Apostila Gesso Ibracon (2)

Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia

Dr. Vanderley Moacyr John - EPUSPDra. Maria Alba Cincotto - EPUSP

Capítulo 22.2

Gesso de construção civil


• O gesso de construção é um material produzido por calcinação do minério natural gipso (sulfato de cálcio dihidratado) constituído essencialmente de:

• sulfato de cálcio hemidratado,

• anidritas solúvel e insolúvel, • gipsita, • aditivos retardadores do tempo de pega.

• As propriedades do gesso dependem do teor relativo desses constituintes.

O que é o gesso de construção


Sulfatos constituintes do gesso de construção.

• Hemidratos de fórmula CaSO4 .0,5 H2 O ou hemidrato-β.É a fase presente em maior teor.

• Anidrita III ou anidrita solúvel, de fórmula CaSO4 .εH2 OFase muito reativa, age como acelerador de pega.

• Anidrita II ou anidrita insolúvel, de fórmula CaSO4Anidrita supercalcinada; Reage lentamente com a água, podendo levar sete dias para se hidratar completamente.

• Anidrita I, de fórmula CaSO4Fase de pega e endurecimentos lentos, contribuindo para a dureza e tenacidade do produto final.

• Gipsita, de fórmula CaSO4 .2H2 OEstá presente no produto, por tempo de calcinação insuficiente ou por moagem grossa da matéria prima. Age como um acelerador de reação (acelerador de pega).


Quadro 1 – Composição teórica dos sulfatos.

Sulfato Fórmula Massa molecular (g)

Composição RelaçãoCaO/SO3H2 O CaO SO3

Anidrita CaSO4 136,14 0,00 41,19 58,81 0,7Hemidrato CaSO4 .0,50H2 O 145,15 6,20 38,63 55,15 0,7

CaSO4 .0,66H2 O 148,02 8,03 37,88 54,08 0,7Dihidrato CaSO4 .2H2 O 172,17 20,99 32,57 46,50 0,7


• Extração do minério, realizada em geral a céu aberto.• Britagem e moagem grossa.• Estocagem com homogeneização. • Secagem da matéria prima pois a umidade pode chegar a 10%.• Calcinação, moagem fina e ensilagem. • A calcinação pode consistir de um único forno, cujo produto é o

hemidrato puro ou contendo também gipsita ou anidrita, ou de dois fornos que produzem hemidrato e anidrita, em separado.

• Moagem e seleção em frações granulométricas de acordo com a utilização: em construção (pré-fabricação, revestimentos) e moldagem (arte, indústria).

• Etapa final não praticada no País: mistura e homogeneização dos diferentes sulfatos e dos aditivos, em função da aplicação.

Produção do gesso de construção


• A calcinação é feita em forno rotativo de contato direto com os gases de combustão de óleo ou de gaseificadores de carvão ou lenha. Baixa eficiência energética.

• A calcinação é feita também em fornos tipo panela e marmita de aquecimento indireto. Nesse processo não há contato entre os gases de combustão, de lenha ou óleo.

• O armazenamento em silos promove homogeneização e estabilização favorável à sua qualidade.

• A estabilização é hidratação da anidrita III ao hemidrato; ela se dá após 12 horas de armazenamento do produto em atmosfera de 80% de UR; uma fração dessa fase pode estar presente no gesso por ocasião do consumo.

• Ensacado, deve ser protegido de umidade, pois o gesso hidrata-se com facilidade, regenerando o dihidrato que age como acelerador de pega.

Produção nacional


Controle na produção

• O importante é o controle da produção de hemidrato. • Pode ser feito pelo tempo de pega ou pelo teor de água

combinada remanescente. • Considerando matéria prima pura, a perda de 1,5 mols de água

representa uma diminuição do teor de água combinada na gipsita de 70% do teor original. Este valor pode ser tomado como referência para qualquer matéria prima.

• O controle pode ser feito também pelo tempo de pega determinado pelo ensaio do corte e da impressão digital (DIN 1168).


Matéria Prima

Sulfatos naturais• São um tipo particular de rocha sedimentar, denominada

evaporito. São as rochas mais solúveis, constituídas principalmente de cloretos e sulfatos de sódio, cálcio, magnésio e potássio.

Subproduto da indústria de fertilizantes• Também denominado fosfogesso ou gesso químico.• Subproduto da produção de fertilizantes fosfáticos, que se

baseia na solubilização de rochas fosfáticas por ácidos clorídrico, nítrico ou sulfúrico.

• O sulfato é cristalizado na forma anidra (CaSO4 ) em processo via seca, na forma do dihidrato (CaSO4 .2H2 O), ou do hemidrato (CaSO4 .0,5H2 O) em processo via úmida.


Sulfatos de subprodutos industriais (residuais)

Subproduto da indústria de fertilizantes

• Também denominado fosfogesso ou gesso químico.

• Subproduto da produção de fertilizantes fosfáticos, que se baseia na solubilização de rochas fosfáticas por ácidos clorídrico, nítrico ou sulfúrico.

• O sulfato é cristalizado na forma anidra (CaSO4 ) em processo via seca, na forma do dihidrato (CaSO4 .2H2 O), ou do hemidrato (CaSO4 .0,5H2 O) em processo via úmida.

• Equação da reação do processo dihidrato:Ca3 (PO4 )2 + 12 H2 SO4 + 6 H2 O ⇒ 3 CaSO4 .2H2 O + 2 H3PO4


Sulfatos de subprodutos industriais (residuais)

Subproduto da produção de ácido fluorídrico• O ácido fluorídrico, insumo básico da produção de plásticos

fluorados, por exemplo o teflon, é produzido a partir da fluorita, segundo a equação de reação:

CaF2 + H2 SO4 ⇒ CaSO4 + 2 HF

Subproduto de purificação de gases• Produzido na purificação de gases de combustão sulfurados

com cal, antes de serem lançados na atmosfera.• O poluente designado por SOx (anidrido sulfuroso, SO2 +

anidrido sulfúrico, SO3 ) é fixado na forma de sulfato de cálcio anidro ou hidratado, conforme o processo. O subproduto é designado na literatura por sulfogesso.


Reações de transformação

• Até 100°C ocorre a secagem da umidade da matéria prima. • Entre 140°C e 160°C formação do hemidrato:

CaSO4 .2H2 O ⇒ CaSO4 .0,5H2 O + 1,5H2 O• Entre 160°C e 190°C formação da anidrita III:

CaSO4 .0,5H2 O ⇒ CaSO4 + 0,5H2 O• Acima de 250°C, a anidrita III, solúvel, por mudança de

estrutura forma a anidrita II, insolúvel.CaSO4 .2H2 O ⇒ CaSO4 + 2H2 O

• A 1.200°C, a anidrita II transforma-se na anidrita.• A 1.350°C, ocorre a fusão.• Acima de 1.450°C, ocorre a dissociação da anidrita em anidrido

sulfúrico e óxido de cálcio.


Mecanismo de hidratação

Figura 1 – Microcalorimetria de um hemidrato (Magnan, 1973).

1 2 3 3 e 4 4

Tempo de hidratação

dQ/dt (Cal/h/g)

1 2 3 3 e 4 4

Tempo de hidratação

dQ/dt (Cal/h/g)



O mecanismo pode ser acompanhado pela curva do calor de hidratação:

• Etapa 1: o primeiro pico ocorre durante 30 segundos e corresponde à molhagem do pó.

• Etapa 2: é o período de indução afetado pelo tempo de mistura, temperatura da água de amassamento ou presença de impurezas ou aditivos.

• Etapa 3: inicia-se no final do período de indução, coincide com o início da pega. Ocorre um forte aumento da temperatura que indica o aumento da velocidade de reação.

• Etapa 4: diminuição da velocidade de reação; depois de a curva passar por um máximo, a velocidade decresce progressivamente, observando-se o fim da hidratação.



• No contato do pó com a água inicia-se imediatamente a dissolução dos sulfatos.

• Com a saturação da solução a gipsita passa a precipitar em cristais aciculares, formando núcleos de cristalização. À medida que a hidratação evolui, a concentração de íons, assim como a formação de novos núcleos, diminui.

• A fixação progressiva da água de hidratação reduz a água disponível, aumentando simultaneamente o volume de sólidos. Os cristais começam a ficar próximos, a porosidade diminui, e a resistência aumenta.

• Depois de a velocidade passar por um máximo, decresce até o fim da hidratação, quando a concentração atinge um valor mínimo. O crescimento dos cristais nessa etapa vai influenciar diretamente as propriedades mecânicas.


Início e fim de pega

• O consumo da água de amassamento pela formação da gipsita hidratada aumenta a consistência da pasta dando início à pega.

• Os cristais formados ao redor de núcleos ficam progressivamente mais próximos e se aglomeram, aumentando a viscosidade aparente da pasta.

• O prosseguimento da hidratação leva à formação de um sólido contínuo com porosidade progressivamente menor e resistência progressivamente maior.

• A pega e o endurecimento são afetados por diferentes fatores, principalmente: finura e forma dos grãos, relação a/g, temperatura da água, velocidade e tempo de mistura e aditivos.


Figura 3 – Influência da temperatura no início e fim de pega de pastas de gesso.

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60Temperatura da água de amassamento (ºC)

Tem

po (m

inut

os)

Fim de pegaInício de pega


Variação dimensional da pasta de gesso

• Depois de uma fase inicial de contração (Figura 4), observa-se um incremento de volume, devido ao arranjo geométrico dos cristais que resulta na formação de poros que ocorre durante a hidratação, e que prossegue até os três dias.

• Valores típicos de expansão linear atingem cerca de 0,2%. • Após endurecimento e evaporação da água de amassamento,

dá-se uma ligeira retração, resultando em uma expansão líquida em torno de 0,1%. O valor decresce com o aumento da água de amassamento e da composição mineral do produto.

• Esta característica, praticamente, elimina o risco de fissuração de revestimentos; também auxilia na moldagem de componentes, pois preenche todos os vazios e detalhes do molde, gerando excelente acabamento superficial.


Figura 4 – Representação esquemática da contração e expansão do gesso

-0,15

-0,10

-0,05

0,00

0,05

0,10

0,15

0 10 20 30 40 50 60 70Tempo (minutos)

Retração inicial

Expansão total

ΔL /

L (%

)

-0,15

-0,10

-0,05

0,00

0,05

0,10

0,15

0 10 20 30 40 50 60 70Tempo (minutos)

Retração inicial

Expansão total

ΔL /

L (%

)

ΔL / L (%)

Exp

ansã

oR

etra

ção

-0,15

-0,10

-0,05

0,00

0,05

0,10

0,15

0 10 20 30 40 50 60 70Tempo (minutos)

Retração inicial

Expansão total

ΔL /

L (%

)

-0,15

-0,10

-0,05

0,00

0,05

0,10

0,15

0 10 20 30 40 50 60 70Tempo (minutos)

Retração inicial

Expansão total

ΔL /

L (%

)

ΔL / L (%)

Exp

ansã

oR

etra

ção


Propriedades físicas do pó

• Granulometria do póDeterminada em amostra seca, por peneiramento na série padrão de peneiras (0,840 mm, 0,420 mm, 0,210 mm, 0,105 mm), sob água corrente. A massa retida em cada peneira é determinada após secagem em estufa a 110°C.

• Densidade de massa aparente Determinada em recipiente com capacidade de (1.000 ±

20)

cm3; recebe o gesso vertido através de um funil cônico, de 15 cm de altura, colocado sobre um tripé, contendo uma peneira de 2,0 mm de abertura, e ajustado na metade da altura do funil (Figura 6).


Fig. 6 - Funil utilizado para ensaio de densidade de massa aparente de gesso.


Propriedades da pasta

• Consistência normal

Determinada com o aparelho de Vicat modificado (Figura 7): a haste está acoplada a uma sonda de alumínio cônica, pesando ambos 35 g; a sonda é protegida com uma ponteira de aço inox. A fim de evitar a pega rápida do gesso, adiciona-se citrato de sódio p.a. à água (20 g/l). A penetração da agulha deve ser de (30 ±

2) mm.


Fig. 7 - Aparelho de Vicat modificado - para determinação da consistência da pasta

(NBR 12128).


Propriedades da pasta

• Tempo de pegaNBR 12128: é determinado com a pasta na consistência normal, sem o retardador, em 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 é considerado quando a agulha estaciona a 1 mm da base, e o final, quando a agulha não mais penetra na pasta, deixando uma leve impressão.DIN 1168: consiste em colocar uma bolacha de pasta de gesso sobre a superfície de um vidro; a bolacha é cortada com uma lamina de aço. O início de pega é definido como o momento em que o corte não mais se fecha quando a lâmina deixa impressão de corte na pasta (Figura 8). O fim de pega é definido como o momento em que não aparece impressão digital na pasta por pressão do dedo indicador.


Fig. 8 – Método de determinação do tempo de pega (DIN 1168).


Figura 9 – Influência da relação água/gesso (g/g) no tempo de pega pela agulha de Vicat.

0

5

10

15

0,5 0,7 0,9 1,1Relação água/gesso

Tem

po d

e pe

ga (m

inut

os)


Propriedades mecânicas: Dureza

• Os ensaios são realizados em corpos-de-prova cúbicos de 50 mm de aresta, moldados em moldes com três compartimentos. A dureza é determinada pela medida da profundidade de impressão de uma esfera de aço duro, com (10,0 ±

5,0) mm de

diâmetro, sob uma carga fixa, de (500 ±

5) N em superfícies com área mínima de 2.500 mm2. O resultado é calculado pela equação:

sendo:F = carga em Newton;φ

= diâmetro da esfera em milímetros;

T = média da profundidade em milímetros.

.T.FDφπ

=


Figura 10 – Correlação entre dureza e resistência à compressão de gesso brasileiro.

D = 2,18.fcR2 = 0,98

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20Resistência à compressão (MPa)

Dur

eza

(MPa

)


Fig. 11 – Imagem de elétrons secundários, de pasta de gesso (a/g 0,7), ilustrando a elevada

porosidade e os aglomerados de cristais.

3 μm3 μm3 μm


Propriedades mecânicas: Resistência à compressão

fc = 3,44.a/g-2,73

R2 = 0,98

0,0

2,5

5,0

7,5

10,0

12,5

15,0

17,5

20,0

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1Relação água/gesso (g/g)

Res

istê

ncia

à c

ompr

essã

o (M

Pa)

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4Relação água/gesso (g/g)

Den

sida

de (g

/cm

3 )

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

Por

osid

ade

(cm

3 /cm

3 )

fc = 3,44.a/g-2,73

R2 = 0,98

0,0

2,5

5,0

7,5

10,0

12,5

15,0

17,5

20,0

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1Relação água/gesso (g/g)

Res

istê

ncia

à c

ompr

essã

o (M

Pa)

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4Relação água/gesso (g/g)

Den

sida

de (g

/cm

3 )

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

Por

osid

ade

(cm

3 /cm

3 )

Figura 12 – Influência na relação água/gesso na densidade no estado seco e porosidade – correlações aproximadas para retas (produzido a partir de dados dos autores e de Les Cahiers Techniques, Syndicat, 1991).

Figura 13 – Influência na relação água/gesso na resistência mecânica de corpos-de-prova 50 x 50 x 50 mm de um gesso brasileiro (dados dos autores).


Aditivos retardadores de pega

De modo geral estão agrupados em três categorias conforme o seu modo de atuação:

• Espécies químicas que diminuem a velocidade de dissolução do hemidrato, por introduzirem outros íons na solução: 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.

• Espécies químicas que geram reações complexas, resultando em produtos pouco solúveis ou insolúveis ao redor dos cristais de dihidrato, atrasando o seu crescimento e, como conseqüência, sua precipitação: boratos, fosfatos, carbonatos e silicatos alcalinos.


Aditivos retardadores de pega

• Produtos orgânicos de massa molecular elevada, como as proteínas degradadas e alguns colóides; 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 formaldeidos condensados.


Figura 14 – Efeito do ácido tartárico na velocidade de hidratação.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 20 40 60 80 100Tempo de hidratação (minutos)

Tem

pera

tura

(ºC

)

SEM aditivoCOM retardador


Figura 15 – Efeito do ácido cítrico no início de pega.

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20Teor de aditivo (%)

Tem

po (m

inut

os)


Figura 17 – Tempo de início de pega em presença de gelatina.

0

20

40

60

80

100

120

140

0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15Teor de aditivo (%)

Tem

po (m

inut

os)


Figura 18 – Efeito do hexametafosfato na consistência da pasta de gesso.

0,64

0,66

0,68

0,70

0,00 0,20 0,40 0,60Teor de aditivo (%)

Rel

ação

águ

a/ge

sso

(g/g

)


Influência dos retardadores sobre o gesso endurecido.

• ExpansãoA diminuição da expansão observada é atribuída à mudança da microestrutura do dihidrato na presença de retardadores. Em presença de aditivos retardadores, os cristais curtos e grossos têm mais espaço para crescer, diminuindo as forças que geram as expansões.

• PorosidadeA porosidade pode aumentar ou diminuir dependendo do tipo de aditivo: as proteínas aumentam a porosidade; o ácido cítrico diminui. A metilcelulose aumenta a porosidade do material na forma de ar incorporado. Dependem da cristalização da gipsita: cristais longos ou curtos, aciculares ou grossos.


Aplicação: revestimentos em gesso

• O preparo de pastas de gesso é governado por dois fatores básicos: a necessidade de reologia adequada para a aplicação sobre a base e o tempo útil (tempo em que essa reologia é mantida). O gesseiro, pela sua experiência, define o teor de água adequado (relação a/g).

• A aplicação requer experiência para evitar-se o desperdício devido ao curto tempo de pega.

• A faixa de consistência que permite a aplicação de pastas de gesso medida com aparelho de Vicat modificado mostrou que a pasta pode ser aplicada quando a consistência encontra-se entre 28 mm (início) e 0 mm (fim). Na prática, a definição do teor de água pode ser realizada utilizando esse aparelho de uso muito simples.


Aplicação: revestimentos em gesso Influência da adição de cal ao gesso

P = -0,642.T + 34,778R2 = 0,925

P = -0,338.T + 37,201R2 = 0,880

P = -1,365.T + 28,750R2 = 0,997

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25Teor de cal (%)

Pen

etra

ção

inic

ial (

mm

)

a/a 0,5a/a 0,6a/a 0,7

a/a= 0,7

Fim utilização

Tempo espera

0

5

10

15

20

25

0 3 6 9 12 15 18 21 24Teor de cal (%)

Tem

po (m

inut

os)

P = 0 mmP = 28 mm

Figura 20a – Influência do teor de cal na consistência Vicat Modificado para diferentes relações água/(gesso + cal) (Antunes, 2000).

Figura 20b – Influência do teor de cal no tempo de espera (inclui 5 min. De mistura e moldagem do corpo-de-prova) e fim de utilização para pasta com água/(gesso + cal) = 0,7, obtidas com um gesso específico (Antunes, 2000).


Aplicação: revestimento em gesso Efeito da adição de cal ao gesso

Figura 21 – Influência da relação água/(gesso + cal) na resistência mecânica à compressão (NBR 12129) e módulo de elasticidade de pastas de gesso (tangente inicial no ensaio de compressão).


Aplicação: Gesso acartonado

• As chapas de grandes dimensões finas de gesso revestidas externamente por duas lâminas de papel, são denominadas comercialmente no Brasil de dry wall.

• O papel kraft que reveste serve de reforço para os esforços de tração, o que permite o manuseio seguro de chapas de grandes dimensões e confere resistência a esforços de uso.

• Os produtos têm alta produtividade na montagem e permitem a execução de serviço com um baixo consumo de material.

• Combinando papel e gesso, o produto, é sensível a ambientes úmidos, podendo apresentar degradação total ou biodeterioração da superfície. Para aplicação em ambientes úmidos recebe tratamento com hidrofugante.


Figura 22 – Absorção de água por superfície protegida por papel de chapa de gesso

acartonado convencional e resistente à umidade.

0

5

10

15

20

25

30

0 20 40 60 80 100 120Tempo (minutos)

Abs

orçã

o de

águ

a (%

)

ConvencionalResistente à umidade


Aplicação: Placas e outros componentes de gesso.

• Placas lisas de gesso moldado, com dimensões de 60 cm x 60 cm, com borda reforçada para forros suspensos.

• Perfis moldados, em complementação às placas de gesso, utilizados para a realização de acabamento de bordas e produção de detalhes arquitetônicos como sancas.

• Blocos de gesso moldados para uso em alvenarias: paralelepípedos vazados, com grandes dimensões (500 mm x 666 mm, com espessuras entre 50 mm e 100 mm). Permite boa produtividade na elevação da alvenaria.

• Fibro-gesso: a fibra é adicionada para melhorar a resistência à tração e ao impacto.

• Porta corta-fogo.• Isolante acústico.


Aplicação: Placas e outros componentes de gesso – Patologia.

• Placas finas de gesso apresentam elevada movimentação higrotérmica, pois são permeáveis ao vapor de água e possuem baixa inércia térmica, entrando em equilíbrio com o ambiente muito antes do restante da estrutura do edifício.

• A combinação da higroscopicidade com placas de espessura delgada leva à freqüência e amplitude de movimentação higrotérmica de paredes e forros de gesso superiores às da estrutura do edifício.

Soluções:• Em forros de placas moldadas: total dessolidarização das

paredes e a introdução de juntas periódicas. • Em gesso acartonado: fixação da estrutura de madeira ou metal

e a existência de uma junta elástica entre placas.


Aplicação: revestimento em gesso Patologia

• A umidade é prejudicial ao gesso dada a solubilidade da gipsita. Pela ação de ciclos úmido-seco do ambiente, a gipsita da superfície se dissolve e precipita continuamente, mas os cristais apenas se depositam sobre a superfície e não têm o mesmo embricamento da primeira formação. A superfície torna-se pulverulenta.

• Os aditivos orgânicos empregados para controle da pega apresentam o inconveniente de alimentar o crescimento de fungos de difícil eliminação. Os aditivos minerais empregados em excesso podem ser trazidos para a superfície na evaporação da água de amassamento ou na secagem após a absorção de umidade e formar eflorescências.


Aplicação: revestimento em gesso Patologia

• O gesso de construção, particularmente quando exposto a umidades elevadas, provoca a corrosão do aço. Todos os componentes de aço em contato com o gesso devem ser protegidos contra a corrosão, através, por exemplo, de galvanização.

• Artefatos ou revestimentos de gesso apresentam uma superfície muito lisa, quase polida, às vezes pulverulenta, o que não permite boa aderência de pinturas de emulsão. A película se forma, mas descola com facilidade (“peeling”). Necessitam, por isso, da aplicação de fundo preparador na superfície.

Apostila Gesso Ibracon (2)

Documents

Transcript of Apostila Gesso Ibracon (2)