seu emprego tomam aspectos muito variados, conduzindo à qualificação de diversos membros de uma família de aglomerantes, como já foi dito.
Nos países em que é muito utilizado, esse material é classificado de acordo com critérios que se baseiam na proporção de sulfato semi-hidratado, na finura, na definição de proporções retidas em determinadas peneiras e também nos tempos de início e fim de pega.
4. Reacções Químicas
	
	
Uma das variedades de gesso de acabamento bem conhecida é o Cimento Keene, que é produzido por calcinação dupla de gipsita muito pura. Após a primeira calcinação em temperatura elevada, o sulfato-anidro resultante é imerso numa solução de 10% de alúmen, depois é recalcinado e, finalmente, pulverizado num moinho de bola.
A produção do gesso obedece a seguinte sequência:
extração da matéria-prima
britagem, moagem grossa e estocagem com homogeneização
secagem → 10% de humidade
calcinação
1 forno → produz semidrato puro ou contendo também gipsita ou anidrita
2 fornos → produzem semidrato e anidrita em separado
moagem e seleção da granulometria
armazenamento em silos e estabilização
ensacamento e comercialização
5. Aplicação do Gesso
Revestimento em gesso
O preparo de pastas de gesso é governado por dois factores 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 aplicaçãorequer 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.
Gesso acartonado
As chapas de grandes dimensões finas de gesso revestidas externamente por duas lâminas de papel, são denominadas comercialmente 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 húmidos, podendo apresentar degradação total ou biodeterioração da superfície. Para aplicação em ambientes húmidos recebe tratamento com hidrofugante.
Bom desempenho na proteção de estruturas diante de incêndios.
Placas e outras utilizações
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.
NB:
Um colóide, ou sistema coloidal, consiste numa mistura na qual uma ou mais substâncias se encontram uniformemente disseminadas (dispersas) numa outra substância, sob a forma de pequenas partículas, formadas por agregados de moléculas. Um sistema coloidal apresenta, assim, dois componentes: o meio disperso (fase dispersa) e o meio dispersante (fase contínua).
Um sistema diz-se coloidal quando as dimensões das partículas que constituem a fase dispersa se situam entre 10-9 e 10-6 m (entre 1 nm e 500 nm). Um sistema coloidal constitui uma situação intermédia entre uma mistura homogénea (solução, com partículas menores que 1 nm) e uma mistura heterogénea (suspensão, com partículas maiores que 500 nm). Num colóide, as partículas são maiores que uma molécula mas, simultaneamente, suficientemente pequenas para não se depositarem no fundo por acção da gravidade, dadas as interacções electrostáticas existentes entre elas (num colóide estável, as superfícies das partículas têm o mesmo tipo de carga – positiva ou negativa – pelo que as interacções são repulsivas, caso contrário haveria aglomeração das partículas o conduziria à floculação do colóide – “precipitação”).
Os colóides podem ser classificados de acordo com o estado físico da fase dispersa e da fase contínua, tal como se indica na tabela seguinte:
	
	Fase Dispersa
	
	Gás
	Líquido
	Sólido
	Fase Contínua
	Gás
	Nenhum
(todos os gases são miscíveis)
	Aerosol Líquido
	Aerosol Sólido
	
	Líquido
	Espuma
	Emulsão
	Sol
	
	Sólido
	Espuma sólida
	Gel
	Sol Sólido
 	 
Uma das características dos colóides é a movimentação rápida, aleatória, desordenada e caótica das partículas da fase dispersa. Este fenómeno denomina-se movimento browniano. Uma outra característica dos colóides é o efeito Tyndall, que é a capacidade que as partículas coloidais têm de dispersar a luz quando esta atravessa um meio coloidal, o que as permite distinguir das soluções.
Os colóides, abundantemente presentes no quotidiano, têm uma influência e um impacto consideráveis no Homem. São exemplos de colóides o leite, a maionese, o fumo, o nevoeiro, as nuvens, o sangue, a gelatina, as natas batidas, a laca, a neblina, a pedra-pomes, a pasta dentífrica, o champô, a matéria particulada do ar ou a cerveja.
AGLOMERANTES ESPECIAIS
Cimento Sorel.
Os cimentos de oxicloretos, comumente conhecidos pelo nome de Cimento Sorel, são preparados por mistura de magnésia calcinada com cloreto de zinco e óxido de zinco com cloreto de magnésia. A magnésia calcinada, finamente pulverizada é misturada com o agregado a ser cimentado, grão de quartzo, mármore, areia ou mesmo abrasivos. Feita a mistura a seco, na proporção conveniente, o cloreto de magnésio, em solução de 22° Baume de concentração, é adicionado em quantidades necessárias para obter-se uma argamassa trabalhável.
Esse cimento dá pega em tempo inferior a 24 horas, dependendo das proporções dos elementos constituintes, e endurece completamente antes de quatro meses. O material resultante é especialmente duro e resiste muito bem à abrasão. Sofre, entretanto, a acção da água, deteriorando-se quando repetidamente molhado.
2. Cimentos Resistentes à acção de Ácidos
De modo geral, os aglomerantes usuais utilizados em construção têm comportamento satisfatório em meio alcalino, não resistindo, porém, ao ataque de meios ácidos. Consequentemente, o interesse despertado pelo conhecimento de aglomerantes resistentes à ação dos ácidos é sempre grande quando o construtor enfrenta o problema de executar estruturas ou revestimentos sujeitos à acção do meio com pH baixo.
De um modo geral, os aglomerantes resistentes à ação dos ácidos são produtos orgânicos, usualmente resinas e plásticos, e entre eles se podem apontar as resinas furan, as resinas fenólicas, resinas epóxi etc.
a. Furan. As resinas furan derivam do composto orgânico C4Η4Ο, e são produtos de excepcionais qualidades de resistência a uma larga variedade de agentes corrosivos. Não resistem, porém, ao ataque de ácido nítrico, ácido sulfúrico concentrado, ácido crómico e cloro. São conhecidas em dois componentes, um pó e um líquido, que se misturam no local do emprego. As proporções de mistura são indicadas pelos fabricantes mas normalmente são duas partes de pó para uma de líquido. Um produto típico dessa classe dá pega em uma hora, aproximadamente, e endurece completamente após seis dias. É aplicado em mistura com material inerte, sob a forma de argamassa, utilizando-se geralmente carvão pulverizado.
b. Cimentos fenólicos. São semelhantes aos cimentos de resina furan. Seu comportamento não é satisfatório em meio alcalino.
c. Resinas epóxi. Também derivam do fenol. Suas propriedades físicas e químicas se assemelham às dos cimentos fenólicos e resinas furan. Têm excepcionais propriedades de adesão, sendo também utilizados para reparações de betão danificado, por permitirem perfeita ligação entre betão novo e betão velho.
d. Enxofre. O enxofre fundido é utilizado satisfatoriamente como aglomerante resistente a ácidos. Não é usado em mistura com materiais inertes. A Tab. 1 apresenta alguns valores que caracterizam esses cimentos especiais.
Tabela. 1. Cimentos especiais - Características
	
	Furan com carvão
	Fenólico com carvão
	Enxofre com Sílica
	Epóxi com Carvão
	Resistência à tração (MPa)
	8,5
	9
	4.5
	11
	Resistência à compressão (MPa)
	100
	10
	42
	110
	Densidade
	1,4
	1,4
	2,2
	1,4
	Coeficiente de dilatação (ºC-1x10-6)
	11
	11
	14
	11
	Adesão ao tijolo (MPa)
	3,5
	2,8
	2,8
	3,5
	Máxima Temeratura em serviço (ºC)
	190
	190
	95
	95
3. Cal Pozolânica.
Os romanos descobriram que, misturando uma cinza vulcânica encontrada nas proximidades do Vesúvio com cal hidratada, obtinham um aglomerante que endurecia sob a água. Esse material, aсtualmente conhecido por cal pozolânica, onde a cal hidratada entra em proporção variável de 25 a 45%, é um aglomerante em desuso, apenas citado na documentação técnica. Seu valor histórico é grande, existindo ainda hoje restos de ruínas de construções realizadas com ele, como, por exemplo, o cais de Calígula.
4. Cal Metalúrgica.
Trata-se de um produto semelhante ao anterior, onde a pozolana é substituída pela escória de alto-forno finamentepulverizada. Sua fabricação envolve a operação de britagem, moeduras, peneiramento da escória metalúrgica e subsequente mistura à cal hidráulica em proporções variáveis de quatro a dois para um em peso.
Esse material é normalizado na França e constitui matéria-prima para elaboração do chamado cimento de alvenaria.
5. Cal Hidráulica.
O nome cal hidráulica é aplicado a uma família de aglomerantes de composição variada, obtidos pela calcinação de rochas calcárias que, natural ou artificialmente, contenham uma porção apreciável de materiais argilosos. O produto goza da propriedade de endurecer sob a água, embora, pela quantidade de hidróxido de cálcio que contém, sofra também a ação de endurecimento pela carbonatação proveniente da fixação de CO2 do ar.
A cal hidráulica é fabricada por processos semelhantes ao da fabricação da cal comum. Utilizam-se, de preferência, fornos contínuos, sendo o produto calcinado subsequentemente extinto. A extinção, neste caso, tem um duplo objetivo: hidratar o óxido de cálcio presente, transformando-o em hidróxido, para evitar posteriores expansões nocivas ao comportamento do material, e, ao mesmo tempo, aproveitar o efeito mecânico dessa expansão para obter uma pulverização natural do produto. A operação de extinção da cal hidráulica é bastante delicada, onde a proporção de água utilizada nunca deve ultrapassar os limites convenientes, para evitar a eventual hidratação dos silicatos produzidos. Após a extinção da cal hidráulica, o produto é peneirado e se encontra em condições de expedição e emprego.
Apesar de seu nome, a cal hidráulica não é um produto apropriado para construções sob a água. Sua pega é muito lenta, o que a torna mais adequada a emprego de menor responsabilidade, principalmente em misturas denominadas cimentos de alvenaria.
Nessa família de aglomerantes, define-se um factor que qualifica o seu comportamento, do ponto de vista do processo de endurecimento: o índice de hidraulicidade, a relação entre as proporções dos constituintes argilosos e dos constituintes alcalinos.
Na Tab. 5.1 estão relacionados os valores correspondentes a diferentes tipos de cal hidráulica. Aí se verifica a evolução do índice de hidraulicidade em relação ao processo de endurecimento.
Tabela 5.1. Meio de endurecimento e índice de Hidraulicidade da Cal
	Nome
	Meio de Endurecimento
	
	Tempo de Endurecimento
	Cal aérea (gorda e magra)
	Ar
	<0,1
	>30 d
	Cal fracamente hidráulica
	Ar e água
	0,1 – 0,15
	15 – 30 d
	Cal mediamente hidráulica
	Ar e água
	0,15 – 0,30
	10 – 15 d
	Cal hidráulica
	Água
	0,30 – 0,40
	5 – 10 d
	Cal eminentemente hidráulica
	Água
	0,40 – 0,50
	2 – 4 d
	Cimento natural de pega lenta
	Água
	0,50 – 0,65
	6 – 24 h
	Cimento natural de pega rápida
	Água
	0,6 – 1,20
	6 h
Materiais de Construção II	 UniTiva - 2019