O gesso de dessulfurização é o gás de combustão produzido pela queima de combustíveis sulfurosos (carvão, petróleo), resíduos sólidos industriais gerados durante o processo de purificação por dessulfurização e o gesso hemi-hidratado (fórmula química CaSO₄·0,5H₂O), cujo desempenho é comparável ao do gesso natural de construção. Portanto, há um número crescente de pesquisas e aplicações que utilizam gesso dessulfurizado em substituição ao gesso natural para a produção de materiais autonivelantes. Aditivos poliméricos orgânicos, como agentes redutores de água, agentes de retenção de água e retardadores, são componentes funcionais essenciais na composição de argamassas autonivelantes. A interação e o mecanismo de ação desses dois componentes com materiais cimentícios são questões que merecem atenção. Devido às características do processo de formação, a finura do gesso dessulfurizado é pequena (o tamanho das partículas distribui-se principalmente entre 40 e 60 μm) e a granulometria do pó é irregular, resultando em propriedades reológicas deficientes. Além disso, a argamassa preparada com esse material apresenta maior propensão à segregação, estratificação e exsudação. O éter celulósico é o aditivo mais comumente utilizado em argamassas, e sua combinação com um agente redutor de água é fundamental para garantir o desempenho geral dos materiais autonivelantes à base de gesso dessulfurizado, tanto em termos de desempenho construtivo quanto de propriedades mecânicas e de durabilidade posteriores.
Neste artigo, o valor da fluidez é utilizado como índice de controle (grau de espalhamento de 145 mm ± 5 mm), com foco no impacto do teor de éter de celulose e da massa molecular (valor da viscosidade) no consumo de água de materiais autonivelantes à base de gesso dessulfurizado, na perda de fluidez ao longo do tempo e na influência da coagulação sobre propriedades básicas como o tempo e as propriedades mecânicas iniciais; simultaneamente, testa-se a influência do éter de celulose na liberação de calor e na taxa de liberação de calor da hidratação do gesso dessulfurizado, analisa-se sua influência no processo de hidratação do gesso dessulfurizado e discute-se inicialmente a compatibilidade desse tipo de aditivo com o sistema de gelificação do gesso dessulfurizado.
1. Matérias-primas e métodos de teste
1.1 Matérias-primas
Pó de gesso: pó de gesso dessulfurizado produzido por uma empresa em Tangshan, cuja principal composição mineral é o gesso hemi-hidratado, cuja composição química é apresentada na Tabela 1 e cujas propriedades físicas são apresentadas na Tabela 2.
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Os aditivos incluem: éter de celulose (hidroxipropilmetilcelulose, abreviadamente HPMC); superplastificante WR; antiespumante B-1; látex em pó redispersível EVA S-05, todos disponíveis comercialmente.
Agregado: areia natural de rio, areia fina produzida localmente e peneirada em uma peneira de 0,6 mm.
1.2 Método de teste
Gesso de dessulfurização fixo: areia: água = 1:0,5:0,45, quantidade apropriada de outros aditivos, fluidez como índice de controle (expansão 145 mm ± 5 mm), ajustando o consumo de água, respectivamente misturado com materiais cimentícios (gesso de dessulfurização + cimento) 0, 0,5‰, 1,0‰, 2,0‰, 3,0‰ de éter de celulose (HPMC-20.000); Além disso, fixando a dosagem de éter de celulose em 1‰, selecionam-se éteres de hidroxipropilmetilcelulose HPMC-20.000, HPMC-40.000, HPMC-75.000 e HPMC-100.000 com diferentes pesos moleculares (numerados respectivamente como H2, H4, H7,5 e H10) para estudar o impacto das alterações na dosagem e no peso molecular (valor de viscosidade) do éter de celulose sobre as propriedades da argamassa autonivelante à base de gesso. Discute-se também a influência desses dois fatores na fluidez, no tempo de pega e nas propriedades mecânicas iniciais da mistura de argamassa autonivelante de gesso dessulfurizado. O método de ensaio específico é realizado de acordo com os requisitos da norma GB/T 17669.3-1999 “Determinação das Propriedades Mecânicas do Gesso para Construção”.
O teste de calor de hidratação é realizado utilizando uma amostra em branco de gesso dessulfurizado e amostras com teor de éter de celulose de 0,5‰ e 3‰, respectivamente, e o instrumento utilizado é um testador de calor de hidratação do tipo TA-AIR.
2. Resultados e análise
2.1 Efeito do teor de éter de celulose nas propriedades básicas da argamassa
Com o aumento do teor de éter celulósico, a trabalhabilidade e a coesão da argamassa melhoram significativamente, a perda de fluidez ao longo do tempo é significativamente reduzida e o desempenho da construção torna-se mais excelente. A argamassa endurecida não apresenta delaminação e a lisura, o acabamento e a estética da superfície são consideravelmente aprimorados. Ao mesmo tempo, o consumo de água da argamassa para atingir a mesma fluidez aumenta significativamente. Com 5‰ de éter celulósico, o consumo de água aumentou 102% e o tempo de pega final foi prolongado em 100 minutos, o que representa 2,5 vezes o tempo da amostra sem éter. As propriedades mecânicas iniciais da argamassa diminuem significativamente com o aumento do teor de éter celulósico. Quando o teor de éter celulósico era de 5‰, a resistência à flexão e a resistência à compressão após 24 horas diminuíram para 18,75% e 11,29% da amostra sem éter, respectivamente. A resistência à compressão foi de 39,47% e 23,45% da amostra sem éter, respectivamente. Vale ressaltar que, com o aumento da quantidade de agente retentor de água, a densidade aparente da argamassa também diminuiu significativamente, de 2069 kg/m³ a 0 para 1747 kg/m³ a 5‰, uma redução de 15,56%. A diminuição da densidade da argamassa e o aumento da porosidade são alguns dos motivos para a evidente redução das propriedades mecânicas da argamassa.
O éter de celulose é um polímero não iônico. Os grupos hidroxila na cadeia de éter de celulose e os átomos de oxigênio na ligação éter podem se combinar com moléculas de água para formar ligações de hidrogênio, transformando a água livre em água ligada, desempenhando assim um papel na retenção de água. Macroscopicamente, isso se manifesta como um aumento na coesão da pasta [5]. O aumento na viscosidade da pasta não só aumentará o consumo de água, como também o éter de celulose dissolvido será adsorvido na superfície das partículas de gesso, dificultando a reação de hidratação e prolongando o tempo de pega; durante o processo de mistura, um grande número de bolhas de ar também será introduzido. Vazios se formarão à medida que a argamassa endurece, reduzindo, eventualmente, a resistência da argamassa. Considerando de forma abrangente o consumo unilateral de água da mistura de argamassa, o desempenho construtivo, o tempo de pega e as propriedades mecânicas, e a durabilidade posterior, etc., o teor de éter de celulose na argamassa autonivelante à base de gesso dessulfurizado não deve exceder 1‰.
2.2 Efeito da massa molecular do éter de celulose no desempenho da argamassa
Geralmente, quanto maior a viscosidade e menor a finura do éter de celulose, melhor a retenção de água e maior a resistência de aderência. Portanto, a influência de éteres de celulose com diferentes pesos moleculares nas propriedades básicas de argamassas autonivelantes à base de gesso foi testada. A demanda de água da argamassa aumentou até certo ponto, mas não teve efeito significativo no tempo de pega e na fluidez. Ao mesmo tempo, as resistências à flexão e à compressão da argamassa em diferentes estados apresentaram uma tendência de queda, mas essa redução foi muito menor do que a influência do teor de éter de celulose nas propriedades mecânicas. Em resumo, o aumento do peso molecular do éter de celulose não tem efeito significativo no desempenho das misturas de argamassa. Considerando a facilidade de aplicação, éteres de celulose de baixa viscosidade e baixo peso molecular devem ser selecionados como materiais autonivelantes dessulfurizados à base de gesso.
2.3 Efeito do éter de celulose no calor de hidratação do gesso dessulfurizado
Com o aumento do teor de éter de celulose, o pico exotérmico de hidratação do gesso dessulfurizado diminuiu gradualmente, e o tempo de ocorrência do pico foi ligeiramente retardado, enquanto o calor exotérmico de hidratação diminuiu, mas não de forma significativa. Isso demonstra que o éter de celulose pode retardar a taxa e o grau de hidratação do gesso dessulfurizado até certo ponto, portanto, a dosagem não deve ser muito alta e deve ser controlada em até 1‰. Observa-se que o filme coloidal formado após o contato do éter de celulose com a água é adsorvido na superfície das partículas de gesso dessulfurizado, o que reduz a taxa de hidratação do gesso nas primeiras 2 horas. Ao mesmo tempo, seus efeitos únicos de retenção de água e espessamento retardam a evaporação da água da pasta, e a dissipação é benéfica para a hidratação subsequente do gesso dessulfurizado no estágio final. Em resumo, quando a dosagem adequada é controlada, o éter de celulose tem influência limitada na taxa e no grau de hidratação do próprio gesso dessulfurizado. Ao mesmo tempo, o aumento do teor de éter celulósico e do peso molecular aumentará significativamente a viscosidade da pasta e apresentará excelente desempenho de retenção de água. Para garantir a fluidez da argamassa autonivelante de gesso dessulfurizado, o consumo de água aumentará significativamente, devido ao tempo de pega prolongado da argamassa. Essa é a principal razão para a diminuição das propriedades mecânicas.
3. Conclusão
(1) Quando a fluidez é usada como índice de controle, com o aumento do teor de éter celulósico, o tempo de pega da argamassa autonivelante à base de gesso dessulfurizado é significativamente prolongado e as propriedades mecânicas são significativamente reduzidas; em comparação com o teor, o aumento da massa molecular do éter celulósico tem pouco efeito sobre as propriedades da argamassa mencionadas. Considerando todos os aspectos, o éter celulósico deve ser selecionado com baixa massa molecular (valor de viscosidade inferior a 20.000 Pa·s) e a dosagem deve ser controlada dentro de 1‰ do material cimentício.
(2) Os resultados dos testes de calor de hidratação do gesso dessulfurizado mostram que, no âmbito deste teste, o éter de celulose tem influência limitada na taxa e no processo de hidratação do gesso dessulfurizado. O aumento no consumo de água e a diminuição da densidade aparente são os principais motivos para a redução das propriedades mecânicas da argamassa à base de gesso dessulfurizado.
Data da publicação: 08/05/2023