MATERIAIS DE CONSTRUÇAO Engenharia Civil. DECIV EM UFOP Aglomerantes Definições; Classificações; Propriedades

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1 MATERIAIS DE CONSTRUÇAO Engenharia Civil DECIV EM UFOP Aglomerantes Definições; Classificações; Propriedades

2 Aglomerantes em geral Aglomerantes elementos ativos que entram na composição das pastas, argamassas e concretos empregados na construção civil para fixar ou aglomerar materiais entre si. materiais pulverulentos na presença de água ou do ar atmosférico, formam uma pasta capaz de endurecer em virtude de reações químicas.

3 Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto

6 Tipos: Termoplásticos Reativos: Aéreos, Hidráulicos, Químicos. 6

7 Aglomerantes minerais Relação CUSTOxBENEFÍCIO matrizes produzidas apenas com aglomerantes têm alto custo e desempenho relativo como medida de economia e com vistas a durabuilidade dessas matrizes, adiciona-se à pasta um elemento inerte chamado agregado. agregado é um material granuloso e inerte, graduado; que compõe argamassas e concretos miúdo graúdo f mínimo <4,75mm (areia natural e areia artificial). f mínimo >4,75mm (pedra britada, seixo, etc).

9 Aglomerantes minerais Relação CUSTOxBENEFÍCIO agregados miúdos e graúdos produzem diferentes formas de matrizes pasta, argamassa e concreto mistura íntima de um aglomerante e água mistura íntima de um ou mais aglomerantes, um agregado miúdo e água. mistura íntima de um aglomerante, um agregado miúdo, um agregado graúdo, aditivos/adições e água.

10 Classificação dos aglomerantes Inertes Aglomerantes Aéreos Ativos Hidráulicos

11 Aglomerantes minerais Podem ser inertes ou ativos... inertes enrijecem por simples secagem (argila) ativos enrijecem por reações químicas diversas aglomerantes quimicamente ativos cal, gesso, cimentos*, quais desenvolvem reações de endurecimento nas condições normais de temperatura e despertam maior interesse e têm grande campo de aplicação, pois são capazes de atingir altas resistências físico-mecânicas e de se manterem estáveis, mesmo na presença de água*.

12 Aglomerantes minerais aglomerantes aéreos endurecimento depende da secagem para ganho e manutenção da resistência não são duráveis na presença de água cales aéreas, gesso (alta solubilidade), magnésia sorel aglomerantes hidráulicos endurecimento processa-se sob influência exclusiva da água são duráveis na presença de água cimentos naturais ou artificiais e cal hidráulica

13 Fase de PEGA dos aglomerantes PEGA período de solidificação da pasta início de pega momento em que a pasta começa a enrijecer-se perda de a sua plasticidade. fim de pega momento em que a pasta se solidifica completamente, perdendo portanto toda a sua plasticidade. a agulha de Vicat não penetra mais na pasta já enrijecida

14 Fase de PEGA e ENDURECIMENTO O fim da pega não significa que a pasta tenha adquirido toda a sua resistência! após a fase de pega inicia-se a fase de endurecimento que pode durar anos, se as condições de conservação forem favoráveis Cimento portland fim de pega ocorre de 4 a 6 horas após o contato com a água (pasta de consistência normal). O endurecimento prossegue conforme gráfico seguinte...

15 Fase de pega e fase de endurecimento Fonte: REV. Química Nova Pileggi, Studart1, Pagliosa Neto, Pandolfelli (2000)

16 Fase de pega e fase de endurecimento

17 Fase de pega e fase de endurecimento Fonte: Camargo Correa Cimentos SA

18 Gesso de construção... gipsita Gesso todo gesso cozido que convém para trabalhos de construção obtido por eliminação parcial ou total da água de cristalização contida no minério natural chamado gipso (sulfato de cálcio dihidratado) variedade de gipso de maior interesse de engenharia forma mineral do sulfato de cálcio dihidratado, CaSO4.2H2O massa específica de 2,32 g/cm³, dureza 1,5 a 2 na escala de Mohs. Quando puro apresenta 46,5% de SO 3, 32,6% de CaO e 20,3% de H 2 O. material compacto, de granulação fina a média outras variedades do gipso são o alabastro, a selenita e o espato cetim. Existe também a anidrita que é um sulfato de cálcio natural sem água de cristalização.

19 Obtenção do gesso para construção A gipsita calcinada é bastante utilizada pela indústria da construção civil. calcinada em temperatura adequada, perde parte da água de cristalização, obtendo-se o produto geralmente conhecido como gesso (hemihidrato). 2CaSO4.2H2O 140 C C 2[CaSO4.1/2H2O] + 3H2O gipsita calcinação gesso vapor d água

20 Função como aglomerante Após tratamento térmico e mecânico (cominuição) obtém-se o gessos para construção civil... no preparo da pasta ou argamassa, verifica-se a reação oposta que provoca o endurecimento esso de construção... 2 [CaSO4.1/2H2O] + 3H2O 2CaSO4.2H2O + calor O gesso, CaSO4.1/2H2O, ao ser misturado com água tornase plástico, podendo então ser moldado na forma desejada, e enrijece rapidamente, recompondo o dehidrato original A hidratação e o conseqüente endurecimento se baseiam na diferença de solubilidade na água dos dois sulfatos (ver valores adiante)

21 Endurecimento do Gesso Dissolução e precipitação... água dissolve o gesso (CaSO4.1/2H2O), na base de 10g/l; reações formam gipsita (CaSO4.2H2O). a gipsita, menos solúvel (2g/l), provoca supersaturação da solução ocorre a precipitação do excedente em forma de cristais malha imbricada que aglutina com a precipitação dos cristais... água torna-se novamente capaz para dissolver mais gesso; forma-se mais gipsita, há nova precipitação, e esse ciclo se repete, continuamente, até processar todo o gesso presente. Apresentação mercado pó branco de elevada finura, cuja massa unitária é de 0,70; reduzindo com o grau de finura, embalado em sacos de papel. massa específica fica em torno de 2,7 kg/dm³.

22 Detalhamento mecanismo de hidratação Etapa 1: primeiro pico ocorre durante 30 segundos e corresponde à molhagem do pó; iniciandose imediatamente a dissolução dos sulfatos Microcalorimetria de um hemidrato, dq/dt (Cal/h/g) MAGNAN, 1973

23 Detalhamento mecanismo de hidratação Etapa 2: período de indução afetado pelo tempo de mistura, temperatura da água de amassamento ou presença de impurezas ou aditivos.. Microcalorimetria de um hemidrato, dq/dt (Cal/h/g) MAGNAN, 1973

24 Detalhamento mecanismo de hidratação Etapa 3: início da pega. Forte aumento da temperatura; aumento da velocidade de reação. Com a saturação da solução a gipsita a precipita em cristais aciculares, formando núcleos de cristalização. Os cristais começam a ficar próximos, porosidade diminui, e rigidez aumenta. Microcalorimetria de um hemidrato, dq/dt (Cal/h/g) MAGNAN, 1973

25 Detalhamento mecanismo de hidratação Etapa 4: diminuição da velocidade de reação; depois de um máximo, a velocidade decresce progressivamente, fim da hidratação. O crescimento dos cristais nessa etapa vai influenciar diretamente as propriedades mecânicas. Microcalorimetria de um hemidrato, dq/dt (Cal/h/g) MAGNAN, 1973

26 Construção civil Aplicações revestimentos e decorações interiores. isolantes acústicos obtidos pela adição de material poroso material não se presta, para aplicações exteriores por se deteriorar em conseqüência da sua solubilidade na água. produção de pré-fabricados, chapas divisórias e de revestimento, incluindo a forma de gesso acartonado e o fibro-gesso. Outros... moldes para as indústrias metalúrgicas, de plásticos e cerâmica; em moldes artísticos, ortopédicos e dentários; aglomerante do giz; vedação de lâmpadas e áreas onde há perigo de explosão de gases.

27 Aplicações Gesso acartonado Dry wall chapas finas de gesso, de grandes dimensões revestidas externamente por duas lâminas de papel kraft O papel kraft reforço para os esforços de manuseio e serviço chapas representam alta produtividade na montagem Execução com baixo consumo de material e baixa geraçao de resíduos (construção racionalizada) Combinação papel e gesso... sensibilidade a ambientes úmidos biodeterioração da superfície. aplicação em ambientes úmidos... hidrofugante.

28 Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto Aplicações Gesso acartonado Chapas de gesso... ABNT: NBR 14715:2001, NBR 14716:2001 e NBR 14717:2001. Tipos de Chapas Standard (ST) Chapa branca/cinza Para aplicação em áreas secas Resistente à Umidade (RU) Chapa Verde Para aplicação em áreas sujeitas à umidade por tempo limitado de forma intermitente Resistente ao Fogo (RF) Chapa rosa Aplicação em áreas secas necessitando de um maior desempenho em relação ao fogo

29 Patologias Gesso acartonado Movimentação higrotérmica elevada movimentação higrotérmica permeáveis ao vapor de água e possuem baixa inércia térmica equilíbrio com ambiente antes do restante da estrutura do edifício freqüência e a amplitude térmica das movimentações paredes e forros de gesso superiores às da estrutura do edifício. Patologias nos revestimentos em gesso... artigos relacionados (revisão)

30 Propriedades Pó de gesso 1. Granulometria: 2. Densidade de massa aparente massa unitária Argamassa 1. Consistência normal 2. Determinada com o aparelho Vicat modificado

31 Influência da temperatura no início e fim de pega de pastas de gesso 31

32 Tempo de pega (NBR 12128) pasta na consistência normal, sem retardador aparelho de Vicat provido de haste de (300 ± 0,5) g e de agulha com diâmetro de (1,13 ± 0,02) mm. O início de pega, e o final, seguem o estabelecido para o cimento Portland. tempo de pega para o gesso é de 15-20min varia com a quantidade de água se totalmente puro... inicio de pega entre 2 e 5 minutos característica inútil para material de construção adição de retardadores impurezas e aditivos específicos

33 Influência da relação água/gesso (g/g) no tempo de pega pela agulha Vicat

34 MEV pasta de gesso (a/g 0,7) elevada porosidade e os aglomerados de cristais. 34

35 Propriedades mecânicas Resistência à compressão Departamento de Engenharia Civil Influência relacao água/gesso na resistência mecânica da pasta de gesso (CP: 50/50/50) 35

36 Propriedades mecânicas Densidade e porosidade Departamento de Engenharia Civil Influência relacao água/gesso na densidade e porosidade da pasta de gesso 36

37 Retardadores de pega agrupados em três categorias menor velocidade de dissolução do hemidrato retardam a saturação da solução ácidos orgânicos fracos (ácidos cítrico, fórmico, acético, láctico, e seus sais alcalinos, como os citratos, acetatos e lactatos) e ácido bórico, ácido fosfórico, glicerina, álcool, éter, acetona e açúcar. geram reações complexas e produtos pouco solúveis ou insolúveis ao redor dos cristais de dihidrato, atrasam seu crescimento e, como conseqüência, sua precipitação: boratos, fosfatos, carbonatos e silicatos alcalinos. produtos orgânicos que misturados com água, formam um gel ao redor dos grãos de hemidrato, atrasam o contato com a água e a solubilização e cristalização do dihidrato queratina, caseína, goma arábica, gelatina, pepsina, peptona, albumina, alginatos, proteínas hidrolisadas, aminoácidos e formaldeído condensados

38 Efeito do ácido cítrico no início de pega 38

39 Tempo de início de pega Adição de gelatina Departamento de Engenharia Civil 39

40 Absorção de água Superfície protegida gesso acartonado convencional e resistente à umidade 40

41 Magnésia sorel (SAREE) O cimento magnesiano, cimento sorel ou magnésia sorel aglomerante muito resistente obtido pela reação do óxido de magnésio com o cloreto de magnésio. a magnésia apresenta-se em sacos e o cloreto em vidros adicionam-se serragem, mármore moído, etc, com a magnésia e depois a solução de cloreto. Essa argamassa endurece em algumas horas e tem resistência mecânica igual à do cimento portland. A reação que provoca o endurecimento forma um produto de fórmula: 3MgO. MgCl2. 11H2O (I) ou 5MgO. MgCl2. 13H2O (II)

42 Magnésia sorel (SAREE) p relação MgO / MgCl2 p<3 (I) + sol. MgCl2 sensível à umidade; 3<p<5 (I) + (II); p>5 (II) + Mg(OH)2 expansivo. exposição à água lixivia o cloreto, formando hidróxido e destruindo a argamassa não é conveniente que fique exposta às intempéries, porque vão apresentar a tendência ao inchamento e fissuração

43 Magnésia sorel aplicações cimento sorel é empregado em pisos, paredes e placas de revestimento principais desvantagens instabilidade em presença de água fissuração, produção de pó e aumento de volume sem causas bem definidas. resistência mecânica do concreto com cimento sorel resistência à compressão: 22,5 Mpa resistência à flexão: 3 a 6 MPa

44 Argamassa Tinta Tijolos Cal aérea Aplicações na Construção civil Assentamento de alvenarias, revestimentos, etc. Pinturas à base de cal. sílico-calcário, cal-escória, concreto celular, solo-cal. Estabilizador de Solos Aditivo base e sub-base de pavimentos rodoviários. melhorando misturas asfálticas para pavimentação. Consumo Médio 22 kg/m² de área construída (ABPC) Departamento de Engenharia Civil

45 Cal aérea Fabricação matéria prima calcário (carbonato de cálcio) com teor desprezível de argila cozimento é feito a uma temperatura inferior à fusão, cerca de 900 C dissociação do calcário, produzindo-se cal virgem e desprendendo-se gás carbônico

46 Ciclo da Cal Aérea aglomerante 46

47 Reações químicas Obtenção Departamento de Engenharia Civil O calcário perde 44% de seu peso quando calcinado; sofre redução de volume de 12 a 20%. Ao ser calcinado, o calcário mantém sua forma (fragmentos), tornando-se, porém, mais poroso. Ensaio de perda ao fogo para cal virgem (MB-342): perda de mais CO2 (má calcinação) presença de vapor d`água [formação prévia de Ca(OH)2] 47

48 Reações químicas Extinção Departamento de Engenharia Civil aumento de volume de 100% grande desprendimento de calor 280 cal/g As partículas de hidróxido de cálcio e magnésio resultantes dessa desagregação são extremamente pequenas com dimensões de 2 m (0,002mm). Somente as impurezas não se transformam em pó, existindo inclusive um ensaio chamado resíduo de extinção para verificar o teor de impurezas no calcário. 48

49 Qualidade do aglomerante Extinção Comportamento do aglomerante dissociação ou decomposição do calcário MgCO3 a 402 C CaCO3 somente com cerca de 898 C finura blaine área específica de a m²/kg f= 0,5 a 10,0 micra plasticidade >finura, > tempo sendo curtida retenção de água >aderência capacidade de sustentação de areia > trabalhabilidade, mesmo em traços pobres em cal

50 Especificações Cal virgemnbr 6453/03 50

51 Cal hidratada construção NBR 6453/03 51

52 Reações químicas III Recarbonatação água dissolvendo ao mesmo tempo a cal e o CO2, funciona como catalisador e propicia a carbonatação; endurecimento é lento e do exterior para o interior da massa, exigindo certa porosidade para evaporação da água em excesso e penetração do CO2; Camadas de pequena espessura; Cal aérea: Traços não muito ricos (1:3, 1:4, 1:5, ou mais) I h % SiO2 % Al 2O3 % Fe2O3 % CaO 0,1

53 Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto Resistência das Argamassas de cal traço 1 : 3 volume, 28 dias 0,2-0,5 MPa para tração 1-3 MPa para compressão. A resistência pode ser aumentada adição cimento portland nas misturas argamassas mistas

54 Aglomerantes e índice de Hidraulicidade (Ih) das cales cimentos; produtos hidráulicos, moídos após o cozimento pega rápida: elevado percentual aluminatos, argila. * maior quantidade de silicato básico reagindo com mais CaO, não existindo, entretanto, cal livre 54

55 Principais diferenças entre Aglomerantes 55

56 MATERIAIS DE CONSTRUÇAO Engenharia Civil DECIV EM - UFOP Aula 03 Aglomerantes Definições; Classificações; Propriedades