Apostila De Materiais de Construção CIMENTO PORTLAND DEFINIÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E PROPRIEDADES

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1 Apostila De Materiais de Construção CIMENTO PORTLAND DEFINIÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E PROPRIEDADES

2 Definição CIMENTO PORTLAND É o produto obtido pela pulverização do clínker, contendo eventualmente, adições de certas substâncias que modificam suas propriedades ou facilitam seu emprego. Matérias Primas CaO *Pedra Calcária MgO *Argila Clínker Produto da fusão incipiente (+ 1450º) entre as matérias primas em forma de farinha. Apresenta-se de forma grosseiramente esférica, com diâmetros de 0,5cm a 2,0cm e possui uma elevada dureza (8,0 na escala Morse). 1. Compostos do Clínker Os compostos abaixo estão presentes na matéria prima do cimento: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3; Participam da formação dos compostos do Clínker. Na2O, K2O; Participam da Reação Álcalis-Agregados. C2S: Silicato Bi cálcico. (2CaO + SiO2) C3S: Silicato Tri cálcico. (3CaO + SiO2) C3A: Aluminato Tri cálcico. (3CaO + Al2O3) C4AF: Ferro Aluminato Tetra Cálcico. (4CaO + Al2O3 + Fe2O3) Observa-se que o Óxido de Cálcio participa da formação de todos os compostos. 2. Formação dos Compostos I - Formação do 2CaO.SiO 2 A formação do 2CaO.SiO 2 tem início em temperatura de 900 C onde mesmo sílica livre e CaO já reagem lentamente. Na presença de Ferro e Alumínio esta reação é acelerada. 2CaO + SiO 2 (1200 C) 2CaO. SiO 2 = silicato bi cálcico 2

3 II - Formação do 3CaO.SiO 2 O silicato tri cálcico inicia sua formação entre 1200 C e 1300 C a 1400 C os produtos de reação são 3CaO.SiO 2, 2CaO.SiO 2, 3CaO.Al 2 O 3 e 4CaO.Al 2 O 3.Fe 2 O 3 e o restante de CaO não combinado. 2CaO. SiO 2 + CaO (1260 a 1450 C) 3CaO.SiO 2 = silicato tri cálcico 3. Outras informações Entre os 900ºC e os 1100ºC forma-se o aluminato tricálcico e inicia-se a formação do ferro aluminato tetracálcico. Termina a decomposição de todos os carbonatos, atingindo-se o máximo de concentração em óxido de cálcio livre. Entre os 1100ºC e os 1200ºC a maior parte do aluminato tricálcico e ferro aluminato tetra cálcico está constituída e o teor de silicato bicálcico atinge o máximo. A 1260ºC principia o aparecimento da fase líquida, constituída pela combinação da parte de óxido de cálcio com os óxidos de alumínio e ferro, a qual promove a constituição do silicato tri cálcico, a partir do silicato bi cálcico já formado. Mas parte do silicato bi cálcico subsiste, pois este não se pode transformar em tri cálcico sem que haja ainda algum óxido de cálcio livre. O óxido de cálcio livre é nocivo porque a sua hidratação se dá com expansão que se torna perigosa para valores elevados. A 1450ºC atinge-se a máxima percentagem de silicato tri cálcico (componente do clínker que mais contribui para a sua resistência), estando concluída a formação do clínker. Propriedades do Cimento Portland devido a Hidratação dos Compostos do Clínquer. As propriedades descritas são conseqüência da hidratação dos compostos do clínker, logo, o tempo de hidratação tem certo fator determinante para as outras propriedades. *Tempo de hidratação: C3S; Pode se prolongar até + os oito primeiros dias. C2S; Sua hidratação se INICIA após os oito primeiros dias e pode se prolongar até os 90 dias. C3A; Se hidrata em + 4horas. C4AF; Lento. *Resistência Mecânica: É resultado principalmente da hidratação dos Silicatos Bi Cálcico e Tri Cálcico (C3S e C2S). C3S: maior responsável pela resistência em todas as idades, principalmente no primeiro mês de cura. C2S: Adquire maior importância na resistência em idades mais elevadas, é largamente responsável pela resistência a um ano. O C3A e o C4AF cooperam quase que insignificantemente para a resistência. 3

4 OBS: Relação água cimento; Para que obtenhamos a maior resistência possível, deve-se ser usada a quantidade estritamente necessária para a hidratação completa dos compostos, porém nessas condições a argamassa irá apresentar uma dificultosa trabalhabilidade. Caso a quantidade de água seja superior estritamente necessária para a hidratação, ela água a mais, irá evaporar deixando poros e assim prejudicando a resistência. *Tempo de PEGA: C2S; Não influi com grande participação no tempo de pega. C3A; É o maior responsável pela rapidez da pega. C3S; É o segundo responsável pela rapidez no tempo de pega. C4AF; Não tem grande participação no tempo de pega. *Exotermia; tem como principais agentes o C3S e o C3A, os outros compostos têm menor importância no processo. C3S; Libera calor ao longo do processo de sua hidratação, ou seja, libera calor mais lentamente. C3A; Libera calor rapidamente e em grande quantidade, causando uma enorme concentração de calor, o que é um problema em obras com utilização de grandes quantidades de concreto (ex; Barragens), pois haveria um confronto de temperaturas o que causaria fissuras, rachaduras. OBS: Procedimentos a serem tomados no canteiro de obras para que garantamos a hidratação e a obtenção de resistência: *Cura: processos com o objetivo de manter a água de hidratação. Ex: aspergir água, ou gel sobre a peça de concreto. *Escoramento; Se utilizar de escoras (troncos) de madeira, por exemplo, em Lages para que não haja fissuras devido a que a resistência da peça ainda não suporta o seu próprio peso. A tabela facilitará o entendimento (resumidamente): 4

5 Adições As adições são outras matérias-primas que, misturadas ao Clínquer na fase de moagem, permitem a fabricação dos diversos tipos de cimento Portland hoje disponíveis no mercado. Essas outras matérias-primas são o *Gesso *Escórias de alto-forno * Materiais pozolânicos *Filler calcário. 1. Gesso O gesso tem como função básica controlar o tempo de pega, isto é, o início do endurecimento do Clínquer moído quando este é misturado com água. Caso não se adicionasse o gesso à moagem do Clínquer, o cimento, quando entrasse em contato com a água, endureceria quase que instantaneamente, o que inviabilizaria seu uso nas obras. Por isso, o gesso é uma adição presente em todos os tipos de cimento Portland. A quantidade adicionada é pequena: em geral, 3% de gesso para 97% de Clínquer, em massa. Obs.: ele é basicamente um retardador de pega. Etringita; é o que ocorre quando adicionamos gesso mais que o recomendado (3%), causando fissuras no concreto devido ao trabalho não solidário entre a pasta e o agregado utilizado, ou seja, o agregado se desprende da pasta, logo o concreto apresentará uma deficiência em sua resistência. 2. Éscorias de Auto Forno As escórias de alto-forno são obtidas durante a produção de ferro-gusa nas indústrias siderúrgicas e se assemelham aos grãos de areia. Antigamente, as escórias de alto-forno eram consideradas como um material sem maior utilidade, até ser descoberto que elas também tinham a propriedade de ligante hidráulico muito resistente, ou seja, que reagem em presença de água, desenvolvendo características aglomerantes de forma muito semelhante à do Clínquer. Essa descoberta tornou possível adicionar a escória de alto-forno à moagem do Clínquer com gesso, guardadas certas proporções, e obter como Resultado um tipo de cimento que, além de atender plenamente aos usos mais comuns, apresenta melhoria de algumas propriedades, como maior durabilidade e maior resistência final. 3. Materiais Pozolanicos Os materiais pozolânicos são rochas vulcânicas ou matérias orgânicas fossilizadas encontradas na natureza, certos tipos de argilas queimadas em elevadas temperaturas (550º a 900ºC) e derivados da queima de carvão mineral nas usinas termelétricas, entre outros. Da mesma forma que no caso da escória de alto-forno, pesquisas levaram à descoberta de que os materiais pozolânicos, quando pulverizados em partículas muito finas, também passam a apresentar a propriedade de ligante hidráulico, se bem que de forma distinta. Isto porque não basta colocar os materiais pozolânicos, sob forma de pó muito fino, em presença de 5

6 água, para que passem a desenvolver as reações químicas que os tornam primeiramente pastosos e depois endurecidas. A reação só vai acontecer se, além da água, os materiais pozolânicos moídos em grãos finíssimos também forem colocados em presença de mais outro material. O clínquer é justamente um desses materiais, pois no processo de hidratação libera hidróxido de cálcio (cal) que reage com a pozolana. Esse é o motivo pelo qual a adição de materiais pozolânicos ao clínquer moído com gesso é perfeitamente viável, até um determinado limite. E, em alguns casos, é até recomendável, pois o tipo de cimento assim obtido ainda oferece a vantagem de conferir maior impermeabilidade, por exemplo, aos concretos e às argamassas. Outros materiais pozolânicos têm sido estudados, tais como as cinzas resultantes da queima de cascas de arroz e a sílica ativa, um pó finíssimo que sai das chaminés das fundições de ferro-silício e que, embora em caráter regional, já têm seu uso consagrado no Brasil, a exemplo de outros países tecnologicamente mais avançados. 4. Filler Calcário Filler em inglês é preenchedor!logo entendemos que sua função como adição é preencher espaços vazios. Classificação do CP (Cimento Portland) 1. Cimento Portland Comum CP I e CP I-S Um tipo de cimento portland sem quaisquer adições além do gesso (utilizado como retardador da pega) é muito adequado para o uso em construções de concreto em geral quando não há exposição a sulfatos do solo ou de águas subterrâneas. O Cimento Portland comum é usado em serviços de construção em geral, quando não são exigidas propriedades especiais do cimento. Também é oferecido ao mercado o Cimento Portland Comum com Adições CP I-S, com 5% de material pozolânico em massa, recomendado para construções em geral, com as mesmas características. 2. Cimento Portland CP II (NBR 11578) O Cimento Portland Composto é modificado. Gera calor numa velocidade menor do que o gerado pelo Cimento Portland Comum. Seu uso, portanto, é mais indicado em lançamentos maciços de concreto, onde o grande volume da concretagem e a superfície relativamente pequena reduzem a capacidade de resfriamento da massa. Este cimento também apresenta melhor resistência ao ataque dos sulfatos contidos no solo. Recomendado para obras correntes de engenharia civil sob a forma de argamassa, concreto simples, armado e protendido, elementos pré-moldados e artefatos de cimento. Veja as recomendações de cada tipo de CP II: a. Cimento Portland CP II-Z (com adição de material pozolânico) - Empregado em obras civis em geral, subterrâneas, marítimas e industriais. E para produção de argamassas, concreto simples, armado e protendido, elementos pré-moldados e artefatos de cimento. O concreto feito com este produto é mais impermeável e por isso mais durável. b. Cimento Portland Composto CP II-E (com adição de escória granulada de altoforno) - Composição intermediária entre o cimento portland comum e o cimento portland com adições (alto-forno e pozolânico). Este cimento combina com bons resultados o baixo calor de hidratação com o aumento de resistência do Cimento Portland Comum. Recomendado 6

7 para estruturas que exijam um desprendimento de calor moderadamente lento ou que possam ser atacadas por sulfatos. c. Cimento Portland Composto CP II-F (com adição de material carbonático - fíler) - Para aplicações gerais. Pode ser usado no preparo de argamassas de assentamento, revestimento, argamassa armada, concreto simples, armado, protendido, projetado, rolado, magro, concreto-massa, elementos pré-moldados e artefatos de concreto, pisos e pavimentos de concreto, solo-cimento, dentre outros. 3. Cimento Portland de Alto Forno CP III (com escória - NBR 5735) Apresenta maior impermeabilidade e durabilidade, além de baixo calor de hidratação, assim como alta resistência à expansão devido à reação álcali-agregado, além de ser resistente a sulfatos. É um cimento que pode ter aplicação geral em argamassas de assentamento, revestimento, argamassa armado, de concreto simples, armado, protendido, projetado, rolado, magro e outras. Mas é particularmente vantajoso em obras de concreto-massa, tais como barragens, peças de grandes dimensões, fundação de máquinas, pilares, obra em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reativos, pilares de pontes ou obras submersas, pavimentação de estradas e pistas de aeroportos. 4. Cimento Portland CP IV (com pozolana - NBR 5736) Para obras correntes, sob a forma de argamassa, concreto simples, armado e protendido, elementos pré-moldados e artefatos de cimento. É especialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente e ambientes agressivos. O concreto feito com este produto se torna mais impermeável, mais durável, apresentando resistência mecânica à compressão superior à do concreto feito com Cimento Portland Comum, a idades avançadas. Apresenta características particulares que favorecem sua aplicação em casos de grande volume de concreto devido ao baixo calor de hidratação. 5. Cimento Portland CP V ARI - (Alta Resistência Inicial - NBR 5733) Com valores aproximados de resistência à compressão de 26 MPa a um dia de idade e de 53 MPa aos 28 dias, que superam em muito os valores normativos de 14 MPa, 24 MPa e 34 MPa para 1, 3 e sete dias, respectivamente, o CP V ARI é recomendado no preparo de concreto e argamassa para produção de artefatos de cimento em indústrias de médio e pequeno porte, como fábricas de blocos para alvenaria, blocos para pavimentação, tubos, lajes, meio-fio, mourões, postes, elementos arquitetônicos pré-moldados e pré-fabricados. Pode ser utilizado no preparo de concreto e argamassa em obras desde as pequenas construções até as edificações de maior porte, e em todas as aplicações que necessitem de resistência inicial elevada e desforma rápida. O desenvolvimento dessa propriedade é conseguido pela utilização de uma dosagem diferente de calcário e argila na produção do Clínquer, e pela moagem mais fina do cimento. Assim, ao reagir com a água o CP V ARI adquire elevadas resistências, com maior velocidade. 7