MATERIAIS DE CONSTRUÇAO DECIV EM UFOP Aglomerantes Cimento Portland
Cimento Portland
Cimento Portland 3
Cimento Portland Aglomerante hidráulico produzido a partir da moagem do clínquer constituído por silicatos de cálcio hidráulicos, usualmente com adição de sulfato de cálcio 4
Fabricação do cimento 5
Compostos principais do clínquer 6
Fabricação do cimento Matérias-primas calcário fonte carbonato cálcio principal componente do cimento argila formação silicatos e aluminatos areia corretivo quando argila apresenta baixa sílica minério de ferro reduz ponto fusão melhora combinaçao sílica+cal 7
Fabricação do cimento Transporte da matéria prima caminhões fora de estrada 8
Fabricação do cimento Britagem e transporte do calcário 9
Fabricação do cimento Armazenagem e alimentação da argila 10
Fabricação do cimento Moagem e estocagem da matéria prima 11
Fabricação do cimento Pré-calcinador e forno 12
Fabricação do cimento Moagem e estocagem do cimento 13
Matérias-Primas Pedra calcária CaO + CO2 Argila SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 Seqüência de formação dos compostos do clínquer: C4AF C3A C2S C3S Composição Química: A composição em óxidos dos cimentos nacionais varia, comumente, entre os seguintes valores: CaO... 61 a 67% MgO... 0,8 a 6 % SiO2... 20 a 23% Álcalis... 0,3 a 1,5% Al2O3... 4,5 a 7% SO3...1 a 2,3% Fe2O3... 2 a 3,5% TiO2; Mn3O4 e P2O5 - pequenas quantidades Perda ao fogo: < 4,5 % Insolúveis no HCl: < 1,0 % 14
NOTAÇÃO QUÍMICA DOS CIMENTOS ABREVIAÇÕES 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 % C % C % C % C 3 2 3 4 S S = 4,071C - 7,600S - 6,718A -1,430F - 2,805S = 2,867S - 0,754C A = 2,650A -1,692F AF = 3,043F 3 S 15
Microscopia do clínquer C3S = alita C2S = belita 16
Velocidade de Hidratação Resistência compostos do cimento 17
Teores e comportamento dos compostos do cimento cimentos nacionais C 3 S 42 a 60% C 2 S 14 a 35% C 3 A 6 a 13% C 4 AF 5 a 10% Propriedade C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AF Resistência Mecânica Boa (I) Boa (F) Fraca Fraca Intensidade de reação Média Lenta Rápida Rápida Calor desenvolvido Médio Pequeno Grande Pequeno O enrijecimento e a pega são devidos aos aluminatos A Resistência é devida, quase que exclusivamente, aos silicatos. 18
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Diagrama ternário Termodinâmica química Representação da composição de um sistema ternário w i = frações dos componentes vértices 1, 2 e 3 = componentes puros D = mistura binária dos componentes 1 e 2; E = mistura binária de 2 e 3; P, Q, R e S = misturas dos três componentes (1, 2 e 3). 20
Hidratação do cimento Portland A HIDRATAÇÃO GERA: PEGA: período de solidificação da pasta ENDURECIMENTO: ganho de resistência x tempo Mecanismos de hidratação: 1 - dissolução / precipitação 2 - topoquímico 21
Hidratação do cimento Portland 1. dissolução / precipitação: Envolve a dissolução de compostos anidros em seus constituintes iônicos, formação de hidratos na solução, supersaturação e precipitação. 2. topoquímico ou hidratação no estado sólido: As reações passam a ocorrer diretamente na superfície dos componentes do cimento anidro sem entrarem em solução, isto quando a mobilidade iônica se torna restrita. Há uma completa reorganização dos constituintes dos compostos originais. 22
Hidratação do cimento Portland 23
Hidratação de pasta de cimento 24
Hidratação de pasta de cimento 25
Hidratação de pasta de cimento 26
Produtos da hidratação do cimento (1) Silicato de cálcio hidratado: (C-S-H). Constitui de 50 a 60% do volume As reações estequiométricas para pastas completamente hidratadas de C3S e C2S podem ser expressas como: 2C3S + 6H C-S-H + 3CH (<Resistência final) 2C2S + 4H C-S-H- + CH (>Resistência final) 27
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Destaques 1) Produção de C-S-H: C3S produziria: 61% de C-S-H e 39% de Ca(OH)2, C2S produziria: 82% de C-S-H e 18% de Ca(OH)2. 2) Com relação à resistência a ataques químicos: É importante < teor de C3S nos cimentos pozolanas são capazes de incorporar o excesso de Ca(OH)2 do cimento hidratado e produzir mais C-S-H. 29
Destaques 2C3S + 6H C-S-H + 3CH 2C2S + 4H C-S-H + CH 3) Consumo de água nas reações: os silicatos consomem 24% e 21% de água, respectivamente, para a hidratação completa (~23%). 4) A alta resistência inicial dos cimentos melhor moagem aumento de C3S, obtido pelo aumento do CaO na matéria prima aumento do hidróxido de cálcio liberado na hidratação, ou seja, a melhoria na resistência é acompanhada de redução da estabilidade química.
Produtos da hidratação do cimento (2) Ca(OH) 2 : representa 20% a 25% do volume de sólidos da pasta. Sua morfologia é bem definida, formando cristais prismáticos, que aumentam de tamanho à medida que aparecem espaços livres, decorrentes do aumento da relação água/cimento. O hidróxido de cálcio (portlandita) apresenta característica alcalina, sendo portanto responsável pela passivação das armaduras, protegendo-as da corrosão. 31
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Produtos da hidratação do cimento (2) Sulfoaluminatos de cálcio: ocupam de 15% a 20% do volume de sólidos da pasta hidratada, principais compostos a etringita e monossulfato de cálcio. 2[3CaO.Al 2 O 3 ]+ CaSO 4. 2H 2 O 3CaO. 2Al 2 O 3. 3CaSO 4. 32H 2 O (etringita) 33
Produtos da hidratação do cimento (2) 34
Pega e Sulfoaluminatos Fatores que influenciam a duração da pega: (Finura do cimento, consistência e temperatura) Os produtos que aumentam a velocidade de dissolução (aumentam a solubilidade dos constituintes do cimento) são aceleradores. Já os que dificultam são retardadores. (gesso tem ação dupla). 35
FINURA DO CIMENTO Grau de Moagem Além da composição, a finura do cimento influencia a sua reação com a água. haverá uma taxa de reatividade maior e, portanto, maior velocidade no ganho de resistência. HIDRATAÇÃO acontece da superfície para o interior dos grãos grau de moagem influencia taxas de hidratação aumento da velocidade das reações desenvolvimento de calor retração e o aumento da resistência com a idade. 36
Curvas Granulométricas dos Cimentos 37
CALOR DE HIDRATAÇÃO As reações de pega e endurecimento dos cimentos são exotérmicas com elevação da temperatura da massa. quantidade de calor liberada é função da composição do clínquer e é expresso em calorias por grama. É problema em estruturas de concreto massa, de grandes volumes. 38
Resistência aos Esforços Mecânicos A necessidade de qualificação do cimento obedece às razões: seleção pela qualidade vários tipos e vários fabricantes conhecimento prévio do seu comportamento argamassas e concretos. NBR7215 - Determinação da resistência à Compressão argamassa 1:3:0,48 (em massa) areia normal corpos de prova cilíndricos 5 x 10cm idades de 3, 7 e 28 dias 39
Departamento de Engenharia Civil Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto Cimento CP I 40 P r o f. R i c a r d o F I o r o t t I
Departamento de Engenharia Civil Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto Cimentos CP I e CP II 41 P r o f. R i c a r d o F I o r o t t I
Departamento de Engenharia Civil Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto Cimentos CP I, CP II e CP III 42 P r o f. R i c a r d o F I o r o t t I
Cimentos CP I, CP II, CP III e CP IV 43
Cimentos CP I, CP II, CP III, CP IV e CP V 44
Quadro Geral tipos de Cimento
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CIMENTOS outras características ARI (alta resistência inicial) finura maior que os demais máx. de 6% retido na peneira 200# e área específica >300m²/Kg). COMPOSTOS CP II-E com até 34% de escória CP II- Z com até 14% de pozolana CP II-F que é simples, todos possuem ainda até 10% de Filler. O cimento ARS (alta resistência aos sulfatos) só é apresentado na classe 20 (20MPa de resistência à compressão no ensaio normal). POZOLÂNICO teores de materiais pozolânicos: 15 e 50% da massa total do cimento. 48
Aplicações Cimento Portland comum CPI e CPI-S (NBR 5732) construção em geral não indicado para exposição a sulfatos do solo ou águas subterrâneas. Cimento Portland Composto CP II-Z (com material pozolânico - NBR11578 gera menos calor que o CP comum. indicado para concretagens de grandes volumes com pequena capacidade de resfriamento da massa. obras em geral, subterrâneas, marítimas e industriais. baixa permeabilidade, mais durável.
Aplicações Cimento Port. Composto CP II-E (com escória AF NBR11578) intermediário entre o CP comum e o CP de alto-forno. Cimento P Composto CP II-F (com adição de filer calcário NBR 11578) serve para aplicações gerais, locais sem grande agressividade. Cimento Port. de Alto Forno CP III (com até 70% de escória - NBR 5735) apresenta maior impermeabilidade e durabilidade baixo calor de hidratação. indicado para misturas RAA (reação álcali-agregado) RS (resistente a sulfatos). aplicação geral, inclusive obras em ambientes 50 agressivos.
Cimento Portland Pozolânico CP IV (com pozolana NBR 5736) Para ambientes agressivos. Dá concreto mais impermeável e durável. O baixo calor de hidratação favorece sua aplicação em casos de grande volume de concreto. Cimento Portland ARI- CP V (Alta Resistência Inicial - NBR 5737) Adquire resistência rapidamente, é recomendado em indústrias de elementos arquitetônicos prémoldados e de pré-fabricação.
Cimento Portland CP (RS) (Resistente a sulfatos NBR 5733) Pode ser usado em estações de tratamentos de água e esgotos, obras em regiões litorâneas, subterrâneas e marítimas, etc. Qualquer dos tipos pode ser resistente aos sulfatos, desde que atendam a pelo menos uma das condições: teor de C3A e adições carbonáticas 8% e 5% em massa, cimentos do tipo CP III com 60% a 70% de escória, em massa; cimentos CP IV com 25% a 40% de material pozolânico, em massa;
Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC) NBR 13116 para grandes massas. Cimento Portland Branco CPB - (NBR 12989) A cor branca: baixos teores de óxido de ferro uso de caulim no lugar de argila. pode ser colorido com pigmentos adequados.
Cimentos especiais de base mineral Cimento de aluminato de cálcio (CAC) Cimento de escória Cimentos de retração compensada (cimentos expansivos) Cimento ultrafino Cimento geopolimérico Cimento esférico Cimentos de magnésio Cimento de belita, ou C2S (cimento de baixa energia) Cimento de pega rápida 54
Cimentos da Holcim 55