AVALIAÇÃO DA PROPRIEDADE MECÂNICA DOS PRÉ-MOLDADOS DE GESSO TRATADOS TERMICAMENTE POR ENSAIO DE COMPRESSÃO

A.H. Shinohara1, R.P.Dourado1, C.B. Gurgel1, J.P. Soares1, A.G.C. Ciarlini2

Avenida Acadêmico Hélio Ramos, SN, Cidade Universitária, Recife/PE, CEP:

50740-530, shinohara@ufpe.br1Departamento de Engenharia Mecânica-CTG-UFPE – Recife-PE

2CTCC-SENAI – Recife-PE

RESUMO

Placas de gesso é um dos principais produtos derivados de gesso.

Basicamente, as suas propriedades mecânicas são determinadas pelo tipo de

matéria-prima empregada, microestrutura formada, do grau de intercrescimento dos

cristais de gipsita no processo de hidratação, porosidade, qualidade do gesso

empregado, quantidade de água adicionada. Industrialmente. Dentre várias

tecnologias para obter placas reforçadas, a possibilidade da utilização da técnica de

desidratação controlada é interessante e de grande interesse científico e

tecnológico. No presente trabalho,amostras de pré-moldados de gesso foram

tratadas termicamente à 150ºC, 300ºC, 500ºC e 900ºC por um período de 2h, e

submetidas ao ensaio de compressão. Como resultado, o valor de resistência à

compressão reduziu-se à metade quando 20% de água estrutural foi retirada por

desidratação térmica. As amostras tratadas termicamente foram também analisadas

com medidas de difração de raios-X, e densidade. O estudo de correlação entre a

densidade e resistência mecânica mostrou-se ser linear.

Palavras-chaves: pré-moldados de gesso, tratamento térmico, ensaios de

compressão, densidade.

1

INTRODUÇÃO

No Pólo Gesseiro de Pernambuco, localizado no sertão pernambucano, estão

instalados em torno de 72 calcinadoras de gipsita produzindo anualmente cerca de

2 milhões de toneladas de gesso (CaSO4.½H2O), que corresponde a 95% da

produção nacional(1). O gesso obtido através de calcinação da gipsita, hoje, 90% é

utilizado essencialmente na construção civil. Um dos principais produtos de gesso é

o pré-moldado de gesso, o qual é largamente utilizado no interior das edificações

para dar o acabamento.

Para a conquista de novos mercados no ramo da construção civil, um grande

investimento em termos de pesquisa está sendo realizado no sentido de aumentar

as propriedades mecânicas através da introdução de reforços nas placas de pré-

moldados com fibras de vidro(2) ou cortiça(3). Porém, há um fator limitante quando diz

respeito à reciclagem de compósito de pré-moldados de gesso devido a dificuldade

no reprocessamento e elevado custo. Programa como o ZERI (Zero Emissions

Research Initiative) adotado pela Universidade das Nações Unidas realiza estudos

estratégicos no sentido de compreender o ciclo de vida dos materiais para o

desenvolvimento sustentável.

Industrialmente, as placas de gesso possuem dimensões de 60 x 60 cm2 e

pesam em torno de 6 kg. Por exemplo, no cálculo do peso do forro de pré-moldados

de gesso para uma sala de 100 m2 corresponde a uma massa total em torno de

1.667 kg, o qual requer um sistema de fixação bastante resistente,uma vez que está

envolvido a segurança. Portanto, placas de gesso mais leves com resistência

mecânica suficiente é um diferencial competitivo no mercado. Apesar de existirem

outras técnicas de obter-se pré-moldados mais leves, por exemplo, redução da

massa realizando furos nas placas, a possibilidade de obter placas de gesso mais

leves com resistência mecânica sem utilizar elementos de compósito é de grande

interesse científico e tecnológico. Em termos de propriedades mecânicas, um dos

principais fatores que afeta a resistência mecânica à compressão é a porosidade

estrutural(4).

O presente trabalho visou realizar um estudo sistemático sobre o efeito do

tratamento térmico nos pré-moldados de gesso através da avaliação das medidas de

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resistência à compressão e difração de raios-X(5), medidas de densidade, como meta

final de obter um pré-moldado de gesso mais leve.

MATERIAIS E MÉTODOS

Nesse trabalho, as amostras de gipsita foram retiradas das placas de pré-

moldados de gesso de formato cilíndrico, com diâmetro de 28 mm e espessura de

16 mm, conforme mostra Fig. 1. Após esta etapa, as amostras foram submetidas ao

tratamento térmico às temperaturas de 150º C, 300º C, 500º C, e 850ºC num forno

de resistência elétrica, durante um período de 2 horas. No total, foram preparadas

15 amostras.

(a)

(b)

Figura 2 – Equipamento utilizado para o ensaio de Compressão

3

Figura 1-(a) Amostras de pré-moldados de gesso utilizado no presente trabalho. (b) Imagem típica de MEV da estrutura do pré-moldado (11).

Em seguida, as amostras foram submetidas ao ensaio de resistência à

compressão numa máquina de compressão como mostrada na Fig.2. Por fim, as

amostras foram analisadas realizando-se medidas de espalhamento de raios-X a

alto ângulo(7) (WAXS) no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron – Campinas-SP

para identificação das fases cristalinas em cada temperatura. As medidas de

densidade foram realizadas preparando-se paralelepípedos e pesando numa

balança.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Dependendo da temperatura de tratamento térmico a perda de massa pode

atingir até 21%. Além da perda de massa, há também formação de novas fases

cristalinas nos pré-moldados de gesso, tais como hemidrato (gesso) e anidrita 1, 2 e

3 (6), De acordo com os dados obtidos pela técnica de espalhamento de alto ângulo

(WAXS), apresentados na figura 3, diferentes fases cristalinas foram detectadas.

Para comparação, uma amostra de selenita também foi medida através de difração

de raios-X. Com relação à formação de novas fases, os dados de difração de

raios-X foram comparados com os dados de JCPSD do ICDD, edição 2000. Os

difratogramas apresentados confirmam a evolução da desidratação da gipsita.

Conforme apresentado, a gipsita da Região do Araripe sem tratamento térmico foi

caracterizada obtendo o JCPDS no 01-0355, cuja estrutura se apresenta como

monoclínica, já quando usamos a temperatura de 150oC, obtemos a caracterização

da fase através do JCPDS no 45-0848, cuja estrutura é hexagonal, o que se explica

pela perda de água na sua estrutura. Nessa fase, o teor de água pode variar entre

0,15 e 0,66 moléculas de água, formando o hidrato com meia molécula de água,

uma forma particular intermediária, de grande interesse comercial pela sua

estabilidade química. Quando a temperatura de 300ºC é alcançada, o hemidrato

perde quase toda sua água e obtém-se um anidrita solúvel (instável), denominada

anidrita III. A anidrita solúvel, de fórmula CaSO4.eH2O, indica que este produto pode

conter água de cristalização, embora em baixo teor, variável entre 0,11 a 0,06

moléculas de água. Podemos comprovar o surgimento de tal fase através do JCPDS

no 73-1942, cuja estrutura cristalina é hexagonal.

4

Figura 3 – Dados de difração de raios-X das amostras de pré-moldados de gesso antes e após o tratamento térmico. Para comparação, os dados de difração de raios-X da selenita (lado direito).

Na temperatura de 500ºC, a anidrita III transforma-se em anidrita II, de acordo

com JCPDS no 37-1496. Esta fase possui hidratação lenta e, como o processo de

transformação da fase III para a fase II é exotérmico, a transformação é muito rápida

e não reversível. Quando a temperatura de 850 oC é alcançada, o produto é

similar à anidrita natural encontrada em minério de gipsita e conhecida com anidrita

I, de hidratação extremamente difícil e com estrutura cristalina ortorrômbica

conforme indica o JCPDS 86-2270.

Com relação a análise da técnica de WAXS, notamos na parte mais a direita

dos difratogramas apresentados da gipsita, uma região pouco definida, ou seja, sem

picos muito nítidos que se refere a região de espalhamento de Raios-X(6). Já com a

selenita não temos tão nítido esse espalhamento por se tratar justamente de um

material mais puro

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Tabela 1 – Materiais Originados da Gipsita

Material Fórmula Estrutura Temp. Fórmulas

Gipsita CaSO4.2H2

O MONOCLÍNICA 25 oC CaSO4.2H2O+Calor

Hemidrato CaSO4.1/2H

2O HEXAGONAL 150 oC CaSO4.1/2H2O+3/2H2O

Anidrita III CaSO4 HEXAGONAL 300 oC CaSO4.eH2O

Anidrita II CaSO4 ORTORRÔMBICA 500 oC CaSO4

Anidrita I CaSO4 ORTORRÔMBICA 850 oC CaSO4

A figura 3 mostra a média dos valores de resistência mecânica à compressão

em função da temperatura de tratamento térmico. Foi realizado um ajuste de uma

função Lorentziana aos dados obtidos. Observou-se que os valores de resistência à

compressão decai exponencialmente com aumento de temperatura. De acordo com

a cinética de desidratação da gipsita, o aumento de temperatura ocasiona remoção

das moléculas de água estrutural.

A perda de massa pode atingir até uma redução de até 21% em peso quando

a gipsita passa para a fase anidrita. Do ponto de vista morfológica, não há

alterações significativas. Por outro lado, há um aumento considerável da porosidade

e alteração estrutural em termos de transformação de fases.

A figura 4 mostra a correlação entre a densidade e resistência mecânica à

compressão. O fato interessante deste resultado é a relação linear entre estes dois

parâmetros. Após o ajuste de uma equação de reta, estimou-se a resistência

mecânica da gipsita natural que possui uma densidade de 3,2 g/cm2. O valor

encontrado foi em torno de 20 MPa. A partir desta correlação entre a densidade e

resistência mecânica à compressão, o aumento da resistência a compressão é

crescente linearmente com o aumento da densidade.

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Figura 5. Correlação linear entre a tensão de compressão e densidade

Figura 4. Correlação entre tensão de compressão e temperatura

CONCLUSÕES

O tratamento térmico ocasiona basicamente dois efeitos simultâneos, a perda

de massa com formação de porosidade na estrutura e a alteração micro-estrutural

através de formação de novas fases cristalinas.

No presente trabalho, observou-se que a influência da porosidade é o fator

principal que afeta a resistência mecânica. Por outro lado, alterações na

microestrutura em termos de transformações de fases cristalinas, parece que

praticamente não ocasionaram influência no resultado final da resistência mecânica.

Através do tratamento térmico, placas de gesso 20% mais leves podem ser

obtidas, entretanto, a resistência mecânica decai em torno de 50%. Por outro lado, a

partir deste estudo, observou-se uma relação linear entre a densidade e resistência

mecânica.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao apoio financeiro do Fundo Verde –Amarelo/ FINEP,

CNPq, CAPES, SENAI – FACEPE.

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REFERÊNCIAS

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2. M. Ali, F. Grimer, Mechanical Properties of Glass Fibre-reinforced Gypsum,

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gypsum Composities for Building Applications, Costruction and Building Materials 13

(1999) 179-186.

4. H. Sattler, The Importance of Porosity for the Properties of Hardened Gypsum

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5. E.M. Sipple, P.Bracconi, P.Dufour, J.C.Mutin, Microsstructural Modifications

Resulting from the Dehydration of Gypsum, Solid State Ionics 141-142.(2001) 447-

454

6. R.A Kuntze, The Chemistry and Techonolgy of Gypsum, ASTM Special Technical

Publication;861, Atlanta, Ga (1983) 50-53.

7. B.D. Cullity, Elements X-Ray Diffraction, Departament of Metallurgical Engineering

and Materials Science, University of Notre Dame, Indiana, EUA (1977) 111-115.

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Rouquerol, Study of Gypsum Dehydration by Controlled Tansformation Rate Thermal

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9. L. Peres, M. Benachour, V.A. Santos, O Gesso – Produção e Utilização na

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Gaithesburg MD, USA 1-12.

11. D. Jeulin, P. Monnaie, F.Peronnet, Gypsum Morphological Analysis and

Modeling, Cement Concrete Composities 23 (2001) 299-311.

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and After Saturation with Water, Zement-Kalk-Gips 32 (1979) 560-568.

13. T. K. -C. Chan and B. W. Darvell, Effect of Storage Conditions on Calcium

Sulphate Hemihydrate-containing products, Dental Materials 17( 2001) 134-141.

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EVALUATION OF MECHANICAL PROPERTY OF HEAT TREATED GYPSUM CEILING BY THE COMPRESSION TEST

ABSTRACT

key-words: plate of plaster, compression resistance, density, thermal treatment

Plates of plaster (60x60 cm2 and 6 kg/each) it is one of the main products of the Pólo

Gesseiro Pernambucano. Basically, the mechanical properties of the plates are

defined for the type microestructure, that depends on the degree of intergrowth of the

gipsita crystals, porous, the plaster quality, amount of added water. In industry,

among the several technologies to improve the mechanical properties, the possibility

of the use of the technique of controlled dehydration is of great interest from scientific

and technological point of view. In the present work, 15 samples of plate of plaster

with diameter of 28 mm and 16 mm in thickness were prepared and thermal treated

at 150ºC, 300ºC, 500ºC and 900ºC for a period of 2 hours, and they are submitted to

the compression test. As result, the resistance values to the compression reduced

around 50% when 20% of structural water were removed by dehydration.

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