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13/03/2015 1 1 CIMENTO PORTLANDCIMENTO PORTLAND Nota Estas notas de aula têm por objetivo o direcionamento dos estudos em sala de aula, não substituindo livros sobre o tema. O aluno deve utilizar as fontes bibliográficas constantes no plano de ensino da disciplina. Advertência Estas Notas de Aula foram elaboradas com base nos textos referenciados ao final de cada capítulo, não constituindo material original. Dessa forma, este texto não deve ser citado em artigos, dissertações, teses ou monografias. As referências devem ser feitas aos textos originais utilizados para elaboração destas Notas. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL 2 DEFINIÇÃODEFINIÇÃO � “produto obtido pela pulverização de clinker[1] constituído essencialmente de silicatos hidráulicos de cálcio, com uma certa proporção de sulfato de cálcio natural, contendo, eventualmente, adições de certas substâncias que modificam suas propriedades ou facilitam seu emprego”. (OLIVEIRA, 2000) [1] O clinker constitui-se em um produto de natureza granulosa, resultante da calcinação de uma mistura dos materiais supracitados, conduzida até a temperatura de sua fusão incipiente 13/03/2015 2 3 CONSTITUINTESCONSTITUINTES � Componentes essenciais (95 a 96% do total na análise de óxidos ): cal (CaO), a sílica (SiO2), a alumina (Al2O3), o óxido de ferro (Fe2O3), certa proporção de magnésia (MgO) � pequena porcentagem de anidrido sulfúrico (SO3) → adicionado após a calcinação para retardar o tempo de pega do produto � impurezas, óxido de titânio (TiO2) � óxido de sódio (Na2O), óxido de potássio (K2O): álcalis do cimento � Magnésia - Brasil - máximo permissível 6,4% 4 Combinações químicas � estado sólido � silicato tricálcico (3CaO • Si02 = C3S); � silicato bicálcico (2CaO • SiO2, = C2S); � aluminato tricálcico (3CaO • Al203 = C3A); � ferro aluminato tetracálcico (4CaO • Al2O3 • Fe2O3 = C4AFe). � Análise química: proporções dos óxidos � propriedades do cimento relaciona-se com as proporções dos silicatos e aluminatos → análise em óxidos → determinação da composição potencial do cimento → método de Bogue 13/03/2015 3 5 Método de Bogue � “Inicia-se o cálculo a partir da proporção total de cal, subtraindo-se as parcelas necessárias à formação do sulfato de cálcio e a cal livre, encontrada eventualmente � Em seguida, determinam-se as proporções de cal necessária à formação do ferro aluminato de cálcio, de aluminato tricálcico e de silicato bicálcico � O saldo na proporção original de óxido de cálcio é associado à proporção de silicato bicálcico já calculada, fornecendo o resultado sobre a proporção atual de silicato tricálcico � A sobra de silicato bicálcico consiste no teor desse composto no cimento” (OLIVEIRA, 2000) 6 Análise química � Silicato tricálcico (C3S): maior responsável pela resistência em todas as idades, sobretudo até o fim do primeiro mês de cura / contribui no processo de liberação de calor e possui responsabilidade pelo tempo de pega do cimento � Silicato bicálcico (C2S) adquire maior importância no processo de endurecimento em idades mais avançadas, sendo largamente responsável pelo ganho de resistência a um ano ou mais. � aluminato tricálcico (C3A) também contribui para a resistência, principalmente no primeiro dia / contribui sobremaneira para o calor de hidratação, notadamente no inicio do período de cura � ferro aluminato de cálcio (C4AFe) não contribui para a resistência / quando presente em forma cristalina, é o responsável pela rapidez de pega1 1Adicionando proporção conveniente de gesso, o tempo de hidratação é controlado 13/03/2015 4 7 PROPRIEDADES FÍSICASPROPRIEDADES FÍSICAS � propriedades do produto em sua condição natural, em pó, da mistura de cimento e água e proporções convenientes de pasta e, da mistura da pasta com agregado padronizado — as argamassas. � processos artificialmente definidos nos métodos e especificações padronizados, oferecendo sua conveniência �Tanto para o controle de aceitação do produto e sua utilização. 8 Densidade � densidade absoluta: 3,15 � cálculos de consumo do produto nas misturas (volume) � compactações usuais de armazenamento, densidade: 1,5 � pasta do cimento, densidade varia com o tempo aumentando à medida que progride o processo de hidratação → fenômeno da retração � Retração (extraordinária importância): ocorre nas pastas, argamassas e concretos / em 24 horas: � ~ 7 mm por metro na pasta pura, � 4,5 mm por metro na argamassa-padrão e � 2 mm por metro em concretos dosados a 350 kg/cimento/m3 � propriedades do concreto endurecido 13/03/2015 5 9 Finura (superfície especifica ) � tamanho dos grãos do produto / dois modos diferentes na definição � pelo tamanho máximo do grão, quando as especificações formam uma proporção em peso do material retido na operação de peneiramento em malha de abertura definida ou � pelo valor da superfície específica (totalidade das superfícies dos grãos contidos em um grama de cimento) � governa a velocidade da reação de hidratação � aumento da finura melhora a resistência (especialmente na primeira idade), ↓a exsudação e outros tipos de segregação, ↑ impermeabilidade, a trabalhabilidade e a coesão dos concretos e ↓a expansão em autoclave 10 Exsudação � Fenômeno: separação espontânea da água de mistura, que espontaneamente aflora devido ao efeito conjunto da diferença de densidades entre o cimento e a água e o grau de permeabilidade que prevalece na pasta � Uma categoria de segregação (mais geral): separação dos diversos constituintes das através da ação de causas distintas, conduzindo, a uma heterogeneidade indesejável � A coesão nos concretos e argamassas frescas é responsável pela estabilidade mecânica dos mesmos, antes do início da pega, e é avaliada pelo valor de resistência do cisalhamento. 13/03/2015 6 11 Exsudação � quantitativamente expressa como percentagem do volume inicial da água que se acumula superficialmente � prejudica a uniformidade, a resistência e a durabilidade dos concretos � “finura do cimento influi na redução da exsudação, o que se compreende facilmente, considerando-se que a diminuição dos espaços intergranulares aumenta a resistência ao percurso ascendente da água” (OLIVEIRA, 2000) 12 � Trabalhabilidade: estado que oferece maior ou menor facilidade no manuseio com as argamassas e concretos frescos � determinada na fabricação e controle do cimento � ensaios de recepção do produto: especificações brasileiras NBR 5732 (EB-1) e NBR 5733 (EB-2) � limite de retenção na peneira no 200 de malha de 75 micra de abertura (peneiras americanas padronizadas ASTM) � CP comum: 15% em peso � CP de alta resistência inicial: 6% � turbidímetro de Wagner < 1900 cm2/g Finura (superfície especifica ) Tabela 1. Série Fina de Peneiras Americanas. Fonte: OLIVEIRA (2000). Módulo Abertura 18 l mm 70 210 µ 100 149 µ 120 125 µ 140 105 µ 200 74 µ 230 62 µ 325 44 µ 400 37 µ 13/03/2015 7 13 Finura (superfície especifica ) � Impraticável a separação de grãos de tamanhos < 60 micra � “processos indiretos de análises granulométricas que se baseiam na aferição de tempo de sedimentação de suspensões, na aferição da permeabilidade à passagem de determinados fluidos por meio dos vazios intergranulares de amostras de cimento, por exemplo” (OLIVEIRA, 2000) � No turbidímetro de Wagner é aferido o tempo de precipitação dos grãos de diferentes diâmetros em suspensão no querosene Figura 2. Esquema do turbidímetro de Wagner. Fonte: OLIVEIRA (2000). “A amostra do cimento é peneirada na peneira de 325 malhas (44 micra) de abertura e depois submetida ao processo de decantação no querosene correlação entre os valores da superfície especifica determinadapor esse processo, e a resistência à compressão é precária “(OLIVEIRA, 2000) 14 Finura (superfície especifica ) � No processo de permeâmetro de Blaine, mede-se o tempo de percolação de determinado volume de ar através dos vazios intergranulares de uma amostra de cimento de características definidas Figura 3. Permeâmetro de Blaine. Fonte: OLIVEIRA (2000). “cimento é introduzido nessa pequena cuba e comprimido por um pistão apropriado O tubo é enchido até a marca D com um líquido de densidade conhecida, geralmente um álcool. Colocada a amostra, o ar existente é aspirado pela seringa até que o líquido suba até a marca A. O registro é fechado e inicia-se a observação da queda da coluna aplicação da fórmula de Keyes” (OLIVEIRA, 2000) “cimentos de procedências diferentes, com os mesmos valores de superfície específica, podem mostrar comportamento diverso, tanto quanto à resistência como quanto à exsudação.” (OLIVEIRA, 2000) 13/03/2015 8 15 Tempo de Pega � “evolução propriedades mecânicas da pasta no início do processo de endurecimento, propriedades essencialmente físicas, consequente, entretanto, a um processo químico de hidratação. É um fenômeno artificialmente definido como o momento em que a pasta adquire certa consistência que a torna imprópria a um trabalho.” (OLIVEIRA, 2000) � processo de hidratação: grãos de cimento que inicialmente se encontram em “suspensão vão-se aglutinando paulatinamente uns aos outros, por efeito de floculação, conduzindo à construção de um esqueleto sólido” (OLIVEIRA, 2000) 16 Tempo de Pega � Esqueleto sólido: responsável pela estabilidade da estrutura geral. � hidratação em subseqüentes idades conduz ao endurecimento responsável pela aquisição permanente de qualidades mecânicas (OLIVEIRA, 2000). � Quando a pasta não é mais trabalhável, não admite operação de remistura. � o tempo de início e o tempo de fim de pega � Ensaios: pasta de consistência normal - aparelho de Vicat → resistência à penetração de uma agulha na pasta de cimento 13/03/2015 9 17 Pasta de Cimento � pega do cimento regulada - períodos superiores a uma hora após o início da mistura; � diminuído ou aumentado: � pega rápida: obturações de vazamentos, são aplicados aditivos ao cimento, aceleradores de pega (ex. cloreto de cálcio e o silicato de sódio ) � “tempo de pega mais longo: injeção de pastas e argamassas e nos lançamentos de concretos sob água, retardadores (ex. açúcares ordinários, a celulose e outros produtos orgânicos)” (OLIVEIRA, 2000) “moldagem de uma série de pequenas bolas com pastas de consistência semelhante à normal de laboratório quando o esmagamento deixa de ser plástico: início de pega quando as bolas se esfarinham em esforço maior: final de pega” (OLIVEIRA, 2000) 18 Ensaio do aparelho de Vicat � pasta é misturada em proporção - consistência normal � sonda de Tetmajer: corpo cilíndrico, metálico, liso, de 10 mm de diâmetro e terminado em seção reta � “A sonda é posta a penetrar verticalmente em pasta fresca por ação de um peso total (incluindo a sonda) de 300 g” (OLIVEIRA, 2000) � sonda penetra e estaciona a uma certa distância do fundo do aparelho → índice de consistência: 6 mm Figura 5. Esquema do aparelho de Vicat. Fonte: OLIVEIRA (2000). “A amostra é ensaiada periodicamente à penetração pela agulha de Vicat, determinando-se o tempo de inicio da pega quando esta deixa de penetrar até o fundo da pasta, ou melhor, ao ficar distanciada do fundo l mm. Os ensaios são prosseguidos até determinação do tempo de fim de pega, quando a agulha não penetra nada mais na amostra, deixando apenas uma imperceptível marca superficial.” (OLIVEIRA, 2000) 13/03/2015 10 19 Resistência � ruptura compressão de corpos-de-prova realizados com argamassa � “corpo-de-prova é um cilindro de 10 cm de altura por 5 cm de Φ.” (OLIVEIRA, 2000) � “A consistência da argamassa é determinada pelo ensaio de escorregamento da argamassa normal sobre mesa cadente.” OLIVEIRA, 2000 � “O processo é descrito pormenorizadamente no método NBR 7215 (MB-1) da ABNT.” (OLIVEIRA, 2000) � “Molda-se com argamassa um corpo-de-prova de formato tronco de cone, tendo como diâmetros das bases 125 e 80 mm e como altura 65 mm sobre uma plataforma lisa de um mecanismo capaz de promover quedas de 14 mm de altura.” (OLIVEIRA, 2000) � “No ensaio são executadas trinta quedas em trinta segundos”(OLIVEIRA, 2000) 20 Resistência � “base inferior do cone moldado espalha-se, e a medida do diâmetro final é definida como índice de consistência da argamassa. Diz-se que a consistência é normal quando esse diâmetro alcança 165 mm “ (OLIVEIRA, 2000) � argamassa : mistura de cimento e areia normal (1:3 em peso) � areia normal: método NBR � 7215 (MB-1) areia natural, oriunda do rio Tietê, em São Paulo (tabela 3) � corpos-de-prova em câmara úmida por 24 horas, e a seguir imersos em água até a data do rompimento (1, 3, 7 e 28 dias.) (OLIVEIRA, 2000) Figura 6. Mesa cadente para ensaio de consistência. Fonte: OLIVEIRA (2000). Tabela 3. Granutometria da Areia (NB-1). Fonte: OLIVEIRA (2000). Materiais Retidos entre as Peneiras Porcentagem em Peso 2,4-1,2 mm 25 1,2 - 0,6 mm 25 0,6 - 0,3 mm 25 0,3-0,15 mm 25 NBR 5732 (EB-1) CP: 3 dias: 8 MPa; 7 dias: 15 MPa; 28 dias: 15 MPa 13/03/2015 11 21 Referências Bibliográficas � OLIVEIRA, H. M. (2000). Cimento Portland. In: BAUER, L. A. F. (2000).(coord.) Materiais de construção. Vol. 1, Rio de Janeiro: ed. LTC. 22 CIMENTO PORTLAND CIMENTO PORTLAND -- Parte IIParte II Nota Estas notas de aula têm por objetivo o direcionamento dos estudos em sala de aula, não substituindo livros sobre o tema. O aluno deve utilizar as fontes bibliográficas constantes no plano de ensino da disciplina. Advertência Estas Notas de Aula foram elaboradas com base nos textos referenciados ao final de cada capítulo, não constituindo material original. Dessa forma, este texto não deve ser citado em artigos, dissertações, teses ou monografias. As referências devem ser feitas aos textos originais utilizados para elaboração destas Notas. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL 13/03/2015 12 23 PROPRIEDADES QUÍMICASPROPRIEDADES QUÍMICAS � diretamente relacionadas ao processo de endurecimento por hidratação [1] � No início, o silicato tricálcico (C3S) se hidrolisa (separa-se em silicatobicálcico C2S e hidróxido de cal) � O hidróxido de cal precipita como cristal da solução supersaturada de cal � O silicato bicálcico combina-se com a água na hidratação adquirindo duas moléculas de água e depositando-se : � em temperaturas comuns: em gel � em temperaturas elevadas: há a formação de uma estrutura de caráter cristalino � Hidratação: � aluminato tricálcico: cristais com teor de água variável [2] � ferro aluminato de cálcio: uma fase amorfa gelatinosa [1] processo que consiste na dissolução na água, precipitações de cristais e gel com hidrólises e hidratações dos componentes do cimento [2] responsável pelo início imediato do processo de endurecimento 24 PROPRIEDADES QUÍMICASPROPRIEDADES QUÍMICAS � Cimento de pega rápida (inútil) – Correção: adição de sulfato de cálcio hidratado natural, gipsita, ao clinker anteriormente à moagem final. � processo mais lento devido à absorção do sulfato, em razão da produção de sulfoaluminato de cálcio e outros compostos que ao precipitarem, permitem a solubilização dos aluminatos (início da pega). � Obs 1: retardamento (gesso) : por ser muito pequena a solubilidade dos aluminatos anididros em soluções supersaturadas de gesso. � Obs 2: falsa pega: desidratação do gesso a formas instáveis de sulfato de cálcio, moedura (T>130oC) → cimento com sulfato de cálcio hidratável.13/03/2015 13 25 PROPRIEDADES QUÍMICASPROPRIEDADES QUÍMICAS � Estabilidade: eventualmente existem expansões volumétricas indesejáveis, póstumos ao endurecimento do concreto decorrente da hidratação de cal e magnésia livre � cal livre (CaO) que decorre de T> 1900°C na fabricação do clinker e resulta na supercalcinação da cal � CaO hidrata-se posteriormente ao endurecimento, aumenta de volume, e são criadas tensões internas que acarretam na microfissuração, e consequentemente na desagregação ~ completa do material � ensaios de expansão em autoclave: pasta de cimento é submetida a um processo acelerado de endurecimento em alta temperatura � expansão que resulta da hidratação da cal e magnésia livre � Brasil - NBR 7215 da ABNT - agulha de Lê Chatelier � qualidade do cimento: NBR 5732 e NBR 5733 26 PROPRIEDADES QUÍMICASPROPRIEDADES QUÍMICAS � Calor de Hidratação: calor nas reações de hidratação - trincas de contração no final do resfriamento da massa � Varia com as proporções de silicato e aluminato tricálcicos � calor de dissolução: dissolvem-se amostras secas de cimento em pó e de cimento parcialmente hidratado e pulverizado em combinação de ácidos nítrico clorídrico no interior de uma garrafa térmica � É aferido a elevação de temperatura (corrigida pela supressão dos fatores externos ao fenômeno) - calcula- se, por diferença o calor de hidratação do cimento �→ multiplica-se o calor de hidratação do cimento pelo peso do cimento contido no m3 de concreto e dividi-se o resultado pelo calor específico do concreto 13/03/2015 14 27 Resistência aos Agentes Agressivos � ataque químico: silicatos de cálcio ± hidratados e sobretudo a cal hidratada (cimento hidratado) � mais vulnerável: hidróxido de cálcio (15-20% em peso) � águas puras, de fontes graníticas: dissolução da cal (1,3 g/l em temperaturas comuns), lavando toda a cal que há e, em seguida e amplitude menor, dissolve os silicatos e aluminatos � águas ácidas, ex: com concentração do anidrido carbônico (água de chuva com CO2): � baixa concentração: forma-se o carbonato de cálcio, pouco solúvel, obstrui os poros, e oferece proteção à futuros ataques � forte concentração: carbonato é dissolvido como bicarbonato, o ataque segue até consumo completo da cal, e após, os sais de cálcio são atacados � índice de Vicat : relação sílica mais alumina dividida por cal. � < 1: cimento rico em cal (Portland), atacável com facilidade � > 1: cimento aluminoso, metalúrgico, pozolânico (carente em cal) que resiste aos ataques químicos 28 Resistência aos Agentes Agressivos � “A água sulfatada ataca o cimento hidratado por reação do sulfato com aluminato, produzindo um sulfoaluminato com grande aumento de volume. Essa expansão interna é responsável pelo fissuramento que, por sua vez, facilita o ataque, conduzindo o processo a completa deterioração do material. Águas paradas, contendo mais de meio grama de sulfato de cálcio/litro, e águas correntes com mais de 0,3 g podem, em geral, ser consideradas perigosas.” (OLIVEIRA, 2000) � água do mar: sais em solução (ex. sulfatos de cálcio, o sulfato de magnésio e o cloreto de sódio). � aumenta a solubilidade da cal, baixo teor de ácido carbônico contribui para proteção, sulfatos (cálcio) agridem. � resultando progressivo ataque dos cimentos ricos em cal pelas águas do mar Reação Álcali-Agregado: ↑ expansão de volume através da combinação dos álcalis do cimento com a sílica ativa finamente dividida, (eventualmente encontrada nos agregados) (OLIVEIRA, 2000) 13/03/2015 15 29 CLASSIFICAÇÃO � cimento branco: em geral emprego não estrutural (cimento Portland comum, isento praticamente de óxidos de ferro) Tabela 1. Algumas Características Especificadas pela ABNT para Cimentos Brasileiros. Fonte: OLIVEIRA (2000) 30 CIMENTOS � ALUMINOSOS: cozimento de uma mistura de bauxita e calcário até a completa fusão � pega lenta (2 h após mistura) � excelentes qualidades e resistência ao ataque de águas sulfatadas � CIMENTO PORTLAND COMPOSTO: composição intermediária entre os cimentos portland comum [1] e os cimentos portland com adições (pozolânico [2] e alto-forno [3]) [1] sem quaisquer adições além do gesso [2] caso finamente divididos, reagem com o hidróxido de cálcio em presença de água e na temperatura ambiente, resultando em compostos com propriedades aglomerantes [3] cal liberada durante a hidratação do clínquer é o fundamental ativador químico da escória “A adição de escória e materiais pozolânicos modifica a microestrutura do concreto, diminuindo a permeabilidade, a difusibilidade iônica e a porosidade capilar, aumentando a estabilidade e a durabilidade do concreto.” (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND, 2002) 13/03/2015 16 31 ÍNDICES E MÓDULOS � índice de hidraulicidade de Vicat (0,5 a 0,65): I = (% SiO2 + % Al2O3) / (% CaO) � proporção máxima do óxido de cálcio (Le Chatelier) - limitar a cal - expansão % CaO max. = 2,8 % SiO2 + 1,64 % Al2O3 � módulo hidráulico de Michaelis: M = % CaO / (% SiO2 + % Al2O3 + % Fe2O3) 32 Resistência à compressão � ensaio ABNT NBR 7215 - Cimento Portland - Determinação da Resistência à Compressão � preparar, em condições padrão de laboratório, uma argamassa com a proporção de: uma parte de cimento para três partes em massa de areia padrão e Relação água/cimento de 0,48 � Molda-se para cada idade de cura: cimento portland de alta resistência inicial:1, 3 e 7 dias demais tipos: 3, 7 e 28 dias � quatro corpos cilíndricos de 5 cm de diâmetro e 10 cm de altura, que são ensaiados após o tempo de cura em prensa (máquina de compressão) 13/03/2015 17 33 Tabela 2 – Exigências físicas e mecânicas. Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND (2002) 34 Tabela 3 – Exigências químicas. Fonte:ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND (2002) “Argamassas e concretos para meios agressivos (água do mar e de esgotos: de Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV) e Resistente a Sulfatos” (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND, 2002) 13/03/2015 18 35 Tabela 4 - Composição dos cimentos portland comuns e compostos. Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND (2002) Fabricação do CP � extração da matéria-prima; � britagem; � moedura e mistura; � queima; � moedura do clinker; � expedição. Tabela 5 - Composição dos cimentos portland de alto-forno e pozolânicos. Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND (2002) 36 CIMENTO PORTLAND Tabela 6 - Composição do cimento portland de alta resistência inicial. Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND (2002) Figura 2 - Evolução média de resistência à compressão dos distintos tipos de cimento portland. Fonte: ABCP,(1996)apud ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND (2002) Estocar: em local seco, coberto e fechado (protegê-lo da chuva, manter afastado do chão, do piso e das paredes externas ou úmidas, e longe de tanques, torneiras e encanamentos 3 meses no máximo após a data de fabricação não formar pilhas maiores do que 10 sacos empilhados dosagem distinta de calcário e argila durante a produção do clínquer, e moagem mais fina do cimento 13/03/2015 19 37 Referências Bibliográficas � ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND (2002). Guia básico de utilização do cimento portland. 7.ed. São Paulo, 2002. 28p. (BT- 106). Disponível em:http://www.abcp.org.br/downloads/arquivos_pdf/ BT106_2003.pdf. Acesso em 18 de maio de 2007. � OLIVEIRA, H. M. (2000). Cimento Portland. In: BAUER, L. A. F. (2000).(coord.) Materiais de construção. Vol. 1, Rio de Janeiro: ed. LTC. Tipos de Cimento Prof. Valquíria Claret dos Santos 13/03/2015 20 Cimento Portland � Os componentes principais do clínquer Portland têm propriedadesmuito diversas: uns hidratam- se rapidamente, dando lugar a elevadas tensões de ruptura, de calor durante a reação com a água, outros ainda são responsáveis pelas alterações químicas que originam expansões, etc.. � É possível modificar a composição da matéria-prima para se obter um cimento com determinada propriedade mais pronunciada do que outras, de modo a poder satisfazer as exigências da construção. As alterações que se podem levar a cabo na composição do clínquer são: 1 - redução do C3A 2 - redução do C3S para que seja reduzida ou eliminada a libertação de Ca(OH)2 que resulta sobretudo da hidratação do C3S. 3 - aumento do C3S para aumentar as tensões. 4 - redução ou eliminação da fase ferrítica. Redução do C3A 1. O C3A é indesejável, como visto anteriormente, pelas razões seguintes: - promove a pega instantânea ou rápida - aumenta o calor de hidratação - é um dos responsáveis pela formação de sulfoaluminato de cálcio expansivo (etringite) quando o cimento hidratado está sujeito à ação dos sulfatos. - dificulta ou reduz a reatividade das pozolanas pois o C3A aohidratar-se fixa o hidróxido de cálcio que assim não se pode combinar com as pozolanas. � Assim sendo, é possível pela redução do teor em C3A do cimento fabricar um cimento especial designado por cimento resistente aos sulfatos. 13/03/2015 21 Ca(OH)2 livre resultante da hidratação de sobretudo do C 3 S Indesejável pois as soluções sobressaturadas de hidróxido de cálcio são o meio necessário para: - formação de sulfoaluminato de cálcio expansivo quando o cimento hidratado (ou a alumina do agregado) é atacado por sulfatos - as reações expansivas entre a sílica reativa do agregado e os álcalis do cimento. � O C3S também é indesejável por a sua hidratação ser acompanhadade um grande desenvolvimento de calor, à semelhança do C3A. � Reduzindo a percentagem do C3A e simultaneamente a percentagemde C3S obtém-se os chamados cimentos de baixo calor de hidratação. Aumentar o conteúdo de C3S Em certos casos é necessário aumentar o conteúdo de C3S para que se obtenham resistências iniciais elevadas. Estes cimentos designam-se por cimentos de elevada resistência inicial. 13/03/2015 22 Óxido de ferro O existente no cimento é o único componente responsável pela cor do cimento pois todos os outros componentes são brancos. Baixando a percentagem de sesquióxido de ferro a valores inferiores a 0,2% obtém-se os chamados cimentos brancos. Resumindo � 1.Redução do C3A no clínquer Portland→cimento resistente aos sulfatos � 2.Redução do C3A e C3S no clínquer Portland→cimento de baixo calor de hidratação � 3.Aumento do C3S no clínquer Portland→cimento elevada resistência inicial � 4.Redução ou eliminação da fase ferrítica clínquer Portland→cimento branco. 13/03/2015 23 13/03/2015 24 CPIIZ-Pozolânico � As pozolanas são substâncias naturais ou artificiais de composição siliciosa (SiO2) ou silico-aluminosa (SiO2 e Al2O3) e adicionalmenteóxido de ferro (Fe2O3) e outros óxidos. � As pozolanas não endurecem, por si próprios quando misturados com água, mas, quando finamente moídos e na presença de água, reagem à temperatura ambiente normal com o hidróxido de cálcio dissolvido (Ca(OH)2) paraformarem compostos de silicato e aluminato de cálcio desenvolvendo resistência. Pozolanas 13/03/2015 25 � A grande vantagem de utilização de pozolanas, nomeadamente dos cimentos Pozolânicos é a redução da taxa de desenvolvimento de calor durante a hidratação. � Além desta vantagem o cimento pozolânico oferece alguma resistência ao ataque por sulfatos e ao ataque por ácidos fracos (Neville, 1995). 13/03/2015 26 Escória � A escória de alto forno é um subproduto da fabricação do ferro fundido. � Um material com propriedades hidráulicas latentes, por exemplo as escórias de alto forno é um material que permite a formação de silicatos e aluminatos de cálcio hidratados, isto é, são verdadeiros cimentos, mas reagem com extrema lentidão quando usados isoladamente e portanto sem aplicação prática. � A adição de escória contribui para a melhoria de algumas propriedades do cimento, como, por exemplo, a durabilidade e a resistência à agentes químicos; Escória 13/03/2015 27 Carbonático � são minerais moídos e calcinados. Contribui para tornar a mistura mais trabalhável, servindo como um lubrificante entre as partículas dos demais componentes do cimento. 13/03/2015 28 Alto-forno � O cimento Portland de alto-forno se caracteriza por conter quantidades maiores de adição de escória de alto-forno. � Mas, a reação química da escória de alto-forno em presença de água apresenta pequenas diferenças em relação à desenvolvida pelo clínquer em pó com essa mesma água. De um lado, a reação química da escória de alto-forno com a água se processa em velocidade um pouco menor do que a do clínquer moído. Em conseqüência disso, o cimento de alto-forno leva mais tempo para endurecer. Mas, em compensação, esse tempo a mais permite que os grãos e partículas que o compõem se liguem melhor entre si, reduzindo, também, os espaços vazios ou poros entre eles, fato que proporciona uma maior durabilidade e, principalmente, um ganho significativo de resistência em idades mais avançadas. � Por outro lado, o cimento de alto-forno produz menos calor durante a hidratação. Este fato, em geral, beneficia as argamassas e os concretos confeccionados com esse tipo de cimento. Pozolânico � O cimento Portland pozolânico se caracteriza por conter uma quantidade maior de adição de materiais pozolânicos. � Na realidade, a reação dos materiais pozolânicos só começa depois que a reação entre o clínquer moído e a água já estiver iniciada. Mas, em compensação, uma vez iniciada, ela se processa em velocidade superior à do cimento de alto-forno (CP III), embora ainda um pouco menor que a do cimento Portland comum, de modo que continua havendo mais tempo para que as partículas e grãos que compõem o cimento pozolânico se liguem de forma mais íntima, através de um número maior de pontos de contato, reduzindo, assim, os espaços vazios ou poros entre eles, com o conseqüente aumento de durabilidade. 13/03/2015 29 Alta Resistência Inicial � O que faz o cimento de desenvolver essas altas resistências nos primeiros dias é a utilização de uma dosagem diferenciada de calcário e argila na produção do clínquer, bem como a sua moagem mais fina, de modo que esse cimento, ao reagir com a água, adquira elevadas resistências, com velocidade muito maior. 13/03/2015 30 13/03/2015 31
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