Caracterização de argamassas de terra estabilizadas com sulfatos de cálcio para aplicação em Património Edificado e Arqueológico

Abstract

Esta dissertação centra-se na caracterização químico-mineralógica de argamassas de terra estabilizadas com produtos à base de sulfato de cálcio, nomeadamente anidrite II e sulfato de cálcio hemi-hidratado, com o objectivo de compreender o seu desempenho físico-mecânico e, em particular, a resistência à água líquida, os quais foram avaliados no âmbito de outra dissertação de mestrado em engenharia civil, realizada em paralelo. As recentes preocupações ambientais têm impulsionado a procura por materiais e práticas de construção ecologicamente sustentáveis. O estudo de argamassas de terra tem grande interesse devido às suas características de baixa energia incorporada e ecologia. Acresce ainda a possibilidade da sua utilização em património edificado e arqueológico como alternativa teoricamente mais próxima dos materiais tradicionais/originais, de maior compatibilidade e estabilidade que outros materiais modernos. No entanto, as argamassas de terra são susceptíveis à desagregação quando em contacto com água líquida, o que justifica o estudo de estabilizantes para viabilizar a sua utilização. O presente trabalho surge inserido num projecto de doutoramento em Arquitectura, em curso, sobre o desempenho de argamassas de terra para utilização enquanto reboco. Neste estudo observou-se uma melhoria significativa no desempenho físico e mecânico e resistência à água líquida das argamassas de terra estabilizadas com sulfato de cálcio hemi-hidratado. Face a esses resultados foi pressuposto uma melhoria acrescida por substituição deste estabilizante por anidrite II, uma vez que a sua hidratação dá origem a produtos com melhores características de solubilidade e resistência mecânica. Assim, a susceptibilidade à água das argamassas de terra, deve-se às características físico-químicas dos minerais argilosos é o aglutinante presente neste tipo de argamassas. Através de técnicas analíticas complementares caracterizaram-se diferentes argamassas de terra: não-estabilizadas, estabilizadas com 5, 10 e 20% de anidrite II e 20% de sulfato de cálcio hemi-hidratado, antes e depois de hidratação e secagem. Esta caracterização permitiu concluir que a adição dos diferentes estabilizantes não conduz à formação de novos compostos, observando-se apenas hidratação parcial da anidrite II com formação de gesso e, a esperada, hidratação total do sulfato de cálcio hemi-hidratado. Não foram observadas melhorias no desempenho das argamassas de terra pela adição de anidrite II, o que pode ser explicado pela reduzida hidratação deste estabilizante (não permitindo a formação de presa) contrariamente ao que se observa com a estabilização com sulfato de cálcio hemi-hidratado. Nestas foi possível observar uma organização cristalina devida à hidratação e secagem da argamassa. Desta forma, conclui-se que a adição de sulfato de cálcio hemi-hidratado é mais vantajosa que a de anidrite II, melhorando o desempenho mecânico e a resistência à água líquida das argamassas de terra, e contribuindo para o aumento da sua durabilidade.

This dissertation focuses on the chemical-mineralogical study of earthen mortars stabilized with calcium sulphate-based products, specifically anhydride II and calcium sulphate hemihydrate, in order to understand their physical and mechanical properties, and their resistance when in contact with liquid water. These properties were evaluated in another master's dissertation in civil engineering conducted in parallel. The recent environmental concerns have revived the research about sustainable building materials and practices. The study of earthen mortars is, therefore, of great interest for having low embodied energy and for being a green product. These mortars may have added interest for the conservation and restoration of architectural and archaeological heritage, theoretically closer to the traditional/original materials, and as a more compatible and stable alternative than other modern materials. The earthen mortars are, however, susceptible to degradation when in contact with liquid water, which justifies the study of stabilizers to enable their use. The present dissertation is part of a doctorate project in architecture, in progress, about the physical and mechanical performance of these mortars for its use as plaster. In this study, it was noticed a significant improvement in the physical and mechanical properties and resistance to liquid water of the earth mortars stabilised with calcium sulphate hemihydrate. It was proposed that the substitution of this stabiliser for anhydrite II would further increase these results, as products resultant from its hydration have lower solubility and better physical and mechanical properties. The susceptibility of earthen mortars was investigated, which is due to the physicochemical characteristics of the clay minerals present in it. Through complementary analytical techniques, different earthen mortars were characterized: non-stabilised, stabilized with 5, 10 and 20% anhydrite II and 20% calcium sulphate hemihydrate, before and after hydration and drying. This characterization led to the conclusion that the addition of the different stabilisers does not lead to the formation of new compounds, only to the partial hydration of anhydrite II, with formation of gypsum, and the expected total hydration of calcium sulphate hemihydrate. No improvement was observed in the performance of the earth mortars by the addition of anhydrite II, which may be explained by the reduced hydration and consequent non-setting of this stabiliser, contrary to the stabilisation with calcium sulphate hemihydrate. In these mortars it was observed the growth of a crystalline network due to the hydration and drying of the mortar. Thus, it is concluded that the addition of calcium sulphate hemihydrate is more advantageous than anhydrite II, improving the mechanical performance and resistance to liquid water of these earth mortars and contributing to an increase in durability.