RESUMO CIENCIA DOS MATERIAIS AULA 5 CIMENTO E CONCRETO

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CIMENTO E CONCRETO
 Sendo o concreto uma mistura em que uma pasta de cimento portland com água serve de liga entre materiais finos e grosseiros, conhecidos com os nomes de agregados, de modo a produzir uma massa dura e resistente. 20.1 CIMENTO PORTLAND O cimento portland é um aglomerante, ou seja, uma substância destinada a ligar materiais empregados em construção, como areia, pedregulho ou pedra britada, barras de aço etc. É um aglomerante artificial, resultante do "cozimento", até fusão parcial (cerca de 1.450°C) de uma mistura calcário-argilosa, convenientemente proporcionada. Essa mistura, depois de cozida, é moída e a ela se adiciona certa quantidade de gesso, para regular a "pega", ou seja, o tempo de início de endurecimento. Por outro lado, o tipo de aglomerante que caracteriza o cimento portland é o "hidráulico", ou seja, é um aglomerante que pode ser empregado em água. As matérias primas essenciais na fabricação do cimento portland são calcários (carbonato de cálcio CaCO3) e argila. Os componentes principais dessa mistura são cal, sílica, alumina e óxido de ferro. Os constituintes do cimento - silicatos e aluminatos - são responsáveis pelo endurecimento do cimento, pois quando são misturados com água, se hidratam. O silicato tricálcico é o responsável pelo endurecimento rápido e pela alta resistência em pouco tempo; o silicato dicálcico, ao contrário, apresenta baixa resistência até sete dias, mas esta aumenta rapidamente depois de um mês, de modo que, além de um ano, os dois silicatos apresentam resistências praticamente idênticas. Os aluminatos não têm muita importância sob o ponto de vista de resistência. Os principais característicos do cimento portland e que são objeto de métodos de ensaio* são: finura, pega, expansibilidade e resistência à compressão. A finura, ou seja, o tamanho de grão do cimento deve obedecer à seguinte especificação: o resíduo deixado na peneira normal de 0,075 mm não deve exceder 15%. 21. OUTROS TIPOS DE CIMENTO Além do cimento portland comum, que é o normalmente empregado nas obras civis e que é também chamado "pega lenta", outros tipos de cimentos são os seguintes: • Cimento portland branco, empregado quando se deseja argamassa ou concreto branco; • Cimento aluminoso, obtido em fornos especiais, a partir de uma mistura de bauxita e calcário, de tal modo que o cimento resultante contenha pelo menos 30% de alumina. É mais resistente à compressão que o portland comum, não se altera quando submetido a temperaturas elevadas durante um certo tempo e apresenta grande resistência ao ataque por parte de águas agressivas. Sua pega é lenta. Exige, para sua hidratação, cerca do dobro da água que o cimento portland comum; • Cimento de pega rápida, empregado em serviços de reparos urgentes ou para concreto a ser utilizado em baixas temperaturas. Esse cimento desenvolve a resistência normal do cimento portland comum em 3 dias ou menos; • Cimento metalúrgico, empregado nas mesmas aplicações que o cimento portland comum, obtido a partir de uma mistura adequadamente proporcionada de escória de alto-forno com clinquer. 21.1 APLICAÇÕES DO CIMENTO Pasta É a mistura de cimento com determinada quantidade de água; a pasta adquire com o tempo resistência mais ou menos considerável; 21.1.2 Argamassa Que consiste numa mistura de cimento, água e agregado miúdo, isto é, areia. O agregado miúdo é definido como aquele cujos grãos são inferiores a 0,5 cm de diâmetro; 21.1.3 Concreto Que é a mistura de cimento, água, agregado graúdo (pedregulho ou pedra britada) e agregado miúdo (areia). O agregado graúdo possui tamanho de grão superior a 0,5 cm de diâmetro. 22. CONCRETO O concreto resulta, portanto, da adição na pasta de material granuloso resistente e inerte. Essa mistura, quando "fresca" ou recém preparada, pode ser moldada com facilidade, possibilitando a execução de peças e estruturas das mais diversas formas. A pasta deve envolver e aderir bem aos grãos dos agregados. Quando a pasta endurece, tem-se um material de grande resistência e, portanto, muito útil nas construções em geral. O concreto simples, como foi definido, apresenta boa resistência à compressão, mas sua resistência à tração é pequena. Como em muitas aplicações esta propriedade deve ser assegurada, associamse ao concreto barras de aço que absorvem partes dos esforços a que as estruturas estão submetidas. Origina-se, assim, o "concreto armado". A indicação das quantidades relativas de cimento e agregado, em peso ou volume, chama-se "traço". Uma mistura, por exemplo, de uma parte de cimento, duas partes de agregado miúdo· e quatro partes de agregado graúdo é definida pelo traço 1:2:4. A mistura, contudo, somente fica bem identificada quando se indicar a relação água/ cimento, ou seja, o volume de água, em litros, correspondente a um quilo de cimento. Por exemplo, a relação 0,8 significa que para cada quilo de cimento devem ser acrescentados 0,8 litros de água. Chama-se "dosagem" a fixação das proporções dos componentes do concreto. 22.1 PROPRIEDADES DO CONCRETO Propriedade básica do concreto é a resistência mecânica. Outra característica importante é a "impermeabilidade''. Nessas propriedades, a pasta exerce um papel fundamental, desde que se admita que os agregados sejam de boa qualidade; em outras palavras, como a pasta é a massa que envolve os agregados, se ela for de alta resistência o concreto resultante também apresentará elevada resistência; se ela for impermeável, o concreto será igualmente impermeável. A qualidade da pasta é, pois, essencial. Os fatores que influenciam na qualidade da pasta são os seguintes: • Qualidade do aglomerante, ou seja, do cimento; • Condições de "cura", ou seja, as condições que influem sobre o desenvolvimento das reações entre o cimento e a água. A "cura" depende da temperatura e da proteção contra a evaporação da água da pasta. Se a temperatura se elevar, as reações de hidratação são aceleradas, além de aumentar-se a evaporação da água da mistura. Se esta evaporação acelerada tiver lugar durante o período de endurecimento, ou seja, enquanto as reações de hidratação estiverem se processando, estas mesmas reações poderão ficar limitadas e resultar um endurecimento precário. Uma excessiva evaporação da água poderá igualmente promover o aparecimento de poros e prejudicar a impermeabilidade do concreto; • Tempo, visto que as reações de hidratação não são instantâneas, ou seja, se processam ao longo de um determinado tempo; em outras palavras, mesmo depois de endurecido, as propriedades do concreto melhoram com a idade; • Relação água/cimento, este é, de certo modo, o principal fator. Quanto menor for a relação água/cimento, tanto mais difícil a formação de poros, visto que a água excedente àquela necessária para as reações de hidratação, se distribui na massa e cria os poros que prejudicam a impermeabilidade do concreto. Em particular, a resistência do concreto é afetada pela qualidade da pasta. Chamando R a resistência mecânica da pasta e x a relação água/ cimento, e admitindo-se constantes a qualidade do cimento, as condições de cura e a idade, a resistência mecânica é expressa pela fórmula R = f(x) Para o caso particular da resistência à compressão, que é a propriedade que mais interessa na prática, pode-se exprimir a influência da relação água/ cimento sobre a resistência do concreto pela equação: R= 𝐴𝐴 𝐵𝐵𝑥𝑥 em que A e B são constantes dependentes da qualidade do cimento, das condições de cura e da idade (Figura 20). Curva exprimindo a influência da relação água/cimento x sobre a resistência à compressão R. Além da resistência à compressão e da impermeabilidade, outras características que devem ser levados em conta no concreto são: • Consistência, isto é, a mobilidade da massa que compõe a mistura fresca e a coesão entre os seus elementos componentes. Essa propriedade é importante, pois dela depende a maior ou menor facilidade de lançamento e adensamento do concreto no interior das formas, de acordo com o processo adotado; • Trabalhabilidade, característica intimamente relacionadocom a consistência da massa. Por outro lado, a trabalhabilidade relaciona-se também com a natureza da obra e com os métodos adotados para lançamento e adensamento do concreto. Assim, por exemplo, um concreto adequado para peças de grandes dimensões, pouco armadas com barras de aço ou com as armaduras espaçadas, pode não ser apropriado para peças delgadas ou muito armadas. Do mesmo modo, um concreto pode não se apresentar adequado para adensamento, mas perfeito para adensamento mecânico, por vibração, em que se utilizam dispositivos especiais vibradores. A trabalhabilidade para uma mesma obra depende exclusivamente da consistência do concreto. Essa consistência é chamada plástica, quando se presta para adensa-mento manual; entretanto, dentro de uma determinada faixa de plasticidade, ela pode apresentar-se mais ou menos fluida, originando-se assim as consistências plásticofluida, plástico-média e plástico-seca. No caso do adensamento por vibração, a consistência deve ser plástico-seca ou o concreto deve apresentar uma consistência menos fluida. Do mesmo modo, nesse tipo mecanizado de adensamento, não podem ser usadas as consistências plástico-média ou plástico-fluida, sob pena de ter-se segregação dos agregados, principalmente os graúdos. 23. DOSAGEM RACIONAL DO CONCRETO No concreto, a pasta deve preencher não só os espaços correspondentes aos vazios entre as partículas de agregado como também envolver os grãos uniformemente. Pode-se dizer, pois, que a consistência da mistura depende da consistência da pasta e da espessura da película que envolve os grãos de agregado. Por outro lado, se se mantiverem constantes a qualidade e a consistência da pasta, a espessura da película referida varia com a quantidade de agregados, com o volume de vazios entre os grãos e com a superfície total dos grãos, ou seja, da sua composição granulométrica (proporção com que se distribuem os grãos das várias dimensões no agregado total). Assim sendo, a distribuição granulométrica é um fator de grande importância na consistência do concreto, porque dela depende a espessura da película da pasta que envolve os grãos. Esse fato pode ser melhor compreendido se, para um agregado de composição granulométrica constante, se fizerem algumas misturas experimentais, originando concretos de determinadas consistências. Em resumo, a dosagem racional do concreto, para um fim específico, requer duas etapas distintas: • escolher a relação água/cimento x que, para um dado cimento, determinadas condições de cura e idade, produza pasta que proporcione, na peça a ser produzida, adequada resistência mecânica; • procurar obter uma quantidade de agregado e uma composição granulométrica deste, de tal ordem que, misturados com água e cimento, possam produzir uma mistura trabalhável para o emprego considerado. 23.1 ADITIVOS PARA O CONCRETO É comum adicionar-se ao concreto certas substâncias, com o objetivo de criar ou reforçar certas características. Esses aditivos são adicionados antes ou depois da mistura. Suas finalidades básicas são as seguintes: • Conferir, ao concreto recém misturado, boa trabalhabilidade, boa coesão, baixo calor de hidratação, longo tempo de pega; • Conferir, ao concreto endurecido, permeabilidade. Entre os aditivos utilizados devem ser mencionados os seguintes: • "incorporadores de ar", adicionados ao concreto recém misturado, no sentido de diminuir a tensão superficial da água. Esses incorporadores de ar agem como fluido e substituem uma parte da água, agem como inerte e substituem uma parte da areia fina (1 ou 2 mm) e facilitam o lançamento do concreto. No concreto endurecido, os incorporadores de ar melhoram a sua estanqueidade, a sua durabilidade e o tomam mais resistente à ação de elementos agressivos; • "retardadores", os quais atuam quimicamente, modificando a solubilidade dos diversos constituintes do cimento e retardando a pega. São aditivos solúveis na água; • "dispersantes", os quais atuam no sentido de reduzir a quantidade de água por meio de ação físico-química. Mediante o uso de dispersantes adequados, a redução da quantidade de água, além da correta dosagem, bons agregados e areia apropriada