Adições minerais

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

ADIÇÕES MINERAIS
As adições são matérias-primas que, misturadas ao clínquer na fase de moagem, permitem a fabricação dos diversos tipos de cimento portland hoje disponíveis no mercado. Essas outras matérias-primas são: 
Gipsita;
Escórias de alto-forno; 
Os materiais pozolânicos e; 
Os materiais carbonáticos.
Introdução
A Economia de custo;
Crescimento da Produção;
Melhor desempenho;
Ecológico
Cimento Portland Compostos
 Efeito Químico:
Reação CH → C-S-H
 Efeito Físico: 
Efeito microfíler;
Refinamento da estrutura de poros e dos produtos de hidratação do cimento;
Alteração da microestrutura da zona de transição.
Efeito Químico e Físico das adições minerais
São materiais silicosos ou sílico-aluminosos que possuem pouca ou nenhuma atividade aglomerante, mas que, quando finamente moídos e na presença de água, fixam o hidróxido de cálcio à temperatura ambiente, formando compostos com propriedades hidráulicas.
Materiais Pozolânicos
Reação Pozolânica
Reação lenta → taxa de liberação e desenvolvimento da resistência lenta (trabalhabilidade);
Consumo CH ao invés de produzir → durabilidade meios ácidos;
Preenchimento dos espaços capilares → resistência a impermeabilidade
Aspectos Importantes:
Naturais:
Cinzas vulcânicas;
Terra diatomácea.
Artificiais:(mais utilizada)
Cinza volante;
Sílica ativa;
Cinza de casca de arroz;
Metacaulim
Materiais Pozolânicos
Material Pozolânico mais utilizado na produção do cimento;
É um resíduo proveniente da queima do carvão (temperatura de 1200°C à 1600°C) nas centrais termoelétricas, cujas cinzas são coletadas por meio de precipitadores eletrostáticos
Cinza Volante
Esquema de uma usina de combustível fóssil
Fonte: Concrete Construction Engineering Handbook
Cinza Volante
Superfície especifica:
 300 à 700m²/kg
Massa especifica:
190 à 240 kg/m³
Material Esférico Ø <1μm a >150 μm. Maior parte < 45 μm
Cinza Volante
Cinza Volante
fonte:Lacerda, D.I.S. Avaliação da reatividade de adições minerais em pasta de cimento portland utilizando calorimetria de fluxo de calor. Belém, Universidade Federal do Pará, Tese de Mestrado.
Benefícios da utilização de cinzas volantes no concreto:
A redução do teor de cimento para reduzir custo;
Obtenção de calor reduzido de hidratação;
Melhoria da trabalhabilidade;
Melhorar a durabilidade.
Cinza Volante
Influência de no tempo de pega:
Cinzas volantes pode conter sulfatos que reagem com o cimento da mesma maneira como o gesso adicionado à Cimento Portland faz;
A argamassa de cimento de cinzas volantes podem conter menos água, como uma conseqüência da presença de cinzas volantes, e isto irá influenciar a taxa de endurecimento;
A cinza pode absorver agentes tenso-ativos adicionado para modificar a reologia (redutores de água) do concreto, e, novamente, isto influencia a rigidez da argamassa.
Partículas de Cinzas volantes podem atuar como núcleos de cristalização dos produtos de hidratação do cimento.
Cinza Volante
Influencia na trabalhabilidade:
O pequeno tamanho e da forma essencialmente esférica das partículas cinzas volantes  influenciam a propriedades reológica das pastas de cimento, que causam uma redução na água necessária ou um aumento na trabalhabilidade.
Cinza Volante
A Sílica Ativa é um pó fino pulverizado decorrente do processo de fabricação do sílicio metálico ou ferro sílicio. Portanto é um produto de origem metalúrgica, o que lhe confere maior estabilidade quanto a sua composição química e física.
No processo de fabricação do silício metálico, é gerado um gás (SiO) que, ao sair do forno elétrico oxida-se formando a sílica amorfa (SiO2), que é captada em filtros de manga, em seguida armazenada em silos adequados e embalada em big-bags e sacos de 15kg.
Sílica Ativa
Fabricação
Fonte: http://www.tecnosilbr.com.br/silica-ativa/
As partículas de Sílica Ativa são esféricas, vítreas e possuem um diâmetro médio menor do que 1 µm, apresentando altíssima superfície específica e uma massa específica aparente baixa.
O alto teor de SiO2 no formato amorfo (Não cristalino), aliado a uma elevada finura, proporciona altíssima reatividade com os produtos decorrentes da hidratação cimento, conferindo melhor desempenho em concretos e argamassa.
Sílica Ativa
Sílica Ativa
Fonte: http://www.tecnosilbr.com.br/silica-ativa/
Mecanismo de ação física:
Caracteriza-se por importantes mudanças no comportamento reológico do concreto, tais como: aumento da coesão, redução da exsudação, redução da segregação. No estado endurecido as partículas de sílica ativa ajudam a comatar vazios, ajudando no empacotamento das micro partículas, contribuindo no fechamento granulométrico da pasta de cimento.
Sílica Ativa
Fonte: http://www.tecnosilbr.com.br/mecanismos-de-acao/
Sílica Ativa
Mecanismo de ação química:
A reação de hidratação dos compostos do cimento Portland com a água produzem o silicato de cálcio hidratado (CSH), que confere resistência a pasta de cimento e um sub produto, o hidróxido de cálcio (15 a 25 % do volume da pasta), que é um cristal de baixa resistência, solúvel em água e que não contribui para a resistência ou durabilidade dos concretos. A Sílica Ativa reage com o hidróxido de cálcio, transformando o cristal fraco em cristal resistente (CSH), o que proporciona grande aumento de resistência, impermeabilidade e durabilidade em concretos e argamassas.
Sílica Ativa
Fonte: http://www.tecnosilbr.com.br/mecanismos-de-acao/
Fonte: http://www.tecnosilbr.com.br/mecanismos-de-acao/
A cinza de casca de arroz é o material resultante da combustão da casca de arroz, geralmente usada pelas indústrias beneficiadores de arroz como fonte calorífica na geração de calor e vapor necessários nos processos de secagem e carbonatação dos grãos
Cinza de casca de arroz
A casca de arroz é composta:
50% celulose;
30% lignina;
20% sílica.
 Queima controlada:
500 à 700°C
Alta pozolanicidade.
Massa especifica:
220 a 260 kg/m³;
= silica ativa.
Cinza de casca de arroz
20% massa de casca → cinza;
A lignina e celulose podem ser removidas
Estrutura celular porosa com superfície especifica de 50.000 a 100.000 m²/g com mais de 85% de sílica.
Cinza de casca de arroz
Adição mineral aluminosilicosa obtida, normalmente, de calcinação, entre 600°C e 900°C, de alguns tipos de argilas, como as cauliníticas e os caulins.
Metacaulim
Quando a caulinita é submetida a temperaturas entre 600°C e 900°C, ocorre a remoção dos ions hidroxila da sua estrutura cristalina, ocasionando a destruição do seu arranjo atômico.
Forma:
Componente amorfo;
Grande instabilidade química, denominado metacaulinita (Al2Si2O7) – atividade pozolânica
Metacaulim
As escórias de alto-forno são obtidas durante a produção de ferro-gusa nas indústrias siderúrgicas e se assemelham aos grãos de areia.
Nas indústrias siderúrgicas, a escória pode ser resfriada de duas maneiras: 
quando ocorre resfriamento brusco
quando ocorre resfriamento lento - não tem valor hidráulico, apenas pode ser usado em agregado no concreto, asfalto e construir estradas.
Escória de Alto-Forno
Fonte: Concrete Construction Engineering Handbook
Fluxograma de produção de ferro-gusa e escória de alto-forno.
FONTE:http://portuguese.alibaba.com/product-gs/blast-furnace-268454251.html
http://www.cst.com.br/usina/fluxo_producao/fluxo_producao.asp
ligante hidráulico muito resistente, ou seja, que reagem em presença de água, desenvolvendo características aglomerantes de forma muito semelhante à do clínquer.
maior durabilidade e maior resistência final. 
As reações de hidratação das escórias são tão lentas que limitariam sua aplicação prática se agentes ativadores, químicos e físicos, não acelerassem o processo de hidratação.
A cal liberada durante a hidratação do clínquer é o principal ativador químico da escória quando esta é adicionada ao cimento, ao passo que a ativação física é conseguida pelo aumento da finura quando a escória é moída separada ou conjuntamente com o clínquer
Escória de Alto-Forno
A taxa e o grau de hidratação de pasta de cimento e, conseqüentemente, a sua força,são afetado significativamente por falta
de cura adequada, devido à lenta formação de força produtoras de hidratos.este
efeito torna-se mais pronunciado quando a pasta incorpora elevadas percentagens de escória. para assegurar força adequada e durabilidade dos concretos incorporando elevadas percentagens de escória (> 30%), é importante que sejam dadas mais cura do que os concretos sem escória
Cura
O desenvolvimento de resistência à compressão do concreto com escória depende principalmente do tipo de finura, índice de atividade, e as proporções de escória usada em misturas de concreto. Outros fatores que afetam o desempenho de escória no concreto são a relação água / cimento . Em geral, o desenvolvimento da força de concreto com escórias é lento, em 1 a 5 dias, em comparação ao do concreto comum. Entre 7 e 28 dias, a força se aproxima do concreto comum, e para além deste período a resistência do concreto escória excede a força do concreto comum.
Resistência a compressão
Fonte: Concrete Construction Engineering Handbook
A permeabilidade do concreto depende principalmente da permeabilidade da pasta de cimento, o qual, por sua vez, depende da sua distribuição de poros de tamanho. 
Usando técnicas de mercúrio-intrusão, vários investigadores (Manmohan e Mehta, 1981; Mehta, 1983) demonstraram que a incorporação de escórias granulado na pasta de cimento ajuda a transformar poros grandes em poros mais pequenos, o que resulta na permeabilidade diminuída da matriz e,
por conseguinte, do concreto. 
Permeabilidade
Os materiais carbonáticos são rochas moídas, que apresentam carbonato de cálcio em sua constituição tais como o próprio calcário. Tal adição serve também para tornar os concretos e as argamassas mais trabalháveis, porque os grãos ou partículas desses materiais moídos têm dimensões adequadas para se alojar entre os grãos ou partículas dos demais componentes do cimento, funcionando como um verdadeiro lubrificante.
Quando presentes no cimento são conhecidos como fíler calcário.
Materiais Carbonáticos
Resistência à compressão;
Resistência à tração;
Módulo de deformação;
Durabilidade:
Concreto no Estado Endurecido
Adição de pozolanas – aumenta resistência da matriz da zona de transição.
Adição de escória de auto-forno:
Depende da finura;
Resistência inicial baixa;
Resistência final alta.
Resistência à compressão
Fatores que depende:
Quantidade e características da adição mineral ( tamanho das partículas, quantidade de SiO2 em forma amorfa.)
Proporcionamento do concreto (tipo e consumo, relação água/cimento, presença de superplastificante, etc.);
Condições de cura.
Resistência à compressão
Não é proporcional ao aumento de resistência a compressão;
Aumento significativo da resistência à tração – ocasionada pela redução do tamanho e concentração dos cristais de hidróxido de cálcio na zona de transição – reações pozolânicas.
Resistência à Tração
O aumento percentual da resistência à compressão se dá numa taxa, em média, três vezes superior ao aumento percentual do modulo de deformação correspondente
Modulo de deformação
As adições minerais – reagem com o hidróxido de cálcio reduzindo a permeabilidade e absorção do concreto.
Durabilidade
Teor de aluminato tricálcico (C3A) do clínquer e teor de adições carbonáticas de no máximo 8% e 5% em massa, respectivamente;
Cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60% e 70% de escória granulada de alto-forno, em massa;
Cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico, em massa;
Cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovem resistência aos sulfatos.
Cimento Portland Resistente a Sulfatos 
Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP), Guia básico de utilização do cimento portland, 7ed. São Paulo, 2002, 28p. (BT-106)
Fonseca, G.C. Adições minerais e as disposições normativas relativas à produção de concreto no Brasil, uma abordagem epistêmica. Belo Horizonte, Universidade Federal de Minas Gerais, pós graduação em engenharia civil.
Lacerda, D.I.S. Avaliação da reatividade de adições minerais em pasta de cimento portland utilizando calorimetria de fluxo de calor. Belém, Universidade Federal do Pará, Tese de Mestrado.
Mehta, P.K., Monterio, P.J.M. Concreto: Estrutura, Propriedades e Materiais. PINI, São Paulo, 1994;
Nawy, E.G. Concrete Construction Engineering Handbook. eBook ISBN: 978-1-4200-0765-7
Neville, A.M. Propriedades do concreto. PINI, São Paulo, 1997;
Bibliografia