Materiais constituintes do Concreto. Prof. M.Sc. Ricardo Ferreira

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1 Materiais constituintes do Concreto Prof. M.Sc. Ricardo Ferreira

2 Cimento Portland Prof. M.Sc. Ricardo Ferreira Fonte: Egydio Herve Neto Dario Dafico Silvia Selmo P.K. Mehta and P.J.M. Monteiro Eletrobras Furnas

3 3/40 Histórico internacional 1824: Joseph Aspdin registra a Patente do Cimento Portland Similar a rocha calcária da ilha de Portland, na Inglaterra calcário + argila (calcinados)

4 4/40 Histórico nacional : 1ª Iniciativa Fazenda Santo Antonio, Estação Rodovalho da extinta E. F. SOROCABANA Cia. Brasileira de Cimento Portland Perus 1892: Ilha do Tiriri-PB Somente 3 meses de operação : 1ª iniciativa estatal Cachoeira do Itapemirim-ES 1926: 1ª Produção efetiva de cimento brasileiro, Cia. Brasileira de Cimento Portland Perus, São Paulo-SP

5 Cimento Portland 5/40 Cimento Portland: aglomerante hidráulico produzido pela moagem do clínquer, que consiste essencialmente de silicatos de cálcio hidráulicos, usualmente com uma ou mais formas de sulfato de cálcio como um produto de adição (ASTM C150). Em contato com a água hidrata-se e promove a formação de microestrutura de cristais complexos, resistentes a esforços mecânicos e à ação da água. Clínquer : nódulos de 5 a 25mm de diâmetro de um material sinterizado, produzido quando uma mistura de matérias-primas de composição pré-determinada é aquecida a altas temperaturas

6 6/40 Processo de fabricação Matérias-primas Calcário (~80%): fonte de Cálcio CaO (C) + CO 2 Argila (~20%): fonte de Silício, Alumínio, Ferro e álcalis SiO 2 (S) Al 2 O 3 (A) Fe 2 O 3 (F) Minério de ferro Após a calcinação Gipsita: fonte de enxofre CaO (C) e SO4 (Š) Adições Pozolanas cinzas volantes argila calcinada Escória de alto-forno Pó calcário

7 Processo de fabricação puc_maco2_02_cimento_snic_fabricacao.avi [08:09] 7/40

8 Tipos de cimento 8/40

9 Cimentos com adições: Justificativas para o uso 9/40 Técnicas Redução da porosidade capilar Redução da permeabilidade Redução da carbonatação Maior resistência a sulfatos Redução do calor de hidratação Inibição da reação álcali-agregado Maior Durabilidade Econômicas Redução do consumo energético Ecológicas Aproveitamento de subprodutos e resíduos poluentes Preservação das jazidas

10 10/40 Fases do clínquer Compostos Principais: C 3 S (3CaO.SiO 2 ): 42 a 60% Silicato tricálcico C 2 S (2CaO.SiO 2 ): 14 a 35% Silicato dicálcico C 3 A (3CaO.Al 2 O 2 ): 6 a 13% Aluminato de cálcio C 4 AF (4CaO.Al 2 O 2.Fe 2 O 3 ): 5 a 10% Ferro aluminato de cálcio Compostos Secundários: CaSO 4 : 5 a 6% Combustível CaO livre [CaO+H 2 O = Ca(OH) 2 ] Expansivo: Ca(OH) 2 Origem: falha na formulação Sem limite normativo: expansibilidade Le Chatelier MgO [MgO+H 2 O = Mg(OH) 2 ] Cristalino (periclásio) 6,5% Expansão lenta: Mg (OH) 2 Origem:Calcário magnesiano K 2 O e Na 2 O: 0,3% a 1,5% Reação álcali-agregado Eflorescência

11 11/40 Mecanismo de Hidratação do Cimento Hidratação por Dissolução-Precipitação dissolução de compostos anidros (formação de íons) formação de hidratos (reações entre os íons formados) de baixa solubilidade) Hidratação no estado sólido: mecanismo Topoquímico reações ocorrem diretamente na superfície dos componentes do cimento anidro sem entrarem em solução

12 Mecanismo de Hidratação do Cimento 12/40

13 13/40 Hidratação das Fases Principais Hidratação dos Silicatos (C 3 S e C 2 S): Os silicatos compõem 75% do cimento Portland Determinam as características de resistência mecânica Produtos principais: C-S-H [resistência] e CH [alcalinidade] Mehta & Monteiro, C 3 S + 6H C-S-H + 3CH 2C 2 S + 4H C-S-H + CH CSH CH

14 Hidratação das Fases Principais 14/40 CH CSH

15 Hidratação das Fases Principais 15/40 Hidratação dos Aluminatos (C 3 A e C 4 AF): reações que envolvem o consumo de gipsita velocidade de hidratação mais rápida que dos silicatos determinam a perda de consistência (enrijecimento) e a pega (solidificação) produtos principais: hidratos cristalinos (C 3 AH 6, C 4 AH 19 e C 2 AH 8 ) etringita monossulfato Mehta & Monteiro, 2008 C 3 A + 6H C 3 AH 6 C 4 AF + 2CH + 10H C 3 A(F)H 6 C 3 A + 3CŠ + 26H C 6 AŠ 3 H 32 C 6 AŠ 3 H C 3 A + 22H 3C 4 AŠ 3 H 18 (hidrato cristalino) (hidrato cristalino) (etringita) (monossulfato)

16 Hidratação das Fases Principais 16/40 Mehta & Monteiro, 2008

17 17/40 Velocidade de Hidratação puc_maco2_02_hydration of cement.avi [12:45] Composição química do cimento quantidade de C 3 A e C 3 S Finura (Blaine ou BET) grau de moagem área superficial para reação Temperatura de hidratação VELOCIDADE DE EVOLUÇÃO DE CALOR Minutos Dissolução e formação de etringita Período de indução. Aumento da concentração de Ca 2+ Formação rápida de C-S-H e CH Horas Fim de pega Início de pega TEMPO DE HIDRATAÇÃO Formação de monossulfoaluminato Difusão, reações controladas Dias Mehta & Monteiro, 2008

18 Características físicas e mecânicas 18/40 ABCP BT

19 Características químicas 19/40 ABCP BT

20 Comportamento 20/40 ABCP BT

21 Composição físico-química 21/40 ELETROBRAS FURNAS

22 Composição físico-química 22/40 ELETROBRAS FURNAS

23 Composição físico-química 23/40 ELETROBRAS FURNAS

24 Composição físico-química 24/40 ELETROBRAS FURNAS

25 A indústria do cimento Prof. M.Sc. Ricardo Ferreira Fonte: Sindicato Nacional da Indústria do Cimento - SNIC

26 Panorama brasileiro 26/40 CP II Z-32 e CP IV CP II Z-32 RS e CP V-ARI RS CP II Z-32 e CP IV-32 CP II E-32, CP III-32 e CP III-40 RS SNIC Relatório Anual 2013

27 Panorama brasileiro 27/40 Leroy Merlin, agosto de 2014

28 Panorama brasileiro 28/40

29 Panorama brasileiro 29/40 PRODUÇÃO 2014 [2015*] (mil ton) *dados preliminares sujeitos a alteração Total [65.283] [3.223] [14.733] [*] [*] [7.639] 949 [*] [*] [9.750] [29.937]

30 Panorama brasileiro 30/40 CONSUMO 2014 [2015*] (mil ton) *dados preliminares sujeitos a alteração [4.767] Total [65.315] [15.411] [6.174] [*] [*] [*] [*] [10.969] [27.994]

31 Panorama brasileiro 31/40

32 Panorama brasileiro 32/40

33 Panorama brasileiro 33/40

34 Panorama brasileiro 34/40

35 Panorama brasileiro 35/40

36 Panorama brasileiro 36/40

37 Panorama mundial 37/40

38 Panorama mundial 38/40

39 Panorama mundial 39/40

40 Panorama mundial 40/40