Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Capítulo 5 Gesso 1 Gesso A norma brasileira ABNT NBR 13207 de 2017 define gesso para construção como: Capítulo 5 Gesso 2 O gesso é um ligante inorgânico, assim como a cal. Apresenta endurecimento rápido, o que permite elevada produtividade na produção de componentes, dispensando o uso de aditivos. Esse rápido endurecimento do gesso viabiliza a tecnologia de placas de gesso acartonado, um processo de produção muito bem-sucedido no exterior e que vem ganhando cada vez mais espaço no Brasil. Aqui no país o gesso já é bastante utilizado em revestimento para alvenaria, em blocos, painéis para forros e divisórias. Imagens 1, 2, 3 e 4 (sentido horário) - Aplicação de gesso acartonado, acabamento em gesso no teto, acabamento em gesso na alvenaria, aplicação projetada de revestimento de gesso. Fontes: metálica, knartgesso, guiadoconstrutor e construfacilrj. O gesso de construção é um ligante de baixo consumo de energia. Veja: AGLOMERANTE TEMPERATURA DE PROCESSAMENTO Clínquer Portland 1450°C Cal 800 °C a 1100°C Gesso 350 °C Os sulfatos de cálcio presentes na composição do gesso de construção são resumidos no quadro 1: Capítulo 5 Gesso 3 SULFATO FÓRMULA FUNÇÃO Hemidrato-β CaS O4 .0,5 H2 O É a fase mais comum em gessos de construção, produzido a partir da calcinação do gipso. Anidrita III (solúvel) CaS O4 .ε H2 O Por ser muito reativo (é o primeiro a reagir), age como acelerador de pega. (transforma-se em hemidrato com a umidade do ar) Anidrita II (insolúvel) CaS O4 Sendo de hidratação mais lenta, preenche os poros do produto de hidratação do hemidrato, acarretando diminuição da porosidade do gesso e, em consequência, um aumento da resistência mecânica e da dureza. Anidrita I (insolúvel) CaS O4 Trata-se de fase de pega (a que mais demora a reagir) e endurecimento lentos, resultando numa massa dura e tenaz. (resfriada volta a anidrita II, com óxido de cálcio) Gipsita CaS O4 .2 H2 O Participa da formulação do gesso no teor desejado para controle da evolução da reação, ajustando o efeito dos aditivos retardadores. Quadro 1. Sulfatos presentes no gesso. Fonte: Livro IBRACON. Capítulo 5 Gesso 4 Reações Até 100°C ocorre a secagem da umidade contida nos poros da matéria prima. Já entre 160°C e 190°C há a perda da meia molécula do hemidrato, formando a anidrita III. Acima de 250°C, a anidrita III, solúvel, adquire uma estrutura tal que a torna insolúvel, denominada anidrita II. Se a calcinação se faz a essa temperatura, a gipsita perde as duas moléculas de água. Hidratação Na calcinação do gipso, à medida que a temperatura ultrapassa 100°C, há perda parcial ou total da água de cristalização. Em temperaturas acima de 800°C, ocorre a decomposição do sulfato, com perda do anidrido sulfúrico por evaporação -gerando chuva ácida- e permanência, no produto calcinado, do óxido de cálcio. O gesso, misturado com água suficiente, forma uma pasta homogênea que, após poucos minutos, torna-se consistente e trabalhável. A consistência aumenta até o endurecimento, quando ganha resistência, esse fenômeno ocorre devido à hidratação das espécies químicas presentes. As reações de hidratação são inversas às da formação dos produtos, ou seja, o hemidrato e as anidritas regeneram a gipsita (e retomam a quantidade de água perdida na calcinação).Ou seja, a hidratação é a volta a pedra original, o hemidrato dissolve-se liberando íons Ca+ e SO ₄ ² + , quando ocorre a saturação Capítulo 5 Gesso 5 4 é levado a formar microcristais de dihidrato de baixa solubilidade, onde vai-se depositando íons e os cristais crescem com forma de agulha. Os estudiosos Lavoisier (1798) e Le Chatelier (1887) distinguiram três etapas no mecanismo de hidratação, são elas: 1. Fenômeno químico da dissolução; No contato do pó com a água inicia-se imediatamente a dissolução dos sulfatos com a liberação de íons C a2+ e S O2+ . 2. Fenômeno físico de cristalização; 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 liberados assim como a formação de novos núcleos, diminui. 3. Fenômeno mecânico de endurecimento (teoria da cristalização) 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. Já a hidratação do hemidrato ocorre em quatro etapas, as quais podem ser facilmente visualizadas nos resultados de microcalorimetria, conforme figura 1: Figura 5. Etapas de hidratação do hemidrato. Fonte: Livro Ibracon Capítulo 5 Gesso 6 Etapa 1: Inicialmente, primeiro ocorre o pico de molhagem com duração de 30 segundos e inicia-se a dissolução; Etapa 2: Definida como o período de indução. Depois de 2 ou 3 minutos, os hidratos se estabilizam e começam a organizar-se formando um arranjo cristalino. Essa etapa é afetada pelo tempo de mistura, temperatura da água de amassamento ou presença de impurezas ou aditivos; Etapa 3: Essa fase corresponde ao final do período de indução, coincidindo com o início da pega. Ocorre um forte aumento da temperatura que indica o aumento da velocidade de reação (os hidratos se precipitam formando cristais), a porosidade diminui e a resistência aumenta.; Etapa 4: Por último, há uma diminuição progressiva da velocidade da reação, indicando o fim da hidratação. Nessa etapa tem-se o crescimento dos cristais, fato que vai influenciar diretamente nas propriedades mecânicas do gesso. ● A pega do gesso finaliza em até 2 horas, e continua a ganhar resistência por até 20 horas. Na hidratação, as reações dos componentes do gesso apresentam velocidades diferentes. Em ordem decrescente: Sendo a hidratação da anidrita II mais lenta do que a do hemidrato, a sua hidratação preenche os vazios e impede a retração de secagem e a consequente fissuração do gesso. Em condições ambientais normais e na ausência de aditivos retardadores, a maior parte da hidratação é completada em até duas horas, mas a reação de hidratação das anidritas pode levar meses. Sendo assim, do ponto de vista prático, a pega do gesso se encerra em cerca de duas horas, porém o material continua a ganhar resistência até vinte horas. O fenômeno de pega e o ganho de resistência são os resultados da redução do volume de água líquida que se combina com os anidros, formando o sulfato de cálcio hidratado. O início de pega depende do constituinte de pega mais rápida e o endurecimento, do constituinte de pega mais lenta. A partir da idade de vinte horas, exceto quando existe teor elevado de anidrita, o ganho de resistência de deve, predominantemente, aos ganhos devido à secagem pela evaporação do excesso de água de amassamento – necessária para garantir condições de trabalhabilidade - não consumida na reação de hidratação. Anidrita III Hemidrato Anidrita II Anidrita I Capítulo 5 Gesso 7 Expansão do gesso Quando é misturado com água, o hemidrato transforma-se em dihidrato. Devido a diferença de densidades entre os dois componentes, 2,63 g/cm³ e 2,31 g/cm³ respectivamente, esperar-se-ia que uma ligeira contração. No entanto, 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 prossegue até os três dias. É a chamada expansão dimensional. Esta característica, única dos gessos, praticamente elimina o risco de fissuração de revestimentos e auxilia na moldagem de componentes, pois preenche todos os vazios e detalhes do molde, gerando excelenteacabamento superficial. Produção do Gesso Capítulo 5 Gesso 8 A calcinação pode ser feita: Em forno rotativo, conforme figura 2, com contato direto com os gases de combustão, sendo um processo de baixa eficiência energética; Figura 2 - Forno Rotativo Em forno tipo panela, conforme figura 3, e marmita de aquecimento indireto, não existindo contato direto com gases de combustão; Figura 3: Forno tipo panela PS: Nesse vídeo pode-se observar o forno rotativo em funcionamento: https://www.youtube.com/watch?v=RWGcm4BCx0w O processo de produção do gesso de construção no Brasil é realizado, normalmente, a partir de matérias primas naturais. A extração do minério é realizada, em geral, a céu aberto, seguida de britagem, moagem grossa e estocagem com homogeneização. A seguir é precedida a secagem, pois a umidade da matéria prima pode chegar a 10%, a calcinação, moagem fina e ensilagem. Além disso, a calcinação pode consistir em forno único produzindo hemidrato puro, além de gipsita e anidrita; como também por forno duplo, produzindo hemidrato e anidrita separados e, posteriormente, misturados em diferentes proporções para se produzir produtos com propriedades pré estabelecidas. O armazenamento em silos proporciona homogeneização e estabilização do produto. Essa estabilização nada mais é do que a hidratação da anidrita III ao hemidrato, ela se dá https://www.youtube.com/watch?v=RWGcm4BCx0w Capítulo 5 Gesso 9 após 12 horas de armazenamento; uma fração dessa fase pode estar presente no gesso na ocasião do consumo. Matéria prima O gesso pode ser produzido a partir de matéria prima natural – o gipso – ou de sulfatos de cálcio oriundos de resíduos industriais. Estes sulfatos residuais são originados nos processos de produção de fertilizantes, ácido fluorídrico ou de remoção de enxofre de gases de combustão, visando reduzir a chuva ácida. 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 (figura 8), magnésio e potássio. Por causa da sua solubilidade, quando expostos ao ar, alteram-se mais rapidamente do que os outros minerais. No Brasil, cerca de 90% das reservas de sulfatos estão restritas aos estados do Pará e Pernambuco, ficando o restante distribuído entre Maranhão, Ceará, Rio Grande do Norte, Piauí e Tocantins. SULFATOS DE SUBPRODUTOS INDUSTRIAIS SUBPRODUTO DA INDÚSTRIA DE FERTILIZANTES Nas regiões sul e sudeste existem também um volume disponível elevado de gipsita, subproduto de processos industriais, denominado fosfogesso. Esse subproduto é obtido a partir da produção de fertilizantes fosfáticos, que se baseia na solubilização de rochas fosfáticas por ácidos clorhídrico, nítrico ou sulfúrico. No processo de solubilização com ácido sulfúrico, são gerados o ácido fosfórico e o sulfato de cálcio sólido precipitado em partículas finas. Para cada tonelada de ácido sulfúrico formam-se 2,5t de gipsita, sendo o subproduto o fosfogesso. Quando no processo é adicionado um produto orgânico, o fosfogesso é suscetível ao crescimento de fungos, dificultando a sua aplicação na produção de gesso para revestimento e de componentes. No processo em via seca o sulfato é cristalizado na forma anidra (CaS O4 ) e no processo por via úmida o sulfato é cristalizado na forma de di-hidrato (CaS O4 .2 H2 O) ou ainda do hemidrato (CaS O4 .0,5 H2 O ). Reação do processo di-hidrato: Capítulo 5 Gesso 10 SUBPRODUTO DA PRODUÇÃO DE ÁCIDO FLUORÍDRICO ● O ácido fluorídrico é o insumo básico da produção de plásticos fluorados, como o teflon. É produzido através da fluorita segundo a reação: 𝐶𝑎𝐹2 + 𝐻2𝑆𝑂4 → 𝐶𝑎𝑆𝑂4 + 2 𝐻𝐹 ● A anidra residual no Brasil tem sido reciclada na produção de cimento Portland. SUBPRODUTO DA PURIFICAÇÃO DE GASES Os gases de combustão sulfurados, antes de serem lançados na atmosfera, passam por um processo de purificação com cal. O subproduto é designado como sulfogesso. COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO GESSO ● Água livre ou umidade; ● Água combinada ou água de cristalização da gipsita; ● Anidrido sulfúrico (procedente do sulfato); ● Óxido de cálcio (procedente do sulfato e do carbonato); Capítulo 5 Gesso 11 ● Anidrido carbônico (procedente dos carbonatos – calcita ou dolomita); ● Sílica procedente do quartzo; ● Resíduo insolúvel; ● Óxidos de ferro e de alumínio dos argilominerais; ● Anidrido fosfórico; ● Acidez livre; ● Gipsita calculada. INFLUÊNCIA DAS IMPUREZAS GIPSO a resistência mecânica do gesso hidratado. Quantitativamente, todos os minerais acessórios são indesejáveis por reduzirem o teor de hemidrato ou de anidrita do gesso, as quais são espécies químicas responsáveis pelas suas propriedades aglomerantes. Diminuem a resistência mecânica do gesso hidratado. De forma qualitativa, influem: Minerais insolúveis em água, como calcário, dolomito, anidrita, argilominerais desidratados e minerais silicosos, reduzem Minerais solúveis em água, como halita e silvita, afetam a temperatura de calcinação e propriedades da pasta fresca, como a consistência e o tempo de pega. Minerais hidratados, como outros sais de sulfato e o argilomineral montmorilonita, quando se desidratam juntamente com a gipsita, podem desestabilizar o produto final, após endurecimento, por terem a capacidade de absorção de água. Fosfogesso Impurezas da apatita ou subprodutos de seu processamento, tais como matéria orgânica, fluoretos e fosfatos precipitados na hidratação do hemidrato e da anidrita, com reflexo nas propriedades do produto endurecido, como massa específica aparente e resistências mecânicas. Vale lembrar que, a eliminação dessas impurezas do fosfogesso é antieconômica. Propriedades físicas e mecânicas do pó Capítulo 5 Gesso 12 ESPECIFICAÇÕES DO GESSO EM PÓ A ABNT NBR 13207 de 1994 classifica dois tipos de gesso em função da aplicação: em revestimento e em fundição, sendo este último aplicado na produção de elementos e componentes de construção. Ambos têm como requisitos o tempo de pega e o módulo de finura, cujos critérios estão detalhados no Quadro 1. Quadro 1. Critérios de classificação do gesso. Fonte: Livro IBRACON. Já as exigências mecânicas são as mesmas para todos os tipos, valores esses que estão indicados no Quadro 2. Quadro 2. Exigências mecânicas do gesso. Fonte: Livro IBRACON. As exigências químicas por sua vez, estão especificadas no Quadro 3. Quadro 3. Especificações químicas do gesso. Fonte: Livro IBRACON. PROPRIEDADES FÍSICAS DO PÓ A granulometria do pó de gesso é determinada com a utilização de amostra seca por peneiramento na série padrão de peneiras: 0,840 mm, 0,420 mm, 0,210 mm, 0,105 mm, conforme ABNT NBR 12127 de 1991. O peneiramento se dá sob água corrente e a massa retida em cada peneira é determinada após secagem em estufa a 110 °C. Ps: Neste vídeo é possível observar a moagem e britagem do gesso https://www.youtube.com/watch?v=cLDRtqzBDgk A massa unitária do pó é determinada em recipiente com capacidade de 1000 ± 20 cm³, que recebe o gesso vertido através de um funil cônico de 15 cm de altura, https://www.youtube.com/watch?v=cLDRtqzBDgk Capítulo 5 Gesso 13 colocado sobre um tripé, contendo uma peneira de 2,0 mm de abertura e ajustado na metade da altura do funil. Propriedades da pasta TEOR DE ÁGUA PARA CONSISTÊNCIA NORMAL Ensaios realizado s com pasta de consistência normal determinada com o aparelho de Vicat modificado, cuja haste está acoplada a uma sonda de alumínio cônica, ambos pesando 35. A sonda é protegida com uma ponteira de aço inox. A água empregada no preparoda pasta contém citrato de sódio com o intuito de evitar a pega. A penetração da agulha deve ser de 30 ± 2 mm. O pó é pulverizado durante 1 minuto sobre a água contida no recipiente e homogeneizada ligeiramente, e o resultado é expresso por relação água/gesso, ao contrário do que se expressa habitualmente para outros aglomerantes. TEMPO DE PEGA A medição dos tempos de início e fim de pega é considerada uma das propriedades mais importantes na tecnologia do gesso, visto que a velocidade de reação do produto é, em muitos casos, um limitante de uso. A norma reguladora, ABNT NBR 12128 de 1991, define que o tempo de pega deve ser determinado com a pasta na consistência normal, sem o retardador de pega, em aparelho de Vicat (figura 6) provido de haste (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. O final se dá quando a agulha não mais penetra na pasta, deixando uma leve impressão. RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E DUREZA Ensaios realizados em corpos de prova cúbicos de 50mm 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 2500 m². O resultado é calculado pela equação: F πΦT D = Capítulo 5 Gesso 14 Onde: F é a carga em Newton, Φ é o diâmetro da esfera em milímetros, T é a média da profundidade em milímetros. A resistência à compressão é determinada em cubos de 50 mm de aresta em uma prensa de ensaio com capacidade de carga superior a 20.000 N, com exatidão mínima de 200 N. Como em muitos materiais, a resistência mecânica do gesso tem boa correlação com sua dureza. Observe o gráfico 2. Gráfico 2. Relação resistência à compressão versus dureza para o gesso. Fonte: Livro IBRACON. MICROESTRUTURA, POROSIDADE E RESISTÊNCIA MECÂNICA O desempenho do gesso depende de sua microestrutura. As ligações entre os cristais de dihidrato garantem a resistência mecânica do produto. No entanto, entre esses cristais existem defeitos, os poros. Garantidas as condições de moldagem, é a porosidade produzida pela evaporação da massa de água não consumida pela reação de hidratação, que governa a resistência de um determinado gesso. O hemidrato, que é a espécie química dominante no gesso, consome 0,186 g/g de água para se hidratar e, na maioria das situações práticas, as exigências reológicas e até mesmo de tempo de pega, exigem teores de água superiores a 0,5. Com a redução da densidade, cai também o consumo de gesso por metro cúbico de produto endurecido, com importante vantagem econômica e ambiental na produção de componentes e revestimentos. A resistência à compressão do gesso é muito sensível a variações de umidade. Ela se reduz em aproximadamente 50% quando o produto sai do estado seco em estufa (50°C) para o estado úmido. No entanto, a variação da umidade de equilíbrio do gesso devido a variações da umidade relativa do ar não afeta significativamente a resistência mecânica. O aumento da relação água/gesso provoca sensível incremento na permeabilidade do material ao vapor, acelerando o processo de movimentação higroscópica, que são os movimentos relacionados à absorção de água Capítulo 5 Gesso Aditivos retardadores de pega . Os aditivos afetam a velocidade da reação de hidratação da pasta e, consequentemente, altera não só a pega, mas também outras propriedades do material. Na literatura, os aditivos retardadores estão agrupados em três categorias conforme o seu modo de atuação. 15 Capítulo 5 Gesso 16 A hidratação depende, principalmente, da relação a/g, da presença do aditivo e do tipo de gesso comercial. No uso das proteínas, observa-se o efeito do pH do gesso sobre as mesmas, devendo ser empregadas em gessos com pH entre 6 e 12, chegando a retardar até 20 vezes, dependendo do tipo de proteína. As proteínas são menos eficientes em gessos ácidos (pH baixo) ou fortemente alcalinos (pH alto). O gráfico 3 mostra essa faixa ótima de atuação das proteínas. Gráfico 3. Relação entre pH da pasta de gesso e o seu fator de retardamento. Fonte: Livro IBRACON. Alguns aditivos retardadores aumentam ou diminuem a fluidez da pasta, melhorando ou piorando a trabalhabilidade em obra. A presença de retardadores proporciona uma diminuição da expansão em pastas, fato que é atribuído à mudança da microestrutura do dihidrato na presença de retardadores. Os cristais curtos e grossos tem mais espaço para crescer, diminuindo as forças que geram as expansões. A porosidade, por sua vez, pode aumentar ou diminuir dependendo do tipo de aditivo. Da literatura conclui-se que os retardadores pertencentes ao grupo das proteínas aumentam a porosidade, enquanto que o ácido cítrico pertencente ao grupo I a diminui. Capítulo 5 Gesso 17 Aplicações REVESTIMENTO EM PASTAS DE GESSO Quando a pasta é aplicada, oferece uma superfície branca que facilmente é coberta por pintura e acabamento liso, dispensando a aplicação da massa corrida, necessária quando a tinta é aplicada sobre base de argamassa. Além disso, o gesso se hidrata rapidamente, encurtando o período entre aplicação e acabamento com a pintura, permitindo aumentar a velocidade da obra com simplificação do processo. A confecção de pastas de gesso é governada por dois fatores básicos: a necessidade de reologia adequada para a aplicação sobre a base; e o tempo útil, que é o tempo em que essa reologia é mantida. Em obras tradicionais, essa definição é feita pelo gesseiro, que, com base em sua experiência, define o teor de água, ou seja, a relação água/gesso. No quadro 4, observa-se a sequência de aplicação de pastas de gesso e os estágios de hidratação. Além de controlar os tempos de espera e as eventuais perdas, ao variar a relação água/gesso, o profissional responsável por essa etapa (gesseiro) também define a resistência mecânica da camada de revestimento – que é a aderência máxima do revestimento à base. Em estudos realizados no Brasil, a resistência de aderência variou entre 0,4 e 1,7 Mpa. A NBR 13867 de 1997 estabelece os procedimentos para a realização de revestimentos de gesso. A redução do tempo de espera é possível pela modificação da reologia, que pode ser conseguida através da adição de produtos com elevada área específica, como a cal hidratada ou aditivos espessantes como os derivados de celulose. Essa substituição parcial do gesso pela cal, mantendo-se o teor de água constante, provocou em estudos, a redução da resistência mecânica à compressão e no módulo de elasticidade dinâmico. Uma das limitações desse material é a sua elevada sensibilidade à exposição de umidade e a elevada geração de resíduos na aplicação do revestimento. Capítulo 5 Gesso 18 Quadro 5. Sequência de aplicação da pasta de gesso. Fonte: Livro IBRACON. GESSO ACARTONADO O gesso também pode ser aplicado em processo de construção a seco, são chapas de grandes dimensões finas de gesso revestidas externamente por duas lâminas de papel, são denominadas de dry wall. Os produtos são produzidos através do processo de laminação //contínua, o que permite grande escala de produção. Tem alta produtividade na montagem e permitem a execução de serviço com um baixo consumo de material. Capítulo 5 Gesso 19 PS: No link a seguir é possível ver um vídeo bastante interessante sobre a montagem de painéis de gesso acartonado (Drywall): https://www.youtube.com/watch?v=1j1ZJcVxbIk Patologias 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 tem o mesmo imbricamento da primeira formação. A superfície torna-se, assim, pulverulenta. A indústria brasileira não produz gessos em pó especiais para ambientes úmidos. Os aditivos orgânicos empregados para controle de 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 forma eflorescências. https://www.youtube.com/watch?v=1j1ZJcVxbIk Capítulo 5 Gesso 20 Figura 16. Corrosão de armadura. Fonte: tecnosil.com O gesso de construção, particularmente quando exposto a umidades elevadas, provoca a corrosão do aço. Portanto, todos os componentes de aço que permanecerem em contato com o gesso devem ser protegidos contra a corrosão através, por exemplo, da galvanização. Capítulo 5 Gesso 21 Bibliografia ISAIA, G. C. Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. 2 ed. São Paulo. IBRACON, 2010. 2v. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13207: Gesso para construção civil: Referências. Rio de Janeiro, p. x. 2017.
Compartilhar