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1 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 2 CIMENTO FABRICAÇÃO, PROPRIEDADES E TIPOS 2 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. CIMENTO - O cimento é um dos materiais de construção mais utilizados na construção civil, por conta da sua larga utilização em diversas fases da construção. - O cimento pertence à classe dos materiais classificados como aglomerantes hidráulicos, esse tipo de material em contato com a água entra em processo físico-químico, tornando-se um elemento sólido com grande resistência à compressão e resistente à água e a sulfatos. 3 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. CIMENTO NATURAL É obtido através da calcinação da pedra calcária argilosa natural ou pedra calcária magnésia natural, sem sofrer processo de pulverização ou misturas de outros materiais. PROCESSO A pedra é quebrada e queimada em fornalha. O cimento queimado é então britado em pequenos fragmentos, pulverizado, adicionado e empacotado para o transporte ao mercado. UTILIZAÇÃO É usado quando se tem esforços menores e se precisa de uma pega mais rápida OBS: O cimento natural nos dias de hoje, deu lugar ao Cimento Portland. Pois o mesmo possui um tempo de pega mais lento, o que é vantajoso na aplicação. CIMENTO PORTLAND DESENVOLVIMENTO: - 1756 – Jonh Smeaton (inglês), obteve um produto de alta resistência por meio de calcinação de calcários moles e argilosos. -1818 – Vicat (francês), obteve resultados semelhantes aos de Smeaton, pela mistura de componentes argilosos e calcários. Ele é considerado o inventor do cimento artificial. - 1824 - Joseph Aspdin (construtor inglês), queimou conjuntamente pedras calcárias e argila, transformando-as num pó fino. Percebeu que obtinha uma mistura que, após secar, tornava-se tão dura quanto as pedras empregadas nas construções. A mistura não se dissolvia em água e foi patenteada pelo construtor no mesmo ano, com o nome de cimento Portland, que recebeu esse nome por apresentar cor e propriedades de durabilidade e solidez semelhantes às rochas da ilha britânica de Portland. 4 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. - Hoje, o cimento Portland é um material rigorosamente definido, e sua fabricação segue princípios bem estabelecidos. - A grande versatilidade de emprego e notáveis qualidade de adaptação a novos produtos e métodos construtivos aumentam, a cada dia, sua ampla gama de aplicações. - No Brasil foram feitas várias tentativas para desenvolver o cimento Portland, e em 1924 foi implantada a Companhia Brasileira de Cimento Portland de uma fábrica em Perus, Estado de São Paulo TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO - O cimento Portland é um material em forma de pó, constituído de silicatos e aluminatos de cálcio. Estes materiais ao serem misturados com água hidratam-se, endurecendo a massa e tendo por conseqüência uma elevada resistência mecânica. - O cimento é constituído básicamente de argila, calcário, areia e uma pequena quantidade de compostos contendo ferro que são aquecidos num forno robusto e de grande porte, a altas temperaturas, durante tempo suficiente para reagirem quimicamente e se transformarem em pequenas bolas chamadas clínquer. - O clínquer é então misturado com gesso e moído formando um pó bastante fino chamado cimento. O cimento por seu lado, é o ingrediente 5 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. chave na produção do concreto, componente vital dos edifícios, estradas, casas e escritórios. OBTENÇÃO DO CLÍNQUER OBTENÇÃO DO CIMENTO O cimento é preparado com 75-80% de calcário e 20-25% de argila. A matéria prima é extraída das minas, britada e misturada nas proporções corretas. 6 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. Esta mistura é colocada em um moinho de matéria prima (moinho de cru) e posteriormente cozidas em um forno rotativo a temperatura de 1450ºc. Finalmente o clinquer é reduzido a pó em um moinho (moinho de cimento) juntamente com 3-4% de gesso. Funções das adições GESSO A gipsita, sulfato de cálcio di-hidratado, é comumente chamada de gesso. É adicionada na moagem final do cimento, com a finalidade de regular o tempo de pega, permitindo com que o cimento permaneça trabalhável por pelo menos uma hora e trinta minutos, conforme ABNT. Sem a adição de gipsita, o cimento tem início de pega em aproximadamente quinze minutos, o que tornaria difícil a sua utilização em concretos. FÍLER CALCÁRIO A adição de calcário finamente moído é efetuada para diminuir a porcentagem de vazios, melhorar a trabalhabilidade, o acabamento e pode até elevar a resistência inicial do cimento. POZOLANA A pozolana é a cinza resultante da combustão do carvão mineral utilizado em usinas termoelétricas. Também há possibilidade de se produzir pozolana artificial queimando-se argilas ricas em alumínio a temperaturas próximas de 700º C. A adição de pozolana propicia ao cimento maior resistência a meios agressivos como esgotos, água do mar, solos Sulfurosos e a agregados reativos. Diminui também o calor de hidratação, permeabilidade, segregação de agregados e proporciona maior trabalhabilidade e estabilidade de volume, tornando o cimento pozolânico adequado a aplicações que exijam baixo calor de hidratação, como concretagens de grandes volumes. ESCÓRIA DE ALTO-FORNO 7 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. A escória de alto-forno, é sub-produto da produção de ferro em alto-forno, obtida sob forma granulada por resfriamento brusco. Os diferentes tipos e teores de adições usados na moagem do clínquer permitem que se obtenham cimentos de características diversas, possibilitando ao construtor conseguir sempre um cimento mais adequado ao concreto e argamassa a que se destina. TIPOS E APLICAÇÕES DO CIMENTO a) Definição da da nomenclatura CP II – F – 32 CP - cimento Portland II - tipo de cimento F - tipo de adição (F – filer, Z- pozolana, E- escória) 32 - classe de resistência aos 28 dias em Mpa b) Resistência à compressão A resistência à compressão é uma das características mis importantes do cimento e é determinada em ensaio normal descrito na NBR 7215. O ensaio é realizado em corpo de prova cilíndrico de 05 cm x 10 cm, feito com argamassa de traço 1 : 3 : 0,48 , (cimento : areia : água), com areia padronizada e submetido a ruptura em idades pré-definidas. As classes de resistência do cimento são 25 Mpa, 32 Mpa e 40 Mpa. Os cimentos de alta resistência inicial, CP V, tem resistência mínima aos 7 dias de 34 Mpa. a) Composição ada tipo de cimento tem os teores de adições e clínquer determinados pela ABNT, conforme a tabela a seguir. 8 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. MÉTODOS UTILIZADOS - Processo seco e Processo úmido; - Nos dois métodos os materiais são extraídos das minas e britados de forma mais ou menos parecidas, a diferença porém é grande no processo de moagem, mistura e queima. - Dos dois métodos produz-se clinquer e o cimento final é idêntico nos dois casos. PROCESSO ÚMIDO A mistura é moída com a adição de aproximadamente 40% de água, entra no forno rotativo sob a forma de uma pasta de lama. Este foi o originalmente utilizado para o inicio de fabricação industrial de cimento e é caracterizado pela simplicidade da instalação e da operação dos moinhos e fornos. Alémdisso consegue-se uma excelente mistura e produz muito pouca sujeira necessitando de sistemas bem primitivos de despoeiramento. 9 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. PROCESSO SECO A mistura é moída totalmente seca e alimenta o forno em forma de pó. Para secar a mistura no moinho aproveita-se os gases quentes do forno ou de gerador de calor. - Originalmente, os cimentos foram fabricados segundo as especificações dos consumidores que encomendavam, das fábricas, o produto com certas características convenientes ao trabalho. - Só a partir de 1904 que a ASTM começou a especificar o cimento e a indústria começou a produzir apenas alguns tipos de cimentos. - Hoje, a indústria produz o cimento padronizados pelo órgão responsável pelas normas de cada pais, mas sempre em números limitados de tipos. - Em casos especiais, onde se necessite de cimentos com características diferentes das que são produzidas, se faz o pedido por encomenda. - No mercado existem diversos tipos de cimento. A diferença entre eles está na composição, mas todos atendem as exigências das normas técnicas brasileiras. - Cada tipo tem o nome e a sigla correspondente estampada na embalagem, para facilitar a identificação. Os tipos de cimento adequado aos usos gerais no meio rural encontram-se na tabela a seguir. 10 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. - Existem outros tipos de cimento para usos específicos: . CP V-ARI – Cimento portland de alta resistência inicial . RS – Cimento Portland Resistente a Sulfatos . BC – Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação . CPB – Cimento Portland Branco CIMENTO PORTLAND COMUM - CP I . Tipo mais básico . Uso em construções que não requeiram condições especiais e não apresentem ambientes desfavoráveis como exposição às águas subterrâneas, esgotos, água do mar ou qualquer outro meio com presença de sulfatos. . A única adição presente no CP-I é o gesso (cerca de 3%, que também está presente nos demais tipos de cimento Portland). O gesso atua como um retardador de pega, evitando a reação imediata da hidratação do cimento. . Este tipo de cimento é constituído por somente clinquer e gesso, sem adições. . A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5732. 11 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. CIMENTO PORTLAND COMUM COM ADIÇÃO - CP I S Mesma composição do CP I (clínquer+gesso), porém com adição reduzida de material pozolânico (de 1 a 5% em massa). Menor permeabilidade devido à adição de pozolana . O teor de clinquer + gesso neste tipo de cimento deve estar entre 99% e 95%. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5732. CIMENTO PORTLAND COMPOSTO . São cimentos comuns onde existe a adição preponderante de escória, pozolana ou filler calcáreo. 12 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. CIMENTO PORTLAND COMPOSTO - CP II-E Contém adição de escória granulada de alto-forno, consequentemente propriedade de baixo calor de hidratação. 13 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. Composto de 94% a 56% de clínquer+gesso e 6% a 34% de escória, podendo ou não ter adição de material carbonático no limite máximo de 10% em massa. Recomendado para estruturas que exijam um desprendimento de calor moderadamente lento. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 11578. CIMENTO PORTLAND COMPOSTO - CP II-Z Contém adição de material pozolânico que varia de 6% a 14% em massa, que confere ao cimento menor permeabilidade. Ideal para obras subterrâneas, principalmente com presença de água, inclusive marítimas. Pode conter adição de material carbonático (fíler) no limite máximo de 10% em massa. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 11578. CIMENTO PORTLAND DE ALTO FORNO - CP III Contém adição de escória no teor de 35% a 70% em massa . Baixo calor de hidratação, maior impermeabilidade e durabilidade. Recomendado tanto para obras de grande porte e agressividade (barragens, fundações de máquinas, obras em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reativos, obras submersas, pavimentação de estradas, pistas de aeroportos, etc.) como também para aplicação geral em argamassas de assentamento e revestimento, estruturas de concreto simples, armado ou protendido, etc. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5735. 14 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. CIMENTO PORTLAND POZOLÂNICO - CP IV . Contém adição de pozolana no teor que varia de 15% a 50% em massa . Alta impermeabilidade e, consequentemente, maior durabilidade 15 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. . O concreto confeccionado com o CP IV apresenta resistência mecânica à compressão superior ao concreto de cimento Portland comum a longo prazo . Especialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente e ambientes agressivos . A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5736. CIMENTO PORTLAND DE ALTA RESISTÊNCIA INICIAL - CP V - ARI . Assim como o CP-I não contém adições (porém pode conter até 5% em massa de material carbonático) . O que o diferencia deste último é processo de dosagem e produção do clínquer. . O CP V-ARI é produzido com um clínquer de dosagem diferenciada de calcário e argila se comparado aos demais tipos de cimento e com moagem mais fina – CONSEQUENTEMENTE este tipo de cimento tem uma alta resistência inicial do concreto em suas primeiras idades, podendo atingir 26MPa de resistência à compressão em apenas 1 dia de idade . Recomendado o seu uso, em obras onde seja necessário a desforma rápida de peças de concreto armado. . A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5733. 16 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. CIMENTO PORTLAND RESISTENTE A SULFATOS . É recomendado para meios agressivos sulfatados, como redes de esgotos de águas servidas ou industriais, água do mar e em alguns tipos de solos. CIMENTO PORTLAND DE BAIXO CALOR DE HIDRATAÇÃO . É o cimento Portland de alto forno com baixo calor de hidratação, tendo como sigla – CP-III-BC. CIMENTO PORTLAND BRANCO . Mistura de calcário e caulim, que é uma argila branca, pois não possui óxido de ferro. Alta temperatura de cozimento torna-o mais caro. Existe o estrutural e não estrutural. CIMENTO PORTLAND ALUMINOSO . Cimento obtido a partir de uma mistura de calcário e bauxita, possui cor negra. Usado em argamassas refratárias, resistem aos sulfatos. Deterioração com areia granítica, sem pega com temperatura superior a 30 °C, alto calor de hidratação. Umidade e alta temperatura podem levar ao colapso. DIRETRIZES PARA EMPREGO DO CIMENTO: - Resistência química do cimento - No caso de obras sujeitas à ação de meios agressivos ou nas quais serão usados agregados reativos, a escolha do tipo adequado de cimento evitará problemas de durabilidade nestas obras; - Calor de hidratação - Nas obras onde existir problemas de origem térmica provocados pelo calor de hidratação do cimento, o uso de cimentos com menor liberação de calor minimizará ou neutralizará a necessidade de adoção de artifícios como refrigeração dos agregados, da água, dentre outros. 17 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. ALGUMAS ORIENTAÇÕES PARAEMPREGO DO CIMENTO: As indicações baseiam-se em critérios técnicos e econômicos. Não significa que determinado tipo não possa ser utilizado mediante estudos específicos. CIMENTO ALUMINOSO - São ligantes hidráulicos, cujo componente principal é o aluminato de cálcio. - São fabricados a partir de misturas de calcários com bauxitos ou com alumina, de forma a se obter cimentos com teores de óxido de alumínio na faixa de 40% a 80%. -Estes produtos podem ser obtidos por dois processos: 1.Fusão; 2.Sinterização; 18 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. 1. Fusão: As matérias-primas são moídas, dosadas e levadas ao forno para fusão. O material fundido é descarregado e resfriado 2. Sinterização: As matérias-primas são secas, dosadas e moídas em moinho de bolas até uma granulometria próxima a do cimento. Em seguida este pó é pelotizado, calcinado em fornos rotativos e resfriado, obtendo- se o clinquer. * O clinquer de ambos os processos é britado e moído até a granulometria desejada, obtendo-se dessa forma o cimento. CIMENTO ALUMINOSO - PROPRIEDADES - Resistência ao calor dos concretos ou argamassas prontas até 1200°C - Alta resistência a abrasão e corrosão - Endurecimento normal a baixas temperaturas - Pega lenta - Cura rápida CIMENTO ALUMINOSO - APLICAÇÕES - Usado principalmente para concretos refratários nos altos fornos em geral, fornos industriais, lareiras e em substituição ao cimento Portland comum, sempre quando se deseja uma rápida cura e altas resistências iniciais e finais, tanto em concretos armados ou não. - Concretagem junto ao mar aproveitando-se a maré baixa. - Fabricação de pré moldados para uso imediato. - Rejuntamento e assentamento de tijolos refratários. 19 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. - Chumbamento e fundações para maquinas pesadas que poderão entrar em funcionamento após 24horas. CIMENTO POZOLÂNICO POZOLANA - Substâncias silicosas e aluminosas que reagem com a cal hidratada na presença de água, resultando em compostos cimentícios. - Os materiais pozolânicos mais comuns são: a pozolana original (pumicita), as calcedônias e as opalas, terras diatomáceas calcinadas, argilas calcinadas e as cinzas volantes. Os modernos cimentos pozolânicos são uma mistura de pozolanas naturais e industriais com cimento Portland. CIMENTO POZOLÂNICO – VANTAGENS: - Trabalhabilidade - Diminuição do calor de hidratação - Aumento da impermeabilidade - Custos - Resistência ao ataque da água - OBS: Com a substituição de parte do cimento por pozolana, os concretos passam a ter menores resistências iniciais, só desaparecendo essa desvantagem após cerca de 3 meses, a partir de onde suas resistências são cerca de 10 a 15% superiores aos dos concretos comuns. O concreto feito com este produto se torna mais impermeável, mais durável, apresentando resistência mecânica à compressão superior à do concreto feito com Cimento Portland Comum, a idades avançadas. 20 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. APLICAÇÕES É especialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente e ambientes agressivos. CIMENTO POZOLÂNICO – COMPOSIÇÃO: O cimento Portland pozolânico (conforme norma ABNT NBR 5736), em geral conhecido pela sigla CP IV , é constituído por: Formas de Comercialização a)- A granel O cimento a granel destina-se a consumidores de grande porte, normalmente consumidores industriais e concreteiras, onde suas instalações são dotadas de silos de armazenagem. O cimento é entregue ao cliente em caminhões, usualmente conhecidos como “cebolão ”. 21 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. b)- Ensacado O cimento ensacado destina-se a clientes de menor consumo ou que não possuam silo de armazenagem. O cimento CP II-Z-32 é comercializado em embalagens de 50 kg e de 25 kg, permitindo maior versatilidade ao consumidor que compra pequenas quantidades de cimento. Os demais cimentos são expedidos em embalagens de 50 kg. As embalagens são confeccionadas em papel kraft, que permitem a garantia da qualidade do cimento. São estampadas diversas informações como: composição do produto, cuidados com o manuseio, data de fabricação e validade, indicação para melhor utilização e dicas de armazenagem. As sacarias do cimento Itambé são diferenciadas por cores que facilitam a identificação dos tipos, conforme apresentado na figura 08. 22 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. O ensacamento ocorre somente na hora do carregamento nos caminhões, diretamente ou sobre pallets. Ensacadeiras automáticas agilizam o ensaque e o carregamento da quantidade certa de sacos e do tipo de cimento, através de um moderno equipamento denominado auto-pack, que otimiza o tempo de carga e garante uma excelente expedição do cimento. Dicas práticas a)- Recebimento do cimento adquirido 23 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. Quando do recebimento do cimento na obra, antes da descarga do caminhão, devem ser observados os seguintes itens: * nota fiscal: local de entrega, empresa, quantidade, tipo de cimento, data; * se a carga está devidamente protegida; * condições dos sacos: se não estão rasgados; * condições do cimento: se não está empedrado ou apresenta sinais de que entrou em contato com a umidade. b)- Armazenamento do cimento O cimento ensacado deve ser armazenado sobre estrados de madeira, mantendo as pilhas de cimento afastadas das paredes e do piso. O empilhamento máximo de sacos é de 10 (dez) unidades (figura 09). Poderão ser empilhados 15 (quinze) sacos, se o período de estocagem não ultrapassar quinze dias. O local de estocagem deve ser coberto e protegido das intempéries, sem umidade excessiva e outros fatores que prejudiquem a qualidade do cimento. As pilhas deverão ser formadas de maneira que permita com que os sacos de cimento mais velhos sejam utilizados primeiro. c)- Prazo de validade Observar o prazo de validade do cimento. Segundo as normas brasileiras o prazo de validade é de noventa dias. A Itambé adota um prazo de validade de sessenta dias, atendendo às condições climáticas da região. d)- Utilização O cimento não poderá sofrer contaminação, mesmo que seja com os agregados e outro material que venha a ser utilizado para obtenção do concreto e da argamassa. Quando o cimento ainda ensacado entra em contato com a umidade, acaba se hidratando, perdendo as características de resistência, comprometendo seu uso. 24 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. e)- Noções de emprego do cimento Na construção civil, o cimento é empregado na produção de natas, pastas, argamassas, concretos e outros. f)- Tempo de pega O tempo de início de pega determinado de acordo com a NBR 7215 deve ser, no mínimo, de uma hora. Este dado permite avaliar o tempo em que se iniciam as reações que provocam o endurecimento do concreto, devido ao cimento empregado. Na fase de pega, o concreto não deve ser perturbado por operações de transporte, colocação nas formas e adensamento. O fim de pega é o momento em que se conclui a solidificação do concreto ou da pasta de cimento e se inicia o endurecimento passando a adquirir resistência da mistura. Entre o início e o final da pega o concreto ou argamassa não deverá sofrer choque ou vibração para não impedir a cristalização da pasta, caso os compostos cristalinos de hidratação sejaminterrompidos, ocorrerá perda de qualidade do concreto ou argamassa. 25 Prof.: Mário Coelho Barroso Eng. Civil M.Sc. Referencias Bibliográficas ABCP, Associação Brasileira de Cimento Portland , “Guia básico de utilização do cimento Portland ”. São Paulo: ABCP, 1999. ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas, “NBR 5732/91: cimento Portland comum ”. Rio de Janeiro: ABNT, 1991. ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas, “NBR 11578/91: cimento Portland composto ”. Rio de Janeiro: ABNT, 1991. ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas, “NBR 5735/91: cimento Portland de alto-forno ” . Rio de Janeiro: ABNT, 1991. ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas , “NBR 5733/91: cimento Portland de alta resistência inicial ” . Rio de Janeiro: ABNT, 1991. ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas, “NBR 5736/91: cimento Portland pozolânico” . Rio de Janeiro: ABNT, 1991. ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas , “NBR 5737/92: cimentos resistentes a sulfatos ” . Rio de Janeiro: ABNT, 1992. CIA. DE CIMENTO ITAMBÉ, “Noções de fabricação do cimento ” . Material interno. Curitiba: Itambé, 2000. C CI IM ME EN NT TO O CIA. DE CIMENTO ITAMBÉ, “Cimento: fabricação e características ” . Material interno. Curitiba: Itambé, 2002. 2010 - Aline F. de Oliveira – Arquiteta Urbanista
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