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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