DESENVOLVIMENTO DE MATRIZ DE GESSO PARA APLICAÇÃO NA CONSTRUÇÃO CIVIL
C. P. Brandão*, R. F. Carvalho
Rua Aristides Novis, 02, Federação, CEP 40210 – 630 cathebrandao@gmail.com
Escola politécnica, Universidade Federal da Bahia, Salvador – Ba.
RESUMO
O estudo da deformabilidade das pastas de gesso contribui para se obter condições de uso de pastas sem que haja aparecimento de fissuras. Nesse contexto, tem-se o objetivo de desenvolver uma pasta de gesso adequada para obter composições para aplicação na construção civil. Pastas de gesso preparadas com relações água/gesso de 0.45 e 0.50, com e sem incorporação de aditivo, serão verificadas experimentalmente quanto ao comportamento mecânico. Ensaio quase-estático de resistência à compressão simples foi realizado e para determinação do módulo de elasticidade dinâmico e não – destrutivo aplicou-se a metodologia da frequência natural de vibração e velocidade de propagação de pulso ultrassônico. Depois disso, fez-se uma análise estatística correlacionando os módulos de elasticidade encontrados entre os método e verificando a influência da introdução do aditivo.
Palavras – Chave: gesso, comportamento mecânico, módulo de elasticidade dinâmico.
INTRODUÇÃO
Na construção civil o uso do gesso comercial ou hemidrato de cálcio do tipo beta se dá devido ao seu baixo custo e facilidade de obtenção(1), mas também pela possibilidade de ser reciclado(2). A partir dos diferentes tipos de gesso são obtidos produtos diferenciados.
O hemidrato (CaSO4.1/2H2O) quando em contato com água gera o dihidrato
(CaSO4.2H2O). A reação de hidratação do gesso sofre interferência de diversos
fatores, entre eles: a relação água/gesso (a/g); a energia de mistura do gesso com a água; a temperatura da água de amassamento; a umidade relativa do ar no ambiente de trabalho; a presença de impurezas e pontos de nucleação; e ainda a presença de aditivos(3).
As propriedades físicas e mecânicas do gesso, no estado endurecido, são influenciadas diretamente pela relação água/gesso; pela formação de sua microestrutura, pela porosidade; pela forma de entrelaçamento dos cristais; idade do produto; das condições ambientais de endurecimento; e condições de uso do material. Neste estado, o gesso apresenta algumas propriedades, como: a resistência ao fogo, o isolamento térmico e acústico e a higroatividade. Entretando, possui um rápido endurecimento e é um material frágil. Para melhorar a trabalhabilidade, possibilitando com isso a ampliação de suas aplicações, é necessário fazer uso de aditivos superplastificantes e reforços, como fibras, por exemplo.
Na produção de componentes para a construção civil, é necessária uma consistência fluida para assegurar a trabalhabilidade adequada do material. Inicialmente, isso implica no aumento da quantidade da água de amassamento, elevando a relação a/g. Entretanto, o aumento da relação a/g pode reduzir significativamente as resistências finais do material(4). Por essa razão, adota-se aditivos superplastificantes, que quando são compostos de base de carboxilatos, são adsorvidos na superfície dos grãos de gesso, tornando mais lentos o processo de dissolução, a formação dos pontos de nucleação, o crescimento dos cristais e o endurecimento da pasta. Funcionando, também, como retardadores do tempo de pega(5).
O comportamento mecânico dos materiais pode ser caracterizado por métodos quase estáticos e também através de métodos dinâmicos. A determinação do módulo elástico dinâmico do gesso pode se dar por medida da velocidade do pulso de ultrassom e pela determinação da frequência natural de vibração(2,3).
Neste trabalho, tem-se o objetivo de analisar o comportamento mecânico das diferentes pastas estudadas através da resistência à compressão axial e da determinação do módulo de Young ou módulo de elasticidade por métodos vibracionais. Como objetivos específicos, seguem:
1. Avaliar o módulo de elasticidade de pastas com diferentes teores de aditivo. 2. Correlacionar estatisticamente os resultados experimentais.
MATERIAIS E MÉTODOS
O gesso – β foi utilizado para o desenvolvimento dessa matriz foi fornecido por empresa da região de Araripe/PE, sendo as características físicas apresentadas no Quadro 1.
Quadro 1 - Características físicas do gesso em pó.
Ensaio Valor Unidade Limite Norma
Módulo de Finura 1,33 - > 1,1 (grosso) NBR 12127 Massa Unitária 712,87 Kg/m³ > 700 NBR 12127
Massa Específica 2,6316 g/m³ - NM 23
O aditivo usado neste trabalho é um líquido amarelo da classe de superplastificante de 4º geração, composto de policarboxilatos, com densidade de 1,09g/cm3.
No Quadro 2, são apresentadas as pastas de dois fatores a/g sem aditivo (Referência) e com teores de aditivo superplastificante variados para análise. As características físicas das pastas estão relacionadas no Quadro 3.
Quadro 2 - Definição das pastas a serem analisadas.
Aditivo (%) 0,0 (Ref.) 3,0 3,5 4,0 0,0 (Ref.) 3,0 3,5 4,0
Fator a/g 0,45 0,50
Quadro 3 - Características físicas das pastas de gesso.
Fator a/g
Aditivo (%)
Estado Fresco Estado Endurecido
Massa específica (kg/m³) Teor de ar incorporado (%) Densidade Aparente (kg/m³) CP 4x4x16 cm Dureza (N/mm²) CP 5x5x5 cm 0,45 Ref. 1671,81 7,11 1602,49 53,05 3,00 1643,01 7,50 1554,00 20,16 3,50 1664,76 6,09 1502,17 20,80 4,00 1643,80 7,12 1505,43 20,00 0,50 Ref. 1635,92 3,99 1472,96 38,10 3,00 1626,54 3,44 1430,80 15,81 3,50 1601,80 4,81 1492,33 16,41 4,00 1643,80 4,41 1513,69 16,32
O teor de aditivo superplastificante foi utilizado para obter uma pasta com fluidez superior a 10 cm. A preparação foi realizada, seguindo as seguintes etapas(6): mistura do aditivo à água; polvilhamento do gesso em pó sobre a água durante 1
min; descanso da mistura por 2 min; por fim, mistura dos materiais por 1 min. Os ensaios de caracterização mecânica serão realizados em 6 corpos de prova na idade de 7 dias.
A compressão axial(7) foi realizado no equipamento de ensaio universal PAVITEST capacidade de 5 toneladas, em corpos de prova cúbicos com arestas de 50 mm. Para determinação da velocidade do pulso de ultrassom (VPUS), utilizou-se o equipamento circuito gerador – receptor UPV modelo E48. O método direto de determinação do VPUS foi aplicado longitudinalmente nos prismas com 40 x 40 x 160 mm, determinando-se três leituras do tempo de transmissão de onda, em µs. O módulo de elasticidade dinâmico foi estimado pela Eq. A, conforme(8):
(A)
Onde: a velocidade ʋ (mm/µs) é a relação entre o comprimento do corpo de prova e o tempo de transmissão da onda ultrassônica média, a densidade aparente (ρ, Kg/m³) e o Coeficiente de Poisson (μ) foi adotado com o valor de 0.20.
O módulo de elasticidade dinâmico estimado através de excitação por impulso (ressonância) foi realizado no equipamento Sonelastic, marca ATCP. Inicialmente, determina-se o comprimento L (mm), largura W (mm), espessura T (mm) e peso (g) para cada corpo de prova e o coeficiente de Poisson também foi adotado como 0,20. Os dados foram inseridos no programa TESC. A configuração do ensaio foi definida para obter as frequências de ressonância flexionais. O módulo de elasticidade, em MPa é calculado pelo TESC, conforme(9,10).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
As resistências e módulos elástico médios estão apresentados no Quadro 4. Os resultados indicam uma forte redução da resistência à compressão nas pastas com a presença do aditivo, na medida em que os teores do aditivo são aumentados esse efeito é ampliado, tanto para o fator a/g de 0.45 quanto para 0.50. Observações semelhantes foram registradas em diferentes trabalhos de pesquisa com gesso(11). Quanto aos módulos elásticos pode ser observado que o menor fator a/g resultou em maior rigidez e que as estimativas desses módulos, obtidos através do VPUS, apresentam valores superiores às estimativas pelo método de ressonância.
Quadro 4 - Dados dos ensaios com as pastas. Fator a/g Aditivo (%) Resistência compressão (MPa) Módulo Young VPUS (MPa) Variação em relação a Ref. (%) Módulo Young Ressonância (MPa) Variação em relação a Ref. (%) 0.45
Ref. 8,81 9106,92 REF. 8360,56 REF. 3.00 6,64 8060,01 11,07 7663,33 8,32 3.50 5,87 7754,74 14,44 7127,78 14,73 4.00 5,81 7599,99 16,15 7256,11 13,19
0.50
Ref. 9,03 7571,81 REF. 7196,67 REF. 3.00 4,79 6905,52 13,90 6888,33 4,28 3.50 4,96 7079,29 11,74 6709,44 6,77 4.00 5,51 7139,67 10,99 6782,22 5,76
Pode-se verificar a relação entre a densidade aparente e os módulos elásticos conforme apresentado na Figura 1.
Figura 1 – Módulos elásticos versus densidade aparente.
Os resultados também indicam forte correlação entre as variáveis de módulos elásticos dinâmicos e a resistência à compressão, como apresentado na Figura 2.
(a) (b)
Figura 2 – Correlação entre os módulos elásticos e a resistência à compressão: (a) a/g=0.45, (b) a/g=0.50.
Correlações entre as variáveis com o quadrado do Coeficiente de Determinação acima 0.80 indicam que os métodos dinâmicos podem ser adotados como ensaios não destrutivos para a estimativa da resistência das pastas de gesso. A forte correlação entre os ensaios pode ser entendida como resultados da maior porosidade gerada a partir da variação do fator a/g, assim como os efeitos da adição dos superplastificantes.
A dureza também é influenciada pela porosidade superficial das pastas e, portanto também apresenta forte relação com resistência à compressão com quadrado do Coeficiente de Determinação acima de 0.90. A Figura 3 apresenta os pontos experimentais, as equações de correlação para as pastas com fatores a/g = 0.45 e a/g =0.50.
O comportamento correlacionado também indica a dureza superficial como ensaio não destrutivo, mas que provoca danos localizados na superfície da pasta.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com método de determinação de módulo elástico dinâmico através da velocidade do pulso de ultrassom obtivemos experimentalmente módulos superiores aos obtidos através do método de ressonância.
A significativa correlação entre os ensaios de resistência á compressão e métodos dinâmicos de determinação do módulo de elasticidade pode ser entendida como resultados da maior porosidade gerada a partir da variação do fator a/g, assim como a partir dos efeitos da adição dos superplastificantes. O que também se aplica para dureza, em que a forte relação com resistência à compressão também é influenciada pela porosidade superficial das pastas.
O aumento do fator a/g reduz as propriedades mecânicas do gesso. Nesse trabalho foi possível verificar que a introdução deste aditivo superplastificante gerou redução das propriedades mecânicas do gesso em relação à pasta referência. A incorporação de aditivo superplastificante gerou pastas de menor rigidez.
REFERÊNCIAS
(1) SILVA, M. G. S. Desenvolvimento de compósito a base de gesso e pó de
fibra de coco. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Sergipe (UFSE),
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, São Cristóvão, 2010. 73f.
(2) NĚMCOVÁ, H. et. All. Comparison of methods for dynamic young´s Modulus determination in gypsum materials. In: 4th International Conference of Modelling
of Mechanical and Mechatronic Systems. Faculty of Mechanical engineering,
Technical university of Košice. 2011.
(3) Padevet, P.; Tesarek, P.; Placy, T. Evolution of Mechanical properties of gypsum in time. Internacional Journal of Mechanics. Tema 1, Volume 5. 2011.
(4) MUNHOZ, F.C. Utilização do gesso para fabricação de artefatos alternativos,
no contexto de produção mais limpa. Dissertação (Mestrado) – Universidade
Estadual Paulista. Faculdade de Engenharia, Bauru, 2008.145 f.
(5) SONG, K. M. et al. Simultaneous monitoring of hydration kinetics, microstructural evolution, and surface interactions in hydrating gypsum plaster in the presence of additives. J Mater Sci., v. 45, p. 5282-5290, 2010. DOI 10.1007/s10853-010-4572-7
(6) ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 12127 (MB-3468): Gesso para construção - Determinação das propriedades físicas do pó. Rio de Janeiro. 1991a.
(7) ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 12129 (MB-3470): Gesso para construção - Determinação das propriedades mecânicas. Rio de Janeiro. 1991a.
(8) ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 15.630: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos - Determinação do módulo de elasticidade dinâmico através da propagação de onda ultra-sônica. 2009.
(9) American Society for Testing and Materials. ASTM E 1876 – 01. Standard Test Method for Dynamic Young’s Modulus, Shear Modulus, and Poisson’s Ratio by Impulse Excitation of Vibration. Annual Book of ASTM Standards, 2006.
(10) American Society for Testing and Materials. ASTM C 215. Standard Test Method for Fundamental Transverse, Longitudinal, and Torsional Resonant Frequencies of Concrete Specimens. Annual Book of ASTM Standards, 1991.
(11) PINHEIRO, S. M. de M. Gesso reciclado: avaliação das propriedades para
uso em componentes. Tese (Doutorado) - Universidade Estadual de Campinas,
Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. Campinas, SP, 2011.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem o apoio à CAPES e às empresas MAXGesso e VEDACIT.
DEVELOPMENT OF GYPSUM MATRIX FOR APPLICATION IN CONSTRUCTION
ABSTRACT
The study of the deformability of plaster contributes to obtain conditions of use without cracking. In this context, it has been the goal of developing an array of suitable plaster for compositions for use in construction. Gypsum slurry prepared with water / plaster of 0.45 and 0.50 relationship with and without addition of additive will be verified experimentally as the mechanical behavior. Quasi-static compressive strength test was performed and for determination of the dynamic elastic modulus and non - destructive applied the methodology of the natural vibration frequency and propagation velocity of ultrasonic pulse. Thereafter, the modulus of elasticity found in each method was correlated, and verifying the influence of the introduction of the additive by statistical analysis.
