Maringá, 03 de Setembro de 2015Universidade Estadual de Maringá – UEM

TRABALHO DE QUÍMICA APLICADA A ENGENHARIA CIVIL

TEMA: CIMENTO

Acadêmicos:Guilherme Pinheiro BergamoJoão Pedro Ávila MistrelloJonas FerreiraMurilo Simeão Carneiro

Professora: Msc Sabrina Alencar de Almeida Batista

2015

Cimento

HistóriaO marco da criação do cimento artificial foi em 1786, quando o inglês

John Smeaton criou uma mistura resistente através de calcários argilosos e moles.

Em 1818, o francês Vicat obteve resultados semelhantes ao de Smeaton, ao misturar componentes argilosos e calcários.

Tempos depois, em 1824, o inglês Joseph Aspdin queimou conjuntamente pedra calcárias e argila, transformando-as em um pó fino. Ele 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 como Cimento Portland, devido às semelhanças em propriedades e cores com as rochas da ilha britânica de Portland.

PropriedadesO cimento é um material cerâmico que em contato com a água

produz uma reação exotérmica de cristalização de produtos hidratados, ganhando assim resistência mecânica.

A alta durabilidade e resistência a cargas e ao fogo são algumas das características mais importantes, além da trabalhabilidade e moldabilidade, responsáveis em dar forma a diversas obras arquitetônica em todo o mundo.

Estas características permitem aliar arte e tecnologia, fazendo com que o cimento portland seja insubstituível em obras civis.

Desde peças do mobiliário urbano, até telhados e tubos, o cimento está presente nas mais várias aplicações, até mesmo para obras de arte.

Ele é o principal material de construção usado como aglomerante (matéria que tem a finalidade de aglutinação de outros materiais).

Além disso, o cimento é uma das principais commodities mundiais, servindo até mesmo como indicador econômico.

Tipos

Cimento Portland comum (CP-I)

O CP-I, é o tipo mais básico de cimento Portland, indicado para o uso em construções que não requeiram condições especiais e não apresentem ambientes desfavoráveis como exposição à águas subterrâneas, esgotos, água do mar ou qualquer outro meio com presença de sulfatos. A única adição presente no CP-I é o gesso (cerca de 3%, que também está presente nos demais tipos de cimento Portland). O gesso atua como um retardador de pega, evitando a reação imediata da hidratação do cimento. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5732.

Cimento portland comum com adição (CP I-S)

O CP I-S, tem a mesma composição do CP I (clínquer+gesso), porém com adição reduzida de material pozolânico (de 1 a 5% em massa). Este tipo de cimento tem menor permeabilidade devido à adição de pozolana. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5732.

Cimento portland composto com escória (CP II-E)

Os cimentos CP II são ditos compostos pois apresentam, além da sua composição básica (clínquer+gesso), a adição de outro material. O CP II-E, contém adição de escória granulada de alto-forno, o que lhe confere a propriedade de baixo calor de hidratação. O CP II-E é composto de 94% à 56% de clínquer+gesso e 6% à 34% de escória, podendo ou não ter adição de material carbonático no limite máximo de 10% em massa. O CP II-E, é recomendado para estruturas que exijam um desprendimento de calor moderadamente lento. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 11578.

Cimento portland composto com pozolana (CP II-Z)

O CP II-Z contém adição de material pozolânico que varia de 6% à 14% em massa, o que confere ao cimento menor permeabilidade, sendo ideal para obras subterrâneas, principalmente com presença de água, inclusive marítimas. O cimento CP II-Z, também pode conter adição de material carbonático (fíler) no limite máximo de 10% em massa. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 11578.

Cimento portland composto com pozolana (CP II-F)

O CP II-E é composto de 90% à 94% de clínquer+gesso com adição de 6% a 10% de material carbonático (fíler) em massa. Este tipo de cimento é recomendado desde estruturas em concreto armado até argamassas de assentamento e revestimento porém não é indicado para aplicação em meios muito agressivos. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 11578.

Cimento portland de alto-forno (CP III)

O cimento portland de alto-forno contém adição de escória no teor de 35% a 70% em massa, que lhe confere propriedades como; baixo calor de hidratação, maior impermeabilidade e durabilidade, sendo recomendado tanto para obras de grande porte e agressividade (barragens, fundações de máquinas, obras em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reativos, obras submersas, pavimentação de estradas, pistas de aeroportos, etc) como também para aplicação geral em argamassas de assentamento e revestimento, estruturas de concreto simples, armado ou protendido, etc. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5735.

Cimento portland Pozolânico (CP IV)

O cimento portland Pozolânico contém adição de pozolana no teor que varia de 15% a 50% em massa. Este alto teor de pozolana confere ao cimento uma alta impermeabilidade e consequentemente maior durabilidade. O concreto confeccionado com o CP IV apresenta resistência mecânica à compressão superior ao concreto de cimento Portland comum à longo prazo. É especialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente e ambientes agressivos. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5736.

Cimento portland de alta resistência inicial (CP V-ARI)

O CP V-ARI assim como o CP-I não contém adições (porém pode conter até 5% em massa de material carbonático). O que o diferencia deste último é processo de dosagem e produção do clínquer. O CP V-ARI é produzido com um clínquer de dosagem diferenciada de calcário e argila se comparado aos demais tipos de cimento e com moagem mais fina. Esta diferença de produção confere a este tipo de cimento uma alta resistência inicial do concreto em suas primeiras idades, podendo atingir 26MPa de resistência à compressão em apenas 1 dia de idade. É recomendado o seu uso, em obras onde seja necessário a desforma rápida de peças de concreto armado. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5733.

Diferença entre concreto e cimento

Apesar de todo mundo saber que tanto o concreto como o cimento são materiais indispensáveis para a construção civil, nem todo mundo consegue dizer qual é a diferença que existe entre os dois. Em termos gerais, a palavra “cimento” serve para designar qualquer substância utilizada para manter vários materiais juntos.

Já a palavra “concreto”, por outro lado, se refere a uma mistura de material que pode ser combinada com água ou qualquer tipo de cimento. Em outras palavras, o concreto é a estrutura resultante da mistura do

cimento e outros materiais, enquanto que o cimento é apenas um dos ingredientes que fazem parte da receita.

As formas de cimento

Há duas formas de cimento, a hidráulica e a não hidráulica. A primeira forma se refere a qualquer tipo de cimento que precisa da adição de água para dar início à reação química, que endurece a mistura e também a torna resistente à água. Esse é o tipo mais usado atualmente, já que é incrivelmente versátil. Aliás, a reação química que provoca o endurecimento do material ocorre independente da quantidade de água presente na mistura. Isso significa que esse cimento pode endurecer inclusive quando se encontra submerso.

O cimento do tipo não hidráulico, como você já deve ter deduzido, não endurece na presença de água e necessita de um longo período para secar. Além disso, esse material, apesar de ser mais barato, não é ideal para ser usado em ambientes úmidos ou que fiquem constantemente debaixo d’água.

Cimento ecológico: uma alternativa verde para a construção civilA busca por materiais alternativos e sustentáveis para a construção civil

é um dos desafios que acompanha o crescimento deste mercado no país. Segundo relatório da Organização das Nações Unidas (ONU), o setor consome 40% de toda energia, extrai 30% dos materiais do meio natural e gera 25% dos resíduos sólidos. Além disso, a indústria de insumos é uma das principais emissoras de gases do efeito estufa.

Para minimizar os impactos do setor, pesquisas sobre novos produtos e tecnologias adequadas às exigências sustentáveis têm ganhado atenção especial. Como resultado destes estudos, um dos principais materiais utilizados na construção civil, o cimento, já ganhou uma versão ecológica, mais resistente, estável e impermeável em relação ao cimento comum.

O cimento ecológico é desenvolvido a partir de resíduos provenientes de diversas indústrias – siderúrgica, de fundição, termelétrica e de carvão vegetal. A substituição do clínquer – material de argila e calcário utilizado na produção de cimento convencional – por estes materiais reduz em 95% as emissões de carbono e em 80% o gasto de energia em relação ao processo de produção tradicional.

O CP III (Cimento Portland de Alto Forno), como é chamado, é um cimento de uso geral, que pode ser utilizado em todas as etapas da obra, e já representa mais de 17% do consumo do material no Brasil. Essa alternativa verde é fundamental para garantir a sustentabilidade do

mercado de construção civil no médio e longo prazo, uma vez que, de acordo com projeções da indústria, a demanda pelo material deve mais do que dobrar até 2050.

Aplicação do Cimento em ObrasO cimento é o ingrediente essecial do concreto. O concreto é composto basicamente por areia e cascalho e o cimento é a cola que mantém tudo junto.A receita do cimento (como será explicada no próximo tópico) é basicamente triturar rochas imensas até transformá-las em pó usando tornados artificiais, e cozinhá-las até formar uma lava derretida. Tudo isso para fazer o material que construiu o mundo que conhecemos.O cimento é o material de construção mais versátil do mundo.Para fazer o cimento, você precisa pegar as proporções certas de calcário triturado, areia e ferro; e cozinhar a mistura em um grande forno. O resultado final é uma cola super forte que é ativada com água.O que torna o calcário tão especial? O cimento precisa de cálcio. É o cálcio do cimento que proporciona as propriedades necessárias para a formação do concreto.É uma das principais commodities mundiaisO cimento é utilizado em toda a obra de construção civil, desde os alicerces até a cobertura.

VERDE: Ideal VERMELHO: Não recomendado BRANCO: Neutro

AplicaçãoTipo e classe do cimento

CP II F 32 CP II Z 32 CP IV 32 CP V ARIArgamassa armadaArgamassa de assentamento e revestimentoArgamassa e concretos para meios agressivosConcreto auto-adensávelConcreto com agregados reativosConcreto magro para passeios e revestimentosConcreto massaConcreto para desforma rápida. Cura aspersão ou química.Concreto para desforma rápida. Cura térmica.Concreto protendido pós-tensionadoConcreto protendido pré-tensionadoConcreto simples ou armadoElementos pré moldados. Cura acelerada.

Elementos pré moldados. Cura convencional.Pavimentos de concreto simples ou armado.Pisos industriais de concreto.Solo – cimento

TABELA 04 – Aplicações para cada tipo de cimento.

O cimento portland é uma das substâncias mais consumidas pelo homem e isso se deve a características que lhe são peculiares, como trabalhabilidade e moldabilidade (estado fresco), e alta durabilidade e resistência a cargas e ao fogo (estado duro). Insubstituível em obras civis, o cimento pode ser empregado tanto em peças de mobiliário urbano como em grandes barragens, em estradas ou edificações, em pontes, tubos de concreto ou telhados. Pode até ser matéria-prima para a arte.

Fabricação do CimentoA primeira etapa da fabricação do cimento ocorre na extração do

Calcário, e isso é feito em uma mina, que geralmente fica perto da fabrica de produção de cimento. Primeiramente faz-se um estudo da rocha e depois de averiguado o teor de Calcário, a rocha é desmontada por meio de explosivos. Após a conclusão dessa etapa, as rochas quebradas são recolhidas e vão para o britador, que tem a função de reduzir o diâmetro do Calcário.

Feito isso, o calcário vai para a pré- homogeneização, para o material ser melhor distribuído. Logo após isso é feita a dosagem com outros componentes, como o filito, quartzito e minério de ferro, e essa mistura vai para a moagem para reduzir ainda mais o tamanho das partículas, formando assim a farinha crua.

O próximo passo é o pré aquecimento para facilitar o procedimento dentro do forno. Está etapa pode chegar a 850 graus Celsius. Depois de pré aquecido o material vai para o forno cilíndrico e é aquecido homogeneamente até 1450 graus Celsius, onde ocorre a fusão dessa farinha, formando o Clínquer, uma rocha artificial primordial para a composição do cimento.

Após esse procedimento e o resfriamento do Clínquer, é feita a dosagem do mesmo com gesso, filter calcário e cinza pozolânica e vai novamente para a moagem, para reduzir o tamanha das partículas. Esse material posteriormente é ensacado e comercializado.

Processos QuímicosComo já foi dito o calcário é um dos principais elementos do cimento.

Ele é um minério que contém pelo menos 90% de uma substância chamada carbonato de cálcio (CaCO3). As fábricas de cimento aquecem o calcário que

se decompõe libertando gás carbônico e deixando como resíduo a cal, que é o óxido de cálcio (CaO).

Esse aquecimento é feito ao misturar com o calcário a sílica (areia) e o óxido de alumínio. O forte aquecimento dessa mistura faz com que a massa se derreta parcialmente. Assim se forma o cimento, que contém várias substâncias, principalmente o silicato de cálcio (CaSiO3) e o aluminato de cálcio de fórmula Ca(AlO2)2. O íon aluminato AlO2 é monovalente negativo, como o íon cloreto (Cl-).

O gás carbônico desprendido na fabricação do concreto é a maior fonte de CO2 produzido industrialmente e a que mais contribui para o efeito estufa.