Argamassas com pozolanas para aplicação na conservação de edifícios

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Argamassas com pozolanas

para aplicação na

conservação de edifícios

Oficina Técnicas Tradicionais de Revestimento

Beja 20/09/2007

Ana Velosa (Univ. Aveiro)

reboco

junta

suporte

enchimento

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• Argamassas – constituintes

• Pozolanas (material, reacção,

escolha)

• Propriedades de argamassas com

pozolanas

• Aplicação de argamassas com

pozolanas

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Composição de argamassas

• Ligante

cal

cal hidráulica

cimento

• Agregado

• Outros (argila, pozolanas, fibras)

Matérias primas/cozedura

ligantes

• Cal aérea

-

cozedura CaCO₃(‹5% impurezas) a 800/900ºC

• Cal hidráulica - cozedura CaCO₃(8-20% impurezas) a 1000ºC

• Cimento -

cozedura CaCO₃(20-40% impurezas) a 1050/1300ºC, adição gesso

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Matérias primas/cozedura

ligantes

Composição química de

ligantes

• cal aérea

- Ca(OH)2; Mg(OH)2

• cimento

- 3CaO.SiO₂ (C₃S) – alite

- 2CaO.SiO₂ (C₂S) – belite

- 3CaO.Al2O3(C3A)

- 4CaO.Al2O3. Fe2O3(C4AF) – celite

• cal hidráulica

- Ca(OH)2

- 2CaO.SiO2 (C2S) – belite

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Cal aérea – ciclo da cal

CaCO₃+ ∆H CaO + CO₂ CaMg(CO₃)₂+ ∆H CaO + MgO + 2CO₂ CaO + H₂O Ca(OH)₂ CaO + MgO + 2H₂O Ca(OH)₂+ Mg(OH)₂ Ca(OH)₂+ CO₂CaCO₃ Mg(OH)₂+ CO₂MgCO₃

POZOLANAS

materiais pozolânicos

reacção pozolânica

escolha de pozolanas

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Pozolanas – definição, tipos

• no contexto das argamassas podemos definir pozolanas como materiais siliciosos ou silico-aluminosos que por si só não endurecem debaixo de água, mas que finamente divididos e na presença de humidade reagirão quimicamente com o hidróxido de cálcio a temperaturas vulgares formando compostos com propriedades cimentícias

• POZOLANAS NATURAIS encontram-se na natureza, provenientes do rápido arrefecimento de produtos de erupções vulcânicas ou sob a forma de terra diatomácea

• POZOLANAS ARTIFICIAIS resultam de processos de queima a temperaturas específicas de materiais naturais. Neste domínio encontram-se alguns sub-produtos industriais

Pozolanas naturais de origem

vulcânica

• provenientes de lavas ácidas: porosas, baixa densidade, claras e potencialmente mais reactivas dada a viscosidade do

magma e a consequente saída explosiva de gases • provenientes de lavas básicas: compactas e escuras • POZOLANA AÇORES, POZOLANA CABO VERDE,

POZOLANAS ITALIANAS, TOSCA (CANÁRIAS), TERRA DE SANTORINI (GRÉCIA), TRASS (ALEMANHA), POZOLANA VÓLVICA (FRANÇA), FURUE SHIATSU (JAPÃO)

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Pozolana de S.Miguel

• Ilhas Açorianas possuem pozolanas de características muito variáveis dependendo do local e profundidade de extracção • Pozolana S. Miguel tem único local de extracção em Água de

Pau, Pisão • Composição

Designação CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O MgO Na2O TiO2 P2O5 MnO PR

Pozolana Açores 1A 1.85 53.39 19.76 6.70 4.01 1.16 3.58 1.63 0.17 0.20 6.90 Pozolana Açores 2B 1.93 55.76 18.21 5.68 4.51 2.01 4.50 1.11 0.15 0.22 4.70 Pozolana Açores T 1.69 56.30 18.18 5.43 4.82 1.16 4.95 1.02 0.16 0.21 5.30

Pozolana de Santo Antão

• Pozolana básica que foi alvo de meteorização • Composição

Pozolana Cabo Verde

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Pozolanas naturais de origem

sedimentar

• Terra diatomácea

produto mineral resultante da fossilização das conchas siliciosas de organismos unicelulares (Bacillariophyta) que são usualmente designados por diatomas

Composição

Diatomite SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 P.R.

1 71.51 13.19 3.99 6.28 4.14 Vest. 12.41

2 87.43 5.04 0.76 8.10 3.45 0.49 15.11

Pozolanas Artificiais

• Materiais argilosos cozidos a temperaturas específicas

- Argila cozida a cerca de 800ºC (pó de tijolo)

- Metacaulino resultante de caulino cozido a cerca de 750/800ºC

• Sub-produtos industriais

- Cinzas volantes - Sílica de fumo

• Materiais de origem orgânica cozidos a temperaturas específicas

- Cinzas casca arroz - Cinzas caule trigo - Cinzas madeira

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Pó de tijolo

• Produto formado através da cozedura de argila e posterior moagem

•Composição

Argila 800ºC

4.02 67.49 13.86 4.71 2.24 1.55 0.21 1.04 0.15 0.08 3.20

Pó de tijolo

Os minerais argilosos, principais,

responsáveis pela formação da fase

amorfa e reactiva libertam a água

absorvida a cerca de 100ºC, e

desidroxilam entre 500ºC e 600ºC. Entre

os 800ºC e os 1000ºC dá-se a

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Pó de tijolo

The Geology and Mineralogy of Brick Clays, P.S. Keeling

Metacaulino

•Obtido através da cozedura de caulino a temperaturas entre os 750ºC e os 850ºC

•Composição: 50-55% SiO₂; 40-45% Al₂O₃; outros compostos

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Cinzas volantes

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O SO3 P.R.

Origem Mínimo Máximo 50 27 5 1.5 0.5 0.5 1 0.5 2 Sines 54 29 8 4 2 1 2 1 4 42.2 21 3.5 1.7 0.6 0.2 1.1 0.2 5.6 Pego 58.5 32.6 9.1 9.2 2.6 0.9 3.1 1.04 9.3 •Provenientes da queima do carvão em centrais termoeléctricas

•Composição

Sílica de fumo

•Proveniente do processo de fabrico de silício e ligas de ferro e silício em fornos eléctricos que atingem temperaturas na ordem dos 2000ºC, produzindo um gás SiO que, transportado para zonas de temperatura mais baixa, oxida (reacção com o ar) e condensa formando partículas de dióxido de silício

• Composição

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Cinzas de origem orgânica

•Origem na queima de produtos orgânicos com alto conteúdo em sílica (casca de arroz, caule de trigo, madeira, biomassa)

•Composição variada dependendo da matéria prima, sendo fundamental um elevado conteúdo em sílica amorfa

Resíduos

• Resíduo de vidro (vidro moído abaixo

de 25µm)

• Resíduo da produção de argila

expandida

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Pozolana de

Cabo Verde Pozolana dos Açores Metacaulino de Alvarães Metacaulino Industrial

Pó de Tijolo Cinzas Volantes Resíduo de Argila

Expandida Cinzas de Papel

Reacção pozolânica

• hidrólise do hidróxido de cálcio Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH

-• as pozolanas, constituídas fundamentalmente por matéria vítrea siliciosa ou aluminosa, são despolimerizadas conforme as equações seguintes:

≡ Si – O - Si ≡ + 3OH- _{[Si (OH)}₃_]

-≡ Si – O - Al -≡ + 7OH- _{[Si (OH)}₃_]-_{+ [Al (OH)}₄_]

-• reacção entre os iões Ca2+_{e os mono silicatos e aluminatos:}

Y[SiO (OH)3]- + XCa2+ + (Z-X-Y) H2O + (2X-Y) OH- Cx - Sy - Hz

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Produtos da reacção

pozolânica

Silicatos e aluminatos de cálcio, sendo o principal produto o CSH, que se apresenta sob diversas formas, dependendo da relação Ca/Si e das condições de formação.

Reactividade pozolânica –

factores determinantes

• Composição do material

• Temperatura de cozedura (pozolanas artificiais) • Elevada superfície específica

• Relação cal/pozolana • Condições termo/higrométricas cinzas volantes H H Q M Q M Q M M/H M M Q M Q 0 200 400 600 800 1000 1200 0 10 20 30 40 50 60

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Reactividade pozolânica –

medição

• Resistência mecânica pastas de cal e pozolana normalizadas

• Via química, medindo sílica solúvel • Condutividade

• Medição da concentração em hidróxido de cálcio em solução após adição de pozolana comparativamente a uma solução saturada em hidróxido de cálcio

Reactividade pozolânica –

Ensaios mecânicos

ASTM

CEFRP

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Reactividade pozolânica –

Ensaios químicos

7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 0 30 60 90 120 Tempo (s) C o nd ut iv id ad e ( m S /c m ) PA PCV PT MCI MCA RAE CV 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 35 55 75 95 Concentração em iões hidróxilos (mmoles/l)

PCV PA MCA PT RAE

Condutividade

NP EN 196-5

Escolha de materiais pozolânicos

• Composição química (quantidade de

sílica, presença de sais) – FRX

• Composição mineralógica – conteúdo

em material amorfo – DRX

• Reactividade pozolânica – NP EN 196-5

• Superfície específica – abaixo de 75µm

• Material natural ou cozido a uma

temperatura específica (ATG)

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PROPRIEDADES ARGAMASSAS

COM POZOLANAS

Propriedades de argamassas

• Resistência mecânica

• Comportamento adequado face à água e ao vapor

de água

• Deformabilidade

• Compatibilidade química com suporte

• Adequabilidade estética

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Características e

propriedades argamassas cal

aérea

• carbonatação absorvendo CO₂do ar

• incapacidade de endurecimento debaixo de água • razoável resistência mecânica

• baixo módulo de elasticidade, capacidade de deformação • rápida secagem

• permeabilidade ao vapor de água

Características e propriedades

argamassas cal aérea e

pozolanas

• carbonatação absorvendo CO₂do ar

• capacidade de endurecimento debaixo de água ou em condições de humidade relativa muito elevada

• razoável/alta resistência mecânica

• baixo módulo de elasticidade, capacidade de deformação • rápida secagem

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argamassas de cal aérea/

argamassas de cal aérea e

pozolanas

• Resistência mecânica

• Módulo de elasticidade

• Absorção capilar

• Secagem

• Susceptibilidade à fendilhação

Resistência Mecânica

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 C CP C V CP A CM CA 1 0 CM CA 2 0 CM CI 1 0 CM CI 2 0 CP T CP T C O N Cp P T CO N CC V CR A E Argamassa MP a 28d 90d 6m

Resistência

flexão

Aumento inicial de

resistência face às

argamassas de cal

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Resistência Mecânica

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 C CP CV CP A CM C A 1 0 CM C A 2 0 CM C I10 CM C I20 CP T CP T C O N CpP T C O N CC V CRA E Argamassa MP a 28d 90d 6m

Resistência

compressão

Aumento inicial de

resistência face às

argamassas de cal

Módulo de elasticidade

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 C CP CV CP A CM CA 1 0 CM CA 2 0 CM CI 1 0 CM CI 2 0 CP T CP T C O N Cp P T CO N CRA E CCV Argamassa MP a 28d 90d 6m

Da ordem de grandeza ou menor do que o

Módulo de Elasticidade da argamassa de cal

aérea, exceptuando as argamassas com cinzas

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Absorção capilar

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 C CP CV CP A CM CA 1 0 CM CA 2 0 CM CI 1 0 CM CI 2 0 CP T CP T C O N Cp P T CO N CC V CRA E Argamassa kg /m 2 .h 1 /2 28 d 90 d 6 m

Argamassas com pozolanas apresentam

coeficiente de capilaridade superior às

argamassas de cal mas inferior absorção às

24h.

Absorção capilar

Argamassas com pozolanas apresentam

coeficiente de capilaridade superior às

argamassas de cal mas inferior absorção às

24h.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 C CP CV CP A CM CA 1 0 CM CA 2 0 CM CI 1 0 CM CI 2 0 CP T CP T C O N Cp P T CO N CCV CRA E Argamassa kg /m 2 28 d 90 d 6 m

(22)

Secagem

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0. 00 3. 83 14 .3 3 24 .8 3 35 .3 3 45 .8 3 56 .3 3 66 .8 3 77 .3 3 87 .8 3 98 .3 3 108 .8 3 119 .3 3 129 .8 3 140 .3 3 150 .8 3 161 .3 3 171 .8 3 182 .3 3 Tempo (h) Te n s ã o ( m V ) C CPCV CPA CMCA10 CMCA20 CMCI10 CMCI20 CPT CpPTCON CPTCON CCV CRAE

Absorção capilar/Secagem

0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 0,00 5,48 9,49 _17,32 _37,95 _38,73 _41,35 _53,67 _75,89 _92,95 Time (1/2) A b s opt io n ( g /d m 2 .m in1/ 2) 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 0,00 5,48 9,49 ₁₇,32 37,9 5 38,7 3 41,3 5 53,6 7 75,8 9 92,9 5 Time (1/2) A b s o rp tio n ( g /d m 2 .m in 1 /2)

Cal

Cal + Metacaulino

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Susceptibilidade à fendilhação

Argamassa Fr (N) G (N.mm) CSAF CREF (mm) Susceptibilidade à fissuração C 50 82 1,4 1,6 Fraca CPCV 47 85 1,1 1,8 Fraca CPA 51 69 1,1 1,4 Fraca CMCA10 57 65 1,2 1,2 Fraca CMCA20 49 98 1,9 2,3 Fraca CMCI10 50 34 1,5 0,7 Média CMCI20 29 108 12,2 10,1 Fraca CPT 57 90 7,5 5,4 Fraca CPTCON 64 121 6,9 6,4 Fraca CpPTCON 52 214 5,0 2,5 Fraca CCV 66 104 1,8 1,5 Fraca CRAE 53 48 2,4 0,9 Fraca

Durabilidade de argamassas com

cal aérea e pozolanas - clima

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 Ci c lo 1 Ci c lo 2 Ci c lo 1 Ci c lo 2 Ci c lo 1 Ci c lo 2 Ci c lo 1 Ci c lo 2 Ci c lo 1 Ci c lo 2 Ci c lo 1 Ci c lo 2 Ci c lo 1 Ci c lo 2 Ci c lo 1 Ci c lo 2 Ci c lo 1 Ci c lo 2 Ci c lo 1 Ci c lo 2 Ci c lo 1 Ci c lo 2 Ci c lo 1 Ci c lo 2

C CPCV CPA CPT CPTCON CpPTCON CMCI10 CMCI20 CMCA10 CMCA20 CCV CRAE

% m a te ri a l p e rd id o

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Durabilidade de argamassas com

cal aérea e pozolanas - sais

-600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 0 2 4 6 8 nº ciclos v a ri aç ão m a s s a ( g ) C CPCV CPA CPT CPTCON CpPTCON CMCI10 CMCA10 CMCA20 CCV CRAE

Argamassas antigas com

pozolanas

(25)

Argamassas antigas com

pozolanas - Portugal

Utilização ao longo dos séculos Diferentes tipos de edifícios Utilização em todo o país

Argamassas antigas com

pozolanas – características

químicas

(26)

Argamassas antigas com

pozolanas – características

Argamassas antigas com

pozolanas – características

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APLICAÇÃO DE ARGAMASSAS

COM POZOLANAS

Influência da adição de

pozolanas em argamassas de

cal

• Acção simultânea da carbonatação e da reacção pozolânica

• Permite aplicações em meios húmidos ou debaixo de água assim como em locais de difícil acesso do dióxido de carbono

• Permite aplicação de camadas de reboco com maior espessura

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Influência da adição de

pozolanas em argamassas de

cal

• Aumento da resistência mecânica

• Adequado comportamento face à água

• Dotação de maior durabilidade às argamassas

Argamassas para conservação –

compatibilidade mecânica

Características Mecânicas (MPa)

Comportamento à retracção restringida Argamassa Rt Rc E Fmáx (N) G (N.mm) CSAF CREF C 0,26 0,84 2327 50 82 1,4 1,6 CPCV 0,30 1,12 2768 47 85 1,1 1,8 CPA 0,11 0,52 2485 51 69 1,1 1,4 CMCA10 0,37 0,50 1217 57 65 1,2 1,2 CMCA20 0,26 0,62 1243 49 98 1,9 2,3 CMCI10 0,22 0,43 1517 50 34 1,5 0,7 CMCI20 0,21 0,98 1456 29 108 12,2 10,1 CPT 0,19 0,70 n.r. 57 90 7,5 5,4 CPTCON 0,51 1,37 1911 64 121 6,9 6,4 CpPTCON 0,63 2,04 1719 52 214 5,0 2,5 CCV 0,52 1,02 4352 66 104 1,8 1,5 CRAE 0,51 2,28 4017 53 48 2,4 0,9

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Comportamento à água

Ensaios clássicos Ensaio com humidímetro

Uso SD (m) C (kg/m2 .h1/2 ) M (h) S (h) H (mv.h) Envelhecimento Artificial Acelerado C 0,08 17,21 0,25 42 15969 Médio CPCV 0,07 5,50 0,25 66 44421 Bom CPA 0,07 15,63 0,25 52 18269 Bom CMCA10 0,06 20,79 0,25 24 14803 Médio CMCA20 0,06 24,27 0,58 35 21713 Médio CMCI10 0,13 20,50 0,50 17 11273 Médio CMCI20 0,06 21,40 0,58 45 26893 Médio CPT 0,06 12,96 1,17 27 14078 Destacamento CPTCON 0,09 17,44 0,58 46 24591 Destacamento CpPTCON 0,07 12,96 1,08 60 35586 Destacamento CCV 0,09 17,43 0,92 115 67401 Bom CRAE 0,07 17,85 0,92 104 53136 _Destacamento