Grupo de Materiais de Construção Departamento de Construção … · 2017-03-15 · Grupo de Materiais de Construção Departamento de Construção Civil Universidade Federal do

Grupo de Materiais de ConstruçãoDepartamento de Construção CivilUniversidade Federal do Paraná

Direitos Reservados UFPR

1

Prof. Dr. Marcelo Medeiros | Materiais de ConstruçãoAGLOMERANTES

Materiais de Construção

( TC-030)

Ministério da EducaçãoUniversidade Federal do ParanáSetor de Tecnologia

Prof. Dr. Marcelo Medeiros

AGLOMERANTES


AGLOMERANTES

DEFINIÇÃO

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 químicaEx: Cimento Portland

2


• Quimicamente ativos:

AGLOMERANTES

CLASSIFICAÇÃO QUANTO A RELAÇÃO COM A ÁGUA:

• HidráulicosNão necessitam da presença do ar para seu endurecimento.

• AéreosNecessitam da presença do ar para endurecer.

3


AGLOMERANTESAÉREOS:

Depois de endurecidos, não resistem bem a água.

Devem ser usados apenas em contato com o ar.

Ex.: Cal aérea, Gesso

4

AGLOMERANTES



AGLOMERANTES HIDRÁULICOS:

Depois de endurecidos, resistem bem a água.

O endurecimento dos aglomerantes hidráulicos se dápor ação exclusiva da água (reação de hidratação).

Ex.: Cal hidráulica, Cimento aluminoso, CimentoPortland.

5

AGLOMERANTES



• Quimicamente Ativos Hidráulicos:

AGLOMERANTES

6

Hidráulicossimples

Hidráulicoscom adições

Hidráulicos mistos



2


AGLOMERANTES HIDRÁULICOS SIMPLES:

Um único produto, não tendo mistura.

Ex.: Cimento PortlandCimento aluminosoCal hidráulica.

7


AGLOMERANTES


AGLOMERANTES HIDRÁULICOS MISTOS:Mistura de dois aglomerantes simples.

Ex.:Mistura de CP c/ cimento aluminoso.

Tem pega muito rápida.

8

AGLOMERANTES



AGLOMERANTES HIDRÁULICOS COMADICÕES:

Aglomerantes hidráulicos 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.

9

AGLOMERANTES



AGLOMERANTES

Resumindo:

ALOMERANTES

Quim.Inertes

Quim.Ativos

Aéreos

Hidráulicos

Simples

c/ adições

Mistos

10


Tempos de início e final de pega

11

AGLOMERANTES

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 completamentesólida

Endurecimento – Ganho de resistência, mesmo após o final de pega.


Luis J. Vicat, França, 1828

(Coutin

ho,

J. S

.; F

EU

P,

1988)

APARELHO DE VICAT


AGLOMERANTES



3


AGLOMERANTES - TEMPOS DE INÍCIO E FINAL DE PEGA

APARELHO DE VICAT

Ensaios(MB-3433) - Determinação da Água da Pasta de Consistência Normal (MB-3434) - Determinação dos Tempos de Pega

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.

13


Sonda de Tetmajer

Sonda de Tetmajer

Agulha de Vicat


AGLOMERANTES

APARELHO DE VICATEscala

graduada

Amostra de aglomerante

14


Agulha de Vicat

Sonda de Tetmajer

Agulha de Vicat


AGLOMERANTES

APARELHO DE VICATEscala

graduada

Amostra de aglomerante

15


APARELHO DE VICAT(José A. Freitas Jr.)

amostra da pasta do

aglomerante

escala

agulha

Agulha com “arruela” para

verificação do final de pega


AGLOMERANTES

16


O concreto ou argamassa deve estar aplicado e adensado dentro das formas antes do início da pega.

Classificação (AFNOR):

17


AGLOMERANTES


Massa Específica: ME = Massa / volume real

Massa Unitária: MU = Massa / volume aparente(inclui vazios entre grãos)

18

AGLOMERANTES

Massa específica e unitária:

Massa Unitária

Massa Específica



4


Quem é maior, ME ou MU?

19

Massa Específica: ME = Massa / volume real

Massa Unitária: MU = Massa / volume aparente(inclui vazios entre grãos)

19

AGLOMERANTES

Massa específica e unitária:


Superfície específica :

SE = áreas dos grãos

Área dos grãos: soma áreas 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.

AGLOMERANTES

20


ηε

ε

ρ 1,0)1(

3 tKS ×

−×=

Caracteriza a finura;

Quanto maior o valor do Blaine, mais fino é opó do aglomerante, mais rápida é suahidratação.

• K é a constante do aparelho;

• ε é a porosidade da camada;

• 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

ITAMBÉ

Superfície específica :

AGLOMERANTES

21


Amostra

(F.Bauer)

Permebilímetro BlaineSuperfície específica :

AGLOMERANTES

22


AGLOMERANTES AÉREOS

Depois de endurecidos, não resistem bem a água!!!

Devem ser usados apenas em contato com o ar.

Em geral precisam de componentes do ar para endurecer.

Exemplos principais:Cal aéreaGesso

23


CAL = Cal Aérea

É um aglomerante aéreo É um aglomerante aéreo

É o produto resultante da calcinação de pedras calcárias

a uma temperatura inferior ao do início de sua fusão

(cerca de 900oC).

24




5


CaCO3 + calor CaO + CO2

44 % do peso

12 a 20 % do volumePerdeCaO = Cal, Cal Virgem ou Cal viva

(900oC)

a) Calcinação

CaCO3 = Carbonato de Cálcio

Etapas da cal:

Alterações físicas:

Rocha Calcária

ar


CAL = Cal Aérea

25



CAL = Cal Aérea

Cal virgem:

CV - E

CV - C

CV - P

≤ 6 %

≤ 12 %

≤ 12 %

≤ 8 %

≤ 15 %

≤ 15 %

NBR 6453/2003

26

Anidrido CarbônicoCO2 – no depósito

Anidrido CarbônicoCO2 – Na fábrica



CAL = Cal Aérea

Cal virgem:

CV - E

CV - C

CV - P

≥ 90 %

≥ 88 %

≥ 88 %

NBR 6453/2003

27

CaO + MgO na base de não voláteis



CAL = Cal Aérea

Cal virgem:

CV - E

CV - C

CV - P

≤ 2,0 %

≤ 5,0 %

≤ 85 %

Finura (% retida)# 1,00 mm

≤ 15 %

≤ 30 %

---

NBR 6453/2003

28

Finura (% retida)# 0,30 mm


O Hidróxido de cálcio é o aglomerante.

b) Extinção da cal

CaO + H2O Ca(OH)2 + calor

Ca(OH)2 = Cal extinta, Cal hidratada ou Hidróxido de Cálcio

Muito

29

Etapas da cal:


CAL = Cal Aérea


b) Extinção da cal

CaO + H2O Ca(OH)2 + calor

Recupera a maior parte do peso e volumes perdidos.Cerca de 24% do peso do produto formado é H2O

Muito

Alteração física:

30

Etapas da cal:


CAL = Cal Aérea

Pode chegar a360 oC a 400 oC



6


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.


CAL = Cal Aérea

31


32

Etapas da cal:


CAL = Cal Aérea

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

ar ar

c) Endurecimento ou recarbonatação

CaCO3 = carbonato de cálcio

Ca(OH)2 = hidróxido de cálcio


CAL = Cal Aérea

CAL VIRGEM ou CAL VIVA = Calcário calcinado

CAL HIDRATADA = Cal Virgem depois da hidratação

DESIGNAÇÃO DOS PRODUTOS

CaO

Ca(OH)2



CAL = Cal Aérea

Cal virgem é classificada conforme o óxido predominante:

Cal virgem cálcica

Cal virgem magnesiana

34


Cal virgem cálcica:

CaO - entre 100% e 90% dos óxidos totais

35


CAL = Cal Aérea

Cal virgem magnesiana:


95% de (CaO + MgO) No máximo: 5% de SiO2 + Al2O3 + Fe2O3

Cal virgem dolomítica:



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 = Cal Aérea

Cal Gorda Cal Magra

36



7


Rendimento em pasta < 1,82 Calcários com impurezas > 5 %

37


CAL = Cal Aérea

Cal gorda: Rendimento em pasta > 1,82 Calcários com impurezas < 5 %

Produz maior volume de pasta, mais plástica, homogênea e mais expansiva.

Cal magra:

Produz menor volume de pasta, mais seca, grumosa e menos expansiva.



CAL = Cal Aérea

Cal gorda:

Cal magra:

Cal Cálcica

Cal Magnesiana

38

Geralmente


CALCÁRIO Reservas no Brasil:

Paraná

C = Calcário - CaCO3

D = Dolomito - CaCO3.MgCO3

Paraná


PRODUÇÃO DA CAL

Fotografias, alunos:C.Natucci, E. M. Araújo, F. Mitsuhasi; G. Balbinot, G. Lorenci e J.G.Yared

Mina de calcário

Produção em Rio Branco do Sul-PR

40


CAL = Cal Aérea


Britagem

PRODUÇÃO DA CAL


Mina de calcário


41


CAL = Cal Aérea


Forno debarranco

PRODUÇÃO DA CAL


Mina de calcário


42


CAL = Cal Aérea



8


Forno intermitente simples a lenha

Forno vertical contínuo

(Freitas, J. A..)ABPC

Fornos para calcinação da cal


CAL = Cal Aérea

43


PRODUÇÃO DA CAL Produção em Rio Branco do Sul-PR

Forno de barranco Queima de serragem

Peneiramento da cal Estoque

(alu

nos

: J.

de C

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J. L

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. C

osta

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Cin

tra)


Adulteração da cal:

Dissolução em HCl (20%)(Prof. Mércia Barros)

Impurezas:• Partículas de carvão - riscos pretos

• Contaminação por calcário

(Aulas USP)

• Partículas de sílica• Núcleos duros de CV na CH = vesículas


CAL = Cal Aérea


CAL VIRGEM ou CAL VIVA = Calcário calcinado

CAL HIDRATADA = Cal Virgem depois da hidratação

DESIGNAÇÃO DOS PRODUTOS

CaO

Ca(OH)2

46


CAL = Cal Aérea


• Pasta obtida de cal em pedra - depois de 7 a 10 dias apósa extinção.

• Pasta obtida de cal pulverizada - depois de 20 a 24 horasapós a extinção.

• Pasta de cal magnesiana - 2 semanas no mínimo (ahidratação do óxido de magnésio é muito lenta).


CAL = Cal Aérea

TEMPO PARA EXTINÇÃO

47


• Geralmente revestidos de tijolos sendo separados por umaparede interna.

• Enquanto a cal de um dos tanques esfria e “envelhece”,enche-se o outro tanque com cal misturada a água.

OS TANQUES (DEPÓSITOS)


CAL = Cal Aérea

48

Por que isso seria importante?• Este processo permite se obter, sem interrupções, calbem extinta, em condições de ser empregada para ofabrico diário de argamassas.



9


Ca(OH)2


CAL = Cal Aérea

Cal em final de hidratação em caixa de madeira, típica de obra.

Equipamento industrial para hidratação de cal.



CAL = Cal Aérea

Cal hidratada:

CH I

CH II

CH III

≤ 5 %

≤ 5 %

≤ 13 %

Anidrido CarbônicoCO2 – no depósito

≤ 7 %

≤ 7 %

≤ 15 %

NBR 6453/2003

50

Anidrido CarbônicoCO2 – Na fábrica



CAL = Cal Aérea

Cal hidratada:

CH I

CH II

CH III

≤ 10 %

≤ 15 %

≤ 15 %

CaO + MgO não hidratados

≤ 90 %

≤ 88 %

≤ 88 %

NBR 6453/2003

51

CaO + MgO na base de não voláteis


1) No preparo de certas tintas e colas;

2) Como matéria prima na fabricação de tijolos sílico-calcários;


CAL = Cal AéreaAPLICAÇÕES

52

Sílico-calcário


3) Confecção de argamassa;

4) Como adição nos pavimentos betuminosos;

5) Na indústria química, indústria cerâmica, no tratamento deágua, no preparo de adubos, na siderurgia, etc;


CAL = Cal AéreaAPLICAÇÕES

53


Impacto Ambiental:

Energia:

• Óleo combustível;

• Madeira;

• Bagaço de cana;

• Forno descontínuo:

� 2 kcal/g

• Forno contínuo:

� 0,9 kcal/g

Reservas:

• Calcário:

� Muito amplas.


CAL = Cal Aérea

54



10


CO2 – Efeito estufa:

• Descarbonatação:

� p/ uma tonelada de CaCO3

• 560 kg CaO

• 440 kg CO2 - Reabsorvido na recarbonatação

• Combustível:

�1 tonelada de CaO gera

� 300 Kg de CO2 - Forno contínuo

� 640 kg de CO2 – Forno descontínuo

Impacto Ambiental:


CAL = Cal Aérea

55


Produto da desidratação parcial da gipsita -

(CaSO4. 2H20)

É um É um aglomerante aéreoaglomerante aéreo, não suporta , não suporta contato com a água após endurecido.contato com a água após endurecido.

56


Gesso = Gesso de Paris


2(CaSO4. 2H2O) + calor 2(CaSO4.1/2 H2O) + 3H2Ohemidrato190oC

Gesso de Estucador

Gesso Rápido

Gesso de Paris

CaSO4 CaSO4

H2O

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Reação de produção:


GESSO ou GESSO DE PARIS

Gipsita

www.caer.uky.ed

CaSO4. 2H2O

Estrutura cristalina

Uso na medicina

Construção civil


Prosseguindo o aquecimento além dos 200 0C:

200 0C - anidrita solúvel - muito higroscópica, (absorve umidade aoar e reage rapidamente).

600 0C - anidrita insolúvel - praticamente inerte (endurecelentamente quando em contato com água).

1.000 a 1.200 0C - GESSO DE PAVIMENTACAO endurece em 12 a14 h, também chamado GESSO LENTO ou GESSOHIDRÁULICO resistência 100% superior ao gesso de Paris.

59




Produtos obtidos da gipsita, de acordo com as temperaturas.

(Coutinho, J. S.; FEUP, 2002) 60





11


2(CaSO4.1/2+ H2O) + 3H2O 2(CaSO4.2H2O)

gipsita

61



Reação de pega:


Tem pega rápida.

• Início: 2 a 3 minutos

• Término: 15 a 20 minutos do amassamento com água



62


Pega:

(AU

LA

S U

SP

–P

rof.

Antô

nio

Fig

ueiredoet al.)

Cristais ≅≅≅≅ 15 µµµµm

63




Resistências médias em corpos de prova secos e saturados de gesso de paris, conservados 28

dias em ar seco.

(Coutinho, J. S.; FEUP, 2002)64




GESSO ou GESSO DE PARIS

(Aulas USP)

Calor de hidratação


Jazidas deGipsita

3.500 km frete p/ regiões Sul

66



Pólo gesseiro – PE: 94% da produção



12


Britagem da gipsita

67




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



68

Imagem MEV(5000x) de pasta de gesso


Chapas de gesso acartonado = DRYWALL

69




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 14715:2001, NBR 14716:2001 e NBR 14717:2001.

GESSO

ou GESSO DE PARIS

ww

w.d

ryw

all.o

rg.b

r



Gesso = Gesso de Paris Chapas de gesso acartonado = DRYWALL

71


(Coutinho,J. S.)





13




73


Tipos de Chapas

• Standard (ST) – Chapa Branca – (áreas secas)

• Resistente à Umidade (RU) – Chapa Verde

• Resistente ao Fogo (RF) – Chapa Rosa

74

Chapas de gesso acartonado = DRYWALL



Chapas acartonadas - dimensões:L= 60,0 ou 120,0 cm

C = 240,0 ou 360,0 cm


Forro executado com placas em gesso de 60 X 60 cm.

(Aluno: Bruno H. R. Mortari) (Aluno: Bruno H. R. Mortari)

75


Gesso = Gesso de Paris Placas de gesso

As placas têm encaixe "macho e fêmea" e são chumbadas e fixadas ao teto com arame galvanizado.


Divisórias em blocos

76




(Coutinho, J. S.; FEUP, 2002) 77


Gesso = Gesso de Paris Peças decorativas


• Camada única de pasta sobre superfícies de interiores.

• Confere aspecto liso, bem acabado.

(Fotografias, alunos: A.Monteiro, A. R. Pontes, C. P. Serpa, C. Vasco, F. Silva e I. Dalmagro) 78


Gesso = Gesso de Paris Revestimento com pasta de gesso



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Reservas:

• Muito amplas;

• Duração ........

Consumo de Energia:

• O menor dentre os aglomerantes;

CO2 – Efeito estufa :

• Queima de Combustíveis - 0,15 a 0,20 kcal/g gesso;

• 1 tonelada de gesso gera 45 Kg de CO2

• Desidratação parcial libera H2O.

Impacto Ambiental:




AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Depois de endurecidos, resistem bem a água.

O endurecimento dos aglomerantes hidráulicos se dá por ação exclusiva da água.

(reação de hidratação)

80



Exemplos principais:

81

• Cimento Portland,

• Cimento aluminoso

• Cal hidráulica


CAL HIDRÁULICA = Calcário argiloso calcinado.

Temperatura de calcinação 900 a 1.000ºC

É um aglomerante hidráulico É um aglomerante hidráulico

Características inferiores, em geral, que o Cimento Portland

82



CAL HIDRÁULICA

Grau de hidraulicidade:

83


ouMgOCaO

OFeOAlSiO

+

++ 32322

CaO

OFeOAlSiO 32322 ++

CaO

ilosossComponente arg


CAL HIDRÁULICA

84


Grau de hidraulicidade:

Hidráulica propriamente dita

Eminentemente hidráulica



15


CAL HIDRÁULICA


Utilizações:

- Argamassas de assentamento ou revestimento

- Para a produção de blocos

- Substituto do filer em pavimentos betuminosos

85


CIMENTO NATURAL

A cal hidráulica apresenta cal livre.

86


Resulta do cozimento de calcários argilosos (teor argila + - 25%), não apresenta cal livre.


Tipos:

87


CIMENTO NATURAL

• De pega rápida - (cimento Romano) -Cozimento temper. < 1000oC;

• De pega lenta - Cozimento a 1450oC;

• De pega semi-lenta - intermediário entre os 2anteriores.


A rapidez da pega dos cimentos Romanos é atribuída apresença do teor mais elevado de aluminato de cálcio.

Resistência dos cimentos naturais é baixa, (50% do CP),devido a composição do calcário não uniforme.

88


CIMENTO NATURAL


Romanos desenvolveram um cimento altamentedurável.

Combinação de cal com "pozolana", (cinzavulcânica na zona de Pozzuoli , junto a Nápoles e aoMonte Vesúvio), permitia obter um cimento queoferecia maior resistência à ação da água.

89


CIMENTO NATURAL


Alvenaria de pedras ou tijolos cerâmicos assentados com

argamassa de cimento pozolânico.

90


CIMENTO NATURAL



16


Concreto maciço com cimento pozolânico. Na cúpula foram utilizados agregados leves (pedra pome).

Pantheon (Roma) - 110 -125 d.c

Paredes cilíndricas e cúpula

(43,3 m diâmetro) em

concreto maciço 10 MPa.

91


CIMENTO NATURAL


Na França e na Alemanha é empregado em condutos(esgotos, água, vedação de fugas e veios de água);nos EUA é empregado em pavimentação de estradasde rodagem.

No Brasil não é empregado e nem fabricado.

Sofre pequena retração, bom para argamassas epastas.

www.rosendalecement.net


CIMENTO NATURAL

92


CIMENTO NATURAL x Cimento Portland

(R. W

. Les

ley;

J.

B.

Lob

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and

G.

S.

Bar

tlett

,History of the Portland Cement Industry,

Inte

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rade

Pre

ss,

Ch

icag

o, 1

92

4.)

ww

w.c

emen

t.or

g

93



CIMENTO ALUMINOSO

Produção

Fundição de calcário (CaCO3) e bauxita (Al2O3), (teor

bauxíta > 30%) moída misturadas, em fornos de alta

temperatura, resfriado, britado e moído.

É um aglomerante hidráulico!!! É um aglomerante hidráulico!!!

94



Características:

• Cura rápida - em 24 h resistência superiores a 45 MPa;

• Aglomerante de preço elevado;

• Emprego delicado - elevadíssimo calor de hidratação;

• Não desprende cal livre, (CP desprende ± 20%);

• Alta resistência ao calor dos concretos/argamassas até1200ºC;

• Alta resistência a abrasão e corrosão;

• Endurecimento normal em temperaturas baixas.

95

CIMENTO ALUMINOSO



CIMENTO ALUMINOSO

APLICAÇÕES:

• Concretos refratários;

• Rápida cura e altas resistências iniciais e finais;

• Pisos p/ usar após 6 horas;

• Chumbamentos;

• Reparo em cabeça de protenção, 24 h pode protender,(CP=7 dias);

• Concretagens junto ao mar p/ aproveitar maré baixa;

• Pré-moldados para uso imediato;

• Rejuntamento e assentamento de tijolos refratários.

96



17


CIMENTO ALUMINOSO

Pisos industriaisRápido endurecimento

e cura (6 h)

Alta resistência química p/ proteção de tubos

para esgoto

ww

w.c

imen

tfon

du.c

om

ww

w.c

imen

tfon

du.c

om

97


CIMENTO ALUMINOSO

ww

w.c

imen

tfon

du.c

om

Suporta altas temperaturas.Concreto em instalações

de siderurgia

Endurece em baixas temperaturas.Concreto em fundações de base francesa na Antártida

ww

w.c

imen

tfon

du.c

om

98


CIMENTO PORTLAND (CP)

Material obtido pela cozedura até a fusão incipiente Material obtido pela cozedura até a fusão incipiente

de uma mistura calcáriode uma mistura calcário--argilosa que dá origem ao argilosa que dá origem ao

clinquer.clinquer.

99




Engenheiro John Smeaton, 1756,procurava aglomerante que endurecessena presença de água, p/ facilitar otrabalho de reconstrução do farol deEddystone, na Inglaterra.

Verificou que mistura calcinada decalcário e argila tornava-se, depois deseca, tão resistente quanto as pedrasutilizadas nas construções.

ww

w.c

imen

toita

mbe

.com

.br

100




Um pedreiro, Joseph Aspdin,

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



101




Produção nacional

www.cimentoitambe.com.br

102



18




Produção nacional

www.cimentoitambe.com.br103


Produção mundial




104



Maiores produtoresDados de 2005



105


FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND

Matérias Primas: Ex. Cia Cimento Rio Branco (Votorantin)

� 90,0 % de Calcário� 9,50 % de Argila� 0,50 % de Minério de Ferro

106





PRODUÇÃO:

CP V RS

(1,5 a 3%)



107


CIMENTO PORTLAND (CP) - PRODUÇÃO

PUC - RJ

108



19


CIMENTO PORTLAND (CP) PRODUÇÃO

CALCÁRIOCALCÁRIO

ARGILASARGILAS

MIN. FERROMIN. FERRO

VAI P/ FORNO

Cia Cim. Rio Branco Votorantin

CaCO3

Fe2O3

Al2O3 Fe2O3 Si O2

MgO SiO2

109


ITAMBÉ

Para moagem da farinha crua.

MOINHO DE ROLOS

ITAMBÉ

110




FORNO

VEM DO MOINHO DE FARINHA


VAI P/ MOINHO DE BOLAS

CLINQUERCLINQUER

Vista de dentro do forno

ITAMBÉ

(Cou

tinh

o, J

. S

.; F

EU

P, 1

98

8)

111




ESQUEMA DA SECAGEM E MOAGEM DA FARINHA E DO FORNO


112




VEM DOFORNO

Cia Cim

. Rio Branco Votorantin

Interior do moinho de bolas

ITAMBÉ

Cia Cim


Cia Cim


113


CIMENTO PORTLAND (CP) - RESUMINDO


114



20


COMPOSTOS DO CLINQUERClinquer -> quatro compostos anidros principais

2 silicatos e 2 aluminatos

C3S -3CaOSiO2 - Silicato tri-cálcico

C2S - 2CaOSiO2 - Silicato di-cálcico

C3A - 3CaOAl2O3 - Aluminato tri-cálcico

C4AF - 4CaOAl2O3Fe2O3 - Ferro Aluminatotetro-cálcico

Notação:

C - CaO

S - SiO2

A - Al2O3

F - Fe2O3

115




COMPOSTOS DO CLINQUER

Estrutura de um clínquer de cimento Portland

relativamente comum observado ao

microscópio ótico:



116

C3S

C2S


COMPOSTOS DO CLINQUER



117

Belita, C2S ou silicato bicálcico

Forma arredondada.

Alita ou C3S ou silicato tricálcico

Forma aproximadamente hexagonal.




COMPOSIÇÃO TÍPICA DO CLINQUER DE CIMENTO PORTLAND

Outros compostos em menor quantidade

Na2O, MnO, K2O, magnésio, enxofre, fósforo

67% CaO (C)

22% SiO2 (S)

5% Al2O3 (A)

3% Fe2O3 (F)

3% de outros óxidos.

100 % - óxidos totais118


Fases cristalinas anidras metaestáveis na temperaturaambiente e estáveis ao serem hidratados

119

Alita (C3S): 50-70%

Belita (C2S): 15-30%

Aluminato tricálcico (C3A): 5-10%

Ferroaluminato tetracálcico (C4AF): 5-10%



COMPOSIÇÃO TÍPICA DO CLINQUER DE CIMENTO PORTLAND


CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND

Difração de Raios – X:

Técnica utilizada para a identificação das fases constituintesdo clínquer.

Microscopia Ótica e Eletrônica de Varredura:

Observação morfológica das amostras.

120





21


Ensaio de Lixiviação:

Visa simular as condições de exposição do cimento ao meioambiente.

Ensaio de solubilização:

Visa complementar o ensaio de lixiviação, se o resíduo éinerte (Classe III) ou não.

121





Ensaio de Resistência Mecânica à Compressão:

É o controle de qualidade fundamental do produto. Limitesmínimos de resistência à compressão exigidos para 3, 7 e 28dias.

122




NBR 7215/96


CP moldado com proporção determinada por norma

50 mm

100 mm

Capeador

Capeamento com pasta de enxofre

123


ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND

Pega: é o começo do endurecimento

Endurecimento: resulta da hidratação progressiva dos compostos anidros do cimento

C3A + CSH2 Etringita + 300 cal/g

2C3S + 6H C3S2H3 + 3CH + 120 cal/g

2C2S + 4H C3S2H3 + CH + 62 cal/g

Reações Químicas:Notação:C - CaOS - SiO2

A - Al2O3

F - Fe2O3

H - H2OS - SO3

124




125


Teoria 1: Dissolução-precipitação




126


Teoria 2: Hidratação no estado sólido



Reações ocorrem diretamente na superfície dos grãos do cimento anidro sem entrarem em solução



22





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.

127


CRESCIMENTO DOS CRISTAIS128





Alita (C3S)

Belita (C2S)




± 70 % do cimento Taxa de desenvolvimento de resistência

Aluminato tricálcico

Ferroaluminato tetracálcico

Enrijecimento inicial da massa

Silicatos

Aluminatos

129


Propriedades dos compostos do clínquer

130



C3S• Alita: 50 a 70%

• Responsável pela resistência nos primeiros dias de idade da pasta.

• Os cimentos ricos em C3S tem resistência inicial mais alta.

• Hidrata com velocidade mediana e libera não muito calor


(US

P)


131



C2S• 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 C3S.

• Como reage lentamente, apresenta pequeno calor de hidratação


(US

P)


132



C3A• Aluminato Tricálcico: 5 a 10%

• Pega quase instantânea.

• Pela intensidade de reação em curto espaço de tempo, desenvolve alto calor de hidratação.

• Resulta em composto de pouca resistência mecânica e baixa resistência a ação de águas agressivas.



23


(US

P)


133



C4AF• Ferroaluminato tetracálcico: 5 a 10%

• Apresenta pega em poucos minutos, mas não instantânea como o C3A.

• Os compostos formados apresentam resistência ligeiramente inferior aos formados pelo C3A. Porém, sua resistência a águas agressivas é maior.

• Como a hidratação é mais lenta, desenvolve menor calor do que o C3A.


Resistência mecânica

Xefeitos da hidratação

dos compostos anidros.

(Zam

pier

i, 1

98

9)

134





PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS DO CLINQUER

+ C3S

+ C2S + C3S+ C2S

(Aulas USP)

135


Tempo (dias)

100 -

Taxa de hidratação dos compostos:



136


Teor (%)Taxa de

Hidratação

Contribuição para

Resistência inicial

Resistência final

Calor de Hidratação

C3S 50 - 70 Alta Alta Baixa Alta

C2S 15 - 30 Baixa Baixa Alta Baixa

C3A 5 - 10 Alta Alta Baixa Alta

C4AF 5 - 10 Moderada Baixa Alta Baixa

137




TABELA RESUMO:


PEGA DO CIMENTO PORTLAND

Fatores que afetam:

Aluminatos: Pega inicial (C3A cristaliza rápido)

Finura: Mais fino, final de pega e endurecimento mais rápido

Gesso (SO3): (<3%) adicionado ao clinquer p/ retardar pega inicial do C3A

138





24


Fatores que afetam:Aditivos:

Cloreto de cálcio: ≤1 % retarda pega, em quantidades superiores acelera

Cloreto de sódio: varia, em alguns CP retarda em outros acelera

Carbonatos alcalinos: forte aceleração (1 a 2%, início de pega em poucos minutos)

139





Fatores que afetam:

Aditivos:

Hidróxidos de sódio, de potássio ou silicato de sódio:notável aceleração

Açúcar: solução de 1 % impede a pega

140





Fatores que afetam:

- Composição química – C3S mais calor que C2S

- Finura do cimento – mais fino, mais rápido hidrata

-Adições – pozolanas menos calor

141


CALOR DE HIDRATAÇÃOCIMENTO PORTLAND (CP)


(Au

las

US

P)

142

CALOR DE HIDRATAÇÃOCIMENTO PORTLAND (CP)


Finura X Calor de Hidratação


Agulha de Le Chatelier,Usada para avaliar a

expansibilidade: e ≤ 0,5 cm

(Neville, A.; 1995)

143

EXPANSIBILIDADECIMENTO PORTLAND (CP)



30 mm

30 mm

165 mm

Agulha de Le Chatelier



144



25




Cal livre: CaO + H2O = Ca(OH)2

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

Problemas do cimento que causam expansão:

145



146



Periclásio: MgO + H2O = Mg(OH)2

Limitação por norma ≤ 6,5%

Origem: Calcário magnesiano

Menos reativa do que a Cal livre



- Excesso de gesso adicionado

147



< 3%


RETRAÇÃOCIMENTO PORTLAND (CP)


Pasta - pseudo-sólidosAparência de sólidos - rede de poros muito finos contendo ar ou água.

148




Pasta - pseudo-sólidos

Propriedades diferentes das de muitos sólidos devido à

presença de tensões capilares de água no interior dos

poros.

149


Tem tanta água assim em uma pasta,

argamassa ou concreto?

Teor de umidade ao ar

Teor de umidade saturado

± 3%

± 6%

± 75 l/m3

± 150 l/m3

Densidade doconcreto

2500 kg/m3



150



26




Não é só isso que causa retração!!!

Retração química

151




152


• 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

Quantidades de retração muito variável :

153






Por que?


Fatores que influenciam:

• Cimento: + fino → > retração nas primeiras horas

• Traço: > quantidade de agregados → < retração

• Água de amassamento: + água → > retração

155




Fatores que influenciam:

• Aditivos retardadores de pega: aumentam

• Dimensões das peças: + volumosas → > retração

• Área de contato das peças: > área → > retração

• Cura: > tempo → < retração

• Umidade média do ar: > seco → > retração

156





27


SÓLIDOS NA PASTA DE CIMENTO

Etringita

(Mehta e Monteiro,1994)157



Sulfoaluminato de cálcio hidratado

Volume: 15 a 20 %

Início: etringita

Depois: monosulfato hidratado


Cristais de hidróxido de cálcio hidratado – CH

• Cristais grandes hexagonais de Ca(OH)2

• Volume: 20 a 25%

• pH elevado da pasta (pH ≅ 13)

(An

dión

et

al.,

20

01

)

158





• Porosos

• Baixa resistência mecânica

• Solúveis em água

• Muito reativos quimicamente (A

ndi

ón e

t al

., 2

00

1)

159




Cristais de hidróxido de cálcio hidratado – CH


ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND

160


RAZÕES PARA O USO DAS ADIÇÕES

TÉCNICAS: Melhoria de propriedades específicas

ECONÔMICAS: Diminuição do consumo energético

ECOLÓGICAS: Aproveitamento de resíduos poluidores

ESTRATÉGICAS: Preservação das jazidas

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

161


USO DE ADIÇÕES: RAZÕES TÉCNICAS

• Redução da difusividade

• Redução da permeabilidade

• Redução da capilaridade

• Maior resistência a sulfatos

• Redução do calor de hidratação

• Inibição da reação álcali-agregado

> DURABILIDADE


162



28



Penetração de Cloretos

Medeiros (2008)


Fíler carbonático – pó de calcário

• Inerte quimicamente;

• Não prejudica resistência mecânica;

• Melhora a trabalhabilidade e o acabamento;

• Redução de custos;

• 5 a 10 % do cimento;

164



Efeito fíler

Fíler carbonático – pó de calcário


Preenche espaços, tornando a massa mais compacta.


POZOLANA - definição

- Definição inicial (restrita):Estava associado apenas a cinzas vulcânicas

formadas naturalmente e argilas calcinadas quereagem 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 ohidróxido de cálcio formando materiais com carátercimentício (SABIR; BAI, 2001).


166


Origem: a melhor variedade de cinzasvulcânicas se encontravam em Pozzoli, Itália.

Daí o nome pozolana, usado até hoje.

POZOLANA - definição


167


Reação pozolânica (lenta)

C3S + H C-S-H + CH

C-S-HPozolana + CH + H

Reação no cimento (rápida)

POZOLANA - reação


168



29



Cinza Volante (aumentada 5.500 X)

(MB

inc.

)

POZOLANA

169


Origem:Usinas de energia que queimam carvão.

Inserir figura

Aitcin p. 171

Fig 6.44.

Chaminé

Cinza volante

Zona de combustão


Cinza Volante

POZOLANA


Cinzas volantes – Classe CPó proveniente de fornos que queimam carvão mineral (termoelétricas)

171


POZOLANA


• Retarda o ganho de resistência mecânica

• Reduz o calor de hidratação

• Minimiza a permeabilidade do concreto

• Diminui ocorrência da reação álcali-agregados

172


Cinza Volante

POZOLANA


Blocos de fundações de ed. no Recife-PE

www.portcement.org

(M. Pechhio, Y. Kihara e T. de Andrade,2006)


REAÇÕES ÁLCALI-AGREGADO (RAA):

POZOLANA


REAÇÕES ÁLCALI-AGREGADO (RAA):

Parapeito de estrutura de ponte

RAA em pavimento de concreto

(David Stark- SHRP,1991)

(David Stark- SHRP,1991)


POZOLANA



30


Escória de alto forno

• Subproduto da manufatura do ferro-gusanum alto forno.

• Definição: material não metálico formadoessencialmente por silicatos ou por alumino-silicatos de cálcio e outras bases.


175


Minério de ferro = Ferro Gusa + Escória

0,5 toneladas de escória

tonelada de minério de ferro


176



• Resíduo do alto-forno siderúrgico

• Presença de C2S e C3S

• Grãos c/ 45 µm e 500 m²/kg de finura Blaine

• Reduz custos e consome resíduo industrial nocivo ao meio ambiente

177




A escória de alto forno é auto-

cimentante, porém em taxas insuficientespara viabilizar o seu uso para fins estruturais.


NÃO É UMA POZOLANA!!!

178



• Não prejudica resistência mecânica

• Possível colocar altos % no cimento – CPIII – 65%

• Aumenta a resistência aos sulfatos

179




TIPOS DECIMENTO PORTLAND

180



31


NOMENCLATURA

CP XXX RR

Cimento Portland Composição

ou

qualificativo

Resistênciaaos 28 dias

(MPa)

CLASSE

SIGLA

TIPO

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

181


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


182



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

183


PERFIL DA PRODUÇÃO EM 2002

COMUM (CP I) 1,2%

COMPOSTO (CP II) 75,8%

ALTO-FORNO (CP III) 8,1%

POZOLÂNICO (CP IV) 7,6%

BRANCO (CPB) <0,1%

ARI (CP V-ARI) 7,3%

TOTAL 100,0%

FONTE : SNIC / 2003


184


Cimento Portland

Sigla ClasseClínquer

+Gesso

Escória (E)

Pozolana (Z)

Carbonato (F)

Comum

CP I253240

100 % 0

CP I-S253240

99-951-5

Composto

CP II-E253240

94-56 6-34 0 0-10

CP II-Z253240

94-86 0 6-14 0-10

CP II-F253240

94-90 0 0 6-10



Cimento

PortlandSigla Classe

Clínquer+

Gesso

Escória

(E)

Pozolana

(Z)

Carbonato

(F)

Alto Forno CP III

25

32

40

65-25 35-70 0 0-5

Pozolânico CP IV25

3285-45 0 15-50 0-5

Ari CP V --- 100-95 0 0 0-5


186



32


187



EVOLUÇÃO DARESISTÊNCIA À COMPRESSÃO:


188


Garantem o desempenho

Finura Tempos de

pega (h) Expansibilidade

(mm) Resistência à compressão

(MPa)

Tip

o d

e c

imento

Por

tland

Cla

sse

Resí

duo

pene

ira

75 µ

m

(%

)

Áre

a e

specí

fica

(m2 /k

g)

Iníc

io

Fim

A fr

io

A q

uente

1 d

ia

3 d

ias

7 d

ias

28dia

s

CPI CPI-S

25 32 40

≤ 12,0 ≤ 10,0

≥ 240 ≥ 260 ≥ 280

≥ 1 ≤ 10 ≤ 5 ≤ 5 --

≥ 8 ≥ 10 ≥ 15

≥ 15 ≥ 20 ≥ 25

≥ 25 ≥ 32 ≥ 40

CPII-E CPII-Z CPII-F

25 32 40

≤ 12,0 ≤ 10,0

≥ 240 ≥ 260 ≥ 280

≥ 1 ≤ 10 ≤ 5 ≤ 5 -- ≥ 8 ≥ 10 ≥ 15

≥ 15 ≥ 20 ≥ 25

≥ 25 ≥ 32 ≥ 40

CPIII 25 32 40

≤ 8,0 -- ≥ 1 ≤ 12 ≤ 5 ≤ 5 -- ≥ 8 ≥ 10 ≥ 12

≥ 15 ≥ 20 ≥ 23

≥ 25 ≥ 32 ≥ 40

CPIV 25 32 ≤ 8,0 -- ≥ 1 ≤ 12 ≤ 5 ≤ 5 --

≥ 8 ≥ 10

≥ 15 ≥ 20

≥ 25 ≥ 32

CPV-ARI ≤ 6,0 ≥ 300 ≥ 1 ≤10 ≤ 5 ≤ 5 ≥ 14 ≥ 24 ≥ 34 --

189


Cimento Portland CP (RS)

(Resistente a sulfatos - NBR 5737)

Cimentos - CP I, II, III, IV ou V-ARI podem ser resistentesaos sulfatos, atendendo pelo menos uma dascondições:

• Teor de C3A do clínquer e teor de adiçõescarbonáticas de no máximo 8% e 5% em massa,respectivamente;

190







• Cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60% e 70% de escória granulada de alto-forno, em massa;

191






• Cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico, em massa;

192



33





• Cimentos com antecedentes de resultados de ensaiosde longa duração ou de obras que comprovemresistência aos sulfatos.


193



CP V – ARI - RS CIMENTO de ALTA

RESISTÊNCIA INICIALRESISTENTE 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 %

SO3 < 3,5

Dióxido de carbono CO2 < 3,0 %

Óxido de magnésio – MgO (%) < 6,5%

Resistências 1d > 14 MPa

3d > 24 MPa

7d > 34 MPa 194


Cimento Portland deBaixo 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.


195


Cimento Portland Branco

(CPB)

Exigências físicas e mecânicas para o cimento Portland Branco NBR 12.989/93

196


Difere do Portland comum pelo fato

de apresentar reduzido teor de Fe2O3.


(CPB)

• CPB - 0,2 a 0,80% de Fe2O3

• CP - 2 a 3,5% de Fe2O3

197



(CPB)

Aplicação:

Fabricação do cimento Portland Colorido

(branco + pigmentos) em rejuntamentos,

em granilites e já como mármores

artificiais.

198



34


Concreto de CPB fck 50 MPa - Ponte Irineu Bornhausen - Brusque - SC

199

Cimento Portland Branco (CPB)


Reservas - Calcário:

• Muito amplas;

• Duração ........

Impacto Ambiental:

200

CIMENTO PORTLAND


Consumo de Energia:

• 90% - energia térmica gerada por combustível

201

CIMENTO PORTLAND

Impacto Ambiental:

� Secagem;� Aquecimento;� Calcinação das matérias primas.

Representa 25% do custo de produção


Consumo de Energia:

• 10% - energia elétrica

202

CIMENTO PORTLAND

Impacto Ambiental:

� 25% moagem das matérias-primas;� 40 % do clínquer� 20 % operações do forno e resfriador

Representa 50% do custo de produção


Impacto Ambiental:

CO2 – Efeito estufa:

• Queima de Combustíveis - 0,65 a 0,9 kcal/g clínquer;

�P/ 1 tonelada de clínquer gera 300 Kg de CO2

• Calcinação Calcário – MUITO CO2

� (CaCO3+ calor -> CaO + CO2)

�P/ 1 tonelada de clínquer gera 600 kg de CO2;

203

CIMENTO PORTLAND


CO2 Total : 900 kg/tonelada de clínquer;

• Indústria do cimento – mais de 7% da emissão de CO2 mundial.

204

CIMENTO PORTLAND

Impacto Ambiental:



35


Adição para cimento:• Adições reduzem % de clínquer;

� Minimizam emissões de CO2 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;

205

CIMENTO PORTLAND

Impacto Ambiental:

• Substituição por materiais que emitem menos CO2

� Fíler carbonático – CP II F – 10 % Fíler.


Tipo Adição kg CO2/toneladaCP 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

Emissões de CO2 por tipo de cimento:

206

CIMENTO PORTLAND

Impacto Ambiental:


Materiais de ConstruçãoAGLOMERANTES

Referências bibliográficas:

Apostilas USP – Aglomerantes

CONCRETE, Microstucture,Properties and Materials, , P. Kumar Metha e Paulo J. M. Monteiro,

McGraw-Hill, 2006

Cia. Cimento Itambé

Cia. Cimento Rio Branco - Votorantim

207

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Grupo de Materiais de Construção Departamento de Construção … · 2017-03-15 · Grupo de Materiais de Construção Departamento de Construção Civil Universidade Federal do