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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
AVALIAÇÃO DE NOVOS ADITIVOS QUÍMICOS PARA MODIFICAÇÃO DE
PROPRIEDADES DO GESSO
Vanessa Rodrigues Campos
Salvador
2017
ii
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
AVALIAÇÃO DE NOVOS ADITIVOS QUÍMICOS PARA MODIFICAÇÃO DE
PROPRIEDADES DO GESSO
Vanessa Rodrigues Campos
Projeto de Doutorado apresentado ao
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA CIVIL, com requisito parcial à
obtenção do título de DOUTOR EM
ENGENHARIA CIVIL, na área de concentração
Construção Civil e Materiais.
Orientador: Prof. Dr. Ricardo Fernandes Carvalho
Agência Financiadora: FAPESB
Salvador
2017
iii
MEMBROS DA BANCA EXAMINADORA DO PROJETO DE DOUTORADO DE
VANESSA RODRIGUES CAMPOS
APRESENTADO AO PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA
CIVIL, DA UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA, EM 12 DE DEZEMBRO DE
2017.
BANCA EXAMINADORA
_____________________________________
Prof. Dr.(a) Ricardo Fernandes Carvalho
Orientador
PPEC - UFBA
_____________________________________
Prof. Dr.(a) Daniel Véras Ribeiro
PPEC – UFBA
_____________________________________
Prof. Dr.(a) Carlos Alberto Caldas de Souza
PPEC – UFBA
iv
RESUMO
As vantagens de isolamento témico e acústico, proteção ao fogo e estética
justificam o uso do gesso como aglomerante na produção de componentes e
de argamassas para revestimento na indústria da construção civil. No
entanto, as limitações quanto à resistência, ao tempo de pega e à
consistência exigem a incoporação de aditivos que possam promover a
modificação dessas propriedades. Assim sendo, esse trabalho visa avaliar
os efeitos dos líquidos iônicos como aditivo, incorporados à pastas de gesso
nas proporções de 1%, 0,9%, 0,7%, 0,5% e 0,2% comparados aos aditivos
comerciais. Em vista disso, será investigada a influência do comprimento da
cadeia dos líquidos iônicos, utilizados como aditivo, na melhoria das
propriedades de pastas de gesso. Pretende-se utilizar a sílica, como adição
mineral, para melhoria do desempenho mecânico do gesso aditivado por
liquido iônico. Os materiais serão avaliados no estado fresco e endurecido
quanto a resistência à compressão, compressão diametral, flexão, dureza,
consistência, tempo de pega e determinação do módulo de elasticidade. Os
resultados preliminares e qualitativos indicaram que o líquido iônico atuou
como aditivo retardador de pega e plastificante da pasta do gesso. A
melhoria das propriedades do gesso amplia sua utlização como um
aglomerante que atenda as caracteristicas exigidas na indústria da
contrução civil, podendo tornar-se uma alternativa compatível aos
aglomerante atuais, de alto impacto ambiental.
Palavras-chave: Gesso. Aditivo. Líquido iônico. Silica. Propriedades fisico-
mecânicas.
v
SUMÁRIO
Pág.
BANCA EXAMINADORA .................................................................................. iii
RESUMO ........................................................................................................... iv
SUMÁRIO ........................................................................................................... v
ÍNDICE DE TABELAS ....................................................................................... vi
ÍNDICE DE FIGURAS ....................................................................................... vii
1 INTRODUÇÃO............................................................................................. 1
1.1 JUSTIFICATIVA E RELEVÂNCIA DO TEMA ...................................... 2
1.2 OBJETIVO GERAL .............................................................................. 3
1.2.1 Objetivos específicos ....................................................................... 3
2 REVISÃO DE LITERATURA ....................................................................... 4
2.1 GESSO ................................................................................................ 4
2.2 ADITIVOS .......................................................................................... 13
2.3 LÍQUIDOS IÔNICOS .......................................................................... 23
3 MATERIAIS E MÉTODOS ......................................................................... 26
3.1 MATERIAIS ....................................................................................... 27
3.2 MÉTODOS ......................................................................................... 28
3.2.1 Desenvolvimento da pasta ............................................................. 30
3.2.2 Estudo da dosagem dos líquidos iônicos ....................................... 32
3.2.3 Caracterização físico-química dos constituintes ............................ 33
3.2.4 Caracterização da pasta de gesso no estado fresco...................... 34
3.2.5 Caracterização da pasta de gesso no estado endurecido .............. 34
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS ............................................ 36
4.1 ESTUDO DA DOSAGEM DOS LÍQUIDOS IÔNICOS ........................ 36
5 VIABILIDADE TÉCNICA E FINANCEIRA DA PESQUISA: ...................... 38
6 CONTRIBUIÇÃO TECNOLÓGICA ............................................................ 39
7 CONTRIBUIÇÃO CIENTÍFICA .................................................................. 39
8 CRONOGRAMA ........................................................................................ 40
9 REFERÊNCIAS ......................................................................................... 41
vi
ÍNDICE DE TABELAS
Pág.
Tabela 1: Temperaturas de calcinação do CaSO4 ............................................. 6
Tabela 2: Sistemas cristalinos das fases da anidrita .......................................... 7
Tabela 3: Classificação dos aditivos. ............................................................... 14
Tabela 4: Substâncias químicas utilizadas como retardadores de pega. ......... 19
Tabela 5: Trabalhos publicados sobre a interação entre aditivos e gesso. ...... 22
Tabela 6: Relação das pastas de gesso analisadas. ....................................... 31
Tabela 7: Resistência à compressão e dureza. ............................................... 37
vii
ÍNDICE DE FIGURAS
Pág.
Figura 1: Cristais de HHᵦ - Cristais pequenos (menores que 10µm).................. 9
Figura 2: Cristais de HHα - Cristais grandes (cerca de 20µm). ........................ 10
Figura 3: Processo de hidratação do gesso. .................................................... 11
Figura 4: Plano cristalográfico. ......................................................................... 12
Figura 5: Modelos típicos de moléculas de aditivos superplastificantes: a)
Policarboxilato; b) Polimelanina sulfonato de sódio e c) Poli-naftaleno sulfonato
de sódio. .......................................................................................................... 15
Figura 6: Defloculação das partículas do cimento pela ação das moléculas de
aditivo adsorvidas na superfície. ...................................................................... 16
Figura 7: Microscopia eletrônica de varredura de pastas curadas por 7 dias. (a)
sem a presença de dispersante; (b) 0,1 % de dispersante e (b) 0,3% de
dispersante....................................................................................................... 17
Figura 8: Estruturas de cátions orgânicos e ânions orgânicos ou inorgânicos
constituintes dos líquidos iônicos. .................................................................... 24
Figura 9: Aplicações dos Líquidos Iônicos. ...................................................... 25
Figura 10: Etapas do Procedimento experimental. .......................................... 26
Figura 11: Fluxograma do procedimento experimental. ................................... 29
Figura 12: Gesso passando na peneira de 200 mm. ....................................... 30
Figura 13: Ensaio dureza. ................................................................................ 33
Figura 14: Resistência à compressão e dureza. .............................................. 37
Figura 15: Gráfico resistência à compressão x teor de LI. ............................... 38
1
1 INTRODUÇÃO
A indústria da construção civil seja pelo consumo de recursos natural e
energético que envolve seu processo produtivo, ou pela geração de grandes
volumes de resíduos, provoca altos impactos ambientais irreversíveis à
sociedade.
Segundo Mendes (2013), a indústria da construção civil tem papel
preponderante no desenvolvimento do país, no entanto, estimativas mostram
que esse setor merece atenção, uma vez que suas atividades causam
impactos ambientais consideráveis. Em âmbito internacional, os dados
mostram que entre 40% e 75% dos recursos naturais são consumidos pelo
setor, com consequente geração de resíduos. No Brasil, resultados indicam
que 25% do total de resíduos industriais são provenientes da construção civil.
Segundo a United Nations Environment Programme (Unep), a indústria da
construção civil tem grande participação nas emissões de gás carbônico, sendo
responsável por 30% das emissões globais de gases responsáveis pelo efeito
estufa, e por 40% do consumo global de energia.
Dos setores da construção civil, a indústria do gesso é a que mais pode
contribuir para a sustentabilidade desse segmento (JOHN; CINCOTTO, 2007;
JOHN; CINCOTTO, 2003 apud PINHEIRO, 2011). Embora apresente entraves
ambientais relacionados, principalmente, quanto à extração do minério de
gipsita e geração de resíduos na aplicação das atividades da construção civil
(AGUIAR, 2007), o baixo consumo energético de seu processo de produção e
a possibilidade de reciclagem dos resíduos oriundos da cadeia produtiva
JOHN; CINCOTTO, 2007; JOHN; CINCOTTO, 2003 apud PINHEIRO, 2011),
diminui os impactos ambientais causados por esse setor.
O uso do gesso como material de construção remonta da antiguidade e nos
dias atuais têm sido amplamente utilizado na produção de componentes da
construção civil, tais como, blocos, sancas, forros, painéis, placas decorativas e
em sistemas de revestimentos.
2
Excelentes propriedades de isolamento, térmica, acústica e proteção ao fogo,
unidas às vantagens de ordem estética, conferem eficiência e justifica o uso do
gesso na indústria da construção. Os crescentes impactos ambientais e o alto
custo associado à produção e transporte que envolve a indústria do cimento
justificam os estudos para tornar efetivo o uso do gesso como alternativa aos
produtos cimentícios (SOPHIA et al., 2016).
No entanto, apesar das vantagens apresentadas pelo gesso como material de
construção, este apresenta ainda uma série de limitações, como alta
permeabilidade, porosidade, baixa resistência à compressão, à flexão e à
tração. O que torna o uso desse material limitado em ambientes internos
(SOPHIA et al., 2016).
Desta forma vários estudos têm sido desenvolvidos com o intuito de melhorar o
desempenho do gesso com a incorporação de aditivos, modificando suas
propriedades, e com isso proporcionando uma ampliação do uso do gesso para
diversificados ambientes. A melhoria de propriedades, como resistência, tempo
de pega e consistência, exigidas no setor, contribui para diversificar o uso do
gesso e torná-lo uma alternativa aos aglomerantes de alto impacto ambiental.
Sendo assim, este trabalho visa o desenvolvimento de novos aditivos à base
de sais orgânicos, e adições minerais para incorporação de melhorias nas
propriedades do gesso, colaborando com a expansão da tecnologia do gesso.
1.1 JUSTIFICATIVA E RELEVÂNCIA DO TEMA
Este trabalho visa contribuir para o avanço da tecnologia do gesso ampliando
assim, seu campo de atuação na construção civil. O estudo de novos materiais
que tenham a potencialidade de agir como aditivos torna-se importante, uma
vez que aumenta as possibilidades de diminuírem às lacunas existentes no uso
do gesso como material de construção. O estudo dos líquidos iônicos, sais
orgânicos, como aditivos podem contribuir para o avanço de uma nova classe
de materiais que podem influenciar no aprimoramento do desempenho e por
consequência no desenvolvimento de novos produtos à serviços da construção
3
civil. As vantagens estéticas apresentadas pelo gesso aliada às melhorias de
suas propriedades pode tornar esse material aglomerante alternativo potencial
de menor impacto ambiental.
1.2 OBJETIVO GERAL
Analisar os efeitos de líquidos iônicos como aditivos modificadores das
propriedades de pastas de gesso de fundição.
1.2.1 Objetivos específicos
a) Avaliar os efeitos do comprimento da cadeia dos líquidos iônicos como
aditivo para gesso;
b) Avaliar as propriedades de pastas de gesso no estado fresco aditivadas
com líquidos iônicos;
c) Avaliar as propriedades de pastas de gesso no estado endurecido
aditivadas com líquidos iônicos;
4
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 GESSO
O gesso é o aglomerante artificial, mais antigo conhecido pela humanidade,
utilizado nas construções mais remotas. Segundo investigações realizadas foi
empregado nas construções das Pirâmides do Egito, há 4500 anos e em outros
monumentos funerários (ASSO, 1977). Há indícios de que a origem dos
aglomerantes quimicamente ativos tenha decorrido do uso do fogo. O calor
proveniente da queima de lenha em um espaço com pedras gipsíferas ou
calcárias, e com posterior umidade pode ter transformado parte dessas rochas
em pasta aglomerante. O endurecimento desse material nos interstícios pode
ter dado origem à primeira alvenaria de pedra com aglomerante quimicamente
ativo. Os monumentos deixados pelos egípcios demonstram que eram
utilizados sulfato de cálcio impuro em suas construções. Os aglomerantes
podem ser classificados em quimicamente inertes, como o barro cru, ou
quimicamente ativo, como a cal, o gesso e o cimento. Na engenharia o maior
interesse envolve estes últimos (PETRUCCI, 1993).
A gipsita constituída principalmente de sulfato de cálcio di-hidratado
(CaSO4.2H2O) é o mineral básico da matéria prima que origina o gesso e pode
ser oriunda de fontes naturais ou residuais (JOHN; CINCOTTO, 2007).
A gipsita natural provém de rochas sedimentares de alta solubilidade, os
“evaporitos”, que tem composição mineralógica de cloretos e sulfatos de sódio,
cálcio, magnésio e potássio (JOHN; CINCOTTO, 2007). A rocha gipsífera ou
minério de gesso, como também é conhecida, tem como constituição principal
o sulfato de cálcio di-hidratado (CaSO4.2H2O), apresentando como
contaminantes a anidrita, a argila, o quartzo, os carbonatos de cálcio,
magnésio, os cloretos e outras formas de sulfatos (BALTAR; BASTOS; LUZ,
2005).
5
A gipsita ou sulfato de cálcio di-hidratado (CaSO4.2H2O) é originária das
jazidas de “evaporitos” sedimentares, possui estrutura cristalina prismática
monoclínica, densidade 2,3 g/cm3, coloração de transparente à translúcido
(MINERALOGY DATABASE, 2017) e dureza na escala Mohs 1,5 – 2,0 (KARNI,
1995). Sua composição química apresenta 32,57% de CaO; 46,50% de SO3 e
20,93% H2O (MINERALOGY DATABASE, 2017).
Conforme o aspecto visual a gipsita pode ser denominada como acetinado,
alabastro, selenita e gesso fibroso (MINERALOGY DATABASE, 2017; KANNO,
2009), além da forma de rosetas chamados rosa do deserto (HABES;
GHREFAT, 2011).
Segundo o Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM) em 2014 a
produção mundial de gipsita foi de 246 milhões de toneladas (Mt) um aumento
correspondente a 0,4%, em relação ao ano anterior. A china é considerada a
maior produtora de gipsita, com produção de 132 Mt, ou seja 53,7% da
produção total de 2014. O Brasil é o maior produtor da América do Sul e o 13º
do mundo, com uma produção 3,4 Mt correspondente a 1,4% do total mundial.
No Brasil, o estado do Pernambuco é o principal produtor de gipsita do Brasil,
com por 84,3% do total produzido no país, em 2013. Tem destaque o “polo
gesseiro do Araripe”, no extremo oeste pernambucano e composto pelos
municípios de Araripina, Trindade, Ipubi, Bodocó e Ouricuri. Os outros estados
em menor proporção são produtores de gipsita: Maranhão (10,4%), Ceará
(2,6%), Tocantins (1,1%), Amazonas (0,8%), Pará (0,5%) e Rio Grande do
Norte (0,3%). As empresas que mais produziram gipsita no Brasil foram:
Mineradora São Jorge S/A, Rocha Nobre Mineração LTDA, Mineração
Pernambucana de Gipsita Ltda, Alencar & Parente Mineração LTDA,
Votorantim Cimentos N/NE S.A, Mineradora Rancharia LTDA, Mineração Alto
Bonito LTDA, CBE - Companhia Brasileira de Equipamento (Grupo João
Santos) e Royal Gipso Ltda. Em 2014 essas empresas foram responsáveis por
63% da produção nacional (DNPM, 2017).
6
A gipsita residual conhecida como gesso químico ou gesso sintético são
resultado dos processos industriais da fabricação do ácido fosfórico
(fosfogesso), do ácido fluorídrico (fluorogesso), do ácido bórico (borogesso) e
da dessufulrização dos gases de combustão (FGD – flue gas desulfurisation ou
sulfogesso) (JOHN; CINCOTTO, 2007).
O sistema sulfato de cálcio e água (CaSO4 - H2O), possui três fases cristalinas
diferentes devido a seu grau de hidratação: gipsita (sulfato de cálcio di-
hidratado - CaSO4.2H2O), bassanita (sulfato de cálcio hemi-hidratado -
CaSO4.0,5H2O) e anidrita (sulfato de cálcio anidro - CaSO4). Somente as fases
gipsita e a anidrita são estáveis, sendo a bassanita natural, raramente
encontrada (OSSÓRIO et al., 2014 apud GRACIOLI, 2016; HABES; GHREFAT,
2011).
A fase anidra do sistema é conhecida como anidrita (CaSO4), sendo dividida
em anidrita I, anidrita II e anidrita III, obtidas a partir de diferentes temperaturas,
descritas na Tabela 1 (SINGH; MIDDENDORF, 2007).
Tabela 1: Temperaturas de calcinação do CaSO4
Sulfato de cálcio (CaSO4) Temperatura de calcinação (°C)
Anidrita III 110 - 220
Anidrita II >300
Anidrita I 1180
Fonte: SINGH; MIDDENDORF, 2007.
A anidrita I, II e III apresentam diferenças entre suas estruturas cristalográficas
e a solubilidade. A anidrita I é considerada uma fase insolúvel com estrutura
cristalina cúbica, enquanto a anidrita III é totalmente solúvel, apresentando
estrutura hexagonal. A anidrita II é alvo de diversos estudos, sua solubilidade é
relativamente mais baixa comparada à anidrita III e sua estrutura cristalina é
ortorrômbica (PRIETO-TABOADA et al., 2015; SCHAEFER, 2013; SEUFERT et
al., 2009 apud GRACIOLI, 2016). A Tabela 2 apresenta as características das
anidritas quanto à cristalinidade.
7
Tabela 2: Sistemas cristalinos das fases da anidrita
Fonte: CALISTER, 2012
Para (ABDEL; MAKSOUD, 1981), a temperatura para a calcinação do gesso
cru (CaSO4.2H2O) para produzir o gesso industrial, o sulfato de cálcio hemi-
hidratado (CaSO4.0,5H2O) é de 150ºC.
Além da calcinação, o minério gipsita também sofre o processo da moagem. A
calcinação consiste na desidratação da gipsita, em que ¾ da água de
hidratação do sulfato de cálcio di-hidratado é retirado para transformar-se em
sulfato de cálcio hemi-hidratado, como mostra a equação 1 (KANNO, 2009).
Na construção civil o gesso é usado, na forma de hemi-hidratado, em placas,
cimento e revestimento cerâmico. Na agricultura é usado para neutralizar solos
salinos e promover o crescimento de vegetais (HABES; GHREFAT, 2011).
As características físicas do cristal de hemi-hidratado, tais como, formato,
tamanho e estrutura são dependentes do processo de calcinação da gipsita. A
calcinação realizada à pressão atmosférica em temperatura entre 125 ºC e 160
ºC (LUZ; LINS, 2005 apud KANNO, 2009) resulta em cristais de hemi-hidratado
mal formados, porosos e heterogêneos, conhecidos como gesso beta (KANNO,
(1)
8
2009). O hemi-hidratado (CaSO4.0,5H2O) resultado da calcinação do di-
hidratado (CaSO4.2H2O) é conhecido como “Plaster of Paris”, nos países de
língua inglesa e o di-hidrato como “gypsum”. No Brasil tanto o hemi-hidratado
quanto o di-hidratado é conhecido como gesso (KANNO, 2009).
A depender do tipo de calcinação o hemidratado pode ser dividido em hemi-
hidratado alfa e hemi-hidratado beta.
O gesso beta pode apresentar diferentes características referentes à sua
utilização, em função da variação da temperatura de calcinação, originando o
gesso rápido/ fundição e o gesso lento / revestimento. Existem ainda, o gesso
cerâmico, que consiste em uma variedade mais nobre do gesso de fundição, e
o gesso filler, que consiste na fração de finos que se recupera dos vapores que
são lançados na atmosfera, durante a calcinação (LYRA SOBRINHO et al.,
2001).
O gesso alfa é originado a partir da calcinação sob pressão em autoclaves e
apresenta cristais maiores, bem definidos, homogêneos, sem poros e estrutura
cristalina ligeiramente diferente dos cristais do gesso beta (LUZ; LINS, 2005
apud KANNO, 2009; LYRA SOBRINHO et al., 2001).
A elevada área superficial específica do gesso beta (Figura 1), devido à sua
granulometria fina e cristais porosos, exige água em excesso para sua
conformação, o que origina um material de baixa resistência mecânica devido à
sua elevada porosidade. O excesso de água aliado à elevada área específica
permite que o gesso beta dissolva rapidamente, provocando o crescimento
rápido e desordenado de um grande número de cristais de di-hidrato,
aumentando ainda mais, a redução da resistência mecânica (KANNO, 2009).
9
Figura 1: Cristais de HHᵦ - Cristais pequenos (menores que 10µm).
Fonte: (KANNO, 2009).
O gesso alfa (Figura 2) por possuir menor área superficial específica devido
aos cristais grandes, bem formados e sem poros necessita, por isso, uma
menor quantidade de água para formação da suspensão aquosa. A menor área
específica do gesso alfa induz um processo mais lento de dissolução dos
cristais do hemi-hidrato e, por consequência, os cristais do di-hidrato crescem
lentamente e de maneira ordenada, resultando num material de baixa
porosidade e, por isso, com maior resistência mecânica (KANNO, 2009).
10
Figura 2: Cristais de HHα - Cristais grandes (cerca de 20µm).
Fonte: (KANNO, 2009).
Ambos o hemihidratado-β e a Anidrita III na temperatura normal reagem com
água formando o di-hidrato, originando o conhecido gesso comercial. Esta
reação cria uma rede de cristais de gesso responsável pelas propriedades dos
materiais à base de gesso. Estas são reações exotérmicas com liberação de
calor, que deve ser controlado para evitar a pega rápida (ABDEL MAKSOUD,
1981).
Na equação 2 é apresentada a reação responsável pela conformação do gesso
comercial, ou seja, a transformação do hemi-hidrato em di-hidrato (KANNO,
2009).
Com os estudos de Chatelier e Lavoisier foi demonstrado que a conformação
do gesso ocorre pelo processo de “dissolução-precipitação” e não pela
(2) (2)
11
penetração da água na estrutura cristalina do hemi-hidrato transformando-o em
di-hidrato, como era afirmado até meados do século passado (KANNO, 2009).
Constatou-se de forma definitiva a conformação do gesso pelo processo de
“dissolução-precipitação” (RIDGE; BERETKA, 1969 apud KANNO, 2009). O
processo envolve a dissolução de cristais de hemi-hidrato na água, seguido
pela nucleação e crescimento dos cristais do di-hidrato. A “dissolução-
precipitação” tem continuidade devido ao hem-hidrato ter maior solubilidade em
água em relação ao di-hidrato, tal fato permite que a solução de di-hidrato fique
sempre supersaturada em relação ao hemi-hidrato (KANNO, 2009).
Os cristais do di-hidrato crescem em forma de agulhas entrelaçadas, por meio
desse entrelaçamento dos cristais, que precipitaram da solução saturada,
inicia-se o endurecimento da pasta e esta pasta passa a ganhar resistência
mecânica (HINCAPIÉ; CONOTTO apud COSTA, 2013). A Figura 3 mostra o
processo de hidratação do gesso, por dissolução - precipitação.
Figura 3: Processo de hidratação do gesso.
Fonte: (BARBOSA, 2012 apud COSTA, 2013)
12
O fenômeno denominado pega do gesso e o ganho de resistência resultam da
redução do volume de água líquida e consequente combinação com os
anidros, formando o sulfato de cálcio hidratado em volume superior ao volume
de sólidos originais. As partículas ao ficarem mais próximas se aglomeram
aumentando a viscosidade aparente da pasta. A continuação do processo de
hidratação conduz a formação de um sólido contínuo com diminuição da
porosidade e consequente aumento da resistência pelo aumento do grau de
hidratação (GOMES, 2012 apud COSTA, 2013).
Considerando o plano cristalográfico mostrado na Figura 4, é possível
compreender o crescimento dos cristais de di-hidrato. Eles se apresentam
alongados na direção do eixo c (ZHANG; NANCOLLAS, 1990). Este
alongamento ocorre uma vez que cristais do di-hidrato crescem em camadas
(BOSBACH; HOCHELLA JR., 1996; FAN TENG, 2007) perpendiculares ao eixo
b (paralelo ao plano [010]) e cada camada tem crescimento na direção do eixo
c [001] com maior velocidade que na direção do eixo a [100].
Figura 4: Plano cristalográfico.
Fonte: (KANNO, 2009)
Se o coeficiente de forma (aspect ratio) desses cristais for muito elevado, os
cristais do di-hidrato é classificado com Whiskers. A presença de aditivos ou
impurezas (íons ou moléculas) pode aumentar ou diminuir a velocidade de
crescimento em determinados planos cristalográficos (ZHANG; NANCOLLAS,
1990). Assim, a forma final do cristal: agulhas ou placas é determinada por
13
essa velocidade. A presença de íons potássio (K+) está relacionada com a
formação de placas. Além dos aditivos e impurezas a pressão e temperatura
também são responsáveis por esse crescimento (KANNO, 2009).
O uso do gesso na construção civil como material aglomerante teve
consolidação, principalmente após descobertas de métodos para controlar o
tempo de pega (endurecimento) do gesso. Na atualidade, a maior aplicação do
gesso na construção civil está relacionada a revestimento de paredes, fundição
de molduras, fabricação de elementos para acabamento de interiores (sancas,
molduras para teto, colunas, placas para paredes e forros rebaixados para
embutir caixas de som e spots de luz), painés de acartonado (forros e paredes
divisórias), etc. (KANNO, 2009). Os tipos pré-moldados principais de gesso são
as placas, os blocos e os painéis de gesso acartonado, além da fabricação de
gizes e bloquetes ou “tijolos” de gesso (LYRA SOBRINHO, 2001).
2.2 ADITIVOS
Neville (1997) define aditivos como sendo produtos químicos que são
adicionados durante a mistura de concreto com o objetivo de modificar suas
propriedades normais ou específicas. Salvo exceções, os teores de aditivo
adicionados são menores que 5% em relação à massa de cimento. Os aditivos
podem ser classificados, quanto à composição, como orgânicos ou inorgânicos,
sendo a natureza química sua principal característica, diferente dos minerais.
Sendo designados como aditivos químicos, segundo a nomenclatura
americana. Os produtos minerais incorporados à mistura em teores maiores do
que 5%, quase que invariavelmente são definidos como materiais cimentícios
ou adições.
A ASTM C494 M -17 classifica os aditivos, em geral, pela função que exercem
no concreto podendo apresentar na maioria das vezes mais de uma função. A
(Tabela 3) mostra os tipos de aditivos e sua função no concreto.
14
Tabela 3: Classificação dos aditivos.
Fonte: ASTM C494 M, 2017.
Metha; Monteiro (2008); considera aditivos como sendo substâncias químicas,
empregadas em pequena quantidade nos aglomerantes a fim de modificar
propriedades específicas. A alteração de determinada propriedade exige um
aditivo específico. Os aditivos encontrados no mercado são os redutores de
água, os incorporadores de ar e os modificadores de pega.
Os redutores de água são aditivos que quando adicionados às pastas,
carregam negativamente o aglomerante, contribuindo na redução da tensão
superficial da água de amassamento. Ao reduzir a tensão da água, a pasta
aumenta a fluidez sem aumento da quantidade de amassamento. Os aditivos
redutores de água são os chamados plastificantes e super plastificantes
(MEHTA; MONTEIRO; 2008).
Os Incorporadores de ar promovem a alteração da tensão superficial da água e
promovem a formação de bolhas de ar na pasta. A alteração da tensão
superficial confere, também, o aumento da trabalhabilidade no estado fresco.
São aditivos muito utilizados para evitar a deterioração de estruturas em função
do fenômeno de gelo e degelo. A dosagem excessiva desse tipo de aditivo
pode fazer com que as bolhas incorporadas à pasta se unam umas às outras e
influencie no aumento da permeabilidade do material no estado endurecido
(MEHTA; MONTEIRO; 2008).
Tipo Funções no concreto
A Plastificantes
B Retardadores
C Aceleradores
D Plastificantes retardadores
E Plastificantes aceleradores
F Superplastificantes
G Superplastificantes retardadores
15
Os modificadores de pega são produtos capazes de modificar a velocidade de
hidratação, alterando a dissolução dos íons e a formação da estrutura cristalina
dos aglomerantes. Existem compostos químicos que introduz uma aceleração
ou retardo da pega dos aglomerantes, por isso, esses aditivos também pode
ser divididos em aceleradores ou retardadores de pega (MEHTA; MONTEIRO;
2008).
Os aditivos podem ser encontrados tanto no estado sólido quanto no estado
líquido, sendo mais comum o seu uso nesse último, pela facilidade de
dispersão uniforme na mistura do concreto. Os aditivos são misturados à água
de amassamento ou diluídos separadamente, em geral na Última etapa da
descarga de água. A eficiência dos aditivos pode variar em função da dosagem
no concreto, e dos constituintes da mistura, em especial das propriedades do
cimento (NEVILLE, 1997).
Os aditivos dispersante também são conhecidos como superplastificantes.
Esses aditivos podem ser divididos em: lignossulfonatos, naftalenos sulfonatos,
melaninas sulfonatos e os policarboxilatos; essa classificação se deve a
evolução dos aditivos quanto à sua geração e a escolha relaciona-se com a
utilização e o resultado pretendido (HARTMANN, 2002 apud MATTANA;
COSTA, 2010). Na Figura 5 estão dispostos alguns modelos típicos das
moléculas de alguns dos aditivos descritos acima.
Figura 5: Modelos típicos de moléculas de aditivos superplastificantes: a)
Policarboxilato; b) Polimelanina sulfonato de sódio e c) Poli-naftaleno sulfonato de
sódio.
(a) (b) (c)
Fonte: (NELSON, 1990 apud FREITAS, 2010).
16
A atuação desses aditivos consiste na adsorção do dispersante nas partículas
de cimento que impede sua defloculação e dispersa o sistema (Figura 6)
(RONCERO, 2000 apud FREITAS, 2010).
Figura 6: Defloculação das partículas do cimento pela ação das moléculas de aditivo
adsorvidas na superfície.
A dispersão referida relaciona-se com as forças de repulsão geradas entre as
moléculas do aditivo adsorvidas nas partículas de cimento, podendo ser de
origem eletrostática e/ou de repulsão elétrica, dependendo da composição do
aditivo (RONCERO, 2000 apud FREITAS, 2010).
As forças de repulsão são originárias das moléculas orgânicas que, tendo
grupos carregados negativamente (SO3; COO), interagem com a superfície da
partícula através de forças eletrostáticas (cargas de superfície das partículas e
grupos iônicos das moléculas do aditivo). Outra interação pode ocorrer através
dos grupos polares (OH) de moléculas orgânicas (açúcares) interagindo
Fonte: (RONCERO, 2000 apud FREITAS, 2010).
17
fortemente com fases hidratadas altamente polares, através de forças
eletrostáticas e ligações de hidrogênio (JOLICOEUR; SIMARD, 1998 apud
FREITAS, 2010).
A presença de moléculas orgânicas na interface sólido-líquido pode ocasionar
a inibição da nucleação e do crescimento dos cristais (FREITAS, 2010). Hekal
e Kishar (1999) apud Freitas (2010) mostraram que o aumento da
concentração de dispersantes na pasta promove uma diminuição no tamanho
do cristal de etringita formado (Figura 7).
Figura 7: Microscopia eletrônica de varredura de pastas curadas por 7 dias. (a) sem a
presença de dispersante; (b) 0,1 % de dispersante e (b) 0,3% de dispersante.
(a) (b)
(c)
Fonte: (HEKAL E KISHAR,1999 apud Freitas, 2010)
18
No gesso, os aditivos retardadores de pega são importantes para o manuseio
relacionado à sua utilização em aplicações específicas, portando a
compreensão das estruturas química e reativa desses aditivos se fazem
importantes para o estudo de modificação das propriedades do gesso.
Os mecanismos de atuação dos aditivos retardadores de pega envolve um
aumento no tempo requerido para que o processo de dissolução das fases
anidras do cimento proporcione os valores de concentração de cálcio Ca2+ e Al
(OH)4- necessárias para se iniciar o período de indução (saturação da solução).
(FREITAS, 2010). A Tabela 4 apresenta diferentes substâncias químicas
classificadas na literatura como aditivos retardadores de pega do cimento
(GARCIA, 2007 apud FREITAS, 2010).
19
Tabela 4: Substâncias químicas utilizadas como retardadores de pega.
Fonte: GARCIA, 2007 apud FREITAS, 2010
Segundo (NELSON, 1990 apud FREITAS, 2010) quatro principais teorias
descrevem o mecanismo de funcionamento dos retardadores, a seguir:
Adsorção do retardador sobre a superfície dos produtos de hidratação
inibindo o contato com a água;
O retardador reage com o cálcio na fase aquosa formando uma camada
insolúvel e impermeável ao redor do grão;
20
O retardador adsorve nos núcleos dos produtos de hidratação, impedindo o
futuro crescimento dos mesmos;
Íons cálcio são quelados pelo retardador prevenindo a formação dos
núcleos de hidratação;
Estudos têm sido desenvolvidos com a finalidade de compreender os
mecanismos de atuação dos aditivos nas propriedades do gesso. Observa-se o
interesse em melhorar as propriedades desse material, potencializando suas
qualidades, a fim de ampliar suas aplicações, diminuindo assim, suas
limitações através de estudos de diversificadas substâncias com capacidades
aditivas.
Eliades et al. (2003) avaliou o espessante de éter celulose, aglutinantes
poliméricos, argila modificada organicamente e cal hidratada como aditivo para
o sulfato de cálcio hemi-hidratado. El-Shall et al. (2005) utilizou cloreto de Cetil
Piridínio para a cristalização do sulfato de cálcio di-hidratado. Li et al. (2007)
analisou como aditivo a emulsão de álcool polivinílico, ácido esteárico em
conjunto com alunite, ácido carboxílico sódico e sulfato de alumínio como
aditivo à prova d´água salina. Song et al. (2010) utilizou o gesso moído como
aditivo acelerador de pega e o ácido cítrico como agente retardador, no gesso
beta. Chindaprasirt et al. (2011) avaliou em gesso obtido por dessulfurização
do gás de combustão utilizando como aditivo a glicose, o ácido cítrico e o
bicarbonato de sódio como retardador de pega. Utilizou, também, pó de serra,
fibras de coco e fibra de resíduos de tabaco, como adições, para melhoria das
propriedades térmicas, e a terra diatomácea, cinzas volantes grossas e finas e
cinzas residuais, como adições, para estudar seus efeitos nas propriedades
mecânicas e térmicas. Reddy; Gourav (2011) estudou mistura de cinzas
volantes e cal, adição, no gesso calcinado. Baspınar; Kahraman (2011)
analisou como adição a sílica macroporosa expandida no sulfato de cálcio
hemi-hidratado beta. Lanzón; Ruiz (2012) investigou os efeitos do ácido cítrico
no sulfato de cálcio hemi-hidratado. Trovão (2012) utilizou como aditivo para
21
pastas de gesso reciclado, o ácido cítrico (C6H8O7) e o bórax (Na2B4O7.10H2O),
como retardador de pega. Khalil et al. (2014) avaliou a casca de arroz não
queimada, a escória de alto forno, carbonato de cálcio e o polímero comercial
de álcool vinílico no sulfato de cálcio hemi-hidratado. A casca de arroz, o
carbonato de cálcio e o polímero aumentaram a consistência enquanto que a
escória diminuiu. Todas as substâncias analisadas retardaram o tempo de
pega. Pinto (2014), em gesso reciclado, utilizou como aditivos retardadores, o
ácido cítrico, tânico, tartárico e citrato de sódio. Kondratieva et al. (2017)
investigou os efeitos da resistência mecânica e quanto à umidade para o
sulfato de cálcio hemi-hidratado beta, a sílica (SiO2). Zhixin et al. (2017) utilizou
o polifosfato de sódio como retardador de pega, em gesso reciclado. Na Tabela
5 estão apresentados os pesquisadores e seus respectivos trabalhos utilizando
aditivos e adições para melhorias das propriedades de pastas de gesso.
22
Tabela 5: Trabalhos publicados sobre a interação entre aditivos e gesso.
AUTOR ANO TÍTULO
Eliades et al. 2003 The influence of hormitic clay on the time dependent properties of formulated gypsum plaster pastes.
El-Shall et al. 2005 Effect of cetyl pyridinium chloride additive on crystallization of gypsum in phosphoric and sulfuric acids médium.
Li et al. 2007 The influences of gypsum water-proofing additive on gypsum crystal growth.
Song et al. 2010 Simultaneous monitoring of hydration kinetics, microstructural evolution, and surface interactions in
hydrating gypsum plaster in the presence of additives.
Chindaprasirt et al. 2011
Plaster materials from waste calcium sulfate containing chemicals, organic fibers and inorganic additives.
Reddy, Gourav
2011 Strength of lime–fly ash compacts using different curing techniques and gypsum additive.
Baspınar, Kahraman 2011 Modifications in the properties of gypsum construction element via addition of expanded macroporous silica granules.
Lanzón, García Ruiz 2012 Effect of citric acid on setting inhibition and mechanical properties of gypsum building plaster.
Trovão 2012 Pasta de Gesso com incorporação de resíduo de Gesso e Aditivo Retardador de Pega.
Khalil et al. 2014 Effect of some waste additives on the physical and mechanical properties of gypsum plaster composites
Pinto 2014 Avaliação das propriedades do gesso reciclado contendo aditivos.
Kondratieva et al. 2017 Study of modified gypsum binder.
Zhixin et al. 2017 Effect of Different Ways of STPP Retarder Addition on Properties of Recycled Gypsum.
Observa-se o crescente interesse no estudo de novas possibilidades de uso de
aditivos ou adições que incorporadas ao gesso provoquem modificações em
Fonte: A AUTORA, 2017
23
sua estrutura promovendo melhorias de propriedades significativas para a
utilização na indústria da construção civil. As características de maior interesse
dos pesquisadores é o uso de aditivos para modificações do tempo de pega,
consistência e resistência mecânica e à umidade que são as fragilidades
demonstradas pelo gesso como material de construção. O ácido cítrico ainda é
o mais utilizado, por ser consolidado seu uso de forma eficiente, como
retardador de pega.
2.3 LÍQUIDOS IÔNICOS
Os Líquidos iônicos (LIs) apresentam propriedades específicas que estimulam
o interesse em diversificadas áreas do conhecimento científico. Essas
propriedades aliada à necessidade de processos químicos mais sustentáveis
impulsionou o desenvolvimento dos líquidos iônicos, que podem ter aplicações
relevantes na química analítica, catálise, biocatálise, química farmacêutica,
química analítica, electroquímica, engenharia química, biotecnologia e ciência
dos materiais (BRANCO, 2015). Os Líquidos Iônicos (LIs) podem ser definidos
como sendo uma classe de sais orgânicos com ponto de fusão inferior a 100ºC,
que apresentam em sua composição química combinações de cátions
orgânicos de baixa simetria e uma variedade de cátions e ânions orgânicos e
inorgânicos. Estima-se que os LIs tenham elevada disponibilidade para um
número de possíveis combinações cátion-ânion, na ordem superior a 1012.
Essa peculiaridade tem sido muito explorada para o desenvolvimento de novos
LIs que possam introduzir em sua estrutura propriedades convenientes com a
aplicação desejada (KOKORIN, 2011).
Algumas propriedades que caracterizam esses sais orgânicos, como reduzida
pressão de vapor (quase inexistente), elevada estabilidade térmica e química,
elevada condutividade iônica, facilidade de dissolução de materiais orgânicos,
inorgânicos e poliméricos e uma larga janela eletroquímica justificam o elevado
interesse por essa classe de sais orgânicos. Entretanto, uma das
24
características mais importante dos LIs está relacionada à sua capacidade de
modelar diferentes propriedades físicas, térmicas e químicas de acordo com
uma determinada combinação de cátions e de ânions (BRANCO, 2015). Desde
a década de 80 têm sido produzido diferentes LIs à base de cátions orgânicos
do tipo imidazólio, piridínio, pirrolidínio, anónio,fosfónio, sulfónio, guadinio,
tiazólio, triazólio, entre outros com diversos constituintes (FREEMANTLE,
2009). Os ânions podem ser designados em função das propriedades finais
desejáveis, modificando a viscosidade, solubilidade, polaridade, densidade,
ponto de fusão e estabilidade (química e térmica) do líquido iônico final
(BRANCO, 2015). A Figura 8 apresenta as estruturas mais comuns de cátions
e ânions.
Figura 8: Estruturas de cátions orgânicos e ânions orgânicos ou inorgânicos
constituintes dos líquidos iônicos.
Fonte: (BRANCO, 2015).
Earle et al. (2006) nas últimas três décadas, classificou os LIs em três fases
que estão relacionadas com seu potencial e aplicações finais. Na primeira fase
os LIs foram basicamente produzidos com a finalidade de serem utilizados
como solventes alternativos aos solventes orgânicos convencionais (voláteis e
tóxicos) para processos químicos; Na segunda fase os LIs foram utilizados
25
como materiais avançados para aplicações na engenharia química e na ciência
dos materiais. Na fase mais recente pretende-se a aplicação de líquidos iônicos
na área da bioquímica e da farmacêutica (EARLE, 2006). A Figura 9 apresenta
as possíveis aplicações mais relevantes dos líquidos iônicos.
Figura 9: Aplicações dos Líquidos Iônicos.
Os LIs, no campo das ciências dos materiais, têm difundido sua utilização na
dissolução de diferentes materiais, a exemplo de polímeros, na estabilização
de nanopartículas metálicas, na combinação com nanotubos de carbono e
outros nanomateriais, contribuindo para potencializar suas aplicações em
nanotecnologia (ZHIQI, 2015; TUNCKOL, 2012).
Líquidos Iônicos
Engenharia Química
Energias e Combustíveis
Electroquímica
Biotecnologia Síntese
Orgânica
Aplicações Farmacêuticas
Química Analítica
Materiais Funcionais
26
3 MATERIAIS E MÉTODOS
O procedimento experimental, deste trabalho, engloba seis etapas gerais. A
primeira etapa consiste no estudo da dosagem do líquido iônico para
incorporação em pastas de gesso, como aditivo. Na segunda etapa será
realizado um estudo para possíveis modificações na cadeia molecular do
líquido iônico estudado, com a finalidade de potencializar seus efeitos na pasta
de gesso. A terceira consiste na produção da pasta de gesso referência e com
incorporações. A quarta compreende a caracterização físico-química dos
constituintes da pasta de gesso. Na quinta etapa tem-se a caracterização da
pasta de gesso no estado fresco e endurecido, de referência e com
incorporações, e finalmente, a sexta etapa engloba a análise química e micro
estrutural, através das técnicas de caracterização. As etapas descritas acima
estão apresentadas no esquema da Figura 10.
Figura 10: Etapas do Procedimento experimental.
Fonte: A Autora, 2017.
27
3.1 MATERIAIS
Os materiais constituintes, objeto deste estudo, serão o gesso de fundição, a
água, o aditivo comercial, o liquido iônico e a adição mineral. A água potável
será fornecida por concessionária local, sendo utilizada a água destilada nos
ensaios que a mesma seja solicitada.
Gesso
O gesso utilizado nesse trabalho foi o gesso do polo Gesseiro de Araripe,
fornecido pela empresa Gesso Guilherme.
Líquido Iônico
O líquido Iônico a ser investigado experimentalmente é o (Butanoato de dietil
amônio) DEAB. Posteriormente será realizado um estudo da cadeia do DEAB,
originando um “DEAB modificado”. A produção desse Líquido Iônico utiliza-se
de uma base, a dietilamina e um ácido, o ácido butanóico, com grau de pureza
PA. Como produto da neutralização, obtém-se o composto Butanoato de dietil
amônio (DEAB), conforme estrutura representada na Figura 11.
Figura 11: Reação de neutralização ácido-base para produção do LI-DEAB.
Fonte: A Autora, 2017
Aditivo e adição
O aditivo será um comercial superplastificante e um retardador de pega da
vedacit e como adição mineral será estudado os efeitos da sílica ativa na
resistência do gesso.
28
3.2 MÉTODOS
Nesta etapa serão descritos os métodos e ensaios necessários para o alcance
dos objetivos gerais e específicos e na Figura 12 está apresentado o
fluxograma do procedimento experimental a ser desenvolvido.
29
Figura 12: Fluxograma do procedimento experimental.
Constituintes Estado Fresco Estado Endurecido
- Massa específica (ρ);
- Massa unitária (Mu);
- Granulometria;
- Área superficial (S).
Análise Química e micro estrutural
Resultados e Discussões
Fim
- Transformada de Fourier (FTIR);
- Difração de raios – X (DRX);
- Termogravimetria (TG/DTG);
-Calorimetria exploratória diferencial
(DSC).
-Microscopia Eletrônica de Varredura
(MEV).
- Minislump;
- Tempo de pega;
- Reometria.
- Dureza superficial;
- Resist. à compressão;
- Compressão diametral;
- Resistência à flexão;
- Módulo de elasticidade
Início
Dosagem dos LI Adição
Produção do Gesso
Caracterização
Novos LI
30
3.2.1 Desenvolvimento da pasta
A primeira etapa da conformação do gesso envolveu a determinação da
relação água/gesso inicial, através do ensaio de consistência normal, segundo
a NBR 12.128. O gesso em pó foi passado na peneira de 200 mm com auxílio
de um pincel para desfazer os torrões, os não desfeitos, bem como as demais
impurezas, retidos na peneira foram descartados (Figura 13).
Figura 13: Gesso passando na peneira de 200 mm.
Fonte: A Autora, 2017
Partiu-se inicialmente de uma determinada massa da amostra e de água,
estimada em mágua = 150,6g e mgesso = 290,1g com relação água/gesso = 0,52.
A massa da amostra de gesso foi polvilhada sobre a água e deixada em
repouso durante 2 minutos e em seguida, foi misturada por 1 minuto, em torno
de um movimento uniforme circular, a fim de se obter uma pasta uniforme.
Transferiu-se imediatamente a pasta para o molde tronco cônico do aparelho
de Vicat, evitando bolhas, e com a espátula rasou-se o topo do molde. A
sonda cônica foi umedecida, feita a leitura da escala, e deixou-se a haste
baixar lentamente. Ao cessar a penetração foi realizada novamente a leitura,
encontrando-se um valor de penetração de 25 mm, fora do intervalo proposto
pelas normas, que estabelece uma consistência considerada normal quando é
31
obtido uma penetração de 30 +/- 2 mm. O ensaio foi repetido aumentando a
quantidade de água, para se obter um valor de penetração dentro da faixa
estabelecida por norma, e assim poder ser definida uma relação água/gesso de
uma pasta de consistência normal, que é a relação água/gesso para qual se
obtém uma fluidez da pasta adequada à manipulação, conforme a norma
citada. Para este trabalho a pasta pode ser considerada de consistência normal
a partir da relação água/gesso = 0,56; com uma penetração de 28 mm,
segundo resultados do ensaio.
Para entendimento do comportamento do gesso o estudo experimental, deste
trabalho, englobará a análise dos efeitos da pasta de gesso com 0% de
incorporações, amostra de referência. Os efeitos dos aditivos no
comportamento da pasta de gesso serão avaliados por meio de dois aditivos
comerciais, o aditivo superplastificante e o aditivo retardador de pega, a fim de
servir de parâmetro para a análise dos efeitos dos líquidos iônicos na pasta de
gesso. As amostras de estudo, pasta de gesso com o líquido iônico Butanoato
de dietil amônio (DEAB) serão avaliadas. Após, será proposto uma modificação
na cadeia do DEAB para o desenvolvimento de um novo líquido iônico com a
finalidade de introduzir melhorias mais significativas nas propriedades do
gesso. Para os estudos propostos a pasta de gesso apresentará os teores de
1,2%; 0,9%; 0,7%; 0,5%; 0,3% e 0,2% para os aditivos comerciais e líquidos
iônicos analisados, com relação água/gesso = 0,56; conforme a Tabela 6.
Tabela 6: Relação das pastas de gesso analisadas.
Fonte: A Autora, 2017
Aditivo 1 (%)
1,2; 0,9; 0,7; 0,5; 0,2 Aditivo 2 (%)
Aditivo 3 (%)
Aditivo 4 (%)
fator a/g 0,56
32
Após a produção das pastas dos grupos analisados serão realizadas
avaliações no estado fresco e endurecido e análises microestruturais para
identificação de possíveis modificações nos cristais de gesso.
3.2.2 Estudo da dosagem dos líquidos iônicos
Os estudos iniciais da dosagem dos líquidos iônicos tomaram como base o
referencial teórico utilizado para os teores de aditivos. Conforme Neville (1997)
os teores de aditivos medidos em relação à massa de cimento, salvo exceções
são menores que 5%. Sendo assim, para uma compreensão geral do
comportamento dos líquidos iônicos como aditivos foram adotados para os
estudos preliminares os teores de 5%, 2% e 0,5% em relação à massa de
gesso, como substituição, e o teor de 0,5% em relação à massa de gesso,
como substituição e adição. O estudo envolveu, também, a pasta de gesso
referência com 0% de líquido iônico para comparações e compreensão do
comportamento da pasta de gesso. Essa etapa envolveu a moldagem de três
corpos de prova cúbico (50 x 50 mm) com (LI 5%, LI 2%, LIsub. 0,5% e LIadi.
0,5%) para posterior análise das propriedades mecânicas de resistência à
compressão e dureza.
Os procedimentos descritos a seguir seguiram as diretrizes da NBR 12.129
(2017). A pasta de gesso preparada foi disposta nos moldes em duas
camadas, batendo com uma espátula de forma a evitar o aprisionamento do ar.
Após o início da pega do gesso rasa-se e nivela-se a superfície, sem, no
entanto, alisá-la. A desmoldagem foi realizada após o completo endurecimento
da pasta, identificado pelo fim da fase exotérmica. Após a cura os corpos de
prova forma identificados na parte rugosa e colocados em estufa à 40ºC até
constância de massa. Retirados da estufa foram colocado no dissecador até a
realização dos ensaios de compressão e dureza.
A Figura 14 apresenta o ensaio de dureza, realizado em geotecnia/UFBA. O
ensaio de resistência à compressão realizado na prensa CONTENCO-HD – 20
toneladas no CETA/UFBA.
33
Figura 14: Ensaio dureza.
Fonte: A Autora, 2017
3.2.3 Caracterização físico-química dos constituintes
A análise do gesso referência e do gesso com incorporações envolve a
determinação das características físico-química, massa específica (ρ), massa
unitária (Mu), distribuição granulométrica e área superficial (S) de seus
constituintes (pó de gesso e sílica ativa). A massa específica (ρ) será
determinada pelo método do frasco de Le Chatelier, conforme a norma NBR
NM 23 (2001), a massa unitária (Mu) conforme procedimentos da NBR 12.127
(2017), para a distribuição granulométrica será utilizado um granulômetro a
laser e a área superficial (S) será obtida pelo método do B.E.T. através do
analisador de superfície específica. Ensaios a serem realizados:
Massa específica (ρ);
Massa unitária (Mu);
Distribuição granulometria;
Área superficial (S)
34
O ensaio de Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier
(FTIR) será útil na determinação das características químicas dos materiais em
pó e a Difração de raios – X (DRX), através da identificação dos principais
constituintes cristalinos dos materiais, poderá definir as características
mineralógicas dos cristais de gesso e da sílica ativa, em pó.
As análises térmicas utilizadas serão a termogravimetria (TG) e sua derivada
(DTG) e a calorimetria exploratória diferencial (DSC). Técnicas de
caracterização a serem realizadas:
Transformada de Fourier (FTIR);
Difração de raios – X (DRX);
Termogravimetria (TG/DTG);
Calorimetria exploratória diferencial (DSC).
3.2.4 Caracterização da pasta de gesso no estado fresco
Para a caracterização da pasta de gesso referência e da pasta de gesso com
incorporações serão determinadas a consistência, através do ensaio do
minislump. O tempo de pega será realizado de acordo com os procedimentos
descritos na NBR 12128 (2017). A reometria da pasta de gesso através de
reômetro rotacional. Ensaios a serem realizados:
Minislump;
Tempo de pega;
Reometria.
3.2.5 Caracterização da pasta de gesso no estado endurecido
A dureza superficial será determinada mediante as prescrições da NBR 12.129
(2017), em corpos de prova com 50 mm de aresta. O ensaio consiste na
aferição da profundidade de impressão de uma esfera de aço duro com
diâmetro de 10,4 mm +/-0,5mm, sob uma carga de cerca de 500N, mantida
constante durante um tempo de 15 segundos sobre três faces do corpo de
35
prova. A dureza é obtida pela média aritmética das profundidades,
apresentando a grandeza em N/mm2.
A determinação da resistência à compressão axial será realizada conforme as
prescrições contidas na NBR 12.129 (2017) em corpos de prova cúbicos de
gesso com 50 mm de aresta, na aresta não utilizada para os ensaios de
dureza. Será realizado no equipamento de marca Pavitest, com capacidade de
5 toneladas força.
A resistência à compressão diametral (MPa) para determinação da resistência
à tração será obtida em corpos de prova cilíndricos conforme a norma NBR
7.222 (2011). A resistência à flexão será determinada em corpos de prova de
160 x 40 x 14 mm3, segundo a norma NBR 12.142 (2010). O módulo de
elasticidade por ressonância será definido mediante os dados obtidos no
Sonelastic Software. Ensaios a serem realizados:
Dureza superficial;
Resistência à compressão;
Resistência à compressão diametral;
Resistência à flexão;
Módulo de elasticidade.
Para estudo das modificações da morfologia dos cristais de gesso com a
incorporação de aditivos comerciais, adições minerais e líquidos iônicos serão
realizados os ensaios de Espectroscopia de Infravermelho por Transformada
de Fourier (FTIR) e a Difração de raios – X (DRX) para determinação
características químicas. Serão também realizadas as análises térmicas
termogravimetria (TG) e sua derivada (DTG), e a calorimetria exploratória
diferencial (DSC). A caracterização microestrutural será determinada através
do microscópio eletrônico de varredura (MEV) para identificação microscópica
da estrutura das amostras analisadas.
Transformada de Fourier (FTIR);
Difração de Raios – X (DRX);
36
Termogravimetria (TG/DTG);
Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC);
Microscópia Eletrônica de Varredura (MEV).
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES PARCIAIS
Nesta seção estão apresentados os resultados parciais encontrados para o
estudo preliminar proposto.
4.1 ESTUDO DA DOSAGEM DOS LÍQUIDOS IÔNICOS
Com a finalidade de se iniciar um entendimento a cerca do comportamento
dos líquidos iônicos utilizados com aditivos modificadores das propriedades das
pastas de gesso foram realizados estudos preliminares. Avaliou-se quanto à
resistência à compressão e dureza, os teores de 5% e 2% em relação à massa
de gesso, como substituição, e o teor de 0,5% em relação à massa de gesso,
como substituição e adição, com fator a/g = 0,56, conforme resultado obtido no
ensaio de consistência normal.
Esses resultados foram comparados à pasta de gesso referência com 0% de
líquido iônico para melhor compreensão do comportamento da pasta de gesso
incorporada aos líquidos iônicos. Os resultados encontrados para as pastas de
gesso LI 5%, LI 2%, LIsub. 0,5% e LIadi. 0,5% estão apresentados na Figura 15.
37
Figura 15: Resistência à compressão e dureza.
*por substituição ** por adição
Os resultados apontaram uma perda de resistência com o aumento do teor de
LI. Segundo a NBR 13.207 (1994) o gesso para a construção civil deve
apresentar resistência à compressão maior ou igual a 8,4 MPa. Assim sendo, o
teor de LI de 0,5% como adição foi o que mostrou os melhores resultados. Com
bases nestes resultados iniciais foram definidos os teores, a serem analisados
neste trabalho. A amostra analisada que menos apresentou perda de
resistência com o teor de líquido iônico foi a amostra com LI 0,5%adi. Uma
comparação da influência do teor de LI na resistência à compressão está
apresentada na Figura 16.
Fator a/g LI (%) Resistência à compressão
(MPa)
Dureza (N/mm2)
0 14,96 34,55
0,5** 9,72 24,2
0,56 0,5* 8 29,66
2* 4,11 13,1
5* 2,08 Rompeu
38
Figura 16: Gráfico resistência à compressão x teor de LI.
De forma qualitativa e visual, os resultados ainda apontaram um aumento da
consistência e retardo do tempo de pega para todas as amostras com
incorporação de LI. Os experimentos preliminares demonstraram indícios de
que os LIs apresentam características que evidenciam sua capacidade aditivas
em gesso de fundição, como retardador de pega e superplastificante,
simultaneamente.
5 VIABILIDADE TÉCNICA E FINANCEIRA DA PESQUISA:
Este projeto será desenvolvido no Laboratório de Construção e Estruturas
(DCE), Timoshenko, com o apoio do Laboratório de Ensaios em Durabilidade
dos Materiais (LEDMa/UFBA), do Centro Tecnológico da Argamassa (CETA/
UFBA) e do Laboratório de Termodinâmica Aplicada, da escola Politécnica
UFBA. Além disto, poderão ser utilizados laboratórios do Instituto de química.
14,96
9,72
8
4,11
2,08
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Ref. 0%
LI 0,5% ad.
LI 0,5% sub.
LI 2,0%
LI 5%
Líquido iônico (%)
39
6 CONTRIBUIÇÃO TECNOLÓGICA
O estudo visa colaborar no desenvolvimento de uma nova linha de aditivos
para gesso, contribuindo com introdução de inovações no setor da construção
civil. Desta forma, tem a finalidade de corroborar para a ampliação do uso do
gesso como material de construção, tornando-o passível de ser alternativa
viável com menores impactos energéticos e ambientais significativos.
7 CONTRIBUIÇÃO CIENTÍFICA
Estudos têm sido desenvolvimentos com a finalidade de entender e
compreender o uso de diversificados, produto químicos como aditivo para
gesso, a fim de promover a modificação das características limitadoras para
seu uso na construção civil. Desta forma, as contribuições desse trabalho estão
inseridas na área de concentração, Construção Civil e Materiais, que
compreende a linha de pesquisa Materiais de Construção, do Programa de Pós
Graduação em Engenharia Civil (PPEC).
Tem a finalidade ainda, de contribuir para o fortalecimento dos estudos sobre
gesso, desenvolvidos no Grupo de Pesquisa em Gestão e Produção
Sustentável (GPS Fibras).
Como resultado deste trabalho pretende-se desenvolver o artigo para
congresso: Efeitos de Adições Minerais e Aditivos Comerciais nas propriedades
de Pasta de Gesso.
Os temas propostos para publicação em periódicos serão:
Reologia de pastas gesso utilizando líquidos iônicos como aditivo;
Avaliação das propriedades, no estado endurecido, de pastas de gesso
aditivadas com líquidos iônicos e;
Desenvolvimento de aditivo para gesso à base de sais orgânicos.
40
8 CRONOGRAMA
ATIVIDADE ANO 2016 ANO 2017
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
Revisão Biliográfica
Curso de disciplinas obrigatórias e optativas
Estudo da dosagem dos LI
Projeto de doutorado - ENGM76 X
Produção e caract. da pasta de gesso (adit.)
Produção do LI
ATIVIDADE ANO 2018 ANO 2019
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
Revisão Biliográfica
Produção e caract. da pasta de gesso (LI)
Desenvolvimento de novo LI
Produção e caract. da pasta de gesso (LInovo)
Produção e caract. da pasta de gesso adição)
Análise micro estrutural
Tratamento e análise de dados
Resultados e Conclusões
Qualificação de doutorado - ENGM77 X
Defesa X
41
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