1
Introdução
O gesso é
obtido a partir da moagem e calcinação da gipsita (sulfato de cálcio
di-hidratado – CaSO4.2H2O). A calcinação, quando
realizada à pressão atmosférica em uma faixa de temperatura entre 125ºC e 160ºC
[1], dá origem ao gesso beta (b-CaSO4.0,5H2O), um pó de elevada área superficial específica
e cristais porosos que, quando hidratado, leva à formação de cristais com o
formato de agulhas finas entrelaçadas [2].
Por
ser um material atóxico, possuir bom aspecto estético, apresentar facilidade de
fabricação, dispor de propriedades de isolamento térmico e acústico, entre outras características, o
gesso vem ganhando espaço na construção civil [3]. No entanto, o sulfato de cálcio hemidratado apresenta
limitações quanto ao uso em áreas molhadas ou ambientes externos pois, por ser
um aglomerante aéreo, possui baixa resistência à ação da água.
Assim, como
uma forma de minimizar os efeitos da umidade no desempenho do gesso, tem-se
investido no uso de hidrorrepelentes. Os hidrorrepelentes à base de poliuretanos
agem como formadores de película e os hidrorrepelentes derivados de silicones
(silanos e siloxanos) agem como modificadores da tensão superficial dos poros
[4],
ademais, são chamados de aditivos de massa, quando
misturado na água de amassamento ou impermeabilizante de superfície, quando
utilizados como pintura [5].
Diante
do crescente uso do gesso na construção civil e com o intuito de prolongar a
sua durabilidade, o presente artigo tem como objetivo contribuir para o estudo
do gesso com a presença de hidrorreplentes, avaliando a influência desses
polímeros nas propriedades do hemidratado por meio de ensaios de tempo de pega,
calor de hidratação, dureza superficial, resistência à compressão axial,
porosidade geométrica, absorção de água por imersão total e por capilaridade.
2
Materiais
e Métodos
Para o
desenvolvimento da pesquisa foram utilizados gesso de fundição obtido no Polo
Gesseiro do Araripe, em Araripina – PE, um hidrorrepelente de massa, para gesso,
à base de silano e siloxano e um hidrorrepelente de superfície, para gesso, à
base de poliuretano.
O gesso
utilizado neste estudo foi caracterizado quanto a granulometria, massa unitária,
massa específica, teores de água livre e de cristalização, de acordo com os
métodos presentes na Tabela 1. Os valores médios obtidos e os respectivos
desvios-padrão estão descritos na Tabela 2.
Quanto aos valores da Tabela 2,
a NBR 13207 ABNT de 2017 [16] especifica
que 90% do gesso, no mínimo, deve passar na peneira de abertura de 0,29 mm.
Assim, o material analisado atende a esse requisito.
Embora não
seja tratada nas normas de gesso para a construção civil, a determinação da
massa específica pode auxiliar na determinação da composição do gesso, além de
ser uma grandeza que caracteriza a homogeneidade do material [17]. O valor encontrado condiz com o
apresentado por Silva em sua pesquisa [18]. Em relação a massa unitária, por norma o valor deve ser ≥
600 kg/m³, sendo superior ao encontrado. Os valores de massa específica e massa
unitária são influenciados pelo arranjo dos cristais e a estrutura cristalina
na massa do gesso, que dependem das condições de calcinação da gipsita e
produção do hemidratado, o que pode justificar a diferença em relação ao
requisito normativo [17].
Já em se
tratando dos teores de água livre e de cristalização os valores de referência
são de ≤ 1,3% e 4,2% a 6,2%, respectivamente. Cabe ressaltar que o teor de água
de cristalização evidencia a condição de calcinação da gipsita, apresentando
relação com a composição do gesso, variando entre a gipsita, hemidrato e
anidritas. Teores acima de 6,2% podem indicar a presença de matéria não
calcinada e abaixo de 4,2% matéria super calcinada [17].
Os efeitos dos
hidrorrepelentes sobre o comportamento do gesso foram avaliados tanto no estado
fresco quanto no estado endurecido. A avaliação das propriedades no estado
fresco foram feitas com a pasta de referência e com a adição do hidrorrepelente
de massa, a partir da determinação do tempo de pega e do calor de hidratação
utilizando um calorímetro pseudoadiabático, conforme procedimento presente na Tabela 1.
No
estado endurecido foram avaliadas a resistência à compressão axial, dureza
superficial, porosidade geométrica, absorção de água por imersão total e absorção de
água por capilaridade,
consoante os métodos indicados na Tabela 1.
A pasta de referência
(GR) foi preparada conforme procedimento descrito na NBR 12128 ABNT de 2019 [9]. Já as pastas de gesso com
hidrorrepelente de massa, (G2ml/kg e G4ml/kg) foram preparadas com a adição do hidrorrepelente
à água de amassamento na proporção de 2 ml e 4 ml por kg de gesso, 0,2% e 0,4%
respectivamente, seguindo o mesmo processo de produção da pasta de referência.
O hidrorrepelente de superfície foi aplicado em todas as faces dos corpos de
prova secos em 2 e 4 demãos (G2D e G4D, respectivamente).
A escolha da
proporção de hidrorrepelente de massa e da quantidade de demãos do
hidrorrepelente de superfície tiveram como base as recomendações do fabricante.
Em todos os tratamentos (cuja identificação encontra-se disposta na Tabela 3) foram utilizados a relação água/gesso de 0,7, relação comumente utilizada
na fabricação comercial dos blocos de gesso do Polo Gesseiro do Araripe [18].
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Foram definidos 5 tratamentos
com 3 corpos de prova cúbicos de dimensões (5x5x5) cm, por ensaio, para avaliar
as propriedades de dureza superficial, resistência à compressão e absorção por
imersão total, e 3 corpos de prova prismáticos de dimensões (4x4x16) cm para
avaliar a absorção por capilaridade. Para a determinação da porosidade geométrica
foram utilizados os corpos de prova do ensaio de absorção por imersão total,
com o intuito de verificar a existência de uma diminuição ou aumento da porosidade
geométrica em função da quantidade de hidrorrepelente de massa utilizado. Ao
todo foram moldados 60 corpos de prova.
A análise
estatística foi realizada por meio do Software RStudio para avaliar a
influência dos hidrorrepelentes utilizados nas propriedades no estado fresco e
endurecido do gesso. O teste de Ducan, pelo qual se faz confronto de amostras
em pares para verificação de diferenças significativas, foi aplicado ao nível
de significância de 95%.
3
Resultados
e Discussão
3.1 Avaliação das propriedades no estado fresco
Calor
de hidratação
Na Figura 1, observa-se
que as curvas obtidas apresentaram um comportamento típico (curva com uma
distribuição sigmoidal). Nos tratamentos GR, G2ml/kg e G4ml/kg, os valores
máximos de temperatura obtidos foram de 49,11°C, 45,09°C e 45,44°C,
respectivamente. Desta forma, a utilização do hidrorrepelente de massa levou a
menores temperaturas em relação à pasta de referência.
Figura 1: Curvas calorimétricas do ensaio de calor de hidratação pelo
sistema pseudoadiabático.
Fonte: Autores
(2020).
A reação de
hidratação pode ser utilizada para explicar a pega da pasta de gesso. Ao entrar
em contato com a água de amassamento uma parte do sulfato de cálcio hemidratado
se dissolve imediatamente, tornando a solução saturada em relação aos íons Ca2+
e SO42-. Esta solução saturada torna-se supersaturada em
relação ao di-hidrato de sulfato de cálcio, levando à nucleação e crescimento
de cristais. Durante o período de indução, ocorrem agrupamentos de íons Ca2+
e SO42- hidratados, levando à formação de núcleos de
di-hidrato. Os núcleos que adquirem um determinado tamanho crítico iniciam a
cristalização do sulfato de cálcio di-hidratado o que resulta no endurecimento
da pasta [19].
Até o final do
período de indução não há elevação de temperatura além da ocasionada pela
molhagem dos grãos. No final do período de indução há presença de núcleos de
cristalização o que altera a consistência da pasta, propriedade que aumenta
cada vez mais devido a formação da microestrutura, até o seu completo
endurecimento [20].
O hidrorrepelente
pode influenciar no aumento ou diminuição do calor de hidratação por meio da
modificação da solubilidade do hemidratado, modificação da cinética de
dissolução ou da taxa de crescimento de cristal [21]. O estudo em questão sugere
que a presença do hidrorrepelente de massa leva a uma diminuição da velocidade
da reação de hidratação do hemidratado o que leva a liberação de uma menor
quantidade de calor.
O
mesmo comportamento foi observado pelo grupo de pesquisa de Wu et al., onde
foi preparado um bloco impermeável de gesso obtido através da dessulfuração de
gases de combustão e modificado por clínquer de silicato. A adição do clínquer
levou a um comportamento similar ao hidrorrepelente quanto à curva de
hidratação, ou seja, de acordo com os pesquisadores, houve uma diminuição na
taxa de reação de hidratação do gesso e do calor total liberado na hidratação [22].
Tempo
de pega
Analisando a Figura
2, observa-se que o início e o fim de pega ocorreram, respectivamente, nos
tempos de 20,25 min e 35 min no tratamento GR, 21,92 min e 35,25 min no
tratamento G2ml/kg e 22,5 min e 36,25 min no tratamento G4ml/kg. Percebe-se que,
com a adição do hidrorrepelente de massa, não há diferença significativa nos
tempos de início e fim de pega, em relação a pasta de referência (GR). Comparando-se
aos valores estabelecidos na NBR 13207 ABNT de 2017 [16], em média, os valores encontrados
estão acima do recomendado, porém cabe ressaltar que no estudo foi utilizado
uma relação água/gesso de 0,7, bem acima da relação necessária para a
consistência normal.
Figura 2: Resultados do ensaio de tempo de pega.
Fonte: Autores (2020).
3.2 Avaliação das propriedades no estado endurecido
A Tabela 4 apresenta
os valores médios, com o desvio-padrão, das propriedades obtidas nos ensaios de
dureza superficial, resistência à compressão, absorção de água por imersão e
por capilaridade. Além disso, foi realizado o teste de Ducan para comparação de
médias, para cada propriedade. Na Tabela 4, os valores com letras iguais (que
estão sobrescritas aos valores) representam médias estatisticamente iguais.
Porosidade
geométrica
Na Figura 3
estão representados os valores percentuais da porosidade geométrica dos corpos
de prova com os tratamentos GR, G2ml/kg e G4ml/kg.
Figura 3:
Resultados do ensaio de porosidade
geométrica.
Fonte: Autores (2020).
A
variação percentual entre o tratamento que alcançou a maior porosidade e o que
alcançou a menor porosidade é menor que 1%, assim, assume-se que o volume total
de poros não varia com a adição do hidrorrepelente de massa, de modo que é
possível inferir que a redução da porosidade não é o mecanismo de ação do
hidrorrepelente utilizado. Dessa forma, uma explicação é que o produto não
altera a quantidade de poros mas atua na diminuição do tamanho dos poros de
acordo com o estudo de Jakobsmeier com os polímeros silano e siloxano [23].
O
valor encontrado no tratamento de referência (GR) foi maior que o calculado em
outras pesquisas que variaram entre 51% e 54% para uma relação água/gesso de
0,7 [13,
24]. No
entanto, foi próximo
ao determinado na
pesquisa desenvolvida por Barbosa, que foi de 56% [25]. Acredita-se que a
diferença na porcentagem de porosidade se deve a etapa de moldagem e
compactação manual dos corpos de prova que visa remover bolhas de ar que possam
estar presentes na pasta.
Por
meio da Tabela 4, nota-se que a porosidade dos corpos de prova de referência
(GR) não tiveram diferença significativa em relação aos valores de porosidade
encontrados nos corpos de prova em que houve a adição do hidrorrepelente de
massa (G2ml/g e G4ml/kg).
Dureza
superficial
De acordo com
a NBR 13207 ABNT de 2017 [16], o gesso para construção civil deve apresentar dureza maior ou igual a
20 N/mm². Dessa forma, todos os tratamentos atenderam ao valor normativo, como
mostra a Figura 4.
Figura 4: Resultados do ensaio de dureza do gesso submetido a diferentes
tratamentos.
Fonte: Autores (2020).
Os corpos de
prova de referência (GR) apesentaram uma dureza de 23,34 N/mm². O maior valor
de dureza foi alcançado com o tratamento G2ml/kg (23,80 N/mm²), enquanto que o
menor valor foi obtido com o tratamento G4ml/kg (20,30 N/mm²). O teste de Ducan
indicou que os tratamentos G4ml/kg e G4D não apresentaram diferença
significativa entre si, bem como os tratamento G4ml/kg e G2D. Em relação à
dureza obtida com o tratamento GR, considera-se estatisticamente igual aos
valores obtidos com G2ml/kg e G2D.
Resistência
à compressão axial
Os resultados
de resistência à compressão estão expressos na Figura 5.
Figura 5: Valores obtidos de resistência à compressão.
Fonte: Autores (2020).
A resistência à compressão alcançada pelas amostras variou entre 8,55 MPa
e 10,46 MPa.
A presença de hidrorrepelente de massa levou a uma alteração
no comportamento do material, seguindo uma tendência onde quanto maior a adição
do hidrorrepelente de massa menor a resistência do gesso. Já o valor médio de
resistência com o hidrorrepelente de superfície foi maior do que o obtido em GR
devido ao fato de que o filme formado pelo hidrorrepelente (G4D), pode ter absorvido
mais energia antes da ruptura.
A NBR 13207
ABNT de 2017 [16] não
indica o valor de referência para a resistência à compressão do gesso para
fundição. A edição anterior da NBR 13207 ABNT de 1994 [26], recomendava uma resistência à
compressão mínima de 8,40MPa para um gesso de construção produzido com a
relação água/gesso na consistência normal. A partir da análise da Figura 5, observa-se
que todos os tratamentos atenderam ao valor estabelecido em norma e que os
valores de resistência alcançados não apresentaram diferença estatística entre
si.
Absorção de água por imersão total
A NBR 16494
ABNT de 2017 [27] estabelece
que a capacidade de absorção para blocos hidrofugados deve ser menor ou igual a
5%. A Figura 6 apresenta a média dos valores obtidos em cada série.
Figura 6: Valores obtidos na absorção por imersão total.
Fonte: Autores (2020).
Os
corpos de prova de referência (GR) apresentaram uma absorção de cerca de 35%
enquanto que, nos corpos de prova com o hidrorrepelente de massa, a absorção
ficou abaixo dos 10%. Assim, apesar de não atender ao requisito normativo, a
adição do hidrorrepelente de massa reduziu consideravelmente a absorção de água
por imersão.
No
que diz respeito ao hidrorrepelente de superfície, a aplicação do produto não
foi suficiente para minimizar a entrada da água. Quando se utilizam tratamentos
superficiais, um dos fatores que influenciam nos resultados é a aplicação uniforme
do produto na superfície. Quando ocorre qualquer falha na aplicação, a barreira
contra a ação da água é reduzida. Outro fator que influencia nos resultados,
quando se trata de hidrorrepelentes, é a pressão hidrostática, que, embora
pequena, está presente no ensaio de absorção por imersão total. Na prática é
pouco provável que o gesso com o hidrorrepelente esteja exposto a uma situação
em que estará submerso, que é o que ocorre no ensaio em questão.
Vale
destacar que, as falhas a que o artigo se refere, são falhas não visíveis, de
modo que, não foram identificadas antes da realização dos ensaios.
Do
ponto de vista estatístico, não há diferença significativa entre os tratamentos
G2ml/kg e G4ml/kg.
Absorção
de água por capilaridade
Na Figura 7
estão apresentados os resultados obtidos do coeficiente de capilaridade e na
Figura 8 estão presentes os tratamentos que alcançaram os menores coeficientes
de capilaridade.
Figura 7: Resultados do ensaio de absorção por capilaridade.
Fonte: Autores (2020).
Por
meio da Figura 7 observa-se que os tratamentos que apresentaram melhores
resultados, foram os tratamentos G2ml/kg, G4ml/kg e G4D, com destaque para os
tratamentos G4ml/kg e G4D. Os resultados foram menores que o encontrado na
literatura. No trabalho desenvolvido por Silva [18], foi avaliada a eficácia
da adição de hidrorrepelente de massa nas propriedades do gesso, em dosagens que
variavam de 0,2% a 1%. O menor valor do coeficiente de capilaridade foi de 1.093 x 10-4(kg/m².s0,5)
e obtido com a adição de 1% de
hidrorrepelente. Já no trabalho desenvolvido por Santos [28], as dosagens variaram de 0,08% a 0,5%,
onde o menor coeficiente de capilaridade foi de 155 x 10-4(kg/m².s0,5),
com a adição de 0,5% de hidrorrepelente.
Observa-se
que a aplicação de duas demãos (tratamento G2D) não foi suficiente para
diminuir a taxa de absorção capilar. Em contrapartida, com a aplicação de
quatro demãos obteve-se um resultado satisfatório e comparável ao alcançado com
o hidrorrepelente de massa.
Na
Figura 8 é possível notar que a absorção do tratamento G4D é bem próxima de
zero. Isso ocorre devido a impermeabilização ocasionada pela presença da
película, que barra a ascensão da água através dos poros do corpo de prova.
Por
ser um ensaio em que há apenas uma lâmina de água, com a altura de 0,5cm, em
contato direto com o material, a chance de haver uma falha naquela pequena região,
é menor do que no ensaio de absorção por imersão total, onde todas as faces
estão em contato direto com a água.
O
ensaio de absorção por capilaridade permite uma avaliação mais semelhante a
ação da água a que o gesso estará exposto quando utilizado em áreas molhadas ou
em ambientes externos, como por exemplo, em alvenaria de vedação, onde é comum
o uso de blocos de gesso sem revestimento.
Figura 8: Resultados do ensaio de absorção por capilaridade. Ampliação.
Fonte: Autores (2020).
As
Figuras 9 a 11 mostram o efeito da água no processo de degradação do gesso após
o ensaio, onde é possível notar que a presença do hidrorrepelente, de massa ou
de superfície, contribui para manter a integridade do material.
Figura
9: Aspecto dos corpos de prova após o ensaio de absorção
por capilaridade. Corpos de prova de referência (GR). Após 24h em contato com a
água a base sofreu um desgaste maior em relação aos demais tratamentos.
Fonte: Autores (2020).
Figura 10: a. Tratamento G2ml/kg. b.Tratamento G4ml/kg. A adição do
hidrorrepelente de massa leva a uma menor dissolução do gesso quando comparado aos
corpos de prova de referência (GR).
Fonte: Autores
(2020).
Figura 11: a. Tratamento G2D. b.Tratamento G4D. A presença de falhas
leva possibilita uma maior absorção.
Fonte: Autores (2020).
De acordo com
a norma DIN 52617 de 1987, citada por Santos [28], os materiais podem ser classificados
segundo o valor do coeficiente de capilaridade. Com base nessa norma, o
tratamento G4D é dito quase impermeável por apresentar um coeficiente de capilaridade
de 3,39 x 10-4 kg/m².s, ou seja, menor que 83,3 x 10-4 kg/m².s.
Os tratamentos G2ml/kg e G4ml/kg são classificados como “preventivo contra a
água” (Aw < 333 x 10-4 kg/m².s) com o coeficiente de 195,55 e
122,05 x 10-4 kg/m².s, respectivamente. Enquanto que, os tratamentos
GR e G2D são ditos materiais de “sucção rápida”. De acordo com o teste de
Ducan, os tratamentos G2ml/kg e G4ml/kg não apresentaram diferença estatística
significativa entre si, mas quando comparou-se o tratamento G4ml/kg com o
tratamento G4D, houve diferença estatística significativa.
4
Conclusões
Com base nos resultados deste trabalho, pode-se concluir que:
·
As
curvas do calor de hidratação mostraram que a presença do hidrorrepelente de
massa leva a uma diminuição da temperatura, que pode estar relacionada a uma
diminuição da taxa de hidratação do sulfato de cálcio hemidratado;
·
Nas séries com hidrorrepelente
de massa, não foram observadas alterações nos tempos de início e fim de pega em
relação a pasta de referência;
·
Todos os
tratamentos alcançaram o valor mínimo de dureza estabelecido na NBR 13207 ABNT
de 2017 [16], no entanto, a medida que foi
aumentada a quantidade de hidrorrepelente de massa ou de superfície, houve uma
redução da dureza superficial;
·
Todos os
tratamentos alcançaram o valor mínimo de resistência à compressão estabelecido na
NBR 13207 ABNT de 1994 [26],
porém notou-se que a adição de uma maior quantidade de hidrorrepelente de massa
levou a menores valores de resistência;
·
A porosidade
geométrica não foi influenciada pela adição de hidrorrepelente;
·
O uso do hidrorrepelente
de massa influenciou positivamente na redução da absorção de água por imersão
total, em relação aos corpos de referência (GR);
·
Os tratamentos
G2ml/kg, G4ml/kg e G4D reduziram expressivamente a absorção por capilaridade,
em relação aos corpos de referência (GR).
Assim,
observou-se que o hidrorrepelente de massa tornou o material mais resistente à
ação da água mantendo as demais propriedades avaliadas sem grandes alterações
em relação ao gesso de referência (GR). Quanto ao hidrorrepelente de
superfície, a aplicação de 4 demãos no ensaio de capilaridade mostrou-se eficaz
como barreira contra a ascensão da água por capilaridade.
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