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ARGAMASSAS E CONCRETOS CIMENTOS DEFINIÇÃO O cimento Portland é um pó fino com propriedades aglutinantes que endurece sob a ação da água, ou seja, é um aglomerante ativo hidráulico. HISTÓRICO O material, conhecido dos antigos egípcios, ganhou o nome atual no século XIX graças à semelhança com as rochas da ilha britânica de Portland. A palavra CIMENTO é originada do latim CAEMENTU, que designava na velha Roma espécie de pedra natural de rochedos e não esquadrejada. A origem do cimento remonta há cerca de 4.500 anos. O grande passo no desenvolvimento do cimento foi dado em 1756 pelo inglês John Smeaton, que conseguiu obter um produto de alta resistência por meio de calcinação de calcários moles e argilosos. Em 1818, o francês Vicat obteve resultados semelhantes aos de Smeaton, pela mistura de componentes argilosos e calcários. Ele é considerado o inventor do cimento artificial. HISTÓRICO Em 1824, o construtor inglês Joseph Aspdin 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. HISTÓRICO MATÉRIAS PRIMAS O cimento Portland é composto de Clínquer e de Adições. O Clínquer é composto por calcário e argila. Uma das adições colocadas no cimento é o gesso. MATÉRIAS PRIMAS O calcário é a matéria-prima básica, contribui de 85 a 95% na fabricação do cimento, é constituído basicamente de carbonato de cálcio (CaCO3) e, dependendo de sua origem geológica, pode conter várias impurezas como magnésio, silício, alumínio e ferro. A rocha calcária é extraída de jazidas com auxílio de explosivos. MATÉRIAS PRIMAS MATÉRIAS PRIMAS MATÉRIAS PRIMAS MATÉRIAS PRIMAS Para melhorar a qualidade do clínquer, o calcário recebe algumas correções complementares de: FILITO (argila): este material colabora com o alumínio Al2O3; QUARTZITO (material arenoso): este colabora com SiO2; MINÉRIO DE FERRO: este colabora com Fe2O3. MATÉRIAS PRIMAS FABRICAÇÃO Este conjunto de materiais é enviado para moagem no moinho vertical de rolos, em proporções pré determinadas, onde se processa o início da mistura íntima, secagem e a homogeneização necessária, formando-se a farinha crua. MATÉRIAS PRIMAS FABRICAÇÃO A farinha crua moída é calcinada até fusão incipiente, a uma temperatura de 1450ºC em um forno rotativo, onde então obtém-se o clínquer. FABRICAÇÃO A sílica, alumina, ferro e cal reagem no interior do forno, dando origem ao clínquer, cujos compostos principais são os seguintes: FABRICAÇÃO FABRICAÇÃO FABRICAÇÃO Para a obtenção do cimento Portland, faz-se a moagem do clínquer com diversas adições, como o gesso (até 5%), calcário, pozolana e escória, onde assegura-se ao produto a finura e homogeneidade convenientes, de acordo com as normas da ABNT. O processo de moagem do clínquer e de suas adições é um fator importante, pois irá influenciar em algumas características, como a hidratação e as resistências inicial e final do cimento. FABRICAÇÃO FABRICAÇÃO FABRICAÇÃO 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, 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. FABRICAÇÃO Funções das adições 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. FABRICAÇÃO Funções das adições POZOLANA A pozolana é a cinza resultante da combustão do carvão mineral utilizado em usinas termoelétricas. 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. FABRICAÇÃO Funções das adições POZOLANA FABRICAÇÃO Funções das adições ESCÓRIA DE ALTO FORNO A escória de alto-forno, é sub-produto da produção de ferro em alto-forno, obtida sob forma granulada por resfriamento brusco. Em presença de meio alcalino, a escória vítrea reage com a água de maneira similar ao cimento Portland, formando produtos hidráulicos com poder aglomerante. FABRICAÇÃO FABRICAÇÃO 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. FABRICAÇÃO FABRICAÇÃO CaO – é o componente essencial do cimento, as propriedades mecânicas aumentam com o teor de cal, desde que combinadas. SiO2 – é da sua combinação com a cal que resultam os principais compostos do cimento. Al2O3 – o composto formado por este óxido com a cal acelera o tempo de pega e reduz a resistência a sulfatos. Fe2O3 – em pequenas quantidades funciona como fundente. FABRICAÇÃO MgO – este elemento não se apresenta combinada, em grandes quantidades é expansivo. SO3 – em grandes quantidades é perigoso devido à formação de sulfoaluminatos. K2O e Na2O – atuam como fundentes e aceleradores de pega. TiO2, Mn3O4 e P2O5 – encontrados em pequenas quantidades e raramente são determinados separadamente. FABRICAÇÃO TIPOS DE CIMENTO TIPOS DE CIMENTO TIPOS DE CIMENTO TIPOS DE CIMENTO TIPOS DE CIMENTO TIPOS DE CIMENTO TIPOS DE CIMENTO TIPOS DE CIMENTO TIPOS DE CIMENTO COMERCIALIZAÇÃO COMERCIALIZAÇÃO DICAS DICAS DICAS DICAS DICAS DICAS QUÍMICA DO CIMENTO QUÍMICA DO CIMENTO A composição química potencial dos cimentos brasileiros é: ELEMENTO PERCENTUAL C3S 18% a 70% C2S 11% a 30% C3A 2% a 20% C4AF 4% a 15% QUÍMICA DO CIMENTO QUÍMICA DO CIMENTO O C3S, também chamado de Alita, é responsável pela resistência mecânica dos cimentos nas primeiras idades, possuindo uma velocidade de reação média e médio desenvolvimento de calor de hidratação. O C2S, também chamado de Belita, é responsável pela resistência mecânica dos cimentos nas idades avançadas, possuindo uma velocidade de reação lenta e pequeno desenvolvimento de calor de hidratação. QUÍMICA DO CIMENTO O C3A possui moderada resitência mecânica, porém possui reação rápida e libera grande quantidade de calor de hidratação, sendo responsável pela retração do cimento. O C4AF possui baixa resistência mecânica, rápida reação e libera pequena quantidade de calor de hidratação.QUÍMICA DO CIMENTO QUÍMICA DO CIMENTO QUÍMICA DO CIMENTO Os silicatos são praticamente os únicos responsáveis pelas características mecânicas medidas na pasta de cimento. Estes silicatos - C3S e C2S - perfazem cerca de 65 a 85 % da massa do cimento (Tipo I) e, na hidratação, formam o gel de Silicato Hidratado de Cálcio (C-S-H), o mais importante componente da pasta de cimento hidratada (MEHTA & MONTEIRO, 1994). Os aluminatos são responsáveis pela pega e endurecimento da pasta. QUÍMICA DO CIMENTO É prática comum na indústria do cimento, calcularem-se os teores dos compostos a partir da análise dos óxidos usando uma série de equações originalmente desenvolvidas por R. H. Bogue. Cálculo da composição potencial do cimento pelas equações de Bogue: QUÍMICA DO CIMENTO Esta equação é válida para teores de Al2O3/Fe2O3 ≥ 0,64. Quando são colocadas adições ao cimento está equação torna-se imprecisa. O componente C da equação se refere à quantidade total de CaO – CaO livre. Fazer exemplo. QUÍMICA DO CIMENTO QUÍMICA DO CIMENTO Ao entrarem em contato com a água, os componentes do cimento iniciam um processo de hidratação, que pode ser dividido em 3 estágios: Estagio I: Em contato com a água ocorre uma rápida dissolução dos grãos do cimento. Sobem as concentrações de álcalis solúveis, Ca2+, SO4 2- e íons OH- em solução, resultando em um pH de 12 a 13. QUÍMICA DO CIMENTO Estagio II: Os íons Ca2+, SO4 2- e íons OH- reagem com os silicatos e aluminatos para formar gel de C-S-H e etringita, formando uma barreira em torno dos grãos de cimento não hidratados, retardando novas hidratações, permitindo um período de trabalhabilidade durante o qual o concreto deve ser lançado e assentado. Estagio III: Durante o Estágio II a concentração de íons Ca2+ continua a aumentar, reiniciando lentamente a hidratação dos grãos de cimento atrás da barreira. Com a supersaturação de Ca2+, seguida da precipitação de Ca(OH)2 ocorre uma rápida hidratação dos grãos de cimento gerando gel de C-S-H e etringita. QUÍMICA DO CIMENTO As duas reações mais importantes para a resistência são (MEHTA & MONTEIRO,1994): - C3S + H2O → gel de C-S-H + hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) + 120 cal/g de C3S . Propicia alta resistência inicial e forte desprendimento de calor de hidratação (cerca de 80 % em 10 dias); - C2S + H2O → gel de C-S-H + hidróxido de cálcio + 60 cal/g de C2S . Propicia lento e constante desenvolvimento de resistência e baixo calor de hidratação (cerca de 80 % em 100 dias). QUÍMICA DO CIMENTO - C3A + H2O + gesso → etringita (C6A S 3H32), monossulfato (C4A S H18) mais vários hidratos cristalinos tais como: C3AH6 , C4AH9 e C2AH8 + 320 cal/g de C3A A reação do C3A com a água é instantânea e há forte desprendimento de calor de hidratação. A formação de monossulfato implica em baixa resistência ao ataque de sulfatos. Essa baixa resistência à sulfatos se deve à combinação de monossulfatos com sulfatos numa reação expansiva que forma etringita. QUÍMICA DO CIMENTO - C4(AF) + H2O + gesso → C6A(F) S 3H32, C4A(F) S H18 mais vários hidratos cristalinos tais como: C3A(F)H6 , C4A(F)H9 e C2A(F)H8+ 100 cal/g de C4(AF). As reações produzem produtos de estruturas cristalinas semelhantes às produzidas na hidratação do C3A, onde o ferro pode substituir posições que seriam ocupadas pelo alumínio. QUÍMICA DO CIMENTO QUÍMICA DO CIMENTO Gel de C-S-H Cristal de Ca(OH)2 QUÍMICA DO CIMENTO QUÍMICA DO CIMENTO Durante a hidratação, os microcristais do C-S-H surgem na superfície do cimento como pequenos filamentos e se cristalizam. Dada a natureza da superfície de cristalização, os macrocristais aderem entre si e se entrelaçam, aderindo também aos cristais do agregado, formando assim uma estrutura sólida. QUÍMICA DO CIMENTO Estruturas Fibrilares: C-S-H Cristais de C3S e C2S hidratados: 50 % a 60% do volume da pasta; São as estruturas C-S-H - C=CaO, S=SiO2, H=H2O; Estruturas unidas através de ligações de van der Waals; Excelente resistência mecânica e química. QUÍMICA DO CIMENTO QUÍMICA DO CIMENTO Estruturas Prismáticas: C-H - Portlandita Cristais de grande tamanho; Cristais com formas hexagonais; Formados p/ hidróxido de cálcio - Ca(OH)2; 20 a 25% do volume de sólidos; Responsáveis pH elevado da pasta (pH ≈ 13); Ca(OH)2 é muito solúvel em água; Ca(OH)2 é quimicamente muito reativo; Cristais porosos com baixa resistência mecânica. QUÍMICA DO CIMENTO QUÍMICA DO CIMENTO QUÍMICA DO CIMENTO Etringita: Produto da hidratação dos Aluminatos Cristais grandes e volumosos; Formados por C3A + gesso hidratados; Com a redução na concentração de sulfato, a etringita se decompõe, formando monossulfato: Cristais muito porosos com baixa resistência mecânica; São os primeiros cristais da pasta a se formar; Podem causar falsa pega; Representam 15 a 20 % do volume de sólidos. QUÍMICA DO CIMENTO QUÍMICA DO CIMENTO Na presença de umidade no concreto já endurecido, a etringita recristaliza em cristais maiores dentro dos vazios. QUÍMICA DO CIMENTO QUÍMICA DO CIMENTO QUÍMICA DO CIMENTO QUÍMICA DO CIMENTO Qual cimento devo escolher? - Cimento com alta resistência inicial libera muito calor de hidratação, como consequência fissura mais facilmente. - Cimento com baixa resistência inicial e baixo calor de hidratação não fissura. QUÍMICA DO CIMENTO QUÍMICA DO CIMENTO O desenvolvimento dos cimentos para os parâmetros atuais permite grandes resistências em baixas idades, acelerando o processo construtivo, porém apresenta como consequência uma diminuição na durabilidade das construções devido ao fissuramento que ocorre. QUÍMICA DO CIMENTO Conclusões de Mehta e Burrows acerca dos cimentos: QUÍMICA DO CIMENTO Conclusões de Mehta e Burrows acerca dos cimentos: QUÍMICA DO CIMENTO Conclusões de Mehta e Burrows acerca dos cimentos: QUÍMICA DO CIMENTO Atualmente percebe-se um aumento do teor de C3S em detrimento do C2S, aumentando a geração de calor de hidratação e do grau de fissuração. QUÍMICA DO CIMENTO Variação do teor de C2S. QUÍMICA DO CIMENTO Variação do teor de C3S. QUÍMICA DO CIMENTO Variação do teor de C3A. QUÍMICA DO CIMENTO Variação do teor de C4AF. PROPRIEDADES E ENSAIOS TEMPOS DE PEGA: Início de Pega: é o tempo em que ocorre o início do endurecimento do cimento, após a adição da água. Fim de Pega: é o tempo necessário para ocorrer o término do endurecimento do cimento. PROPRIEDADES E ENSAIOS Classificação de acordo com os tempos de pega: - Pega rápida: início de pega menor que 30min. - Pega semi-rápida: início de pega entre 30min e 60 min. - Pega normal: início de pega maior que 60min. PROPRIEDADES E ENSAIOS O ensaio é realizado com o Aparelho de Vicat. PROPRIEDADES E ENSAIOS FINURA: O grau de moagem (finura) influencia nas propriedades do cimento. Quanto mais fino o cimento, mais rápida é a pega e maior a quantidade de calor de hidratação liberada. PROPRIEDADES E ENSAIOS FINURA: Métodos de ensaio: - Sedimentação – Lei de Stokes; - Turbidímetro; - Permeabilímetro Blaine; - Granulometria a Laser;- Peneiramento. PROPRIEDADES E ENSAIOS EXPANSIBILIDADE: É o aumento de volume da pasta devido à hidratação dos compostos. O MgO é o principal responsável por esse aumento de volume ao formarem cristais de Periclásio. O gesso também pode ocasionar a expansão. PROPRIEDADES E ENSAIOS RESISTÊNCIA À SULFATOS: Teor de C3A menor que 8%; Teor de adições carbonáticas menor que 5%; 60% a &0% de escória de alto forno; 25% a 40% de Pozolana. PROPRIEDADES E ENSAIOS MASSA ESPECÍFICA: Varia de 2,9 g/cm3 no CP IV até 3,18g/cm3 no CP II PROPRIEDADES E ENSAIOS RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO: É influênciada pela quantidade de água em relação à quantidade de cimento. Para ensaio prepara-se uma argamassa 1:3:0,48 com areia normal (IPT)
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