1. Conceito Aglomerantes são produtos empregados na construção civil para fixar ou aglomerar materiais entre si. São pulverulentos. Endurecem por simples secagem e/ou em consequência de reações químicas. Utilizados para obtenção de pastas, argamassas e concretos. NBR 11172/1990 apresenta terminologias para os materiais aglomerantes minerais. 2. Classificação dos Aglomerantes 2.1. Quanto à atividade química 2.1.1. Quimicamente Inertes Endurecem ao meio ambiente pela evaporação da água de amassamento. Processo reversível - Baixa resistência Exemplo: Barro cru. 2.1.2 Quimicamente Ativos Endurecem em decorrência de uma reação química, nas condições ambiente de temperatura e pressão. Estáveis - Altas resistências Exemplo: cales, cimentos e gessos. 2.1.2 Quimicamente Ativos Aglomerantes Aéreos: Aglomerante cuja pasta apresenta a propriedade de endurecer por reações de hidratação ou pela ação química do anidrido carbônico (CO 2 ) presente na atmosfera e que, após seu endurecimento, não resiste satisfatoriamente quando submetida à ação da água. Ex.: Cal aérea, Gesso de Paris. Aglomerantes Hidráulicos: Aglomerante cuja pasta apresenta a propriedade de endurecer apenas pela reação com a água e que, após seu endurecimento, resiste satisfatoriamente quando submetida à ação da água.
Ex.: Cal hidráulica, Cimento Portland 3. Propriedade dos Aglomerantes 3.1. Pega Intervalo de tempo em que a pasta adquire uma consistência que a torna imprópria para ser trabalhada - Início de pega - Fim de pega 3.2. Endurecimento 4. Aglomerantes aéreos 4.1. Gesso 4.1.1. Definição - (NBR 13207:1994) Material moído em forma de pó, obtido da calcinação da gipsita (CaSO 4.2H 2 O), constituído predominantemente de sulfato de cálcio, podendo conter aditivos controladores do tempo de pega. Calcinação: É o tratamento térmico de remoção da água, CO 2 e de outros gases ligados fortemente, quimicamente a uma substância. 4.1.2. Classificação Gesso Paris, gesso de estucador ou gesso rápido: Temperatura de queima de 130 C a 160 C CaSO 4 2H 2 O + calor CaSO 4 1/2H 2 O + 3/2 H 2 O Endurecimento se dá pela mistura do gesso com a água e se faz em poucos minutos (15 a 20).
4.1.2. Classificação Gesso anidro solúvel Temperatura de queima de 250 C CaSO 4 2H 2 O + calor CaSO 4 + 2H 2 O Ávido de água, se transforma rapidamente no hemidrato. Tempo de pega lento. Gesso anidro insolúvel Temperatura de queima de 400 C a 600 C CaSO 4 2H 2 O + calor CaSO 4 + 2H 2 O Não é capaz de fazer pega. Material inerte. Gesso de pavimentação, gesso hidráulico Temperatura de queima de 900 C a 1200 C CaSO 4 2H 2 O + calor CaO + SO 3 + 2H 2 O Produto de pega lenta (pega entre 12 e 14 horas) 4.1.3. Propriedades do gesso Massa específica aparente = 0,7 a 1,0 kg/dm 3 Massa específica real = 2,7 kg/dm 3 Pega Endurece em virtude da formação de uma malha de cristais.
*Pode variar em função da temperatura e tempo de calcinação, finura, quantidade de água de amassamento e presença de impurezas ou aditivos. Exigências físicas para o gesso da construção civil (NBR 13207: 1994) 4.1.3. Propriedades do gesso Resistência As pastas, depois de endurecidas, atingem resistência à tração entre 0,7 e 3,5 MPa e à compressão > 8, 4 MPa. Isolamento Bom isolante térmico - 0,40 cal/h/cm 2 / C/cm 1/3 tijolo comum
Isolamento acústico (fibras vegetais ou serragem de madeira) Boa impermeabilidade ao ar Resistência ao fogo Proteção da camada inferior de gesso pela camada superior 4.1.5. Aplicações (1) Gesso de fundição utilizado para a confecção de pré-moldados (fabricados simplesmente com gesso ou como placas de gesso acartonado NBR 14715/2001). (2) Placas para rebaixamento de tetos, com produção artesanal ou em plantas modernas com máquinas automáticas com sistemas de alimentação de pasta. (3) Blocos para paredes divisórias. (4) Gesso para isolamento térmico e acústico. (5) Gesso para portas corta fogo. (6) Gesso de revestimento de aplicação manual, utilizado para paredes e tetos, geralmente em substituição de rebocos e/ou massas para acabamento. (7) Gesso de projeção, para aplicação mecanizada de revestimento de parede. (8) Gesso com pega retardada, para aplicação de revestimento manual. (9) Gesso cola, para rejunte de pré-moldados em gesso 4.2. Cal aérea 4.2.1. Definição de Cal (NBR 11172: 1990) Aglomerante cujo constituinte principal é o óxido de cálcio ou óxido de cálcio em presença natural com o óxido de magnésio, hidratados ou não.
4.2.2. Matéria-prima Rochas calcárias (Carbonato de cálcio CaCO 3 ) Podem apresentar maior ou menor proporção de carbonato de magnésio. Podem conter impurezas (SiO 2, Al 2 O 3 e Fe 2 O 3 ) teor menor ou igual a 5%. r = %SiO2+%Al2O3+% Fe2O3 % CaO < 0, 1 4.2.3. Obtenção da Cal aérea (Reação química) 1ª etapa: CALCINAÇÃO CaCO 3 + calor (900 a 1000 C) CaO + CO 2 CaCO 3.MgCO 3 + calor (900 a 1000 C) CaO.MgO + 2CO 2 Evapora a água da matéria-prima óxido de cálcio + óxido de magnésio Aquece o calcário à temperatura requerida para a dissociação. Expele o CO 2 deixando os óxidos (CaO e MgO) livres, que constituem a cal. CaO ainda não é aglomerante. Obs.: Carbonato de Magnésio temperatura inferior: 402 C. 2ª etapa: EXTINÇÃO DA CAL (Hidratação) CaO + H 2 O Ca(OH) 2 + calor cal extinta ou cal hidratada Reação exotérmica (pode atingir até 450 C). Aumento de volume
Após a extinção, a pasta deve ser envelhecida, para completar a hidratação. Pasta de cal obtida pela extinção de cal em pedra deve envelhecer de 7 a 10 dias. Pasta de cal obtida pela extinção de cal em pó pode ser utilizada depois de 24 horas. Pasta obtidas pela extinção de cal de variedades magnesianas devem ser envelhecidos por período mais longo, até duas semanas. 4.2.5. Classificação Quanto à composição química (NBR 6453/88) Cal cálcica mais de 90% CaO Cal magnesiana 65% < CaO < 90% Até 20% MgO Cal dolomítica (menos de 65% CaO) A proporção residual de CO 2 deve ser inferior a 3%, quando a amostra for tirada do forno de calcinação, e inferior a 10%, quando a amostra for retirada de outro local. 4.2.5. Classificação Quanto ao rendimento da pasta Valor do volume de pasta de cal obtido com uma tonelada de cal viva. Cal gorda rendimento > 1,82 m 3 de pasta Cal magra rendimento < 1,82 m 3 de pasta Em consistência, usualmente determinada pelo abatimento de um cilindro de 5 cm de diâmetro e 10 cm de altura, que se deforma para 8,7 cm pela remoção do molde. - Variedade cálcica de grande pureza - gorda - Variedades magnesiana - magra
4.2.4. Endurecimento Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O A pasta de cal aérea endurece com o tempo, através da carbonatação. A carbonatação acarreta perdas de volume. A ação é lenta, pois o teor de CO 2 presente no ar é em torno de 0,04%, além disso a reação se processa de fora para dentro. Depois de endurecida, quando exposta a água dissolve-se na proporção de 1,3 g de cal por litro de água. Em água salgada é ainda mais solúvel. 4.2.6. Propriedades Cal viva Massa específica aparente = 0,5 a 0,85 kg/dm 3 Massa específica real = 2,20 kg/dm 3 Retração A carbonatação do hidróxido realiza-se com perdas de volume. Utilização da cal em argamassas com agregado miúdo. 4.2.6. Propriedades Endurecimento - A cal aérea não endurece sob água - Argamassa endurece lentamente - Aplicar em camadas, observando um intervalo de 10 dias entre elas Resistência - Tração - 0,2 a 0,5 MPa - Compressão - 2 a 3 MPa
4.2.7. Utilização Utilizada em forma de pasta pura ou de argamassa para revestimentos ou rejuntamentos de alvenaria, cerâmica ou no preparo de tintas. Usa-se também no concreto para aumentar a trabalhabilidade e reduzir sua permeabilidade. 0,1 %SiO2+%Al2O3+% Fe2O3 % CaO 0, 5 CIMENTO Cimento Portland: Aglomerante hidráulico artificial, obtido pela moagem de clínquer Portland, sendo geralmente feita a adição de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. (NBR 11172 /1990). 1.2. Matéria-Prima A matéria-prima para produção do Cimento Portland deve conter: (Cálcio, sílica) - produção do clínquer, gesso e outras adições. Fontes de Cálcio: calcário, giz, calcário argiloso e conchas do mar Fontes de sílica: Argilas e folhelhos *Bauxita e minério de ferro 1.3. Processo de produção do Cimento Portland Extração da matéria-prima O calcário é a matéria-prima básica, contribui de 85 a 95% na fabricação do clínquer. São extraídas de jazidas com auxílio de explosivos. Britagem e moagem preliminar Os fragmentos obtidos da explosão são submetidos ao processo de britagem, sendo reduzidos ao tamanho de grão menor ou igual a 25 mm. Dosagem, moagem e homogeneização da mistura crua O calcário, a argila, e o minério de ferro em proporções prédeterminadas são encaminhados para moagem no moinho (de rolos,
bolas, ou barras) onde se processa o início da mistura, secagem (corrente de ar quente em torno de 220 C) e a homogeneização necessária, formando-se a farinha crua. As matérias-primas são moídas até a obtenção de partículas menores que 75 µm. Clinquerização A farinha pré-aquecida, entra pela extremidade superior do forno em rotação contínua e é transportada para a parte inferior a uma velocidade controlada pela inclinação (2,5 a 4,5 graus) e velocidade de rotação do forno (0,5 a 4,5 revoluções por minuto-rpm). Os fornos variam em comprimento e diâmetro. Calcinação: É o tratamento de remoção da água, CO 2 e de outros gases ligados fortemente, quimicamente a uma substância. MgCO 3 = MgO + CO 2 (g) (400 C) Al 2 O 3 3H 2 O = Al 2 O 3 + 3H 2 O(g) CaCO 3 = CaO + CO 2 (g) (900 C) Clinquerização Na extremidade inferior do forno, temperaturas de 1450 C a 1550 C podem ser atingidas e as reações químicas envolvendo a formação dos compostos do cimento Portland são completadas. Clínqueres são nódulos de 5 a 25 mm de diâmetro de material sinterizado, que é produzido quando uma mistura de matérias-primas de composição pré-determinada é aquecida em altas temperaturas. Resfriamento A evacuação e o transporte do clínquer incandescente são, na prática, impossíveis. O arrefecimento rápido melhora a qualidade do clínquer. Após o resfriamento, o clínquer pode chegar até 100 C.
A recuperação do calor transportado pelo clínquer melhora o rendimento térmico do processo. Adições finais e moagem Etapa em que são adicionados materiais para serem moídos juntamente com o clínquer, para a produção dos diferentes tipos de cimento. Redução do clínquer e adições a partículas entre 10 e 15 µm. A produção de 1 ton de clínquer Portland consome cerca de 4GJ de energia. Responsável por cerca de 7% das emissões mundiais de CO 2 para a atmosfera. Técnicas Estratégicas Econômicas Baixo custo/ Ecológicas Aproveitame Ensacamento e Transporte Silos de cimento: equipamento de grande porte vertical que armazena o cimento totalmente pronto, aguardando apenas o envio para expedição. Expedição: setor onde se acondiciona o cimento, conforme necessidade do consumidor, em sacos de papel kraft de 50 kg ou, para grandes construções, o envio é a granel, em caminhões tanque. Classificações das fábricas de cimento As fábricas de cimento são classificadas segundo suas instalações em: a) Integrada quando a cimenteira produz clínquer e cimento.
b) Moagem não produz clínquer, apenas o cimento. Neste caso as cimenteiras recebem o clínquer de um fornecedor, moem e adicionam os aditivos necessários, transformando-o em cimento. c) Misturadores recebem o cimento de um determinado tipo, adicionam aditivo, transformando esse cimento em outro tipo. 1.4 Orientações para armazenamento Devem ser armazenados em pilhas de no máximo 15 sacos. Devem ser armazenados em depósitos com cobertura reforçada, para evitar perda de material por goteiras ou vazamentos despercebidos. As pilhas devem ser colocadas em estrado de madeira. Em regiões litorâneas, a cobertura do lote com lona plástica para garantir a durabilidade do cimento. Sacos mais velhos devem ser utilizados primeiros. Tipos de Cimento Portland mais comuns no Brasil 1.6. Composição química do clínquer do Cimento Portland Embora o cimento Portland consista essencialmente de vários compostos de cálcio, os resultados das análises químicas de rotina são expressos em termos de óxidos dos elementos presentes
.6. Composição química do clínquer do Cimento Portland De forma geral atribui-se ao: Silicato tricálcico - C 3 S - Alita resistência mecânica entre 10 horas e 28 dias, como também a segunda maior liberação de calor de hidratação. Moderada resistência química. Presente em teores de 20 a 65%. Silicato dicálcico - C 2 S - Belita é atribuído a maior contribuição para a resistência mecânica em idades avançadas, a partir de 45 dias. Superior resistência química. Baixo calor de hidratação. Presente em teores de 10 a 55%. Aluminato tricálcico - C 3 A contribui para a resistência mecânica no primeiro dia e também é o composto que produz a maior liberação de calor de hidratação. Muito fraca resistência química. Presente em teores de 0 a 15%. Ferroaluminato tetracálcico - C 4 AF Baixa resistência mecânica. Baixo calor de hidratação. Baixa resistência química. Presente em teores de 5 a 15%. 1.6. Composição química do clínquer do Cimento Portland
1.7. Determinação da composição de compostos através da análise química Equações de Bogue Estimar a composição teórica ou potencial dos compostos do cimento Portland. % C 3 S = 4,071C - 7,600S - 6,718A - 1,43F - 2,850S % C 2 S = 2,867S - 0,7544C 3 S % C 3 A = 2,650A - 1,692F % C 4 AF = 3,043F Exemplo Óxido Cimento n 1 Cimento n 2 Cimento n 3 Cimento n 4 Cimento n 5 S 21,1 21,1 21,1 20,1 21,1 A 6,2 5,2 4,2 7,2 7,2 F 2,9 3,9 4,9 2,9 2,9 C 65 65 65 65 64 S 2 2 2 2 2
Outros 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 - Comparando os cimentos entre si, e considerando que eles apresentam a mesma finura: - Qual tem maior calor de hidratação? - Qual apresenta maior resistência nas primeiras idades? - Qual apresenta maior resistência em idades avançadas? Hidratação do Cimento Portland Dois mecanismos de hidratação do cimento Portland foram propostos: - A hidratação por dissolução-precipitação: envolve a dissolução de compostos anidros em seus constituintes iônicos, a formação de hidratos em solução e, devido à sua baixa solubilidade, uma eventual precipitação de hidratos resultantes da solução supersaturada. Visa uma completa reorganização dos constituintes dos compostos originais durante a hidratação do cimento. Dominante nos estados iniciais da hidratação do cimento. - Topoquímico ou hidratação no estado sólido: as reações acontecem diretamente na superfície dos compostos do cimento anidro sem que os compostos entrem em solução. Em estágios em que a mobilidade iônica na solução se torna restrita, a hidratação na partícula residual de cimento pode ocorrer por reações no estado sólido. Hidratação dos aluminatos As reações químicas podem ser expressas como: Etringita [AlO 4 ] - +[SO 4 ] 2- + 6[Ca] 2+ + aq. C 6 AS 3 H 32 Monossulfato [AlO 4 ] - +[SO 4 ] 2- + 4[Ca] 2+ + aq. C 4 ASH 18
Hidratação dos silicatos 2C 3 S + 6H 2C 2 S + 4H C 3 S 2 H 3 + 3CH C 3 S 2 H 3 + CH MATERIAIS BETUMINOSOS Definição de Betume (NBR 7208:1990 Definição de asfalto Definição de Alcatrão Histórico do uso de materiais betuminosos Classificação quanto a origem e obtenção Origem natural - Encontrado em minas Origem pirogênica Aquecimento do petróleo ou outros materiais orgânicos Obtidos por duas fontes principais: petróleo e hulha. Características dos betumes Petróleo Tem sua origem em restos de organismos marinhos, matéria vegetal depositada com lama e fragmentos de rocha no leito dos oceanos. Existem perto de 1500 tipos de petróleo explorados no mundo. PROCESSOS DE REFINO - Separa os hidrocarbonetos - Destilação direta Produção de materiais betuminosos Asfalto Quase todo o asfalto em uso atualmente é obtido do processamento de petróleo bruto realizado em refinarias.
Cimento Asfáltico de Petróleo - CAP O Asfalto ou cimento asfáltico de petróleo (CAP) é a base de praticamente todos os outros tipos de materiais asfálticos existentes no mercado brasileiro, que são denominados: - Emulsões asfálticas; - Asfaltos diluídos; - Asfaltos oxidados ou soprados de uso industrial; - Asfaltos modificados por polímeros ou por borracha de pneus; - Agentes rejuvenescedores. Propriedade dos materiais Betuminosos É necessário conhecer: a) Densidade, betume total, perda por aquecimento, destilação, teor de cinzas e água; b) Viscosidade; c) Índice de penetração d) Ponto de amolecimento e) Ductilidade f) Ponto de fulgor