PONTO 4 - CIMENTO

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PONTO 4: CIMENTO
1.0 CONSIDERAÇÕES GERAIS 
Conceito de cimento
Clínquer (calcário+argila)
Resumo do processo de produção do cimento
Matérias primas e suas funções: calcário, argila, gesso e adições 
2.0 PROCESSO DE FABRICAÇÃO 
Extração
Britagem 
Depósitos
Dosagem 
Silos de homogeneização 
Moinho de Cru 
Forno
Resfriamento 
Depósitos de clínquer
Adições 
Moinho de cimento
Silos de cimento 
Expedição
3.0 CLASSIFICAÇÃO DO CIMENTO 
Cimento Porland comum (CP1 e CP1-2)
Cimento Porland Composto (CP2-E, CP-F, CP-Z)
Cimento Porland de alto forno (CP 3)
Cimento Porland pozolânica (CP4)
Cimento Porland de alta resistência inicial (CP-5)
Cimento Porland de Resistência a Sulfato (CP-RS)
Cimento Porland Branco (CP-B) 
Cimento Porland de Baixo Calor de Hidratação (CP-BCH)
4.0 PROPRIEDADES DO CIMENTO 
Pega (Inicio de pega, falsa pega, fim de pega e pega instantânea) e Endurecimento 
Resistencia 
Finura
Estabilidade e Volume 
Calor de hidratação 
Resistência aos agentes agressivos
5.0 CONSTITUINTES DO CIMENTO E O PROCESSO DE HIDRATAÇÃO
Fatores que influenciam (temperatura, adições, granulometria, a/c, características do clínquer)
Alita (hexagonal, alto calor de hidratação, resistência inicial)
Belita(arredondando, baixo calor de hidratação, resistência ao longo do tempo)
Celita (cúbica, alta calor de hidratação, influencia na pega e endurecimento, baixa influencia na resistência)
Ferrita (intersticial, alto calor de hidratação, influencia na coloração do cimento e resistência a corrosão química).
Produtos hidratados: Silicatos hidratados de cálcio(CSH), hidróxido de cálcio, etringita, monosulfato, hidróxido de ferro e outros.
5 estágios (1-dissolução do C3S, formação do CSH e Etringita, 2- dormência, pasta fluida e trabalhabilidade, 3-Aceleração, consumo da C2S, pega inicial e endurecimento, 4-5-desacelaração da reação e taxa de calor reduzida. 
PONTO 4: CIMENTO
1 CONSIDERAÇÕES GERAIS 
	O cimento é um dos principais materiais da construção civil, sendo quase inevitável a construção de alguma edificação sem sua utilização. Uma vez que alguns dos principais compósitos da construção civil usam cimento, como as argamassas e o concreto.
	O cimento pode ser definido como um pó fino, com propriedades aglomerantes, ligantes e aglutinantes, que endurecem sob a ação da água. Por isso é conhecido como aglomerante hidráulico. 
	O cimento é obtido pela pulverização de clínquer constituído essencialmente de silicatos hidráulicos de cálcio, com uma certa porção de sulfatos de cálcio natural, contendo, eventualmente, algumas adições de certas substancia que modificam suas propriedades e facilitam o seu emprego. O clínquer é basicamente o produto da calcinação de uma mistura de calcário mais argila. Essa mistura após calcinado é combinado com o gesso, moída e assim se obtém o pó do cimento. 
	O calcário presente no cimento é constituído de carbonato de cálcio (CaCO3), dependendo de sua origem geológica pode conter várias impurezas, como o magnésio, silício, alumínio ou ferro. A argila são os silicatos complexos contendo o alumínio e ferro como cátions principais e potássio-K, magnésio-Mg, cálcio-Ca e titânio-Ti, sua função é fornecer os óxidos para o cimento. O gesso é o produto final no processo de fabricação de cimento, com a finidade de regular o tempo de pega por ocasiões das reações de hidratação. Outros constituintes adicionados ao cimento são elementos com a finalidade de se obter características especificas. 
2.0 PROCESSO DE FABRICAÇÃO 
	O Cimento Portland é atualmente produzido em instalações industriais de grande porte, e sua fabricação é constituído de 13 etapas, as quais são: extração, britagem, depósito, dosagem, moinho de cru, silos de homogeneização, forno, resfriador, depósitos de clínquer, adições, moinho de cimento, silos de cimento e expedição. 
	Na etapa de extração é obtido a matéria prima do cimento, o calcário e a argila. Posteriormente, para melhorar a granulometria do calcário é realizado a britagem, o que contribui para eliminar uma grande parte de impurezas do calcário e vai facilitar o processo de homogeneização com a argila. A argila por ser mole não passa por esse processo, após o processo de britagem o material é colocado em um depósito.
	Na etapa de dosagem as matérias primas selecionadas são dosadas para a produção do clínquer, com uma determinada qualidade, geralmente na porcentagem de 75-80% de calcário e 20-25% de argila.
O material é passado no moinho de cru para diminuir a granulometria dos grãos, realizar a mistura dos grãos e ainda adicionar outros materiais, para obtenção dos compostos que constituem o “cru”: cálcio, sílica, alumínio, ferro e outros. Em seguida, o material é destinado para os silos de homogeneização, onde é realizado uma perfeita combinação dos elementos formadores do clínquer. 
Depois de obtido e homogeneizados os materiais do clínquer ele é dirigido para o forno, onde ocorre o pré-aquecimento na torre de ciclone e a cozedura no forno. Na torre ocorre a descarbonatação e inicia-se a pré-calcinação do material, nessa etapa o cru vai passando por transformações físico químicas, ocorridos devido a variação de temperatura, depois a farinha está pronto para o forno. No forno, a farinha desloca-se lentamente até o fim do processo de clinquerização.
O clínquer ao sair do forno está com uma alta temperatura, necessitando ser resfriado, assim um resfriador promove a redução da temperatura da farinha para 80°C, onde se completa a etapa de clinquerização. Com isso, o material obtido é destinado para os depósitos de clínquer, onde ocorrem as análises físico-químicas do material, para só então receber adições, como pozolanas, gesso, escória e filer, a mistura dessas adições é realizada no moinho de cimento. 
Depois de obtido o cimento ele é armazenado em silos, e após os ensaios de qualidade o produto está pronto para a expedição, processo de remessa do cimento para o mercado, o qual pode ser a granel ou em sacos. 
3.0 CLASSIFICAÇÃO DO CIMENTO 
O Cimento Portland obtém sua classificação levando em consideração suas aplicações e adições, os tipos de cimento mais comum são:
-Cimento Porland comum (CPI): o cimento sem qualquer adição além do gesso, muito usado em construção de concreto em geral que não há exposição a sulfatos do solo ou de águas subterrâneas. 
-Cimento Porland comum (CP I-S): é o Cimento Portland comum com adições de até 5% de material pozolânico, possui a mesma recomendação do anterior. 
-Cimento Porland composto com Escoria de alto forno (CPII-E): é o cimento composto com escória de alto forno, recomendando para estruturas que exigem desprendimento de calor moderadamente lento ou que possam ser atacados por sulfatos. 
-Cimento Portland composto com Fíler (CPII-F): é o cimento composto com fíler, é ideal para aplicações gerais como pisos, argamassas, concreto armado e outos. 
-Cimento Portland composto com Pozolana (CPII-Z): é o cimento composto com pozolana, muito utilizado em obras subterrâneas, marítimas e industriais, o concreto feito com esse cimento é mais impermeável, por isso é durável. 
-Cimento Porland alto forno (CP-III): É um cimento que possui de 35% a 70% de escória de alto-forno. Apresenta maior impermeabilidade e durabilidade, baixo calor de hidratação, assim como alta resistência à expansão devido à reação álcali-agregado, além de ser resistente a sulfatos. 
-Cimento Porland Pozolânico (CP-IV): tem em sua composição de 15% a 50% de material pozolânico. Proporciona estabilidade no uso com agregados reativos e em ambientes de ataque ácido, em especial de ataque por sulfatos. Possui baixo de calor hidratação, o que o torno recomendável na concretagem para grandes volumes, produz concretos pouco porosos, sendo resistente à ação da água do mar e de esgotos.
Cimento CP-V ARI ou Cimento Porland de Alta Resistencia inicial: tem alta reatividade nas primeiras horas de aplicação, fazendo com que atinja resistência elevadas em um curto período de tempo. Tem alta calor de hidratação. É o cimento que consegue atingir resistência maiores que os convencionais.Muito usado em postes, pré-moldados e lajes. 
Cimento Portlando RS: é o cimento que possui boa resistência a sulfatos, sendo muito utilizados em locais de esgoto, concreto estruturais, em contato direto com solo, zonas marítimas. 
Cimento Porland Branco: possui baixo calor de hidratação, pode ser dividido em estrutural e não estrutural, o não estrutural é usado para peças decorativas. 
Cimento Porland de Baixo calor de hidratação: é um cimento que possui baixo de calor de hidratação, sendo utilizado em peças de concreto que possui uma grande dimensão, o que pode evitar o aparecimento de fissuras de origem térmica. 
4.0 PROPRIEDADES DO CIMENTO 
	As principais propriedades do cimento são a pega e endurecimento, resistência, finura, estabilidade e volume, calor de hidratação e a resistência a agentes agressivos.
Pega: a pega é processo de solidificação da pasta plástica de cimento, consiste na mudança do estado fluido para o rígido. A pega é um processo químico, pois envolve liberação de calor e reações químicas. Termos comuns relacionado a pega são o início de pega, fim de pega, falsa pega e pega instantânea. O inicio de pega é quando a pasta começa a perder sua trabalhabilidade, começa a solidificar-se. O fim da pega é quando a pasta está solidificada. A falsa pega é quando ocorre uma solidificação prematura da pasta, não ocorre liberação de calor, após mexer novamente na pasta, sem adição de água, ela volta para o seu estado inicial. A pega instantânea é quando ocorre a solidificação prematura definitiva da pasta, com desprendimento de calor. Um aparelho utilizado para determinar o tempo de pega é o aparelho de VICAT.
Endurecimento: fase em que a pasta está totalmente solidificada e começa o aumento da propriedade mecânica do cimento na pasta. O endurecimento é um processo físico, e envolve secagem e entrelaçamentos dos cristais na microestrutura da pasta. 
Finura: é importante controlar a finura do cimento, pois quanto mais moído a partícula do cimento, maior o processo de hidratação, pode causar maior liberação de calor, retração, microfissuras, além do alto custo. O ideal é que pelo menos 50% das partículas estejam no tamanho de 3 a 30um.
Resistência: é a propriedade do material que é estudado para avaliar sua aplicação para estruturas, dentre os ensaios mais realizados para componentes cimentícios estão tração na compressão, tração na flexão, tração direta e compressão direta. 
ESTABILIDADE E VOLUME= é estuda devido ser possível ocorrer indesejadas expansões volumétricas no concreto ou argamassa depois de endurecidos. 
CALOR DE HIDRATAÇÃO= O calor de hidratação é quantidade de calor, em J/g do cimento não hidratado, que se desprende até a hidratação completa, a uma temperatura pré-estabelecida.
RESISTÊNCIA AOS AGENTES AGRESSIVOS= verificação da resistência do concreto e a argamassa como determinados tipos de cimento frente a exposição de agentes agressivos, como zonas marítimas, esgotos, sulfatos, águas ácidas. 
5.0 CONSTITUINTES DO CIMENTO E O PROCESSO DE HIDRATAÇÃO
	O processo de hidratação do cimento é onde ocorrem uma série de reações complexas de dissolução e fases hidratas da pasta. Os fatores que influenciam nesse são a temperatura, disposição granulométrica, adições, relação água/cimento e características do clínquer. 
	O processo de hidratação do cimento tem reação direta com os principais componentes da microestrutura desse aglomerante, os quais são: 
*Alita,(C3S)
*Belita (C2S)
*Celita, (C3A)
*Ferrita, (C4AF)
	No gráfico 1 e 2 podemos observar a influência desses componentes na taxa de hidratação e resistência compressão. 
A alita (C3S): possui forma hexagonal, controla a resistência inicial do cimento, seu processo de hidratação é rápido, e tem influencia no tempo de pega inicial.
A belita (C2S): possui forma arredonda, sua hidratação é lenta, tem baixo calor de hidratação, e tem influência na resistência mecânica ao longo do tempo. 
A celita (C3A): possui forma cúbica, sua hidratação é rápida e possui alto calor de hidratação, sua influência é controlar a pega inicial e o tempo de endurecimento, possui pouca inflencia na resistência.
A ferrita (C3AF): possui forma intersticial, tem pequena participação na resistência mecânica, valor médio de calor de hidratação e tem influência na coloração cinza do cimento e no controle da resistência a corrosão química. 
	Os grãos do clínquer que possuem a Alita, belita, celita e ferrita depois de passarem por um processo de dissolução e fases hidratadas eles se precipitam e formam os principais produtos hidratados do cimento, os quais são: silicato de cálcio hidratado (CSH), hidróxido de cálcio, etringita, monosulfatos, hidragranado e hidróxido de ferro. 
	A microestrutura da pasta de cimento é complexa, e quantidade relativa de fases presentes é que definirá o comportamento do material, quando mais silicatos hidratados de cálcio (CSH) mais resistente e durável e o compósito. 
	O processo de hidratação da pasta do cimento passa por 5 estágios, as quais podem ser observadas no gráfico abaixo: 
	 
No estágio 1: a Alita (C3S) vai sendo dissolvida progressivamente e formando uma camada Silicatos hidratados de cálcio (CSH) que se precipita nas partículas do cimento. Ocorre o aumento de íons presentes na fase líquida e forma-se a etringita. 
No estágio 2: é o período de dormência, onde a taxa de hidratação dos componentes do clínquer é muito lenta. A pasta nessa fase torna-se plástica e com trabalhabilidade. 
No estágio 3: período de aceleração ou pega inicial. Onde ocorre a hidratação da maior parte da belita. 
No estágio 4 e 5: ocorre uma desaceleração da reação e taxa de calor é reduzida.