Aglomerantes
Cimento
Adições
Cal
Gesso
Aglomerante Material ligante que tem por objetivo promover a união entre os grãos dos agregados.
AGLOMERANTE ÁGUA PASTA + =
AGLOMERANTE ÁGUA ARGAMASSA + = AGREGADO MIÚDO +
AGLOMERANTE ÁGUA CONCRETO + = AGREGADO GRAÚDO
AGREGADO MIUDO +
CONCRETO
MODERNO =
AGLOMERANTE ÁGUA ADITIVOS
ADIÇÕES + + AGREGADO GRAÚDO
AGREGADO MIUDO +
Aglomerante
Componente cuja principal característica é endurecer, após algum tempo de sua mistura com a água, aglutinando as partículas com coesão e capacidade de ser moldado (trabalhável).
Apresentam-se sob a forma pulverulenta e, quando misturados à água, formam uma pasta capaz de endurecer por simples secagem ou como conseqüência de reações químicas, aderindo às superfícies com as quais foram postos em contato.
Classificação dos Aglomerantes
Quimicamente ativos
Aéreos: A secagem ocorre através do ar. (Ex.: gesso, cal aérea).
Hidráulicos: O endurecimento ocorre por reações com a água. (Ex.: cimento Portland, cal hidráulica).
Cimento Portland Simples
Comum
CP V - ARI
Cimentos Portland Compostos
Cimento Portland composto
Cimento Portland pozolânico
Cimento Portland alto forno
Quimicamente inertes
Argila
Betume
Aglomerantes Aéreos: Após o endurecimento, NÃO
resistem satisfatoriamente quando submetidos à ação da água.
„Aglomerantes Hidráulicos: Resistem satisfatoriamente à água
após endurecimento.
Aglomerantes Requisitos Importantes
Resistência mecânica:
Capacidade de resistir a esforços de compressão, tração, cisalhamento.
Importante também conhecer o comportamento deste ganho de resistência.
Durabilidade:
Capacidade de manter as suas propriedades durante o uso.
A degradação pode ser oriunda de agentes externos (águas ácidas, sulfatadas) ou internos (compostos do próprio aglomerante ou presentes na mistura na qual o mesmo está contido).
Solubilidade:
Capacidade de dissolução em íons (ânions e cátions), efetuada em meio aquoso, influenciada pelo tamanho das partículas, reatividade, temperatura etc.
Reatividade:
Facilidade do material de interagir quimicamente, tendo influência significativa na cinética das reações.
Área específica:
Corresponde à superfície efetiva de contato do sólido com o meio externo, sendo relacionada com a finura.
A área específica de um material é proporcional à sua reatividade.
Aglomerantes Requisitos Importantes
Cimento
Aglomerante hidráulico largamente utilizado para a composição de peças estruturais em concreto e revestimento devido à sua excelente capacidade resistente.
Tipos:
Comum;
Composto;
De alta resistência inicial;
De moderada resistência a sulfatos;
Etc.
Cimento Material existente na forma de um pó fino, com dimensões médias da ordem dos 50 µm, que resulta da mistura de clínquer com outros materiais, tais como o gesso, pozolanas, ou escórias siliciosas, em quantidades que dependem do tipo de aplicação e das características procuradas para o cimento.
Histórico
CIMENTO CAEMENTU “PEDRA NATURAL PROVENIENTE DE
ROCHEDOS”
1756: o inglês John Smeaton consegue obter um produto de alta resistência por meio de calcinação de calcários moles e argilosos.
1818: o francês Vicat obtem resultados semelhantes aos de Smeaton. É considerado o inventor do cimento artificial.
1824: o inglês Joseph Aspdin queima conjuntamente pedras calcárias e argila, transformando-as num pó fino. Percebe que obtém uma mistura que, após secar, torna-se tão dura quanto as pedras empregadas nas construções.
Do Latim…
1888: Antônio Proost Rodovalho empenha-se em instalar uma fábrica em sua fazenda em Santo Antônio, SP;
1892: uma pequena instalação produtora na ilha de Tiriri, PB;
1924: implantação da Companhia Brasileira de Cimento Portland em Perus, SP.
O consumo de cimento no país dependia exclusivamente
do produto importado. A produção nacional foi gradativamente elevada com a implantação de novas fábricas e a participação de produtos importados oscilou durante as décadas seguintes, até praticamente desaparecer nos dias de hoje.
Experiência Brasileira
Matérias-primas
CALCÁRIO ARGILA GESSO + +
CLÍNQUER
Minério de ferro: Adicionado para diminuir o ponto de fusão das matérias primas do cínquer.
Calcários:
São constituídos basicamente de carbonato de cálcio (CaCO3), mas podem conter várias impurezas, como magnésio, silício, alumínio ou ferro;
É uma rocha sedimentar, sendo a terceira rocha mais abundante na crosta terrestre. Somente o xisto e o arenito são mais encontrados.
O elemento cálcio, que abrange 40% de todo o calcário, é o quinto mais abundante na crosta terrestre, atrás apenas do oxigênio, silício, alumínio e o ferro.
OBS.: O carbonato de cálcio é conhecido desde épocas muito remotas, sob a forma de minerais tais como a greda, o calcário e o mármore.
Componentes do Cimento
Importante: O uso de calcários com alto teor de MgO na produção de cimentos causa desvantagens na
hidratação do material:
MgO + H2O → Mg(OH)2
Esta reação produz um elemento expansivo, aumentando o volume final, além de sais solúveis que
podem enfraquecer o concreto quando exposto a lixiviação.
Componentes do Cimento
Argila:
Silicatos complexos contendo alumínio e ferro como cátions principais, além de potássio, magnésio, sódio, cálcio, titânio e outros;
A argila fornece ao cimento os componentes necessários: Al2O3, Fe2O3 e SiO2.
Gesso:
É o produto de adição final no processo de fabricação do cimento, com o fim de regular o tempo de pega por ocasião das reações de hidratação.
O teor de gesso varia em torno de 3% no cimento.
Componentes do Cimento
Fabricação do cimento
• Extração da matéria-prima das minas;
• Britagem e mistura nas proporções corretas:
• 75-80% de calcário e 20-25% de argila.
• Moagem de matéria-prima;
• Cozimento em forno rotativo a cerca de 1450o C:
• A mistura cozida sofre uma série de reações químicas complexas deixando o forno com a denominação de clínquer.
• Clinquerização.
• Redução do clínquer a pó em um moinho juntamente com 3-4% de gesso.
• Adições finais (pozolanas, escórias,…).
Fabricação do cimento
Dois métodos distintos:
• Processo seco: • A mistura é moída totalmente seca e alimenta o forno em forma
de pó. Tem a vantagem determinante de economizar combustível já que não tem água para evaporar no forno.
• Processo úmido: • A mistura é moída com a adição de aproximadamente 40% de
água. É caracterizado pela simplicidade da instalação e da operação dos moinhos e fornos.
Dos dois métodos, produz-se o mesmo clínquer e o cimento final é idêntico nos dois casos.
Fabricação do cimento
Fabricação do cimento
Fabricação do cimento
Fabricação do cimento
Preparação da mistura crua
O calcário e a argila são misturados e moídos até que a mistura crua tenha:
3% de sua massa retida na peneira ABNT #0,150mm
13% de sua massa retida na peneira ABNT #0,088mm.
O processo de moagem se dá num moinho de bolas ou de rolos, por impacto e por atrito.
O material entra no moinho encontrando em contra-corrente ar quente (~220°C), o que propicia a secagem
do material.
O material entra com umidade em torno de 5% e sai com umidade em torno de 0,9% a uma temperatura de final de 80ºC.
Depois de moído, o material é estocado em silos, onde pode ser feita a homogeneização do mesmo.
Processo de clinquerização
Os combustíveis mais utilizados para elevar a temperatura de clinquerização (~1400°C) são: óleo
pesado, coque de petróleo, carvão mineral ou vegetal.
Interior do forno em operação
Processo de clinquerização
O material cru é lançado em uma torre de ciclones, onde ocorre a separação dos gases do material sólido.
Os gases são lançados na atmosfera, após passarem por um filtro eletrostático onde as partículas são precipitadas e voltam ao processo.
Após passagem pelos ciclones, o material entra no forno rotativo, onde ocorrem as reações de clinquerização.
Após a clinquerização, o clínquer formado é bruscamente resfriado com ar frio em contra corrente e é estocado em silos para a produção do cimento.
Processo de clinquerização
Composição química do cimento Portland Composição típica do clínquer de cimento Portland:
CaO (C) - 67%;
SiO2 (S) - 22%;
Al2O3 (A) - 5%;
Fe2O3 (F) - 3%;
outros óxidos - 3%;
COMBINAÇÕES
Fases cristalinas anidras metaestáveis na temperatura ambiente e estáveis ao serem hidratadas.
Silicato tricálcico - Alita (C3S): 50 – 70%
Silicato dicálcico - Belita (C2S): 15 – 30%
Aluminato tricálcico (C3A): 5-10%
Ferroaluminato tetracálcico (C4AF): 5- 15%
Outros compostos em menor quantidade
(Na2O, MnO e K2O, magnésio, enxofre, fósforo...)
Propriedades conferidas ao cimento
Alita (C3S): principal mineral que contribui para a resistência mecânica da pasta de cimento endurecida.
Belita (C2S): reage mais lentamente com a água, porém, após períodos maiores (aproximadamente um ano), atinge a mesma resistência mecânica que a alita.
C3A: reage muito rapidamente com a água, liberando muito calor, mas sem apresentar grande resistência mecânica.
O gesso reage com o C3A em um primeiro momento, gerando produtos insolúveis em água (etringitas) e impedindo que a pega se inicie muito rapidamente.
C4AF: apresenta taxas inicialmente altas de reatividade com a água e, em idades mais avançadas, taxas baixas ou muito baixas contribui pouco para a resistência mecânica.
Reações de hidratação do cimento
Aluminatos de cálcio (C3A, C4AF)
C3A: Primeiro composto a reagir.
Devido à adição do gesso (sulfato de cálcio) ao cimento, para regulação da pega, o aluminato tricálcico é analisado já combinado com este componente:
C3A + CaSO4 . 2H2O → etringita (C3A.3CS.32H) →
C3A.CS.H + C4AH
C4AF → C3(A,F).3CS.32H → C3(A,F) CS H + C4(A,F) H
→ reação imediata → reação lenta
Silicatos de cálcio (C3S, C2S):
2 C3S + 6 H2O → C-S-H + 3 Ca(OH)2
2 C2S + 4 H2O → C-S-H + Ca(OH)2
muito mais tarde
Principal componente formado:
C-S-H (3 CaO . 2 SiO2 . 3 H2O)
Silicato cálcico hidratado – “Gel de Tobermorita”
Principal responsável pela resistência mecânica da pasta de cimento endurecida.
Hidróxido de cálcio (portlandita)
Aumento do pH da pasta (menor acidez).
Reações de hidratação do cimento
Os silicatos de cálcio anidros dão origem a silicatos monocálcicos hidratados e ao hidróxido de cálcio, que cristaliza em escamas exagonais, dando origem à portlandita;
O silicato de cálcio hidratado apresenta-se com semelhança ao mineral denominado tobermorita e, como se parece com um gel, é denominado gel de tobermorita;
A composição do silicato hidratado depende da concentração de cal na solução em que ele está em contato.
Reações de hidratação do cimento
Pega e endurecimento
Pega:
Período de fenômenos químicos, em que ocorrem desprendimentos de calor e reações;
Endurecimento:
Período de fenômenos físicos de secagem e entrelaçamento dos cristais;
Início de pega:
Tempo que decorre desde a adição de água até o início das reações com os compostos de cimento;
Fim de pega:
Situação em que a pasta não sofre mais nenhuma deformação em função de pequenas cargas e se torna um bloco rígido;
Armazenamento do cimento
Granel Silos hermeticamente fechados
Tempo máximo: 180 dias
Sacos Galpões fechados
Estrados de madeira a 30cm do solo e a 30cm das paredes
Empilhamento máximo: 15 sacos
Distância entre pilhas: 60cm
Tempo máximo: 30 dias (canteiro)
Maiores grupos cimenteiros
1. Lafarge
Origem: França
Capacidade (ton): 144 milhões
2. Holcim
Origem: Suíça
Capacidade (ton): 95 milhões
3. Cemex
Origem: México
Capacidade (ton): 77 milhões
4. Heidelberger Zement
Origem: Alemanha
Capacidade (ton): 59 milhões
5. Italcementi Group
Origem: Itália
Capacidade (ton): 51 milhões
6. Taiheiyo
Origem: Japão
Capacidade (ton): 39 milhões
7. Votorantim
Origem: Brasil
Capacidade (ton): 24 milhões
8. Dyckerhoff
Origem: Alemanha
Capacidade (ton): 23 milhões
9. Cimpor
Origem: Portugal
Capacidade (ton): 18 milhões
Fonte: www.cimento.org
Propriedades do cimento
Finura: Corresponde à área específica de contato dos grãos
de cimento com a água da mistura.
Tanto maior quanto mais eficiente for a moagem do clínquer com gesso.
Influência no comportamento do cimento: Velocidade de endurecimento
Potencialidade - reatividade
Determinação:
Finura: peneiramento (nº 200 e nº 325)
Área específica: Permeabilímetro de Blaine
Propriedades do cimento
Tempos de pega: Tempo para a solidificação da pasta plástica de
cimento.
Início de pega: Marca o ponto no tempo em que a pasta torna-se não trabalhável.
Fim de pega: Tempo necessário para a pasta se torne totalmente rígida.
Importância: Determina o período de tempo que o concreto
pode ser trabalhado após o seu lançamento.
Propriedades do cimento
Tempos de pega: Determinação: Aparelho de Vicat.
Início de pega: Agulha penetra 39mm na pasta
Fim de pega: Agulha faz uma impressão na superfície da pasta, sem penetrar
Enrijecimento: Perda de consistência da pasta plástica do cimento.
Determinação:
Perda de abatimento do concreto.
Propriedades do cimento
Expansibilidade / Sanidade / Estabilidade volumétrica:
Retrata a variação de volume do cimento após a pega, por conta de hidratação lenta ou reação expansiva com algum composto presente no cimento endurecido.
CaO, MgO, gesso - sulfato de cálcio (formação de etringita atrasada)
„
Determinação:
Agulha de Le Chatelier
Ensaios em auto clave.
Propriedades do cimento
Resistência característica:
Resistência à compressão que atinge um corpo de prova cilíndrico pequeno fabricado a partir da pasta de consistência normal com o cimento em questão.
Caracteriza o tipo de cimento.
Pasta para o ensaio:
Areia do Rio Tietê;
Água destilada.
Consistência normal.
Propriedades do cimento
Calor de hidratação:
Representa o calor gerado pela reação exotérmica de hidratação do cimento.
Importância:
ŠExecução de peças com grande volume de concreto (concreto massa) - barragens, blocos de fundação...
Fissuras térmicas.
Determinação:
ŠCalorímetro (difícil avaliação precisa – encontrado apenas em grandes laboratórios).
CP
Composição Classe -
Resistência aos 28 dias (MPa)
Cimento Portland
TIPO
Ex.: CPII-E-32
CPII-E (SIGLA)
32 (CLASSE)
SIGLA
NOME TÉCNICO: Cimento Portland composto com escória com resistência característica de 32 MPa.
CIMENTO PORTLAND: NOMENCLATURA
RR XXX
Adições ao cimento
Escória
Aparência semelhante a areia grossa.
Sub-produto de alto-fornos e produção de aço.
Silicatos – características de ligante hidráulico (material cimentante)
Pozolana
Elevado teor de sílica ativa (SiO2).
Ligante hidráulico complementar ao clínquer [Reações Pozolânicas].
Originalmente: argilas contendo cinzas vulcânicas, encontradas na Itália.
Atualmente: pozolanas ativadas artificialmente e sub-produtos industriais como cinzas volantes, provenientes da queima de carvão mineral.
Fíler
Calcário: composto basicamente de carbonato de cálcio (CaCO3), encontrado abundantemente na natureza, finamente moído
Elemento de preenchimento, capaz de penetrar nos interstícios das demais partículas e agir como lubrificante, tornando o produto mais plástico e não prejudicando a atuação dos demais elementos.
Adições ao cimento
Cimento Portland Comum NBR 5732
Cimento Portland Composto NBR 11578
Cimento Portland de Alto-Forno NBR 5735
Cimento Portland Pozolânico NBR 5736
Cimento Portland de Alta Inicial NBR 5733
CIMENTO PORTLAND: NORMALIZAÇÃO
ESPECIFICAÇÕES E APLICAÇÕES
• Todos os tipos de cimento são adequados a
todos os tipos de estruturas e aplicações.
• Existem tipos de cimento que são mais
recomendáveis ou vantajosos para
determinadas aplicações
TIPO Sigla Classe
Composição (%) Norma
Brasileira Clínquer + Gesso
Escória Pozolana Fíler
Comum
CP I 25
100 0
NBR 5732
32
40
CP I-S
25
95 a 99 1 a 5 32
40
Composto
CP II-E
25
56 a 94 6 a 34 6 a 14 0 a 10
NBR 11578
32
40
CP II-Z
25
76 a 94 0 15 a 20 0 a 10 32
40
CP II-F
25
90 a 94 0 0 6 a 10 32
40
Alto-forno CP III 25
25 a 65 35 a 70 0 0 a 5 NBR 5735 32
40
Pozolânico CP IV 25
45 a 85 0 15 a 50 0 a 5 NBR 5736 32
Alta Resistência Inicial
CP V-ARI - 95 a 100 0 0 0 a 5 NBR 5733
Outros tipos de cimento
Cimento Portland Resistente a Sulfatos
Cimento Portland de Baixo
Calor de Hidratação
Cimento Aluminoso (refratario)
Cimento Branco (estrutural ou nao)
Tipo de cimento Usos indicados
CP I, CP II Geral
CP III Geral, concreto massa, água do mar e
meios agressivos
CP IV
Geral, concreto massa, água do mar,
meios agressivos e com agregados
reativos
CP V Pré-moldados, túneis e concretos
protendidos
RS Ambientes agressivos e água do mar
Branco Estético e rejuntes
Branco Estrutural Pisos, monumentos e fins arquitetônicos
Baixo calor Obras de concreto massa
Usos indicados para tipos de cimento
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