Curso: Engenharia Civil

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1 PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL Disciplina: MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL - I Código: ENG1071 Tópico: AULA 3 Cimento Portland Curso: Engenharia Civil Professor: Elias Rodrigues Liah, Engº Civil, Me. Goiânia

2 CIMENTO PORTLAND

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12 Pode-se representar as reações que ocorrem, da seguinte forma: CaO + SiO > 3CaO.SiO2 (C3S) CaO + SiO > 2CaO.SiO2 (C2S) CaO + Al2O > 2CaO.Al2O3 (C3A) CaO + Fe2O3 + Al2O > 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF)

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18 Pega: refere-se à mudança do estado fluido para um estado rígido. Endurecimento: Refere-se ao aumento de resistência de uma pasta de cimento após a pega.

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22 CSH: Silicato de Cálcio Hidratado - Ca2SiO4.H2O; É importante que o cimento desenvolva tanto quanto possível CSH, do ponto de vista da resistência. Compreende cerca de 70% em peso do cimento hidratado.

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26 Ferroaluminato tetracálcico C4AF Inicia a reação de hidratação em alguns minutos após o amassamento; Tem pega rápida, mas não instantânea. Desenvolve pequena resistência inicial e final; Libera pouco calor de hidratação; Possui ótima resistência ao ataque de águas agressivas e sulfatos.

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28 As reações de hidratação do Cimento Portland são um processo exotérmico; A quantidade de calor liberada chama-se calor de hidratação H; Aumento de H: quantidade de C3S e C3A e cimento mais fino; Diminuição de H: adição de escórias, pozolanas e cinzas volantes, as quais aumentam o tempo de pega do cimento e fixam a cal livre existente adição de um retardador de endurecimento; 50% do calor potencial liberado é liberado nos 3 primeiros dias, e 90% nos 3 primeiros meses de hidratação

29 A água é um dos ingredientes essenciais do concreto, que preenche duas funções básicas: uma função física, que consiste em dar ao concreto as propriedades reológicas exigidas (trabalhabilidade), e uma química, que consiste em produzir as reações de hidratação. O concreto ideal deveria conter somente água suficiente para desenvolver a resistência máxima do cimento, ao mesmo tempo provendo as propriedades reológicas necessárias ao lançamento. As partículas de cimento, devido suas muitas cargas de superfície não saturadas, têm uma forte tendência a flocular, quando em contato com um líquido tão polar como a água. Assumir uma tal estrutura floculada implica que as partículas de cimento aprisionem uma certa quantidade de água dentro dos flocos e que essa água fique então indisponível para lubrificar a mistura.

30 Para dar um certo nível de trabalhabilidade ao concreto quando some cimento e água são usados (sem aditivos químicos), é necessário usar mais água do que seria necessário para hidratar todas as partículas de cimento por completo; Essa água adicional, a qual nunca será ligada a qualquer partícula de cimento, gera porosidade dentro da pasta hidratada de cimento e resulta em enfraquecimento das propriedades mecânicas do concreto e diminui sua durabilidade. Como é impossível fabricar um cimento Portland que não flocule, para melhorar a hidratação é necessário encontrar aditivos químicos capazes de reduzir a tendência natural à floculação e, assim, reduzir a quantidade de água de mistura exigida.

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33 Outros tipos de Cimento Portland: Cimento Portland Resistente a Sulfatos RS NBR 5737; Cimento Portland com Baixo calor de Hidratação BC NBR 13116; Cimento Portland Branco CPB Estrutural e Não estrutural NBR 12989; Cimento Portland para poços Petrolíferos CPP NBR Observações: Possuem 3 classes de resistência à compressão (aos 28 dias): 25, 32 e 40 MPa; O CPIV possui apenas as classes 25 e 32 MPa; O CPV não possui classe de resistência, pois a norma especifica sua resistência à compressão aos 1, 3 e 7 dias; O Cimento Portland Branco não estrutural não possui classe de resistência.

34 Escória de alto-forno: CIMENTO PORTLAND Não é propriamente um material Pozolânico. Resíduo não metálico da produção de ferro gusa. Quando resfriada bruscamente (granulada) possui propriedades aglomerantes. A escória líquida é transportada para os granuladores, que são equipamentos onde ela é resfriada bruscamente por meio de jatos de água sob alta pressão. Não havendo tempo suficiente para formação de cristais, essa escória se granula "vitrificando" e recebe o nome de Escória Granulada de Alto-Forno. A característica mais importante da Escória Granulada de Alto-Forno é sua capacidade hidráulica potencial, que permite que, quando moída e em contato com a água, ela endureça (propriedade cimentante), podendo substituir o clínquer, material utilizado tradicionalmente na fabricação de cimentos compostos.

35 CIMENTO PORTLAND Escória de Alto-Forno

36 Pozolana: CIMENTO PORTLAND Pozolanas são substâncias naturais ou artificiais de composição essencialmente silicosa ou sílico-aluminosa que, por si sós, não possuem atividade hidráulica, mas quando finamente moídas reagem com o hidróxido de cálcio na presença de umidade e à temperatura ambiente para formar compostos com propriedades ligantes.

37 CIMENTO PORTLAND Materiais pozolânicos: Cinza Volante, pozolanas artificiais (argila calcinada moída), Metacaulim, Sílica Ativa. Cinza volante: material finamente particulado proveniente da queima de carvão pulverizado em usinas termoelétricas, com o objetivo de gerar energia.

38 CIMENTO PORTLAND Materiais Carbonáticos (Filler): Materiais finamente divididos constituídos em sua maior parte de carbonato de cálcio. Possuem ação predominantemente física. Devido ao seu tamanho e formato, conferem maior compacidade, melhor trabalhabilidade e menor tendência a fissuração em argamassas e concretos.

39 - O CPI é composto por 100% de clíquer + gesso. - O CPI-S admite até 5% de adições minerais.

40 - Pode ser do tipo E, Z ou F, de acordo com o tipo de adição mineral; Obs.: As vantagens apresentadas são em comparação com o CPI.

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42 CIMENTO PORTLAND CP III (Alto forno) e CPIV (Pozolânico) 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, mas é particularmente vantajoso em obras de concretomassa, tais como barragens, peças de grandes dimensões, fundações de máquinas, pilares, obras 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.

43 CIMENTO PORTLAND Concreto Massa: aquele que, ao ser aplicado numa estrutura, requer a tomada de precauções especiais que evitem fissurações derivadas de seu comportamento térmico. Muito utilizado em barragens, juntamente com o Concreto Compactado a Rolo (CCR). Possui baixo consumo de cimento e alto consumo de agregados (podendo chegar até 90% do volume total). Motivos: Reduzir calor de hidratação; Minimizar tensões de origem térmica. Reduzir reações álcali-agregados; Reduzir custos e outros.

44 CIMENTO PORTLAND Reação álcalis-agregado (RAA): é um processo químico onde constituintes mineralógicos do agregado reagem com hidróxidos alcalinos (provenientes do cimento, água, agregados, pozolanas, etc.) que estão dissolvidos na solução dos poros do concreto. Como produto da reação forma-se um gel higroscópico expansivo. A manifestação da reação álcalis-agregado pode se dar de várias formas, desde expansões, movimentações diferenciais nas estruturas e fissurações até pipocamentos.

45 CIMENTO PORTLAND Reação Álcali-Agregado

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47 CIMENTO PORTLAND Principais indicações do CPV-ARI: Peças estruturais que necessitam de alta resistência nos primeiros dias; Pré-moldados; Concretagens em que há necessidade de desforma rápida; Mais indicado para concretagem de peças esbeltas; Muito usado em Concreto de Alto Desempenho ou Alta Resistêcia (CAD).

48 Cimento Portland Resistente a sulfatos - RS Qualquer um dos tipos de Cimento Portland anteriormente citados pode ser classificado como resistente a sulfatos, desde que se enquadrem dentro de uma das características abaixo: Teor de aluminato tricálcico (C3A) do clínquer de no máximo 8% e teor de adições carbonáticas de no máximo 5% em massa. Cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60% e 70% de escória granulada de alto-forno, em massa; Cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico, em massa; Cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovem resistência aos sulfatos. É recomendado para meios agressivos sulfatados, como redes de esgotos de águas servidas ou industriais, água do mar e em alguns tipos de solos.

49 Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação - BC Cimento Portland dos tipos: CPI, CPII, CPIII, CPIV ou CPVARI, que atenda à condição de baixa liberação de calor durante a sua hidratação.

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51 Cimento Portland Branco - CPB

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53 Adições minerais: CIMENTO PORTLAND SUBPRODUTOS INDUSTRIAIS: Cinza volante (usinas termoelétricas), Escória de Alto Forno (indústria siderúrgica), Sílica Ativa (resíduo da produção do ferrosilício), Cinza de casca de arroz, Lodos calcinados, argilas calcinadas, Metacaulim. Vantagens: Diminuição do gasto energético na fabricação do Cimento Portland; Custo mais baixo; Sustentabilidade; Bom para o meio-ambiente; Diminuição do uso das matérias primas do cimento Portland;

54 CIMENTO PORTLAND Reações químicas envolvidas C 3 S (ou C 2 S) + Água CSH (Silicato de Cálcio Hidratado) + Ca(OH) 2 (CH - Hidróxido de Cálcio ou Cal ou Portlandita); Pozolana + Ca(OH) 2 + Água CSH ( resistência) Quando se faz concreto, se a pozolana é misturada com o cimento Portland em proporções adequadas (20 a 30%), teoricamente toda a cal (Ca(OH) 2 ) produzida pela hidratação do cimento Portland pode ser transformada em CSH.

55 CIMENTO PORTLAND Benefícios da adição de Pozolana: Reduz a espessura da zona de transição Concreto convencional grandes cristais de CH, Paralelos à superfície dos agregados Reação pozolânica transforma CH C-S-H Neutraliza os cristais de CH, que se formam menores e sem orientação Aumenta a compacidade e resistência

56 CIMENTO PORTLAND Zona de Transição sem adições é porosa e frágil, devido à alta concentração de grandes cristais de hidróxidos de cálcio, orientados preferencialmente na direção paralela à superfície dos agregados, e por um fator água/cimento mais elevado do que o restante da matriz do cimento.

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