Disciplina: TC 030 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I Aglomerantes PROF. JOSÉ FREITAS ADAPTADO POR: PROF. RONALDO MEDEIROS-JUNIOR Introdução DEFINIÇÃO Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção São produtos capazes de provocar a aderência dos materiais. CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO MODO DE ENDURECER: Quimicamente inertes: Endurecem por simples secagem. Ex: argilas, betumes. Quimicamente ativos: Endurecem devido a reações química Ex: Cimento Portland 2 Introdução Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Introdução Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção CLASSIFICAÇÃO QUANTO A RELAÇÃO COM A ÁGUA: Quimicamente ativos: Aéreos Necessitam da presença do ar para endurecer. Hidráulicos Não necessitam da presença do ar para seu endurecimento. Quimicamente ativos: AÉREOS: Depois de endurecidos, não resistem bem a água. Devem ser usados apenas em contato com o ar. Ex.: Cal aérea, Gesso 3 4 Introdução Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Introdução Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Quimicamente ativos: Quimicamente Ativos Hidráulicos: HIDRÁULICOS: Depois de endurecidos, resistem bem a água. O endurecimento dos aglomerantes hidráulicos se dá por ação exclusiva da água (reação de hidratação). Ex.: Cal hidráulica, Cimento aluminoso, Cimento Portland. Hidráulicos simples Hidráulicos com adições Hidráulicos mistos 5 6 1
Introdução Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Introdução Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Quimicamente Ativos Hidráulicos: HIDRÁULICOS SIMPLES: Um único produto, não tendo mistura. Ex.: Cimento Portland Cimento aluminoso Cal hidráulica. Quimicamente Ativos Hidráulicos: HIDRÁULICOS MISTOS: Mistura de dois aglomerantes simples. Ex.: Mistura de CP com cimento aluminoso. Tem pega muito rápida 7 8 Introdução Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Introdução Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Quimicamente Ativos Hidráulicos: HIDRÁULICOS COM ADICÕES: simples + adições p/ modificar certas características. Diminuição: permeabilidade, calor de hidratação, retração ou preço. Aumento: resistência a agentes agressivos, plasticidade ou resistência a baixas temperaturas. Resumindo: ALOMERANTES Quim. Inertes Quim. Ativos Aéreos Hidráulicos Simples Mistos c/ adições 9 10 Tempo de pega Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Tempo de pega Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Tempos de início e final de pega Definições: Pega - período inicial de solidificação da pasta Início de pega Momento que a pasta começa a enrijecer Fim de pega - Momento que a pasta já está completamente sólida Endurecimento Ganho de resistência, mesmo após o final de pega. Tempos de início e final de pega APARELHO DE VICAT (Coutinho, J. S.; FEUP, 1988) 11 Luis J. Vicat, França, 1828 2
Tempo de pega Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Tempo de pega Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção APARELHO DE VICAT O Aparelho de Vicat é composto por: Parafuso para ajuste da altura; Haste; Parafuso para ajuste da sonda; Agulha p/ início de pega; Agulha p/ final de pega; Base; Sonda de Tetmajer; Molde cônico e escala. Tempos de início e final de pega Escala graduada Sonda de Tetmajer Amostra de aglomerante APARELHO DE VICAT Sonda de Tetmajer Agulha de Vicat Ensaios (NBR NM 43) - Determinação da Água da Pasta de Consistência Normal (NBR NM 65) - Determinação dos Tempos de Pega 13 14 Tempo de pega Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Tempo de pega Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Tempos de início e final de pega Tempos de início e final de pega Escala graduada APARELHO DE VICAT Sonda de Tetmajer Agulha de Vicat escala Agulha de Vicat Amostra de aglomerante 15 agulha (José A. Freitas Jr.) amostra da pasta do aglomerante Agulha com arruela para verificação do final de pega APARELHO DE VICAT 16 Tempo de pega Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Tempo de pega Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Tempos de início e final de pega Pasta de Consistência normal Tempos de início e final de pega Classificação: 0,5 mm 4 +/- 1 mm INÍCIO PEGA FINAL PEGA Ensaios (NBR NM 43) - Determinação da Água da Pasta de Consistência Normal (NBR NM 65) - Determinação dos Tempos de Pega O concreto ou argamassa deve estar aplicado e adensado dentro das formas antes do início da pega. 18 3
Massa específica Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Massa unitária Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Massa específica e unitária: Massa Específica: ME = Massa / volume real Massa Unitária: MU = Massa / volume aparente (inclui vazios entre grãos) Massa específica e unitária: Massa Específica: ME = Massa / volume real Massa Unitária: MU = Massa / volume aparente (inclui vazios entre grãos) Quem é maior, ME ou MU? Massa Unitária Massa Específica 19 20 Superfície específica Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Superfície específica Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Superfície específica : Superfície específica : SE = áreas dos grãos Área dos grãos: soma das áreas de todos os grãos contidos em uma unidade de massa. Área dos grãos calculada a partir do diâmetro médio das partículas determinado pelo permeabilímetro de Blaine. 21 22 Superfície específica Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Superfície específica Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Superfície específica: Caracteriza a finura; Quanto maior o valor do Blaine, mais fino é o pó do aglomerante, mais rápida é sua hidratação. K é a constante do aparelho; ε é a porosidade da camada = cte; t é o tempo medido (s) ρ é a massa específica do cimento (g/cm³) η é a viscosidade do ar à temperatura do ensaio tabela da norma (Pa/s) S é a superfície específica Superfície específica: Amostra Permebilímetro Blaine 3 K ε t S = ρ (1 ε ) 0, 1η ITAMBÉ 23 (F.Bauer) 24 4
Massa unitária Prof. Dr. Ronaldo Medeiros-Junior Materiais de Construção Qual a massa unitária de um aglomerante usado no ensaio em que o volume dos grãos, contido em um recipiente de 16 dm 3, é de 8,20 dm 3 e sua massa específica é de 2,71 kg/dm 3? Qual o percentual de vazios de um material cuja massa específica é 2,40 kg/dm 3 e massa unitária é 0,77 kg/dm 3? 25 É um aglomerante aéreo CAL pode também ser obtida de resíduos É o produto resultante da calcinação de carbonatos de cálcio e/ou magnésio a uma temperatura inferior ao do início de sua fusão (cerca de 900 o C). 27 28 Etapas da cal: Etapas da cal: Rocha Calcária a) Calcinação CaCO 3 + calor CaO + CO 2 ar a) Calcinação (900 o C) CaCO 3 = Carbonato de Cálcio CaO = Cal, Cal Virgem ou Cal viva Alterações físicas: 44 % do peso Perde 12 a 20 % do volume MgCO 3 + calor MgO + CO 2 (900 o C) ar 29 30 5
exigências químicas Cal virgem: CV E (especial) Anidrido Carbônico CO 2 Na fábrica 6 % Anidrido Carbônico CO 2 no depósito/obra 8 % Cal virgem: CaO + MgO NBR 6453/2003 CV C (comum) 12 % 15 % CV - E 90 % CV P (em pedra) 12 % 15 % CV - C 88 % CV - P 88 % NBR 6453/2003 31 32 NBR 6453/2003 Etapas da cal: Cal virgem: Finura (% retida) # 1,00 mm Finura (% retida) # 0,30 mm b) Extinção da cal CV - E 2,0 % 15 % CaO + H 2 O Ca(OH) 2 + calor CV - C 5,0 % 30 % Muito Ca(OH) 2 = Cal extinta, Cal hidratada ou Hidróxido de Cálcio CV - P 85 % --- O Hidróxido de cálcio é o aglomerante. 33 34 Etapas da cal: b) Extinção da cal CaO + H 2 O Alteração física: Ca(OH) 2 + calor Muito Pode chegar a 360 o C a 400 o C Processo exotérmico Recupera a maior parte do peso e volumes perdidos. Cerca de 24% do peso do produto formado é H 2 O O hidróxido de cálcio (cal extinta) é o aglomerante empregado nas argamassas de cal usadas principalmente na execução de alvenarias e revestimentos, fornecendo argamassas com excelente trabalhabilidade. 35 36 6
Etapas da cal: Etapas da cal: c) Endurecimento ou recarbonatação ar Ca(OH) 2 + CO 2 ar CaCO 3 + H 2 O a Hidratação/Extinção b Recarbonatação c Calcinação Ca(OH) 2 = hidróxido de cálcio CaCO 3 = carbonato de cálcio 37 38 DESIGNAÇÃO DOS PRODUTOS CAL VIRGEM ou CAL VIVA = Calcário calcinado CaO CAL HIDRATADA = Cal Virgem depois da hidratação Ca(OH) 2 Cal virgem é classificada conforme o óxido predominante: Cal virgem cálcica Cal virgem dolomítica Cal virgem magnesiana 40 95% de (CaO + MgO) No máximo: 5% de SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 Cal virgem cálcica: CaO - entre 100% e 90% dos óxidos totais Rendimento: Ganho de volume da cal virgem ao hidratar. (volume de pasta em metros cúbicos que se obtém com uma tonelada de cal viva) Cal virgem magnesiana: CaO - entre 90% e 65% dos óxidos totais Cal Gorda Cal Magra Cal virgem dolomítica: CaO - entre 65% e 58% dos óxidos totais D = Dolomito - CaCO 3.MgCO 3 41 42 7
Cal gorda: Rendimento em pasta > 1,82 Calcários com impurezas < 5 % Geralmente Produz maior volume de pasta, mais plástica, homogênea e mais expansiva. Cal gorda: Cal Cálcica Cal magra: Rendimento em pasta < 1,82 Calcários com impurezas > 5 % Produz menor volume de pasta, mais seca, grumosa e menos expansiva. 43 Cal Magnesiana Cal magra: 44 CALCÁRIO Reservas no Brasil: Etapas de produção Paraná C = Calcário - CaCO 3 D = Dolomito - CaCO 3.MgCO 3 46 PRODUÇÃO DA CAL PRODUÇÃO DA CAL Produção em Rio Branco do Sul-PR Produção em Rio Branco do Sul-PR Mina de calcário Mina de calcário Fotografias, alunos: C.Natucci, E. M. Araújo, F. Mitsuhasi; G. Balbinot, G. Lorenci e J.G.Yared 47 Britagem Fotografias, alunos: C.Natucci, E. M. Araújo, F. Mitsuhasi; G. Balbinot, G. Lorenci e J.G.Yared 48 8
Fornos para calcinação da cal PRODUÇÃO DA CAL Produção em Rio Branco do Sul-PR Mina de calcário Forno de barranco Fotografias, alunos: C.Natucci, E. M. Araújo, F. Mitsuhasi; G. Balbinot, G. Lorenci e J.G.Yared 49 (Freitas, J. A..) Forno intermitente simples a lenha (distribuição descontínua) ABPC Forno vertical contínuo 50 Forno de barranco Produção em Rio Branco do Sul-PR Queima de serragem (alunos: J. de Camargo, J. Lima Neto, M. Costantin Filho, R. Scheidt, Silvio Almeida Cintra) Impurezas: Partículas de carvão - riscos pretos Contaminação no calcário Adulteração da cal: Partículas de sílica Peneiramento da cal Estoque (Aulas USP) (Prof. Mércia Barros) Dissolução em HCl (20%) DESIGNAÇÃO DOS PRODUTOS TEMPO PARA EXTINÇÃO CAL VIRGEM ou CAL VIVA = Calcário calcinado CaO CAL HIDRATADA = Cal Virgem depois da hidratação Cal em pedra - de 7 a 10 dias. Cal pulverizada - de 20 a 24 horas após a extinção. Cal magnesiana - 2 semanas no mínimo (a extinção/hidratação do óxido de magnésio é muito lenta). Ca(OH) 2 53 54 9
OS TANQUES EM OBRA (DEPÓSITOS) Geralmente revestidos de tijolos sendo separados por uma parede interna. Enquanto a cal de um dos tanques esfria e envelhece, enche-se o outro tanque com cal misturada a água. Ca(OH) 2 Este processo permite se obter, sem interrupções, cal bempor extinta, que emisso condições seria deimportante? ser empregada para a fabricação diária de argamassas. 55 Cal em final de hidratação em caixa de madeira, típica de obra. Equipamento industrial para hidratação de cal. 56 exigências químicas NBR 6453/2003 exigências químicas NBR 6453/2003 Cal hidratada: CH I Anidrido Carbônico CO 2 Na fábrica 5 % Anidrido Carbônico CO 2 no depósito/obra 7 % Cal hidratada: CH I CaO + MgO não hidratados 10 % CH II 5 % 7 % CH II 15 % CH III 13 % 15 % CH III 15 % 57 58 APLICAÇÕES 1) No preparo de algumas tintas e colas; 2) Como matéria prima na fabricação de tijolos sílicocalcários; Sílico-calcário APLICAÇÕES 3) Confecção de argamassa; Elevada finura de seus grãos (2 µm de diâmetro) Retenção de água Melhora aderência Maior plasticidade Maiores deformações, sem fissuração. Leveza Retenção de água 59 60 10
APLICAÇÕES 4) Como adição nos pavimentos betuminosos; 5) Na indústria química, indústria cerâmica, no tratamento de água, no preparo de adubos, na siderurgia, etc; O que faz um revestimento que contém cal descolar durante o combate a um incêndio??? 61 Reservas: Calcário: Impacto Ambiental: Muito amplas. Energia: Óleo combustível; Madeira; Forno descontínuo: 2 kcal/g Forno contínuo: 0,9 kcal/g 63 Impacto Ambiental: CO 2 Efeito estufa: Descarbonatação: p/ uma tonelada de CaCO 3 560 kg CaO 440 kg CO 2 - Reabsorvido na recarbonatação Combustível: 1 tonelada de CaO gera 300 Kg de CO 2 - Forno contínuo 640 kg de CO 2 Forno descontínuo 64 Gesso = Gesso de Paris Gesso = Gesso de Paris Produto da desidratação parcial da gipsita - (CaSO 4. 2H 2 0) Impurezas SiO 2, Al 2 O 3, FeO, CaCO 3, MgO Máximo 6% É um aglomerante aéreo, não suporta contato com a água após endurecido. 65 66 11
GESSO ou GESSO DE PARIS Gesso = Gesso de Paris Gipsita Construção civil Uso na medicina CaSO 4. 2H 2 O www.caer.uky.ed Fonte: Schumann, Walter. Rochas e Minerais, 1994 Estrutura cristalina Gesso = Gesso de Paris 2(CaSO 4. 2H 2 O) + calor 190 o C CaSO 4 CaSO 4 H 2 O Reação de produção: 2(CaSO 4.1/2 H 2 O) + 3H 2 O hemidrato Gesso de Paris Gesso Rápido Gesso de Pavimentação Gesso = Gesso de Paris Prosseguindo o aquecimento além dos 200 0 C: 200 0 C - anidrita solúvel (CaSO 4 ) - muito higroscópica (absorve umidade ao ar e reage rapidamente). 600 0 C - anidrita insolúvel - praticamente inerte (endurece lentamente quando em contato com água). 1.000 a 1.200 0 C - GESSO DE PAVIMENTACAO endurece em 12 a 14 h, também chamado GESSO LENTO ou GESSO HIDRÁULICO resistência 100% superior ao gesso de Paris. 69 70 Gesso = Gesso de Paris Produtos obtidos da gipsita, de acordo com as temperaturas. Gesso = Gesso de Paris Reação de pega: 2(CaSO 4.1/2H 2 O) + 3H 2 O 2(CaSO 4.2H 2 O) gipsita (Coutinho, J. S.; FEUP, 2002) 71 Exceção: Aglomerante aéreo é aquele que tem a capacidade de endurecer por reação com o dióxido de carbono ou por reações de re-hidratação e que não adquirem a propriedade de resistir ao contato com a água após endurecido. 72 12
Gesso = Gesso de Paris Gesso = Gesso de Paris Tem pega rápida. Pega: Início: 2 a 3 minutos Término: 15 a 20 minutos do amassamento com água Água de amassamento - água adicionada à mistura 73 Cristais 15 µm (AULAS USP Prof. Antônio Figueiredo et al.) 74 Gesso = Gesso de Paris Gesso = Gesso de Paris O consumo da água de amassamento pela formação da gipsita hidratada aumenta a consistência da pasta dando início a pega; Os cristais formados ao redor dos núcleos ficam progressivamente mais próximos e se aglomeram; Imagem de pasta de gesso, aglomerados de cristais em forma de agulha intertravada, conferindo resistência mecânica. O prosseguimento da hidratação leva à formação de um sólido contínuo com porosidade progressivamente menor e resistência progressivamente maior; Com o crescimento dos cristais e seu devido rearranjo geométrico, há uma expansão do volume do gesso durante sua hidratação, em torno de 0,2 %, caindo para 0,1 % após a evaporação da água excedente. Fonte: Eduardo Cabral, Universidade Federal do Ceará 75 Fonte: Materiais de Construção Civil, IBRACON, 2007 76 Gesso = Gesso de Paris Gesso = Gesso de Paris EFEITO DA SATURAÇÃO Resistências médias em corpos de prova secos e saturados de gesso de paris, conservados 28 dias em ar seco. 77 Fonte: Materiais de Construção Civil, IBRACON, 2007 (Coutinho, J. S.; FEUP, 2002) 78 13
GESSO ou GESSO DE PARIS Calor de hidratação Gesso = Gesso de Paris Jazidas de Gipsita Pólo gesseiro PE: 94% da produção 3.500 km frete p/ regiões Sul (Aulas USP) 80 Gesso = Gesso de Paris Gesso = Gesso de Paris Britagem da gipsita 81 Propriedades: - Pega rápida minutos - Solúvel em água após endurecido - Atacado por fungos e bactérias sulfatófagos - Resistência mecânica diminui com o teor de umidade - Baixa condutibilidade térmica (isolante) - Grande coeficiente de dilatação térmica (2 x concreto) - Corrosivo ao aço Imagem MEV(5000x) de pasta de gesso 82 Aplicações Gesso = Gesso de Paris Chapas de gesso acartonado = DRYWALL Chapas de gesso acartonado Drywall Chapas fabricadas por processo de laminação contínua de uma mistura de gesso, água e aditivos entre duas lâminas de cartão. NBR 14715:2010 www.drywall.org.br 83 14
Chapas de gesso acartonado = DRYWALL Chapas de gesso acartonado = DRYWALL (Coutinho,J. S.) 85 Chapas de gesso acartonado = DRYWALL Chapas de gesso acartonado = DRYWALL 87 88 Gesso = Gesso de Paris Chapas de gesso acartonado = DRYWALL Gesso = Gesso de Paris Placas de gesso Tipos de Chapas Standard (ST) Chapa Branca (áreas secas) Resistente à Umidade (RU) Chapa Verde Resistente ao Fogo (RF) Chapa Rosa Chapas acartonadas - dimensões: L= 60,0 ou 120,0 cm C = 240,0 ou 360,0 cm 89 (Aluno: Bruno H. R. Mortari) (Aluno: Bruno H. R. Mortari) Forro executado com placas em gesso de 60 X 60 cm. As placas têm encaixe "macho e fêmea" e são chumbadas e fixadas ao teto com arame galvanizado. 90 15
Placas de gesso Divisórias em blocos Rebaixamento de teto 91 92 Gesso = Gesso de Paris Peças decorativas Camada única de pasta sobre superfícies de interiores. Confere aspecto liso, bem acabado. Revestimento com pasta de gesso (Coutinho, J. S.; FEUP, 2002) 93 (Fotografias, alunos: A.Monteiro, A. R. Pontes, C. P. Serpa, C. Vasco, F. Silva e I. Dalmagro) 94 Gesso = Gesso de Paris HIDRÁULICOS Reservas: Impacto Ambiental: Muito amplas; Duração... Consumo de Energia: O menor dentre os aglomerantes; CO 2 Efeito estufa : Queima de Combustíveis - 0,15 a 0,20 kcal/g gesso; 1 tonelada de gesso gera 45 Kg de CO 2 95 96 16
Depois de endurecidos, resistem bem a água. O endurecimento dos aglomerantes hidráulicos se dá por ação exclusiva da água. Exemplos principais: Cal hidráulica Cimentos (natural; aluminoso; Portland ) (reação de hidratação) 97 98 CAL HIDRÁULICA = Calcário argiloso calcinado. Temperatura de calcinação 900 a 1.000ºC CAL HIDRÁULICA Grau de hidraulicidade: Componentes arg ilosos CaO É um aglomerante hidráulico Características inferiores, em geral, ao Cimento Portland SiO2 Al2O3 + Fe2O CaO + MgO + 3 ou SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 CaO 99 100 CAL HIDRÁULICA Grau de hidraulicidade: CAL HIDRÁULICA Utilizações: - Argamassas de assentamento ou revestimento - Para a produção de blocos - Substituto do filer em pavimentos betuminosos 101 102 17
Cimentos Cimento Natural Cimento Aluminoso Cimento Portland CIMENTO NATURAL Resulta do cozimento de calcários argilosos (teor argila + - 25%), não apresenta cal livre. A cal hidráulica apresenta cal livre. 103 104 CIMENTO NATURAL Tipos: CIMENTO NATURAL De pega rápida - (cimento Romano) Cozimento T < 1000 o C; De pega lenta - Cozimento a 1450 o C; De pega semi-lenta - intermediário entre os 2 anteriores. Romanos desenvolveram um cimento altamente durável. Combinação de cal com "pozolana", (cinza vulcânica na zona de Pozzuoli, junto a Nápoles e ao Monte Vesúvio), permitia obter um cimento que oferecia maior resistência à ação da água. 105 106 CIMENTO NATURAL CIMENTO NATURAL A rapidez da pega dos cimentos Romanos é atribuída a presença do teor mais elevado de aluminato de cálcio. Resistência dos cimentos naturais é baixa, (50% do CP), devido a composição do calcário não uniforme. 107 Alvenaria de pedras ou tijolos cerâmicos assentados com argamassa de cimento pozolânico. 108 18
CIMENTO NATURAL Pantheon (Roma) - 110-125 d.c Concreto maciço com cimento pozolânico. Na cúpula foram utilizados agregados leves (pedra pome). Paredes cilíndricas e cúpula (43,3 m diâmetro) em concreto maciço 10 MPa. 109 CIMENTO NATURAL Na França e na Alemanha é empregado em condutos (esgotos, água); Nos EUA é empregado em pavimentação de estradas de rodagem. No Brasil não é empregado e nem fabricado. Indicado para argamassas e pastas. Pode sofrer pequena retração. www.rosendalecement.net 110 Cimentos CIMENTO NATURAL x Cimento Portland (R. W. Lesley; J. B. Lober, and G. S. Bartlett, History of the Portland Cement Industry, International Trade Press, Chicago, 1924.) www.cement.org Cimento Natural Cimento Aluminoso Cimento Portland 111 112 Produção CIMENTO ALUMINOSO É um aglomerante hidráulico!!! Fundição de calcário (CaCO 3 ) e bauxita (Al 2 O 3 ), (teor bauxíta > 30%) moída misturadas, em fornos de alta temperatura, resfriado, britado e moído. CIMENTO ALUMINOSO Características: Cura rápida - em 24 h resistência superiores a 45 MPa; Aglomerante de preço elevado; Emprego delicado - elevadíssimo calor de hidratação; Alta resistência ao calor dos concretos/argamassas até 1200ºC; Alta resistência a abrasão e química; Endurecimento normal em temperaturas baixas. 113 114 19
CIMENTO ALUMINOSO CIMENTO ALUMINOSO APLICAÇÕES: Concretos refratários; Rápida cura e altas resistências iniciais e finais; Pisos para usar após 6 horas; Chumbamentos/fixação; Reparo em cabeça de protensão, 24 h pode protender, (CP=7 dias); Concretagens junto ao mar para aproveitar maré baixa; Pré-moldados para uso imediato; Rejuntamento e assentamento de tijolos refratários. Pisos industriais Rápido endurecimento e cura (6 h) www.cimentfondu.com Alta resistência química p/ proteção de tubos para esgoto www.cimentfondu.com 115 116 CIMENTO ALUMINOSO Cimentos Endurece em baixas temperaturas. Concreto em fundações de base francesa na Antártida Cimento Natural Cimento Aluminoso Cimento Portland www.cimentfondu.com www.cimentfondu.com Suporta altas temperaturas. Concreto em instalações de siderurgia 117 118 É um aglomerante hidráulico!!! Material obtido pela cozedura até a fusão de uma mistura calcário-argilosa argilosa que dá origem ao clinquer. Engenheiro John Smeaton, 1756, procurava aglomerante que endurecesse na presença de água, para facilitar o trabalho de reconstrução do farol de Eddystone, na Inglaterra. Verificou que mistura calcinada de calcário e argila tornava-se, depois de seca, tão resistente quanto as pedras utilizadas nas construções. www.cimentoitambe.com.br 119 120 20
Joseph Aspdin em 1824 patenteou a descoberta, batizando de cimento Portland, referência a um tipo de pedra muito usada em construções na região de Portland, Inglaterra. www.cimentoitambe.com.br http://www.dorchesterdorset.com/portland.php Produto de natureza granulosa, resultante da calcinação de uma mistura de materiais. Pedra Calcária + Argila + Calor (CaCO 3 ; MgCO 3 ) (SiO 2 ; Al 2 O 3 ; Fe 2 O 3 ;...) (~1450 o C) 121 122 Composição Dados históricos Clínquer Calcário (~80 %) Cimento Clínquer (~95 %) CaO C Argila (~20 %) Gipsita (~3 %) SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 S A F CaO SO 4 C S Obs.: Minério de ferro 123 http://www.snic.org.br/ 124 Dados históricos Dados históricos http://www.snic.org.br/ 125 126 http://www.snic.org.br/ 21
Dados históricos http://www.snic.org.br/ 127 http://www.snic.org.br/ 128 Dados históricos Dados históricos http://www.snic.org.br/ 129 http://www.snic.org.br/ 130 Dados históricos PRODUÇÃO: (1,5 a 3%) CP V RS http://www.snic.org.br/ 131 132 22
- PRODUÇÃO CALCÁRIO PRODUÇÃO CaCO 3 MgO SiO 2 ARGILAS VAI P/ FORNO Al 2 O 3 Fe 2 O 3 Si O 2 PUC - RJ 133 MIN. FERRO Fe 2 O 3 Cia Cim. Rio Branco Votorantin 134 Moagem e Mistura Processo por via seca PRODUÇÃO Moagem e Mistura Processo por via úmida Argila + Água PRODUÇÃO Lama + Calcário Estufa Moinho Silos de homogeneização Mistura Formação de lama Moinho Silos de homogeneização A composição básica da mistura é quimicamente controlada eventualmente são feitas correções. e PRODUÇÃO Via Seca Via Úmida MOINHO DE ROLOS Eficiência energética Para moagem da farinha crua. As fábricas modernas de cimento priorizam o processo por via seca, o qual em termos de energia é mais eficiente, uma vez que a água usada para produzir a lama deverá ser evaporada na operação de queima. ITAMBÉ ITAMBÉ 138 23
Vista de dentro do forno ESQUEMA DA SECAGEM E MOAGEM DA FARINHA E DO FORNO VEM DO MOINHO DE FARINHA FORNO Cia Cim. Rio Branco Votorantin CLINQUER (Coutinho, J. S.; FEUP, 1988) ITAMBÉ VAI P/ MOINHO DE BOLAS 139 Cia Cim. Rio Branco Votorantin 140 VEM DOFORNO Cia Cim. Rio Branco Votorantin Interior do moinho de bolas - RESUMINDO ITAMBÉ Cia Cim. Rio Branco Votorantin Cia Cim. Rio Branco Votorantin 141 142 - RESUMINDO Calcário (80 %) Cimento Portland - Via Seca Moagem Argila (20 %) Pré-Aquecedor Forno (>1450 o C) Obs.: Minério de ferro Gipsita (3 %) Clínquer (95 %) Cimento Portland Moagem Final 143 Via Seca 1. Britagem 2. Estocamento de matéria prima 3. Secagem 4. Mistura proporcionalmente 5. Moagem 6. Silos de espera Via Úmida 7. Estocagem da lama 8. Moagem 9. Silos de espera Ambos os processos 10. Queima no forno 11. Resfriamento do clínquer 12. Estocamento do clínquer 13. Adição de Gipsita Moagem 14. Silos de cimento 15. Etapa final 144 Adaptado de Eliana Monteiro, UPE 24
COMPOSIÇÃO TÍPICA DO CLINQUER DE CIMENTO PORTLAND 67% CaO (C) 22% SiO 2 (S) 5% Al 2 O 3 (A) 3% Fe 2 O 3 (F) 3% de outros óxidos. 100 % - óxidos totais Outros compostos em menor quantidade Na 2 O, MnO, K 2 O, magnésio, enxofre, fósforo 145 CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND Difração de Raios X: Técnica utilizada para a identificação das fases constituintes do clínquer. Microscopia Ótica e Eletrônica de Varredura: Observação morfológica das amostras. 146 CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND Ensaio de Lixiviação: Visa simular as condições de exposição do cimento ao meio ambiente. Ensaio de solubilização: Visa complementar o ensaio de lixiviação, se o resíduo é inerte (Classe III) ou não. CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND Ensaio de Resistência Mecânica à Compressão: É o controle de qualidade fundamental do produto. Limites mínimos de resistência à compressão exigidos para 3, 7 e 28 dias. NBR 7215/97 147 148 50 mm Capeamento com pasta de enxofre CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 100 mm Capeador CP moldado com proporção determinada por norma 149 F Ruptura 150 25
Notação: C - CaO S - SiO2 A - Al2O3 C3S - Alita F - Fe2O3 151 152 C 3 S Propriedades dos compostos do clínquer Alita: 50 a 70% Responsável pela resistência nos primeiros dias de idade da pasta. Os cimentos ricos em C 3 S tem resistência inicial mais alta. Hidrata com velocidade mediana/alta e libera quantidade mediana/alta de calor Notação: C - CaO S - SiO2 A - Al2O3 F - Fe2O3 C2S - Belita 153 154 C 2 S Propriedades dos compostos do clínquer Belita: 15 a 30% Reage com a água lentamente até os primeiros 28 dias. Apenas em pouco mais de 1 ano atinge a resistência do C 3 S. Notação: C - CaO S - SiO2 A - Al2O3 F - Fe2O3 C3A - Aluminato tricálcico Como reage lentamente, apresenta pequeno calor de hidratação (USP) 155 156 26
Propriedades dos compostos do clínquer Notação: C - CaO C 3 A Aluminato Tricálcico: 5 a 10% Pega quase instantânea. S - SiO2 A - Al2O3 C4AF - Ferroaluminato tetracálcico Pela intensidade de reação em curto espaço de tempo, desenvolve alto calor de hidratação. F - Fe2O3 Resulta em composto de pouca resistência mecânica e baixa resistência a ação de águas agressivas (sulfatos). (USP) 157 158 Propriedades dos compostos do clínquer ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND C 4 AF Ferroaluminato tetracálcico: 5 a 10% Apresenta pega em poucos minutos, mas não instantânea como o C 3 A. Os compostos formados apresentam resistência ligeiramente inferior aos formados pelo C 3 A. Porém, sua resistência a águas agressivas é maior. Como a hidratação é mais lenta, desenvolve menor calor do que o C 3 A. (USP) Alita (C 3 S) Belita (C 2 S) Enrijecimento inicial da massa Silicatos ± 70 % do cimento Taxa de desenvolvimento de resistência Aluminatos Aluminato tricálcico Ferroaluminato tetracálcico 159 160 PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS DO CLINQUER Propriedades dos compostos do clínquer + C 2 S + C 2 S + C 3 S Resistência mecânica X efeitos da hidratação dos compostos anidros. (Zampieri, 1989) + C 3 S 161 (Aulas USP) 162 27
Taxa de hidratação dos compostos: 100 - A hidratação do cimento Portland é exotérmica. Tempo (dias) 163 164 Propriedades dos compostos do clínquer Teor (%) TABELA RESUMO: Taxa de Hidratação Resistência inicial Contribuição para Resistência final Calor de Hidratação C 3 S 50-70 Alta Alta Baixa Alta C 2 S 15-30 Baixa Baixa Alta Baixa C 3 A 5-10 Muito Alta Alta Baixa Alta C 4 AF 5-10 Moderada Baixa Moderado Baixa 165 COMPOSTOS DO CLINQUER Clinquer -> quatro compostos anidros principais 2 silicatos e 2 aluminatos Notação: C3S -3CaOSiO2 - Silicato tri-cálcico C - CaO C2S - 2CaOSiO2 - Silicato di-cálcico S - SiO2 C3A - 3CaOAl2O3 A - - Aluminato tri-cálcico Al2O3 F - Fe2O3 C4AF - 4CaOAl2O3Fe2O3 - Ferro Aluminato tetra-cálcico 166 COMPOSTOS DO CLINQUER C 2 S COMPOSTOS DO CLINQUER Estrutura de um clínquer de cimento Portland relativamente comum observado ao microscópio ótico: C 3 S 167 Belita, C 2 S ou silicato bicálcico Forma arredondada. Alita ou C 3 S ou silicato tricálcico Forma aproximadamente hexagonal. 168 28
Reações de Hidratação ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND Reações Químicas: Notação: 2C 3 S + 6H C 3 S 2 H 3 + 3CH + 120 cal/g C - CaO 2C 2 S + 4H C 3 S 2 H 3 + CH + 62 cal/g S - SiO 2 A - Al 2 O 3 C 3 A + CSH 2 Etringita + 300 cal/g F - Fe 2 O 3 H - H 2 O Pega: é o começo do endurecimento S - SO 3 Endurecimento: resulta da hidratação progressiva dos compostos anidros do cimento A pasta de cimento evolui através das reações químicas entre os minerais do cimento Portland e a água 170 HIDRATAÇÃO DO CIMENTO HIDRATAÇÃO DO CIMENTO Principais reações de hidratação: C 3 S 2C 3S + 6H 2O 3CaO.2SiO 2.3H 2O + 3Ca(OH) 2 + 120 cal/g 100 24 75 49 C 2 S 2C 2S + 4H 2O 3CaO.2SiO 2.3H 2O + Ca(OH) 2 + 62 cal/g 100 21 100 21 Principais reações de hidratação: C 3 S 2C 3S + 6H 2O 3CaO.2SiO 2.3H 2O + 3Ca(OH) 2 + 120 cal/g 100 24 75 49 C 2 S 2C 2S + 4H 2O 3CaO.2SiO 2.3H 2O + Ca(OH) 2 + 62 cal/g 100 21 100 21 Portlandita ou Hidróxido de Cálcio Cristais prismáticos grandes que representam 20 a 25 % dos constituintes de uma pasta de cimento HIDRATAÇÃO DO CIMENTO HIDRATAÇÃO DO CIMENTO Principais reações de hidratação: C 3 S 2C 3S + 6H 2O 3CaO.2SiO 2.3H 2 O + 3Ca(OH) 2 + 120 cal/g 100 24 75 49 C 2 S 2C 2S + 4H 2O 3CaO.2SiO 2.3H 2O + Ca(OH) 2 + 62 cal/g 100 21 100 21 Silicato de Cálcio Hidratado (C-S-H) representa 50 a 60 % dos constituintes de uma pasta de cimento Principais reações de hidratação: C 3 A C 3A + 3CaSO 4.2H 2O + 26H 2O 3CaO.Al 2O 3.3CaSO 4.32H 2O + calor 100 191 173 464 C 3A + 6H 2O 3CaO.Al 2O 3.6H 2O + calor (calor total = 207 cal/g) C 4 AF C 4AF + 2 Ca(OH) 2 + 10H 2O 3CaO. Al 2O 3.6H 2O + 3CaO.Fe 2O 3.6H 2O + 100 cal/g 29
HIDRATAÇÃO DO CIMENTO Principais reações de hidratação: C 3 A Cristais de sulfoaluminato de cálcio hidratado representam 15 a 20 % dos constituintes de uma pasta de cimento HIDRATAÇÃO DO CIMENTO Grãos de clinquer não hidratados - Encontrados na microestrutura de cimento, mesmo após longos períodos de hidratação C 3A + 3CaSO 4.2H 2O + 26H 2O 3CaO.Al 2 O 3.3CaSO 4.32H 2 O + calor 100 191 173 464 C 3A + 6H 2O 3CaO.Al 2O 3.6H 2O + calor C 4 AF (calor total = 207 cal/g) C 4AF + 2 Ca(OH) 2 + 10H 2O 3CaO. Al 2O 3.6H 2O + 3CaO.Fe 2O 3.6H 2O + 100 cal/g FONTE: http://www.cimentoitambe.com.br/ SÓLIDOS NA PASTA DE CIMENTO SÓLIDOS NA PASTA DE CIMENTO Cristais de hidróxido de cálcio hidratado CH Cristais de hidróxido de cálcio hidratado CH Cristais grandes hexagonais de Ca(OH) 2 Porosos Volume: 20 a 25% ph elevado da pasta (ph 13) (Andión et al., 2001) Solúveis em água Muito reativos quimicamente (Andión et al., 2001) 177 178 SÓLIDOS NA PASTA DE CIMENTO ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND Teoria 1: Dissolução Etringita Sulfoaluminato de cálcio hidratado Volume: 15 a 20 % Início: etringita Depois: monosulfato hidratado (Mehta e Monteiro,1994) 179 180 30
ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND Teoria 2: Hidratação no estado sólido Reações ocorrem diretamente na superfície dos grãos do cimento sem entrarem em solução ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND Estudos sobre microscopia de pastas de cimento demostraram que a teoria 1 prevalece nos estágios iniciais e a teoria 2 passa a prevalecer no estágio posterior, quando a mobilidade iônica na solução fica restrita. 181 182 ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND PEGA DO CIMENTO PORTLAND Fatores que afetam: Aluminatos: Pega inicial (C 3 A cristaliza rápido) Finura: Mais fino, final de pega e endurecimento mais rápido Gesso (SO 3 ): (~3%) adicionado ao clinquer para retardar pega inicial do C 3 A CRESCIMENTO DOS CRISTAIS 183 184 PEGA DO CIMENTO PORTLAND Aditivos: Fatores que afetam: Cloreto de sódio: acelera a pega (PROIBIDO) Carbonatos alcalinos: forte aceleração (1 a 2%, início de pega em poucos minutos) Hidróxidos de sódio, de potássio ou silicato de sódio: notável aceleração Açúcar: solução de 1% impede a pega 185 CALOR DE HIDRATAÇÃO É a quantidade de calor, em calorias por grama (ou Joules por grama) que é liberada durante o processo de hidratação do cimento. Vantagens Concretagem durante o inverno quando a temperatura ambiente pode ser muito baixa Calor de hidratação muito elevado: Desvantagens - Concreto Massa - Aparecimento de trincas de retração 186 31
CALOR DE HIDRATAÇÃO Fatores que afetam: CALOR DE HIDRATAÇÃO Finura X Calor de Hidratação - Composição química C 3 A obs.: C 3 S mais calor que C 2 S - Finura do cimento mais fino, mais rápido hidrata - pozolanas menos calor (Aulas USP) 187 188 Finura Tamanho dos grãos Qual a utilidade de se saber a finura do cimento? -Influencia na velocidade da reação de hidratação - Influencia nas qualidades da pasta, das argamassas e do concreto Melhora a coesão Diminui a segregação Melhora a resistência Aumento da Finura Aumenta a impermeabilidade Aumenta a trabalhabilidade Finura Resist. à compressão (MPa) 50 1 ano 40 90 dias 28 dias 30 7 dias 20 150 200 250 300 Área específica (m 2 /kg) Resistência Tempo de Pega C 3 S Resistência em todas as idades, principalmente até o fim do primeiro mês de cura (até próximo a um ano) C 3 S Segundo em importância no tempo de pega C 2 S Processo de enducerimento em idades mais avançadas, ganho de resistência a um ano ou mais C 2 S Menor contribuição C 3 A Resistência no primeiro dia C 3 A Responsável pela rapidez de pega C 4 AFe Menor contribuição C 4 AFe Menor contribuição 32
Calor de Hidratação C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AFe Segundo em importância no processo de liberação de calor Menor contribuição Primeiro em importância no processo de liberação de calor Menor contribuição A estabilidade do cimento é uma característica ligada à ocorrência eventual de indesejáveis expansões volumétricas posteriores ao endurecimento do concreto e resulta da hidratação principalmente da cal e magnésia livre CaO e MgO Fissuras Imperfeições EXPANSIBILIDADE Hidratação lenta Agulha de Le Chatelier Degradação EXPANSIBILIDADE EXPANSIBILIDADE Problemas do cimento que causam expansão: Cal livre: CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 Agulha de Le Chatelier, Usada para avaliar a expansibilidade: e 0,5 cm Origem: Falha no processo de dosagem e fabricação (Excesso de CaO no clínquer carência de argila) Teor não limitado por norma: Determinado indiretamente pelo ensaio de expansibilidade de Le Chatelier 195 (Neville, A.; 1995) 196 EXPANSIBILIDADE EXPANSIBILIDADE Problemas do cimento que causam expansão: 30 mm MgO + H 2 O = Mg(OH) 2 165 mm Menos reativa do que a Cal livre 30 mm Origem: Calcário magnesiano Limitação por norma 6,5% Agulha de Le Chatelier 197 198 33
EXPANSIBILIDADE EXPANSIBILIDADE Problemas do cimento que causam expansão: - Excesso de gesso adicionado < 3% Na 2 O Óxidos de Sódio K 2 O Óxidos de Potássio Origem: Provenientes de componentes da argila presentes na mistura de matérias-primas -Álcalis do cimento Reação Álcali-Agregado 199 RETRAÇÃO RETRAÇÃO Pasta - pseudo-sólidos Aparência de sólidos - rede de poros muito finos contendo ar ou água. Pasta - pseudo-sólidos Essa característica traz propriedades diferentes das de muitos sólidos devido à presença de tensões capilares de água no interior dos poros. 201 202 RETRAÇÃO RETRAÇÃO Tem tanta água assim em uma pasta, argamassa ou concreto? Teor de umidade ao ar Teor de umidade saturado ± 3% ± 6% ± 75 l/m 3 ± 150 l/m 3 Densidade do concreto 2500 kg/m 3 203 204 34
RETRAÇÃO RETRAÇÃO Quantidades de retração muito variável : Pasta pura - 1,5 a 2,0 mm/m Argamassas - 0,6 a 1,5 mm/m Concretos - 0,2 a 0,7 mm/m Fatores que influenciam: Traço: > quantidade de agregados < retração Água de amassamento: + água > retração Dimensões das peças: + volumosas > retração Área de contato das peças: > área > retração Cura: > tempo < retração Umidade média do ar: > seco > retração 205 206 Agentes externos agressivos Nas pastas de cimento/concretos em contato com a água e com a terra podem ocorrer fenômenos de agressividade. Águas Sulfatadas Água do mar Reação do sulfato com aluminato, produzindo um Sulfoaluminato com grande aumento de volume. Expansão interna é responsável pelo fissuramento Possuem cloreto de sódio que contribui para aumentar a solubilidade do Ca(OH) 2 Agentes externos agressivos Águas Ácidas Águas Puras Lavam a cal existente no cimento hidratado Lavam a cal existente no cimento hidratado ADIÇÕES PARA RAZÕES PARA O USO DAS ADIÇÕES ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND TÉCNICAS: Melhoria de propriedades específicas ECONÔMICAS: Diminuição do consumo energético ECOLÓGICAS: Aproveitamento de resíduos poluidores ESTRATÉGICAS: Preservação das jazidas 209 210 35
USO DE ADIÇÕES: RAZÕES TÉCNICAS Redução da difusividade/permeabilidade Redução da capilaridade Maior resistência a alguns agentes agressivos Redução do calor de hidratação Inibição da reação álcali-agregado Penetração de Cloretos Medeiros (2008) > DURABILIDADE 211 Tipo de adições Medeiros-Junior (2014) 214 Fíler carbonático pó de calcário Pozolana - Cinza Volante Escória de alto forno Metacaulim, sílica ativa, sílica de casca de arroz, resíduo de cerâmica vermelha, etc Fíler carbonático pó de calcário Inerte quimicamente; 5 a 10 % do cimento; Não prejudica resistência mecânica; Melhora a trabalhabilidade e o acabamento; Redução de custos. 215 216 36
Fíler carbonático pó de calcário Preenche espaços, tornando a massa mais compacta. Efeito fíler Fíler carbonático pó de calcário Pozolana - Cinza Volante Escória de alto forno Metacaulim, sílica ativa, sílica de casca de arroz, resíduo de cerâmica vermelha, etc 218 POZOLANA - definição - Definição inicial (restrita): Estava associado apenas a cinzas vulcânicas formadas naturalmente e argilas calcinadas, que reagem com a cal na presença de água. - Definição atual (mais ampla): Refere-se a todo material sílico/aluminoso que finamente moído e na presença de água reage com o hidróxido de cálcio formando materiais com caráter cimentício (SABIR; BAI, 2001). POZOLANA - definição Origem: a melhor variedade de cinzas vulcânicas se encontravam em Pozzoli, Itália. Daí o nome pozolana, usado até hoje. 219 220 Chaminé POZOLANA Cinzas volantes Classe C Pó proveniente de fornos que queimam carvão mineral (termoelétricas) POZOLANA Cinza Volante Origem: Usinas de energia que queimam carvão. Inserir figura Aitcin p. 171 Fig 6.44. Cinza volante Zona de combustão 221 37
POZOLANA Cinza Volante (aumentada 5.500 X) POZOLANA - reação Reação no cimento (rápida) C 3 S + H C-S-H + CH Reação pozolânica (lenta) (MBinc.) Pozolana + CH + H C-S-H 223 224 POZOLANA Cinza Volante Retarda o ganho de resistência mecânica Reduz o calor de hidratação Resistência à compressão cimentos com diferentes tipos de adições Resistência à compressão simples (MPa) - Resistência à compressão simples (MPa) - CP IV CP II-F 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 IIF04-32 IIF05-32 10,0 IIF06-32 0,0 0 20 40 60 80 100 Tempo (dias) 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 IV04-32 IV05-32 10,0 IV06-32 0,0 0 20 40 60 80 100 Tempo (dias) Resistência à compressão simples (MPa) - Resistência à compressão simples (MPa) - CP V CP III RS 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 IIIRS04-40 IIIRS05-40 10,0 IIIRS06-40 0,0 0 20 40 60 80 100 Tempo (dias) 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 V04-ARI V05-ARI 10,0 V06-ARI 0,0 0 20 40 60 80 100 Tempo (dias) 225 Medeiros-Junior (2014) 226 POZOLANA Cinza Volante Resistividade Elétrica Superficial (RES) I Retarda o ganho de resistência mecânica a V a a Reduz o calor de hidratação Minimiza a permeabilidade do concreto 227 Medeiros-Junior (2014) 228 38
RES cimentos com diferentes tipos de adições RES (kω.cm) 150 28 dias 60 dias 90 dias 120 dias 150 dias 180 dias 210 dias 150 240 dias 270 dias 300 dias 330 dias 360 dias 390 dias (a) (b) 120 120 90 90 60 60 30 30 0 0 150 0,4 0,5 0,6 150 0,4 0,5 0,6 W/b ratio W/b ratio (c) (d) 120 120 90 90 60 60 30 30 POZOLANA Cinza Volante Retarda o ganho de resistência mecânica Reduz o calor de hidratação Minimiza a permeabilidade do concreto Diminui ocorrência da reação álcali-agregados 0 0 0,4 0,5 0,6 Relação a/c 0,4 0,5 0,6 Medeiros-Junior (2014) 229 230 REAÇÕES ÁLCALI-AGREGADO (RAA): Blocos de fundações de ed. no Recife-PE REAÇÕES ÁLCALI-AGREGADO (RAA): Parapeito de estrutura de ponte www.portcement.org (David Stark- SHRP,1991) RAA em pavimento de concreto (M. Pechhio, Y. Kihara e T. de Andrade,2006) (David Stark- SHRP,1991) POZOLANA Cinza Volante Distribuição do tamanho dos poros Os produtos da reação preenche os espaços capilares grandes melhorando a resistência e impermeabilidade do sistema Taxa de liberação de calor e desenvolvimento da resistência lentos devido a reação lenta Consome óxido de cálcio Contribuição importante para durabilidade da pasta frente aos meios ácidos 233 Fíler carbonático pó de calcário Pozolana - Cinza Volante Escória de alto forno Metacaulim, sílica ativa, sílica de casca de arroz, resíduo de cerâmica vermelha, etc 234 39
Escória de alto forno Subproduto da manufatura do ferro-gusa num alto forno. Obs.: Gusa é uma liga de Ferro e Carbono, obtida em alto-fornos pela reação de minério de ferro com carvão e calcáreo Definição: material não metálico formado essencialmente por silicatos ou por aluminosilicatos de cálcio e outras bases. 235 Escória de alto forno Minério de ferro = Ferro Gusa + Escória 0,5 toneladas de escória tonelada de minério de ferro 236 Escória de alto forno Resíduo do alto-forno siderúrgico Presença de C 2 S e C 3 S Grãos finos (45 µm e 500 m²/kg de finura Blaine) Reduz custos e consome resíduo industrial nocivo ao meio ambiente Escória de alto forno A escória de alto forno é autocimentante, porém em taxas insuficientes para viabilizar o seu uso para fins estruturais. NÃO É UMA POZOLANA!!! 237 238 Escória de alto forno Não prejudica resistência mecânica Possível colocar altos % no cimento CPIII 70% Podem contribuir para a resistência aos sulfatos Minimiza a permeabilidade do concreto Resistência à compressão cimentos com diferentes tipos de adições Resistência à compressão simples (MPa) - Resistência à compressão simples (MPa) - CP IV CP II-F 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 IIF04-32 IIF05-32 10,0 IIF06-32 0,0 0 20 40 60 80 100 Tempo (dias) 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 IV04-32 IV05-32 10,0 IV06-32 0,0 0 20 40 60 80 100 Tempo (dias) Resistência à compressão simples (MPa) - Resistência à compressão simples (MPa) - CP V CP III RS 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 IIIRS04-40 IIIRS05-40 10,0 IIIRS06-40 0,0 0 20 40 60 80 100 Tempo (dias) 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 V04-ARI V05-ARI 10,0 V06-ARI 0,0 0 20 40 60 80 100 Tempo (dias) 239 Medeiros-Junior (2014) 240 40
RES cimentos com diferentes tipos de adições 150 28 dias 60 dias 90 dias 120 dias 150 dias 180 dias 210 dias 150 240 dias 270 dias 300 dias 330 dias 360 dias 390 dias (a) (b) 120 120 90 90 60 60 TIPOS DE CIMENTO PORTLAND RES (kω.cm) 30 0 150 (c) 120 0,4 0,5 0,6 W/b ratio 30 0 150 (d) 120 0,4 0,5 0,6 W/b ratio 90 90 60 60 30 30 0 0 0,4 0,5 0,6 Relação a/c 0,4 0,5 0,6 Medeiros-Junior (2014) 241 242 Cimento Portland CP II Z 32 Composição () Resistência aos 28 dias (MPa) A partir do conhecimento das reatividades relativas e dos seus produtos de hidratação, é possível produzir cimentos com características especiais: 25 32 40 Baixo ou Moderado CALOR DE HIDRATAÇÃO Alta ou Moderada RESISTÊNCIA AO SULFATO Alta RESISTÊNCIA INICIAL 243 244 CP I Cimento Portland Comum CP III Cimento Portland de Alto Forno CP I - S Cimento Portland Comum com Adição CP IV Cimento Portland Pozolânico CP II - E Cimento Portland Composto com Escória CP V ARI Cimento Portland de Alta Resistência Inicial CP II - Z Cimento Portland Composto com Pozolana CP II - F Cimento Portland Composto com Filler 245 246 41
Cimento Portland Comum NBR 5732 Cimento Portland Composto NBR 11578 Cimento Portland de Alto-Forno NBR 5735 Cimento Portland Pozolânico NBR 5736 Cim. Portland de Alta Resistência Inicial NBR 5733 247 Cimento Portland Comum Composto Sigla CP I CP I-S CP II-E CP II-Z CP II-F Classe 25 32 40 25 32 40 25 32 40 25 32 40 25 32 40 Clínquer + Gesso Escória (E) Pozolana (Z) 100 % 0 99-95 1-5 Carbonato (F) 94-56 6-34 0 0-10 94-86 0 6-14 0-10 94-90 0 0 6-10 Cimento Portland Sigla Classe Clínquer + Gesso Escória (E) Pozolana (Z) Carbonato (F) CP I CP II Alto Forno CP III 25 32 40 65-25 35-70 0 0-5 desuso 25 Pozolânico CP IV 85-45 0 15-50 0-5 32 Ari CP V --- 100-95 0 0 0-5 Utilizado quando não são requeridas as propriedades especiais para qualquer um dos outros tipos Cimento Portland comum, podem ser utilizados em trabalhos gerais da construção 249 250 CP III CP IV Utilizado quando se deseja baixo calor de hidratação C 3 S < 35 % C 3 A < 7 % Produzem altos calores de hidratação CP V Utilizado quando se deseja uma alta resistência inicial Consiste de um cimento com elevado teor de C 3 S, contento partículas finas C 2 S > 40 % Produz menos calor de hidratação Boa durabilidade quando apropriadamente dosado e curado Economia de energia e preservação de reservas naturais; pode ter custos mais baixo 251 Principais usos: Reparos emergenciais; Concreto jateado; Fabricação de produtos pré-moldados 252 42
http://www.cimentoitambe.com.br/cimento-certo/ 253 http://www.cimentoitambe.com.br/cimento-certo/ 254 http://www.cimentoitambe.com.br/cimento-certo/ 255 http://www.cimentoitambe.com.br/cimento-certo/ 256 Dados históricos EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO: http://www.snic.org.br/ 257 258 43
Tipo de cimento Portland CPI CPI-S CPII-E CPII-Z CPII-F CPIII CPIV Classe 25 32 40 25 32 40 25 32 40 25 32 Resíduo peneira 75 µm (%) 12,0 10,0 12,0 10,0 Finura Área específica (m 2 /kg) 240 260 280 240 260 280 Tempos de pega (h) Início Fim Expansibilidade (mm) A frio A quente Resistência à compressão (MPa) 1 dia 1 10 5 5 -- 1 10 5 5 -- 8,0 -- 1 12 5 5 -- 8,0 -- 1 12 5 5 -- 3 dias 8 10 15 8 10 15 8 10 12 8 10 7 dias 15 20 25 15 20 25 15 20 23 15 20 CPV-ARI 6,0 300 1 10 5 5 14 24 34 -- 28dias 25 32 40 25 32 40 25 32 40 25 32 Cimento Portland Resistente a Sulfatos NBR 5737 Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação NBR 13116 Cimento Portland Branco NBR 12989 Cimento Portland para Poços Petrolíferos NBR 9831 Garantem o desempenho 259 260 RS = Resistente a Sulfatos CP I RS CP III RS Utilizados quando se deseja moderada resistência ao sulfato ou moderado calor de hidratação Conhecidos como modificados CP II E RS CP IV RS Cimento Portland CP (RS) (Resistente a sulfatos - NBR 5737) Cimentos - CP I, II, III, IV ou V-ARI podem ser resistentes aos sulfatos, atendendo pelo menos uma das condições: Teor de C 3 A do clínquer de no máximo 8%; 262 Cimento Portland CP (RS) (Resistente a sulfatos - NBR 5737) Cimento Portland CP (RS) (Resistente a sulfatos - NBR 5737) Cimentos - CP I, II, III, IV ou V-ARI podem ser resistentes aos sulfatos, atendendo pelo menos uma das condições: Cimentos - CP I, II, III, IV ou V-ARI podem ser resistentes aos sulfatos, atendendo pelo menos uma das condições: Cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60% e 70% de escória granulada de alto-forno, em massa; Cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico, em massa; 263 264 44
Cimento Portland CP (RS) (Resistente a sulfatos - NBR 5737) Cimentos - CP I, II, III, IV ou V-ARI podem ser resistentes aos sulfatos, atendendo pelo menos uma das condições: Cimentos com antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovem resistência aos sulfatos. 265 CP V ARI - RS CIMENTO de ALTA RESISTÊNCIA INICIAL RESISTENTE A SULFATOS NBR 5733 Resíduo na # 200 < 6 % Superfície específica Blaine > 300 (m²/kg) Tempo de pega mínimo 1h Expansibilidade a quente < 5 mm Resíduo insolúvel < 1,0 % Perda ao fogo < 4,5 % SO 3 < 3,5 Dióxido de carbono CO 2 < 3,0 % Óxido de magnésio MgO (%) < 6,5% Resistências 1d > 14 MPa 3d > 24 MPa 7d > 34 MPa 266 Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC) (NBR 13116) Designado por siglas e classes de seu tipo, acrescidas de BC. Geram até 260 J/g aos 3 dias e até 300 J/g aos 7 dias de hidratação Podem ser qualquer um dos tipos básicos. Ex: CP III-32 BC ou CP IV-32 BC Ensaio NBR 12006 - Determinação do Calor de Hidratação pelo Método da Garrafa de Langavant. Retarda o desprendimento de calor em peças de grande massa de concreto, evitando fissuras de origem térmica, devido ao calor desenvolvido durante a hidratação do cimento. Cimento Portland Branco (CPB) Exigências físicas e mecânicas para o cimento Portland Branco NBR 12.989 267 268 Cimento Portland Branco (CPB) Difere do Portland comum pelo fato de apresentar reduzido teor de Fe 2 O 3. Dados históricos CP - 2 a 3,5% de Fe 2 O 3 CPB - 0,2 a 0,80% de Fe 2 O 3 269 270 http://www.snic.org.br/ 45
Cimento Portland Branco (CPB) Cimento Portland Branco (CPB) Aplicação: Fabricação do cimento Portland Colorido (branco + pigmentos); Em rejuntamentos; Em granilites (massa de cimento com pedaços de pedras como mármore, calcário, quartzo, dentre outros) - revestimento possui alta resistência, beleza e fácil manutenção. Preço elevado 271 Concreto de CPB fck 50 MPa - Ponte Irineu Bornhausen - Brusque - SC 272 CIMENTO PORTLAND - ARMAZENAMENTO Cimentos, por serem aglomerantes hidráulicos, devem ser guardados longe de qualquer fonte de umidade, em locais bem secos e protegidos, de preferência, em sacos fechados em locais não expostos à chuva. Prática recomendada é empilhar sacos de cimento sobre estrados secos de madeira a 30 cm do chão e de qualquer parede para evitar a umidade. As pilhas não devem ter mais de 10 sacos de altura para evitar possível empedramento. CIMENTO PORTLAND Impacto Ambiental: Reservas - Calcário: Muito amplas; Duração... O material utilizado em ampla escala para estocagem de cimento é o papel Kraft, devido a sua boa resistência mecânica, logo não rasga com facilidade, e tem boa resistência a médias-altas temperaturas, o que permite ensacamento de cimento ainda quente a baixo custo para otimizar fluxo de produção, o que não funciona com outros materiais plásticos baratos. 273 274 CIMENTO PORTLAND CIMENTO PORTLAND Impacto Ambiental: Impacto Ambiental: Consumo de Energia: 90% - energia térmica gerada por combustível Secagem; Aquecimento; Calcinação das matérias primas. Representa 25% do custo de produção 275 Consumo de Energia: 10% - energia elétrica 25% moagem das matérias-primas; 40 % do clínquer 20 % operações do forno e resfriador Representa 50% do custo de produção 276 46
CIMENTO PORTLAND CIMENTO PORTLAND Impacto Ambiental: Impacto Ambiental: CO 2 Efeito estufa: Queima de Combustíveis - 0,65 a 0,9 kcal/g clínquer; P/ 1 tonelada de clínquer gera 300 Kg de CO 2 Calcinação Calcário MUITO CO 2 (CaCO 3 + calor -> CaO + CO 2 ) CO 2 Total : 900 kg/tonelada de clínquer; Indústria do cimento mais de 7% da emissão de CO 2 mundial. P/ 1 tonelada de clínquer gera 600 kg de CO 2 ; 277 278 CIMENTO PORTLAND Dados históricos Impacto Ambiental: Adição para cimento: reduzem % de clínquer; Minimizam emissões de CO 2 por kg de cimento; Resíduos industriais que iriam para aterros; Cinzas Volantes CP IV 40% Cinzas Volantes; Escórias de alto forno CP III 70% Escória; Substituição por materiais que emitem menos CO 2 Fíler carbonático CP II F 10 % Fíler. http://www.snic.org.br/ 279 280 CIMENTO PORTLAND Impacto Ambiental: Emissões de CO 2 por tipo de cimento: CIMENTO PORTLAND Impacto Ambiental: Emissões de CO 2 por tipo de cimento: Kg CO 2 /t cimento 1000 800 600 400 200 0 CP I CP II-E CP III CP IV Tipo Adição kg CO 2 /tonelada CP II F 10 % Fíler 820 CP II Z 24 % Pozolana + Fíler 700 CP II E 40% Escória + Fíler 580 CP III 75 % Escória 290 CP IV Cinzas Volantes 530 CP V 5 % Fíler 900 Efeito da substituição do Clínquer por adições na emissão de CO 2 281 282 47