PCC 3222 Materiais de Construção II
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Ligantes Aéreos PCC 3222 2019
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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.
