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SÍNTESE DE BLOCOS DE GESSO IMPERMEÁVEIS COM ÊNFASE À
ADIÇÃO HIDRÓFUGOS DE MASSA E DE SUPERFÍCIE
E. P. Campos1,2, A. V. Ferraz1,2, N. C. Olivier1
1Universidade Federal do Vale do São Francisco 2Grupo de Pesquisa em Materiais – (GPEM)
emanuelcamposlacame@gmail.com
RESUMO Há uma crescente tendência de uso dos blocos de gesso como materiais de
alvenaria na construção civil, devido às vantagens oferecidas com seu
emprego: redução de cargas nas estruturas de concreto das edificações. A
aplicação de blocos de gesso, porém, é limitada. Não se recomenda o seu uso
em paredes externas das construções, devido a sua fraca resistência à ação
deteriorativa da água. O Presente trabalho de pesquisa tem como objetivo a
caracterização de aditivos hidrófugos de massa e de superfície em blocos de
gesso avaliando o seu desempenho em relação à ação deteriorativa da água.
Foram preparadas amostras de blocos de gesso de dimensões reduzidas, e
posteriormente, foram divididas em grupos: grupo de controle (blocos de gesso
que não possuem aditivos) e grupos com aditivos. Logo após, foram realizados
o ensaio de absorção por capilaridade, teste de permeabilidade ao vapor e
teste de secagem, avaliando o seu desempenho.
Palavras-chaves: gesso, síntese, capilaridade, aditivos, hidrófugos.
1-INTRODUÇÃO
Um sistema construtivo é definido como um conjunto de componentes
entre os quais se possa atribuir ou definir uma relação, coordenados
dimensional e funcionalmente entre si, como estrutura organizada (1).
Para a compreensão de um sistema construtivo modular, deve-se
conhecer a definição de coordenação modular. De acordo com a ABNT na
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NBR 5706, coordenação modular de construção é o procedimento que permite
relacionar as medidas de projeto com as medidas de execução por meio de um
reticulado espacial modular de referência (dimensão padrão).
Elucidando melhor o conceito de coordenação modular através de um
exemplo, considera-se o sistema construtivo modular por blocos de gesso (2).
Nesse sistema, a construção é sistematizada pela combinação de blocos de
gesso com dimensões pré-estabelecidas (moduladas), e com funções
específicas(1). Os blocos de gesso são classificados em simples (standard), H
(hidrófugado), GRG (Glass Reinforced Gypsum, Reforçado com Fibras de
Vidro) e o GRGH (hidrofugado e reforçado com fibras de vidro). A
funcionalidade de cada tipo é indicada pela cor do bloco.
Apesar das inúmeras vantagens atribuídas à utilização dos blocos de
gesso, ainda são apresentadas sérias limitações quanto ao seu uso no sistema
construtivo. Foi constatado que algumas casas construídas em Araripina-PE
estavam com paredes externas em grave estado de deterioração devido à ação
das chuvas, assim como a ocorrência de patologias de materiais de vedação
como a eflorescência [1][3]. Essas constatações têm limitado a aplicação desses
materiais frente à ação das chuvas. Com isso, foi realizado um estudo
sistemático de síntese de novos blocos de gesso que apresentem resistência
aos fenômenos de deterioração pela ação de águas pluviais.
A caracterização da resistência dos blocos de gesso aos fenômenos de
deterioração relacionados às águas pluviais é feito através da realização de
teste de absorção por capilaridade, testes de permeabilidade ao vapor e testes
de secagem.
Os testes de capilaridade permitem a obtenção dos diagramas de
capilaridade, que geram curvas que indicam o desempenho das amostras em
relação ao fenômeno de embebição de água líquida (1)(3). Nesses diagramas,
estão presentes duas curvas: uma curva de absorção capilar e uma curva de
ascensão da franja capilar. A curva de absorção capilar indica a intensidade do
fluxo de água absorvido pela rede porosa do material, ao passo que a curva de
ascensão da franja capilar indica a cinética de embebição (movimento do fluido
na rede porosa) do material. São através desses diagramas que podemos
prever se o material estudado apresenta maior ou menor resistência à
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absorção capilar de água. De acordo com a literatura (1)(2), o formato das curvas
que compõem o diagrama de capilaridade consistem em segmentos de reta.
O formato das curvas de absorção capilar está relacionado ao conceito
de absorção capilar. A absorção capilar W(t) de um material pode ser
expressar em função do tempo de acordo com a equação (A):
W(t) = At0.5 (A)
Onde A é denominado coeficiente de absorção capilar do material. Esse
coeficiente está relacionado com o raio médio capilar rc (definido como a média
aritmética dos raios capilares do material) e com a tensão superficial ψ e a
viscosidade dinâmica ŋ do líquido absorvido por capilaridade, conforme a
equação B:
A = πrc2.5(ψ/2ŋ)0.5 (B)
O formato das curvas de ascensão capilar está relacionado ao conceito
de franja capilar. Franja capilar é definida como a interface entre a região
úmida da superfície da amostra e a região seca da mesma. Esse parâmetro
procura avaliar a cinética de embebição do material (cinética de absorção
capilar) (2). A franja capilar L(t) de um material com raio capilar médio rc que
absorve por capilaridade um líquido de tensão superficial ψ e viscosidade
dinâmica ŋ pode ser expresso através da equação C:
L(t) = Bt0.5 (C)
Onde B é o coeficiente de ascensão da franja capilar e indica a taxa da
franja capilar com o tempo (3). Pode ser expresso pela equação (D):
B=rc0,5(ψ/2ŋ)0.5 (D)
O objetivo do presente trabalho foi verificar a influência da razão
água/gesso nos valores de coeficientes de absorção por capilaridade de
amostras representativas de blocos de gesso, propondo uma nova dosagem
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desses materiais para o desenvolvimento de blocos mais resistentes à ação
deteriorativa de águas pluviais.
2 - MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 Preparo das amostras
A pasta de gesso utilizada no preparo das amostras seguiu os
procedimentos da norma DIN 1168. Após dosar a quantidade de água e gesso
para o preparo da pasta, deve-se polvilhar, durante um minuto, o gesso na
água. Logo após, deixar o sistema gesso e água em suspensão durante dois
minutos. Após essa etapa, realizar a mistura da pasta durante um minuto.
A pasta é então despejada sobre um molde com dimensões que
atendem a norma NBR 12175. A pasta permanece no molde durante 24 horas,
sendo realizado o desmolde após esse intervalo de tempo. Foi observado que
a metodologia seguida tem, como resultados, amostras com bom acabamento
superficial.
Após o desmolde, as amostras são inseridas em estufa à uma
temperatura de 60°C até ser obtido constância de massa. Após essa última
etapa, a amostra está pronta para os testes de caracterização.
2.2 Teste de capilaridade
O teste de capilaridade é regulamentado pela norma RILEM TC 25-PEM
(1980) - (test No. II.6 ―Water absorption coefficient (capillarity)‖). Para a
realização dos ensaios de capilaridade, foi construído um aparato experimental
para medição da absorção (denominado câmara de imersão), similar aos
aparatos apresentados na literatura. A Figura 1.0 apresenta um detalhe do
aparato desenvolvido mostrando o interior da câmara onde foi desenvolvido o
ensaio. Foram preparadas amostras representativas dos blocos de gesso em
formatos cilíndricos onde a altura apresenta o dobro do diâmetro. Procurou-se
aplicar na superfície lateral de cada amostra 2 demãos de resina acrílica
Resiprimer Tecryl® para impermeabilizar essas faces, tornando unidirecional o
fluxo de água no interior das amostras. O nível de água utilizado no ensaio de
capilaridade foi de 5 mm e este era mantido constante através de um sistema
de alimentação de água, conforme à RILEM,1980.
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Logo após o preparo das amostras foi determinada a massa no estado
seco (m0). Em seguida, as amostras foram colocadas na água presente na
câmara de imersão, sendo feita pesagens em intervalos de tempo
estabelecidos em norma (1 min, 3 min, 5min, 10min, 15min, 30 min, 60 min e
120 min após a imersão) (3). Em cada um desses instantes, foi feita uma nova
aferição de massa m(t) e calculado a absorção capilar W(t) naquele instante
através da equação (E):
W(t)=[m(t)-m0]/S (E)
Onde S corresponde a área do material exposta à água.
Os resultados obtidos nesse teste são os denominados gráficos de
absorção capilar das amostras. Em uma etapa posterior, as curvas de
absorção foram analisadas estatisticamente e os coeficientes de absorção
capilar (A) foram determinados.
Utilizando os mesmos procedimentos de execução do teste de
capilaridade, foi avaliado o comportamento da franja capilar com o tempo,
através de medições da altura h da frente úmida considerando-se que, no início
do teste, a frente úmida tinha valor h0 = 5 mm (correspondente ao nível de água
constante). Os intervalos de tempo para medição da altura da frente úmida
foram os mesmos da medição da absorção capilar, com a diferença de que o
último instante registrado corresponde ao instante em que a frente úmida
atinge o topo da amostra. A franja capilar no respectivo instante é então
calculada conforme a equação (F):
L(t) =h(t)-h0 (F)
Através desse experimento, obteve-se os gráficos de ascenção da franja
capilar, são os denominados gráficos de ascensão da franja capilar (3). Quando
colocamos em um mesmo gráfico as curvas de absorção capilar e as curvas de
ascensão da franja capilar, temos o denominado diagrama de capilaridade do
material. Resultado imprescindível para avaliar o comportamento do material
perante os fenômenos de capilaridade.
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Em laboratório, foram determinados os diagramas de capilaridade para
amostras de água e gesso com diferentes razões água gesso com o objetivo
de verificar a acurácia da metodologia proposta.
Figura 1.0 – Detalhe do aparato experimental utilizado para o teste de absorção
por capilaridade (imagem criada pelos autores).
2.3 Teste de secagem
O ensaio de secagem é normalizado pela RILEM TC 25-PEM (1980) -
(Test Nº. II.5. 101―Evaporation curve‖). Foi construído, em laboratório, um
aparato experimental para a realização desse ensaio (Figura 2.0). O aparato
consiste em uma caixa de poliestireno expandido (EPS) onde existe um
suporte de madeira com tela de PVC para as amostras. Sob o suporte de
madeira, existe um reservatório de vidro contendo uma solução saturada com
corpo de fundo de cloreto de potássio (KCl). Esta solução tem a função de
manter a umidade relativa ambiente constante e próxima de 85% (4)(5)(6). Os
testes de secagem foram sempre realizados após o teste de capilaridade.
Sobre o suporte de madeira, são colocadas as amostras de gesso, sendo
posicionadas logo acima do reservatório com a solução de KCl. Antes da
inserção das amostras na caixa de EPS, foram aferidas as massa iniciais de
cada amostra (m0). Após a inserção das amostras, foram feitas aferições de
massa m(t) nos mesmos intervalos de tempo definido para o teste de
capilaridade. Em cada instante foi calculada a taxa de secagem Φ(t) de acordo
com a equação G:
Φ(t) = [m(t) – m0]/S (G)
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Onde S corresponde a área do material por onde ocorre o fluxo de água
evaporada (face da base superior). É importante enfatizar que a equação (G) é
válida somente para fluxos unidirecionais de vapor de água no material (3). Com
esse objetivo, as faces laterais foram impermeabilizadas com 2 demãos de
resina acrílica Resiprimer Tecryl® e a face inferior foi revestida com papel filme.
Expressando-se, em um gráfico, taxa de secagem em função do tempo,
temos a chamada curva de secagem do material, que permite a avaliação do
fenômeno de secagem no material.
(a) (b)
Figura 2.0 – Detalhes do aparato experimental desenvolvido (a) projeto gráfico
da câmara de secagem (b) interior da câmara de secagem com amostras de
gesso no estado endurecido.
2.4 Microscopia eletrônica de varredura
Após a realização dos testes de secagem, as amostras foram analisadas
por microscopia eletrônica de varredura, com o objetivo de estudar a morfologia
das amostras e sua variação com a razão água/gesso. Para isso, foi utilizado
um microscópio eletrônico de varredura (Hitachi, TM-1000), acoplado a um
microanalisador EDS (espectroscopia de dispersão de energia por raios-X),
para determinação da composição das amostras.
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3 – RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1 Diagramas de Capilaridade
De acordo com a primeira etapa definida no trabalho, foram obtidos
diagramas de capilaridade para cada razão A/G. Na Figura 3.0 estão
representadas as curvas de absorção obtidas. Conforme pode ser observado ,
quanto maior a razão A/G das amostras, maior o valor de absorção percentual
por unidade de área obtida. Tal comportamento pode ser associado às
diferenças na microestrutura de todas as amostras, conforme foi constatado
com os ensaios de microscopia eletrônica de varredura, executados
posteriormente . Conforme será discutido nos resultados do MEV, observou-se
que o aumento da razão A/G proporciona o desenvolvimento de uma
microestrutura com cristais de maiores dimensões. Essa informação explica o
comportamento das curvas obtidas no sentido de que o aumento do tamanho
médio dos cristais com o respectivo aumento da razão A/G ocasiona uma
diminuição nos raios médios dos tubos capilares que compõem as amostras e,
consequentemente, tornando a amostra mais permeável à absorção por
capilaridade (conforme a equação A) quanto maior for a razão A/G.
Figura 3.0 – Diagramas de capilaridade por razão A/G.
3.2 Curvas de secagem
As curvas de secagem obtidas (Figura 4.0) permitiram a avaliação da
influência da razão A/G na taxa de secagem de cada amostra. As curvas de
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secagem relacionam a taxa de efusão do vapor de água (em g/cm²) pelo tempo
(em h). Nas curvas apresentadas, os valores negativos de taxa de efusão
indicam o sentido do fluxo de vapor de água (valores negativos correspondem
à direção que vai da amostra para as vizinhanças).
Figura 4.0 – Curvas de secagem obtidas por razão água/gesso (A/G).
Observa-se que o formato obtido para todas as razões A/G foi o mesmo:
um trecho inicial correspondendo à um segmento de reta (indicando a primeira
fase do fenômeno de secagem [1]) e um trecho posterior indicando o formato
de uma parábola (indicando a segunda fase de secagem [2]). As curvas de
secagem obtidas estão em conformidade com os resultados encontrados na
literatura para tijolos cerâmicos (1) e pedras graníticas (2).
Outra peculiaridade dos dados obtidos é o fato de as curvas estarem
muito próximas. As hipóteses consideradas para explicar tal ocorrência são
duas. Uma deles indica que a metodologia utilizada não consegue diferenciar a
variação da taxa de secagem com a variação de razão A/G. Uma outra
hipótese afirma que os valores utilizados de razão A/G não interferem
consideravelmente na taxa de secagem das amostras obtidas.
3.4 Microscopia eletrônica de varredura (MEV)
Após os testes citados anteriormente, as amostras foram submetidas à
análise por microscopia eletrônica de varredura. O objetivo foi analisar as
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mudanças microestruturais nas amostras de gesso com a variação do razão
A/G e associar esse fator com os resultados obtidos nos testes anteriores.
Na micrografia da amostra de razão A/G 0,5, pode-se observar a
distribuição dos poros (seta vermelha) entre os cristais formados de dihidrato
de sulfato de cálcio (CaSO4 2H2O). As micrografias para a razão A/G 0,6 e 0,7
mostram poros com dimensões relativas maiores (figura 6.0b e 6.0c).
Os resultados obtidos com o MEV também apontam para o fato de que o
aumento da razão A/G proporciona a ocorrência de cristais de sulfato
dihidratado (CaSO4∙2H2O) (figura 6.0a) de maiores dimensões, ocasionando a
existência de poros interligados.
O aumento das dimensões dos cristais com o respectivo aumento da
razão A/G está associado com o processo de hidratação do gesso(7). Um maior
teor de água nas amostras ocasiona um maior período de indução (intervalo de
tempo entre a dissolução de íons Ca2+ e SO42- até a formação dos primeiros
núcleos de cristalização) retardando a cinética de formação dos cristais de
CaSO4 2H2O e ocasionando a ocorrência de cristais de maiores dimensões.
(a) (b)
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(c)
Figura 6.0 – Micrografias de amostras de gesso no estado endurecido (a)
Razão A/G=0,5 (b) Razão A/G=0,6 (c) Razão A/G=0,7.
4 – CONCLUSÃO
De acordo com os resultados supracitados, a metodologia utilizada
permitiu visualizar a influência da razão água/gesso na absorção por
capilaridade, indicando que a mesma é aconselhável para a avaliação da
influência de aditivos hidrofugantes de massa nas amostras, permitindo a
determinação percentual obtida nos valores de absorção por capilaridade. Foi
verificado que as variáveis respostas estudadas estão relacionadas à
microestrutura do material, identificando que amostras com maior razão
água/gesso possuem cristais relativamente maiores, maior porosidade e
consequentemente maior absorção capilar.
5 – REFERÊNCIAS
[1] COUTO, S. C. C. Utilização de hidrófugos de superfície em materiais
cerâmicos. Influência na secagem. 2010, 110p. (Dissertação de Mestrado).
Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, ISEL.
[2] FOJO, A. C. O. T. Estudo da aplicação de consolidantes e hidrófugos em
pedras graníticas da igreja matriz de Caminha. 2006, 150p. (Tese de
doutorado). Universidade do Porto, Lisboa (Portugal).
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[3] DEDAVID, B. A.; GOMES, C. I.; MACHADO, G. Microscopia eletrônica de
varredura: aplicações e preparação de amostras; EdiPUC-RS, 2007.
[4] BEGONHA, A. Estudo da Patologia da Pedra do Mosteiro de S. Miguel de
Refojos em Cabeceiras de Basto. 2009, 73p. (Dissertação de Mestrado).
Universidade do Porto, Lisboa (Portugal).
[5] HAMMECKER, C.; ESBERT, R.M.A., JEANNETTE, D. Geometry
modifications of porous network in carbonate rocks by ethyl silicate treatment.
In: 7th International Congress on Deterioration and Conservation of Stone-
Lisboa, 1992.
[6] MERTZ, J.D. Structures de porosité et propriétés de transport dans les grés.
1990, 180p. (Tese de doutorado) -Université Louis Pasteur - Strasbourg,
Sciences Géologiques, Strasbourg.
[7] LEWRY, A.J; WILLIAMSON, J. The setting of gypsum plaster – Part III –
The effect of additives and impurities. Journal of Material Science, n.29, p.1-2,
1994.
GYPSUM BLOCKS SUMMARY WATERPROOF WITH EMPHASIS ADDED
TO MASS AND SURFACE REPELLENT
ABSTRACT
There is a growing trend of use of gypsum blocks and masonry materials in
construction, due to the advantages offered with your job: reducing loads on
concrete structures of buildings. The application of plaster blocks, however, is
limited. It is not recommended for use in external walls of buildings because of
their poor resistance to spoilage action of water. The research project aims to
present the characterization of water-repellent additive mass and surface
plaster blocks evaluating its performance in relation to spoilage action of water.
Samples of reduced dimensions gypsum blocks were prepared, and then were
divided into groups: control group (gypsum blocks that have no additives), and
additives groups. Soon after, there was the wicking test, the vapor permeability
test and drying test to evaluate their performance.
Key-words: gypsum, synthesis, capillary, additives, water-repellent.
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