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Cimento Portland AGLOMERANTES HIDRÁULICOS: INTRODUÇÃO É um aglomerante hidráulico, resultante da moagem do clinquer, obtido pelo cozimento até a fusão parcial, de mistura de calcário e argila Após o cozimento é feita a adição de sulfato de cálcio (gesso), em proporção adequada para regularizar a pega, e em seguida é feita moagem. convenientemente dosada e homogeneizada, de tal forma que, após o cozimento não resulte cal livre em proporções prejudiciais SiO2 Al2O3 Fe2O3 Na2O K2O CaCO3 OBTENÇÃO DO CIMENTO PORTLAND COMPOSTOS CÁLCICOS COMPOSTOS SILÍCOSOS + SILICATOS DE CÁLCIO OBTENÇÃO DO CIMENTO PORTLAND Obtenção do Cimento Portland Obtenção do Clínquer Calcário Calcário ++ ArgilaArgila calcinação a 1400oC fusão parcial ClClíínquer nquer (silicatos, aluminatos, ferroaluminatos, cal livre, compostos alcalinos) Clínquer Clínquer + + Sulfato de cálcioSulfato de cálcio Moagem em moinho de bolas Cimento Cimento PortlandPortland PROCESSO DE FABRICAÇÃO HHHH22OO CS HCS H22CaSOCaSO44.2H.2H22OO SSSOSO33 CC33SS22HH333CaO.2SiO3CaO.2SiO22.3H.3H22OO MMMgOMgO CC44AFAF4CaO. Al4CaO. Al22O. FeO. Fe22OO33FFFeFe22OO33 CC33AA3CaO. Al3CaO. Al22OO33AAAlAl22OO33 CC22SS2CaO. SiO2CaO. SiO22SSSiOSiO22 CC33SS3CaO. SiO3CaO. SiO22CCCaOCaO CompostosCompostosÓxidosÓxidos COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO CIMENTO PORTLAND COMPOSIÇÃO MINERALÓGICA DO CIMENTO PORTLAND má formação de cristais facilita a moagem Fusão Temperatura de resfriamento MgOMgO estabilidade de volume CC33AA ataque de sulfatos menor tamanho dos cristais melhora a durabilidade Resfriamento rápido Clinquer: 96% silicato tricálcico: 20 a 70% silicato bicálcico: 10 a 50 % aluminato tricálcico: 5 a 20 % ferro-aluminato tretracálcico: 5 a 15% -- cal livrecal livre: : 0 a 2%0 a 2% Impurezas -- magnmagnéésiasia:: 0 a 7 %0 a 7 % -- áálcalislcalis:: 0 a 2 %0 a 2 % -- outros outros óóxidos (TiOxidos (TiO22, P, P22OO55, Mn, Mn22OO33):): 0 a 3 %0 a 3 % Sulfato de Cálcio: 4% Hidratação do Cimento Reação química com a água Reação exotérmica Ocorre da superfície externa para a parte interna aluminatosaluminatos enrijecimentoenrijecimento (perda de consistência plástica) e a pegapega (solidificação) silicatossilicatos endurecimentoendurecimento (velocidade de desenvolvimento da resistência). Retração autógena a. Seção de um grão polimineral anidro b. 10 minutos - Parte do C3A reage com sulfato de cálcio em solução. Forma-se um gel amorfo sobre a superfície rico em aluminato ocorrendo nucleação de pequenas agulhas de AFt c. 10 horas - Reação do C3S produzindo C-S-H externo à superfície do grão ocorrendo nucleação a partir das agulhas de AFt d. 18 horas - Hidratação secundária do C3A produzindo longas agulhas de AFt. Constata-se o início da formação de C-S-H interno através da continuidade da hidratação do C3S e. 1 a 3 dias – C3A reage com algum AFt da região interna formando placas hexagonais de AFm. A contínua formação dos produtos internos reduz a separação entre a região anidra e a camada externa hidratada f. 14 dias - Suficiente C-S-H interno foi formado para preencher o espaço entre o grão e a camada externa. O C-S-H externo torna-se mais fibroso 3 C-S-H EXTERNO GEL AFt AFt AFm C-S-H INTERNO C A C S3 3 C-S-H EXTERNO C-S-H EXTERNO GEL AFt GEL AFt AFt AFmAFm C-S-H INTERNO C-S-H INTERNO C A C S3 3 C A C S3 3 Mistura : cimento + água Instantes iniciais : hidratação externa Prosseguimento da hidratação externa Coalescência entre os produtos de hidratação Avanço da hidratação externa: Encapsulamento dos agregados Hidratação interna do cimento Idades avançadas 1. Aluminato tricálcico C3A + Gipsita 3CaSO4.2H2O + 26 H2O Etringita 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32.H2O+ calor a) � Calor total = 207 cal/g (30% + 70 %) � Desenvolve pequena resistência inicial � Libera grande quantidade de calor � Não libera cal � É muito sensível à ação agressiva de sulfatos 100 191 173 464 b) C3A + 6 H2O 3CaO.Al2O3.6H2O + calor 100 40 140 2. Ferro-aluminato tetracálcico C4AF + 2Ca(OH)2 + 10H2O 3CaO.Al2O3.6H2O + 3CaO.Fe2O3.6H2O + + 100 cal/g100 30 37 78 89 � Inicia a hidratação em alguns minutos após o amassamento � Desenvolve pequena resistência inicial � Tem pega e endurecimento semelhantes ao C3S � Libera pouco calor de hidratação � Boa resistência ao ataque de águas agressivas � Tem cor escura 2(3Cao.SiO2) + 6H2O 3CaO. 2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 + 120 cal/g 3. Silicato tricálcico É o composto do cimento mais rico em cal e o mais instável dos silicatos 100 24 75 C-S-H � Inicia a reação em poucas horas � Tem pega lenta e endurecimento rápido � Desenvolve elevadas resistências iniciais � Libera grande quantidade de calor de hidratação � Libera grande quantidade de cal 49 2 (2CaO.SiO2) + 4H2O 3CaO.2SiO2. 3H2O + 3Ca(OH)2 + 62 cal/g 4. Silicato Bicálcico (di-cálcico) 100 21 100 21 � Inicia a reação de hidratação lentamente após dias � Tem pega e endurecimento lentos � Desenvolve elevadas resistências a longo prazo � Libera pouca quantidade de calor de hidratação � Libera pouca quantidade de cal C-S-H Quadro 5.3.3 Hidratação dos principais compostos Composto anidro Água Hidratação → completa Compostos hidratados C3S 24% → 60 % Tobermorita + 40 % Portlandita C2S 21% → 83 % Tobermorita + 17 % Portlandita C3A 80% + CaSO4 . 2 H2O → + Ca (OH)2 59 % Ettringita + 41 % Aluminato C4AF 37% + Ca (OH)2 47 % Aluminato + 53 % Ferrito EVOLUÇÃO DO GRAU DE HIDRATAÇÃO Atualmente, a maioria dos cimentos, tanto nacionais como estrangeiros, são produzidos com adições minerais com maiores ou menores propriedades pozolânicas ADIÇÕES MINERAIS São materiais mais ou menos silicosos finamente moídos com propriedades pozolânicas, adicionados ao cimento em substituição ao clínquer ou ao concreto em quantidades relativamente grandes, com o objetivo de modificar algumas de suas propriedades. A substituição de clínquer por adições tem por objetivo: � Resolver problemas ambientais � Economia de energia � Redução de custo � Resolver problemas tecnológicos Reação básica do cimento portland C3S + H C - S - H + CH (rápida) Reação pozolânica SiO2 + CH + H C - S - H (lenta) Materiais Pozolânicos Materiais naturais Geralmente derivados de rochas minerais vulcânicas � Cinzas vulcânicas � Tufos vulcânicos � Argilas calcinadas Subprodutos Industriais Escória granulada de alto forno � Subproduto de produção siderúrgica � A qualidade é função do resfriamento � Moída com finura de 400 a 500 m2/kg tem propriedades pozolânicas e cimentantes satisfatória � Pode ter elevado teor de cálcio o que lhe dá também propriedades cimentantes Microssílica (sílica ativa) ► Subproduto de produção de silício metálico e ferro-silício. ► Material com mais de 85% de sílica amorfa ► Altamente fino: superfície específica com 20.000 m2/g ► Altamente reativa ► Utilizada em concreto de alto desempenho Cinza volante � Gerada em usinas termoelétricas � Partículas esféricas lisas extremamente finas com elevado teor de sílica amorfa � Não necessita ser moída Cinza de casca de arroz � Subproduto do beneficiamento de arroz ou termoelétrica � Elevado teor de sílica amorfa ( > 80 %) � Necessitaser moída para melhorar atividade pozolânica � Em queima com temperatura controlada tem maior teor de sílica reativa
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