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CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS E PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS DO GESSO RECICLADO CALCINADO NA TEMPERATURA DE 200ºC
J. A. Roque (1); M. M. T. M. Lima (2); G. Camarini (3)
Caixa Postal 6021, CEP: 13.083-852, Campinas – SP. (1) E-mail: [email protected]
(2) E-mail: [email protected] (3) E-mail: [email protected]
FEC – UNICAMP
RESUMO
A utilização do gesso para fins construtivos tem se ampliado nos últimos anos
com um aumento nos resíduos desse material lançados no meio ambiente sem
perspectiva de reaproveitamento. Assim, para reaproveitar o material faz-se
necessário estudar as alterações nas suas propriedades físicas, químicas e
mecânicas, após o processo inicial de hidratação e sua recuperação por moagem e
calcinação. Este trabalho teve por finalidade comparar propriedades físicas e
mecânicas e prováveis alterações na composição química em amostras de gesso
comercial re-hidratado, após processo de moldagem inicial, moagem e calcinação
na temperatura de 200ºC. As propriedades do gesso reciclado foram determinadas
no pó (difração de Raios-X) e na pasta (pega, resistência à compressão e dureza). A
relação água e gesso utilizada foi de 0,70, em massa. Considerando os resultados
obtidos, nas condições experimentais realizadas, a reciclagem pode ser viável de
acordo com parâmetros da Norma Brasileira.
Palavras-chave: gesso; reciclagem; aglomerantes. INTRODUÇÃO
O gesso é um produto químico aglomerante que se obtém a partir do mineral
gipsita que ocorre em grandes depósitos em todos os continentes. Os depósitos de
gipsita foram formados pela precipitação do sulfato de cálcio presente na água dos
oceanos quando submetida à evaporação. O sulfato de cálcio pode se apresentar
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precipitado na forma de gipsita ou anidrita, quando desidratado, dependendo da
temperatura e de condições ambientais de formação. A gipsita é um sulfato de cálcio
hidratado, representada quimicamente pela fórmula CaSO4.2H2O. Das duas
moléculas de água, uma e meia está fracamente combinada e a outra meia molécula
fortemente combinada. Isto explica o porquê da ocorrência de, pelo menos, duas
fases distintas na fabricação do gesso. Durante o seu processamento industrial, na
primeira fase se desprende a água fracamente combinada, é quando se obtém o
hemidrato, e a segunda fase quando se desprende a água fortemente combinada,
obtendo-se o sulfato anidro solúvel, também conhecido como anidrita III (1). Em
temperaturas muito elevadas nos fornos (> 300 ºC) o gesso perde toda a sua água e
se torna o sulfato de cálcio anidro insolúvel, ou anidrita II, não possuindo mais o
poder aglomerante.
Na aplicação do gesso na construção civil, este sofre um processo de
endurecimento que é essencialmente uma conversão química de hidratação,
voltando a se apresentar na forma de sulfato bihidratado.
As exigências físicas e mecânicas do gesso são reguladas por normas técnicas
brasileiras. Para o gesso utilizável na construção civil, a especificação brasileira NBR
13.207/1994 (2) discrimina essas exigências, com vistas à aceitação ou rejeição dos
lotes.
Os conceitos das propriedades relativas às exigências físicas e mecânicas são
apresentados nas especificações brasileiras NBR 12129 (3) - dureza e resistência à
compressão, e NBR 12128 (4) - tempo de pega.
O objetivo deste trabalho experimental foi avaliar amostras de gesso reciclado
obtidas em laboratório. As amostras foram avaliadas quanto à sua composição
química e propriedades no estado fresco e no estado endurecido.
MATERIAIS E MÉTODOS
Os materiais empregados para a realização deste trabalho experimental foram
gesso comercial e gesso hidratado em laboratório. Para a caracterização de ambos
os gessos foram realizados ensaios para avaliar a sua composição química (difração
de Raios-X), propriedades no estado fresco (tempos de início e fim de pega) e
propriedades no estado endurecido (dureza e resistência à compressão).
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Materiais
Na pesquisa experimental foram utilizadas duas amostras de gesso. Uma
amostra de referência, utilizando gesso comercial de pega lenta, e uma de gesso
reciclado preparada totalmente em laboratório.
a) Gesso de referência A amostra de referência (REF) foi um gesso comercial adquirido no mercado.
Os ensaios físicos e mecânicos foram realizados em pasta com relação água/gesso
0,70. As características do gesso de referência encontram-se nos itens referentes
aos resultados obtidos.
b) Gesso reciclado Na amostra de gesso reciclado, preparada em laboratório, foi utilizada o
mesmo gesso comercial da amostra de referência. Esse gesso foi hidratado com
relação água/gesso 0,70. A relação água/gesso foi escolhida pelo fato de estar
próxima da empregada pelos aplicadores de gesso quando utilizado para
revestimentos. Após a hidratação o gesso hidratado foi moído, tendo todo o material
passante na peneira de abertura nominal 0,297 mm. Após a moagem, esse gesso
hidratado foi submetido à calcinação na temperatura de 200 ºC por um período de
24 horas, sendo denominado de gesso reciclado (GR). Com esse material foram
determinadas as propriedades no estado fresco e no estado endurecido. Os ensaios
físicos e mecânicos foram realizados em pasta com relação água/gesso 0,70.
Características químicas dos gessos Dos gessos de referência e reciclado foram retiradas amostras de 3 cm3 do
material para análise por DRX. A amostra de referência apresentava uma
granulometria adequada para o ensaio de DRX (diâmetro inferior a 75 µm). A
amostra de gesso reciclado sofreu uma moagem em almofariz de porcelana para
atingir a finura adequada para a realização do ensaio. Após a sua preparação, o pó
sofreu prensagem manual no suporte de amostras, e as amostras submetidas à
irradiação em um difratômetro da marca PHILIPS, Série – 1710. Radiação Cukα.
A análise das amostras, a partir de seus difratogramas, foi feita pelo método
Hanawalth com base na posição das linhas, em termos do ângulo de incidência de
3
6º a 80º 2θ, suas intensidades relativas e o espaçamento d de um conjunto particular
de planos. Os dados utilizados para identificação dos possíveis compostos químicos
presentes nos gessos (comercial e reciclado) encontram-se indicados na Tabela I (5).
Tabela I - Possíveis compostos químicos presentes nos gessos (método
“Hanawalth”) COMPOSTO QUÍMICO d (ângströns) Ficha JCPDS (nº) Óxido de cálcio (CaO) 2,41 / 1,70 / 2,78
3,33 / 3,00 /2,28 4-777
28-775 Hidróxido de cálcio (CaOH) 2,63 / 4,90 / 1,93 47-33 Carbonato de cálcio – calcita (CaCO3) 3,04 / 2,29 / 2,10
3,03 / 1,87 / 3,85 5-586 24-27
Carbonato de cálcio e magnésio – dolomita (CaMg(CO3)2)
2,89 / 2,19 / 1,79 11-78
Óxido de magnésio (MgO) 3,43 / 2,90 / 2,53 27-759 Óxido de magnésio (MgO) 2,12 / 2,42 / 1,50 19-771 Carbonato de magnésio (MgCO3) 2,74 / 2,10 / 1,70 84-79 Hidróxido de magnésio (MgOH) 2,37 / 4,77 / 1,79 72-39
Sulfato de cálcio - γ (CaSO4) 6,06 / 3,02 / 2,81 26-329 Sulfato de cálcio - α (CaSO4) 3,84 / 2,95 / 2,53 26-328 Sulfato de cálcio – anidrita (CaSO4) 3,50 / 2,85 / 2,33 6-226 Sulfato de cálcio hidratado – gipsita
(CaSO4.2H2O) 7,56 / 3,06 / 4,27 2,87 / 4,28 / 2,68
6-46 21- 816
Sulfato de cálcio hidratado (CaSO4.H2O) 3,57 / 2,17 / 2,34 21-167 Sulfato de cálcio hidratado (CaSO4.0,15H2O) 6,05 / 3,02 / 3,49 23-128 Sulfato de cálcio hidratado – bassanita
(CaSO4.0,5H2O) ou hemidrato 6,01 / 3,01 / 2,80 2,77 / 5,94 / 2,97
24-1068 24-1067
Talco (Mg3.Si4O10.(OH)2) 9,34 / 3,12 / 4,66 9,35 / 1,53 / 4,59
13-558 19-770
Óxido de silício (SiO2) - α -quartzo 3,34 / 4,26 / 1,82 5-490 Óxido de cálcio (CaO4) 1,21 / 2,63 / 1,95 21-155 Óxido de cálcio (CaO2) 2,52 / 2,95 / 1,92 3-865 Óxido de ferro (Fe2O3) 2,95 / 2,52 / 2,09
3,60 / 6,01 / 4,36 15-615 21-920
Óxido de alumínio (Al2O3) 1,98 / 1,69 / 2,45 1,98 / 1,40 / 2,39
21-10 10-425
Para este estudo foram selecionados alguns compostos indicados na Tabela II,
cujos dados correspondentes foram utilizados na identificação das possíveis
alterações nas características químicas do gesso reciclado em comparação às do
gesso de referência.
Tabela II - Compostos químicos estudados nos gessos (método “Hanawalth”)
COMPOSTO QUÍMICO d (ângströns) Ficha JCPDS (nº) Sulfato de cálcio – anidrita (CaSO4) 3,50 / 2,85 / 2,33 6-226 Sulfato de cálcio hidratado (CaSO4.0,15H2O) 6,05 / 3,02 / 3,49 23-128 Sulfato de cálcio hidratado – bassanita
(CaSO4.0,5H2O) ou hemidrato 6,01 / 3,01 / 2,80 2,77 / 5,94 / 2,97
24-1068 24-1067
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Propriedades dos gessos
Para a avaliação das propriedades e características das amostras de gesso
(referência e reciclado) foram realizadas séries de ensaios relativos aos tempos de
pega, à dureza e à resistência à compressão, de acordo com o especificado nas
normas brasileiras vigentes. Todas as propriedades foram determinadas em pasta
com relação água/gesso 0,70.
a) Tempos de pega
O ensaio foi executado seguindo as recomendações da NBR 12128 (4),
utilizando o aparelho de Vicat modificado. Os resultados do início e do fim de pega
obtidos foram expressos em minutos e segundos.
b) Resistência à compressão
A moldagem dos corpos-de-prova seguiu as recomendações da NBR 12129 (3).
Os corpos-de-prova eram cúbicos de 50 mm de aresta (Figura 1) e foram ensaiados
na idade de 7 dias (Figura 2).
Figura 1 – Corpos-de-prova confeccionados para os ensaios de dureza e resistência
à compressão.
Figura 2–Ensaio de resistência à compressão – ruptura do corpo-de-prova.
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c) Ensaio de dureza
O ensaio e a moldagem dos corpos-de-prova seguiram as recomendações da
NBR 12129 (3): corpo-de-prova cúbico, com 50mm de aresta; esfera de aço com
diâmetro de 11,7mm; e aplicação de carga fixa de 500N, por 15 segundos.
A idade dos corpos-de-prova na execução do ensaio de dureza foi de 7 dias.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
A seguir serão apresentados os resultados das características obtidas para o
gesso de referência e para o gesso reciclado em laboratório.
Características químicas do gesso
Para fins de identificação de possíveis alterações na composição química do
gesso, quando reciclado na temperatura de 200ºC, foram adotados como
parâmetros de análise a presença do sulfato de cálcio (CaSO4), como anidrita e com
suas diferentes moléculas de água de hidratação, em duas amostras descritas na
Tabela III.
Tabela III – Dados das amostras analisadas por Difração de Raios-X.
Código da amostra
Denominação Observações
REF Gesso comercial de referência
Procedência Pernambuco
GR Gesso reciclado em laboratório
Moído e calcinado a 200ºC
Com os dados das distâncias interplanares características de cada composto
cristalino de interesse, constantes da Tabela II, foi interpretado o relatório da análise
emitido pelo laboratório, realizando-se a comparação entre a posição e a intensidade
dos picos registrados nos difratogramas de ambas amostras, conforme as Figuras 3
e 4.
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Figura 3 - Difratograma de Raios-X do gesso de referência (REF).
No difratograma relativo ao gesso de referência (REF) são identificados como
picos principais os correspondentes ao hemidrato (14,9º; 29,8º; 31,9º2θ), à anidrita
(25,5º; 30,9º; 38,4º2θ) e ao sulfato de cálcio com 0,15 molécula de água (14,7º;
25,5º; 29,4º2θ).
Figura 4 - Difratograma de Raios-X do gesso reciclado em laboratório (GR).
No difratograma relativo ao gesso reciclado (GR), também são identificados
como picos principais os correspondentes ao hemidrato (14,8º; 29,7º; 32,0º2θ), à
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anidrita (25,7º; 30,9º; 38,5º2θ) e ao sulfato de cálcio com 0,15 molécula de água
(14,7º; 25,7º; 29,7º2θ).
Por meio da comparação direta entre os difratogramas da Figura 3 e da Figura
4, e de acordo com os relatórios de análise, pode-se observar alterações na
intensidade dos picos dos compostos estudados no gesso reciclado em laboratório
(GR) em relação ao gesso comercial de referência (REF), em especial quanto ao
hemidrato, sem, contudo, identificar outras alterações na presença dos outros
compostos químicos de referência, após o processo de reciclagem.
Propriedades físicas e mecânicas do gesso
A seguir serão apresentadas as propriedades dos gessos de referência e
reciclado nos estados fresco e endurecido.
a) Tempos de pega – Inicial e final
A Tabela IV apresenta os valores obtidos para os tempos de pega a partir do
ensaio da pasta de gesso, de acordo com os procedimentos indicados na NBR
12128 (4).
Tabela IV – Tempos de pega das pastas de gesso (REF e GR)
Amostra Tempos de pega (min) Intervalo Início Fim (min)
REF 16 30 14 GR 36 48 12
As exigências contidas na norma NBR 13.207 (2) estão indicadas na Tabela V.
Tabela V – Exigências da NBR 13207 (2) quanto ao tempo de pega.
Tempo de pega (min.) Classificação do Gesso INICIO FIM Gesso fino para revestimento > 10 > 45 Gesso grosso para revestimento > 10 > 45 Gesso fino para fundição 4 – 10 20 – 45 Gesso grosso para fundição 4 – 10 20 – 45
Destes resultados observa-se que houve um aumento dos tempos de início e
fim pega para o gesso reciclado e calcinado à temperatura de 200 ºC. O início de
pega aumentou em 20 min e o fim de pega em 18 min. No entanto, observa-se que a
diferença entre o início e o fim de pega para ambos os gessos foi semelhante.
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Neste sentido, as amostras de gesso REF e GR estão em conformidade com
as normas brasileiras que recomendam um tempo de início de pega para os gessos
de revestimento superior a 10 minutos, segundo exigências da NBR 13207 (2).
Quanto ao tempo de fim de pega, o gesso de referência (REF) não satisfez a
norma para gesso de revestimento (valores superiores a 45 min), enquadrando-se
nos limites dos gessos para fundição, que varia entre 20 e 45 min. O gesso reciclado
(GR) atendeu esta exigência de norma para os gessos indicados como de
revestimento.
b) Dureza
A Tabela VI apresenta os valores obtidos para a dureza das pastas estudadas,
conforme os procedimentos da NBR 12129 (3).
O parâmetro relativo à dureza do gesso para construção civil, segundo a NBR
13207 (2), está indicado na Tabela VII.
Os resultados das amostras de gesso referência (REF) e de gesso reciclado
(GR) não atingiram à exigência mínima (> 30,00 N/mm2) da NBR 13207 (2). Os
resultados das amostras ficaram abaixo da metade do mínimo exigido. Observou-se,
também, que os valores de dureza obtidos nos gessos estudados foram
semelhantes.
Tabela VI – Dureza dos gessos REF e GR
Amostra Profundidade Média (mm) Dureza (N/mm2) REF 1,08 12,6
GR 0,97 14,1
Tabela VII – Exigência da NBR 13207 quanto à dureza do gesso para construção
civil.
Determinação mecânica Unidade Limite Dureza N/mm2 > 30,00
c) Resistência à compressão
A Tabela VIII apresenta os valores médios das resistências à compressão na
idade de 7 dias para ambas as pastas de gesso REF e GR, conforme os
procedimentos indicados pela NBR 12129 (3).
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Tabela VIII – Resistência média dos gessos submetidos à compressão (3).
Amostra Resistência Média (MPa)REF 3,9
GR 4,0
A especificação brasileira NBR 13.207 (2) estabelece um valor mínimo para a
resistência à compressão do gesso para construção civil de 8,4 MPa.
Com relação à resistência à compressão, os resultados das pastas de gesso
de referência (REF) e de gesso reciclado (GR) não atingiram os valores mínimos
(8,40 MPa) exigidos pela especificação brasileira. Este fato indica que mesmo o
gesso de referência (REF) adquirido no mercado não estava em conformidade com
as normas brasileiras.
CONCLUSÕES
Os dados obtidos permitem sugerir que não há alterações importantes nas
características químicas do gesso reciclado, com relação ao gesso comercial de
referência, nas condições experimentais existentes, considerando-se a presença da
anidrita e dos sulfatos de cálcio hidratados estudados. Quanto aos demais
compostos cristalinos presentes, uma interpretação mais detalhada dos
difratogramas obtidos e análises complementares por outras técnicas instrumentais
são requeridas para se identificarem possíveis alterações nesses compostos, o que
não foi objeto deste estudo.
Quanto às propriedades físicas e mecânicas, os resultados obtidos neste
trabalho indicaram que o gesso calcinado em laboratório na temperatura de 200ºC
apresentou características próximas às do gesso comercial utilizado como
referência. Considerando as características químicas e propriedades físicas e
mecânicas encontradas, somente sob estas condições, pode-se considerar viável a
reciclagem do gesso sob os parâmetros de Norma relativos aos tempos de início de
pega, porém, sendo necessários estudos mais abrangentes para caracterizar a
viabilidade quanto aos demais parâmetros relativos às exigências físicas e
mecânicas (dureza e resistência à compressão) e à composição química.
AGRADECIMENTOS
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Agradecemos o apoio dos técnicos do Laboratório de Estruturas e Construção
Civil da FEC/UNICAMP, em especial ao Luciano Passos e ao Rodolfo Bonamigo,
pela presteza e orientação na execução dos nossos trabalhos.
Agradecemos à FUNDACENTRO/CHT, em especial à Química Alcinéia M. dos
Anjos Santos, que forneceu as orientações necessárias para o estudo da técnica de
DRX aplicada a minerais, realizando a análise das amostras de gesso.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. DE MILITO, J.A. Avaliação do comportamento de pastas de gesso com cimento portland e sílica ativa para revestimento. Campinas, SP, 2001.
Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - FEC, Universidade Estadual de
Campinas.
2. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Gesso para construção civil: especificação. - NBR 13207. Rio de Janeiro, 1994.
3. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Gesso para construção civil – determinação das propriedades mecânicas: especificação. - NBR 12129.
Rio de Janeiro, 1991.
4. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Gesso para construção civil – determinação das propriedades físicas da pasta: especificação. - NBR
12128. Rio de Janeiro, 1991.
5. JOINT COMMITTEE FOR POWDER DIFFRACTION SYSTEMS. Powder diffraction file search manual - Hanawalt method inorganic. Pennsylvania:
JCPDS, 1978. (publication SMH-28).
CHEMICAL CHARACTERISTICS AND PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF RECYCLED PLASTER OF PARIS WITH DEHYDRATION AT A
TEMPERATURE OF 200ºC.
ABSTRACT
The use of plaster of Paris for construction process has extended in the last
years and, as resulted, it is started to notice an increase in the wastes of this material
that are launched in the environment, without perspective of the reuse. Then, for
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recycle this mineral, it is necessary to study the alterations in the physical, chemical
and mechanical properties of the material, after the initial process of hydration and its
recovery for milling and dehydration. This work had for purpose to compare the
physical and mechanical properties and the probable alterations in the chemical
composition in commercial plaster samples, after process of initial molding, milling
and dehydration at a temperature of 200ºC. The properties of recycled plaster had
been determined in the dust (X-ray diffraction) and in the paste (setting time,
compressive strength and hardness). The relation water and plaster was of 0,70, in
weight. Considering the chemical characteristics and joined physical and mechanical
properties, in the through experimental conditions, it can be viable the recycling of
plaster in accordance with the parameters of the Brazilian Norm.
Keywords: plaster of Paris, recycling, binders.
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