MCC II MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL II 1/4Programa da Disciplina: AGLOMERANTES AÉREOS: definição, tipos, propriedades geraisCAL- Definição, produção, cal virgem, cal hidratada, propriedades, aplicações(bibliografia: Materiais de Construção , L.A.Falcão Bauer, páginas 16 até 25, Volume 1)-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1Definição

"CAL é o nome genérico de um aglomerante simples, resultante da calcinação de rochas calcáreas, que se apresentam sob diversas variedades, com características resultantes da natureza da matéria-prima empregada e do processamento produzido."

Calcinação da rocha calcárea pura resulta óxido de cálcio

Produtos impuros:Das rochas calcáreas naturais: o carbonato de cálcio é substituído em maior ou menor escala pelo carbonato de magnésio que não chega a constituir uma impureza, porém a sílica, os óxidos de ferro e de alumínio são impurezas que acompanham os carbonatos e podem fazer parte das rochas calcáreas.

A cal pode ainda ser produzida usando como matéria-prima os sambaquis (depósitos de esqueletos de animais)

2Reações químicas:

Basicamente na calcinação do calcáreo natural o carbonato de cálcio é submetido à ação do calor à temperatura aproximada de 900º C, decompondo- se em óxidos de cálcio e anidridos carbônicos. CaCO3 + Calor CaO + CO2

(o carbonato de magnésio comporta-se de maneira semelhante a uma temperatura um pouco menor)

O produto dessa calcinação, que contém, predominantemente óxidos de cálcio exibe estrutura porosa e formatos idênticos aos dos grãos de rocha original, chama-se cal viva e apresenta-se em formas de grãos de vários tamanhos, dependendo do processo de fabricação utilizado, sendo comuns em nosso meio grãos de grandes dimensões, com 10, 15 ou 20 cm, em média.

A cal viva não é ainda o aglomerante utilizado em construção. O óxido deve ser hidratado, transformando-se em hidróxido, que é o constituinte básico do aglomerante CAL.A operação de hidratação recebe o nome de extinção, e o hidróxido resultante denomina-se cal extinta - quando a hidratação se realiza no local do emprego do material, normalmente no canteiro de obras, ou, ainda, cal hidratada - quando a extinção se processa na fábrica.

A reação química da extinção da cal viva é a seguinte:

CaO + H2O Ca (OH) 2

3Utilização

A cal extinta é utilizada em mistura com água e areia, em proporções aproximadas, na elaboração de argamassas.Estas têm consistência mais ou menos plástica, e endurecem por recombinação do hidróxido com o gás carbônico presente na atmosfera, reconstituindo o carbonato original, cujos cristais ligam de maneira permanente os grãos de agregado utilizado.Este endurecimento se processa com lentidão e ocorre, evidentemente de fora para dentro, exigindo uma certa porosidade que permita, de um lado, a evaporação da água em excesso e, de outro, a penetração do gás carbônico do ar atmosférico.O mecanismo de endurecimento, que depende do ar atmosférico, explica o nome ordinariamente dado a esse aglomerante - cal aérea - que se opõe ao nome de outra variedade - cal hidráulica - que se tratará mais adiante, e que endurece principalmente por ação de água.

A reação de carbonatação é a seguinte:

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

Essa reação ocorre na temperatura ambiente e exige a presença de água. Verificou-se que o gás carbônico seco não combina satisfatoriamente com o hidróxido.O processo é lento, podendo, entretanto, ser acelerado pelo aumento da proporção de gás carbônico presente na atmosfera. O resultado, porém, não é satisfatório, uma vez que tal aceleração conduz ao desenvolvimento insuficiente dos cristais de carbonatos, que resulta no enfraquecimento do produto.

MCC II MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL II 2/4Programa da Disciplina: AGLOMERANTES AÉREOS: definição, tipos, propriedades geraisCAL- Definição, produção, cal virgem, cal hidratada, propriedades, aplicações(bibliografia: Materiais de Construção , L.A.Falcão Bauer, páginas 16 até 25, Volume 1)-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4Classificação

Usualmente se classificam as variedades de cal aérea segundo dois critérios: - o da composição química básica e - o do rendimento em pasta.

De acordo com a composição química, apresentam duas variedades: a cal cálcica e a cal magnesiana:

cal cálcica com o mínimo de 75% de CaO cal magnesiana com o mínimo de 20% de MgOdevendo sempre a soma de CaO com MgO ser superior a 95%.

Os componentes argilosos SiO2, Al2O3 e Fe2O3 devem somar no máximo 5%.A proporção residual de CO2 deverá ser inferior a 3%, quando a amostra for retirada do forno de calcinação, e inferior a 10%, quando a amostra for retirada de outro local.

Segundo o rendimento em pasta a cal apresenta duas variedades: cal gorda e cal magra.Entende-se por rendimento em pasta o valor do volume de pasta de cal obtido com uma tonelada de cal viva. Em pasta é uma suspensão do tipo coloidal, que se obtém na operação de extinção da cal viva. Para todos os efeitos, a pasta de cal pode ser considerada como o aglomerante realmente utilizado em construção.

Do ponto de vista econômico, é primordial o conhecimento do rendimento em pasta, porque o produto comprado é a cal viva e o produto utilizado é a pasta de cal.Se o rendimento em pasta for maior que 1,82 a cal será denominada gorda e, se, for inferior a esse valor, magra. Esse rendimento limite corresponde ao rendimento de 1,82m3 de pasta para uma tonelada de cal viva (550 kg de cal viva para 1m3 de pasta).De um modo geral a cal magnesiana é magra. Observe-se, entretanto que outros fatores, como a presença de impurezas, supercozimento ou subcozimento, têm maior influência no rendimento da cal.

5Propriedades

A cal viva é um produto de cor branca que se apresenta sob a forma de grãos de grande tamanho e estrutura porosa, ou em pó.No primeiro caso, a densidade média é de 0,85, aproximadamente, e, no segundo caso, 0,50. A densidade absoluta é, em média, 2,20.A cal hidratada apresenta-se sob a forma de flocos ou em pó de cor branca, com densidade aparente de 0,5.

a) PlasticidadeNeste aglomerante, é um termo utilizado para conceituar a menor ou a maior facilidade na aplicação das argamassas como revestimento.Diz-se que a cal é plástica quando se espalha facilmente, resultando numa superfície lisa sob o rasto da colher de pedreiro.Se ela é arrastada por se agarrar à colher, conduz à produção de trincas ou mesmo desgarra da parede. Neste caso é considerada não plástica, um conceito bastante subjetivo. Cal magnesiana produz argamassas mais bem trabalháveis do que as variedades cálcicas.

b) RetraçãoA carbonatação do hidróxido realiza-se com pedras de volume, razão pela qual o produto está sujeito à retração, cuja consequência é o aparecimento de trincas nos revestimentos.Sendo a cal normalmente empregada em mistura com agregado miúdo na elaboração de argamassas, a introdução desse produto em proporções convenientes reduz os efeitos da retração.A proporção de pasta de cal na argamassa deve obedecer a um limite mínimo, abaixo do qual deixa de ser trabalhável.A proporção determina a capacidade de sustentação de areia da pasta de cal.A experiência mostra que a cal cálcica tem maior capacidade de sustentação de areia do que a variedade magnesiana.

c) Rendimento O conceito de rendimento já foi exposto, restando definir a consistência da pasta utilizada na determinação desse fator. Trata-se de uma consistência arbitrária, usualmente determinada pelo abatimento de um cilindro de 5 cm de diâmetro e 10 cm de altura, que se deforma para 8,7 cm pela remoção do molde. Cal de variedade cálcica oferece melhores rendimentos que cal magnesiana.

MCC II MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL II 3/4Programa da Disciplina: AGLOMERANTES AÉREOS: definição, tipos, propriedades geraisCAL- Definição, produção, cal virgem, cal hidratada, propriedades, aplicações(bibliografia: Materiais de Construção , L.A.Falcão Bauer, páginas 16 até 25, Volume 1)-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------d) EndurecimentoComo é necessária a absorção de CO2 do ar para o endurecimento da cal aérea, esse material não endurece debaixo de água. O endurecimento que depende do ar atmosférico é muito lento, por razões evidentes: camadas espessas permanecem fracas no seu interior durante longo período de tempo. Consequentemente, quando se usam argamassas de cal e areia para revestimento, torna-se necessário aplicá-las em camadas, geralmente com um intervalo de 10 dias entre uma e outra operação.O processo de endurecimento ainda continua durante o tempo em que a argamassa permanece em contato com o ar. Além da carbonatação, o endurecimento da cal se dá também pela combinação do hidróxido com a sílica finamente dividida que se encontra, eventualmente, na areia que constitui a argamassa. Um produto de elevada dureza e valor ligante é o que resulta da combinação da cal com a sílica. Tal fenômeno já é conhecido a bastante tempo e foi extensamente utilizado pelos romanos em suas obras, quando juntavam uma certa proporção de pozolana em suas argamassas e concretos feitos com cal ordinária.

6Extinção

A hidratação da cal viva é obtida mediante a adição de água, processo usualmente conhecido por extinção da cal.A hidratação é uma reação altamente exotérmica, acompanhada de aumento de volume considerável.Na variedade cálcica de grande pureza, o processo é violento.Na variedade magnesiana, o processo é mais lento e, consequentemente, a produção de calor é menor, assim como o aumento de volume.A reação da hidratação da cal viva pode resultar na produção de hidróxido em forma cristalina ou coloidal, em proporção que depende das condições mantidas durante a reação. Os cristais de hidróxido de cálcio formam-se e desenvolvem-se devagar, enquanto o hidróxido coloidal se forma com grande rapidez. Quanto mais rápida a reação, maior a proporção coloidal de hidróxidos. A utilização de água quente ou morna e a agitação da mistura concorrem para o aumento da proporção de colóide. Do ponto de vista da utilização do material, convém que haja preponderância da fase coloidal, que melhora a plasticidade, o rendimento e a capacidade de sustentação de areia.A hidratação da cal viva altamente cálcica é muito violenta, podendo ocorrer a queima devido a grande elevação de temperatura, a qual pode atingir 360º C em tanques abertos e 450º C em caixas fechadas. Essa elevação tem provocado incêndios em vagões, silos, barracões de madeira, nos quais a cal virgem se hidratou em contato com a água, geralmente da chuva.Na extinção da cal cálcica, usualmente gorda, deve-se evitar a violenta elevação de temperatura, controlando o processo no sentido de um desenvolvimento térmico aceitável.Na extinção da cal magnesiana ocorre o contrário. Por ser lenta a reação de hidratação, convém aproveitar a energia térmica desenvolvida para acelerar o processo, que então resulta em maior proporção da fase coloidal dos hidróxidos.No primeiro caso, para eliminar o perigo de queima da cal por elevação não controlada da temperatura, o processo é conduzido com excesso de água; no segundo, com controle de volume de água utilizada.

Pode-se proceder a um ensaio prévio, de realização simples, para orientar a operação da extinção, evitando os dois riscos mencionados. Colocam-se, em um balde, dois ou três pedaços de cal, de aproximadamente ½ kg cada um, adicionando-se água até que eles fiquem cobertos; observa-se quanto tempo leva para iniciar-se a reação de extinção, quando material começa a soltar fragmentos ou a esboroar-se. De acordo com o tempo decorrido, tem-se a seguinte classificação: - extinção rápida - tempo inferior a 5 minutos; - extinção média - tempo entre 5 e 30 minutos; - extinção lenta - tempo superior a 30 minutos.

Para o processo de extinção rápida, é necessário que a cal seja colocada na água, nunca o inverso. A operação deve ser constantemente observada e, ao mais leve sinal de desprendimento de vapor, deve-se proceder a uma rápida e enérgica agitação, adicionando-se mais água, até cessar o desprendimento.No processo de extinção média, adiciona-se água suficiente para fazer submergir parcialmente o material. A agitação será ocasional e, havendo desprendimento de vapor, deve-se adicionar água aos poucos. Convém não adicionar mais água do que o necessário, nem grande quantidade de uma só vez.No processo de extinção lenta a quantidade de água a ser adicionada deve ser o bastante para umedecer completamente o material. Após o início da reação, a água será adicionada aos poucos, cuidando-se para não baixar a temperatura do processo. Não se deve proceder qualquer agitação enquanto a extinção não estiver praticamente terminada. Pode-se fazê-lo posteriormente, com o objetivo de homogeneizar a pasta.Uma vez finda a operação de extinção, a pasta deve ser envelhecida, para que a hidratação se complete inteiramente. A pasta de cal obtida pela extinção de cal em pedra deve envelhecer de 7 a 10 dias; pode-se utilizar a pasta obtida pela extinção da cal em pó depois de 24 horas.Pastas obtidas pela extinção de cal de variedades magnesianas devem ser envelhecidas por período mais longo, até duas semanas. O processo de hidratação da cal viva pode ser conduzido naturalmente por efeito de absorção de umidade do ar. Ele é, contudo, acompanhado de carbonatação, visto que o CO2 do ar está associado ao vapor de água presente no mesmo, tornando-se o produto inútil como aglomerante.

MCC II MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL II 4/4Programa da Disciplina: AGLOMERANTES AÉREOS: definição, tipos, propriedades geraisCAL- Definição, produção, cal virgem, cal hidratada, propriedades, aplicações(bibliografia: Materiais de Construção , L.A.Falcão Bauer, páginas 16 até 25, Volume 1)-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------A extinção se dá na própria obra, por meio de processo primitivo. É usual o emprego de um tanque de madeira, de planta trapezoidal e fundo inclinado, onde se procede a reação de hidratação, após a qual o produto passa por peneiras na parede lateral inferior; daí se destina a tanque de depósito.A cal extinta é envelhecida num dos tanques, enquanto o outro serve para receber a produção seguinte. Desse modo, a obra dispõe sempre de produto devidamente peneirado e convenientemente envelhecido.

7Cal hidratada

A cal hidratada é um produto manufaturado que sofreu em usina o processo de hidratação. É apresentada como um produto seco, em forma de flocos de cor branca. Ordinariamente, a hidratação é feita em usina, por processo macânico realizado em três estágios: a) a cal viva é moída ou pulverizada; b) o material moído é completamente misturado com a quantidade exata de água necessária; c) a cal assim hidratada é separada da cal não hidratada e das impurezas por peneiramento, por ar ou por outro processo. Essas operações se realizam em diferentes instalações de operação intermitente ou contínua, conduzindo sempre à produção de material homogêneo e bem controlado.A cal hidratada oferece sobre a cal virgem algumas vantagens, entre elas a maior facilidade de manuseio, transporte e armazenamento. É um produto pronto para ser utilizado, eliminando em canteiro a operação de extinção e, subsequentemente, de envelhecimento. Sendo um produto seco, pulverulento, oferece maior facilidade de mistura na elaboração das argamassas do que a pasta de cal resultante da extinção da cal viva. Além disso, não está sujeito aos riscos provocados pela hidratação espontânea da cal viva e por incêndios, que poderão ocorrer durante o seu transporte ou armazenamento. A plasticidade das argamassas preparadas com cal hidratada é ordinariamente inferior à das argamassas feitas com pasta de cal resultante da extinção da cal viva. Do mesmo modo, o rendimento econômico é menor, assim como a capacidade de sustentação da areia. Muita cal hidratada, por defeito no processo de fabricação, apresenta tão baixa proporção de colóide que sua plasticidade é extraordinariamente reduzida.Para determinar a qualidade da cal hidratada é necessário que esse produto sofra alguns ensaios padronizados pela ASTM: de consistência e de plasticidade.A consistência é medida por um ensaio de penetração de agulha. A plasticidade é determinada por ensaios de uma pasta de consistência standard no plasticímetro Emey.

a) ResíduoO material residual retido em uma das peneiras superpostas de malhas 30 e 200 é medido após a lavagem continuada de uma amostra no tempo máximo de 30 minutos.

b) Estabilidade e empipocamentoDois ensaios mais complexos, onde se examina o comportamento da cal em argamassa padrão, estendida sobre lâminas de vidro e submetida à ação da água e, subsequentemente, de vapor, segundo determinadas regras. Verifica-se, nesses ensaios, o aparecimento de empipocamento superficial e de deformação do revestimento, indicativos da presença de excesso de material não hidratado.

c) Retenção de águaEnsaio também complexo, realizado com argamassa-padrão submetida a ensaio de mesa cadente, o que dá a idéia da proporção da fase coloidal.

No Brasil, a cal hidratada é um produto de desenvolvimento recente, não estando ainda a matéria devidamente considerada no que diz respeito aos aspectos de sua qualificação. Os construtores a utilizam em face da experiência prática resultante de seu uso.