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Livro: Materiais de Construção Civi l
Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Dr. Vanderley Moacyr John - EPUSP
Dra. Maria Alba Cincotto - EPUSP
Capítulo 22.2
Gesso de construção civil
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Livro: Materiais de Construção Civil
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• O gesso de construção é um material produzido por calcinaçãodo 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 dessesconstituintes.
O que é o gesso de construção
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Sulfatos constituintes do gesso de
construção.
• Hemidratos de fórmula CaSO4.0,5 H2O ou hemidrato-β.É a fase presente em maior teor.
• Anidrita III ou anidrita solúvel, de fórmula CaSO4.εH2OFase muito reativa, age como acelerador de pega.
• Anidrita II ou anidrita insolúvel, de fórmula CaSO4
Anidrita supercalcinada; Reage lentamente com a água, podendo levar setedias para se hidratar completamente.
• Anidrita I, de fórmula CaSO4
Fase de pega e endurecimentos lentos, contribuindo para a dureza e
tenacidade do produto final.• Gipsita, de fórmula CaSO4.2H2O
Está presente no produto, por tempo de calcinação insuficiente ou pormoagem grossa da matéria prima. Age como um acelerador de reação
(acelerador de pega).
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Quadro 1 – Composição teórica dossulfatos.
Sulfato FórmulaMassa
molecular (g)
Composição Relação
CaO/SO3H2O CaO SO3
Anidrita CaSO4 136,14 0,00 41,19 58,81 0,7
Hemidrato CaSO4.0,50H2O 145,15 6,20 38,63 55,15 0,7
CaSO4.0,66H2O 148,02 8,03 37,88 54,08 0,7
Dihidrato CaSO4.2H2O 172,17 20,99 32,57 46,50 0,7
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• 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 ohemidrato puro ou contendo também gipsita ou anidrita, ou dedois fornos que produzem hemidrato e anidrita, em separado.
• Moagem e seleção em frações granulométricas de acordo coma utilização: em construção (pré-fabricação, revestimentos) emoldagem (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
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• A calcinação é feita em forno rotativo de contato direto com osgases de combustão de óleo ou de gaseificadores de carvão oulenha. Baixa eficiência energética.
• A calcinação é feita também em fornos tipo panela e marmita deaquecimento indireto. Nesse processo não há contato entre osgases de combustão, de lenha ou óleo.
• O armazenamento em silos promove homogeneização eestabilização favorável à sua qualidade.
• A estabilização é hidratação da anidrita III ao hemidrato; ela sedá após 12 horas de armazenamento do produto em atmosferade 80% de UR; uma fração dessa fase pode estar presente nogesso por ocasião do consumo.
• Ensacado, deve ser protegido de umidade, pois o gesso
hidrata-se com facilidade, regenerando o dihidrato que agecomo acelerador de pega.
Produção nacional
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Controle na produção
• O importante é o controle da produção de hemidrato.
• Pode ser feito pelo tempo de pega ou pelo teor de águacombinada remanescente.
• Considerando matéria prima pura, a perda de 1,5 mols de água
representa uma diminuição do teor de água combinada nagipsita de 70% do teor original. Este valor pode ser tomadocomo referência para qualquer matéria prima.
• O controle pode ser feito também pelo tempo de pegadeterminado pelo ensaio do corte e da impressão digital (DIN1168).
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Matéria Prima
Sulfatos naturais
• São um tipo particular de rocha sedimentar, denominadaevaporito. São as rochas mais solúveis, constituídasprincipalmente de cloretos e sulfatos de sódio, cálcio, magnésioe 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 ácidosclorídrico, nítrico ou sulfúrico.
• O sulfato é cristalizado na forma anidra (CaSO4) em processovia seca, na forma do dihidrato (CaSO4.2H2O), ou do hemidrato
(CaSO4.0,5H2O) em processo via úmida.
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Sulfatos de subprodutos industriais(residuais)
Subproduto da indústria de ferti lizantes
• Também denominado fosfogesso ou gesso químico.
• Subproduto da produção de fertilizantes fosfáticos, que sebaseia na solubilização de rochas fosfáticas por ácidos
clorídrico, nítrico ou sulfúrico.
• O sulfato é cristalizado na forma anidra (CaSO4) em processovia seca, na forma do dihidrato (CaSO
4
.2H2
O), ou do hemidrato(CaSO4.0,5H2O) em processo via úmida.
• Equação da reação do processo dihidrato:
Ca3(PO4)2 + 12 H2SO4 + 6 H2O ⇒ 3 CaSO4.2H2O + 2 H3PO4
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Sulfatos de subprodutos industriais
(residuais)
Subproduto da produção de ácido fluorídrico
• O ácido fluorídrico, insumo básico da produção de plásticosfluorados, por exemplo o teflon, é produzido a partir da fluorita,segundo a equação de reação:
CaF2 + H2SO4 ⇒ CaSO4 + 2 HF
Subproduto de purificação de gases
• Produzido na purificação de gases de combustão sulfuradoscom 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 cálcioanidro ou hidratado, conforme o processo. O subproduto édesignado na literatura por sulfogesso.
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Reações de transformação
• Até 100°C ocorre a secagem da umidade da matéria prima.
• Entre 140°C e 160°C formação do hemidrato:
CaSO4.2H2O ⇒ CaSO4.0,5H2O + 1,5H2O• Entre 160°C e 190°C formação da anidrita III:
CaSO4.0,5H2O ⇒ CaSO4 + 0,5H2O
• Acima de 250°C, a anidrita III, solúvel, por mudança deestrutura forma a anidrita II, insolúvel.
CaSO4.2H2O ⇒ CaSO4 + 2H2O
• 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.
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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)
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Mecanismo de hidratação
O mecanismo pode ser acompanhado pela curva do calor dehidratação:
• Etapa 1: o primeiro pico ocorre durante 30 segundos ecorresponde à molhagem do pó.
• Etapa 2: é o período de indução afetado pelo tempo de mistura,temperatura da água de amassamento ou presença deimpurezas ou aditivos.
• Etapa 3: inicia-se no final do período de indução, coincide como 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 curvapassar por um máximo, a velocidade decresce
progressivamente, observando-se o fim da hidratação.
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Mecanismo de hidratação
• No contato do pó com a água inicia-se imediatamente adissolução dos sulfatos.
• Com a saturação da solução a gipsita passa a precipitar emcristais aciculares, formando núcleos de cristalização. À medidaque a hidratação evolui, a concentração de íons, assim como aformação de novos núcleos, diminui.
• A fixação progressiva da água de hidratação reduz a águadisponível, aumentando simultaneamente o volume de sólidos.Os cristais começam a ficar próximos, a porosidade diminui, e aresistência aumenta.
• Depois de a velocidade passar por um máximo, decresce até ofim da hidratação, quando a concentração atinge um valormínimo. O crescimento dos cristais nessa etapa vai influenciardiretamente as propriedades mecânicas.
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Início e fim de pega
• O consumo da água de amassamento pela formação da gipsitahidratada aumenta a consistência da pasta dando início à pega.
• Os cristais formados ao redor de núcleos ficamprogressivamente mais próximos e se aglomeram, aumentandoa viscosidade aparente da pasta.
• O prosseguimento da hidratação leva à formação de um sólidocontínuo com porosidade progressivamente menor e resistênciaprogressivamente 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.
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Figura 3 – Influência da temperatura noinício e fim de pega de pastas de gesso.
0
20
40
60
80100
120
0 10 20 30 40 50 60Temperatura da água de amassamento (ºC)
T e m p o (
m i n u t o s )
Fim de pega
Início de pega
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Variação dimensional da pasta de gesso
• Depois de uma fase inicial de contração (Figura 4), observa-seum incremento de volume, devido ao arranjo geométrico doscristais que resulta na formação de poros que ocorre durante ahidratação, 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 expansãolíquida em torno de 0,1%. O valor decresce com o aumento daágua de amassamento e da composição mineral do produto.
• Esta característica, praticamente, elimina o risco de fissuraçãode revestimentos; também auxilia na moldagem decomponentes, pois preenche todos os vazios e detalhes do
molde, gerando excelente acabamento superficial.
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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 70
Tempo (minutos)
Retração
inicial
Expansãototal
Δ L / L ( % )
-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
Expansãototal
Δ L / L ( % )
ΔL / L (%)
E x p a n s ã o
R e t r a ç ã
o
-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
Expansãototal
Δ L / L ( % )
-0,15
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Tempo (minutos)
Retração
inicial
Expansãototal
Δ L / L ( % )
ΔL / L (%)
E x p a n s ã o
R e t r a ç ã
o
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Propriedades físicas do pó
• Granulometria do pó
Determinada em amostra seca, por peneiramento na série
padrão de peneiras (0,840 mm, 0,420 mm, 0,210 mm, 0,105mm), sob água corrente. A massa retida em cada peneira édeterminada 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 15cm de altura, colocado sobre um tripé, contendo uma peneirade 2,0 mm de abertura, e ajustado na metade da altura do funil(Figura 6).
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Fig. 6 - Funil util izado para ensaio de
densidade de massa aparente de gesso.
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Propriedades da pasta
• Consistência normal
Determinada com o aparelho de Vicat modificado (Figura 7): ahaste está acoplada a uma sonda de alumínio cônica, pesando
ambos 35 g; a sonda é protegida com uma ponteira de açoinox. A fim de evitar a pega rápida do gesso, adiciona-se citratode sódio p.a. à água (20 g/l). A penetração da agulha deve serde (30 ±
2) mm.
Fi 7 A lh d Vi t dif i d
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Fig. 7 - Aparelho de Vicat modificado - para
determinação da consistência da pasta
(NBR 12128).
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Propriedades da pasta
• Tempo de pega
NBR 12128: é determinado com a pasta na consistência
normal, sem o retardador, em aparelho de Vicat provido dehaste de (300 ±
0,5) g e de agulha com diâmetro de (1,13 ±
0,02) mm. O início de pega é considerado quando a agulhaestaciona 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 gessosobre a superfície de um vidro; a bolacha é cortada com uma
lamina de aço. O início de pega é definido como o momento emque o corte não mais se fecha quando a lâmina deixaimpressão de corte na pasta (Figura 8). O fim de pega édefinido como o momento em que não aparece impressão
digital na pasta por pressão do dedo indicador.
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Fig. 8 – Método de determinação do tempo
de pega (DIN 1168).
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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 1,1
Relação água/gesso
T e m p o d e p
e g a ( m i n u t o s )
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Propriedades mecânicas: Dureza
• Os ensaios são realizados em corpos-de-prova cúbicos de 50mm 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 dediâmetro, sob uma carga fixa, de (500 ±
5) N em superfíciescom área mínima de 2.500 mm2. O resultado é calculado pelaequação:
sendo:F = carga em Newton;
φ
= diâmetro da esfera em milímetros;
T = média da profundidade em milímetros.
.T.
FD
φπ=
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Figura 10 – Correlação entre dureza e
resistência à compressão de gesso brasileiro.
D = 2,18.fc
R2 = 0,98
05
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15 20
Resistência à compressão (MPa)
D u r e z
a ( M P a )
Fig 11 Imagem de elétrons secundários de
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Fig. 11 – Imagem de elétrons secundários, de
pasta de gesso (a/g 0,7), ilustrando a elevada
porosidade e os aglomerados de cristais.
μ μ μ
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Propriedades mecânicas: Resistência à
compressão
fc = 3,44.a/g-2,73
R2 = 0,98
0,0
2,5
5,0
7,5
10,012,5
15,0
17,5
20,0
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
Relação água/gesso (g/g)
R e s
i s t ê n c i a à c o m p r e s s ã o ( M P a )
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 1,4
Relação água/gesso (g/g)
D e n s i d a d e ( g /
c m
3 )
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
P o r o s i d a d e ( c m
3 / c m
3 )
fc = 3,44.a/g-2,73
R2 = 0,98
0,0
2,5
5,0
7,5
10,012,5
15,0
17,5
20,0
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
Relação água/gesso (g/g)
R e s
i s t ê n c i a à c o m p r e s s ã o ( M P a )
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 1,4
Relação água/gesso (g/g)
D e n s i d a d e ( g /
c m
3 )
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
P o r o s i d a d e ( c m
3 / c m
3 )
Figura 12 – Influência na relaçãoágua/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 relaçãoágua/gesso na resistência mecânica de
corpos-de-prova 50 x 50 x 50 mm de um
gesso brasileiro (dados dos autores).
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Aditivos retardadores de pega
De modo geral estão agrupados em três categorias conforme oseu modo de atuação:
• Espécies químicas que diminuem a velocidade de dissoluçãodo 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, ácidofosfórico, glicerina, álcool, éter, acetona e açúcar.
• Espécies químicas que geram reações complexas, resultandoem produtos pouco solúveis ou insolúveis ao redor dos cristaisde dihidrato, atrasando o seu crescimento e, comoconseqüência, sua precipitação: boratos, fosfatos, carbonatos e
silicatos alcalinos.
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Aditivos retardadores de pega
• Produtos orgânicos de massa molecular elevada, como asproteínas degradadas e alguns colóides; misturados com água,
formam um gel ao redor dos grãos de hemidrato, atrasam ocontato com a água e a solubilização e cristalização dodihidrato: queratina, caseína, goma arábica, gelatina, pepsina,peptona, albumina, alginatos, proteínas hidrolisadas,
aminoácidos e formaldeidos condensados.
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Figura 14 – Efeito do ácido tartárico na
velocidade de hidratação.
010
20
30
40
50
60
70
80
0 20 40 60 80 100
Tempo de hidratação (minutos)
T e m p e r
a t u r a ( º C )
SEM aditivoCOM retardador
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Figura 15 – Efeito do ácido cítrico no início
de pega.
0
25
50
75100
125
150
175
200
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20
Teor de aditivo (%)
T e m p o ( m i n u t o s )
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Figura 17 – Tempo de início de pega empresença de gelatina.
020
40
60
80
100
120
140
0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15
Teor de aditivo (%)
T e m p o
( m i n u t o s )
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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 0,60
Teor de aditivo (%)
R e l a ç ã o á g u a / g e s s o ( g
/ g )
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Influência dos retardadores sobre o gessoendurecido.
• Expansão
A diminuição da expansão observada é atribuída à mudança da
microestrutura do dihidrato na presença de retardadores. Empresença de aditivos retardadores, os cristais curtos e grossostêm mais espaço para crescer, diminuindo as forças que geramas expansões.
• Porosidade
A porosidade pode aumentar ou diminuir dependendo do tipo
de aditivo: as proteínas aumentam a porosidade; o ácido cítricodiminui. A metilcelulose aumenta a porosidade do material naforma de ar incorporado. Dependem da cristalização da gipsita:
cristais longos ou curtos, aciculares ou grossos.
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Aplicação: revestimentos em gesso
• O preparo de pastas de gesso é governado por dois fatoresbásicos: a necessidade de reologia adequada para a aplicaçãosobre a base e o tempo útil (tempo em que essa reologia é
mantida). O gesseiro, pela sua experiência, define o teor deágua adequado (relação a/g).
• A aplicação requer experiência para evitar-se o desperdíciodevido 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 apasta pode ser aplicada quando a consistência encontra-seentre 28 mm (início) e 0 mm (fim). Na prática, a definição doteor de água pode ser realizada utilizando esse aparelho de uso
muito simples.
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Aplicação: revestimentos em gesso
Influência da adição de cal ao gesso
P = -0,642.T + 34,778
R2 = 0,925
P = -0,338.T + 37,201
R2 = 0,880
P = -1,365.T + 28,750
R2 = 0,997
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15 20 25
Teor de cal (%)
P e n e t r a ç ã o i n i c i a l ( m m )
a/a 0,5
a/a 0,6
a/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 24
Teor de cal (%)
T e m p o ( m i n
u t o s )
P = 0 mm
P = 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).
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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).
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Aplicação: Gesso acartonado
• As chapas de grandes dimensões finas de gesso revestidasexternamente por duas lâminas de papel, são denominadascomercialmente no Brasil de dry wall.
• O papel kraft que reveste serve de reforço para os esforços detração, o que permite o manuseio seguro de chapas de grandesdimensões e confere resistência a esforços de uso.
• Os produtos têm alta produtividade na montagem e permitem aexecução de serviço com um baixo consumo de material.
• Combinando papel e gesso, o produto, é sensível a ambientesúmidos, podendo apresentar degradação total oubiodeterioração da superfície. Para aplicação em ambientesúmidos recebe tratamento com hidrofugante.
Figura 22 – Absorção de água por superfície
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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 80 100 120
Tempo (minutos)
A b s o r ç ã o d e á g u a ( %
)
Convencional
Resistente à umidade
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Aplicação: Placas e outros componentes de
gesso.
• Placas lisas de gesso moldado, com dimensões de 60 cm x 60cm, com borda reforçada para forros suspensos.
• Perfis moldados, em complementação às placas de gesso,utilizados para a realização de acabamento de bordas eprodução de detalhes arquitetônicos como sancas.
• Blocos de gesso moldados para uso em alvenarias:paralelepípedos vazados, com grandes dimensões (500 mm x666 mm, com espessuras entre 50 mm e 100 mm). Permite boaprodutividade na elevação da alvenaria.
• Fibro-gesso: a fibra é adicionada para melhorar a resistência àtração e ao impacto.
• Porta corta-fogo.
• Isolante acústico.
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Aplicação: Placas e outros componentes de
gesso – Patologia.
• Placas finas de gesso apresentam elevada movimentaçãohigrotérmica, pois são permeáveis ao vapor de água e possuembaixa inércia térmica, entrando em equilíbrio com o ambiente
muito antes do restante da estrutura do edifício.
• A combinação da higroscopicidade com placas de espessuradelgada leva à freqüência e amplitude de movimentação
higrotérmica de paredes e forros de gesso superiores às daestrutura do edifício.
Soluções:
• Em forros de placas moldadas: total dessolidarização dasparedes 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.
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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 dasuperfície se dissolve e precipita continuamente, mas os cristais
apenas se depositam sobre a superfície e não têm o mesmoembricamento da primeira formação. A superfície torna-sepulverulenta.
• Os aditivos orgânicos empregados para controle da pegaapresentam o inconveniente de alimentar o crescimento de
fungos de difícil eliminação. Os aditivos minerais empregadosem excesso podem ser trazidos para a superfície naevaporação da água de amassamento ou na secagem após aabsorção de umidade e formar eflorescências.
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C C
Aplicação: revestimento em gesso
Patologia
• O gesso de construção, particularmente quando exposto a
umidades elevadas, provoca a corrosão do aço. Todos oscomponentes de aço em contato com o gesso devem serprotegidos contra a corrosão, através, por exemplo, degalvanização.
• Artefatos ou revestimentos de gesso apresentam umasuperfície muito lisa, quase polida, às vezes pulverulenta, o que
não permite boa aderência de pinturas de emulsão. A películase forma, mas descola com facilidade (“peeling”). Necessitam,por isso, da aplicação de fundo preparador na superfície.