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PLANO DE ESTUDOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM • Definir e classificar os aglomerantes de origem mineral. • Conhecer os tipos de aglomerantes e seus locais de apli- cação, assim como o drywall e seu processo de fabricação. • Compreender a importância do cimento e conhecer suas propriedades. • Identificar as matérias-primas na produção do cimento e conhecer o processo de fabricação. • Classificar os cimentos e conhecer os seus tipos e para que são usados. Definição e Classificação dos Aglomerantes Cal, Asfalto, Gesso e Drywall Produção do Cimento Portland Tipos de Cimento Portland Cimento Portland e Suas Propriedades Me. Sandro Melo das Chagas Aglomerantes 42 Aglomerantes Definição e Classificação dos Aglomerantes Caro(a) aluno(a), é muito bom estar aqui de novo com você! Seguindo sua caminhada pelo mundo dos materiais utilizados na indústria da construção civil, nesta segunda unidade, você vai conhecer o grupo de materiais chamados de aglomerantes. Para começar, você iniciará o contato com os aglomerantes, conhecendo sua conceituação e como eles são classificados. Aglomerantes – Conceituação Aglomerante é o material com função ligante, com características de unir ou aglomerar outros materiais entre si. Normalmente, é um material pulverulento, apresentado em forma de pó que, ao ser hidratado, forma uma pasta densa, com a capacidade de endurecer pela perda da umidade ou devido a reações químicas de endurecimento. É utilizado como elemento ativo na composição das pastas, natas, argamassas e concretos. 43UNIDADE 2 Classificação dos Aglomerantes Classificar corretamente os aglomerantes, enten- dendo como eles podem ser divididos e seleciona- dos é muito importante para escolher os materiais adequados para cada situação de uso. Aglomerante utilizado como componente Os aglomerantes são insumos que podem com- por produtos utilizados na construção civil, como: a) Pasta: o aglomerante recebe adição de água. Ex.: utilizado para rejuntamentos de la- drilhos e azulejos. b) Nata: pasta (aglomerante + água) com au- mento da proporção de água, tornando a mistura mais fluida. Ex.: usada para regularização de superfí- cies mais lisas ou como pintura de baixa qualidade. c) Argamassa: composição de aglomerante + agregado miúdo + água. Ex.: utilizada para assentamento de blocos e tijolos ou como revestimento. d) Concreto: aglomerante + agregado miúdo + agregado graúdo + água. (o concreto será estudado mais detalha- damente na Unidade 3). Quanto à sua origem Os aglomerantes podem ser: a) Orgânicos Ex.: Asfaltos (Betumes) e Resinas. b) Inorgânicos Ex.: Cal, Gesso, Cimento Portland e Ci- mento Aluminoso. Quanto às reações químicas Os aglomerantes são classificados em: a) Ativos: são aqueles que endurecem por reações químicas: • a.1) Aglomerantes Hidráulicos (ci- mento): Não necessitam da presença do ar, reagem e endurecem pela ação exclu- siva do contato com a água – processo chamado de hidratação. São mais resistentes à ação prolongada da água, sendo adequados para utiliza- ção em ambientes externos ou úmidos. • a.2) Aéreos: endurecem devido à rea- ção química com o CO2 (gás carbôni- co) presente no ar atmosférico. Formam misturas pouco resistentes à ação prolongada da água, sendo ade- quados para ambientes secos. b) Inativos (são exceções): endurecem com a perda da umidade, mas que não passam por nenhuma reação química (ex.: argila). Agora que você conheceu como se classifica em relação à utilização, origem e reações químicas dos aglomerantes, vamos avançar nos estudos desses importantes materiais, conhecendo cada um deles nos próximos itens. 44 Aglomerantes Agora, você vai estudar diversos tipos de aglome- rantes diferentes e seus principais usos na cons- trução civil. Procure sempre observar informa- ções que facilitam o entendimento de cada um deles, como a matéria-prima, como é obtido, as características e onde é aplicado! Cal A cal é um produto obtido partir de rochas calcá- rias sedimentares. As rochas são fragmentadas e trituradas e passam por um processo de calcinação – aquecimento a uma temperatura que chega aci- ma de 900 ºC – provocando reações no carbonato de cálcio da composição, transformando-se em grânulos de cal “viva” ou cal virgem, compostos principalmente de óxidos de cálcio e magnésio. Cal viva Conforme explicado, a cal originária diretamente do processo de calcinação se chama cal viva. A cal viva em pedras é armazenada para res- friamento e, posteriormente, será triturada e moí- Cal, Asfalto, Gesso e Drywall 45UNIDADE 2 da para atingir a granulometria desejada. O material obtido é a cal virgem em pó, pronta para ser embalada e comercializada. A cal viva ou virgem não é exatamente um aglomerante utilizado na construção. O óxido deve ser hidratado, transformando-se em hidróxido, que é o constituinte básico do aglomerante cal. Essa hi- dratação forçada recebe o nome de extinção e o hidróxido resultante denomina-se cal extinta (é chamado assim quando é realizado no canteiro de obra) ou se denomina cal hidratada (chamada assim quando esta extinção ocorre na indústria produtora do material) (BAUER, 2013). A cal virgem (Figura 1) pode ser denominada conforme requisitos químicos e físicos atingidos durante seu processo de fabricação em: • Cal virgem especial: CV-E; • Cal virgem comum: CV-C; • Cal virgem em pedra: CV-P (ABNT NBR 7175:2003). Figura 1 - Cal virgem comum e em pedra Cal hidratada A cal virgem armazenada na indústria é transportada para a fase seguinte do processo: a hidratação. Nesta fase, ocorre a reação de hidratação do óxido de cálcio e óxido de magnésio, que se transformam em Hidróxido de Cálcio [Ca(OH2)] e Hidróxido de Magnésio [Mg(OH2)]. Isto acontece quando a cal virgem entra em contato com a água [H2O]. Após a hidratação, um novo produto se forma: a cal hidratada pronta para ser embalada ou comercializada a granel. A qualidade da cal hidratada é obtida por meio do controle das matérias- -primas e dos processos produ- tivos. Ela pode ser denominada conforme requisitos químicos e físicos atingidos durante seu processo de fabricação em: • Cal hidratada: CH-I; • Cal hidratada: CH-II; • Cal hidratada: CH-III (NBR 7175:2003). • Extinção da Cal Para proceder a extinção da cal, adiciona-se duas a três partes de água para uma parte da cal. Esse processo gera calor e, após con- cluído, os grãos se transformam em uma massa branca pastosa, a partir deste momento é chama- da de cal hidratada. O uso da cal viva ou virgem, na construção civil, foi muito comum até meados dos anos de 1990. Era comum encontrar, nas obras, as caixas de madeira construídas sobre o solo, com capacidade para centenas de quilos de material, para pro- cessar a hidratação da cal com água e deixar a mistura pastosa depositada pelo tempo necessá- rio para ocorrer a extinção. Nos dias atuais, esta forma da cal está em desuso, seja substituí- da pela cal hidratada, já pronta para o uso, ou até por argamassas já misturadas, como as argamas- sas usinadas, que serão estudadas na Unidade 5 deste livro. 46 Aglomerantes A cal hidratada é utilizada, principalmente, na composição das argamassas, em que são adi- cionados água e agregado miúdo. Após a adição da água nesta mistura, o endurecimento da cal ocorre com a evaporação da água e depende do contato com o ar atmosférico, por isso é também chamada de cal “aérea”. A presença da cal em uma mistura aumenta a plasticidade da argamassa e, consequentemente, aumenta a sua trabalhabilidade. Como retentor de água, ela minimiza a retração na secagem e facilita a ligação entre a argamassa de assenta- mento e os blocos da alvenaria ou entre as etapas da argamassa de revestimento (será retomado na Unidade 5 – Argamassas). Diferentemente do cimento, material de uso prati- camente restrito à construção civil, a cal é utilizada para diversos usos em outras indústrias e ativida- des, como na fabricação de aço; tratamentos deágua, para elevação de pH; celulose e papel, para branquear o papel; na produção do açúcar; como na produção da cerâmica, do couro, etanol, tintas, produtos farmacêuticos e alimentícios. As principais normas a ser consultadas sobre a cal são: • NBR 6453 - Cal virgem para a construção civil. • NBR 7175 - Cal hidratada para arga- massas. Asfalto O asfalto é encontrado no petróleo cru, onde se encontra dissolvido. Diversos processos de be- neficiamento produzem uma grande variedade de produtos, muitos deles com uso intenso na construção civil. Os asfaltos são aglomerantes com boa ca- pacidade de ligação, com adesividade rápida, com boa impermeabilidade e durabilidade. É um material hidrófugo, repelente à água. Pro- porciona um material com boa resistência ao ataque pela maioria dos ácidos, álcalis e sais (BAUER, 2013). O asfalto utilizado em pavimentação é um ligante betuminoso (Figura 2), derivado da des- tilação do petróleo, sendo um adesivo termovis- coplástico, impermeável à água e pouco reativo (BERNUCCI et al., 2010). Caro(a) aluno(a), é importante que você com- preenda que a cal hidratada tem vantagens quando comparada com a cal virgem, como a facilidade de manuseio, de transporte e de ar- mazenamento. É um produto já pronto para ser usado, eliminando a realização do processo de extinção em um canteiro de obras. Fonte: adaptado de Bauer (2013). Figura 2 - Asfalto em forma líquida 47UNIDADE 2 Os asfaltos são usados em obras de pavimentação, em forma de emulsão em pinturas impermeabilizan- tes, como isolamento elétrico e impermeável, entre outros usos. Você pode encontrar os asfaltos em quatro tipos diferentes: a) Cimento asfáltico • Natural (conhecido como CAN). • Obtido da destilação do petróleo, cha- mado de CAP (cimento asfáltico de pe- tróleo). É um material termoplástico, com consistência entre firme (semissólido) e rígido (sólido), quando exposto à temperatura ambiente. Quando aquecido, torna-se fluído, facilitando a sua aplicação. O CAP é produzido a partir de compostos de as- falto e óleo residual, destilado em baixa temperatura sobre vácuo. É necessário aquecer a mistura a uma temperatura em torno de 250 ºC para a realização do processo. b) Asfalto líquido Podem ser de cura lenta, média ou rápida. • Cura lenta: mistura de cimento asfáltico e óleos. O endurecimento acontece de forma lenta por meio da evaporação do óleo, possibilitando que o material atinja a consistência final desejada. • Cura média: mistura de cimento asfáltico com um solvente hidrocarbonado. Como o solvente utilizado apresenta um médio grau de volatilidade (próximo ao que- rosene), esses asfaltos endurecem mais rapidamente que os anteriores. • Cura rápida: mistura de cimento asfáltico mais rígido que os anteriores, com um solvente altamente volátil (próximo à ga- solina). Devido a esse processo, torna-se um material que endurece mais rapida- mente entre os tipos de asfalto. c) Emulsão asfáltica Mistura de cimento asfáltico e água (entre 30 a 45% de água), devidamente homogeneiza- dos, podendo ter a adição de um emulsifica- dor ainda no processo de fabricação. d) Mantas asfálticas Um produto à base de asfalto muito utiliza- do na construção civil são as Mantas asfálti- cas. Elas são produtos modificados com ou sem armadura (véu ou tecido de reforço), impermeáveis, fabricadas em rolos e são utilizados como revestimento para imper- meabilização. • Quanto à aplicação no substrato, as man- tas podem ser do tipo: totalmente aderi- da, parcialmente aderida ou não aderida ao substrato. • Quanto ao sistema de aplicação, as man- tas podem ser aplicadas a quente (Figura 3), amolecidas com o uso de um maça- rico de chama ou aplicada a frio, onde a fixação e união entre os rolos se dá por contato com um adesivo inserido na manta durante a fabricação. Figura 3 - Manta asfáltica aplicada a quente 48 Aglomerantes Gesso O gesso apresenta-se em forma de pó muito fino de cor branca, originário do processamento da Gipsita. A Gipsita (CaSO4.2H2O) é calcinada em um forno em temperatura de 180 ºC até 300 ºC, dependendo do uso pretendido, e triturada para formar o gesso. O processo de pega do gesso inicia com 2 a 3 minutos após a mis- tura com a água e dura de 15 a 20 minutos. Esse processo apresenta liberação de calor. Já o aumento de resistência do gesso pode durar semanas e é determinado por: • Tempo e temperatura de calcinação da gipsita. • Finura do gesso. • Proporção de água utilizada para a mistura. • Ausência de impurezas. Outras utilizações cada vez mais frequentes para o gesso é o uso em peças pré-moldadas de acabamento (Figura 4), como placas para forro, peças irregulares (sancas, capitéis, roda forros) e como blocos, inclusive com a fabricação de blocos estruturais autoportantes. O gesso é um aglomerante aéreo que pode ser aplicado misturado diretamente com água, em uma pasta bem plástica, formando uma superfície lisa e livre de imperfeições, de ótimo acabamento, empregado para acabamento final do revestimento em forros e paredes. É utilizado em forma de argamassa, misturado com areia e água. O gesso apresenta, naturalmente, um rápido endureci- mento, pois permite a fabricação de produtos sem tratamento ou aditivos de aceleração. Fonte: adaptado de Ambrozewicz (2012). Figura 4 - Molduras de gesso 49UNIDADE 2 Drywall Chapas tipo “drywall” são painéis ou placas de gesso acartonado. Tra- tam-se de painéis compostos por um miolo de gesso hidratado e re- vestidos por lâminas de um papel cartão semelhante a um papelão. Os painéis são usados para a construção de paredes, forros e revestimentos em áreas internas em todos os tipos de construção predial (Figura 5). Você pode encontrar inúmeras vantagens ao comparar o drywall com a alvenaria tradicional, como as que estão destacadas a seguir: • Execução rápida e fácil de trabalhar. • Baixo desperdício e facilidade para reforma, manutenção e re- paros. • Material muito versátil, que possibilita a construção de diversos tipos de paredes para qualquer tipo de ambiente interno, até mesmo paredes curvas. • Oferece uma superfície lisa e pronta para o acabamento que se deseje aplicar, seja pintura, azulejo ou outro tipo de revestimento. • Pode ser usada em áreas úmidas, como banheiros. • Apresenta uma boa performance acústica, térmica e de resis- tência ao fogo. Tipos de Chapas As chapas de drywall são classificadas conforme o local de uso ou desempenho a que elas são indicadas: • Chapas cor verde - garantem resistência à umidade. • Chapas cor rosa - oferecem mais resistência ao fogo. • Chapas que oferecem maior resistência a impactos. • Chapas para paredes e forros curvos. • Chapas drywall perfuradas que garantem absorção acústica e são peças de design decorativo (usadas em restaurantes, salões e outros ambientes onde a reverberação do som pode causar desconforto (DRYWALL, [2020], on-line)1. 50 Aglomerantes As principais normas a ser consultadas sobre o dry- wall são: • NBR 14.715:2010 – Chapas de gesso para drywall – Requisitos e Métodos de ensaios. • NBR 15.217:2018 – Perfilados de aço para sistemas construtivos em chapas de gesso para Drywall – Requisitos e Métodos de en- saios Cal hidratada para argamassas. • NBR 15.758:2009 – Sistemas construtivos em chapas de gesso para Drywall – Projeto e procedimentos executivos de montagem. Apesar de serem materiais distintos, os aglomerantes estudados, como o gesso e a cal, possuem caracterís- ticas semelhantes e, em algumas situações, podem até um substituir outro. Os asfaltos são muito mais versáteis, usados como matéria-prima em alguns compostos e como material final acabado em outros, é um material que praticamente não tem substitutos com a mesma qualidade ou com o mesmo custo. Assim, encerramos o estudo desses aglomerantes, preparando-nos para o próximo material a ser estu- dado, o importante e altamente consumido cimento. Figura 5 - Paredes com chapas em Drywall 51UNIDADE 2 Chegamos ao mais importantee utilizado aglo- merante, o cimento. Estude com atenção, pois o conhecimento que você vai adquirir a partir de agora será utilizado sempre, durante toda a sua carreira como Engenheiro Civil. Cimento Portland e suas Propriedades 52 Aglomerantes Definição O cimento Portland é um aglomerante fino e pulverulento que endurece com a ação da água. É obtido por meio da moagem do clínquer – um produto resultante da calcinação da mistura de cal- cário e argila. Os constituintes fundamentais para a formação do clínquer são a cal, a sílica, a alumina e o óxido de ferro, que consti- tuem, aproximadamente, 95% do material original. A NRB 16697:2018 complementa que o cimento Portland é um aglomerante hidráulico obtido pela moagem de clínquer, ao qual se adiciona, durante a operação, a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. Durante a moagem, é permitido adicionar, a esta mistura, materiais pozolânicos, escórias granuladas de alto-forno e/ou materiais carbonáticos. As principais propriedades estão divididas entre propriedades físicas e químicas. As propriedades podem ser consideradas, tam- bém, sob três condições distintas: • As propriedades do produto cimento, em sua condição em pó. • Na mistura do cimento com a água em forma de pasta. • Na mistura incluído os agregados formando a argamassa. Densidade A densidade absoluta é considerada próxima de 3,15, podendo variar para valores menores. Esse valor é utilizado nos cálculos de consumo do produto nas misturas feitas com base nos volumes dos componentes do traço. A densidade aparente, no manuseio do produto ou quando é armazenado, fica em torno de 1,5 Finura A finura é uma propriedade relacionada ao tamanho dos grãos do produto. É definida de duas maneiras: a) Pelo tamanho máximo do grão retido em um processo de peneiramento específico. b) Pelo valor da superfí- cie específica, que é a soma da superfície dos grãos em uma deter- minada amostra. O aumento da finura melhora muitas propriedades, como au- mento da resistência, principal- mente na primeira idade; diminui a exsudação (separação espontâ- nea da água da mistura); melhora a impermeabilidade; e melhora a trabalhabilidade dos concretos. Contudo, o aumento da finura apresenta resultados não deseja- dos, como um maior calor de hi- dratação, maior retração e maior ocorrência de fissuramento. O ensaio para avaliação da finura do cimento mais uti- lizado é descrito pela NBR 11579:2013 – Cimento Portland – Determinação da finura por meio da peneira 75 µm (nº 200). O objetivo do ensaio é de- terminar a finura por meio do peneiramento, pelos procedi- mentos manual e mecânico. É determinada a porcentagem, em massa, de cimento cujas dimensões dos grãos são supe- riores a 75 µm (fração retida) (NBR 11579:2013). Os procedimentos para rea- lizar o ensaio podem ser obser- vados passo a passo, conforme descrição apresentada na NBR 11579:2013. 53UNIDADE 2 Exsudação Exsudação consiste na separação que ocorre entre a água e os demais componentes da mistura, que se separam naturalmente pelo efeito conjunto da diferença de densidade entre o cimento e a água. Os grãos de cimento, mais densos que a água que os envolve, tendem a apresentar uma sedi- mentação. Como resultado dessa tendência de movimentação dos grãos para baixo, ocorre um afloramento do excesso de água, expulso das por- ções inferiores (BAUER, 2013). Como efeitos da exsudação, temos alterações que prejudicam a uniformidade, a resistência e a durabilidade dos concretos. Tempo de Pega Tempo de pega é o aumento da resistência me- cânica de uma mistura no início do processo de endurecimento. O tempo para o “início da pega” é muito importante para a produção dos produtos que utilizam cimento, e é medido desde o instante em que a água e o aglomerante são misturados, até o momento em que se iniciam as reações químicas no aglomerante. Quando se está utilizando o cimento, para fa- cilitar a percepção do tempo para o observador, define-se como o instante que a pasta perde sua fluidez, onde apresenta um aumento progressivo da viscosidade em pouco tempo, até apresentar uma determinada consistência que impossibilita a sua utilização em nova aplicação. É importante sempre observar que esse processo ocorre acom- panhado de um aumento de temperatura na mis- tura, conhecido como calor de hidratação. A Pega e o Endurecimento são dois aspectos que fazem parte do mesmo processo de hidratação do cimento, só que observados em momentos diferentes – a pega é o início do processo e o en- durecimento segue até o final do processo. Com um certo tempo após a realização da mistura (que depende do tipo de cimento), o processo da pega alcança um estágio em que não é mais trabalhável e não permite mais a remistura. Fonte: adaptado de Bauer (2013). Determinar o início e o fim da pega é muito im- portante, pois o tempo transcorrido entre eles equivale ao tempo que os envolvidos no proces- so de produção terão para misturar, transportar, lançar e adensar as argamassas ou o concreto. Também é possível, com o fim da pega e o início do endurecimento, permitir-se circular por sobre a peça ou local concretado. A Figura 6 retrata a sequência das transformações químicas que acontecem nos grãos de cimento, descritos a seguir (iniciando nas partículas de ci- mento, do lado esquerdo da figura): 54 Aglomerantes 1. Partículas de cimento originais, não hidratadas. 2. Ocorre a hidratação das partículas. 3. Após a hidratação, espera-se o tempo necessário para o início da pega. A partir deste momento, ocorre a liberação do calor e o início da formação do gel. 4. Ocorre a formação de cristais a partir dos grãos de cimento. 5. A formação das agulhas a partir dos grãos aumenta até se encontrar e se entrelaçar com agulhas originárias de outros grãos. Nesse momento, começa a transição entre a pega e o endurecimento 6. Concluída a cristalização, o processo de endurecimento está ocorrendo. O cimento continua ganhando resistência por mais de dois anos. Alguns pesquisadores afirmam que o aumento de resistência continua acontecendo para sempre, mesmo que em valores muito pequenos, difícil de ser medido. Figura 6 - Reações químicas do cimento após a hidratação Fonte: adaptada de Mehta e Monteiro (1994). Endurecimento do cimento Depois de hidratado, as reações químicas que acontecem são irre- versíveis e não podem ser interrompidas ou paralisadas – podem ser somente desaceleradas, mas elas vão continuar acontecendo até o processo de endurecimento total. Existe, também, um ensaio para determinação do tempo de pega descrito pela NBR 16607:2018 – Cimento Portland – Determinação do tempo de pega. O objetivo do ensaio é estabelecer um método de determinação do tempo de pega da pasta de cimento Portland utilizando o aparelho de Vicat (ABNT NBR 16607:2018). Formação de agulhas/cristais Partículas de cimento Até o estado endurecido Água Formação de gel Agulhas se aglomeram mais, por meio de hidratação Partículas de cimento com adição de água Liberação de calor Calor externo 55UNIDADE 2 Resistência à Compressão A resistência do cimento é avaliada de duas for- mas diferentes: • O tempo de endurecimento: Para se medir o tempo de endurecimento, é ne- cessário registrar a quantos dias o cimento foi mis- turado com água e quando as reações químicas se iniciaram. Os cimentos tradicionais possuem uma resistência inicial que pode ser medida aos 3 dias; uma resistência intermediária (um pouco acima dos 50%), obtida aos 7 dias; e a resistência final aos 28 dias. Apesar de se reconhecer que o cimento continua ganhando resistência por muito mais tempo, foi considerado os 28 dias como o prazo onde o cimento deve atingir a sua resistên- cia máxima de projeto. Os valores mínimos de resistência à compres- são devem ser garantidos pelo fabricante do ci- mento para ser atingido após 28 dias de cura. Esses valores, que chamamos de Classe de Outras Propriedades QuímicasSão as propriedades ligadas diretamente ao processo de endurecimento por hidratação. Podemos citar como propriedades: • Estabilidade: propriedade ligada à ocorrência de expansões volumétricas após o endurecimento. • Calor de Hidratação: é o calor dissipado durante o processo de endurecimento do cimento devido às reações de hidratação (já foi descrito, pois fazia parte de outras propriedades). Neste tópico, conhecemos diversas propriedades do cimento, que são responsáveis diretas pela quali- dade, versatilidade, resistência, enfim, pelas características que esse incrível material apresenta, possi- bilitando que ele possa ser aplicado em inúmeras situações. Resistência, dependem dos processos de fabri- cação, como as adições realizadas e a finura da moagem do cimento. A resistência é medida em MPa (Mega Pascal), e as classes são divididas em 25 MPa, 32 MPa e 40 MPa. • Medição da resistência à compressão: O ensaio para determinar a resistência à com- pressão do cimento mais utilizado é descrito pela NBR 7215:2019 – Cimento Portland – Determi- nação da resistência à compressão. O objetivo desta norma é definir os proce- dimentos para a determinação da resistência à compressão do cimento Portland. O método utiliza corpos de prova cilíndricos com 5 cm de diâmetro e 10 cm de altura. Os corpos de prova devem ser curados por 28 dias e, poste- riormente, ser testados até sua ruptura em uma máquina de ensaio para compressão capaz de aplicar cargas de maneira contínua, sem cho- ques, à velocidade constante de ensaio (ABNT NRB 7215, 2019). 56 Aglomerantes Agora você vai conhecer todas as etapas e pro- cessos que ocorrem desde a extração das ma- térias-primas até o cimento estar pronto para a comercialização. As plantas industriais são de grandes dimen- sões; isso vem de diversas razões que se somam. Primeiramente, como o processo de licenciamen- to é bastante complexo, a energia dispendida, as- sim como os recursos consumidos para licenciar uma pequena indústria ou uma de grande porte, é muito semelhante. Outro fator é a dinâmica do mercado de cimento, onde as grandes corporações nacionais e muitas multinacionais dominam o mercado e acabam adquirindo as empresas me- nores que se aventuram a competir neste mer- cado. Por fim, como o valor unitário do cimento é relativamente baixo e os equipamentos para a instalação da indústria são caríssimos, só se torna viável a produção se for em uma escala da pro- dução muito elevada, o que leva à instalação de grandes plantas industriais (Figura 7). Produção do Cimento Portland 57UNIDADE 2 Extração das Matérias-Primas O calcário é a principal matéria-prima do processo, pode ser ex- traído em jazida subterrânea ou a céu aberto (processo tradicional de extração de rochas em pedreira). A argila é extraída em menor quantidade que o calcário, mas é tão importante quanto ele. Ela é extraída em lavras a céu aberto (Figura 8). A argila é um produto rico em sílica, ferro e alumínio, elementos importantes para a qua- lidade do cimento. Figura 7 - Indústria de fabricação do cimento Figura 8 - Extração da argila 58 Aglomerantes Moagem e Mistura das Matérias-Primas As rochas extraídas são trituradas em brita- dores instalados ainda na jazida, em um pro- cesso semelhante ao que ocorre nas pedreiras produtoras de agregados, que foram estudadas na Unidade 1. O material triturado já em pequenos grânulos é transportado da jazida até a indústria, onde é transformado em pó e passado por peneiras que retiram os grânulos maiores, repetindo o processo, se necessário. A argila, o outro componente mais significa- tivo, somado ao calcário, também passa pelo bri- tador para garantir que grânulos maiores sejam reduzidos a pó. A mistura pós-moagem é conduzida aos silos de homogeneização, onde a mistura é controlada, as características químicas são levantadas em labora- tório (teores de cálcio, silício, ferro e alumínio, entre outros) e, se necessário, são feitas as correções na ma- téria-prima. Neste momento, também se acrescenta o minério de ferro e forma-se o que chamamos de farinha (mistura homogeneizada de calcário + argila + minério de ferro). Esse material tem a umidade controlada para garantir a melhor mistura. O produto final é formado por grãos muito finos, sendo assim, normalmente, é necessário um filtro instalado no moinho para evitar que haja a emissão de pó para a atmosfera. A farinha é estocada em silos especiais até ser enviada ao forno rotativo. A composição básica da mistura é, aproxima- damente, 80% de calcário e ~20% de argila, além de taxas menores e variáveis dos outros compo- nentes já citados. Produção do Clínquer Antes de ser inserida no forno rotativo (Figura 9), a farinha passa por um forno pré-calcinador, para que seja aquecida por meio dos gases quentes originados pelo forno, que se encontram logo abaixo, garantindo a secagem total da umidade. Quando a farinha chega ao forno rotativo, ela já está com temperatura em torno de 900 ºC, ajudando a reduzir o consumo de energia. No interior do forno, a temperatura chega entre 1450 ºC e 1550 ºC, e a mistura é calcinada, produzindo o clínquer. Este forno rotativo se trata de um longo tubo de chapa de aço, revestido de material refratário, que gira lentamente em torno de seu eixo, estando levemente inclinado. Na extremidade mais baixa, um maçarico processa a queima do combustível aquecendo o interior na temperatura desejada (BAUER, 2013). Figura 9 – Forno rotativo para produção do clínquer Os silicatos de cálcio são os principais compo- nentes do cimento Portland, então, é necessário que as matérias-primas forneçam cálcio e sílica. O cálcio é encontrado na natureza em fontes de carbonato de cálcio, como no calcário, mas também é encontrado no giz e no mármore. Já a sílica se encontra, principalmente, nas argilas e xistos argilosos. Fonte: adaptado de Ambrozewicz (2012). 59UNIDADE 2 O processo de produção do clínquer está quase concluído. O material é resfriado e a temperatura reduzida para em torno de 200 ºC. Novas coletas de amostras do material são retiradas para novos ensaios químicos. Após o processo de resfriamento, adiciona-se o gesso para controlar o tempo de pega, assim, é adi- cionado em todos os tipos de cimento Portland. Sua função na mistura é evitar o endurecimento acelerado do cimento. A proporção fica próximo de 3% gesso para 97% de clínquer. Nesse momento, as reações químicas estão finalizadas - o composto desse processo é o clín- quer, que são nódulos de 5 a 25 mm de diâmetro. Trituração O clínquer é triturado em um moinho de bolas de aço para a formação do pó. Como o clínquer é um material muito duro, o desgaste das esferas de aço é constante, o que torna a operação de alto custo. Quando mais moído e mais fino o pó ficar, melhor será a qualidade do cimento produzido (Figura 10), e mais energia e desgaste no moinho ocorrerá, o que faz o preço do cimento ser maior quanto mais alta for a sua finura e, consequente- mente, sua qualidade e sua resistência. Figura 10 – Clínquer triturado – já pode ser chamado de cimento O cimento triturado é transportado para moegas, onde ficam armazenadas as outras matérias-primas que compõem os diversos tipos de cimento, como o calcário, a pozolana ou a escória. Dependendo da porcentagem de cada produto adicionado, obtém-se uma especificação diferente de cimento. Transporte e Armazenamento Após a moagem final com a adição dos com- ponentes, o cimento é depositado em silos de armazenagem, de onde pode ser carregado diretamente nos vagões de trem ou em cami- nhões adequados para o transporte a granel ou ser embalado em sacos de 40 ou 50 kg, depen- dendo do fabricante. As embalagens não podem ser furadas, ras- gadas ou molhadas durante o transporte, recebi- mento e estocagem. As empresas que são grandes consumidoras de cimento utilizam a granel, como as concreteiras, fábricas de pré-moldados ou grandes obras que possuem usina própria de produçãode concreto. O cimento fica armazenado em silos, de onde é possível controlar o seu consumo por peso com precisão (Figura 11). Figura 11 - Silos para armazenamento do cimento 60 Aglomerantes O cimento exige cuidados no seu armazenamento, pois é ne- cessário garantir que não ocorra nenhum tipo de hidratação. Os sacos de papel não garantem o isolamento necessário, por essa razão não se deve armazenar o cimento por muitos meses. Sempre se deve cobrir as pilhas de sacos de cimento no canteiro de obras com material plástico e colocar os sacos de cimento sobre estrados de madeira, para evitar que o material tenha con- tato direto com o solo. A indústria do cimento é bem particular. Ao mesmo tempo que temos grandes uni- dades industriais, com grande capacidade produtiva e uso de equipamentos pesados, o pro- cesso de produção tem uma alta tecnologia envolvida, com con- troles rigorosos de composição e no resultado final de finura e resistência. E é durante o processo pro- dutivo que se determina as características do cimento e al- tera-se algumas propriedades, possibilitando a fabricação de diversos tipos diferentes de ci- mento. 61UNIDADE 2 Um Engenheiro que vai atuar na construção civil, seja ele projetista, calculista, orçamentista ou exe- cutor de obras, deve conhecer os tipos de cimento que existem e saber suas características para con- seguir indicar qual o cimento correto que deve ser utilizado em cada tipo de obra. Classificação dos Cimentos O cimento é classificado conforme sua composição e as adições que cada tipo de cimento pode receber durante o final do seu processo de fabricação. Tipos de Cimento Portland 62 Aglomerantes Eles podem ser classificados como: • SIMPLES: é o produto original, sem mis- turas. Ex.: Cimento Portland. • COMPOSTO: é a mistura de um cimento simples com subprodutos industriais ou naturais (escória, pozolana). Ex.: Cimento Portland Pozolânico. • MISTO: é constituído pela mistura de dois tipos de cimentos. Ex.: Cimento Alumino- so com Cimento Portland. • COM ADIÇÕES: é o cimento simples ao qual foram feitas adições que ultrapassem os limites especificados para que atinja propriedades especiais (calor hidratação, cor, retração, plasticidade da massa pro- duzida e resistência a agentes agressivos). Tipos de Cimentos Os cimentos variam entre os países, pois depen- dem muito das matérias-primas disponíveis para fabricação em cada local. Entre os normalizados e comercializados no Brasil, os mais consumidos são: cimento. Pode ser utilizado em serviços de construção, onde não são exigidas proprieda- des especiais do cimento. É utilizado em serviços de construção em ge- ral, quando não são exigidas propriedades adi- cionais ou como base para fabricação dos outros tipos de cimento. CP II – composto É um cimento modificado devido às adições que recebe. De um modo geral, serve para aplicação em todas as fases da construção. No Brasil, este tipo de cimento corresponde, aproximadamente, a 70% da produção nacional. O cimento composto é fabricado com três di- ferentes adicionantes na sua composição: o CP II-Z; CP II-E; e CP II-F. • Cimento CP II-Z: recebe a adição de ma- teriais pozolânicos. O concreto produzido com ele é mais resistente a ácidos e atinge uma maior impermeabilidade. Essas adi- ções podem ser cinzas de usina térmica, cinzas de carvão e cinzas argilosas, de ori- gem vulcânica. • Cimento CP II-E: recebe a adição de escória de alto-forno, um subproduto obtido como resíduo no processamento do minério de ferro nos altos fornos em siderúrgicas. Tem propriedades de ligante muito resistente, que quando adicionado à moagem do clínquer, melhora a resistência final e durabilidade. • Cimento CP II-F: recebe a adição de fí- ler – um material carbonático derivado da moagem fina de calcário, basalto e outros materiais carbonáticos. Quando adiciona- do ao cimento, torna o concreto e a arga- massa mais trabalháveis. Tenha sua dose extra de conhecimento assistindo ao vídeo. Para acessar, use seu leitor de QR Code. CP I – comum É um cimento puro, originário diretamente da moagem do clínquer, sem nenhuma modificação e sem qualquer adição além do gesso, que é somente um retardador de pega utilizado em, praticamente, todos os tipos de 63UNIDADE 2 CP III – de Alto-Forno É um cimento onde a escória do alto-forno é adicionada ao clínquer moído. A escória tam- bém é triturada com a mistura, de forma que a granulometria fica uniformizada em um único produto. O Cimento CP III é menos poroso e mais durável, portanto, resiste melhor em ambientes agressivos. Outra característica marcante é que as reações de hidratação da escória são muito lentas e, para que seu emprego tenha resultados positivos, são necessários ativadores físicos e químicos. As características combinadas do CPIII – impermeabilidade, durabilidade e resistência a sulfatos – tornam o cimento adequado para obras de grandes volumes, como em obras de concreto massa, em barragens, peças de gran- des dimensões, fundações de máquinas pesa- das, obras em ambientes agressivos, esgotos e efluentes industriais, obras de pontes ou obras submersas, pavimentação de estradas, pistas de aeroportos e outras obras de grande porte. CP IV – Pozolânico O cimento Pozolânico, como o nome diz, apre- senta a adição de pozolana ao clínquer. Ao contrário da escória, ela não reage com a água em seu estado natural. A pozolana utilizada na adição pode ser originária de várias fontes, como de cinzas volantes, argilas calcinadas, sí- lica ativa ou cinzas vegetais. A cura mais lenta, devido ao baixo calor de hidratação, torna o CP IV adequado a grandes volumes de concreto e obras expostas à ação da água corrente e em ambientes agressivos. Em dias muito frios, ele demora a endurecer. A principal diferença entre os cimentos CP II-Z e o CP IV é a quantidade de pozolana adicionada na composição do cimento; assim como entre o CP II-E e o CP III é a quantidade de escória adicionada na composição. CP V – Alta Resistência Inicial (ARI) O cimento de alta resistência inicial atinge alta re- sistência já no primeiro dia. Isso é possível pela utilização de uma dosagem específica de calcário e argila na produção do clínquer, além de uma moa- gem mais fina. Apesar da rápida resistência, o CP V continua ganhando resistência até os 28 dias, atingindo va- lores mais elevados que os demais cimentos. O CP V é indicado no preparo de concreto e argamassa e em todas as aplicações que necessitem de resistência inicial elevada e desforma rápida. Seus usos mais relevantes são na indústria de pré- -moldados, concreto protendido, pisos industriais e argamassa armada. Cimento Portland Branco (CPB) A cor branca deste cimento é obtida por meio de matérias-primas com baixos teores de óxido de ferro e manganês, em condições especiais durante a fabricação, tais como resfriamento e moagem do produto e, principalmente, utilizando o caulim no lugar da argila (o que torna este cimento de custo mais elevado que os outros tipos). Suas principais aplicações, para fins estruturais, são os concretos brancos muito valorizados para fins arquitetônicos. Para fins não estruturais, o seu maior consumo é para rejuntamento de azulejos e em usos artesanais. 64 Aglomerantes As principais normas a serem consultadas sobre o cimento são: • NBR 16697:2018 – Cimento Portland – Requisitos Esta NBR foi lançada em 2018, com o objetivo de substituir várias normas sobre cimento que estavam separadas. São essas que foram substituídas: • NBR 5732: Cimento Portland comum • NBR 11578: Cimento Portland composto • NBR 5735: Cimento Portland de Alto-Forno • NBR 5736: Cimento Portland Pozolânico • NBR 5733: Cimento Portland com Alta Resistência Inicial Sempre é importante lembrar que as normas NBR são uma im- portante fonte de consulta, de referência e que, no caso de dúvidas ou divergências entre livros, artigos ou outras publicações, sempre priorizaras informações que estejam de acordo com as normas técnicas. Você chegou ao final de mais uma unidade, e seus conhecimen- tos sobre os materiais da indústria da construção vão se acumulando a cada novo assunto estudado. Estudar o asfalto, a cal, o gesso e, em especial, o cimento é muito importante e muito interessante, pois são materiais intensamente usados na construção civil, em todos os tipos e tamanhos de obras. Quero encerrar esta unidade com uma dica valiosa para você, aluno(a): entre tudo o que vai estudar em todo o seu curso de enge- nharia, não tenho dúvida em afirmar que conhecer e dominar o uso do cimento é uma das mais, se não a mais importante aprendizagem que você vai adquirir em todo o seu curso de Engenharia. Respeite o cimento! Este material mudou a construção civil há 150 anos e, consequentemente, mudou as cidades e a maneira com que vivemos! Foi, certamente, uma das invenções mais importantes de toda a história da humanidade! 65 1. A cal virgem e a cal hidratada são produtos originários na produção da cal. De- monstre como ambas são utilizadas na construção civil e, caso aconteça, porque uma é preferida em relação à outra. 2. Com base no seu material de estudo e nos conhecimentos já adquiridos no estudo sobre o cimento, marque se as afirmações a seguir são verdadeiras (V) ou falsas (F). ) ( Os sacos de papel são suficientes para garantir o isolamento necessário, per- mitindo armazenar o cimento por muitos meses. ) ( O calcário é a principal matéria-prima na fabricação do cimento, pode ser ex- traído em jazida subterrânea ou a céu aberto (processo tradicional de extração de rochas em pedreira). ) ( A fabricação do clínquer ocorre quando a farinha já misturada é calcinada dentro de um forno rotativo com temperatura entre 1450 ºC e 1550 ºC. ) ( O cimento de alta resistência inicial atinge alta resistência já no primeiro dia. Isso é possível pela utilização de uma dosagem específica de calcário e argila na produção do clínquer, além de uma moagem mais fina. ) ( O cimento Portland Branco apresenta a cor branca obtida por meio da substi- tuição do calcário por matérias-primas de cor branca, como cal, gesso, caulim ou talco. A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é: a) V, F, F, F, V. b) F, F, V, V, F. c) V, V, F, V, V. d) F, V, V, F, F. e) F, V, V, V, F. Você pode utilizar seu diário de bordo para a resolução. 66 3. As principais propriedades do cimento estão divididas entre propriedades físicas e químicas. Elas podem ser consideradas, também, sob três condições distintas: as propriedades do produto cimento, em sua condição em pó; as propriedades da mistura do cimento com a água em forma de pasta; e as propriedades na mistura incluído os agregados formando a argamassa. Com base no texto e no seu material de estudo, relacione a propriedade do cimento que corresponde com o texto descritivo sobre ela: a) Exsudação. b) Finura. c) Tempo de pega. d) Calor de Hidratação. e) Endurecimento. ) ( Ocorre após a conclusão da cristalização, e estudos indicam que continua ocorrendo por mais de 2 anos. ) ( Consiste na separação que ocorre entre a água e os demais componentes da mistura, que se separam naturalmente pelo efeito conjunto da diferença de densidade entre o cimento e a água. ) ( É medido desde o instante em que a água e o aglomerante são misturados, até o momento em que se iniciam as reações químicas no aglomerante. ) ( É dissipado durante o processo de endurecimento do cimento devido às reações de hidratação. ) ( É uma propriedade relacionada ao tamanho dos grãos do produto. É definida pelo tamanho máximo do grão e pelo valor da superfície específica. A sequência correta é a) E, A, C, D, B. b) B, A, C, E, D. c) C, A, B, E, D. d) B, A, C, D, E. e) B, A, D, E, C. 67 Processo de Fabricação do Cimento Caro(a) aluno(a), que tal assistir um vídeo que vai auxiliar muito em seu apren- dizado? São apenas oito minutos!!!! O link a seguir se refere a um vídeo produzido por uma cimenteira (fábrica de cimento), onde demonstram passo a passo todas as etapas da produção do cimento. Para acessar, use seu leitor de QR Code. WEB Gesso acartonado – Uma solução acertada ou um processo fora da realidade? Autor: Rener Amaral Nunes, Suélio da Silva Araújo, Ismail Camargo Costa Junior Editora: APPRIS Sinopse: a proposta deste trabalho é utilizar a metodologia de gerenciamento de processos na nova tecnologia de paredes em gesso acartonado como forma de melhorar o processo e garantir a qualidade em sua execução. Assim, a utilização do gesso acartonado vem para implementar grandes mudanças, aumentando a eficiência na produção e execução de serviços e, obviamente, diminuindo custos. LIVRO Perdido em Marte Ano: 2015 Sinopse: conta a história do astronauta Mark Watney (Matt Damon), que du- rante uma missão a Marte é dado como morto após uma feroz tempestade e é deixado para trás por sua tripulação. Contudo, Watney sobrevive e se encontra sem recursos e sozinho no planeta hostil. Apenas com suprimentos escassos, Watney deve contar com a sua criatividade, engenho e espírito para subsistir e encontrar uma maneira de sinalizar à Terra que está vivo. A milhões de quilôme- tros de distância, a NASA e uma equipe de cientistas internacionais trabalham incansavelmente para trazer “o marciano” de volta enquanto seus colegas de tripulação simultaneamente traçam uma ousada, se não impossível, missão de resgate. Comentário: a exploração do solo, das rochas e da superfície nos remonta aos recursos minerais que precisamos encontrar para a produção dos aglomerantes. FILME https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/2590 68 ABNT NBR 11578:1991. Cimento Portland composto - Especificação. Rio de Janeiro, 1991. ABNT NBR 11579:2013. Cimento Portland - Determinação do índice de finura por meio da peneira 75 μm (nº 200). Rio de Janeiro, 2013. ABNT NBR 14715-1:2010. Chapas de gesso para drywall. Parte 1: Requisitos. Rio de Janeiro, 2010. ABNT NBR 15217:2009. Perfis de aço para sistemas construtivos em chapas de gesso para “drywall” – Requisitos e métodos de ensaio. Rio de Janeiro, 2009. ABNT NBR 15758-1:2009. Sistemas construtivos em chapas de gesso para drywall - Projeto e procedimen- tos executivos para montagem. Parte 1: Requisitos para sistemas usados como paredes. Rio de Janeiro, 2009. ABNT NBR 16607:2018. Cimento Portland – Determinação do tempo de pega. Rio de Janeiro, 2018. ABNT NBR 16697:2018. Cimento Portland – Requisitos. Rio de Janeiro, 2018. ABNT NBR 5732:1991. Cimento Portland comum. Rio de Janeiro, 1991. ABNT NBR 5733:1991. Cimento Portland de alta resistência inicial. Rio de Janeiro, 1991. ABNT NBR 5735:1991. Cimento Portland de alto-forno. Rio de Janeiro, 1991. ABNT NBR 5732:1991. Cimento Portland pozolânico. Rio de Janeiro, 1991. ABNT NBR 6453:2003. Cal virgem para construção civil - Requisitos. Rio de Janeiro, 2003. ABNT NBR 7175. Cal hidratada para argamassas - Requisitos. Rio de Janeiro, 2003. ABNT NBR 7215:2003. Cimento Portland - Determinação da resistência à compressão de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2019. AMBROZEWICZ, P. H. L. Materiais de construção. São Paulo: Pini, 2012. BAUER, L. A. F. Materiais de construção I. 5. ed. revisada. Rio de Janeiro: LTC, 2013. BERNUCCI, B. et al. Pavimentação asfáltica: formação básica para engenheiros. 3ª impressão. Rio de Janeiro: ABEDA, 2010. MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto – Estrutura, Propriedades e Materiais. São Paulo: PINI, 1994. REFERÊNCIA ON-LINE 1Em: https://drywall.org.br/. Acesso em: 02 abr. 2020. https://drywall.org.br/ 69 1. A cal viva ou virgem não é exatamente um aglomerante utilizado na construção. Para isso, ela precisa ser hidratada, e esta hidratação recebe o nome de extinção, e denomina-se cal extinta (quando é realizado no canteiro de obra) ou denomina-se cal hidratada (quando ocorre na indústria). A cal hidratada tem vantagens quando comparadacom a cal virgem, como a facilidade de manuseio, de transporte e de armazenamento, além do principal: já está pronta para o uso como aglomerante em argamassas na construção civil. 2. E. 3. A. 70 _f8xfb949qhbp _5gsj0xgn22yk _39b89pev87hk _mh73n38f10vr _8afzwfzd1iio _unecdskvcol3 _7xn48gqpo0qy _cwce712h3ae3 _6tsdmaqxphh6 _cebeuifqgag0 _iafmik2y4gbm _u0iapznjkhf5 _l18iwq1ogtky _1qr4lunemz98 _fhea1pri48n5 _pve1dg841n4s _8etl2zkmjiav _szsxf4ei9kp5 _54nzarkcsoz _bs0dhmg28qyk _5u2pfef40xul _3ah9bgda1cm2 _zgoehohwps2e _qb5tz7ois0oe _d5u8ehqgjb3q Button 16: Botão 1:
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