Baixe Caracterização e aplicações da cal viva e cal hidráulica e outras Esquemas em PDF para Hidráulica, somente na Docsity!
Ciências de Materiais – 1ª ParteDocumento Provisório- Joana de Sousa Coutinho
4 CAL AÉREA E CAL HIDRÁULICA
4.1 Introdução
Um dos ligantes artificiais mais antigos é o ligante que resulta da cozedura dos calcários, constituídos sobretudo por CaCO 3 , mais abundantes na natureza. Associada a estes existe sempre a argila, em maior ou menor quantidade, porque a precipitação do carbonato de cálcio em águas de grande tranquilidade arrasta consigo a argila que porventura esteja em suspensão. Obtém-se então o calcário margoso; quando a argila é em quantidade superior ao carbonato forma-se uma marga calcária. Assim, os calcários podem ser muito puros ou conterem quantidades variáveis de argila (Coutinho, 1988).
Calcário CaCO 3 ~ 100% Calcário margoso CaCO 3 + argila (<50%) Marga calcária argila + CaCO 3 (<50%) A cozedura do calcário puro dá origem ao óxido de cálcio, que constitui a cal aérea; a cozedura do calcário margoso dá origem às cais mais ou menos hidráulicas, conforme o teor de argila, e também aos cimentos naturais.
CaCO 3 (quase puro) 800/900 oC OCa + CO 2 ↑ – 42,5 calorias Cozedura em forno Óxido de cálcio r. – endotérmica (cal viva)
CaCO 3 com impurezas até 5% 850 o^ C cal viva cal aérea (argila, etc.)
CaCO 3 + argila 1000 o^ C cal ± hidráulica (8-20%) CaCO 3 + argila 1050-1300 o^ C cimento natural (20-40%)
4.2 Cal aérea
Quanto ao teor de impurezas, as cais aéreas dividem-se em gordas e magras. As cais aéreas gordas derivam de calcários quase puros com teores de carbonato não inferiores a 99% e são brancas. As cais aéreas magras (acinzentadas) derivam de
Joana de Sousa Coutinho
calcários com teores de argila e de outras impurezas compreendidos entre 1 e 5% (Coutinho, 1988).
Chamam-se gordas às primeiras devido às suas propriedades plásticas, pois trata- se de cais facilmente trabalháveis e bastante macias. As cais magras não são tão fáceis de trabalhar nem tão macias. A reacção de presa é a mesma para qualquer delas (Sampaio, 1975).
Como o magnésio aparece muitas vezes associado ao cálcio, são frequentes na natureza calcários com maior ou menor percentagem de dolomite (MgCO 3 ) (Coutinho, 1988). Assim a cal aérea pode ser cálcica quando é sobretudo constituída por óxido de cálcio (CaO) ou dolomítica constituída sobretudo por óxido de cálcio e óxido de magnésio. Segundo a normalização europeia uma cal aérea cálcica designa-se por uma sigla que contém as letras CL e uma cal aérea dolomítica designa-se por uma sigla que contém as letras DL.
O produto obtido pela cozedura dos calcários designa-se por cal viva (quicklime) que é sobretudo óxido de cálcio e que, por reacção com a água (extinção), fornece a cal apagada ou extinta (hidrated lime) que é sobretudo hidróxido de cálcio - Ca(OH) (^) 2. Segundo a normalização europeia uma cal viva designa-se por uma sigla que contém a letra Q e uma cal apagada designa-se por uma sigla que contém a letra S.
. A cal viva apresenta-se sob a forma de grãos de grandes dimensões com 10, 15 ou 20 cm – são as pedras (ou blocos) de cal viva (Bauer, 1992) ou sob a forma de pó. A cal viva é um produto sólido, de cor branca com grande avidez pela água. Isto é, para a obtenção e posterior aplicação do hidróxido de cálcio, Ca(OH) 2 , é necessário proceder à hidratação da cal viva. A esta operação chama-se extinção da cal:
CaO + H 2 O → Ca(OH) 2 + 15.5 cal. r. exotérmica cal viva cal apagada com expansão ou extinta A extinção pode fazer-se por dois processos: por imersão ou por aspersão. A imersão corresponde à extinção da cal viva com excesso de água e é feita mergulhando os blocos de cal viva em água obtendo-se uma pasta – pasta de cal ou pasta de cal apagada que endurece lentamente. De facto é um produto muito pouco poroso, permeável, com difícil e lenta recarbonatação que pode durar mais de 6 semanas, por vezes. Existem argamassas romanas que ainda se encontram moles no seu
Joana de Sousa Coutinho
4.4 Aplicações da cal aérea
Repare-se que o hidróxido de cálcio (Ca(OH) 2 ) é solúvel na água (1,3/l) e ainda mais na água salgada. Portanto, além de não ganhar presa nem endurecer em água, é ainda mais solúvel em água salgada, pelo que não pode ser usado em obras hidráulicas nem marítimas.
Até há cerca de 200 anos (quando apareceu a cal hidráulica) o ligante usado em todas as construções era a cal. Hoje ainda é utilizada por exemplo no fabrico de blocos sílico-calcários, misturada com gesso, no fabrico de estuques, misturada com pozolanas constituindo ligantes hidráulicos, misturada com cimento ou cal hidráulica em argamassas para reboco e ainda sob a forma de leitada na caiação de muros. (Note-se que terá vantagem na caiação utilizar areia, para que não se verifique microfissuração e também tornar o produto mais económico).
(Sampaio 1975; Coutinho, 1988; Bauer, 1992; Moreira, 1998).
4.5 Cal hidráulica
Como indicado anteriormente a pedra calcária (CaCO 3 ) que contenha de 8 a 20% de argila, se tratada termicamente a cerca de 1000o^ C, dá origem a cal hidráulica que é um produto que endurece tanto na água como no ar.
A cal hidráulica é constituída por silicatos (SiO 2. 2CaO) e aluminatos de cálcio (Al 2 O 3. CaO) que hidratando-se endurecem na água ou ao ar e também por óxido de cálcio (CaO) – pelo menos 3%, que continua livre e que vai endurecer por carbonatação. CaCO 3 + argila 1000/1100 o^ C cal hidráulica (8-20%) A preparação da cal hidráulica é feita em fornos, verificando-se as seguintes fases:
500 a 700o^ C ______ desidratação da argila 850 o^ C ______ decomposição do calcário CaCO 3 → CaO + CO 2 ↑ 1000– 1100 o^ C______ Reacção da sílica e alumina da argila com o óxido de cálcio, originando silicatos e aluminatos SiO 2 + CaO → silicato de cálcio (SiO 2. 2CaO) Al 2 O 3 + CaO → aluminato de cálcio (Al 2 O 3. 3CaO)
Joana de Sousa Coutinho Repare-se que se a temperatura de cozedura for mais alta (até 1500o^ C) e a percentagem de argila (sílica e alumina) for maior a reacção é mais completa, isto é a quantidade de silicatos e aluminatos de cálcio é maior, diminuindo a quantidade de óxido de cálcio livre e no extremo as reacções serão semelhantes às que se passam no fabrico do cimento.
Portanto, a cerca de 1000o^ C a reacção é parcial e os produtos formados são uma mistura de silicatos e aluminatos de cálcio com óxido de cálcio livre.
Depois da saída do forno obtém-se pedaços de várias dimensões constituídos pela mistura de silicatos e aluminatos de cálcio e cal livre (mais de 3%, em regra cerca de 10%) e ainda um pó inerte que é silicato bicálcico formado por pulverização durante o arrefecimento (657o^ C).
Este pó amassado com água não aquece nem ganha presa. A cal retirada do forno deve ser extinta, não só com o fim de eliminar a cal viva, mas muito especialmente para provocar a pulverização de toda a cal hidráulica. É este fenómeno que distingue a cal hidráulica do cimento Portland: a finura da cal hidráulica é obtida por extinção da cal viva e não por moedura.
A extinção deve ser feita com certa precaução pois só se deve adicionar apenas a água estritamente necessária para hidratar a cal viva; é a reacção expansiva desta (dobra de volume, sensivelmente) que se aproveita para pulverizar os grãos que contêm os aluminatos e silicatos; a água em excesso iria hidratá-los.
A cal viva precisa ser completamente extinta, antes de se utilizar a cal hidráulica na construção.
A extinção é realizada lentamente a temperaturas entre 130 e 400o^ C e após a extinção obtém-se: Pó silicatos e aluminatos de cálcio hidróxido de cálcio (Ca(OH) 2 ) – cal apagada, extinta Grappiers Os grappiers são grãos de material sobreaquecido com verdadeiras características de cimento, mais escuros e duros e ricos em silicatos bicálcicos.
Assim, após a extinção é necessário separar os grappiers do pó e proceder à sua moagem.
Joana de Sousa Coutinho Argamassa de revestimento Argamassas para reboco de paredes Argamassas para alvenaria etc. Note-se que a existência de cal nestas argamassas (pobres) pode ser um problema, já que existe sempre uma parte de CaO que não desaparece completamente e que ao extinguir-se dá origem a expansões.
(Sampaio, 1978; Coutinho, 1988; Moreira, 1998).
4.8 Fabrico de cal
As cais aérea e hidráulica podem ser produzidas em vários tipos diferentes de fornos. Dão-se exemplos nas Figuras 4.2 e 4.3.
Figura 4.2 – Forno vertical, a carvão, para cal. A Figura 4.2 apresenta o esquema de um forno contínuo vertical, que utiliza combustível de chama curta – carvão. Consta de duas câmaras sobrepostas, sendo o calcário alimentado por uma abertura junto à chaminé superior e o combustível introduzido no estrangulamento entre as duas câmaras onde se processa a combustão. O arrefecimento do material dá-se na câmara inferior, onde o ar necessário à combustão é
Joana de Sousa Coutinho
aquecido, com melhoria evidente em termos de rendimento térmico. O material calcinado é extraído pela parte inferior da câmara de arrefecimento (Bauer, 1992).
Figura 4.3 - Forno rotativo de eixo horizontal.
Os fornos rotativos, constituídos por um cilindro metálico internamente revestido de material refractário, giram lentamente sobre um eixo ligeiramente inclinado, recebendo o calcário pela sua boca superior e tendo o maçarico de aquecimento na sua boca inferior, por onde também é retirado o material calcinado – Figura 4.3.
4.9 Comercialização de cais
Existem cais comercializadas fornecidas em saco, a granel ou ainda, no caso de misturas aquosas (cais aéreas extintas) em recipientes apropriados – Figura 4.4.
Figura 4.4 - Alguns exemplos de cais comercializadas.
4.10 Normalização
Recentemente foi publicada a norma europeia EN 459 Building Lime Part 1 : Definitions, specifications and conformity criteria , da qual se transcreve o quadro e notas, em itálico , da Figura 4.5, relativamente á composição química.
Joana de Sousa Coutinho
produzido pela mistura de materiais adequados e que tem a propriedade de ganhar presa e endurecer em água. O dióxido de carbono atmosférico também contribui para o processo de endurecimento. Uma cal hidráulica natural ( NHL ) é uma cal produzida pela calcinação de calcários mais ou menos argilosos ou siliciosos e posterior redução a pó por extinção com ou sem moagem. Todos os tipos de cal hidráulica natural tem a propriedade de ganhar presa e endurecer em água e o dióxido de carbono atmosférico contribui também para o processo de endurecimento.
Quadro 4.1 – Resistência á compressão de cal hidráulica e cal hidráulica natural (EN 459-1) Resistência à compressão MPa
Tipos de cais de construção 7 dias 28 dias HL e NHL2 - ≥2 a ≤ 7 HL 3,5 and NHL 3,5 - ≥3,5 a ≤ 10 HL 5 and NHL 5 ≥ 2 ≥5 a ≤ 15ª HL 5 e NHL 5 com baridade inferior a 0,90kg/dm^3 , é permitia uma resistência até 20 MPa. Nota: Sabe-se que argamassas com ligantes cálcicos adquirem resistência que aumentam lentamente com a carbonatação.
Nas Figuras 4.6 e 4.7 apresentam-se fichas técnicas de cal hidráulica comercializada em Portugal.
Cal Hidráulica NHL 5
Constituintes Calcário margoso cozido com extinção e moagemSulfato de cálcio regularizador de presa Características
- Químicas Sulfatos (SO 3 ) <= 3,0% Cal livre <= 3%
- Físicas Início de presa (min) >= 60 Expansibilidade (mm) <= 20 Resíduo a 0,090 mm <= 15% Baridade (g/l) >= 600
- Mecânicas Resistência à compressão valores mínimos 7 dias: 2,0 MPa 28 dias: 5,0 MPa
Joana de Sousa Coutinho
Propriedades especiais do betão fabricado com este cimento
- Grande plasticidade e elevada trabalhabilidade• Forte aderência
- Grande poder de retenção de água, opondo-se à retracção inicial• Fraca tendência para a fissuração e fendilhamento
- Boa impermeabilidade e durabilidade
Utilizações recomendadas
- Argamassas de todos os tipos (de enchimento, reboco, assentamento e acabamento) • Pré-fabricação (misturada com cimento)
- Blocos de alvenaria e abobadilha.- Artefactos
- Na substituição do filer dos betuminosos. Pavimentos rodoviários
- No tratamento de solos húmidos e argilosos.
- Em trabalhos diversificados no meio rural.
Precauções na aplicação
- Na dosificação e na relação água/ligante.
- No processo de cura da argamassa fresca, assegurar uma protecção cuidadosacontra a dessecação, principalmente em tempo quente.
- Preparar adequamente o suporte para receber a argamassa.
Contra-indicações
- Trabalhos sob temperaturas muito baixas.• Contacto com ambientes agressivos (águas e terrenos)
Condições de Fornecimento e Recepção (NP EN 197-2)
Saco 40Kg
Palete - Entrepostos 30 Sacos • 1200Kg
Granel 25 toneladas Camião de 25 toneladas com meios de descarga (devidamente selado). Figura 4.6 – Ficha técnica de cal hidráulica HL5 (Cimpor).
Joana de Sousa Coutinho
Amassadura Misturar préviamente a Cal Hidráulica com o inerte e posteriormente adicionar água na quantidade necessária paraobtenção de uma boa trabalhabilidade.
Como valor orientativo, usar uma relação água/ligante de 1:1. Observações O excesso de água da amassadura é prejudicial às características físicas do reboco. Deve ser sempre utilizada a quantidade mínima de água que permita boa trabalhabilidade. A água de amassadura deve estar isenta de quaisquer impurezas (argilas, matéria orgânica). De preferência deve serutilizada água potável.
Não aplicar argamassas sob temperatura abaixo dos 5ºC e evitar a aplicação em situações de elevada exposição solar. Uma vez determinado o traço a utilizar para uma determinada argamassa, manter as dosagens constantes e o tempode amassadura.
Não utilizar argamassas amolentadas ou que tenham iniciado a sua presa. Tempo quente Evitar a secagem rápida das argamassas, regando o suporte 1 a 2 horas antes da aplicação e voltando a regar logoque a argamassa se apresente suficientemente resistente.
Repetir a rega 1, 2 e 7 dias depois.
- OUTRAS UTILIZAÇÕES Tratamento de Solos A adição de Cal Hidráulica a certos solos argilosos e húmidos permite a sua estabilização, melhorando a suaresistência às intempéries, pela diminuição do índice de plasticidade e duma maior compactação, a qual permite um aumento do CBR ( California Bearing Ratio , índice de compactidade de suporte). A adição de Cal Hidráulica, devido ao seu teor de cal livre, reduz à humidade do solo (poder excicante), com elereagindo, aglutinando as suas partículas e constituindo um aglomerado muito mais compacto.
Processo de aplicação A quantidade de Cal Hidráulica a utilizar deve ser de 0,5 a 5% (sendo 3% o valor típico) da massa de solo a tratar, deonde devem ser retiradas as pedras de grandes dimensões.
Decompactar o solo tratado, que ficará muito mais resistente à penetração das águas pluviais e mais apto a funcionar seguida, espalhar a Cal Hidráulica, misturando-a e homogeneizando-a com o solo em tratamento. Depois, como base de fundações. A Cal Hidráulica com substituinte do filler A adição de Cal Hidráulica aos betuminosos provoca uma generalizada melhoria da qualidade nas características do filler , que se traduzem por:
maior consistência do betuminoso, devido à maior aderência entre este e os agregados;
maioracelerado; resistência à penetração das águas, com o consequente aumento do tempo de envelhecimento
maior resistência à fissuração.
- HIGIENE E SEGURANÇA Nada a salientar, visto tratar-se de um produto não nocivo, nem inflamável. Contudo, não pode ser ingerido. Utilizar luvas e máscara no seu manuseamento, lavando bem as mãos no final. No caso de contacto com os olhos, lavá-los bem com água limpa. - TRANSPORTE E ARMAZENAGEM Aqual só deve ser aberta para utilização), ao abrigo de humidades e exposição ao calor. Cal Hidráulica Martingança ®^ deve ser transportada, manuseada e armazenada dentro da embalagem original (a
Nestas condições, a Cal Hidráulica Martingança ®^ poderá ser armazenada pelo período máximo de 6 (seis) meses.
- EMBALAGEM A Cal Hidráulica Martingança ®^ é fornecida em sacos de 40 kg ou a granel.
Revisto em: 2000-06- Figura 4.7 – Ficha técnica de cal hidráulica HL5, Martingança (Secil).
