LIGANTES – Gesso, Cal Aérea e Hidráulica, Cimento

· A designação de ligante advém da propriedade que têm de poder aglomerar umaporção elevada de inertes conferindo-lhes coesão e resistência

Hidrófobos – não precisam de água para formar presa (exemplo: alcatrão – por acréscimo detemperatura ficam pastosos, ao arrefecer endurecem; resinas sintéticas – muito recentes,actualmente empregam-se também em misturas com o cimento e impregnadas no betão;betumes)

Hidrófilos – precisam de água para formar presa: - Aéreos – só fazem presa ao ar (cais aéreas)- Hidráulicas – fazem presa em qualquer circunstância, até mesmo debaixo de água

GESSOMatéria prima – pedra de gesso, a qual é uma rocha branda

Fabrico - são apenas usadas as rochas mais puras que são trituradas e colocadas no forno. Aísão submetidas a uma elevação da temperatura que provoca a sua desidratação parcial, dandoorigem ao sulfato de cálcio semi-hidratado, o qual é instável. Quando em presença da água, ogesso regenera a sua forma inicial:

CaSO4.2H2OóCaSO4.1/2H2O+3/2H2O

· Porque razão instabilizamos o gesso (tal como a cal) e depois hidratamos, e não ousamos na sua forma tradicional? Porque na sua forma natural o gesso não é moldável

Propriedades do gesso:

· Resistência mecânica – a resistência mecânica do gesso é fraca, dependendo paraalém de outros factores da quantidade de água de amassadura utilizada.

· Resistência à humidade – o gesso é muito sensível à humidade não podendo serutilizado no exterior. A água absorvida comprometeria a resistência mecânica.

· Rapidez de presa – o gesso tem uma presa rápida (15 a 20 min), sendo necessária aadição de retardadores de presa para permitir a sua aplicação em revestimento. Aadição de cal permite que se possam trabalhar as pastas por mais tempo.

· Resistência ao fogo – muito boa -> o gesso é incombustível, é bom isolante e sob aacção do calor só liberta vapor de água

· Aderência – boa aderência em tijolos, pedras naturais, aço (deve-se aplicar umtratamento protector por forma a evitar a corrosão do aço), vidro, cartão; máaderência em madeiras;

· Isolante térmico – o gesso tem baixa condutibilidade térmica logo funciona bem comoisolante térmico. No entanto como geralmente é usada uma camada fina de gesso, asua contribuição é modesta

· Isolante acústico – é fraco como isolante acústico devido ao seu baixo peso. Noentanto é bom para corrigir os sons dado que melhora o tempo de reverberação

Aplicações do gesso:- Fabrico de cimento – redutor de presa- Isolamento térmico- Isolamento acústico- Pré-fabricados – tectos e divisórias- Esboço- Estuque- Massas de projectar- Placas para tectos falsos – estafe (placas armadas com fibras de cizal)- O facto de o gesso ter uma má resistência à tracção faz com que se prefira o gesso cartonado(Pladur) pois o cartão tem uma elevadíssima resistência à tracção

Conceitos:- Pasta de gesso – mistura de gesso e água- Pasta normal de gesso – mistura de gesso e água com base na NP 318- Gesso para esboço – gesso escuro resultante da calcinação do gesso bruto escuro, comgranulometria mais elevada do que o gesso para estuque para ser utilizado sobre esboço deparedes. Endurece mais rapidamente, tem areia e é mais barato- Gesso para estuque – gesso branco resultante do tratamento térmico do gesso bruto brancoou amarelo utilizado em mistura com cal ou outro retardador. Endurece mais lentamente, nãotem areia e é + caro.- Estuque – feito com pasta de gesso à qual se adiciona areia de estucador, a qual é muito finae branca. Pode-se também adicionar cal para retardar a presa.-> Trabalha-se o estuque em duas camadas:1- interior – gesso mais escuro (pode levar algum inerte para ficar mais barato e diminuir aretracção) – esboço2- superficial – feita com gesso de estuque – estuque propriamente dito.

Presa do gesso:1- Fenómeno químico de hidratação2- Fenómeno físico de cristalização3- Fenómeno mecânico de endurecimento

Estuque tradicional e projectado- Processo tradicional (3 camadas) – 1º regularização, 2ª esboço ( cal aérea em pasta + areiabranca), 3º estuque (cal em pasta + gesso para estuque)- Processo corrente (2 camadas) – 1ª regularização (manual ou por projecção – espessura naordem dos 10mm – gesso branco ou cinzento), 2ª acabamento (aplicação manual – gesso maisfino) -> necessita de pintura posterior

CAL AÉREA E HIDRÁULICA· A cal é o elemento principal das argamassas

è Cal Aérea

Origem: a cal área resulta da calcinação de pedras calcárias puras ou quase puras – CaCO3

Pedras calcárias puras -> cal gorda – CaCO3>99%Pedras calcárias quase puras -> cal magra 95%<CaCO3<99%

Fabrico

· CaCO3 + calor -> CaO(cal viva) + CO2 - calcinação do calcário

· Cao + H2O ->Ca(OH)2 (cal apagada ou hidratada) + calor - extinção da cal (dá-seuma expansão de volume muito grande e trata-se de uma reacção extremamenteexotérmica)

- Cal viva (óxido de cálcio) – não se usa em construção porque é muito instável dando areacções fortemente exotérmicas quando em contacto com a água, ocorrendo ocasionalmenteexplosões -> deve ser mantida em recipientes fechados por forma a evitar a sua calcificação,não tem aplicação em Eng. Civil- Cal apagada – passiva e pulvurenta. É vendida em pó.

· Cal apagada (em pó) + água -> pasta que endurece por absorção de CO2 e porlibertação de água (reacção de endurecimento muito lenta – 24h início, 6 meses fim)

Presa – endurece lentamente ao ar por evaporação da água e carbonatação por absorção deCO2, formando-se novamento CaCO3. Início da presa 24h depois e final da reacção 6 mesesdepois.

Aplicações da cal hidratada- composição de argamassas bastardas- fabrico de estuques- caiação (água+cal hidratada) - pintura natural que confere um efeito manchado às paredes

Vantagens- argamassa simples – presa muito lenta- argamassas bastardas ( 2 ou + ligantes):

- gesso + cal hidratada – presa + rápida- cimento + cal hidratada:

– economia, conforto térmico- equilibrador higroscópico (absorve o excesso de humidade e devolve-a quando o ambiente setorna seco)- economia (é mais barata que o cimento; menos fissuração -> menos tinta)- conforto térmico ( a cal é um antifungo – propicia superfícies mais quentes)- resistência mecânica – baixa relativamente a rebocos de cimento- aderência – aumenta aderência dos suportes- trabalhabilidade – confere maior trabalhabilidade -> maior rendimento- retracção – contracção por secagem reduzida, minimizando a fissuração

è Cal HidráulicaFaz presa ao ar mas também sob a água

Origem: Margas, isto é, rochas calcárias com elevado teor em argila (8 a 20%)

FabricoA cerca de 800 graus dá-se, como para a cal viva, a calcinação do calcário libertando anidridocarbónico. A cerca de 1000 graus a argila decompõem-se em silicatos e aluminatos que secombinam com o óxido de cálcio.No fim da cozedura obtém-se uma mistura de silicatos e aluminatos de cálcio e umapercentagem elevada de óxido de cálcio. É então necessário extinguir a cal viva, usando-se aquantidade de água estritamente necessária para esta operação porque os silicatos ealuminatos também reagem com a água.

Margas + calor -> CaO (55%) + 2CaoSiO2 (23%) + 3CaOAl2O3 (23%)

Presa - a pasta de cal faz presa exposta ao ar ou debaixo de água. Coexistem dois processos:cristalização do Ca(OH)2 e hidratação da sílica ou alumina- O tempo da presa depende do índice hidráulico (i=%argila/%cálcio), quanto maior for i,menor será o tempo de presa

É difícil distinguir uma cal de um cimento, mas uma cal necessitam sempre de ser extintadepois de cozida, o cimento nunca é.

Aplicações- argamassas bastardas com cimento – reduz a fendilhação, aumenta a resistência àcompressão, aumenta a trabalhabilidade, maior impermeabilidade (devido à menorfendilhação)- rebocos

Cimento – descoberto em 1824 por Joseph Aspdin

Os cimentos incluem-se no grupo de materiais cerâmicos dado que resultam de rochascalcário-argilosos com posterior processamento

· Fabrico- Matérias primas: calcários e argilas ou margas- Fases de fabrico:

- extracção – pedreiras- fragmentação- mistura – em proporções adequadas ao fabrico de um dado cimento- cozedura – fornos (1250º a 1500º) -> clínquerAté 200º - evaporação da água livre500º - desidratação das argilas600º - cristalização dos minérios resultantes e decomposição do carbonato900º a 1200º - reacção da cal com os silicatos e aluminatos1250º a 1280º - início da fusãoAcima de 1280º - formação do clínquer

- Arrefecimento – o clínquer sai do forno entre os 1200º e 1300º -> tem de ser arrefecido- Moagem – o clínquer, depois de arrefecido é moído (como o clínquer moído dá um cimentode presa muito rápida, há que adicionar o gessa para retardar a presa – sem este a presa seriaquase instantânea)

· Componentes principais do clínquer e do cimento Portland normalO clínquer é obtido pela reacção da cal, sílica, alumina, óxido de ferro e ainda magnésio- cal (CaO) – 60% a 67%- sílica (SiO2) – 17% a 25%- alumina (Al2O3) – 3% a 8%- óxido de ferro (Fe2O3) – 0,5% a 6%- magnésio (MgO) – 0,1% a 5,5%

· Constituição do clínquer de um cimento Portland- C3S (silicato tricálcico – 45%) – responsável pela resistência inicial, composto que faz docimento o melhor ligante- C2S (silicato bicálcico – 25%) – confere resistência a longo prazo- C3A (aluminato tricálcico -13%) – participa na resistência até 28 dias mas depois poucosignifica- C4AF (ferro-aluminato tetracálcico – 12%) – pouco efeito sobre a resistência, responsávelpela estabilidade química e duração

Elevada resistência advém do elevado arranjo químico e físico dos cristais.

Tipos de cimentoI – Portland -> clínquer (95 a 100%)II – Portland composto -> clínquer (65 a 94%) + escória (0 a 27%) + pozolanas (0 a 23%) +cinzas volantes (0 a 23%) + filer (0 a 16%)II-S – Portland de escória -> clínquer (65 a 94%) + escória (6 a 35%)II-Z – Portland de pozolana -> clínquer (72 a 94%) + pozolanas (6 a 28%)II – C ->Portland de cinzas volantes –> clínquer (72 a 94%) + cinzas volantes (6 a 28%)II – F -> Portland de filer -> clínquer (80 a 94%) + filer (6 a 20%)III -> Cimento de alto forno – clínquer (20 a 64%) + escória (36 a 80%)IV -> Cimento pozolânico – clínquer (+ 60%) + pozolanas e cinzas (- 40%)

Classe de resistência- Em MPa, aos 28 dias e à compressão -> 32,5; 42,5 e 52,5Maiores finuras de moagem -> maior resistênciaR – se possuir uma resistência elevada aos 2 diasN – normal

Exemplo: CEM II-C 32,5R -> cimento Portland de cinzas volantes de classe 32,5MPa e deresistência elevada nos primeiros dias

Aditivos

· PozolanasSão produtos naturais (rochas vulcânicas muito leves, ocorrem nas erupções vulcânicas) ouartificias (argilas de qualquer tipo depois de sujeitas a temperaturas suficientes para adesidratação~900ºC)Vantagens: diminuição da alcalinidade dos produtos de hidratação do cimento (reduz opH); aumento da resistência química em ambientes marinhos, economia (baixo custo epermite poupar cimento)Misturam-se com os cimentos Portland normais para a obtenção de betões com melhorescaracterísticas resistentes ao ataque dos sulfatos (obras marítimas)

· Cinzas volantesSão cinzas das centrais térmicas a carvão. Têm características pozolânicas a partir daquantidade de 40%. Permitem também poupar cimento, aumento da trabalhabilidade,menor protecção das armadurasNota: as pozolanas e as cinzas volantes reagem com o hidróxido de cálcio formando-seum ligante; as pozolanas e as cinzas volantes têm propriedades químicas semelhantes; ascinzas volantes têm baixo custo; as percentagens de pozolanas e cinzas obedecem àespecificação 378 do LNEC.Efeito da introdução de pozolanas e cinzas volantes no cimento: - presa e endurecimento mais lentos e menor calor de hidratação (devido a estes doisefeitos, a quantidade de cinzas nos betões para construção de barragens é elevada);menor resistência inicial; aumento da resistência química (principalmente aos saismarinhos; as pozolanas são ligeiramente mais resistentes); diminuição do pH (devido àmenor concentração de hidróxido de cálcio; implica corrosão das armaduras de aço)

· Escórias de alto fornoA escória é o material obtido pela combinação da ganga dos minérios dos metais comfundentes apropriados a cinzas do carvão. No fabrico do aço, por cada tonelada de ferroque se obtêm do minério, forma-se uma tonelada de escória. Para que a escória possuapropriedades hidráulicas deve encontrar-se no estado amorfo. Adequado para zonasmarinhas.A principal diferença entre a escória e as pozolanas é que as pozolanas não têm por si sópropriedades hidráulicas, enquanto a escória tem (presa, endurecimento, etc.).

· Fíler calcárioOs grãos de pó são catalisadores das reacções de endurecimento do cimento. Estecontributo do pó de pedra é benéfico na ordem de 10 a 20% porque assim não implicauma perda de resistência.Afecta favoravelmente a trabalhabilidade, exsudação e retracção.

Factores que influenciam a resistênciaAumento de C3S e C2S -> aumento da resistência mecânicaAumento de pozolanas -> aumento da resistência químicaAumento de fíler ou sílicas de fumo -> aumento da resistência mecânicaAumento da água de amassadura -> diminuição da resistência

Ataque ao cimento- águas sulfatadas – os sulfatos fixam-se sobre os aluminatos e formam o sal de Candelot e acristalização deste envolve aumento de volume e a delaminação e fendilhação. Para prevenirusa-se cimento com baixo teor de C3A- água do mar – formam-se sulfatos de cálcio por reacção do sulfato de magnésio da água domar com o Ca(OH)2 do cimento -> para prevenir utilizam-se cimentos pozolânicos e de escóriasde alto forno, pois têm menor calor de hidratação e fendilham menos- águas puras – dissolvem a cal e arrastam a alumina -> o cimento perde a coesão

Prescrições- obras marítimas – cimento pozolânico (menor fendilhação), filer (muito compacto -> menorfendilhação), escória (mais estáveis)- barragens – cimentos com baixo teor de C3S e C3A -> fissuração e calor de hidratação sãomenores -> ganha resistência mais lentamente

Ensaios- ensaio de Blaine – obriga-se um volume de ar a atravessar um dada camada de pó, sob umapressão variável, cuja variação é constante para todos os cimentos em estudo. Determina-se otempo que tal volume demora a percorrer a camada (velocidade de sedimentação) o quepermite o conhecimento da superfície específica (área total das partículas por unidade demassa do cimento). Assim podemos conhecer a dimensão média das partículas.

- expansibilidade – permite detectar a presença da periclase e de óxido de cálcio livre(sulfatos); Descrição do ensaio: coloca-se a pasta de cimento dentro de cilindros de 3cm dealtura por 3cm de diâmetro. O cilindro é fendilhado de alto a baixo ao longo de uma geratriz,estando-lhe soldadas duas hastes de 15cm, uma de cada lado da fenda; o molde é cobertocom 2 placas de vidro e comprimido com 1 pequeno peso de 150g (para que a expansão só sedê para os lados); o conjunto é colocado dentro de água durante 24h a 20ª (para acelerar apresa); eleva-se a temperatura até 100ºC durante 1h, mantendo-se esta temperatura durante3h; deixa-se arrefecer e mede-se o afastamento final das hastes; a diferença entre as duasmedições representa a expansão do cimento -> o cimento é aceitável se a expansibilidade formenor que 10mm.- ensaio de início e fim de presa – agulhas de Vicat: início de presa – tempo decorrido entre aamassadura e a perda parcial de plasticidade. É atingido quando a agulha de Vicat de início depresa (1mm2 de secção) já não atravessa a pasta ficando a 5mm do fundo. Fim de presa –tempo necessário para que a pasta adquira firmeza suficiente para resistir a uma determinadapressão. Atinge-se o fim da presa quando a agulha, poisada na superfície da pasta, deixa a suamarca, sem que o acessório circular imprima qualquer marca.- tensão de rotura – o valor de um cimento é medido pela sua tensão de rotura: esta é acaracterística mais importante que um cimento deve possuir. Ensaio: com uma areia calibradafabrica-se uma argamassa de cimento com um traço ponderal 1:3 e A/C=0,5; a argamassa éassada num misturador mecânico; é colocada em moldes de 3 prismas com 4x4x16cm onde écompactada com um aparelho; são conservados dentro de água a 20º e desmoldados 24hdepois; é realizado um ensaio de flexão nos provetes; após a rotura por flexão, cada uma dasmetades dos provetes são ensaiadas à compressão.

Utilização dos betõesI 42,5 – betões onde é necessário resistência à idade jovem: pontes, viadutos, pré-esforçoI 34,5 – armaduras sem pré-esforçoII – pequenas obrasIV – obras no mar (resistência à corrosão): barragens, muros de suporte, não serve para betãoarmado pois altera as armaduras