Aglomerantes. Cimento Adições Cal Gesso

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1 Aglomerantes Cimento Adições Cal Gesso

2 Aglomerante Material ligante que tem por objetivo promover a união entre os grãos dos agregados. AGLOMERANTE + ÁGUA = PASTA AGLOMERANTE + AGREGADO MIÚDO + ÁGUA = ARGAMASSA AGREGADO GRAÚDO AGLOMERANTE + ÁGUA = CONCRETO AGREGADO MIUDO + AGLOMERANTE AGREGADO GRAÚDO + ÁGUA AGREGADO MIUDO + + ADITIVOS ADIÇÕES = CONCRETO MODERNO

3 Aglomerante Componente cuja principal característica é endurecer, após algum tempo de sua mistura com a água, aglutinando as partículas com coesão e capacidade de ser moldado (trabalhável). Apresentam-se sob a forma pulverulenta e, quando misturados à água, formam uma pasta capaz de endurecer por simples secagem ou como conseqüência de reações químicas, aderindo às superfícies com as quais foram postos em contato.

4 Classificação dos Aglomerantes Quimicamente ativos Aéreos: A secagem ocorre através do ar. (Ex.: gesso, cal aérea). Hidráulicos: O endurecimento ocorre por reações com a água. (Ex.: cimento Portland, cal hidráulica). Cimento Portland Simples Comum CP V - ARI Cimentos Portland Compostos Cimento Portland composto Cimento Portland pozolânico Cimento Portland alto forno Quimicamente inertes Argila Betume Aglomerantes Aéreos: Após o endurecimento, NÃO resistem satisfatoriamente quando submetidos à ação da água. Aglomerantes Hidráulicos: Resistem satisfatoriamente à água após endurecimento.

5 Aglomerantes Requisitos Importantes Resistência mecânica: Capacidade de resistir a esforços de compressão, tração, cisalhamento. Importante também conhecer o comportamento deste ganho de resistência. Durabilidade: Capacidade de manter as suas propriedades durante o uso. A degradação pode ser oriunda de agentes externos (águas ácidas, sulfatadas) ou internos (compostos do próprio aglomerante ou presentes na mistura na qual o mesmo está contido).

6 Aglomerantes Requisitos Importantes Solubilidade: Capacidade de dissolução em íons (ânions e cátions), efetuada em meio aquoso, influenciada pelo tamanho das partículas, reatividade, temperatura etc. Reatividade: Facilidade do material de interagir quimicamente, tendo influência significativa na cinética das reações. Área específica: Corresponde à superfície efetiva de contato do sólido com o meio externo, sendo relacionada com a finura. A área específica de um material é proporcional à sua reatividade.

7 Cimento Aglomerante hidráulico largamente utilizado para a composição de peças estruturais em concreto e revestimento devido à sua excelente capacidade resistente. Tipos: Comum; Composto; De alta resistência inicial; De moderada resistência a sulfatos; Etc.

8 Cimento Material existente na forma de um pó fino, com dimensões médias da ordem dos 50 µm, que resulta da mistura de clínquer com outros materiais, tais como o gesso, pozolanas, ou escórias siliciosas, em quantidades que dependem do tipo de aplicação e das características procuradas para o cimento.

9 Histórico CIMENTO Do Latim CAEMENTU PEDRA NATURAL PROVENIENTE DE ROCHEDOS 1756: o inglês John Smeaton consegue obter um produto de alta resistência por meio de calcinação de calcários moles e argilosos. 1818: o francês Vicat obtem resultados semelhantes aos de Smeaton. É considerado o inventor do cimento artificial. 1824: o inglês Joseph Aspdin queima conjuntamente pedras calcárias e argila, transformando-as num pó fino. Percebe que obtém uma mistura que, após secar, tornase tão dura quanto as pedras empregadas nas construções.

10 Experiência Brasileira 1888: Antônio Proost Rodovalho empenha-se em instalar uma fábrica em sua fazenda em Santo Antônio, SP; 1892: uma pequena instalação produtora na ilha de Tiriri, PB; 1924: implantação da Companhia Brasileira de Cimento Portland em Perus, SP. O consumo de cimento no país dependia exclusivamente do produto importado. A produção nacional foi gradativamente elevada com a implantação de novas fábricas e a participação de produtos importados oscilou durante as décadas seguintes, até praticamente desaparecer nos dias de hoje.

11 Matérias-primas CALCÁRIO + ARGILA + GESSO CLÍNQUER Minério de ferro: Adicionado para diminuir o ponto de fusão das matérias primas do cínquer.

12 Componentes do Cimento Calcários: São constituídos basicamente de carbonato de cálcio (CaCO 3 ), mas podem conter várias impurezas, como magnésio, silício, alumínio ou ferro; É uma rocha sedimentar, sendo a terceira rocha mais abundante na crosta terrestre. Somente o xisto e o arenito são mais encontrados. O elemento cálcio, que abrange 40% de todo o calcário, é o quinto mais abundante na crosta terrestre, atrás apenas do oxigênio, silício, alumínio e o ferro. OBS.: O carbonato de cálcio é conhecido desde épocas muito remotas, sob a forma de minerais tais como a greda, o calcário e o mármore.

13 Componentes do Cimento Importante: O uso de calcários com alto teor de MgO na produção de cimentos causa desvantagens na hidratação do material: MgO + H 2 O Mg(OH) 2 Esta reação produz um elemento expansivo, aumentando o volume final, além de sais solúveis que podem enfraquecer o concreto quando exposto a lixiviação.

14 Componentes do Cimento Argila: Silicatos complexos contendo alumínio e ferro como cátions principais, além de potássio, magnésio, sódio, cálcio, titânio e outros; A argila fornece ao cimento os componentes necessários: Al 2 O 3, Fe 2 O 3 e SiO 2. Gesso: É o produto de adição final no processo de fabricação do cimento, com o fim de regular o tempo de pega por ocasião das reações de hidratação. O teor de gesso varia em torno de 3% no cimento.

15 Fabricação do cimento Extração da matéria-prima das minas; Britagem e mistura nas proporções corretas: 75-80% de calcário e 20-25% de argila. Moagem de matéria-prima; Cozimento em forno rotativo a cerca de 1450 o C: A mistura cozida sofre uma série de reações químicas complexas deixando o forno com a denominação de clínquer. Clinquerização. Redução do clínquer a pó em um moinho juntamente com 3-4% de gesso. Adições finais (pozolanas, escórias, ).

16 Fabricação do cimento

17 Fabricação do cimento Dois métodos distintos: Processo seco: A mistura é moída totalmente seca e alimenta o forno em forma de pó. Tem a vantagem determinante de economizar combustível já que não tem água para evaporar no forno. Processo úmido: A mistura é moída com a adição de aproximadamente 40% de água. É caracterizado pela simplicidade da instalação e da operação dos moinhos e fornos. Dos dois métodos, produz-se o mesmo clínquer e o cimento final é idêntico nos dois casos.

18 Fabricação do cimento

19 Fabricação do cimento

20 Fabricação do cimento

21 Preparação da mistura crua O calcário e a argila são misturados e moídos até que a mistura crua tenha: 3% de sua massa retida na peneira ABNT #0,150mm 13% de sua massa retida na peneira ABNT #0,088mm. O processo de moagem se dá num moinho de bolas ou de rolos, por impacto e por atrito. O material entra no moinho encontrando em contracorrente ar quente (~220 C), o que propicia a secagem do material. O material entra com umidade em torno de 5% e sai com umidade em torno de 0,9% a uma temperatura de final de 80ºC. Depois de moído, o material é estocado em silos, onde pode ser feita a homogeneização do mesmo.

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23 Processo de clinquerização Os combustíveis mais utilizados para elevar a temperatura de clinquerização (~1400 C) são: óleo pesado, coque de petróleo, carvão mineral ou vegetal. Interior do forno em operação

24 Processo de clinquerização

25 Processo de clinquerização O material cru é lançado em uma torre de ciclones, onde ocorre a separação dos gases do material sólido. Os gases são lançados na atmosfera, após passarem por um filtro eletrostático onde as partículas são precipitadas e voltam ao processo. Após passagem pelos ciclones, o material entra no forno rotativo, onde ocorrem as reações de clinquerização. Após a clinquerização, o clínquer formado é bruscamente resfriado com ar frio em contra corrente e é estocado em silos para a produção do cimento.

26 Composição química do cimento Portland Composição típica do clínquer de cimento Portland: CaO (C) - 67%; SiO2 (S) - 22%; Al2O3 (A) - 5%; Fe2O3 (F) - 3%; outros óxidos - 3%; COMBINAÇÕES Fases cristalinas anidras metaestáveis na temperatura ambiente e estáveis ao serem hidratadas. Silicato tricálcico - Alita (C3S): 50 70% Silicato dicálcico - Belita (C2S): 15 30% Aluminato tricálcico (C 3 A): 5-10% Ferroaluminato tetracálcico (C 4 AF): 5-15% Outros compostos em menor quantidade (Na 2 O, MnO e K 2 O, magnésio, enxofre, fósforo...)

27 Propriedades conferidas ao cimento Alita (C 3 S): principal mineral que contribui para a resistência mecânica da pasta de cimento endurecida. Belita (C 2 S): reage mais lentamente com a água, porém, após períodos maiores (aproximadamente um ano), atinge a mesma resistência mecânica que a alita. C 3 A: reage muito rapidamente com a água, liberando muito calor, mas sem apresentar grande resistência mecânica. O gesso reage com o C 3 A em um primeiro momento, gerando produtos insolúveis em água (etringitas) e impedindo que a pega se inicie muito rapidamente. C 4 AF: apresenta taxas inicialmente altas de reatividade com a água e, em idades mais avançadas, taxas baixas ou muito baixas contribui pouco para a resistência mecânica.

28 Reações de hidratação do cimento Aluminatos de cálcio (C 3 A, C 4 AF) C 3 A: Primeiro composto a reagir. Devido à adição do gesso (sulfato de cálcio) ao cimento, para regulação da pega, o aluminato tricálcico é analisado já combinado com este componente: C 3 A + CaSO 4. 2H 2 O etringita (C 3 A.3CS.32H) C 3 A.CS.H + C 4 AH C 4 AF C 3 (A,F).3CS.32H C 3 (A,F) CS H + C 4 (A,F) H reação imediata reação lenta

29 Reações de hidratação do cimento Silicatos de cálcio (C 3 S, C 2 S): 2 C 3 S + 6 H 2 O C-S-H + 3 Ca(OH) 2 2 C 2 S + 4 H 2 O C-S-H + Ca(OH) 2 muito mais tarde Principal componente formado: C-S-H (3 CaO. 2 SiO2. 3 H2O) Silicato cálcico hidratado Gel de Tobermorita Principal responsável pela resistência mecânica da pasta de cimento endurecida. Hidróxido de cálcio (portlandita) Aumento do ph da pasta (menor acidez).

30 Reações de hidratação do cimento Os silicatos de cálcio anidros dão origem a silicatos monocálcicos hidratados e ao hidróxido de cálcio, que cristaliza em escamas exagonais, dando origem à portlandita; O silicato de cálcio hidratado apresenta-se com semelhança ao mineral denominado tobermorita e, como se parece com um gel, é denominado gel de tobermorita; A composição do silicato hidratado depende da concentração de cal na solução em que ele está em contato.

31 Pega e endurecimento Pega: Período de fenômenos químicos, em que ocorrem desprendimentos de calor e reações; Endurecimento: Período de fenômenos físicos de secagem e entrelaçamento dos cristais; Início de pega: Tempo que decorre desde a adição de água até o início das reações com os compostos de cimento; Fim de pega: Situação em que a pasta não sofre mais nenhuma deformação em função de pequenas cargas e se torna um bloco rígido;

32 Armazenamento do cimento Granel Silos hermeticamente fechados Tempo máximo: 180 dias Sacos Galpões fechados Estrados de madeira a 30cm do solo e a 30cm das paredes Empilhamento máximo: 15 sacos Distância entre pilhas: 60cm Tempo máximo: 30 dias (canteiro)

33 Maiores grupos cimenteiros 1. Lafarge Origem: França Capacidade (ton): 144 milhões 2. Holcim Origem: Suíça Capacidade (ton): 95 milhões 3. Cemex Origem: México Capacidade (ton): 77 milhões 4. Heidelberger Zement Origem: Alemanha Capacidade (ton): 59 milhões 5. Italcementi Group Origem: Itália Capacidade (ton): 51 milhões 6. Taiheiyo Origem: Japão Capacidade (ton): 39 milhões 7. Votorantim Origem: Brasil Capacidade (ton): 24 milhões 8. Dyckerhoff Origem: Alemanha Capacidade (ton): 23 milhões 9. Cimpor Origem: Portugal Capacidade (ton): 18 milhões Fonte:

34 Propriedades do cimento Finura: Corresponde à área específica de contato dos grãos de cimento com a água da mistura. Tanto maior quanto mais eficiente for a moagem do clínquer com gesso. Influência no comportamento do cimento: Velocidade de endurecimento Potencialidade - reatividade Determinação: Finura: peneiramento (nº 200 e nº 325) Área específica: Permeabilímetro de Blaine

35 Propriedades do cimento Tempos de pega: Tempo para a solidificação da pasta plástica de cimento. Início de pega: Marca o ponto no tempo em que a pasta torna-se não trabalhável. Fim de pega: Tempo necessário para a pasta se torne totalmente rígida. Importância: Determina o período de tempo que o concreto pode ser trabalhado após o seu lançamento.

36 Propriedades do cimento Tempos de pega: Determinação: Aparelho de Vicat. Início de pega: Agulha penetra 39mm na pasta Fim de pega: Agulha faz uma impressão na superfície da pasta, sem penetrar Enrijecimento: Perda de consistência da pasta plástica do cimento. Determinação: Perda de abatimento do concreto.

37 Propriedades do cimento Expansibilidade / Sanidade / Estabilidade volumétrica: Retrata a variação de volume do cimento após a pega, por conta de hidratação lenta ou reação expansiva com algum composto presente no cimento endurecido. CaO, MgO, gesso - sulfato de cálcio (formação de etringita atrasada) Determinação: Agulha de Le Chatelier Ensaios em auto clave.

38 Propriedades do cimento Resistência característica: Resistência à compressão que atinge um corpo de prova cilíndrico pequeno fabricado a partir da pasta de consistência normal com o cimento em questão. Caracteriza o tipo de cimento. Pasta para o ensaio: Areia do Rio Tietê; Água destilada. Consistência normal.

39 Propriedades do cimento Calor de hidratação: Representa o calor gerado pela reação exotérmica de hidratação do cimento. Importância: ŠExecução de peças com grande volume de concreto (concreto massa) - barragens, blocos de fundação... Fissuras térmicas. Determinação: ŠCalorímetro (difícil avaliação precisa encontrado apenas em grandes laboratórios).

40 CIMENTO PORTLAND: NOMENCLATURA TIPO CP XXX RR Cimento Portland SIGLA Composição Classe - Resistência aos 28 dias (MPa) Ex.: CPII-E-32 CPII-E (SIGLA) 32 (CLASSE) NOME TÉCNICO: Cimento Portland composto com escória com resistência característica de 32 MPa.

41 Adições ao cimento

42 Adições ao cimento Escória Aparência semelhante a areia grossa. Sub-produto de alto-fornos e produção de aço. Silicatos características de ligante hidráulico (material cimentante) Pozolana Elevado teor de sílica ativa (SiO 2 ). Ligante hidráulico complementar ao clínquer [Reações Pozolânicas]. Originalmente: argilas contendo cinzas vulcânicas, encontradas na Itália. Atualmente: pozolanas ativadas artificialmente e sub-produtos industriais como cinzas volantes, provenientes da queima de carvão mineral. Fíler Calcário: composto basicamente de carbonato de cálcio (CaCO 3 ), encontrado abundantemente na natureza, finamente moído Elemento de preenchimento, capaz de penetrar nos interstícios das demais partículas e agir como lubrificante, tornando o produto mais plástico e não prejudicando a atuação dos demais elementos.

43 CIMENTO PORTLAND: NORMALIZAÇÃO Cimento Portland Comum NBR 5732 Cimento Portland Composto NBR Cimento Portland de Alto-Forno NBR 5735 Cimento Portland Pozolânico NBR 5736 Cimento Portland de Alta Inicial NBR 5733

44 ESPECIFICAÇÕES E APLICAÇÕES Todos os tipos de cimento são adequados a todos os tipos de estruturas e aplicações. Existem tipos de cimento que são mais recomendáveis ou vantajosos para determinadas aplicações

45 TIPO Sigla Classe Comum Composto Alto-forno Pozolânico Alta Resistência Inicial CP I CP I-S CP II-E CP II-Z CP II-F CP III CP IV Clínquer + Gesso Composição (%) Escória a 99 1 a 5 Pozolana Fíler 56 a 94 6 a 34 6 a 14 0 a a a 20 0 a a a 10 Norma Brasileira NBR 5732 NBR a a a 5 NBR a a 50 0 a 5 NBR 5736 CP V-ARI - 95 a a 5 NBR 5733

46 Outros tipos de cimento Cimento Portland Resistente a Sulfatos Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação Cimento Aluminoso (refratario) Cimento Branco (estrutural ou nao)

47 Usos indicados para tipos de cimento Tipo de cimento CP I, CP II CP III CP IV CP V RS Branco Branco Estrutural Baixo calor Geral Usos indicados Geral, concreto massa, água do mar e meios agressivos Geral, concreto massa, água do mar, meios agressivos e com agregados reativos Pré-moldados, túneis e concretos protendidos Ambientes agressivos e água do mar Estético e rejuntes Pisos, monumentos e fins arquitetônicos Obras de concreto massa