Argamassas com pozolanas para aplicação na conservação de...

OFICINA: TÉCNICAS TRADICIONAIS DE REVESTIMENTO - C.M.BEJA, CENFIC, 2007Com o apoio de: ICOMOS-PORTUGAL, Projecto MITR, C.M. Albufeira, Misericórdia de Beja

1

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


3

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


4

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)


5

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


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)


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

• 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


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


8

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


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% 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


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


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)

• 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


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


16

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


20

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


21

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


22

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


23

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


24

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


26

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


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

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


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


30

AplicaçõesEdificações

antigas

Novos desafios•Utilização de resíduos com potencialidade pozolânica em argamassas de conservação

•Desenvolvimento de argamassas específicas para superfícies com azulejo

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