Escolha do Aglomerante

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1 Escolha do Aglomerante Classificação dos cimentos Prof. Eugênia Fonseca da Silva Universidade de Brasília Faculdade de Tecnologia Departamento de Engenharia Civil e Ambiental Materiais de Construção Civil I

2 Escolha do Aglomerante Prof. Eugênia Fonseca da Silva Nenhum cimento é o melhor em toda as circunstâncias. A escolha está associada à uma determinada finalidade que se deseja ao concreto: no estado fresco e endurecido. Para uma mesma finalidade existe mais de um tipo ou classe de cimento que pode ser usado. A escolha depende também da disponibilidade e do custo fator importante na tomada de decisões em engenharia.

3 Prof. Eugênia Fonseca da Silva Escolha do Aglomerante! Depende ainda: Exigência da estrutura Exigência do meio ambiente Velocidade de construção Circunstância do local da obra (acesso, prazo, espaço...)

4 Prof. Eugênia Fonseca da Silva Exigência da estrutura Superior Tribunal de Justiça, Brasília. Edificação em concreto armado e protendido com Vão de 67 m.

5 Circunstância do local da obra (acesso, prazo, espaço...) Velocidade de construção Prof. Eugênia Fonseca da Silva Banco Sofisa, São Paulo. Devido a localização do edifício ser numa região onde não se podia transitar betoneiras e caminhões com material para abastecimento, precisou-se elevar a resistência do concreto para para reduzir o tempo de construção.

6 Prof. Eugênia Fonseca da Silva Escolha do Aglomerante Classificação dos cimentos Cimentos Portland Brasileiros Cimento Portland Comum Cimento Portland Composto Cimento Portland de Alto Forno Cimento Portland Pozolânico Cimento Portland de Alta Resistência Inicial Cimento Portland Resistente a Sulfatos Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação

7 Adições Minerais Prof. Eugênia Fonseca da Silva! Fíler Calcário! Pozolana! Escória de Alto Forno Economia de custo Economia Potencial de energia Resolver problemas ambientais Resolver problemas tecnológicos

8 Fíler Prof. Eugênia Fonseca da Silva Material finamente moído, com aproximadamente a mesma finura do Cimento Portland. Ex.: CaCO3 Devido a suas Propriedades Físicas proporciona efeitos benéficos sobre as propriedades do concreto. Trabalhabilidade Massa específica Porosidade Exsudação F

9 Prof. Eugênia Fonseca da Silva Usualmente são inertes mas podem: " apresentar alguma propriedade hidráulica. Fíler " entrar em reações não prejudiciais com os produtos hidratados da pasta. O CaCO3 é um fíler usual " Reage com C3A e C4AF Produzindo composto não prejudicial. " Se incorpora na fase C-S-H Efeito benéfico para estrutura da parte hidratada. " Ação física (pode apresentar leve ação hidráulica com Cimento Portland).

10 Prof. Eugênia Fonseca da Silva Fíler Pode atuar como ponto de Nucleação ativando a hidratação do Cimento Portland. Podem ser materiais naturais ou minerais inorgânicos processados. Não devem aumentar a demanda de água da mistura quando usados em concreto, para não prejudicar : A resistência Proteção à armadura A norma brasileira limita o teor em 10 %

11 Pozolana Prof. Eugênia Fonseca da Silva Sua composição básica é sílica ou sílicaalumina. Naturais: rochas ou minerais vulcânicos, terras diatomáceas. Artificiais: argilas calcinadas, cinzas volantes (provenientes da combustão do carvão em usinas termoelétricas), cinzas de casca de arroz (resíduo agrícola), microssílica (produto decorrente da fabricação de silício metálico ou ferro silício). Sozinha não apresenta propriedades aglomerantes. Z

12 Prof. Eugênia Fonseca da Silva Pozolana Finamente moída e na presença de água, fixa a cal liberada na hidratação do cimento Portland Ca(OH)2 formando um composto insolúvel com propriedades cimentantes como o C-S-H. Pode ser adicionada ao cimento durante a fabricação ou ser adicionada ao concreto como material constituinte.

13 Prof. Eugênia Fonseca da Silva Reação fundamental do cimento Portland C 3 S + H C S - H + CH (rápida) Reação pozolânica SiO 2 + CH + H C - S - H (lenta)

14 Escória Prof. Eugênia Fonseca da Silva Provém das usinas siderúrgicas. Escória é um resíduo da produção do ferro gusa. Produção de ~ 300 Kg de escória para cada tonelada de ferro gusa. Composição básica: mesmos componentes do cimento Portland. Escória Cal 40 a 50% Sílica 30 a 40% Alumina 8 a 18% E

15 Escória Prof. Eugênia Fonseca da Silva Tem propriedades hidráulicas, porém a quantidade e as taxas de formação de produto cimentante são insuficientes para aplicação com fins estruturais. Possui massa específica menor ~ 2,9 g/cm³, contra 3,1 g/cm³ do cimento Portland comum. Pode ser adicionada ao cimento durante a fabricação ou ser adicionada ao concreto como material constituinte.

16 Prof. Eugênia Fonseca da Silva Escória Escória para uso em cimento precisa ser resfriada bruscamente solidifica como material vítreo (amorfo), evitando-se quase completamente a cristalização. " Escória granulada : escória básica em fusão (líquida) resfriada bruscamente com água. (Requer menos água) " Escória Pelotizada: escória líquida resfriada bruscamente com ar e água. Quando usada com cimento Portland, a hidratação da escória é acelerada na presença de Ca(OH)2 e gipsita.

17 Cimento Portland Comum (NBR 5732)! Uso: Construções de concreto em geral, quando não há exposição a sulfatos. Fabricação sob encomenda. Usa-se mais largamente o CP II para esses fins, com a vantagem do menor custo. CP I 100% clínquer + Sulfato de Cálcio (0% de adição). CP I - S 1 a 5% de Fíler, Pozolana ou Escória. Prof. Eugênia Fonseca da Silva Cimentos Portland puros (ou quase puros) são usados apenas sob encomenda, geralmente para fins de pesquisa.

18 Cimento Portland Composto (NBR 11578) CP II - Cimento mais comumente usado: Representa cerca de 70% dos cimentos comercializados. A partir da década de 1980 e Adições: " Fíler 6 a 10%. " Pozolana 6 a 14% (Pode ter de 0 a 10% de Fíler incluído nesse montante). " Escória 6 a 34% (Pode ter de 0 a 10% de Filer incluído nesse montante). Prof. Eugênia Fonseca da Silva

19 Cimento Portland de Alto Forno CP III Cimento Portland + % de escória. Desenvolvem menor calor de hidratação; o que dificulta ou impede as reações de hidratação em clima frio. Resistências mais baixas nas primeiras idades. Melhor resistência a agentes químicos. Requer cura prolongada a fim de que se dê a fixação da cal liberada na hidratação. Endurecimento lento. (NBR 5735) Prof. Eugênia Fonseca da Silva

20 Prof. Eugênia Fonseca da Silva Cimento Portland de Alto Forno O Cimento CP III deve ser mais moído para ter sua resistência inicial aumentada. Durabilidade superior: Mais impermeável e menos Ca(OH)2 ec 3 A hidratado para formar a etringita expansiva. Em geral, em idades mais avançadas, superam a resistência do Portland devido ao refinamento dos poros e aumento de C-S-H.

21 Cimento Portland Pozolânico (NBR 5736) CP IV Cimento Portland + % de pozolana moídos. Libera menos calor de hidratação. Endurecimento lento. Maior durabilidade aos meios ácidos. Menor porosidade do sistema pela melhora na distribuição do tamanho dos poros pelo processo de refinamento dos poros. Exige cura mais longa, pois a pozolana reage com a cal na presença de água. Prof. Eugênia Fonseca da Silva

22 Cimento Portland Pozolânico H - cristais de hidróxido de cálcio Representação esquemática de pasta bem hidratada de Cimento Portland pozolânico. Como resultado da reação pozolânica, os vazios capilares foram eliminados ou reduzidos de tamanho, sendo os cristais densos de hidróxido de cálcio substituídos pelo C-S-H formado com uma densidade menor.

23 Cimento Portland de Alta Resistência Inicial CP V - ARI! Uso: " Remoção rápida de fôrma para reutilização. (NBR 5733) " Quando se deseja uma resistência inicial mais elevada para prosseguir a construção. " Construções em temperaturas baixas para evitar o congelamento da água dos capilares nas primeiras idades.! Desaconselhável: " Uso em concreto massa " Uso em elementos estruturais com grandes dimensões.

24 Prof. Eugênia Fonseca da Silva Cimento Portland de Alta Resistência Inicial Desenvolve a resistência mais Rapidamente. Especificado como cimento para resistências iniciais elevadas Velocidade de endurecimento maior. Teor mais alto de C3S (55% a 70%) Maior moagem do clínquer (~ 450 a 600 m²/kg).

25 Prof. Eugênia Fonseca da Silva Cimento Portland de Alta Resistência Inicial Tempo de pega é parecido com o do cimento portland comum, porém o endurecimento é bem mais rápido. Requisitos de expansibilidade e propriedades químicas semelhantes ao cimento portland comum. Mais finamente moído. A maior finura aumenta significantemente a resistência das 10hs até 20 hs. Entretanto, não possui finura muito elevada a ponto de demandar mais água para a mistura.

26 Prof. Eugênia Fonseca da Silva Cimento Portland de Alta Resistência Inicial " Maior proporção de C3S no clínquer. " Elevada resistência inicial. " Endurecimento rápido. " Grande desprendimento de calor de hidratação.

27 Cimento Portland Resistente a Sulfatos Baixo teor de C3A. CP V ARI - RS O custo aumenta devido a requisitos especiais para a composição das matérias primas. O calor de hidratação fica diminuído (pouco maior que o calor produzido pelo cimento com baixo calor de hidratação). (NBR 5733) Não é indicado quando houver risco de presença de íons cloreto (C3A fixa íons cloreto e não ficam disponíveis para o início da corrosão do aço). Prof. Eugênia Fonseca da Silva

28 Prof. Eugênia Fonseca da Silva Cimento Portland Resistente a Sulfatos Ataque por Sulfatos Aluminato de cálcio hidratado da pasta endurecida. + Sulfato (de magnésio ou de sódio), de águas subterrâneas ou do solo. = Sulfoaluminato de cálcio Aumento de volume Desagregação do concreto! Solução: Usar cimento com baixo teor de C3A.

29 Cimento com baixo Calor de Hidratação Menos C3S e C3A. Área específica mais elevada (para assegurar velocidade suficiente de ganho de resistência). (NBR 13116)! Porém, quando se deseja reduzir o calor excessivo devido ao desprendimento de calor de hidratação, recorre-se normalmente ao cimento CP III ou CP IV. É pouco usado o CP com baixo calor de hidratação. Prof. Eugênia Fonseca da Silva

30 Cimento Portland Baixo Calor de Hidratação Numa grande massa de concreto Elevação de temperatura no interior Devido Desprendimento de calor + Baixa condutividade térmica do concreto = Fissuração séria! Solução: Limitar a evolução do calor do cimento. ( A BS1370: J/g aos 7 dias e 290J/g aos 91 dias).

31 Tipos de Cimento Portland Prof. Eugênia Fonseca da Silva Designação Sigla Classe de Resistência Adição (%) Clínquer + Sulfato de cálcio (%) Representação Clínquer + CaSO4 Adição E,Z ou F Observações CP comum CP I CP I S a 5 de E,Z ou F Sob encomenda CP composto CP II E CP II Z CP II F a 34 de E (0 a 10 de F) 6 a 14 de Z (0 a 10 de F) 6 a 10 de F Aproximadamente 70% dos cimentos comercializados são CP II CP alto forno CP III a 70 de E (0 a 5 de F) Comercializado CP pozolânico CP IV a 50 de Z (0 a 5 de F) Comercializado CP de alta resistência inicial (ARI) CP V - 0 a 5 de F Comercializado C3A clínquer > 8% C3A clínquer < 8%

32 Outros Cimentos Prof. Eugênia Fonseca da Silva Existem inúmeros cimentos desenvolvidos para uso específico: Cimento Branco (Estrutural) Fins arquitetônicos (concreto branco, concreto colorido). Usado apenas nas superfícies externas, (caro) aplicado sobre fundo de concreto comum. Possui pouco óxido de Ferro (< 0,3% da massa de clínquer) que é fundente. Necessita de temperaturas mais altas no forno (até 1650 C).

33 Cimento Branco... Outros Cimentos " Na moagem: - evitar aço (para não sujar) - usar seixo (menos eficiente) ou - usar bolas de ligas de níquel e molibolênio (mais caras). - Os moinhos devem ser revestidos de pedra ou cerâmica. " O custo é cerca de 5 a 6 vezes mais caro, devido: - custo moagem " Mais finos: 400 a 500 m²/kg - matéria prima mais cara

34 Outros Cimentos Cimento Branco... Prof. Eugênia Fonseca da Silva Podem ser colocados pigmentos na betoneira (grande variedade de cores) entretanto é difícil manter uniforme a cor do concreto produzido. É importante verificar a compatibilidade dos pigmentos com os aditivos. A melhor maneira de se obter concreto colorido uniforme é usar cimento já moído (de fábrica) com 2 a 10% de pigmento. As resistências e os tempos de pega devem ser similares às do CP comum.

35 Prof. Eugênia Fonseca da Silva Outros Cimentos Cimento Bactericida " Cimento Portland moído com agentes bactericidas que impedem a fermentação biológica. Uso: Pisos de concreto de instalações de processamento de alimento e piscinas para natação.

36 Outros Cimentos Cimento Hidrófugo Prof. Eugênia Fonseca da Silva " Deteriora-se muito pouco durante o armazenamento. " Cimento Portland moído com 0,1 a 0,4 % de ácido oléico. " As propriedades hidrófugas são devidas à formação de uma película hidro-repelente em volta das partículas de cimento. " As películas se rompem durante a mistura do concreto e a hidratação é normal.

37 Prof. Eugênia Fonseca da Silva " Produto altamente especializado. Outros Cimentos Cimento para poços de petróleo " Usado para gaute ou calda para ser bombeado a profundidade de até metros, onde a temperatura é maior que 150 C e a pressão pode atingir 100 MPa. " Não devem dar pega antes de chegar a grandes distâncias. Pega Lenta. " Devem ter endurecimento muito rápido. " Precisa ser resistente a sulfatos. " O Instituto Americano do Petróleo é que especifica esses cimentos.

38 Outros Cimentos Cimento Aluminoso Prof. Eugênia Fonseca da Silva Cimento muito diferente do CP na composição e propriedades. Seu uso em estrutura é rigorosamente limitado. Porém as técnicas de concretagem são semelhantes. Fabricação: " Matérias Primas: Calcário e Bauxita - 40% alumina e cal - 15% óxido férrico e ferroso - 5% sílica

39 - Temperatura elevada no forno. Cimento Aluminoso... " Forno: Carvão pulverizado. - Queima ~1600 C Outros Cimentos Prof. Eugênia Fonseca da Silva - Fusão na extremidade inferior do forno. - A massa é solidificada em lingotes, fragmentada e moída. " Pó: Cinza escuro - Finura de 290 m²/kg a 350 m²/kg. " Custo elevado: Alto consumo de energia, devido à dureza do clínquer. - Alto desgaste dos moinhos. - Alto preço da bauxita.

40 Prof. Eugênia Fonseca da Silva Outros Cimentos Cimento Aluminoso... " Características: Não deve haver cal livre expansão não é problema. Resiste muito bem ao ataque por sulfatos devido a ausência de Ca(OH)2 e o gel alumina, formado na hidratação, é praticamente inerte. Os álcalis dissolvem o gel de alumina. Suporta muito bem soluções ácidas (efluentes industriais).

41 " Cimento Aluminoso... Outros Cimentos " Ganha resistência rapidamente 80% da resistência final é atingida em 24 horas. " Desprendimento rápido de grande calor: 38 J/h ( o CP V nunca ultrapassa 15 J/h). " Pega lenta (início 2:30h após a mistura e fim 30 minutos depois), apesar do endurecimento rápido. " Excelente Material refratário " Quando o concreto de cimento aluminoso é exposto a determinadas temperaturas ocorre uma conversão modificando o composto que dá a resistência, acarretando perda na resistência.

42 Bibliografia Prof. Eugênia Fonseca da Silva MEHTA, P.K. ; MONTEIRO, P.J. Concreto: estrutura, propriedades e materiais. 1. São Paulo: Pini, p. NEVILLE, A. Propriedades do Concreto. São Paulo: Pini, p. PETRUCCI, E.G.R. Materiais de Construção. Porto Alegre: Globo, p.