Analysis of the influence of metakaolin pozzolan on the performance of lime mortars aiming at the restoration of external coverings of historic buildings

This study aims at highlighting the importance of knowing physical, chemical and mechanical characteristics of aerial lime-based mortars hydrated with pozzolan, as well as their compatibility with rehabilitation and preservation processes of historic buildings. The study of mortars for external covering of some historic buildings in Rio Grande, a city located in the south of Brazil, defined the selection of raw material in terms of characteristics of granulometry of the aggregate and mineralogical composition of these mortars. New mortars were evaluated in relation to the influence of partial replacement (10%) of aerial lime mass for two types of metakaolin with trace 1:4 (binder:aggregate). New mortars were submitted to a set of mechanical and physical assays so as to establish whether they were adequate for these buildings. Evolution of characteristics of mechanical strength and of behavior towards exposure to water, both in liquid and vapor forms, was analyzed on the 28th and 540th curing days, and assays were carried out at intermediate ages. The curing system aimed at achieving realistic conditions in which specimens – after having been unmolded – were kept in a climatized room at 20±2ºC and 80±5% humidity, up to 28 days. Afterwards, they were kept outdoors, with no direct exposure to rain. Metakaolin in the mortars exerted positive influence on the first curing days, due to the pozzolanic reaction, and led to higher compressive strength and easy handling of specimens. Crystalline phases observed by XRD throughout the study showed the prevalence of the carbonation reaction, while the pozzolanic reaction occurred on a small scale, as the result of the curing conditions. The microstructural analysis identified the morphologies of dolomitic lime mortars (hydromagnesite) and of metakaolin (hydrated calcium aluminate). At the end of the study, when the mortar of reference was hardened, results showed that its values of mechanical strength were higher than the ones of mortars with metakaolin. However, in the global analysis, values of mechanical strength shown by mortars with metakaolin were adequate for restoration of external coverings. These mortars also had better performance against salt spray, due to the refinement in their pore structure.O presente trabalho tem por finalidade enfatizar a importância do conhecimento das características físicas, químicas e mecânicas, bem como, da compatibilidade para aplicação de argamassa de cal aérea hidratada com pozolana, em processos de reabilitação e conservação de prédios de interesse histórico. O estudo das argamassas de revestimento externo de alguns prédios históricos da cidade do Rio Grande, município localizado ao sul do Brasil, balizou a seleção da matéria-prima quanto às características da granulometria do agregado e da composição mineralógica destas argamassas. As novas argamassas, foram avaliadas quanto a influência da substituição parcial (10%) da massa de cal aérea por dois tipos de metacaulins, com traço 1:4 (aglomerante:agregado). Um conjunto de ensaios mecânicos e físicos foi realizado sobre as novas argamassas, permitindo estabelecer a sua adequação para uso nestes prédios. A evolução das características de resistência mecânica e comportamento frente a exposição à água, na forma liquida e de vapor, foi analisada dos 28 aos 540 dias de cura, com ensaios em idades intermediárias. O sistema de cura adotado teve por objetivo obter as condições mais próximas da realidade, em que os corpos de prova, após desformados, permaneceram em uma sala climatizada com umidade e temperatura de 80±5% e 20±2ºC, respectivamente, até completar 28 dias, momento em que foram expostos ao ar livre, protegidos apenas da incidência direta da chuva. Foi possível identificar que a presença do metacaulim nas argamassas influenciou, positivamente, nos primeiros dias de cura devido à reação pozolânica, apresentando maior resistência à compressão e facilidade no manuseio dos corpos de prova. As fases cristalinas observadas através de DRX, ao longo da pesquisa, indicaram a prevalência da reação de carbonatação sobre a reação pozolânica, ocorrida em menor escala, devido as condições de cura adotadas. Na análise microestrutural foram identificadas as morfologias próprias das argamassas de cal dolomítica (hidromagnesita) e do metacaulim (aluminato de cálcio hidratado). Ao final da pesquisa, no estado endurecido, os resultados obtidos demonstraram que a argamassa de referência apresentou valores de resistência mecânica superior aos das argamassas com metacaulim. No entanto, na análise global, as argamassas com metacaulim apresentaram valores de resistência mecânica compatível para a utilização em restauro de revestimento externo e melhor desempenho frente ao ataque de névoa salina, devido ao refinamento na rede de poros