Argamassas com pozolanas para aplicação na conservação de edifícios

Transcrição

1 Argamassas com pozolanas para aplicação na conservação de edifícios Oficina Técnicas Tradicionais de Revestimento Beja 20/09/2007 Ana Velosa (Univ. Aveiro) reboco suporte enchimento junta 1

2 Argamassas constituintes Pozolanas (material, reacção, escolha) Propriedades de argamassas com pozolanas Aplicação de argamassas com pozolanas ARGAMASSAS: CONSTITUINTES 2

3 Composição de argamassas Ligante cal cal hidráulica cimento Agregado Outros (argila, pozolanas, fibras) Matérias primas/cozedura ligantes Cal aérea - cozedura CaCO 3 ( 5% impurezas) a 800/900ºC Cal hidráulica - cozedura CaCO 3 (8-20% impurezas) a 1000ºC Cimento - cozedura CaCO 3 (20-40% impurezas) a 1050/1300ºC, adição gesso 3

4 Matérias primas/cozedura ligantes Composição química de ligantes cal aérea -Ca(OH) 2 ; Mg(OH) 2 cimento -3CaO.SiO 2 (C 3 S) alite -2CaO.SiO 2 (C 2 S) belite -3CaO.Al 2 O 3 (C 3 A) -4CaO.Al 2 O 3. Fe 2 O 3 (C 4 AF) celite cal hidráulica - Ca(OH) 2-2CaO.SiO 2 (C 2 S) belite -3CaO.Al 2 O 3 (C 3 A) 4

5 Cal aérea ciclo da cal CaCO 3 + H CaO + CO 2 CaMg(CO 3 ) 2 + H CaO + MgO + 2CO 2 CaO + H 2 O Ca(OH) 2 CaO + MgO + 2H 2 O Ca(OH) 2 + Mg(OH) 2 Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 Mg(OH) 2 + CO 2 MgCO 3 POZOLANAS materiais pozolânicos reacção pozolânica escolha de pozolanas 5

6 Pozolanas definição, tipos no contexto das argamassas podemos definir pozolanas como materiais siliciosos ou silico-aluminosos que por si só não endurecem debaixo de água, mas que finamente divididos e na presença de humidade reagirão quimicamente com o hidróxido de cálcio a temperaturas vulgares formando compostos com propriedades cimentícias POZOLANAS NATURAIS encontram-se na natureza, provenientes do rápido arrefecimento de produtos de erupções vulcânicas ou sob a forma de terra diatomácea POZOLANAS ARTIFICIAIS resultam de processos de queima a temperaturas específicas de materiais naturais. Neste domínio encontram-se alguns sub-produtos industriais Pozolanas naturais de origem vulcânica provenientes de lavas ácidas: porosas, baixa densidade, claras e potencialmente mais reactivas dada a viscosidade do magma e a consequente saída explosiva de gases provenientes de lavas básicas: compactas e escuras POZOLANA AÇORES, POZOLANA CABO VERDE, POZOLANAS ITALIANAS, TOSCA (CANÁRIAS), TERRA DE SANTORINI (GRÉCIA), TRASS (ALEMANHA), POZOLANA VÓLVICA (FRANÇA), FURUE SHIATSU (JAPÃO) 6

7 Pozolana de S.Miguel Ilhas Açorianas possuem pozolanas de características muito variáveis dependendo do local e profundidade de extracção Pozolana S. Miguel tem único local de extracção em Água de Pau, Pisão Designação CaO SiO 2 Al 2O 3 Fe 2O 3 K 2O MgO Na 2O TiO 2 P 2O 5 MnO PR Pozolana Composição Açores 1A Pozolana Açores 2B Pozolana Açores T Pozolana de Santo Antão Pozolana básica que foi alvo de meteorização Composição Designação CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O MgO Na2O TiO2 P2O5 MnO PR Pozolana Cabo Verde

8 Pozolanas naturais de origem sedimentar Terra diatomácea produto mineral resultante da fossilização das conchas siliciosas de organismos unicelulares (Bacillariophyta) que são usualmente designados por diatomas Composição Diatomite SiO 2 Al 2O 3 Fe 2O 3 CaO MgO SO 3 P.R Vest Pozolanas Artificiais Materiais argilosos cozidos a temperaturas específicas - Argila cozida a cerca de 800ºC (pó de tijolo) - Metacaulino resultante de caulino cozido a cerca de 750/800ºC Sub-produtos industriais - Cinzas volantes - Sílica de fumo Materiais de origem orgânica cozidos a temperaturas específicas - Cinzas casca arroz - Cinzas caule trigo - Cinzas madeira 8

9 Pó de tijolo Produto formado através da cozedura de argila e posterior moagem Composição Designação CaO SiO 2 Al 2O 3 Fe 2O 3 K 2O MgO Na 2O TiO 2 P 2O 5 MnO PR Argila 800ºC Pó de tijolo Os minerais argilosos, principais, responsáveis pela formação da fase amorfa e reactiva libertam a água absorvida a cerca de 100ºC, e desidroxilam entre 500ºC e 600ºC. Entre os 800ºC e os 1000ºC dá-se a nucleação de novas fases cristalinas 9

10 Pó de tijolo The Geology and Mineralogy of Brick Clays, P.S. Keeling Metacaulino Obtido através da cozedura de caulino a temperaturas entre os 750ºC e os 850ºC Composição: 50-55% SiO 2 ; 40-45% Al 2 O 3 ; outros compostos (Fe 2 O 3, TiO 2, CaO, MgO) 10

11 Cinzas volantes Provenientes da queima do carvão em centrais termoeléctricas Composição Origem Sines Pego SiO 2 Al 2O 3 Fe 2O 3 CaO MgO Na 2O K 2O SO 3 P.R. Mínimo Máximo Sílica de fumo Proveniente do processo de fabrico de silício e ligas de ferro e silício em fornos eléctricos que atingem temperaturas na ordem dos 2000ºC, produzindo um gás SiO que, transportado para zonas de temperatura mais baixa, oxida (reacção com o ar) e condensa formando partículas de dióxido de silício Composição Designação CaO SiO 2 Al 2O 3 Fe 2O 3 K 2O MgO Na 2O TiO 2 P 2O 5 MnO PR Sílica Fumo

12 Cinzas de origem orgânica Origem na queima de produtos orgânicos com alto conteúdo em sílica (casca de arroz, caule de trigo, madeira, biomassa) Composição variada dependendo da matéria prima, sendo fundamental um elevado conteúdo em sílica amorfa Resíduos Resíduo de vidro (vidro moído abaixo de 25µm) Resíduo da produção de argila expandida 12

13 Pozolana de Cabo Verde Pozolana dos Açores Metacaulino de Alvarães Metacaulino Industrial Pó de Tijolo Cinzas Volantes Resíduo de Argila Expandida Cinzas de Papel Reacção pozolânica hidrólise do hidróxido de cálcio Ca(OH)2 Ca OH - as pozolanas, constituídas fundamentalmente por matéria vítrea siliciosa ou aluminosa, são despolimerizadas conforme as equações seguintes: Si O - Si + 3OH - [Si (OH)3] - Si O - Al + 7OH - [Si (OH)3] - + [Al (OH)4] - reacção entre os iões Ca 2+ e os mono silicatos e aluminatos: Y[SiO (OH)3] - + XCa 2+ + (Z-X-Y) H2O + (2X-Y) OH - Cx - Sy - Hz 2[Al (OH)4] Ca H2O + 6 OH - C4AH13 13

14 Produtos da reacção pozolânica Silicatos e aluminatos de cálcio, sendo o principal produto o CSH, que se apresenta sob diversas formas, dependendo da relação Ca/Si e das condições de formação. Reactividade pozolânica factores determinantes Composição do material Temperatura de cozedura (pozolanas artificiais) cinzas volantes Elevada superfície específica Relação cal/pozolana M Q M Q MM/H M MQM Q H QH Condições termo/higrométricas 14

15 Reactividade pozolânica medição Resistência mecânica pastas de cal e pozolana normalizadas Via química, medindo sílica solúvel Condutividade Medição da concentração em hidróxido de cálcio em solução após adição de pozolana comparativamente a uma solução saturada em hidróxido de cálcio Reactividade pozolânica Ensaios mecânicos ASTM CEFRP 15

16 Reactividade pozolânica Ensaios químicos Condutividade Condutividade (ms/cm) 7.9 PA 7.8 PCV 7.7 PT 7.6 MCI 7.5 MCA 7.4 RAE 7.3 CV Tempo (s) NP EN Concentração em iões hidróxilos (mmoles/l) PCV PA MCA PT RAE Escolha de materiais pozolânicos Composição química (quantidade de sílica, presença de sais) FRX Composição mineralógica conteúdo em material amorfo DRX Reactividade pozolânica NP EN Superfície específica abaixo de 75µm Material natural ou cozido a uma temperatura específica (ATG) 16

17 PROPRIEDADES ARGAMASSAS COM POZOLANAS Propriedades de argamassas Resistência mecânica Comportamento adequado face à água e ao vapor de água Deformabilidade Compatibilidade química com suporte Adequabilidade estética 17

18 Características e propriedades argamassas cal aérea carbonatação absorvendo CO 2 do ar incapacidade de endurecimento debaixo de água razoável resistência mecânica baixo módulo de elasticidade, capacidade de deformação rápida secagem permeabilidade ao vapor de água Características e propriedades argamassas cal aérea e pozolanas carbonatação absorvendo CO 2 do ar capacidade de endurecimento debaixo de água ou em condições de humidade relativa muito elevada razoável/alta resistência mecânica baixo módulo de elasticidade, capacidade de deformação rápida secagem permeabilidade ao vapor de água 18

19 Análise comparativa argamassas de cal aérea/ argamassas de cal aérea e pozolanas Resistência mecânica Módulo de elasticidade Absorção capilar Secagem Susceptibilidade à fendilhação Resistência Mecânica 0,90 0,80 0,70 MPa 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 C CPCV CPA CMCA10 CMCA20 CMCI10 CMCI20 CPT CPTCON CpPTCON CCV CRAE 28d 90d 6m Resistência flexão Argamassa Aumento inicial de resistência face às argamassas de cal 19

20 Resistência Mecânica 7,00 6,00 5,00 Resistência compressão MPa 4,00 3,00 28d 90d 6m 2,00 1,00 0,00 C CPCV CPA CMCA10 CMCA20 CMCI10 CMCI20 CPT Argamassa CPTCON CpPTCON CCV CRAE Aumento inicial de resistência face às argamassas de cal Módulo de elasticidade MPa C CPCV CPA CMCA10 CMCA20 CMCI10 CMCI20 CPT CPTCON CpPTCON CRAE CCV 28d 90d 6m Argamassa Da ordem de grandeza ou menor do que o Módulo de Elasticidade da argamassa de cal aérea, exceptuando as argamassas com cinzas ou resíduos 20

21 Absorção capilar 25,00 kg/m2.h1/2 20,00 15,00 10,00 28 d 90 d 6 m 5,00 0,00 C CPCV CPA CMCA10 CMCA20 CMCI10 CMCI20 CPT CPTCON CpPTCON CCV CRAE Argamassa Argamassas com pozolanas apresentam coeficiente de capilaridade superior às argamassas de cal mas inferior absorção às 24h. Absorção capilar kg/m C CPCV CPA CMCA10 CMCA20 CMCI10 CMCI20 Argamassa Argamassas com pozolanas apresentam coeficiente de capilaridade superior às argamassas de cal mas inferior absorção às 24h. CPT CPTCON CpPTCON CCV CRAE 28 d 90 d 6 m 21

22 Secagem 1400 C 1200 CPCV Tensão (mv) CPA CMCA10 CMCA20 CMCI10 CMCI Tempo (h) CPT CpPTCON CPTCON CCV CRAE Absorção capilar/secagem Absoption (g/dm2.min1/2) 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00 0,00 5,48 9,49 17,32 37,95 38,73 41,35 53,67 75,89 92,95 Cal Time (1/2) Absorption (g/dm2.min1/2) 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00 Cal + Metacaulino 0,00 5,48 9,49 17,32 37,95 38,73 41,35 53,67 75,89 92,95 Time (1/2) 22

23 Susceptibilidade à fendilhação Argamassa Fr (N) G (N.mm) CSAF CREF (mm) Susceptibilidade à fissuração C ,4 1,6 Fraca CPCV ,1 1,8 Fraca CPA ,1 1,4 Fraca CMCA ,2 1,2 Fraca CMCA ,9 2,3 Fraca CMCI ,5 0,7 Média CMCI ,2 10,1 Fraca CPT ,5 5,4 Fraca CPTCON ,9 6,4 Fraca CpPTCON ,0 2,5 Fraca CCV ,8 1,5 Fraca CRAE ,4 0,9 Fraca Durabilidade de argamassas com cal aérea e pozolanas - clima % material perdido Ciclo1 Ciclo2 Ciclo1 Ciclo2 Ciclo1 Ciclo2 Ciclo1 Ciclo2 Ciclo1 Ciclo2 Ciclo1 Ciclo2 Ciclo1 Ciclo2 Ciclo1 Ciclo2 Ciclo1 Ciclo2 Ciclo1 Ciclo2 Ciclo1 Ciclo2 Ciclo1 Ciclo2 C CPCV CPA CPT CPTCON CpPTCON CMCI10 CMCI20 CMCA10 CMCA20 CCV CRAE 23

24 Durabilidade de argamassas com cal aérea e pozolanas - sais 1000 variação massa (g) C CPCV CPA CPT CPTCON CpPTCON CMCI10 CMCA10 CMCA20 CCV CRAE -600 nº ciclos Argamassas antigas com pozolanas 24

25 Argamassas antigas com pozolanas - Portugal Utilização ao longo dos séculos Diferentes tipos de edifícios Utilização em todo o país Argamassas antigas com pozolanas características químicas 25

26 Argamassas antigas com pozolanas características Argamassas antigas com pozolanas características 26

27 APLICAÇÃO DE ARGAMASSAS COM POZOLANAS Influência da adição de pozolanas em argamassas de cal Acção simultânea da carbonatação e da reacção pozolânica Permite aplicações em meios húmidos ou debaixo de água assim como em locais de difícil acesso do dióxido de carbono Permite aplicação de camadas de reboco com maior espessura Permite manutenção das técnicas actuais de aplicação 27

28 Influência da adição de pozolanas em argamassas de cal Aumento da resistência mecânica Adequado comportamento face à água Dotação de maior durabilidade às argamassas Argamassas para conservação compatibilidade mecânica Argamassa Características Mecânicas (MPa) Comportamento à retracção restringida Rt Rc E Fmáx (N) G (N.mm) CSAF CREF C 0,26 0, ,4 1,6 CPCV 0,30 1, ,1 1,8 CPA 0,11 0, ,1 1,4 CMCA10 0,37 0, ,2 1,2 CMCA20 0,26 0, ,9 2,3 CMCI10 0,22 0, ,5 0,7 CMCI20 0,21 0, ,2 10,1 CPT 0,19 0,70 n.r ,5 5,4 CPTCON 0,51 1, ,9 6,4 CpPTCON 0,63 2, ,0 2,5 CCV 0,52 1, ,8 1,5 CRAE 0,51 2, ,4 0,9 28

29 Argamassas para conservação compatibilidade no comportamento à água e ao clima Uso Ensaios clássicos SD (m) C (kg/m 2.h 1/2 ) Comportamento à água M (h) Ensaio com humidímetro S (h) H (mv.h) Envelhecimento Artificial Acelerado C 0,08 17,21 0, Médio CPCV 0,07 5,50 0, Bom CPA 0,07 15,63 0, Bom CMCA10 0,06 20,79 0, Médio CMCA20 0,06 24,27 0, Médio CMCI10 0,13 20,50 0, Médio CMCI20 0,06 21,40 0, Médio CPT 0,06 12,96 1, Destacamento CPTCON 0,09 17,44 0, Destacamento CpPTCON 0,07 12,96 1, Destacamento CCV 0,09 17,43 0, Bom CRAE 0,07 17,85 0, Destacamento Escolha de composições de argamassas com pozolanas Quantidade de pozolanas depende de: quantidade de sílica reactiva da pozolana finura da pozolana características desejadas O uso de maiores quantidades de pozolanas não implica necessariamente melhores argamassas 29

30 Aplicações Edificações antigas Novos desafios Utilização de resíduos com potencialidade pozolânica em argamassas de conservação Desenvolvimento de argamassas específicas para superfícies com azulejo 30