pcc 3222 materiais de construção ii...(abnt nbr 13207:2017) (%) obs. so 3 50~55 mín. 53 cao 35~39...
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Ligantes Aéreos
PCC 32222019
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Ligantes: sólidos a partir de pó solúvel
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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.
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Objetivos
• Descrever os processos de obtenção dos ligantes aéreos, suas principais características e usos na construção
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GESSOusos na construção
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Gesso na construção
• Forros e paredes divisórias
• Elementos decorativos
• Revestimentos
• Blocos....
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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)
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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)
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Forros de gesso liso
http://plastereng.wixsite.com/plaster
Sancas – rebaixos e desníveis intencionais no forro de gesso, abrigando diferentes tipos de iluminações
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Revestimento
Execução manual (muito usado no setor imobiliário da construção) ou Projetado (maior produtividade, bastante usado na Europa)
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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)
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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
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Jazidas de gipsita
• Reservas nacionais• ~ 650 M t
• Produção (Araripe)• ~2,8 M t em
(95% produção nacional)
Araripina - PE
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Mineração de Gesso – Trindade PE
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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
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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
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Tipos de fornos
Fonte: Aula do prof. José de A. Freitas - UFPR
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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
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Lenha da Caatinga
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Outros impactos ambientais e sociais
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Gesso liso de construção
• “Plaster of paris”
• “Yeso”
• “Gypsum calcined”
• Constituintes• Hemidrato
• CaSO4.0,5H2O
• Anidritas II e III• CaSO4
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Quais ensaios de controle são necessários para o gesso liso?
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Ensaios principais
• Composição química
• Granulometria (finura)
• Densidade aparente
• Tempo de início e fim de pega
• Resistência à compressão
• Dureza
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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
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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
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Densidade aparente de gesso
• Funil utilizado para ensaio de densidade (de massa) aparente de gesso.
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Tempo de pega: NBR 12128
• Aparelho de Vicatmodificado
• Teor de água padrão
• Temp. padrão
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Tempo de pega simplificado
• Água para trabalhabilidade
• “Bolacha” de 0,5cm de espessura
• Corte com a espátula
• Separação
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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
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Resistência à compressão
• NBR 1218
• Cubos 5 x 5 cm
• Pasta
• Consistência normal
• Desmoldagem com 3 h
• Cura• 40 oC até secagem
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Propriedades mecânicas
Ensaios Unidade Especificação (ABNT NBR13207:2017)
Massa unitária g/cm3 ≥ 600,0
Dureza N/mm2 ≥ 20,0
Aderência MPa ≥ 0,2
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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
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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.
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Hidratação do gesso
CaSO4.2H2O
CaSO4.0,5 H2O
1,5 H2O
precipitaçãodissolução
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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
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Microestrutura do gesso
Cristais ~15mmMacroporos
http://dx.doi.org/10.1590/S1516-14392008000400002
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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
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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!
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Tempo de pega x relação água/gesso
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Aditivos retardadores de pega
• Citrato de sódio
• Boráx
• Fosfatos
• Caseína
• Sabão
• Gelatina...
http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jp510114j
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Aditivos retardadores de pega
• Influência no estado fresco • Hidratação e tempo de pega
• Efeito na consistência
• Influência sobre o gesso endurecido• Expansão
• Porosidade
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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.
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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
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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 %
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Resistência x relação água/gesso
Maior relação água/gesso, maior porosidade
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Por que o teor de anidrita solúvel influencia na resistência?
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Dureza x resistência
Dureza → ensaio simples e prático
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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 (%)
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Patologias do gesso
• Superfície pulverulenta.
•Crescimento de fungos. • Material higroscópico e solúvel á água.
• Formação de eflorescências.
• “Peeling”.
•Corrosão do aço.
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É possível reciclar o gesso na construção? Explique como é feito.
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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.
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CALpara construção civil
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Empregos da cal
www.abpc.org.br, 2013
Construção37
Siderurgia22
Papel4
Industria Quimica
7
Açucar4
Tratamento de água
3
Outros industriais
23
http://www.abpc.org.br/
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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
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Argamassa de assentamento
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Argamassa de cal (revestimento)
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Solo estabilizado com cal como base de pavimentos
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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
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No passado: Cimento romanoCal hidratada + Pozolana naturalcinzas de vulcões (Pozzuoli – Nápoles)
3CH + 2S → 2C3S2H3
www.archeolog-home.com
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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
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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
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Forno de cal (Regenerativo)
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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
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Temperatura X microestrutura
A supercalcinação da cal (CaO) torna seu processo de hidratação lento.
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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
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Como a cal endurece?
Como adquire resistência?
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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.
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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)
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Ciclo da cal
CaO.CO2
CaO
Energia
CaO.H2O
CO2
CO2
H2O
H2O
Solubilidade: 1,7g/L
Solubilidade: 0,013g/L
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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%
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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
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É cal ?
Dissolução com HCl (20%)Foto: Profa. Mércia Barros
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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 (%)
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Baixo teor de aglomerantes
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Pouco aglomerante, muito argilominerais
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Quais ensaios são usadospara avaliar a qualidade da cal para argamassas?
Por que usamos a cal nasargamassas?
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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
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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
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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.
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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.