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Universidade Cruzeiro do Sul Curso de Engenharia Civil Aula 3 AGLOMERANTES AÉREOS CAL E GESSO Materiais de Construção Civil Professora Grace Vasconcellos -‐ GESSO E CAL são materiais muito anBgos -‐ Usados antes dos romanos -‐ Aglomerantes aéreos possuem baixa resistência à exposição prolongada à água -‐ São materiais simples do ponto de vista de composição química e mineralógica, comparados ao cimento Portland -‐ Empregados em materiais de revesBmentos na forma de pasta e argamassa -‐ Por serem compaNveis entre sí, podem ser usados conjuntamente, apresentando vantagens -‐ O GESSO endurece por rápida reação à água e pode ser usado em placas -‐ A CAL HIDRATADA endurece lentamente, pela reação com o CO2 atmosférico CAL NA CONSTRUÇÃO CIVIL CAL NA CONSTRUÇÃO CIVIL -‐ Aglomerante inorgânico mais anBgo uBlizado pela humanidade, solúvel em água, produzido a parBr de rochas calcárias, composto basicamente de cácio e magnésio, na forma de um pó muito fino -‐ Há dois Bpos: a) CAL VIRGEM (NBR 6453/03): obBdo da calcinação de carbonatos de cálcio e/ou magnésio, consBtuído predominantemente de óxido de cálcio e magnésio ou ainda de uma mistura de óxido de cálcio, óxido de magnésio e hidróxido de cálcio b) CAL HIDRATADA (NBR 7175/03): pó seco obKdo pela hidaratação da cal virgem, consBtuída essencialmente de hidróxidos de cálcio e hidróxido de magnésio, além de pequena fração de óxido de magnésio, mais comumente usado na construção civil -‐ Até a invenção do cimento Portland em 1824 era o único aglomerante uBlizado em combinação ou não com pozolanas*, em construções expostas às intempéries *POZOLANA: material de origem piroclá6ca (vulcânica), cujo nome deriva da localidade italiana de Pozzuoli, nas imediações do Vesúvio, que misturadas com cal é empregado como cimento hidráulico (endurece com a água e se torna resistente à água). -‐ A cal é um aglomerante aéreo* com baixa resistência à exposição conBnuada à água -‐ Possui endurecimento muito lento (comparado ao gesso e cimento Portland), pois depende da difusão do CO2 para o interior do produto -‐ A resistência mecânica de produtos que uBlizam cal como aglomerante é muito inferior aos que utlizam cimento Portland -‐ Módulo de elasBcidade produtos que uBlizam cal como aglomerante é muito inferior aos que utlizam cimento Portland, sendo propriedade importante quando se trata de argamassas, pois significa menor rigidez, que significa maior durabilidade -‐ Importante em inúmeras aplicações como: argamassas, concretos asfálBcos, solos estabilizados, produção de isolantes térmicos, blocos sílico-‐calcários**, pinturas, siderurgia, tratamento de água, dessulfuração de gases, neutralização de resíduos ácidos, produção de papel *AGLOMERANTE AÉREO: aglomerante cuja pasta apresenta a propriedade de endurecer por reações de hidratação ou pela ação do anidrido carbônico presente na atmosfera. Após o endurecimento não resiste sa6sfatoriamente quando subme6do à ação da água. **BLOCO SÍLICO-‐CALCÁRIO: areia + cal virgem = bloco com função estrutural As matérias primas são carbonáBcas: -‐ a) os calcários: consBtuídos essencialmente de calcita (carbonato de cálcio) -‐ b) dolomitos: consBtuídos esssencialmente de dolomita (carbonato de cálcio e magnésio) Tanto a cal virgem quanto a cal hidratada são consBtuídas de uma fração efeBvamente aglomerante (hidróxidos), uma fração potencialmente aglomerante (óxidos) e uma fração inerte (óxidos calcinados à morte, impurezas e carbonatos) PROCESSO DE PRODUÇÃO DA CAL O processo industrial, independente doBpo de forno, consiste nas seguintes operaçoes: -‐ Extração da matéria prima e britagem -‐ Seleção da faixa granulométrica óBma e transporte para o forno -‐ Calcinação* e controle do grau de calcinação -‐ Moagem adequada para cada Bpo de hidratador -‐ Armazenamento da cal virgem -‐ Hidratação e moagem -‐ Ensacamento e distribuição para comercialização *CALCINAÇÃO: tratamento térmico de sólidos capaz de promover transformações fisicoquímicas como a eliminação de substâncias voláteis, (por ex. diióxido de carbono de carbonatos, água de argilas) CALCINAÇÃO DA MATÉRIA PRIMA -‐ Fornos verBcais de alvenaria desconNnuos (os mais primiBvos – diferentes regiões do país) -‐ Fornos verBcais desconNnuos e conNnuos -‐ Fornos metálicos de cuba simples (região sudeste) -‐ Fornos de grande porte, verBcal de fluxo paralelo e horizontal rotaBvo (Minas Gerais – região do calcário) -‐ O que caracteriza cada Bpo de forno, além do combusNvel, é o tamanho da pedra de calcinação e o tempo de residência para calcinação. HIDRATAÇÃO DA CAL VIRGEM -‐ Reação fortemente exotérmica, praBcamente instantânea, favorecida pela finura da cal virgem, não ultrapassando 20 minutos -‐ Relação cal virgem:água, da ordem de 1:2-‐3, em massa e o produto obBdo é seco e fino, mantendo a temperatura ambiente entre 800 C e 850 C Requisitos e critérios de qualidade da cal virgem – NBR 6453/03 – ABNT 2003 A norma introduziu 3 Kpos de cal virgem, em função dos teores de óxidos totais, qualificando o nível de pureza da matéria prima, teores de anidrido carbônico, compaBbilizando-‐a com a norma de cal hidratada e água combinada. São eles: CV-‐E (cal virgem especial), CV-‐C (cal virgem comum) e CV-‐P (cal virgem em pedra) Controle de finuraMedido por peneiramento determinado segundo a NM 249:2001 – ABNT 2001 CAL HIDRATADA No Brasil existem 3 Bpos de cales (CH I, CH II, CH III), diferenciados pelos teores de óxidos totais, composição química. Teor de óxidos totais a) Cal CH I teor de óxidos acima de 90%, enquanto CH II e III acima de 88% b) Cales CHI e CH II devem ter no máximo 5% de CO2 , enquanto a CH III pode ter até 13%. Sem diferenciação quanto ao teor de MgO COMPOSIÇÃO QUÍMICA – NBR 6473/03 A Cal CH I apresentada é uma cal hidratada cálcica ou alto cálcio, produzidas de calcário de elvada pureza , com baixo teor de carbonatos. As cales CH II e CH III são dolomíBcas, produzidas em fornos a lenha, com teor de anidro sulfúrico muito baixo. O teor de impurezas da matéria prima é indicado pelo teor de residuos insolúveis. REQUISITOS QUÍMICOS Além da composição química, outros requisitos exigidos são: finura, estabilidade, plasBcidade, retenção de água e índices de incorporação de areia, visando qualificar a cal quanto ao desempenho em argamassa. A melhor cal é a mais rica em óxidos (90% e de 88% de óxidos totais) , pois o teor de óxidos de cálcio e de magnésio propiciam o endurecimento da argamassa. A cal virgem pode ter no máximo 12% a 10% de impurezas. Na etapa de hidratação, se o teor mínimo de óxidos é de 88% ou 90%, o teor de água corresponde a 21,4% e 21,9% para cal cálcica e a 23,9% e 24,5% para cal dolomíBca REQUISITOS QUÍMICOS PARA QUALIDADE DA CAL HIDRATADA -‐ A necessidade de se limitarem os óxidos livres deve-‐se ao fato de a hidratação poder se dar ao longo do tempo, quando a argamassa à base de cal já está aplicada. -‐ Com a hidratação se dá com o aumento do volume, o efeito é de expansão da argamassa. -‐ O aumento de volume na hidratação do óxido de cálcio é de 100%. -‐ Nas argamassas de reboco, se a cal contém grãos grossos, e a areia for fina, os vazios entre os grãos não são suficientes para acomodar o hidróxido formado. É possível previnir esse fenômeno pelo controle da finura da cal na produção. -‐ O aumento do volume devido à hidratação do óxido de magnésio é de 110%. -‐ Por condições termodinâmicas de decomposição, nas cales dolomíBcas, o óxido de magnésio é sempre supercalcinado em relação ao óxido de cálcio e, consequentemente, de hidratação mais lenta. -‐ Em consequência, uma fração do magnésio permanece na forma de óxido e se hidratará após o emprego da cal. -‐ No caso das argamassas, a hidratação vai ocorrer após o endurecimento. -‐ O aumento do volume gera uma força expansiva na camada do revesKmento. -‐ Em casos em que a fração de óxido de magnésio que se hidrata é muito grande, o esforço leva à destruição da ligação argamassa-‐base e ao empolamento (formando bolhas). REQUISITOS FÍSICOS – NBR 6453/ 03 – ABNT 2003 As propriedades osicas devem expressar a eficiência da contribuição da cal para as propriedades da argamassa no estado fresco, como, trabalhabilidade, retenção de água, facilidade de aplicação e, no estado endruecido, durabilidade e desempenho. CAL HIDRÁULICA Os romanos foram os primeiros usuários de cal hidráulica, obtendo-‐a da mistura de pozolana e materiais cerâmicos moídos com cal. Produzida pela calcinação a 9000 C de calcário argiloso, marga*, e hidratada com água suficiente para a reação da cal virgem, permanecendo no produto hidratado o silicato e o aluminato anidros. Um emprego dessa cal, está documentada na construção do Teatro Municipal do Rio de Janeiro, como “cimento amarelo” importado da França. Mistura com pozolanas ou escória de alto-‐forno podem ser consideradas cal hidráulica *MARGA: 6po de calcário contendo 35 a 60% de argila. Pode ser empregada na olaria, na composição do cimento e na correção do pH do solo. USOS DA CAL NA CONSTRUÇÃO CIVIL -‐ Argamassas -‐ Pintura – aplicação do leite de cal (caiação), suspensão a parBr de cal virgem ou hidratada. Baixo custo, não indicado para gesso, madeira, metais ou repintura sobre Bntas prévias. Indicado para superocies rugosas para aderência da pintura por ancoragem. Seu emprego remonta os egípcios, caracterísBco no Brasil colônia e até hoje aplicado na Europa Central, norte da África, Grécia, Estados Unidos, sul da Espanha e Itália. -‐ Bloco sílico-‐calcário (NBR 14974/03 – ABNT 2003) – produzidos no Brasil desde 1976, com tecnologia alemã, prevê diferentes blocos desBnados à aplicação em alvenarias estrutural e não estrutural, com resistência à compressão variando de 4,5 a 35 Mpa. Fabricados com cal e agregados finos quartzosos, moldados por compactação , submeBdos à hidratação em autoclave. A elevada pressão permite qua ocorra a reação química entre o quartzo e o hidróxido de cálcio. GESSO NA CONSTRUÇÃO CIVIL GESSO NA CONSTRUÇÃO CIVIL -‐ Material produzido por calcinação do minério natural gipso, de sulfato de cálcio hidratado residual, consBtuído essencialmente de sulfatos de cálcio (hemidrato, anidritas solúvel e insolúvel) e a gipsita procedente da matéria prima. -‐ A velocidade de pega e endurecimento do gesso é muito mais rápida que ado cimento portland e da cal hidratada, em algumas variedades chegando a ser completada antes de uma hora. -‐ Para maior flexibilidade na aplicação, é comum o uso de adiBvos retardadores. Produção do gesso de construção no Brasil (matérias primas naturais) -‐ Extração do minério à céu aberto -‐ Britagem -‐ Moagem grossa -‐ Estocagem com homogeneização -‐ Secagem – a matéria prima chega a possuir 10% de umidade -‐ Calcinação – processo industrial que pode consisBr 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, e misturados em diferentes proporções para se produzir produtos com as propriedades desejadas. Os fornos podem ser: do Kpo panela e marmita de aquecimento indireto, sem contato entre gases de combustão, de lenha ou óleo, e o do Kpo forno rotaKvo, de contato direto com os gases de combustão de óleo ou de gaseificadores de carvão e lenha. -‐ Moagem fina e seleção em frações granulométricas – realizada em conformidade com a uBlização: construção (pré-‐fabricação e revesBmentos), moldagem (arte, indústria) -‐ Ensilagem – armazenamento em silos promove homogeneização e estabilização favoráveis à qualidade. Quando o gesso é ensacado, deve ser protegido de umidade, pois hidrata-‐se facilmente, prejudicando o desempenho. MATÉRIA PRIMA O Gesso pode ser produzido a parBr de: -‐ matéria prima natural (gipso) -‐ sulfatos de cálcio oriundo de resíduos industriais da produção de ferBlizantes (a parBr da apaBta) -‐ ácido fluorídrico (a parBr da apaBta) -‐ da remoção de enxofre de gases de combustão (redução da chuva ácida) – gases de combustão sulfurados, antes de serem lançados na atmosfera, passam por um processo de purificação com cal. O subproduto é designado na literatura por sulfogesso INFLUÊNCIA DOS MINERAIS ACESSÓRIOS OU IMPUREZAS GIPSO QuanBtaBvamente, todos os minerais acessórios são indesejáveis, reduzem o teor de hemidrato ou anidrita, responsáveis pelas propriedades aglomerantes do gesso. QualitaBvamente, influem de forma diferente: -‐ Mineriais insolúveis em água, como calcário, dolomito, anidrita, argilo-‐minerais desidratados e minerais silicosos, reduzem a resistência mecânica do gesso hidratado -‐ minerais solúveis em água, como a halita e silvita, afetam a temperatura de calcinação e propriedades de pasta fresca, como a consistência e o tempo de pega -‐ Mineriais hidratados, como outros sais de sulfato e montmorilonita, quando se desidratam juntamente com a gipsita, podem conferir instabilidae ao produto final, após endurecimento, por poderem absorver água FOSFOGESSO Impurezas da apaBta ou subprodutos, tais como matéria orgância, fluoretos, ácido fosfórico e fostatos, agem modificando a morfologia dos cristais precipitados na hidratação do hemidrato e anidrita, refleKndo nas propriedades do produto endurecido, como massa específica e resistência mecânica MECANISMO DE HIDRATAÇÃO -‐ A hidratação é um fenômento químico no qual o material anidro* em pó em contato com água é transformado em dihidrato** -‐ O gesso misturado com água suficiente forma pasta homogênea, que após poucos minutos, torna-‐se consBstente e trabalhável -‐ A consistência aumenta até o endurecimento, quando ganha resistência (resultante da hidratação das espécies químicas presentes) -‐ As reações de hidratação são inversas às da formação dos produtos: o hemidrato e as anidritas, regeneram a gipsita HIDRATAÇÃO, PEGA E ENDURECIMENTO -‐ A maior parte da hidratação pode ocorrer em até 2 horas, em condições ambientais normais e na ausência de adiBvos retardadores, porém, a reação de hidratação das anidritas pode levar meses. -‐ O material conBnua a ganhar resistência até 20 horas *ANIDRO: que não contém água, líquidos orgânicos. ** DIHIDRATO: com duas moléculas de água A PEGA E O ENDURECIMENTO DO GESSO SÃO AFETADOS POR: -‐ Origem geológica da matéria prima e impurezas -‐ Finura e forma dos grãos -‐ Relação a/g (água/ gesso) – quanto menor essa relação, mais rápida é a pega. -‐ No limite, o excesso de água pode impedir a aglomeração dos cristais e o gesso endurecido torna-‐se pulverulento* -‐ Temperatura da água – modifica o tempo de pega. -‐ Aumento de temperatura da água de amassamento aumenta a solubilidade do hemidrato até temperaturas próximas a 450C, quando a velocidade de hidratação é máxima. Temperaturas superiores retardam a pega -‐ Velocidade e tempo de mistura -‐ AdiBvos – em pequenas quanBdades aceleram ou retardam a pega e o endurecimento -‐ O teor de gipsita (não calcinada) influencia na pega, é um acelerador -‐ Anidrita II de hidratação lenta, age como retardador * PULVERULENTO: coberto ou cheio de pó, poeirento, pulveroso. EXPANSÃO DO GESSO -‐ Quando misturado com a água, o hemidrato (densidade 2,63 g/cm3) transforma-‐se em dehidrato (densidade 2,31 g/cm3). -‐ Essa diferença de densidades deveria causar uma ligeira contração. -‐ Porém, depois de uma fase inicial de contração, observa-‐se um aumento de volume, devido ao arranjo geométrico dos cristais, que resulta na formação de poros durante a hidratação, dura até 3 dias. -‐ Essa variação é chamada expansão dimensional. -‐ Valores Npicos de expansão linear aBngem cercade 0,2% -‐ Após endurecimento e evaporação da água de amassamento, ocorre uma ligeira retração, resultando em expansão líquida em torno de 0,1%. -‐ Essa caracterÍsKca única do gesso, praKcamente elimina o risco de fissuração de revesKmentos e também auxilia na moldagem de componentes, pois preenche todos os vazios e detalhes do molde, gerando excelente acabamento superficial. ESPECIFICAÇÃO DO GESSO EM PÓ -‐ NBR 13207 – ABNT 1994 -‐ Gesso para revesKmentos -‐ Gesso para fundição Ambos tem como requisitos o tempo de pega e o módulo de finura, cujos critérios são detalhados abaixo: As exigências osicas e mecânicas são as mesmas para todos os Bpos, detalhadas abaixo: As exigências químicas do gesso As exigências osicas do gesso Resistência à compressão do gesso -‐ Muito sensível a variações de umidade.A resistência à compressão é reduzida em aproximadamente 50% quando o produto sai do estado seco em estufa (500 C) para o estado úmido, em virtude de exposição à água. -‐ No entanto, a variação da umidade do ar não afeta significaKvamente a resistência à compressão. Estabilidade dimensional -‐ O coeficiente de dilatação térmica está em torno de 2 x 10 -‐6 m/m. 0 C, valor aproximadamente, o dobro do concreto e aço. -‐ A mudança da umidade do ar promove variações dimensionais no gesso. -‐ No gesso acartonado, a variação higroscópica* é esKma em torno de 0,35 mm/m. -‐ Portanto, é necessária a colocação de juntas de movimentação entre painéis leves de gesso e as estruturas de concreto para evitar rupturas. * HIGROSCÓPICA: que absorve a umidade do ar REVESTIMENTOS COM PASTA DE GESSO -‐ Grande mercado, pois simplificam o processo de revesBmento de paredes, já que apresentam paredes brancas e lisas, facilmente cobertas por pintura, dispensando aplicação de massa corrida. -‐ Há um significaBvo aumento de velocidade de aplicação desse Bpo de acabamento, diminuição de etapas, de materiais e de mão-‐de-‐obra, relaBvamente a outros sistemas, como por exemplo, a alvenaria tradicional, simplificando a obra. -‐ Como pontos negaBvos há a geração elevada de resíduos e a necessidade de atenção quanto à sensibilidade à exposição de umidade. PREPARAÇÃO DA PASTA DE GESSO Descrito na tabela a seguir (fonte: Antunes, 2000) GESSO ACARTONADO -‐ Chapas finas de gesso com grandes dimensões, revesBdas externamente por dua lâminas de papel, denominadas comercialmente no Brasil como drywall. -‐ O Papel Kraw 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. -‐ A combinação papel/ gesso, resulta em produto sensível a ambientes úmidos, podendo apresentar degradação total ou biodeterioração da superxcie. Fonte: associação brasileira de fabricantes de dtywall -‐ As chapas são produzidas por processo de laminação conNnua, o que permite grande escala de produção, com baixo consumo de material. -‐ Essa tecnologia domina a fabricação de divisórias internas e forros nos mercados europeu e americano. -‐ Para divisórias, as placas são apoiadas , lado a lado, sobre perfis ou de aço galvanizado (steel frame) ou de madeira (wood frame). -‐ Entre as duas camadas de chapas, é possível a colocação de: fiação, tulação para ar condicionado, tubulação para instalações hidrosanitárias, mantas (fibra de vidor, lã de rocha) para desempenho térmo-‐acúsBco e resistentência ao fogo -‐ As placas possuem bordas rebaixadas de forma a esconder parafusos e permiBr a realização de acabamento com fita adesiva e massa flexível composta por gesso e polímeros, produzindo acabamento de pano conNnuo As placas podem ser de 3 Bpos, sendo cada um deles para uma aplicação específica: Fonte: associação brasileira de fabricantes de dtywall -‐ Standard (ST) -‐ branca -‐ Resistente à umidade (RU) – verde -‐ Resistente ao fogo (RF) – rosa CaracterísBcas geométricas da chapas de gesso acartonado Fonte: associação brasileira de fabricantes de dtywall PLACAS E PERFIS DE COMPLEMENTAÇÃO PARA FORROS E BLOCOS -‐ NBR 12775 – ABNT 1992 -‐ Placas de gesso moldadas, com dimensões de 60cm x 60cm, com borda reforçada -‐ Para instalação , as placas são suspensas no teto por Brantes de arame galvanizado -‐ Os perfis de acabamento de forro (sancas, rodatetos), podem ser aplicados uBlizando a pasta de gesso como adesivo -‐ A resistência do gesso à tração e ao impacto podem ser melhoradas significaBvamente com o uso de fibras de vidro -‐ Os forros também podem ser feitos com placas de gesso acartonado, lisas ou com diversos padrões, (como perfurados, para tratamento acúsBco do ambiente). -‐ Sua instalação é feita em perfis de aço galvanizado fixados ao teto por Brantes. PATOLOGIAS DO GESSO -‐ Umidade -‐ Em ambientes úmido-‐seco, a gipsita da superocie se dissolve e precipita conBnuamente,tornando a superocie pulverulenta. A indústria não produz gesso em pó para ambientes úmidos -‐ AdiBvos orgânicos empregados no controle de pega apresentam o inconveniente de favorecer o crescimento de fungos de diocil eliminação -‐ AdiBvos minerais empregados em excesso podem ser trazidos para a superocie na evaporação da água de amassamento ou na secagem após a absorção de umidade e produzir eflorecências -‐ As placas finas de gesso apresentam elevadamovimentação 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 da edificação -‐ Apresentam também a higroscopicidade*, que leva a frequentes variações de amplitude de movimentação higrotérmica de paredes e forros -‐ No caso de forro com placas moldadas, há a necessidade de dessolidarização das paredes (junta de dilatação – tabica) -‐ RevesBmentos e artefatos de gesso apresentam superocie muito lisa, quase polida e por vezes, pulverulenta, o que não permite boa aderência de pinturas, que formam uma película, mas que descolam facilmente (peeling). Por essa razão, a superocie deve ser preparada com aplicação de fundo preparador específico para gesso -‐ O gesso de construção (também chamado de plaster of Paris, yeso, gypsum calcined ou plater de Paris) quando exposto à umidades elevadas, provoca a corrosão do aço. Por essa razão, todos os componentes de aço que permanecerem em contato com o gesso devem ser galvanizados -‐ *Higroscopicidade: capacidade de absorção de água que certos materiais possuem. BIBLIOGRAFIA • PETRUCCI, E. G. R. Materiais de Construcao. 12. ed. Sao Paulo: Globo, 2007. • BAUER, L. A. F. Materiais de Construcao 1. 5. ed. Rio de Janeiro: Ltc-‐Livros Tecnicos e CienBficos, 2010. • BAUER, L. A. F. Materiais de Construcao 2. 5. ed. Rio de Janeiro: Ltc-‐Livros Tecnicos e CienBficosi, 2010.
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