Post on 23-Jan-2016
description
MATERIAIS DE
CONSTRUÇAO Engenharia Civil
DECIV – EM – UFOP
Aglomerantes
Definições; Classificações; Propriedades
Aglomerantes em geral
Aglomerantes
elementos ativos que entram na composição das
pastas, argamassas e concretos
empregados na construção civil para fixar ou
aglomerar materiais entre si.
materiais pulverulentos
na presença de água ou do ar atmosférico,
formam uma pasta capaz de endurecer em
virtude de reações químicas.
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Departamento de Engenharia Civil Escola de Minas - Universidade Federal
de Ouro Preto
Departamento de Engenharia Civil Escola de Minas - Universidade Federal
de Ouro Preto
Departamento de Engenharia Civil Escola de Minas - Universidade Federal
de Ouro Preto
4CaSO2MgCl 2)(OHCa 2)(OHCa
6
Tipos:
•Termoplásticos
•Reativos:
•Aéreos,
•Hidráulicos,
•Químicos.
Aglomerantes minerais
Relação CUSTOxBENEFÍCIO
matrizes produzidas apenas com aglomerantes têm alto custo e
desempenho relativo
como medida de economia e com vistas a durabuilidade dessas
matrizes, adiciona-se à pasta um elemento inerte chamado
“agregado”.
agregado é um material granuloso e inerte, graduado; que
compõe argamassas e concretos
miúdo
fmínimo <4,75mm (areia natural e areia artificial).
graúdo
fmínimo >4,75mm (pedra britada, seixo, etc).
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Departamento de Engenharia Civil Escola de Minas - Universidade Federal
de Ouro Preto
Aglomerantes minerais
Relação CUSTOxBENEFÍCIO
agregados miúdos e graúdos produzem
diferentes formas de matrizes
pasta, argamassa e concreto mistura íntima de um aglomerante e água
mistura íntima de um ou mais aglomerantes, um agregado miúdo e água.
mistura íntima de um aglomerante, um agregado miúdo, um agregado graúdo, aditivos/adições e água.
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Ativos
Classificação dos aglomerantes
Aglomerantes
Inertes
Aéreos
Hidráulicos
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Aglomerantes minerais
Podem ser inertes ou ativos... inertes
enrijecem por simples secagem (argila)
ativos enrijecem por reações químicas diversas
aglomerantes quimicamente ativos cal, gesso, cimentos*, quais
desenvolvem reações de endurecimento nas condições
normais de temperatura e despertam maior interesse e
têm grande campo de aplicação, pois são capazes de
atingir altas resistências físico-mecânicas e de se
manterem estáveis, mesmo na presença de água*.
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Aglomerantes minerais
aglomerantes aéreos endurecimento depende da secagem para ganho e manutenção da resistência
não são duráveis na presença de água cales aéreas, gesso (alta solubilidade), magnésia sorel
aglomerantes hidráulicos endurecimento processa-se sob influência exclusiva da água
são duráveis na presença de água
cimentos naturais ou artificiais e cal hidráulica
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Fase de PEGA dos aglomerantes
PEGA período de solidificação da pasta
início de pega momento em que a pasta começa a enrijecer-se
perda de a sua plasticidade.
fim de pega momento em que a pasta se solidifica completamente, perdendo portanto toda a sua plasticidade.
a agulha de Vicat não penetra mais na pasta já enrijecida
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Fase de PEGA e ENDURECIMENTO
O fim da pega não significa que a pasta tenha adquirido toda a sua resistência!
após a fase de pega inicia-se a fase de endurecimento que pode durar anos, se as condições de conservação forem favoráveis
Cimento portland fim de pega ocorre de 4 a 6 horas após o contato com a água (pasta de consistência normal).
O endurecimento prossegue conforme gráfico seguinte...
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Fase de pega e fase de endurecimento
Fonte: REV. Química Nova
Pileggi, Studart1, Pagliosa Neto, Pandolfelli (2000)
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Fase de pega e fase de endurecimento
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Fase de pega e fase de endurecimento
Fonte: Camargo Correa Cimentos SA
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Gesso
Gesso de construção ...
todo gesso cozido que convém para trabalhos de construção
obtido por eliminação parcial ou total da água de cristalização contida
no minério natural chamado gipso (sulfato de cálcio dihidratado)
gipsita
variedade de gipso de maior interesse de engenharia
forma mineral do sulfato de cálcio dihidratado, CaSO4.2H2O
massa específica de 2,32 g/cm³, dureza 1,5 a 2 na escala de Mohs. Quando
puro apresenta 46,5% de SO3 , 32,6% de CaO e 20,3% de H2O.
material compacto, de granulação fina a média
outras variedades do gipso são o alabastro, a selenita e o espato cetim. Existe
também a anidrita que é um sulfato de cálcio natural sem água de
cristalização .
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Obtenção do gesso para construção
A gipsita calcinada é bastante utilizada pela
indústria da construção civil.
calcinada em temperatura adequada, perde parte da
água de cristalização, obtendo-se o produto
geralmente conhecido como gesso (hemihidrato).
2CaSO4.2H2O 140°C - 160°C 2[CaSO4.1/2H2O] + 3H2O
gipsita calcinação gesso vapor d’água
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Função como aglomerante
Após tratamento térmico e mecânico (cominuição) obtém-se o
gessos para construção civil...
no preparo da pasta ou argamassa, verifica-se a reação oposta que provoca o
endurecimento esso de construção ...
2 [CaSO4 .1/2H2O] + 3H2O → 2CaSO4.2H2O + calor
O gesso, CaSO4 .1/2H2O, ao ser misturado com água torna-
se plástico, podendo então ser moldado na forma desejada,
e enrijece rapidamente, recompondo o dehidrato original
A hidratação e o conseqüente endurecimento se baseiam na
diferença de solubilidade na água dos dois sulfatos (ver valores
adiante)
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Endurecimento do Gesso
Dissolução e precipitação... água dissolve o gesso (CaSO4 .1/2H2O), na base de 10g/l;
reações formam gipsita (CaSO4.2H2O).
a gipsita, menos solúvel (2g/l), provoca supersaturação da solução
ocorre a precipitação do excedente em forma de cristais malha imbricada que aglutina
com a precipitação dos cristais... água torna-se novamente capaz para dissolver mais gesso;
forma-se mais gipsita, há nova precipitação, e esse ciclo se repete, continuamente, até processar todo o gesso presente.
Apresentação mercado pó branco de elevada finura, cuja massa unitária é de 0,70; reduzindo com o grau de finura, embalado em sacos de papel.
massa específica fica em torno de 2,7 kg/dm³.
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Detalhamento mecanismo de hidratação
Microcalorimetria de um hemidrato, dQ/dt (Cal/h/g)
MAGNAN, 1973
Etapa 1: primeiro pico ocorre durante 30
segundos e corresponde à molhagem do pó;
iniciandose imediatamente a dissolução dos
sulfatos
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Detalhamento mecanismo de hidratação
Microcalorimetria de um hemidrato, dQ/dt (Cal/h/g)
MAGNAN, 1973
Etapa 2: período de indução afetado pelo
tempo de mistura, temperatura da água de
amassamento ou presença de impurezas ou
aditivos..
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Detalhamento mecanismo de hidratação
Microcalorimetria de um hemidrato, dQ/dt (Cal/h/g)
MAGNAN, 1973
Etapa 3: início da pega.
Forte aumento da temperatura; aumento da
velocidade de reação.
Com a saturação da solução a gipsita a precipita
em cristais aciculares, formando núcleos de
cristalização.
Os cristais começam a ficar próximos,
porosidade diminui, e rigidez aumenta.
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Detalhamento mecanismo de hidratação
Microcalorimetria de um hemidrato, dQ/dt (Cal/h/g)
MAGNAN, 1973
Etapa 4: diminuição da
velocidade de reação; depois de
um máximo, a velocidade
decresce progressivamente, fim
da hidratação.
O crescimento dos cristais nessa
etapa vai influenciar diretamente
as propriedades mecânicas.
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Aplicações
Construção civil revestimentos e decorações interiores.
isolantes acústicos obtidos pela adição de material poroso
material não se presta, para aplicações exteriores por se deteriorar em conseqüência da sua solubilidade na água.
produção de pré-fabricados,
chapas divisórias e de revestimento, incluindo a forma de gesso acartonado e o fibro-gesso.
Outros... moldes para as indústrias metalúrgicas, de plásticos e cerâmica; em moldes artísticos, ortopédicos e dentários;
aglomerante do giz; vedação de lâmpadas e áreas onde há perigo de explosão de gases.
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Aplicações Gesso acartonado
Dry wall chapas finas de gesso, de grandes dimensões
revestidas externamente por duas lâminas de papel kraft
O papel kraft reforço para os esforços de manuseio e serviço
chapas representam alta produtividade na montagem
Execução com baixo consumo de material e baixa geraçao de resíduos (construção racionalizada)
Combinação papel e gesso... sensibilidade a ambientes úmidos
biodeterioração da superfície.
aplicação em ambientes úmidos... hidrofugante.
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Aplicações Gesso acartonado
Chapas de gesso... ABNT: NBR 14715:2001, NBR 14716:2001 e NBR 14717:2001.
Tipos de Chapas Standard (ST) – Chapa branca/cinza
Para aplicação em áreas secas
Resistente à Umidade (RU) – Chapa Verde
Para aplicação em áreas sujeitas à umidade por tempo limitado de forma intermitente
Resistente ao Fogo (RF) – Chapa rosa Aplicação em áreas secas necessitando de um maior desempenho em relação ao fogo
Departamento de Engenharia Civil Escola de Minas - Universidade Federal
de Ouro Preto
Patologias Gesso acartonado
Movimentação higrotérmica
elevada movimentação higrotérmica
permeáveis ao vapor de água e possuem baixa inércia
térmica
equilíbrio com ambiente antes do restante da estrutura do edifício
freqüência e a amplitude térmica das movimentações
paredes e forros de gesso
superiores às da estrutura do edifício.
Patologias nos revestimentos em gesso...
artigos relacionados (revisão)
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Propriedades
Pó de gesso 1. Granulometria:
2. Densidade de massa
aparente massa unitária
Argamassa 1. Consistência normal
2. Determinada com o aparelho
Vicat modificado
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Influência da temperatura no início e fim de
pega de pastas de gesso
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
31
Tempo de pega (NBR 12128)
pasta na consistência normal, sem retardador
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, e o final, seguem o estabelecido para o cimento Portland.
tempo de pega para o gesso é de 15-20min
varia com a quantidade de água
se totalmente puro...
inicio de pega entre 2 e 5 minutos
característica inútil para material de construção
adição de retardadores
impurezas e aditivos específicos
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Influência da relação água/gesso(g/g) no
tempo de pega pela agulha Vicat
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
MEV pasta de gesso(a/g 0,7) elevada porosidade e os
aglomerados de cristais.
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
34
Propriedades mecânicas Resistência à compressão
Influência relacao água/gesso na
resistência mecânica da pasta de gesso
(CP: 50/50/50)
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
35
Propriedades mecânicas Densidade e porosidade
Influência relacao água/gesso na
densidade e porosidade da pasta de gesso
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
36
Retardadores de pega
agrupados em três categorias menor velocidade de dissolução do hemidrato
retardam a saturação da solução ácidos orgânicos fracos (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.
geram reações complexas e produtos pouco solúveis ou insolúveis ao redor dos cristais de dihidrato,
atrasam seu crescimento e, como conseqüência, sua precipitação: boratos, fosfatos, carbonatos e silicatos alcalinos.
produtos orgânicos que 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 formaldeído condensados
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Efeito do ácido cítrico no início de pega
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
38
Tempo de início de pega
Adição de gelatina
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
39
Absorção de água Superfície protegida gesso acartonado convencional e resistente à umidade
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
40
Magnésia sorel (SAREE)
O cimento magnesiano, cimento sorel ou magnésia sorel
aglomerante muito resistente
obtido pela reação do óxido de magnésio com o cloreto de magnésio.
a magnésia apresenta-se em sacos e o cloreto em vidros
adicionam-se serragem, mármore moído, etc, com a magnésia e depois a solução
de cloreto. Essa argamassa endurece em algumas horas e tem resistência
mecânica igual à do cimento portland.
A reação que provoca o endurecimento forma um produto de fórmula:
3MgO . MgCl2 . 11H2O (I)
ou
5MgO . MgCl2 . 13H2O (II)
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Magnésia sorel (SAREE)
p relação MgO / MgCl2
p<3 (I) + sol. MgCl2 sensível à umidade;
3<p<5 (I) + (II);
p>5 (II) + Mg(OH)2 expansivo.
exposição à água
lixivia o cloreto, formando hidróxido e destruindo a
argamassa
não é conveniente que fique exposta às intempéries, porque
vão apresentar a tendência ao inchamento e fissuração
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Magnésia sorel aplicações
cimento sorel é empregado em
pisos, paredes e placas de revestimento
principais desvantagens
instabilidade em presença de água
fissuração, produção de pó e aumento de volume sem causas bem
definidas.
resistência mecânica do concreto com cimento sorel
resistência à compressão: 22,5 Mpa
resistência à flexão: 3 a 6 MPa
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Cal aérea Aplicações na Construção civil
Argamassa
Assentamento de alvenarias, revestimentos,
etc.
Tinta Pinturas à base de cal.
Tijolos
sílico-calcário, cal-escória, concreto celular,
solo-cal.
Estabilizador de Solos base e sub-base de pavimentos rodoviários.
Aditivo melhorando misturas asfálticas para
pavimentação.
Consumo Médio 22 kg/m² de área construída (ABPC)
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Cal aérea
Fabricação
matéria prima
calcário (carbonato de cálcio) com teor desprezível de argila
cozimento é feito a uma temperatura inferior à fusão,
cerca de 900C
dissociação do calcário, produzindo-se cal virgem e
desprendendo-se gás carbônico
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Ciclo da Cal Aérea aglomerante
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
46
Reações químicas Obtenção
• O calcário perde 44% de seu peso quando calcinado; – sofre redução de volume de 12 a 20%.
• Ao ser calcinado, o calcário mantém sua forma (fragmentos), tornando-se, porém, mais poroso.
• Ensaio de perda ao fogo para cal virgem (MB-342): – perda de mais CO2 (má calcinação)
– presença de vapor d`água [formação prévia de Ca(OH)2]
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
47
Reações químicas Extinção
• aumento de volume de 100%
• grande desprendimento de calor 280 cal/g
• As partículas de hidróxido de cálcio e magnésio
resultantes dessa desagregação são extremamente
pequenas com dimensões de 2 m (0,002mm).
• Somente as impurezas não se transformam em pó,
existindo inclusive um ensaio chamado resíduo de
extinção para verificar o teor de impurezas no calcário.
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
48
Qualidade do aglomerante Extinção
Comportamento do
aglomerante
dissociação ou
decomposição do calcário MgCO3 a 402C
CaCO3 somente com cerca de
898C
finura blaine área específica de 10.000 a
15.000 m²/kg
f= 0,5 a 10,0 micra
plasticidade
>finura, > tempo sendo “curtida”
retenção de água
>aderência
capacidade de sustentação
de areia
> trabalhabilidade, mesmo em
traços pobres em cal
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Especificações Cal virgemNBR 6453/03
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
50
Cal hidratada construção NBR 6453/03
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
51
Reações químicas III Recarbonatação
água
dissolvendo ao mesmo tempo a cal e o CO2, funciona como
catalisador e propicia a carbonatação;
endurecimento é lento e do exterior para o interior da massa,
exigindo certa porosidade para evaporação da água em excesso
e penetração do CO2;
Camadas de pequena espessura;
Traços não muito ricos (1:3, 1:4 , 1:5, ou mais)
Cal aérea:
1,0%
%%% 32322
CaO
OFeOAlSiOI h
Departamento de Engenharia Civil
Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto
Resistência das Argamassas de cal
traço 1 : 3 volume, 28 dias
0,2-0,5 MPa para tração
1-3 MPa para compressão.
A resistência pode ser aumentada
adição cimento portland nas misturas
argamassas mistas
Departamento de Engenharia Civil Escola de Minas - Universidade Federal
de Ouro Preto
Aglomerantes e índice de
Hidraulicidade (Ih) das cales
cimentos; produtos hidráulicos, moídos após o cozimento
pega rápida: elevado percentual aluminatos, argila.
* maior quantidade de silicato básico reagindo com mais CaO, não
existindo, entretanto, cal livre
54
Principais diferenças entre
Aglomerantes
55
MATERIAIS DE
CONSTRUÇAO Engenharia Civil
DECIV – EM - UFOP
Aula 03 – Aglomerantes
Definições; Classificações; Propriedades