Ligantes Aéreos

PCC 32222019

Ligantes: sólidos a partir de pó solúvel

Ligantes

Ligantes Aéreos

Ligante Hidráulico

Cal aérea

Cimento

Gesso

▪ O endurecimento ocorre pela reação com a água (gesso) ou com o contato com o ar (cal).

• Depois de endurecidos, não resistem bem à ação da água (gesso).

• O endurecimento ocorre pela reação com a água (reação de hidratação).• Depois de endurecidos, tornam-se menos solúveis e resistem bem a água.

Objetivos

• Descrever os processos de obtenção dos ligantes aéreos, suas principais características e usos na construção

GESSOusos na construção

Gesso na construção

• Forros e paredes divisórias

• Elementos decorativos

• Revestimentos

• Blocos....

http://www.cliquearquitetura.com.br/artigo/gesso-acartonado-resistencia-mecanica.html

Gessoacartonado

Gesso recoberto com Papel kraft- maior resistência à tração (placa esbelta)- modularidade, praticidade (corte)- menos susceptível a água (se hidrofugado)

Glass reinforced gypsumhttps://www.formglas.com/images/databaseimg/mumbai/Formglas_T2_Mumbai_002F.jpg

Elementos

decorativos

Executados com pastas de gesso. Podem conter reforço (fibras)

Forros de gesso liso

http://plastereng.wixsite.com/plaster

Sancas – rebaixos e desníveis intencionais no forro de gesso, abrigando diferentes tipos de iluminações

Revestimento

Execução manual (muito usado no setor imobiliário da construção) ou Projetado (maior produtividade, bastante usado na Europa)

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)

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

Jazidas de gipsita

• Reservas nacionais• ~ 650 M t

• Produção (Araripe)• ~2,8 M t em

(95% produção nacional)

Araripina - PE

Mineração de Gesso – Trindade PE

Produção do gesso

GipsitaCaSO4.2H2O

Extração

150~350 °C

CaSO4.0,5H2O

CaSO4.2H2O +E → CaSO4.xH2O + (2-x)H2O~150ºC x ~ 0,5 > 150ºC 0 < x < 0,5

Temperatura e fases formadas

150 oC HemihidratoCaSO4.0,5H2O (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

Tipos de fornos

Fonte: Aula do prof. José de A. Freitas - UFPR

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

CO

2(t

/t)

a partir de Peres, Benachour e Santos (2001), BEN 2011

Lenha da Caatinga

Outros impactos ambientais e sociais

Gesso liso de construção

• “Plaster of paris”

• “Yeso”

• “Gypsum calcined”

• Constituintes• Hemidrato

• CaSO4.0,5H2O

• Anidritas II e III• CaSO4

Quais ensaios de controle são necessários para o gesso liso?

Ensaios principais

• Composição química

• Granulometria (finura)

• Densidade aparente

• Tempo de início e fim de pega

• Resistência à compressão

• Dureza

Composição química

Composto Faixa 1

(%)(ABNT NBR 13207:2017) (%)

Obs.

SO3 50~55 Mín. 53

CaO 35~39 Mín. 38

H20combinada

3~6 4,2 a 6,2 230oC

Umidade 0~1 Máx. 1,3 45oC1 Cincotto, Agopyan & Florindo, 1992

Granulometria (finura)

Granulometria laser

Classificação do gesso Granulometria mínima (ABNT NBR 13207:2017)

Gesso para fundição (peneira abertura 0,29 mm)≥90% passante

Gesso para revestimento (peneira abertura 0,21 mm)≥90% passante

Densidade aparente de gesso

• Funil utilizado para ensaio de densidade (de massa) aparente de gesso.

Tempo de pega: NBR 12128

• Aparelho de Vicatmodificado

• Teor de água padrão

• Temp. padrão

Tempo de pega simplificado

• Água para trabalhabilidade

• “Bolacha” de 0,5cm de espessura

• Corte com a espátula

• Separação

Tempo de pega(ABNT NBR 13207:2017)

Ensaios Tempo de pega (minutos)

Início Fim

Gesso para fundição ≤ 10 ≤ 20

Gesso para revestimento (sem aditivos)

≤ 10 ≤ 35

Gesso para revestimento (sem aditivos)

≤ 4 ≤ 50

Resistência à compressão

• NBR 1218

• Cubos 5 x 5 cm

• Pasta

• Consistência normal

• Desmoldagem com 3 h

• Cura• 40 oC até secagem

Propriedades mecânicas

Ensaios Unidade Especificação (ABNT NBR13207:2017)

Massa unitária g/cm3 ≥ 600,0

Dureza N/mm2 ≥ 20,0

Aderência MPa ≥ 0,2

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

Etapas da hidratação

• Fenômeno químico da dissolução • O hemidrato, dissolve-se em água liberando íons

Ca2+ e SO42-.

• 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.

Hidratação do gesso

CaSO4.2H2O

CaSO4.0,5 H2O

1,5 H2O

precipitaçãodissolução

0

20

40

60

80

100

120

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Tempo (h)

Ca

lor

(kJ

/kg

)

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

Microestrutura do gesso

Cristais ~15mmMacroporos

http://dx.doi.org/10.1590/S1516-14392008000400002

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

DL / 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

DL / L

(%

)

DL / L (%)

Expansão

Retr

ação

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Tempo disponível para moldagem.

Tempo de pega

Depende de:

• Composição• Fases anidrita e gipsita• Contaminantes

• Aditivos

• Água/gesso

• Finura do gesso

• Temperatura

• Mistura

Muito variávelno gesso

brasileiro!

Tempo de pega x relação água/gesso

Aditivos retardadores de pega

• Citrato de sódio

• Boráx

• Fosfatos

• Caseína

• Sabão

• Gelatina...

http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jp510114j

Aditivos retardadores de pega

• Influência no estado fresco • Hidratação e tempo de pega

• Efeito na consistência

• Influência sobre o gesso endurecido• Expansão

• Porosidade

Aditivos retardadores de pega

Sem aditivo 20% de solução de acetato de cálciodoi:10.1016/j.cemconres.2009.01.008

• Alteram não só a pega como também algumas outras propriedades do material como a resistência.

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

Resistência do gessorelação água/gesso (g/g)

1 kg de gesso

• Água p/trabalhabilidade 500 700g

• Água de hidratação 186 186g

• Volume de poros 314 514ml

+ água+ poros

30 a 80 %

Resistência x relação água/gesso

Maior relação água/gesso, maior porosidade

Por que o teor de anidrita solúvel influencia na resistência?

Dureza x resistência

Dureza → ensaio simples e prático

Resistência mecânica x umidade

• Higroscópico• Umidade no

material depende da umidade do ar

• Solubilização parcial

• Pulverulência por recristalização

• Baixa aderência de pintura

DOI: 10.1007/BF02473176,DOI: 10.1002/jctb.5000650501

6

8

10

12

14

0 2 4 6 8

Re

sist

ên

cia

(MP

a)

Umidade no gesso (%)

Patologias do gesso

• Superfície pulverulenta.

•Crescimento de fungos. • Material higroscópico e solúvel á água.

• Formação de eflorescências.

• “Peeling”.

•Corrosão do aço.

É possível reciclar o gesso na construção? Explique como é feito.

Bibliografia (leitura obrigatória)

• JOHN, V. M.; CINCOTTO, M. A. Gesso deConstrução Civil. In: Materiais de ConstruçãoCivil e Princípios de Ciência e Engenharia deMateriais. 2. ed. Atualizada e ampliada. SãoPaulo: Instituto Brasileiro do Concreto, 2010.

CALpara construção civil

Empregos da cal

www.abpc.org.br, 2013

Construção37

Siderurgia22

Papel4

Industria Quimica

7

Açucar4

Tratamento de água

3

Outros industriais

23

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

Argamassa de assentamento

Argamassa de cal (revestimento)

Solo estabilizado com cal como base de pavimentos

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

No passado: Cimento romanoCal hidratada + Pozolana naturalcinzas de vulcões (Pozzuoli – Nápoles)

3CH + 2S → 2C3S2H3

www.archeolog-home.com

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

Desagregação

química

CO2

Produção da cal

Hidratação

cal virgem

Calcinação

Britagem

Calcário ou

Dolomito

CaO.CO2 (CaCO3)CaO.MgO.2CO2

CaO,MgO

>800 oC

CaO.H2O, MgO.H2O

moagem

Forno de cal (Regenerativo)

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

Temperatura X microestrutura

A supercalcinação da cal (CaO) torna seu processo de hidratação lento.

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

Como a cal endurece?

Como adquire resistência?

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.

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)

Ciclo da cal

CaO.CO2

CaO

Energia

CaO.H2O

CO2

CO2

H2O

H2O

Solubilidade: 1,7g/L

Solubilidade: 0,013g/L

Cal para Argamassas tipos e composição química

Cal hidratada - NBR 7175 CH I CH II CH IIICO2- 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%

Ensaios (controle da composição)

• Perda ao fogo(500-1,000ºC)• Determina a perda de

massa (CO2)

• CaCO3=CO2 x 2,27

• teor de rocha nãocalcinada

• Ataque com HCl• Resíduo insolúvel

(fração não atacada)

• equivale a teor de inertes

• checa a falsificação

É cal ?

Dissolução com HCl (20%)Foto: Profa. Mércia Barros

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 (%)

Óxid

os t

ota

is (

%)

Resíduo insolúvel em ácido (%)

Baixo teor de aglomerantes

Pouco aglomerante, muito argilominerais

Quais ensaios são usadospara avaliar a qualidade da cal para argamassas?

Por que usamos a cal nasargamassas?

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

Massa unitária (densidade aparente)

• Insolúvel• > massa unitária

• não aglomerante

• Massa unitária• finura

• dosagem em volume

• rendimento400

500

600

700

800

900

0 5 10 15 20

Mas

sa U

nit

ária

(kg

/m³)

Teor de CO2 (%)

Alto Cálcio Dolomitica

Retenção de água

• Perda de consistênciadevida à perdade 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.

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.