Cal aérea

2.1.1 Definição

Segundo Coutinho (2006), a cal aérea é o ligante que resulta da decomposição, por acção da temperatura, de rochas cuja constituição em carbonato de cálcio (rocha cálcica, CaCO3) ou em carbonato de cálcio e magnésio (rocha dolomítica, CaMg(CO3)2) , não é inferior a 95%. Trata-se de um ligante aéreo, que necessita do dióxido de carbono (CO2) da atmosfera para endurecer, e assim não consegue endurecer dentro de água (COUTINHO, 2006).

“A cal terá sido um dos materiais mais antigos utilizado na construção, antecedido apenas, provavelmente, pela pedra, barro, madeira e gesso” (MARGALHA, 2010). A cal aérea foi utilizada

desde a antiguidade e durante vários séculos em argamassas de reboco e de assentamento, tendo caído em desuso desde o desenvolvimento dos ligantes hidráulicos, com maior resistência e um endurecimento a curto prazo também maior.

2.1.2 Calcinação, hidratação e carbonatação – ciclo da cal

A calcinação ou cozedura das rochas cálcicas pode dar-se entre os 800 e os 1000ºC, mas geralmente por volta dos 900ºC, temperatura a que se dá a decomposição do carbonato de cálcio da rocha em óxido de cálcio (CaO) e dióxido de carbono (CO2), libertado para a atmosfera. Obtém-se assim a cal viva.

CaCO3 + calor → CaO + CO2

Em primeiro lugar, a rocha vai libertar a água que contém até que, a partir de uma dada temperatura, se inicia a decomposição do dióxido de carbono. A temperatura de decomposição vai depender do grau de pureza do material; a temperatura vai ser inferior quanto menos puro for o material, como é o caso das rochas dolomíticas, em que o processo de calcinação é idêntico ao das rochas calcárias mas com uma temperatura inferior – entre os 400ºC e os 480ºC (FARIA, 2004; MARGALHA, 2010). A cal viva é um produto instável que necessita de hidratação; o produto da calcinação pode apresentar-se sobre a forma de pedra ou em pó. A hidratação da cal viva é uma reacção exotérmica (pode ultrapassar os 150ºC), que pode ser executada por aspersão ou através da sua imersão em água; o óxido de cálcio passa a hidróxido de cálcio, e a cal viva transforma-se em cal apagada, extinta ou hidratada.

MATÉRIAS-PRIMAS UTILIZADAS

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CaO + H2O → Ca(OH)2 + calor

O contacto da cal viva com a água provoca um aumento do seu volume, com a sua desagregação acompanhada de efervescência e libertação de vapores. Dependendo do processo de extinção obtém-se a cal em pó ou em pasta. A cal extinta é a cal utilizada na construção para produção de argamassas.

A cal hidratada, em contacto com o dióxido de carbono da atmosfera, retorna à composição química da rocha de que provém, e transforma-se novamente em carbonato de cálcio; é o processo de carbonatação da cal hidratada.

Ca(OH2) + CO2 → CaCO3 + H2O + calor

O processo de carbonatação das argamassas de cal aérea é bastante lento (pode levar anos), e a sua velocidade pode ser afectada por vários factores: teor em água; quantidade de cal; temperatura; concentração em CO2; espessura da argamassa; humidade relativa ambiente (FARIA, 2004).

O retorno da cal hidratada ao ponto de partida fecha o chamado ciclo da cal, que se apresenta na figura 2.1.

Fig. 2.1 - Ciclo da cal

2.2 Metacaulino

2.2.1 Materiais pozolânicos

As pozolanas são produtos que podem ser naturais ou artificiais, e que são constituídos maioritariamente à base de sílica e alumina. À temperatura ambiente e na presença de água, estes constituintes combinam-se com o hidróxido de cálcio da cal, dando origem a compostos bastante estáveis em água e com propriedades aglomerantes, do tipo dos que são obtidos quando se utilizam ligantes hidráulicos (COUTINHO, 2006). Os materiais pozolânicos não têm características hidráulicas

Calcinação CaCO₃ + calor → CaO + CO2 Hidratação CaO + H2O → Ca(OH)2 + calor Carbonatação Ca(OH₂) + CO₂ → CaCO3 + H₂O + calor

MATÉRIAS-PRIMAS UTILIZADAS

21 por si só; quando combinados com a cal aérea hidratada dá-se a formação dos compostos hidráulicos (VEIGA, 2011).

As pozolanas são materiais utilizados desde a antiguidade, com a sua incorporação em argamassas de cal aérea, de modo a conferir-lhes propriedades hidráulicas, maior resistência e durabilidade, tendo chegado aos dias de hoje. Muitas argamassas antigas já caracterizadas em vários estudos, como é o exemplo das argamassas romanas, apresentam adições de pozolanas naturais de origem vulcânica ou artificiais à base de produtos cerâmicos, como o pó de tijolo; a aplicação destas argamassas era realizada principalmente em locais com humidade relativa elevada ou com presença de água, como depósitos de água, tanques ou termas (MARGALHA, 2010; VEIGA, 2011). As argamassas de cal aérea com pozolanas na sua constituição adquirem uma maior capacidade de endurecimento em ambientes húmidos, as suas resistências mecânicas aumentam e também a sua durabilidade é incrementada, já que, por exemplo, resistem melhor à acção dos sais solúveis.

Os materiais pozolânicos podem ser classificados em pozolanas naturais e pozolanas obtidas por tratamento térmico, e assim designadas por pozolanas artificiais. Os subprodutos industriais são outro tipo de material que tem vindo a ser utilizado como pozolana, devido à sua reactividade pozolânica demonstrada e ao interesse da sua re-inserção no processo produtivo.

a) Pozolanas naturais

As pozolanas naturais são constituídas por rochas com propriedades pozolânicas, cujo tratamento engloba apenas a sua extracção e moagem. A formação destas rochas dá-se devido a um arrefecimento brusco e uma solidificação rápida de magmas ricos em sílica, após a erupção vulcânica e que ficaram num estado amorfo ou semi-cristalino. A acção dos agentes atmosféricos provoca a alteração destas rochas, que se podem encontrar soltas ou consolidadas em tufos vulcânicos; a meteorização das lavas vulcânicas resulta num aumento da reactividade pozolânica (FARIA, 2004; COUTINHO 2006). Como exemplos de pozolanas naturais, têm-se a nível nacional as pozolanas dos Açores e de Porto Santo na Madeira, enquanto a nível europeu se destacam as pozolanas italianas com diferentes proveniências, ou as pozolanas gregas de Santorini e as espanholas das ilhas Canárias.

b) Pozolanas artificiais

As pozolanas artificiais podem ser produtos argilosos sujeitos a tratamento térmico suficiente para a sua desidratação, geralmente entre os 500ºC e os 950ºC dependendo do material, aumentando-se assim a porosidade das partículas e a sua superfície activa. Como exemplos destas pozolanas artificias, tem-se o metacaulino, a diatomite, as argilas cozidas ou as cinzas de casca de arroz. No caso da diatomite ou terra diatomácea, resultante da acumulação de fósseis de conchas siliciosas de organismos unicelulares, pode ser também utilizada em crú sem qualquer tipo de tratamento térmico, uma vez que já possui propriedades pozolânicas, embora essas propriedades possam ser optimizadas através de um tratamento térmico (FARIA, 2004; VELOSA, 2006; COUTINHO, 2006).

MATÉRIAS-PRIMAS UTILIZADAS

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c) Subprodutos industriais

Os subprodutos industriais têm sido cada vez mais utilizados como pozolanas artificiais, devido a questões de sustentabilidade ambiental. Estes produtos resultantes de processos industriais, possuem uma reactividade pozolânica semelhante à das pozolanas artificiais pois são obtidas de forma semelhante. Como exemplos têm-se as cinzas volantes provenientes da queima do carvão nas centrais termoeléctricas, ou a sílica de fumo proveniente da extracção do silício a partir do quartzo. No caso do estudo realizado com esta dissertação, a pozolana utilizada é o metacaulino (pozolana artificial).