ARGAMASSAS E CONCRETOS CIMENTOS

DEFINIÇÃO O cimento Portland é um pó fino com propriedades aglutinantes que endurece sob a ação da água, ou seja, é um aglomerante ativo hidráulico.

HISTÓRICO O material, conhecido dos antigos egípcios, ganhou o nome atual no século XIX graças à semelhança com as rochas da ilha britânica de Portland. A palavra CIMENTO é originada do latim CAEMENTU, que designava na velha Roma espécie de pedra natural de rochedos e não esquadrejada. A origem do cimento remonta há cerca de 4.500 anos.

HISTÓRICO O grande passo no desenvolvimento do cimento foi dado em 1756 pelo inglês John Smeaton, que conseguiu obter um produto de alta resistência por meio de calcinação de calcários moles e argilosos. Em 1818, o francês Vicat obteve resultados semelhantes aos de Smeaton, pela mistura de componentes argilosos e calcários. Ele é considerado o inventor do cimento artificial.

HISTÓRICO Em 1824, o construtor inglês Joseph Aspdin queimou conjuntamente pedras calcárias e argila, transformando-as num pó fino. Percebeu que obtinha uma mistura que, após secar, tornava-se tão dura quanto as pedras empregadas nas construções. A mistura não se dissolvia em água e foi patenteada pelo construtor no mesmo ano, com o nome de cimento Portland, que recebeu esse nome por apresentar cor e propriedades de durabilidade e solidez semelhantes às rochas da ilha britânica de Portland.

MATÉRIAS PRIMAS O cimento Portland é composto de Clínquer e de Adições. O Clínquer é composto por calcário e argila. Uma das adições colocadas no cimento é o gesso.

MATÉRIAS PRIMAS O calcário é a matéria-prima básica, contribui de 85 a 95% na fabricação do cimento, é constituído basicamente de carbonato de cálcio (CaCO 3 ) e, dependendo de sua origem geológica, pode conter várias impurezas como magnésio, silício, alumínio e ferro. A rocha calcária é extraída de jazidas com auxílio de explosivos.

MATÉRIAS PRIMAS

MATÉRIAS PRIMAS Para melhorar a qualidade do clínquer, o calcário recebe algumas correções complementares de: FILITO (argila): este material colabora com o alumínio Al 2 O 3 ; QUARTZITO (material arenoso): este colabora com SiO 2 ; MINÉRIO DE FERRO: este colabora com Fe 2 O 3.

MATÉRIAS PRIMAS

FABRICAÇÃO Este conjunto de materiais é enviado para moagem no moinho vertical de rolos, em proporções pré determinadas, onde se processa o início da mistura íntima, secagem e a homogeneização necessária, formando-se a farinha crua.

MATÉRIAS PRIMAS

FABRICAÇÃO A farinha crua moída é calcinada até fusão incipiente, a uma temperatura de 1450ºC em um forno rotativo, onde então obtém-se o clínquer.

FABRICAÇÃO A sílica, alumina, ferro e cal reagem no interior do forno, dando origem ao clínquer, cujos compostos principais são os seguintes:

FABRICAÇÃO

FABRICAÇÃO Para a obtenção do cimento Portland, faz-se a moagem do clínquer com diversas adições, como o gesso (até 5%), calcário, pozolana e escória, onde assegura-se ao produto a finura e homogeneidade convenientes, de acordo com as normas da ABNT. O processo de moagem do clínquer e de suas adições é um fator importante, pois irá influenciar em algumas características, como a hidratação e as resistências inicial e final do cimento.

FABRICAÇÃO

FABRICAÇÃO Funções das adições GESSO A gipsita, sulfato de cálcio di-hidratado, é comumente chamada de gesso. É adicionada na moagem final do cimento, com a finalidade de regular o tempo de pega, permitindo com que o cimento permaneça trabalhável por pelo menos uma hora, conforme ABNT. Sem a adição de gipsita, o cimento tem início de pega em aproximadamente quinze minutos, o que tornaria difícil a sua utilização em concretos.

FABRICAÇÃO Funções das adições FÍLER CALCÁRIO A adição de calcário finamente moído é efetuada para diminuir a porcentagem de vazios, melhorar a trabalhabilidade, o acabamento e pode até elevar a resistência inicial do cimento.

FABRICAÇÃO Funções das adições POZOLANA A pozolana é a cinza resultante da combustão do carvão mineral utilizado em usinas termoelétricas. A adição de pozolana propicia ao cimento maior resistência a meios agressivos como esgotos, água do mar, solos sulfurosos e a agregados reativos. Diminui também o calor de hidratação, permeabilidade, segregação de agregados e proporciona maior trabalhabilidade e estabilidade de volume, tornando o cimento pozolânico adequado a aplicações que exijam baixo calor de hidratação, como concretagens de grandes volumes.

FABRICAÇÃO Funções das adições POZOLANA

FABRICAÇÃO Funções das adições ESCÓRIA DE ALTO FORNO A escória de alto-forno, é sub-produto da produção de ferro em alto-forno, obtida sob forma granulada por resfriamento brusco. Em presença de meio alcalino, a escória vítrea reage com a água de maneira similar ao cimento Portland, formando produtos hidráulicos com poder aglomerante.

FABRICAÇÃO

FABRICAÇÃO Os diferentes tipos e teores de adições usados na moagem do clínquer permitem que se obtenham cimentos de características diversas, possibilitando ao construtor conseguir sempre um cimento mais adequado ao concreto e argamassa a que se destina.

FABRICAÇÃO

FABRICAÇÃO CaO é o componente essencial do cimento, as propriedades mecânicas aumentam com o teor de cal, desde que combinadas. SiO 2 é da sua combinação com a cal que resultam os principais compostos do cimento. Al 2 O 3 o composto formado por este óxido com a cal acelera o tempo de pega e reduz a resistência a sulfatos. Fe 2 O 3 em pequenas quantidades funciona como fundente.

FABRICAÇÃO MgO este elemento não se apresenta combinada, em grandes quantidades é expansivo. SO 3 em grandes quantidades é perigoso devido à formação de sulfoaluminatos. K 2 O e Na 2 O atuam como fundentes e aceleradores de pega. TiO 2, Mn 3 O 4 e P 2 O 5 encontrados em pequenas quantidades e raramente são determinados separadamente.

FABRICAÇÃO

TIPOS DE CIMENTO

COMERCIALIZAÇÃO

QUÍMICA DO CIMENTO

QUÍMICA DO CIMENTO A composição química potencial dos cimentos brasileiros é: ELEMENTO PERCENTUAL C 3 S 18% a 70% C 2 S 11% a 30% C 3 A 2% a 20% C 4 AF 4% a 15%

QUÍMICA DO CIMENTO

QUÍMICA DO CIMENTO O C 3 S, também chamado de Alita, é responsável pela resistência mecânica dos cimentos nas primeiras idades, possuindo uma velocidade de reação média e médio desenvolvimento de calor de hidratação. O C 2 S, também chamado de Belita, é responsável pela resistência mecânica dos cimentos nas idades avançadas, possuindo uma velocidade de reação lenta e pequeno desenvolvimento de calor de hidratação.

QUÍMICA DO CIMENTO O C 3 A possui moderada resitência mecânica, porém possui reação rápida e libera grande quantidade de calor de hidratação, sendo responsável pela retração do cimento. O C 4 AF possui baixa resistência mecânica, rápida reação e libera pequena quantidade de calor de hidratação.

QUÍMICA DO CIMENTO

QUÍMICA DO CIMENTO Os silicatos são praticamente os únicos responsáveis pelas características mecânicas medidas na pasta de cimento. Estes silicatos - C 3 S e C 2 S - perfazem cerca de 65 a 85 % da massa do cimento (Tipo I) e, na hidratação, formam o gel de Silicato Hidratado de Cálcio (C-S-H), o mais importante componente da pasta de cimento hidratada (MEHTA & MONTEIRO, 1994). Os aluminatos são responsáveis pela pega e endurecimento da pasta.

QUÍMICA DO CIMENTO É prática comum na indústria do cimento, calcularem-se os teores dos compostos a partir da análise dos óxidos usando uma série de equações originalmente desenvolvidas por R. H. Bogue. Cálculo da composição potencial do cimento pelas equações de Bogue:

QUÍMICA DO CIMENTO Esta equação é válida para teores de Al 2 O 3 /Fe 2 O 3 0,64. Quando são colocadas adições ao cimento está equação torna-se imprecisa. O componente C da equação se refere à quantidade total de CaO CaO livre. Fazer exemplo.

QUÍMICA DO CIMENTO

QUÍMICA DO CIMENTO Ao entrarem em contato com a água, os componentes do cimento iniciam um processo de hidratação, que pode ser dividido em 3 estágios: Estagio I: Em contato com a água ocorre uma rápida dissolução dos grãos do cimento. Sobem as concentrações de álcalis solúveis, Ca 2+, SO 4 2- e íons OH - em solução, resultando em um ph de 12 a 13.

QUÍMICA DO CIMENTO Estagio II: Os íons Ca 2+, SO 4 2- e íons OH - reagem com os silicatos e aluminatos para formar gel de C-S-H e etringita, formando uma barreira em torno dos grãos de cimento não hidratados, retardando novas hidratações, permitindo um período de trabalhabilidade durante o qual o concreto deve ser lançado e assentado. Estagio III: Durante o Estágio II a concentração de íons Ca 2+ continua a aumentar, reiniciando lentamente a hidratação dos grãos de cimento atrás da barreira. Com a supersaturação de Ca 2+, seguida da precipitação de Ca(OH) 2 ocorre uma rápida hidratação dos grãos de cimento gerando gel de C-S-H e etringita.

QUÍMICA DO CIMENTO As duas reações mais importantes para a resistência são (MEHTA & MONTEIRO,1994): - C 3 S + H 2 O gel de C-S-H + hidróxido de cálcio (Ca(OH) 2 ) + 120 cal/g de C 3 S. Propicia alta resistência inicial e forte desprendimento de calor de hidratação (cerca de 80 % em 10 dias); - C 2 S + H 2 O gel de C-S-H + hidróxido de cálcio + 60 cal/g de C 2 S. Propicia lento e constante desenvolvimento de resistência e baixo calor de hidratação (cerca de 80 % em 100 dias).

QUÍMICA DO CIMENTO - C 3 A + H 2 O + gesso etringita (C 6 A S 3H 32 ), monossulfato (C 4 A S H 18 ) mais vários hidratos cristalinos tais como: C 3 AH 6, C 4 AH 9 e C 2 AH 8 + 320 cal/g de C 3 A A reação do C 3 A com a água é instantânea e há forte desprendimento de calor de hidratação. A formação de monossulfato implica em baixa resistência ao ataque de sulfatos. Essa baixa resistência à sulfatos se deve à combinação de monossulfatos com sulfatos numa reação expansiva que forma etringita.

QUÍMICA DO CIMENTO - C 4 (AF) + H 2 O + gesso C 6 A(F) S 3H 32, C 4 A(F) S H 18 mais vários hidratos cristalinos tais como: C 3 A(F)H 6, C 4 A(F)H 9 e C 2 A(F)H 8 + 100 cal/g de C 4 (AF). As reações produzem produtos de estruturas cristalinas semelhantes às produzidas na hidratação do C 3 A, onde o ferro pode substituir posições que seriam ocupadas pelo alumínio.

QUÍMICA DO CIMENTO

QUÍMICA DO CIMENTO Gel de C-S-H Cristal de Ca(OH)2

QUÍMICA DO CIMENTO

QUÍMICA DO CIMENTO Durante a hidratação, os microcristais do C-S-H surgem na superfície do cimento como pequenos filamentos e se cristalizam. Dada a natureza da superfície de cristalização, os macrocristais aderem entre si e se entrelaçam, aderindo também aos cristais do agregado, formando assim uma estrutura sólida.

QUÍMICA DO CIMENTO Estruturas Fibrilares: C-S-H Cristais de C 3 S e C 2 S hidratados: 50 % a 60% do volume da pasta; São as estruturas C-S-H - C=CaO, S=SiO 2, H=H 2 O; Estruturas unidas através de ligações de van der Waals; Excelente resistência mecânica e química.

QUÍMICA DO CIMENTO

QUÍMICA DO CIMENTO Estruturas Prismáticas: C-H - Portlandita Cristais de grande tamanho; Cristais com formas hexagonais; Formados p/ hidróxido de cálcio - Ca(OH) 2 ; 20 a 25% do volume de sólidos; Responsáveis ph elevado da pasta (ph 13); Ca(OH) 2 é muito solúvel em água; Ca(OH) 2 é quimicamente muito reativo; Cristais porosos com baixa resistência mecânica.

QUÍMICA DO CIMENTO

QUÍMICA DO CIMENTO Etringita: Produto da hidratação dos Aluminatos Cristais grandes e volumosos; Formados por C 3 A + gesso hidratados; Com a redução na concentração de sulfato, a etringita se decompõe, formando monossulfato: Cristais muito porosos com baixa resistência mecânica; São os primeiros cristais da pasta a se formar; Podem causar falsa pega; Representam 15 a 20 % do volume de sólidos.

QUÍMICA DO CIMENTO

QUÍMICA DO CIMENTO Na presença de umidade no concreto já endurecido, a etringita recristaliza em cristais maiores dentro dos vazios.

QUÍMICA DO CIMENTO

QUÍMICA DO CIMENTO Qual cimento devo escolher? - Cimento com alta resistência inicial libera muito calor de hidratação, como consequência fissura mais facilmente. - Cimento com baixa resistência inicial e baixo calor de hidratação não fissura.

QUÍMICA DO CIMENTO

QUÍMICA DO CIMENTO O desenvolvimento dos cimentos para os parâmetros atuais permite grandes resistências em baixas idades, acelerando o processo construtivo, porém apresenta como consequência uma diminuição na durabilidade das construções devido ao fissuramento que ocorre.

QUÍMICA DO CIMENTO Conclusões de Mehta e Burrows acerca dos cimentos:

QUÍMICA DO CIMENTO Atualmente percebe-se um aumento do teor de C 3 S em detrimento do C 2 S, aumentando a geração de calor de hidratação e do grau de fissuração.

QUÍMICA DO CIMENTO Variação do teor de C 2 S.

QUÍMICA DO CIMENTO Variação do teor de C 3 S.

QUÍMICA DO CIMENTO Variação do teor de C 3 A.

QUÍMICA DO CIMENTO Variação do teor de C 4 AF.

PROPRIEDADES E ENSAIOS TEMPOS DE PEGA: Início de Pega: é o tempo em que ocorre o início do endurecimento do cimento, após a adição da água. Fim de Pega: é o tempo necessário para ocorrer o término do endurecimento do cimento.

PROPRIEDADES E ENSAIOS Classificação de acordo com os tempos de pega: - Pega rápida: início de pega menor que 30min. - Pega semi-rápida: início de pega entre 30min e 60 min. - Pega normal: início de pega maior que 60min.

PROPRIEDADES E ENSAIOS O ensaio é realizado com o Aparelho de Vicat.

PROPRIEDADES E ENSAIOS FINURA: O grau de moagem (finura) influencia nas propriedades do cimento. Quanto mais fino o cimento, mais rápida é a pega e maior a quantidade de calor de hidratação liberada.

PROPRIEDADES E ENSAIOS FINURA: Métodos de ensaio: - Sedimentação Lei de Stokes; - Turbidímetro; - Permeabilímetro Blaine; - Granulometria a Laser; - Peneiramento.

PROPRIEDADES E ENSAIOS EXPANSIBILIDADE: É o aumento de volume da pasta devido à hidratação dos compostos. O MgO é o principal responsável por esse aumento de volume ao formarem cristais de Periclásio. O gesso também pode ocasionar a expansão.

PROPRIEDADES E ENSAIOS RESISTÊNCIA À SULFATOS: Teor de C 3 A menor que 8%; Teor de adições carbonáticas menor que 5%; 60% a &0% de escória de alto forno; 25% a 40% de Pozolana.

PROPRIEDADES E ENSAIOS MASSA ESPECÍFICA: Varia de 2,9 g/cm 3 no CP IV até 3,18g/cm 3 no CP II

PROPRIEDADES E ENSAIOS RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO: É influênciada pela quantidade de água em relação à quantidade de cimento. Para ensaio prepara-se uma argamassa 1:3:0,48 com areia normal (IPT)