Reciclagem de gesso de demolição e influência da
adição de retardadores de cura nas propriedades mecânicas

Recycling of demolition
gypsum plaster and influence of the curing retarders addition on the mechanical
properties

Resumo

O gesso é um material de construção
amplamente utilizado devido à sua leveza e baixo custo, mas se torna um passivo
ambiental, pois os resíduos gerados na construção e demolição de edifícios são descartados incorretamente e podem causar grandes danos ao
solo e às águas subterrâneas. Sua reciclagem tem sido extensivamente
estudada, mas fatores ambientais e de gerenciamento no descarte foram
desconsiderados. O descarte desse material, mesmo quando controlado por políticas
públicas, tem sido negligenciado, levando à contaminação desse material,
conforme observado pela análise qualitativa da difração de raios X. Esses
contaminantes atuam durante o processo de nucleação e crescimento de cristais
de gesso, alterando o tamanho e sua forma. Este estudo
avalia as propriedades físicas e mecânicas da reciclagem de resíduos de gesso
obtidos em recicladores credenciados por órgãos públicos em estado puro e com a
inserção de álcool polivinílico e ácido cítrico como retardadores do tempo de
preparação comparando os resultados obtidos com o gesso comercial. Os
resultados indicam que, nos casos de adição de álcool polivinílico, há ganho
nas propriedades mecânicas quando comparado ao produto comercial e melhor
trabalhabilidade quando comparado ao gesso reciclado puro, enquanto com a
adição de ácido cítrico, essas propriedades são reduzidas nas duas comparações.

Palavras-chave: Reciclagem.
PVAl. Ácido Cítrico. Gesso.

Abstract

Gypsum is a widely used construction material due to its lightness and low cost, but it becomes an environmental liability as the waste generated in the construction and demolition of buildings is improperly disposed of and can cause great damage to the soil and groundwater. Its recyclability has been extensively studied, but environmental and management factors in the disposal have been disregarded. The disposal of this material, even when controlled by public policies, has been neglected, leading to the contamination of this material, as observed by the X-ray diffraction qualitative analysis. These contaminants act during the process of nucleation and growth of gypsum crystals, altering size and their form. This study evaluates the physical and mechanical properties of the recycling of gypsum waste obtained in recyclers accredited by public agencies in the pure state and with the insertion of polyvinyl alcohol and citric acid as retarders of setting-time comparing the obtained results with commercial gypsum. The results indicate that in the cases of addition of polyvinyl alcohol there is gain in the mechanical properties when compared to the commercial product and better workability when compared to pure recycled gypsum. While with the addition of citric acid these properties are reduced in both comparisons.

Keywords: Recycling.
PVAl. Citric Acid. Plaster.

1
INTRODUÇÃO

Nas últimas décadas, o
crescimento da civilização acompanhado pelo crescimento industrial foi
observado. Mesmo nos principais países de desenvolvimento econômico e
tecnológico, esse crescimento se baseia na exploração de recursos naturais não
renováveis e no descarte inadequado de resíduos sólidos industriais, muitas
vezes impulsionados pelos baixos custos dessas operações, quando comparados a
operações ambientalmente amigáveis.

De acordo com um
relatório patrocinado pelo Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (UNEP),
o consumo de matérias-primas naturais extraídas do planeta triplicou nas
últimas quatro décadas, sendo os maiores consumidores os países mais ricos,
consumindo cerca de 10 vezes o consumo dos países mais pobres. Essa organização
alerta que, se a tendência continuar em 2050, cerca de 180 milhões de toneladas
de matéria-prima por ano serão extraídas do planeta (UNEP 2016).

Em 1987, em relatório
apresentado pela Comissão Mundial das Nações Unidas para o Desenvolvimento e o
Meio Ambiente Natural, foi definida a ideia de desenvolvimento sustentável e
equilibrado, que garante atender às necessidades das gerações atuais e não
impede que as futuras gerações tenham suas necessidades atendidas (CHARYTONOWICZ;
SKOWRÓNSKI, 2015; COMISSÃO MUNDIAL DAS NAÇÕES UNIDAS PARA O DESENVOLVIMENTO E
MEIO AMBIENTE, 1987).

Reduzir a produção de
resíduos não é eficaz para a estabilidade da degradação do meio ambiente. É
necessário reverter a tendência de crescimento da degradação e impactos nos
recursos ambientais. A opção para isso é a recuperação dos materiais aplicados,
que, a longo prazo, podem reduzir o uso de recursos. (ERBS et al., 2018).

A construção é um dos
maiores consumidores de recursos naturais do planeta, atingindo um consumo de
até 50% de todos os recursos naturais extraídos. (SJÖSTRÖM, 1996). Por outro
lado, esse mesmo setor é o que apresenta a maioria das possibilidades de
incorporação de resíduos em novos materiais, e uso de materiais reciclados. (SANTOS
et al., 2011).

Os impactos gerados pela
indústria da construção não foram considerados prejudiciais, pois a produção de
resíduos era pequena e a assimilação ambiental, grande. A maioria dos resíduos
gerados no canteiro de obras é descartada em aterros devido à ausência de
mercados para sua reciclagem (DURAN et
al., 2006).

As massas de gesso são
materiais amplamente utilizadas como materiais de construção devido à sua
facilidade de aplicação, baixo custo e leveza. Mas os resíduos gerados são
muito agressivos ao meio ambiente, porque sua composição é basicamente sulfatos
de cálcio, que no solo, na presença de água, podem reagir para formar gás sulfídrico
extremamente tóxico e ainda podem produzir ácido sulfúrico, ambos susceptíveis a
contaminar o solo e as águas subterrâneas. Portanto, é necessário desenvolver
metodologias para reciclagem desses materiais (GERALDO et al., 2017; JIANXIN et al.,
2018).

Os fatores que afetam a
alta geração de resíduos de gesso na construção estão relacionados
principalmente à cinética da reação de cura do gesso que leva a um
endurecimento rápido e à falta de mão de obra qualificada no canteiro de obras
(MENEZES; POVOAS, 2016).

O processo de reciclagem
de gesso reduz custos com o gerenciamento de resíduos (BRASILEIRO; MATOS,
2015), além disso, espera-se que o custo desse material reciclado seja menor
que o material natural.

Atualmente, estuda-se como
solucionar o problema dos resíduos de gesso da construção civil. Em muitos
estudos, o gesso é curado em laboratório com razão água/gesso (a/g) controlada,
ambientes limpos e livres de impurezas. Sabe-se que a realidade em um canteiro
de obras é muito diferente. Nos locais, os resíduos gerados são segregados em caçambas,
mantidos em área aberta e levados para as usinas de reciclagem que dão o
destino correto. No momento atual, a principal aplicação é a mistura desse
resíduo na formulação de cimento Portland, mas ainda é aplicada baixa
quantidade para essa finalidade.

Por se tratar de uma
matéria-prima natural não renovável, é necessário economizar recursos para
evitar a extinção desses depósitos de extração mineral. Além disso, esse
resíduo apresenta um alto grau de toxicidade para o solo, sendo considerado um
passivo ambiental que foi negligenciado ao longo dos anos.

Durante o processo de
desidratação do mineral, são formadas algumas fases sólidas, como hemi-hidrato (CaSO4. 0,5 H2O),
sulfato de cálcio (CaSO4), anidrato II
(CaSO4) e anidrato III (CaSO4. ε
H2O). Quando o pó de gesso é exposto à água, reage imediatamente, pois
ocorre a hidratação do hemi-hidrato formando
rapidamente cristais a partir do sulfato dissolvido em uma reação exotérmica.

O gesso utilizado na
construção civil é uma mistura obtida pela calcinação de sulfato de cálcio
quando o di-hidrato de sulfato de cálcio perde 75% de
sua água combinada, produzindo hemi-hidrato de
sulfato de cálcio, anidridos e di-hidratos de sulfato
de cálcio, solúveis e insolúveis. A Equação 1 mostra a desidratação do sulfato de
cálcio (ERBS et al., 2018; GERALDO et al., 2017).

CaSO4
.2 H2O
CaSO4 . 0.5 H2O + 1.5 H2O                        Equação 1

125°C
– 180 °C

Quando em contato com a
água, esses compostos reidratam, formando desidrato ou sulfato de cálcio. A
Equação 2 mostra a hidratação do hemi-hidrato (ERBS et al., 2018; GERALDO et al., 2017).

CaSO4
.0.5H2O + 1.5 H2O                          CaSO4 . 2H2O + calor             Equação 2

Hidratação

A cura ocorre devido à
formação desses cristais que precipitam em solução, aumentando a viscosidade do
gesso (MORGADO et al., 2017).

Alguns autores relatam
que o gesso reciclado cura mais rapidamente que o gesso comercial, tornando-se
importante a adição de ligantes retardantes de cura, a fim de melhorar a
trabalhabilidade do material sem que ocorra a redução das propriedades
mecânicas (BARDELLA, 2011; PINHEIRO, 2011).

A adição de ligantes no
gesso pode influenciar a resistência e a absorção de água devido aos grupos
funcionais de compostos adicionados (WU et
al., 2014).

Nos Estados Unidos, a
adição de álcool polivinílico foi estudada em 1976 para a produção de gesso
resistente à água, mas, nessa ocasião, a influência desse aglutinante nas
propriedades mecânicas do gesso não foi relatada. Nos últimos tempos, a adição
de polímero tem sido estudada para melhorar as propriedades mecânicas e seus
efeitos na retenção de água no gesso e na sua hidratação (BÜLICHEN; PLANK,
2013; GREVE; O'NEILL, 1973).

Camarini relata que o
ácido cítrico tem sido estudado como um aditivo no gesso desde 1952, avaliando
o processo de hidratação. A adição desse aglutinante altera o tempo de
endurecimento do gesso, pois há quimisorção na
superfície dos núcleos formados, alterando a forma dos cristais (CAMARINI et al., 2016).

O presente trabalho busca
reciclar o gesso por meio da calcinação dos resíduos obtidos em usinas de
reciclagem e a inserção de ligantes retardadores na mistura, com o objetivo de
determinar o efeito da adição de retardadores de cura nas propriedades
mecânicas das peças moldadas de gesso, comparando-as com a do gesso comercial.

2
MATERIAIS E MÉTODOS

O gesso recebido da usina
de reciclagem apresentava-se em grandes pedaços, coletados nos canteiros de
obras, foi submetido à remoção mecânica de impurezas macroscópicas, como galhos
de árvores, embalagens de papel e plástico e resíduos à base de argila e
cimento que foram depositados inadequadamente nas caçambas de coleta.

Pedaços
de gesso recebidos foram cominuídos em moinhos de martelos para reduzir o
tamanho das partículas. O refinamento da granulometria foi realizado em um
moinho de bolas com meio de moagem Al2O3 com 1,5 cm de
diâmetro sob água por 3 horas. O pó foi seco no forno a 120 °C e calcinado a 160
°C sob ar atmosférico (BÜLICHEN; PLANK, 2013; ERBS et al., 2018).

As
partículas finas foram desaglomeradas por peneiramento em malha 80 e
armazenadas protegidas da umidade. Posteriormente, as amostras foram moldadas
em corpos de prova cilíndricos com 16 mm de diâmetro e 32 mm de altura e
curados por 50 dias. A razão usada a/g foi de 0,7, pois essa condição descrita
na literatura é um ponto intermediário para obter consistência normal adequada
para a aplicação de gesso na construção civil (BÜLICHEN; PLANK, 2013; ERBS et al., 2018).

Os
aditivos de processamento foram misturados na água de amassamento a 25 °C e
subsequentemente misturados com gesso reciclado. As amostras padrão foram produzidas
com gesso comercial obedecendo a razão a/g de 0,7. A Figura 1 mostra as etapas
do processo.

Figura 1 - Esquema do Processo de Reciclagem
do Gesso de demolição.

Fonte:
o autor

Os
aditivos utilizados foram ácido cítrico (Sigma-Aldrich)
e álcool polivinílico (Sigma-Aldrich),
ambos puros para análise. As proporções adicionadas foram de 0,2% e 0,6% em
massa de gesso. As misturas foram realizadas resolvendo os aditivos em água a
25 °C usando agitador mecânico, após a solubilização total do ligante, a massa
de gesso foi adicionada e agitada por 3 minutos para homogeneização. A Figura 2
mostra o detalhamento dos lotes de amostra estudados e os referidos códigos de
identificação.

Figura 2 - Detalhamento
das composições usadas no estudo.

Fonte: o autor

O
gesso comercial e o gesso reciclado foram caracterizados por difração de raios
X realizada no difratômetro de raios X XRD-6000, Shimadzu, operando com radiação CuKα
a uma tensão de 40 kV e corrente de 30 mA. Os difratogramas foram obtidos de 10° a 80° para 2θ a uma
velocidade de varredura de 0,2 °.min-1. As
amostras foram preparadas por peneiramento em malha 325, para identificar as
fases presentes nas matérias-primas de gesso, foram utilizadas o banco de dados
do International Center of
Diffraction Data ( ICDD).

O
teste de porosidade aparente foi realizado com base no princípio de Arquimedes,
relacionando a flutuabilidade de um corpo submerso, e essa força pode ser
calculada pela diferença entre a massa do corpo seco e úmido (FRIDLAND; ROSADO,
2003; OLIVEIRA et al., 2015).

As
amostras foram secas em estufa a 80 °C por 24 horas e pesadas e colocadas em
água fervente por 2 horas e depois pesadas úmidas e submersas em água à
temperatura ambiente. Para a determinação da porosidade aparente das amostras,
foi aplicada a relação matemática apresentada na Equação 3.

%AP
= [(mw – md)/(md –mi)] x 100                                                   Equação 3

Onde md
é massa seca, mw é massa úmida e mi
é massa sob imersão.

As
propriedades mecânicas foram avaliadas em máquina de teste universal INSTRON
5900 R 5584 (célula de carga 5kN). Os ensaios foram realizados com velocidade
de carregamento de 1 mm.min-1. A resistência à compressão foi medida
no ensaio de compressão axial, enquanto a resistência à tração foi medida pelo
Ensaio Brasileiro que trata-se de uma adaptação do ensaio de compressão
diametral (GARCIA et al., 2012) e o
valor determinado segundo a ABNT-NBR 6118: 2014 (ABNT, 2014), que descreve a
conversão Equação 4.

σct =
0.9 x σctsp                                                                                    Equação 4

3
RESULTADOS E DISCUSSÃO

A importância na
caracterização das fases presentes nas matérias-primas de gesso por difração de
raios X é importante, uma vez que o hemi-hidrato
ocorre em duas formas diferentes (α e β); a forma α é preparada
pelo método úmido na presença de vapor e a forma β é preparada por métodos
secos, em ar seco a uma temperatura entre 45 °C e 200 °C, ambos a partir de
sulfato de cálcio di-hidratado. As duas formas de hemi-hidrato diferem em sua reatividade com a água e na
força dos produtos de hidratação (SINGH; MIDDENDOF, 2007).

A falta de
responsabilidade dos envolvidos na construção civil no manuseio e descarte de
resíduos de demolição de gesso, permitindo a mistura de vários materiais nas
caçambas de descarte, faz com que esses materiais sejam contaminados com
compostos de diferentes fontes, sejam naturais ou sintéticas.

Embora existam políticas
públicas nacionais e regionais que regulam essas práticas (CONAMA, 2002, 2012;
PMSJC, 2006, 2015), ainda é muito comum nos canteiros de obras, devido
principalmente à falta de treinamento e especialização da força de trabalho
empregada neste setor produtivo.

Nesses fatos reside o
interesse deste trabalho em estudar a reciclagem de gesso de demolição a partir
de resíduos provenientes de recicladores instalados na região de São José dos
Campos-SP/Brasil. Essas contaminações foram verificadas pelos ensaios de
difração de raios X realizados em material comercial obtido no comércio local e
no material reciclado obtido na recicladora local.

A análise por difração de
raios X foi realizada em amostras gesso comercial e em amostras de gesso
reciclado e estão apresentadas nas Figuras 3 e 4 que mostram os dois difratogramas.

Na Figura 3, é observada
a caracterização do gesso puro no ICDD-JCPS nº 01-076-1746 com sistema
cristalino monoclínico descrito pelos parâmetros 10.4700 Å, 15.1500 Å, 6.2800
Å, a, b, c respectivamente e α, β, γ respectivamente 90°, 98,97°
e 90° e densidade calculada igual a 1,16 g/cm3. A estrutura
monoclínica indica que o hemidrato presente no gesso
comercial é da forma α, pois, de acordo com Singh e Middendorf
(2007), o β-hemidrato cristaliza na forma
monoclínica, enquanto o β-hemidrato se
cristaliza na forma trigonal.

Figura 3 - Resultados difração de raios X
para o gesso comercial.

Fonte: o autor

Segundo Chandara et al.
(2009), os resultados encontrados para análise comercial coexistem fases hemi-hidratadas, descritas 2θ = 14,76°, 25,54° e
29,76° e di-hidratadas em 2θ = 11,68°, 20,84° e
23,48°. Isso pois o material não foi convertido por hidratação quando exposto à
água, sendo utilizado como agente nucleante durante o
processo de hidratação em favor do processo de cura.

Na Figura 4 foi observada
a presença de contaminantes como o Carbono e o Al2CaO4,
além de encontrar a outra fase do gesso, descrita para ICDD-JCPS nº 00-003-0053
com sistema cristalino monoclínico.

Embora apresentados os
parâmetros 5,6700 Å; 15,1500 Å; 6,5100 Å; a, b, c respectivamente e α, β, γ respectivamente 90°; 118,38° e 90° e
densidade calculada igual a 2,32 g/cm3.

Figura 4 - Resultados difração de raios X
para o gesso reciclado

Fonte: o autor

Mesmo que as duas
estruturas cristalinas para as fases de gesso identificadas nesses ensaios
sejam monoclínicas, pode-se observar que houve uma mudança nos parâmetros de
rede, sendo predominante no gesso reciclado a fase descrita pelo ICDD-JCPS n °
00-003 -0053. Essa alteração nos parâmetros resulta em uma redução no volume
das células unitárias e, consequentemente, no volume do material da ordem de
43,9%, valor semelhante ao observado na redução da porosidade aparente desses
materiais, como mostra a Figura 7. Não há alteração no sistema de deslizamento
cristalino, mas a área dos planos (0 1 0) e o comprimento das distâncias [0 0
1] são reduzidos com essa alteração de parâmetro, o que pode influenciar junto
com a porosidade aparente residual a resistência de proporções das propriedades
mecânicas desses materiais.

As fases de gesso
encontradas principalmente no gesso reciclado estão na forma hemi-hidratada, conforme descrito por Chandara
et al. (2009), mas também foram
encontradas contaminações por carbono e Al2CaO4. O
desenvolvimento das propriedades do gesso ocorre durante o processo de
hidratação em massa, envolvendo a liberação de alta energia na forma de calor
devido à natureza exotérmica da reação de hidratação, como apresentado na
equação 2. A cura envolve processos físicos e físico-mecânicos, resultando em
um sólido com alta porosidade e superfície interna relativamente grande,
caracterizada pelo bloqueio dos cristais na forma de placas e agulhas. A
morfologia dos cristais de di-hidrato de sulfato de
cálcio depende das condições de formação e da presença e tipos de elementos
químicos (SINGH; MIDDENDOF, 2007).

A presença de outra fase,
além de influenciar a morfologia dos cristais, também pode implicar em
variabilidade de densidade, resultando na diferença entre as análises de
porosidade aparente. O carbono e o Al2CaO4 encontrados
nesta análise são o resultado do tipo de descarte desses materiais em caçambas
que ficam expostas às intempéries, que estão sujeitas a vários tipos de
resíduos. O conhecimento dessa composição faz com que a análise das outras
propriedades possa ser melhor compreendida, vislumbrando a influência desses
compostos sobre as medidas encontradas.

A presença de alumínio
influencia positivamente o hábito cristalino e o tamanho dos cristais formados
na microestrutura do gesso. O mecanismo de interferência não é muito conhecido,
mas estudos mostram que o alumínio promove um crescimento de cristal mais
regular com orientação não preferencial, com nucleação e crescimento ocorrendo
em todas as direções. Desta forma, os cristais são obtidos como resultado de um
processo de nucleação reduzido que promove o crescimento de cristais a taxas
mais baixas. Ainda promove a interação entre os cristais menores, aumentando a
tendência destes a se aglomerarem. O endurecimento rápido é explicado por essa
interação entre os cristais, aumentando rapidamente a viscosidade da massa, mas
não atingindo a totalidade de sua reação de hidratação (RASHAD et al., 2004).

A presença de ácidos
carboxílicos, como o ácido cítrico, altera a estrutura interna do bloqueio e
adesão entre os cristais. Isso se deve à adsorção das moléculas de ácido nos
cristais de gesso formados (LAZÓN; GARCÍA-RUIZ, 2012). O poder retardante dos
ácidos carboxílicos nos processos de cristalização do gesso é devido à
quimiosorção na superfície dos núcleos de gesso durante o processo de
nucleação, atrasando os processos de cristalização e endurecimento. Isto sugere
que, na presença de ácidos carboxílicos, a cinética de crescimento normal é
alterada. O grau de mudança dependerá da extensão da quimiosorção e de sua taxa
(BADENS et al., 1999; SINGH E
MIDDENDOF, 2007).

Aditivos de natureza
orgânica e inorgânica desempenham um papel importante nos processos de
cristalização. Eles alteram as propriedades da superfície dos cristais, que
levam a mudanças na nucleação e crescimento e, portanto, a mudanças na forma
dos cristais, bem como no seu comportamento de aglomeração ou dispersão (SINGH;
GARG, 1997). Eles também são usados como retardadores ou aceleradores para
controlar a hidratação nas indústrias de gesso e concreto. O uso de
retardadores durante a hidratação do hemidrato para
controlar o crescimento de cristais de gesso é uma preocupação prática. Em
geral, observou-se que ácidos orgânicos fracos e seus sais com bases fortes
atuam como retardadores. Os efeitos retardadores dos ácidos carboxílicos têm
sido geralmente estudados medindo-se as mudanças de temperatura ou a taxa de
variação da evolução do calor durante a hidratação do hemi-hidrato
(SINGH; MIDDENDOF, 2007). O uso de ácido carboxílico retarda o aumento da
temperatura, pois ocorre em período e tempo de indução diferentes para o
aumento máximo da temperatura. Quanto maior o período de indução, maior o tempo
para o aumento máximo da temperatura e maior é o poder retardante do ácido.

A adição de materiais
poliméricos na água de hidratação altera a forma do cristal de gesso. Foi
relatado que o aumento da porcentagem adicionada de polímero influencia o
crescimento dos cristais. Com uma quantidade crescente, a forma do cristal muda
gradualmente de agulha fina para bastonetes, e o tamanho transversal do cristal
apresenta constantemente a tendência crescente, mecanismo pelo qual o polímero
inibe o crescimento do cristal de gesso em cada eixo (LI et al., 2007).

Devido ao caráter
hidrofílico do álcool polivinílico, a reação de hidratação do sulfato de cálcio
pode apresentar dificuldade, resultando em uma redução na velocidade dessa
reação. Além disso, a presença dessas moléculas poliméricas reduz as
propriedades mecânicas, pois promovem a separação dos cristais, sendo esse
efeito mais evidente com o aumento de sua massa molecular (WU et al., 2014).

A forma e o tamanho dos
cristais influenciam as propriedades mecânicas, portanto, a presença ou
ausência dos ligantes pode ser avaliada pelos ensaios mecânicos realizados. A
Figura 5 mostra que o gesso reciclado apresentou valores mais altos quando
comparado ao gesso comercial, em torno de 66,0%. Considerando a diferença entre
os parâmetros de rede nas células monoclínicas do gesso comercial e do gesso
reciclado, onde no gesso reciclado a célula de volume de α-hemidrato é 43,9% menor do que no gesso comercial,
esperava-se que apresentasse uma força consideravelmente maior (SINGH; MIDDENDOF,
2007).

Figura 5 - Resultados do ensaio de
Compressão.

Fonte: o autor

Percebeu-se a dificuldade
na moldagem das amostras, com uma secagem rápida da pasta, indicando que a
trabalhabilidade do gesso reciclado puro inviabiliza o uso em canteiros de obras
e a produção de peças vazadas. Essa dificuldade é explicada analisando os
resultados da difração de raios X, Figuras 3 e 4, onde mostra a diferença entre
as duas matérias-primas, onde o gesso comercial formado é uma mistura de hemidrato e di-hidrato, enquanto
o gesso reciclado é formado apenas para o hemidrato.
A ausência de di-hidrato favorece a reação de
hidratação por promover maior superfície livre para hidratação. Além disso, a
presença de compostos de alumínio favorece o aglomerado dos cristais menores,
aumentando a velocidade de endurecimento do gesso pelo aumento da viscosidade,
mesmo que a reação de hidratação não tenha sido concluída (RASHAD et al., 2004). Estudos
mostram que o gesso reciclado apresenta maior consumo de água para manter a consistência
normal para aplicação na construção, esse valor aumenta com o aumento dos
ciclos de reciclagem, outro fator que pode explicar a diminuição da
trabalhabilidade do gesso (BÜLICHEN; PLANK, 2013; ERBS et al., 2018).

Nos resultados dos ensaios
de compressão mostrados na Figura 5, pode-se observar que a adição de ligantes
no processamento do material levou à redução da resistência à compressão, em
comparação com o gesso reciclado puro, comportamento esperado, uma vez que os
ligantes interferem na cinética da nucleação e crescimento dos cristais,
interagindo na superfície desses, resultando em variações na porosidade
aparente dessas formulações.

Essa interação
superficial explica as melhores condições de moldagem, pois esses aditivos
atuam no controle da reação de hidratação, seja pelo caráter hidrofílico do
álcool polivinílico ou pela quimisorção
do ácido cítrico (BADENS et al.,
1999; LAZÓN; GARCÍA-RUIZ, 2012; SINGH; GARG, 1997; WU et al., 2014).

Nas amostras em que o
PVAL foi adicionado, mostrou melhora na trabalhabilidade e aumento da
resistência à compressão quando comparado ao gesso comercial, com um aumento de
cerca de 42% e 22%, para adições de 0,2% e 0,6% em massa, respectivamente.

Este aumento na
resistência mecânica à compressão é devido à redução na porosidade aparente
dessas formulações quando comparada à porosidade aparente do gesso comercial.
Essa redução na porosidade reduz o número de concentradores de tensão no
material, melhorando seu comportamento mecânico. Comportamento semelhante pode ser
observado no ensaio de Tração Indireta, Figura 6, mas o aumento na resistência
à tração indireta é menor quando comparado à resistência à compressão, com
diferença no aumento da resistência de aproximadamente 31% e 82% para as
amostras com 0,2% e 0,6% de PVAL em massa de gesso, respectivamente. O
desempenho microestrutural dos materiais, quando submetidos a tensões
compressivas, é a aproximação dos grãos, tendo, neste caso, uma ação menor dos
concentradores de tensão, enquanto nos materiais sujeitos às tensões de tração
esse comportamento é o desprendimento dos cristais, tendo, neste caso, maior
influência de os concentradores de tensão sendo as regiões de porosidade os
pontos de trinca (GARCIA et al.,
2012).

O mesmo não ocorreu nas
amostras com adição de ácido cítrico, pois, nas mesmas condições de formulação,
essas amostras apresentaram redução de cerca de 59% e 38% para 0,2% e 0,6%,
respectivamente, embora tenha sido notada melhora na trabalhabilidade da pasta.
A presença de ácido cítrico adsorvido na superfície dos cristais pode ser
responsável por uma menor energia de ligação entre eles, mesmo com a redução da
porosidade do material, o bloqueio e a adesão dos cristais podem ser
prejudicados pela presença do ácido carboxílico adsorvido.

Comportamento semelhante
foi observado nos testes de tensão indireta, Figura 6, onde as amostras
produzidas com gesso reciclado apresentaram um aumento na resistência à tração
indireta da ordem de 84% quando comparadas às amostras obtidas com gesso
comercial. Esse efeito pode ser explicado pela presença de compostos de
alumínio que influenciam o processo de nucleação e crescimento de cristais de
gesso, promovendo a formação de cristais menores que resultam no aumento das
propriedades mecânicas devido ao intertravamento e adesão entre os cristais.

Figura 6 - Resultados do ensaio de Tração
Indireta

Fonte: o autor

Com a adição dos
aglutinantes, observou-se que, na presença de PVAL, as amostras apresentaram
aumento na resistência quando comparadas ao gesso comercial, mas a taxa de
aumento foi menor que a apresentada nos testes de compressão, aumentando em
cerca de 29% e 4 % para composições com adição de 0,2% e 0,6% de PVAL,
respectivamente. No entanto, com a adição de ácido cítrico, as reduções nas
propriedades apresentadas foram da ordem de 51% e 66% para as composições de
0,2% e 0,6%, respectivamente, explicadas pela redução na interação entre os
cristais causada pela adsorção de ácido cítrico.

A resistência mecânica
obtida pelas amostras está relacionada à porosidade aparente, Figura 7, obtida
em cada uma das formulações, observa-se que a porosidade aparente do gesso
reciclado é reduzida na ordem de 57%, o que corrobora com os resultados obtidos
nos ensaios de resistência mecânica, uma vez que o menor volume de poros
resulta em um número menor de concentradores de tensão responsáveis pela
redução considerável da resistência mecânica.

Figura 7
- Resultados de Porosidade Aparente

Fonte: o autor

Além disso, a presença de
compostos à base de alumínio favorece a aglomeração de pequenos cristais,
reduzindo assim o vazio entre eles. A presença desses compostos reduziu a
porosidade aparente em níveis muito inferiores aos obtidos para o gesso
reciclado puro, sendo da ordem de 8% para as adições de 0,2% em massa e 14%
para as adições de 0,6% em peso de gesso. A incongruência na relação entre a
porosidade aparente e o comportamento mecânico das formulações de adição de
ácido cítrico é explicada pelo fato de esses compostos serem adsorvidos nos
cristais, promovendo a redução do intertravamento e adesão entre os cristais,
facilitando seu deslizamento quando submetidos às forças compressivas.

4
CONCLUSÕES

As condições do gesso de
demolição encontrado nas plantas de reciclagem apresentam contaminações do
ambiente e do armazenamento desses materiais, provavelmente resultado da falta
de controle na coleta e separação nos canteiros de obras. O ensaio por difração
de raios X pôde caracterizar a existência de compostos à base de alumínio
capazes de alterar o comportamento de nucleação e crescimento dos cristais
durante o processo de hidratação do gesso, reduzindo a taxa de crescimento e a
quantidade de núcleos presentes, mas o efeito mais deletério está relacionado à
capacidade de promover a aglomeração de pequenos cristais, o que aumenta
significativamente a resistência mecânica final desse material, mas por outro
lado reduz a trabalhabilidade da pasta.

O estudo realizado com
dois tipos de ligantes, um polimérico e outro ácido carboxílico, permitiu
avaliar a influência da funcionalidade e do tamanho da molécula desses
compostos nas propriedades mecânicas do gesso reciclado. No entanto, o uso de
aditivos à base de ácido carboxílico, como o ácido cítrico, não é aconselhável,
mesmo se for encontrado na literatura que é mais eficiente para melhorar o
tempo de cura do gesso, pois foi comprovado que seu efeito é prejudicial às
propriedades mecânicas, uma vez que a adsorção das moléculas nos cristais
resulta em uma diminuição significativa nas propriedades mecânicas.

No entanto, o uso de
aditivos poliméricos, como o álcool polivinílico, parece promissor, uma vez que
alcançou resistência superior à apresentada pelo gesso comercial, com
porosidade aparente próxima.

Estudos futuros
concentram-se na análise microscópica dos cristais formados e a interferência
destes ligantes na cristalização da gipsita.

5
AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à JC
Locação e Reciclagem por fornecer materiais de demolição para este estudo.

6
REFERÊNCIAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT-NBR 6118:2014 -
Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. Rio de Janeiro, 2014.

BADENS,
E.; VEESLER, S.; BOISTELLE, R. Crystallization of gypsum from hemihydrate in
presence of additives. Journal of Crystal Growth, p. 704-709, 1999.

BARDELLA, P. S. Análise
das Propriedades de Pastas de Gesso de Construção Reciclado. 2011, 213f.
Tese (Doutorado em Engenharia Civil) Universidade Estadual de Campinas,
Campinas, 2011.

BRASILEIRO, L. L.; MATOS, J.
M. E. Revisão Bibliográfica: reutilização de resíduos da construção e demolição
na indústria da construção civil. Cerâmica. 61, 178-189, 2015.

BÜLICHEN,
D.; PLANK,J. Water retention capacity and working mechanism of methyl hydroxyl
propyl cellulose (MHPC)in gypsum plaster—which impact has sulfate? Cement
and Concrete Research, v. 46, p. 66–72, 2013.

CAMARINI,
G. et al. Effect of acid citric on properties of recycled gypsum plaster
to building components. Construction and Building Materials, v. 124, p. 383-390,
2016.

CHANDARA,
C. et al. Use of waste gypsum to replace natural gypsum as set retarders
in portland cement. Waste Management, v. 29, p.
1675–1679, 2009.

CHARYTONOWICZ,
J.; SKOWRÓNSKI, M. Reuse of building materials. Procedia Manufacturing,
v. 3, p. 1633 – 1637, 2015.

DURAN,
X.; LENIHAN, H.; O’REGAN, B. A model for assessing the economic viability of
construction and demolition waste recycling – the case of Ireland. Resources,
Conservation and Recycling, v. 46, 3, p. 302-320, 2006.

ERBS,
A. et al. Properties of recycled gypsum from gypsum plasterboards and
commercial gypsum throughout recycling cycles. Journal of Cleaner Production,
v. 183, p. 1314-1322, 2018.

FRIDLAND,
M.; ROSADO, R. Mineral trioxide aggregate (MTA) solubility and porosity with
different water-to-powder ratios. Journal of Endodontics, v. 29, p. 814-817,
2003.

GERALDO,
R. H. et al. 2017. Gypsum
plaster waste recycling: a potential environmental and industrial solution. Journal
of Cleaner Production, v. 164, p. 288-300, 2017.

LI,
J.; LI, G.; YU, Y. The influences of gypsum water-proofing additive on gypsum
crystal growth. Materials Letters, v. 61, p. 872–876, 2007. Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2006.06.005>.

MENEZES R. B.; PÓVOAS, Y. V.
Influência de aditivo retardador de pega na reciclagem da pasta de gesso
utilizada como revestimento interno de parede. Revista Engenharia e Pesquisa
Aplicada, v. 2-1, p.55-62, 2016.

MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE. Resolução CONAMA nº 307/02. Brasília,
DF, Brasil, 2002.

MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE. Resolução CONAMA nº 448/2012. Brasília,
DF, Brasil, 2012.

MORGADO, G. et al. Submicrometric Picture of Plaster Hydration:
Optimization of the Addition of Gypsum Needles. The Journal of Physical
Chemistry C. v. 121, p.5657-5666, 2017.

OLIVEIRA, I. R. et al.
Production of porous
ceramic material using different sources of alumina and cálcia.
Revista Matéria, v. 20, 3, p. 739 – 746,
2015.

PINHEIRO, S.M.M. Gesso
Reciclado: avaliação de
propriedades para uso em componentes, 2011, 303f, Tese (Doutorado em
Engenharia Civil) Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2011.

PREFEITURA MUNICIPAL DE SÃO
JOSÉ DOS CAMPOS. Lei Municipal Ordinária
nº 7.146/06 – São José dos Campos, SP, Brasil, 2006.

PREFEITURA MUNICIPAL DE SÃO
JOSÉ DOS CAMPOS SÃO JOSÉ DOS CAMPOS. Decreto
Municipal nº 16.762/15, que Consolida o Plano de Gestão Integrada de
Resíduos Sólidos de São José dos Campos, SP, Brasil, 2015.

R.
GREVE, D.; O´NEILL, E. D. Water-resistant
Gypsum Products. Patent number 412968. 1973.

RASHAD,
M. M et al. Crystallization of calcium sulfate dihydrate under simulated
conditions of phosphoric acid production in the presence of aluminum and
magnesium ions. Journal of Crystal Growth, v. 267, p.372–379, 2004.

SANTOS, M. F. N.;
BATTISTELLE, R. A. G.; HORI, C. Y.; JULIOTI, P. S. Importância da avaliação do
ciclo de vida na análise de produtos: possíveis aplicações na construção civil.
GEPROS-Gestão
da Produção, Operação e Sistemas, v. 6, 2. 57-73, 2011.

SINGH,
M.; GARG, M. Retarding action of various chemicals on setting and hardening
characteristics of gypsum plaster at different pH. Cement
and Concrete Research, v. 27, p. 947-950, 1997.

SINGH,
N. B.; MIDDENDORF, B. Calcium sulphate hemihydrate hydration leading to gypsum
crystallization. Progress in Crystal Growth and Characterization of
Materials, v. 53, p.57-77, 2007.

SJÖSTRÖM,
C. Service life of the building. in: applications of the performance concept in
building. Proceedings, v. 2, p.6-11, 1996.

UNITED
NATIONS ENVIRONMENT PROGRAMME. Raw
material flows and resource upgrades on a global scale, 2016.

WU,
H. et al., 2014. Improvement on
mechanical strength and water absorption of gypsum modeling material with synthetic
polymers. Ceramics International, v. 40, p.14899–14906, 2014.