argamassas com pozolanas para aplicação na conservação de...
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OFICINA: TÉCNICAS TRADICIONAIS DE REVESTIMENTO - C.M.BEJA, CENFIC, 2007Com o apoio de: ICOMOS-PORTUGAL, Projecto MITR, C.M. Albufeira, Misericórdia de Beja
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Argamassas com pozolanaspara aplicação na
conservação de edifícios
Oficina Técnicas Tradicionais de RevestimentoBeja 20/09/2007
Ana Velosa (Univ. Aveiro)
reboco
junta
suporte
enchimento
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• Argamassas – constituintes• Pozolanas (material, reacção,
escolha)• Propriedades de argamassas com
pozolanas• Aplicação de argamassas com
pozolanas
ARGAMASSAS: CONSTITUINTES
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Composição de argamassas• Ligante
calcal hidráulicacimento
• Agregado
• Outros (argila, pozolanas, fibras)
Matérias primas/cozedura ligantes
• Cal aérea - cozedura CaCO3(‹5% impurezas) a 800/900ºC
• Cal hidráulica - cozedura CaCO3(8-20% impurezas) a 1000ºC
• Cimento - cozedura CaCO3(20-40% impurezas) a 1050/1300ºC, adição gesso
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Matérias primas/cozedura ligantes
Composição química de ligantes
• cal aérea - Ca(OH)2; Mg(OH)2
• cimento - 3CaO.SiO2 (C3S) – alite- 2CaO.SiO2 (C2S) – belite- 3CaO.Al2O3 (C3A) - 4CaO.Al2O3. Fe2O3 (C4AF) – celite
• cal hidráulica - Ca(OH)2
- 2CaO.SiO2 (C2S) – belite- 3CaO.Al2O3 (C3A)
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Cal aérea – ciclo da cal
CaCO3+ ∆H CaO + CO2
CaMg(CO3)2 + ∆H CaO + MgO + 2CO2
CaO + H2O Ca(OH)2
CaO + MgO + 2H2O Ca(OH)2 + Mg(OH)2
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3
Mg(OH)2 + CO2 MgCO3
POZOLANAS
materiais pozolânicosreacção pozolânicaescolha de pozolanas
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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)
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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
• ComposiçãoDesignação CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O MgO Na2O TiO2 P2O5 MnO PR
Pozolana
Açores 1A
1.85 53.39 19.76 6.70 4.01 1.16 3.58 1.63 0.17 0.20 6.90
Pozolana
Açores 2B
1.93 55.76 18.21 5.68 4.51 2.01 4.50 1.11 0.15 0.22 4.70
Pozolana
Açores T
1.69 56.30 18.18 5.43 4.82
1.16 4.95 1.02 0.16 0.21 5.30
Pozolana de Santo Antão
• Pozolana básica que foi alvo de meteorização
• ComposiçãoDesignação CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O MgO Na2O TiO2 P2O5 MnO PR
Pozolana
Cabo Verde
5.50 48.81 19.51 2.24 5.50 0.14. 0.55 0.01 0.07 0.02 6.40
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Pozolanas naturais de origem sedimentar
• Terra diatomáceaproduto mineral resultante da fossilização das conchas siliciosas de organismos unicelulares (Bacillariophyta) que são usualmente designados por diatomasComposição
Diatomite SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 P.R. 1 71.51 13.19 3.99 6.28 4.14 Vest. 12.41 2 87.43 5.04 0.76 8.10 3.45 0.49 15.11
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
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Pó de tijolo• Produto formado através da cozedura de argila e posterior moagem
•ComposiçãoDesignação CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O MgO Na2O TiO2 P2O5 MnO PR
Argila
800ºC
4.02 67.49 13.86 4.71 2.24 1.55 0.21 1.04 0.15 0.08 3.20
Pó de tijoloOs 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
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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% SiO2; 40-45% Al2O3 ; outros compostos (Fe2O3, TiO2, CaO, MgO)
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Cinzas volantes
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O SO3 P.R.Origem
Mínimo
Máximo 50 27 5 1.5 0.5 0.5 1 0.5 2 Sines
54 29 8 4 2 1 2 1 4 42.2 21 3.5 1.7 0.6 0.2 1.1 0.2 5.6 Pego 58.5 32.6 9.1 9.2 2.6 0.9 3.1 1.04 9.3
• Provenientes da queima do carvão em centrais termoeléctricas
•Composição
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
• ComposiçãoDesignação CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O MgO Na2O TiO2 P2O5 MnO PR
Sílica Fumo 1.08 89.79 0.17 0.17 0.39 0.14 0.55 0.01 0.07 0.02 6.40
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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 argilaexpandida
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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 Ca2+ + 2OH-
• 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 Ca2+ e os mono silicatos e aluminatos:
Y[SiO (OH)3]- + XCa2+ + (Z-X-Y) H2O + (2X-Y) OH- Cx - Sy - Hz
2[Al (OH)4]- + 4 Ca2+ + 6 H2O + 6 OH- C4AH13
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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)
• Elevada superfície específica
• Relação cal/pozolana
• Condições termo/higrométricas
cinzas volantes
HH QM QM
QMM/HMM Q
M
Q
0200400600800
10001200
0 10 20 30 40 50 60
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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
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Reactividade pozolânica –Ensaios químicos
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
7.9
0 30 60 90 120
Tempo (s)
Con
dutiv
idad
e (m
S/cm
) PA
PCV
PT
MCI
MCA
RAE
CV
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
35 55 75 95Concentração em iões hidróxilos (mmoles/l)
PCV
PA
MCA
PT
RAE
Condutividade
NP EN 196-5
Escolha de materiais pozolânicos
• Composição química (quantidade de sílica, presença de sais) – FRX
• Composição mineralógica – conteúdo em material amorfo – DRX
• Reactividade pozolânica – NP EN 196-5• Superfície específica – abaixo de 75µm• Material natural ou cozido a uma
temperatura específica (ATG)
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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
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Características e propriedades argamassas cal
aérea
• carbonatação absorvendo CO2 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 CO2 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
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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
0,000,100,200,300,400,500,600,700,800,90
C
CPC
V
CPA
CM
CA1
0
CM
CA2
0
CM
CI1
0
CM
CI2
0
CPT
CPT
CO
N
CpP
TCO
N
CC
V
CR
AE
Argamassa
MPa
28d
90d
6m Resistência flexão
Aumento inicial de resistência face às argamassas de cal
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Resistência Mecânica
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
C
CPC
V
CPA
CM
CA1
0
CM
CA2
0
CM
CI1
0
CM
CI2
0
CPT
CPT
CO
N
CpP
TCO
N
CC
V
CR
AE
Argamassa
MPa
28d
90d
6m
Resistência compressão
Aumento inicial de resistência face às argamassas de cal
Módulo de elasticidade
0500
100015002000250030003500400045005000
C
CPC
V
CPA
CM
CA1
0
CM
CA2
0
CM
CI1
0
CM
CI2
0
CPT
CPT
CO
N
CpP
TCO
N
CR
AE
CC
V
Argamassa
MPa
28d
90d
6m
Da ordem de grandeza ou menor do que o Módulo de Elasticidade da argamassa de cal aérea, exceptuando as argamassas com cinzas ou resíduos
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Absorção capilar
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00C
CPC
V
CPA
CM
CA1
0
CM
CA2
0
CM
CI1
0
CM
CI2
0
CPT
CPT
CO
N
CpP
TCO
N
CC
V
CR
AE
Argamassa
kg/m
2.h1
/2 28 d
90 d
6 m
Argamassas com pozolanas apresentam coeficiente de capilaridade superior às argamassas de cal mas inferior absorção às 24h.
Absorção capilar
Argamassas com pozolanas apresentam coeficiente de capilaridade superior às argamassas de cal mas inferior absorção às 24h.
0500
100015002000250030003500400045005000
C
CPC
V
CPA
CM
CA1
0
CM
CA2
0
CM
CI1
0
CM
CI2
0
CPT
CPT
CO
N
CpP
TCO
N
CC
V
CR
AE
Argamassa
kg/m
2
28 d
90 d
6 m
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Secagem
0
200
400
600
800
1000
1200
14000.
00
3.83
14.3
3
24.8
3
35.3
3
45.8
3
56.3
3
66.8
3
77.3
3
87.8
3
98.3
3
108.
83
119.
33
129.
83
140.
33
150.
83
161.
33
171.
83
182.
33
Tempo (h)
Tens
ão (m
V)
C
CPCV
CPA
CMCA10
CMCA20
CMCI10
CMCI20
CPT
CpPTCON
CPTCON
CCV
CRAE
Absorção capilar/Secagem
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
0,00
5,48
9,49
17,32
37,95
38,73
41,35
53,67
75,89
92,95
Time (1/2)
Abso
ptio
n (g
/dm
2.m
in1/
2)
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
0,00
5,48
9,49
17,32
37,95
38,73
41,35
53,67
75,89
92,95
Time (1/2)
Abso
rptio
n (g
/dm
2.m
in1/
2)
Cal
Cal + Metacaulino
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Susceptibilidade à fendilhaçãoArgamassa Fr
(N)
G
(N.mm)
CSAF CREF
(mm)
Susceptibilidade
à fissuração
C 50 82 1,4 1,6 Fraca
CPCV 47 85 1,1 1,8 Fraca
CPA 51 69 1,1 1,4 Fraca
CMCA10 57 65 1,2 1,2 Fraca
CMCA20 49 98 1,9 2,3 Fraca
CMCI10 50 34 1,5 0,7 Média
CMCI20 29 108 12,2 10,1 Fraca
CPT 57 90 7,5 5,4 Fraca
CPTCON 64 121 6,9 6,4 Fraca
CpPTCON 52 214 5,0 2,5 Fraca
CCV 66 104 1,8 1,5 Fraca
CRAE 53 48 2,4 0,9 Fraca
Durabilidade de argamassas com cal aérea e pozolanas - clima
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
Cic
lo1
Cic
lo2
Cic
lo1
Cic
lo2
Cic
lo1
Cic
lo2
Cic
lo1
Cic
lo2
Cic
lo1
Cic
lo2
Cic
lo1
Cic
lo2
Cic
lo1
Cic
lo2
Cic
lo1
Cic
lo2
Cic
lo1
Cic
lo2
Cic
lo1
Cic
lo2
Cic
lo1
Cic
lo2
Cic
lo1
Cic
lo2
C CPCV CPA CPT CPTCON CpPTCON CMCI10 CMCI20 CMCA10 CMCA20 CCV CRAE
% m
ater
ial p
erdi
do
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Durabilidade de argamassas com cal aérea e pozolanas - sais
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
0 2 4 6 8
nº ciclos
varia
ção
mas
sa (g
)
C
CPCV
CPA
CPT
CPTCON
CpPTCON
CMCI10
CMCA10
CMCA20
CCV
CRAE
Argamassas antigas com pozolanas
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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
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Argamassas antigas com pozolanas – características
Argamassas antigas com pozolanas – características
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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
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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
Características Mecânicas
(MPa)
Comportamento à retracção restringida Argamassa
Rt Rc E Fmáx (N) G (N.mm) CSAF CREF
C 0,26 0,84 2327 50 82 1,4 1,6
CPCV 0,30 1,12 2768 47 85 1,1 1,8
CPA 0,11 0,52 2485 51 69 1,1 1,4
CMCA10 0,37 0,50 1217 57 65 1,2 1,2
CMCA20 0,26 0,62 1243 49 98 1,9 2,3
CMCI10 0,22 0,43 1517 50 34 1,5 0,7
CMCI20 0,21 0,98 1456 29 108 12,2 10,1
CPT 0,19 0,70 n.r. 57 90 7,5 5,4
CPTCON 0,51 1,37 1911 64 121 6,9 6,4
CpPTCON 0,63 2,04 1719 52 214 5,0 2,5
CCV 0,52 1,02 4352 66 104 1,8 1,5
CRAE 0,51 2,28 4017 53 48 2,4 0,9
OFICINA: TÉCNICAS TRADICIONAIS DE REVESTIMENTO - C.M.BEJA, CENFIC, 2007Com o apoio de: ICOMOS-PORTUGAL, Projecto MITR, C.M. Albufeira, Misericórdia de Beja
29
Comportamento à água
Ensaios clássicos Ensaio com humidímetro
Uso
SD
(m)
C
(kg/m2.h1/2)
M
(h)
S
(h)
H
(mv.h)
Envelhecimento
Artificial
Acelerado
C 0,08 17,21 0,25 42 15969 Médio
CPCV 0,07 5,50 0,25 66 44421 Bom
CPA 0,07 15,63 0,25 52 18269 Bom
CMCA10 0,06 20,79 0,25 24 14803 Médio
CMCA20 0,06 24,27 0,58 35 21713 Médio
CMCI10 0,13 20,50 0,50 17 11273 Médio
CMCI20 0,06 21,40 0,58 45 26893 Médio
CPT 0,06 12,96 1,17 27 14078 Destacamento
CPTCON 0,09 17,44 0,58 46 24591 Destacamento
CpPTCON 0,07 12,96 1,08 60 35586 Destacamento
CCV 0,09 17,43 0,92 115 67401 Bom
CRAE 0,07 17,85 0,92 104 53136 Destacamento
Argamassas para conservação –compatibilidade no comportamento à água e
ao clima
Escolha de composições de argamassas com pozolanasQuantidade de pozolanas depende de:• quantidade de sílica reactiva da pozolana• finura da pozolana• características desejadas
O uso de maiores quantidades de pozolanasnão implica necessariamente melhores argamassas
OFICINA: TÉCNICAS TRADICIONAIS DE REVESTIMENTO - C.M.BEJA, CENFIC, 2007Com o apoio de: ICOMOS-PORTUGAL, Projecto MITR, C.M. Albufeira, Misericórdia de Beja
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AplicaçõesEdificações
antigas
Novos desafios•Utilização de resíduos com potencialidade pozolânica em argamassas de conservação
•Desenvolvimento de argamassas específicas para superfícies com azulejo