UFPR) Ano 2014

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ Departamento de Construção Civil TC 030 – Materiais de Construção I AGLOMERANTES AÉREOS Aulas: Profa. Marienne R.M.Mar...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ Departamento de Construção Civil TC 030 – Materiais de Construção I

AGLOMERANTES AÉREOS Aulas: Profa. Marienne R.M.Maron da Costa colaboração Prof.José Freitas (DCC/UFPR) Ano 2014

AGLOMERANTES DEFINIÇÃO São produtos capazes de provocar a aderência dos materiais. CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO MODO DE ENDURECER: •  Quimicamente inertes: Endurecem por simples secagem. Ex: argilas, betumes.

•  Quimicamente ativos: Endurecem devido a reações química Ex: Cimento Portland 2

AGLOMERANTES CLASSIFICAÇÃO QUANTO A RELAÇÃO COM A ÁGUA:

•  Quimicamente ativos: •  Aéreos Necessitam da presença do ar para endurecer.

•  Hidráulicos Não necessitam da presença do ar para seu endurecimento. 3

AGLOMERANTES

•  Quimicamente ativos: AGLOMERANTES AÉREOS: Depois de endurecidos, não resistem bem a água. Devem ser usados apenas em contato com o ar. Ex.: Cal aérea, Gesso

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AGLOMERANTES

•  Quimicamente ativos: AGLOMERANTES HIDRÁULICOS: Depois de endurecidos, resistem bem a água. O endurecimento dos aglomerantes hidráulicos se dá por ação exclusiva da água (reação de hidratação). Ex.: Cal hidráulica, Cimento aluminoso, Cimento Portland. 5

AGLOMERANTES • 

Quimicamente Ativos Hidráulicos: Hidráulicos simples

Hidráulicos mistos

Hidráulicos com adições 6

AGLOMERANTES • 

Quimicamente Ativos Hidráulicos: AGLOMERANTES HIDRÁULICOS SIMPLES: Um único produto, não tendo mistura. Ex.: Cimento Portland Cimento aluminoso Cal hidráulica.

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AGLOMERANTES • 

Quimicamente Ativos Hidráulicos: AGLOMERANTES HIDRÁULICOS MISTOS: Mistura de dois aglomerantes simples. Ex.: Mistura de CP c/ cimento aluminoso. Tem pega muito rápida.

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AGLOMERANTES • 

Quimicamente Ativos Hidráulicos: AGLOMERANTES HIDRÁULICOS COM ADICÕES: Aglomerantes hidráulicos simples + adições p/ modificar certas características. Diminuição: permeabilidade, calor de hidratação, retração ou preço. Aumento: resistência a agentes agressivos, plasticidade ou resistência a baixas temperaturas. 9

AGLOMERANTES

Resumindo:

Quim. Inertes

AGLOMERANTES Aéreos Quim. Ativos Hidráulicos

Simples Mistos c/ adições 10

AGLOMERANTES

Tempos de início e final de pega Definições: Pega - período inicial de solidificação da pasta Início de pega – Momento que a pasta começa a enrijecer Fim de pega - Momento que a pasta já está completamente sólida Endurecimento – Ganho de resistência, mesmo após o final de pega. 11

AGLOMERANTES APARELHO DE VICAT

Luis J. Vicat, França, 1828

(Coutinho, J. S.; FEUP, 1988)

Tempos de início e final de pega

AGLOMERANTES - TEMPOS DE INÍCIO E FINAL DE PEGA APARELHO DE VICAT O Aparelho de Vicat é composto por: •  Parafuso para ajuste da altura; •  Haste; •  Parafuso para ajuste da sonda; •  Agulha p/ início de pega; •  Agulha p/ final de pega; •  Base; •  Sonda de Tetmajer; •  Molde cônico e escala. Ensaios (MB-3433) - Determinação da Água da Pasta de Consistência Normal (MB-3434) - Determinação dos Tempos de Pega

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AGLOMERANTES

Tempos de início e final de pega APARELHO DE VICAT Escala graduada

Sonda de Tetmajer

Sonda de Tetmajer

Agulha de Vicat

Amostra de aglomerante

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AGLOMERANTES

Tempos de início e final de pega APARELHO DE VICAT Escala graduada

Sonda de Tetmajer

Agulha de Vicat

Agulha de Vicat Amostra de aglomerante

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AGLOMERANTES

Tempos de início e final de pega

escala agulha amostra da pasta do aglomerante (José A. Freitas Jr.)

Agulha com “arruela” para verificação do final de pega

APARELHO DE VICAT 16

AGLOMERANTES

Tempos de início e final de pega Classificação (AFNOR):

O concreto ou argamassa deve estar aplicado e adensado dentro das formas antes do início da pega.

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AGLOMERANTES

Massa específica e unitária: Massa Específica: ME = Massa / volume real Massa Unitária: MU = Massa / volume aparente (inclui vazios entre grãos)

Massa Unitária Massa Específica

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AGLOMERANTES

Massa específica e unitária: Massa Específica: ME = Massa / volume real Massa Unitária: MU = Massa / volume aparente (inclui vazios entre grãos)

Quem é maior, ME ou MU?

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AGLOMERANTES

Superfície específica : SE = áreas dos grãos Área dos grãos: soma das áreas todos os grãos contidos em uma unidade de massa. Área dos grãos calculada a partir do diâmetro médio das partículas determinado pelo permeabilímetro de Blaine.

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AGLOMERANTES

Superfície específica: Caracteriza a finura; Quanto maior o valor do Blaine, mais fino é o pó do aglomerante, mais rápida é sua hidratação. •  K é a constante do aparelho; •  ε é a porosidade da camada; •  t é o tempo medido (s) •  ρ é a massa específica do cimento (g/cm³) •  η é a viscosidade do ar à temperatura do ensaio – tabela da norma (Pa/s) •  S é a superfície específica ε3 t S= × × ρ (1 − ε ) 0,1η K

ITAMBÉ

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AGLOMERANTES

Superfície específica:

Permebilímetro Blaine

Amostra

(F.Bauer)

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AGLOMERANTES AÉREOS Depois de endurecidos, não resistem bem a água!!! Devem ser usados apenas em contato com o ar. Em geral precisam de componentes do ar para endurecer.

Exemplos principais: Cal aérea ou Cal hidratada Gesso 23

AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea / Cal hidratada É um aglomerante aéreo É o produto resultante da calcinação de pedras calcárias a uma temperatura inferior ao do início de sua fusão (função do tipo de rocha - entre aproximadamente 700 e 900oC), com posterior processo de hidratação.

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APLICAÇÕES DIVERSAS da CAL Destacam-se: ¢  Siderurgia ¢  Metalurgia ¢  Produtos químicos ¢  Papel Celulose ¢  Tratamento de águas/esgotos ¢  Cerâmica ¢  Produtos alimentícios ¢  Tratamento de águas e esgotos ¢  Tintas ¢  Borracha ¢  Óleos ¢  Reagentes ¢  CONSTRUÇÃO CIVIL (pintura,estabilização de solos, blocos construtivos, ARGAMASSAS e misturas asfálticas) ¢  Agricultura ¢  Saúde ¢  Lar

Processo de Fabricação da CAL Hidratada Jazida de calcário Britagem Calcinação Cal virgem em pedra Hidratação

Moagem

Moagem

Cal virgem em pó

Cal Hidratada em pó

AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea

Etapas da cal:

a) Calcinação Rocha Calcária

ar

CaCO3 + calor

CaO + CO2

(~900oC – cal cálcica)

CaCO3 = Carbonato de Cálcio

Alterações físicas: 44 % do peso Perde 12 a 20 % do volume

CaO = Cal, Cal Virgem ou Cal viva

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AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea

Etapas da cal:

a) Calcinação ar

Mg.CO3 + calor

Mg.O + CO2 ar

Ca.Mg.(CO3)2 + calor

Ca.Mg.O + 2 CO2

(~700oC – cal magnesiana/ dolomítica) 28

AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea

Etapas da cal:

b) Extinção da cal / Hidratação CaO + H2O

Ca(OH)2 + calor Muito

Ca(OH)2 = Cal extinta, Cal hidratada ou Hidróxido de Cálcio

O Hidróxido de cálcio é o aglomerante.

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AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea

Etapas da cal:

b) Extinção da cal CaO + H2O

Ca(OH)2 + calor Muito

Pode chegar a 360 oC a 400 oC

Alteração física: Recupera a maior parte do peso e volumes perdidos. Cerca de 24% do peso do produto formado é H2O 30

AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea O hidróxido de cálcio (cal extinta) é o aglomerante empregado nas argamassas de cal usadas principalmente na execução de alvenarias e revestimentos, fornecendo argamassas com excelente trabalhabilidade.

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AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea

Etapas da cal:

c) Endurecimento ou recarbonatação ar

ar

Ca(OH)2 + CO2

CaCO3 + H2O

Ca(OH)2 = hidróxido de cálcio CaCO3 = carbonato de cálcio 32

CAL = Cal Aérea

DESIGNAÇÃO DOS PRODUTOS

CAL VIRGEM ou CAL VIVA = Calcário calcinado

CaO CAL HIDRATADA ou CAL EXTINTA = Cal Virgem depois da hidratação

Ca(OH)2

AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea Cal virgem é classificada conforme o óxido predominante:

Cal virgem cálcica

Cal virgem magnesiana

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AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea

95% de (CaO + MgO) No máximo: 5% de SiO2 + Al2O3 + Fe2O3

Cal virgem cálcica: CaO - entre 100% e 90% dos óxidos totais Cal virgem magnesiana: CaO - entre 90% e 65% dos óxidos totais Cal virgem dolomítica: CaO - entre 65% e 58% dos óxidos totais

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AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea Rendimento: Ganho de volume da cal virgem ao hidratar. (volume de pasta em metros cúbicos que se obtém com uma tonelada de cal viva)

Cal Gorda

Cal Magra

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AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea / Cal hidratada Cal gorda: Produz maior volume de pasta, mais plástica, homogênea e mais expansiva.

Cal magra: Produz menor volume de pasta, mais seca, grumosa e menos expansiva. 37

CALCÁRIO

Reservas no Brasil:

Paraná Paraná

C = Calcário - CaCO3 D = Dolomito - CaCO3.MgCO3

AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea PRODUÇÃO DA CAL Produção em Rio Branco do Sul-PR

Mina de calcário Fotografias, alunos: C.Natucci, E. M. Araújo, F. Mitsuhasi; G. Balbinot, G. Lorenci e J.G.Yared

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AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea PRODUÇÃO DA CAL Produção em Rio Branco do Sul-PR

Mina de calcário Britagem

Fotografias, alunos: C.Natucci, E. M. Araújo, F. Mitsuhasi; G. Balbinot, G. Lorenci e J.G.Yared

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CALCÁRIO

BRITADO

AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea PRODUÇÃO DA CAL Produção em Rio Branco do Sul-PR

Mina de calcário Forno de barranco

Fotografias, alunos: C.Natucci, E. M. Araújo, F. Mitsuhasi; G. Balbinot, G. Lorenci e J.G.Yared

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AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea

(Freitas, J. A..)

Forno intermitente simples a lenha

Fornos para calcinação da cal

ABPC

Forno vertical contínuo

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Forno de barranco

Peneiramento da cal

Produção em Rio Branco do Sul-PR

Queima de serragem

Estoque

(alunos: J. de Camargo, J. Lima Neto,’M. Costantin Filho, R. Scheidt, Silvio Almeida Cintra)

PRODUÇÃO DA CAL

AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea

Adulteração da cal:

Impurezas: •  Partículas de sílica •  Partículas de carvão - riscos pretos •  Núcleos duros de CV na CH = •  Contaminação por calcário vesículas

(Prof. Mércia Barros)

Dissolução em HCl (20%) (Aulas USP)

AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea DESIGNAÇÃO DOS PRODUTOS CAL VIRGEM ou CAL VIVA = Calcário calcinado CaO CAL HIDRATADA ou CAL EXTINTA = Cal Virgem depois da hidratação Ca(OH)2 46

AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea TEMPO PARA EXTINÇÃO/HIDRATAÇÃO •  Pasta obtida de cal em pedra - depois de 7 a 10 dias após a extinção. •  Pasta obtida de cal pulverizada - depois de 20 a 24 horas após a extinção. •  Pasta de cal magnesiana - 2 semanas no mínimo (a hidratação do óxido de magnésio é muito lenta). 47

AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea OS TANQUES (DEPÓSITOS) •  Geralmente revestidos de tijolos sendo separados por uma parede interna. •  Enquanto a cal de um dos tanques esfria e “envelhece”, enche-se o outro tanque com cal misturada a água. •  Este processo permite se obter, sem interrupções, cal bem extinta, em condições de ser empregada para o Por que isso seria importante? fabrico diário de argamassas. 48

AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea

Cal em final de hidratação em caixa de madeira, típica de obra.

Ca(OH)2

Equipamento industrial para hidratação de cal.

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Hidratador

REAÇÃO EXOTÉRMICA CALES COM ALTO TEOR DE CÁLCIO : 272 kcal/kg cal CALES DOLOMÍTICAS: 211 kcal/kg cal

AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea APLICAÇÕES 1)  No preparo de certas tintas e colas; 2)  Como matéria prima na fabricação de tijolos sílicocalcários; Sílico-calcário

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AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea APLICAÇÕES 3) Confecção de argamassa; 4) Como adição nos pavimentos betuminosos; 5) Na indústria química, indústria cerâmica, no tratamento de água, no preparo de adubos, na siderurgia, etc;

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AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea Impacto Ambiental: Reservas: •  Calcário: Ø  Muito amplas.

Energia: •  Óleo combustível; •  Madeira; •  Bagaço de cana; •  Forno descontínuo: Ø  2 kcal/g •  Forno contínuo: Ø  0,9 kcal/g 53

AGLOMERANTES AÉREOS CAL = Cal Aérea Impacto Ambiental: CO2 – Efeito estufa: •  Descarbonatação: Ø  p/ uma tonelada de CaCO3 •  560 kg CaO •  440 kg CO2 - Reabsorvido na recarbonatação •  Combustível: Ø 1 tonelada de CaO gera §  300 Kg de CO2 - Forno contínuo §  640 kg de CO2 – Forno descontínuo

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AGLOMERANTES AÉREOS

Gesso = Gesso de Paris Produto da desidratação parcial da gipsita (CaSO4. 2H20)

É um aglomerante aéreo, não suporta contato com a água após endurecido. 55

AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris Reação de produção: 2(CaSO4. 2H2O) + calor 190oC

CaSO4

CaSO4 H 2O

2(CaSO4.1/2 H2O) + 3H2O hemidrato

Gesso de Estucador Gesso Rápido Gesso de Paris 56

GESSO ou GESSO DE PARIS

Gipsita CaSO4. 2H2O Uso na medicina

www.caer.uky.ed

Estrutura cristalina

Construção civil

AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris Prosseguindo o aquecimento além dos 200 0C: 200 0C - anidrita solúvel - muito higroscópica, (absorve umidade ao ar e reage rapidamente). 600

0C

-

anidrita insolúvel - praticamente inerte (endurece lentamente quando em contato com água).

1.000 a 1.200 0C - GESSO DE PAVIMENTACAO endurece em 12 a 14 h, também chamado GESSO LENTO ou GESSO HIDRÁULICO resistência 100% superior ao gesso de Paris.

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AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris

Produtos obtidos da gipsita, de acordo com as temperaturas.

(Coutinho, J. S.; FEUP, 2002)

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AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris Reação de pega: 2(CaSO4.1/2+ H2O) + 3H2O

2(CaSO4.2H2O) gipsita

Exceção: Aglomerante aéreo é aquele que tem a capacidade de endurecer por com o dióxido de carbono ou por reações de hidratação e que não adquirem a propriedade de resistir ao contato com a água após endurecido. 60

AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris Tem pega rápida. •  Início: 2 a 3 minutos •  Término: 15 a 20 minutos do amassamento com água

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AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris

Cristais ≅ 15 µm

(AULAS USP – Prof. Antônio Figueiredo et al.)

Pega:

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AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris Resistências médias em corpos de prova secos e saturados de gesso de paris, conservados 28 dias em ar seco.

(Coutinho, J. S.; FEUP, 2002)

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GESSO ou GESSO DE PARIS Calor de hidratação

(Aulas USP)

AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris

Pólo gesseiro – PE: 94% da produção

Jazidas de Gipsita

3.500 km frete p/ regiões Sul

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AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris

Britagem da gipsita

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AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris Propriedades: -  Pega rápida – minutos -  Solúvel em água após endurecido

Imagem MEV(5000x) de pasta de gesso

-  Atacado por fungos e bactérias “sulfatófagos” -  Resistência mecânica diminui com o teor de umidade -  Baixa condutibilidade térmica (isolante) -  Grande coeficiente de dilatação térmica (2 x concreto) -  Corrosivo ao aço 67

AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris Chapas de gesso acartonado = DRYWALL

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GESSO ou GESSO DE PARIS

Chapas de gesso acartonado “Drywall”

www.drywall.org.br

Chapas fabricadas por processo de laminação contínua de uma mistura de gesso, água e aditivos entre duas lâminas de cartão. NBR 14715:2001, NBR 14716:2001 e NBR 14717:2001.

AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris

Chapas de gesso acartonado = DRYWALL

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AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris

(Coutinho,J. S.)

Chapas de gesso acartonado = DRYWALL

AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris

Chapas de gesso acartonado = DRYWALL

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AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris

Chapas de gesso acartonado = DRYWALL

Tipos de Chapas •  Standard (ST) – Chapa Branca – (áreas secas) •  Resistente à Umidade (RU) – Chapa Verde •  Resistente ao Fogo (RF) – Chapa Rosa Chapas acartonadas - dimensões: L= 60,0 ou 120,0 cm C = 240,0 ou 360,0 cm 73

AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris

(Aluno: Bruno H. R. Mortari)

Placas de gesso

(Aluno: Bruno H. R. Mortari)

Forro executado com placas em gesso de 60 X 60 cm. As placas têm encaixe "macho e fêmea" e são chumbadas e fixadas ao teto com arame galvanizado.

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AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris

Divisórias em blocos

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AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris

(Coutinho, J. S.; FEUP, 2002)

Peças decorativas

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AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris •  Camada única de pasta sobre superfícies de interiores.

Revestimento com pasta de gesso

•  Confere aspecto liso, bem acabado.

(Fotografias, alunos: A.Monteiro, A. R. Pontes, C. P. Serpa, C. Vasco, F. Silva e I. Dalmagro)

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AGLOMERANTES AÉREOS Gesso = Gesso de Paris Reservas:

Impacto Ambiental:

•  Muito amplas; •  Duração ........ Consumo de Energia: •  O menor dentre os aglomerantes; CO2 – Efeito estufa : •  Queima de Combustíveis - 0,15 a 0,20 kcal/g gesso; •  1 tonelada de gesso gera 45 Kg de CO2 •  Desidratação parcial libera H2O.

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Materiais de Construção AGLOMERANTES Referências bibliográficas:

Apostilas USP – Aglomerantes CONCRETE, Microstucture,Properties and Materials, , P. Kumar Metha e Paulo J. M. Monteiro, McGraw-Hill, 2006 Cia. Cimento Itambé Cia. Cimento Rio Branco - Votorantim 79