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Materiais de Construção - Aula 3 2. Gesso * Aglomerante simples, obtido pela desidratação, por calcinação total ou parcial, de um minério natural chamado gipsita; na sua fabricação, acontecem 3 fases: britagem, trituração e queima da gipsita; * A gipsita é um material formado por sulfato bi-hidratado de cálcio, CaSO4.2H2O, e por algumas impurezas, como sílica (SIO2), alumina (Al2O3), óxido de ferro (Fe)), carbonato de cálcio (CaCO3) e óxido de magnésio (MgO); a quantidade de impurezas não ultrapassando 6%; * A calcinação da gipsita (CaSO4.2H2O + calor) produz 4 tipos de produtos: - semi-hidrato ou gesso de pega rápida ou gesso de estucador ou gesso de Paris (CaSO4.1/2H2O) (obtido, quando a temperatura de cozimento está entre 150 e 250 ºC); - gesso anidro ou anidrita solúvel (CaSO4), material que absorve muita água e que se transforma rapidamente em hemi-hidrato (obtido, quando a temperatura está entre 250 e 400 ºC); - anidrita insolúvel (CaSO4), material insolúvel e que não é mais capaz de fazer pega (obtido, quando a temperatura está entre 400 a 600 ºC); - gesso de pega lenta ou gesso hidráulico ou gesso de pavimentação (de 900 a 1200 ºC); * O gesso de pega rápida é muito usado no Brasil, para a fabricação de placas para forro de teto, com espessuras de 10 mm, pesando 8 kg/m2, e de 15 mm, pesando13 kg/m2; as pedras cozidas são moídas e transformadas em pasta de gesso; quando a pasta é misturada com água, ocorre a reação oposta, provocando o endurecimento, isto é, a hidratação do gesso é o fenômeno reversível da calcinação da gipsita e consiste em colocar os semi-hidratos (CaSO4.1/2H2O) e os sulfatos-anidros solúveis (CaSO4), em presença de água, reconstituindo o sulfato bi-hidratado original: 2(CaSO4.1/2H2O) + 3H2O = 2(CaSO4.2H2O); * A quantidade de água para a hidratação do gesso é de 50 a 70 % da massa de gesso; quanto menor a quantidades de água, mais rápida a pega, mais rápido o endurecimento e maior a resistência; geralmente, para aumentar a plasticidade da pasta; amassa-se a pasta de gesso com excesso de água, para evitar uma pega muito rápida, deixando a pasta plástica, durante tempo suficiente para a aplicação; deve-se ter cuidado para evitar que o teor de água ultrapasse 80 %; o gesso contendo alúmen pode ser amassado apenas com 35 % de água, motivo de suas melhores qualidades; * As massas específicas aparentes do gesso variam inversamente à quantidade de água: com 80 % de água, a massa específica aparente é igual a 1; com 60 % de água, a massa específica aparente é igual a 1,25; com 45 % de água, a massa específica aparente é igual 1,45; e com 35 % de água, a massa específica aparente é 1,75; * A água tem influência sobre as propriedades mecânicas, porém de modo diferente do cimento; a pasta de gesso endurecida tem resistência mecânica muito diferente, de acordo com água absorvida, pois a solubilidade dos cristais de semi-hidrato (CaSO4.1/2H2O) nesta água é muito grande; * O endurecimento e o acréscimo de resistência da pasta de gesso, que faz a pega, quando mantido no ar ambiente não saturado de água, são devidos unicamente à evaporação progressiva do excesso de água de amassamento; se o gesso for mantido numa atmosfera saturada de água, após a pega, sua resistência mecânica não varia; * Os gessos comuns têm uma resistência que não ultrapassa 100 kgf/cm2; * O início da pega do gesso de Paris ocorre num período de 2 a 3 minutos e o término da pega, de 15 a 20 minutos, após sua mistura com água; * O tempo de pega do gesso pode ser alterado com a adição de aceleradores ou retardadores de pega; no gesso de pega rápida, usam-se retardadores de pega e no de pega lenta, aceleradores de pega; os aceleradores de pega do gesso são: o alúmen (silicato duplo de alumínio e potássio) e os sulfatos de alumínio e potássio; os retardadores de pega do gesso são: sulfato de sódio, bórax, fosfato, caseína, açúcar e álcool; * A reação de hidratação é exotérmica e provoca, também, uma retração linear de 0,3%; * Não é recomendável a aplicação de gesso em contato com o aço, por causa da possibilidade de corrosão, já que o gesso retém muita água em seus poros; usam-se, de preferência, ferramentas de latão, para trabalhar o gesso; * Para fazer armação para os trabalhos feitos com gesso, usam-se: fios galvanizados, fibras sintéticas, fios de juta ou tecidos; * A argamassa de gesso tem resistência menor que a da pasta (40 a 50 %); * O gesso é um isolante médio como a madeira seca e o tijolo; * O gesso protege bem as estruturas de madeira, em caso de incêndio, pois absorve grande quantidade de calor, transformando-se em sulfato anidro; * A ASTM C-26, estipula as seguintes características para o gesso: - resistência à tração: 1,4 MPa; - resistência à compressão: 7 MPa; - tempo de início de pega, sem retardo: de 10 a 40 minutos; - tempo de início de pega, com retardo: de 40 minutos a 6 horas; - quantidade de resíduos na peneira n º 100 (malha de 0,15 mm): 45 a 75 % de resíduos passam na peneira nº 100; Aplicações do gesso * Na construção civil, o gesso é usado especialmente em revestimentos e decorações de paredes interiores, seja utilizado como pasta obtida pelo amassamento do gesso com água, seja como argamassa de gesso, argila e água ou argamassa de gesso, cal e água; é muito utilizado sob a forma de placas, tanto para paredes como para tetos; normalmente, a placa é formada por gesso envolvido por cartão, formando um sanduíche, chamado gesso acartonado; * O gesso é bom isolante térmico, fácil de cortar, perfurar, pregar e aparafusar; possui excelente eficácia contra o fogo; o cartão que reveste a placa de gesso confere-lhe superfície idêntica à da massa corrida nas paredes; * As placas de gesso são usadas exclusivamente em interiores; não serve para aplicações em exteriores, pois se deteriora facilmente, por causa da sua solubilidade em água; e não podem ter função estrutural; * O revestimento de gesso em pasta ou em argamassa é feito em uma única camada ou em 2 ou 3 camadas; faz-se o alisamento final da superfície do revestimento com colher de pedreiro ou com desempenadeira, ou com raspagem final, quando o gesso está suficientemente duro; o acabamento com gesso é muito bom, possibilitando polimentos excepcionais; * O gesso é muito usado na fabricação de ornamentos, painéis para paredes e forros, em produtos de fino acabamento; * No Brasil, a carência de gesso limita seu uso nos revestimentos usuais das construções, substituindo-o por argamassas de cal e areia; Aglomerantes Hidráulicos * São os que endurecem pela mistura com a água; Exemplos: cal hidráulica e cimento Portland; Cal hidráulica * É um aglomerante de composição variada, obtido pela calcinação de rochas calcárias que contenham, de modo natural ou artificial, uma grande quantidade de materiais argilosos; * A cal hidráulica tem a propriedade de endurecer debaixo d’água, embora também seja endurecida pela ação do anidrido carbônico do ar sobre o hidróxido de cálcio; * A cal hidráulica é fabricada por processos semelhantes ao da cal comum; * A extinção da cal hidráulica é uma operação que requer muito cuidado, pois a proporção de água utilizada nunca deve ultrapassar os limites convenientes, para evitar a eventual hidratação dos silicatos, SiO2, produzidos como impurezas e que acompanham os carbonatos de cálcio; * Após a extinção da cal hidráulica, o produto resultante é peneirado, ficando em condições de uso; * Apesar do nome cal hidráulica, a mesma não é um aglomerante apropriado para construções sob a água; sua pega é muita lenta; por isto, é mais adequada para uso em misturas chamadas cimento de alvenaria, empregadas emobras de pouco vulto; * Para os aglomerantes hidráulicos, define-se o índice de hidraulicidade como a relação entre as proporções dos constituintes argilosos e dos constituintes alcalinos; o índice de hidraulicidade é um fator que qualifica o comportamento de um aglomerante hidráulico sob o aspecto do endurecimento; Cimento Portland * É um aglomerante obtido pela pulverização de clinker, constituído basicamente de silicatos hidráulicos de cálcio com certa proporção de sulfato de cálcio natural, contendo, eventualmente, determinadas substâncias que modificam suas propriedades ou facilitam seu uso; * O clinker é um produto granuloso, resultante da calcinação, até a temperatura da fusão inicial, de uma mistura de silicatos hidráulicos de cálcio, sulfato de cálcio natural e certas substâncias; * Os elementos fundamentais que compõem o cimento Portland são: a cal, CaO, a sílica, SiO2, a alumina, Al2O3, o óxido de ferro, Fe2O3, certa proporção de magnésia, MgO, e uma pequena porcentagem de anidrido sulfúrico, SO3, adicionado após a calcinação, para retardar o tempo de pega; * Os elementos secundários do cimento Portland são: o óxido de sódio, Na2O, o óxido de potássio, K2O, o óxido de titânio, TiO2, e algumas outras substâncias menos importantes; * A mistura, em proporções adequadas, dos elementos constituintes do cimento, finamente pulverizada e homogeneizada, é calcinada no forno, até a temperatura da fusão inicial, resultando na produção do clínker e na ocorrência de combinações químicas que geram a formação dos seguintes compostos: silicato tricálcico, C3S, silicato bicálcico, C2S, aluminato tricálcico, C3A, e ferro aluminato tetracálcico, C4AFe; * As propriedades do cimento são relacionadas diretamente com as proporções dos silicatos e aluminatos presentes; * A importância do conhecimento das proporções dos compostos do cimento está na correlação entre estes compostos e as propriedades finais do cimento e do concreto; * O silicato tricálcico, C3S, é o maior responsável pelo ganho de resistência em todas as idades, especialmente, até o fim do primeiro mês de cura; * O silicato bicálcico, C2S, tem maior importância no endurecimento em idades mais avançadas, sendo o maior responsável pelo ganho de resistência depois de um ano ou mais; * O aluminato tricálcico, C3A, também contribui para a resistência, especialmente, no primeiro dia; * O ferro aluminato tetracálcico, C4AFe, em nada contribui para a resistência do concreto; * O aluminato tricálcico, C3A, muito contribui para o calor de hidratação, especialmente, no início do período de cura; * O silicato tricálcico, C3S, é o segundo componente mais importante no processo de liberação de calor; * O silicato bicálcico, C2S, e o ferro aluminato tetracálcico, C4AFe, contribuem pouco para a liberação de calor; * O aluminato de cálcio, quando na forma de cristais, é o responsável pela rapidez da pega; * Com a adição de gesso em proporção conveniente, o tempo de hidratação é controlado; * O silicato tricálcico, C3S, é o segundo componente mais importante pelo tempo de pega; * Os outros compostos hidratam-se lentamente, não tendo efeito sobre o tempo de pega; Propriedades físicas do cimento 1. Densidade * A densidade absoluta do cimento Portland é usualmente considerada como 3,35, embora possa variar para valores ligeiramente inferiores; o conhecimento da densidade é importante para os cálculos de consumo de cimento, nas misturas feitas com base nos volumes específicos dos componentes da mistura; * Na pasta de cimento, a densidade é um valor variável com o tempo, aumentando, à medida que o processo de hidratação ocorre; este fenômeno chama-se de retração e ocorre nas pastas, nas argamassas e nos concretos; pode atingir cerca de 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/m3, num tempo de 24 horas; dada a grande importância da retração na tecnologia do concreto, ela será vista com mais pormenores no estudo das propriedades do concreto endurecido; 2. Finura do cimento * É uma noção relacionada com o tamanho dos grãos do cimento; é definida de dois modos: pelo tamanho máximo do grão, quando as especificações estabelecem uma proporção, em peso, do cimento retido no peneiramento em malha com abertura definida por norma; e pelo valor da superfície específica do cimento, isto é, pela soma das superfícies dos grãos contidos em 1 grama de cimento; * A finura, como superfície específica do cimento, é o fator que governa sua velocidade de reação de hidratação e tem influência comprovada em muitas qualidades da pasta, das argamassas e dos concretos; * O aumento da finura do cimento melhora sua resistência, em particular, da primeira idade, aumenta a impermeabilidade, a trabalhabilidade e a coesão dos concretos e diminui a exsudação, a expansão em autoclave e outros tipos de segregação; * A exsudação é o fenômeno que consiste na separação espontânea da água de amassamento da mistura, que aflora naturalmente, pelo efeito da diferença de densidade entre o cimento e a água e pelo grau de permeabilidade que prevalece na pasta; * Autoclave de cura do cimento é um aparelho destinado a curar amostra de cimento submetida a pressão hidrostática e temperatura elevadas; * A coesão nas argamassas e concretos é responsável pela estabilidade mecânica dos mesmos, antes do início da pega, sendo medida pelo valor da resistência ao cisalhamento; * A finura do cimento é determinada naturalmente, durante o processo de fabricação, para controle do mesmo e também nos ensaios de recepção do cimento, quando deve estar dentro dos limites determinados nas especificações normativas; as especificações brasileiras prescrevem limite de retenção de cimento na peneira nº 200 de malha de 75 µm de abertura; para o cimento Portland comum, o resíduo deixado na peneira de malha de 75 µm de abertura não deve exceder 15 % em peso; para o cimento Portland de Alta Resistência Inicial, este índice não deve exceder 6% em peso; 3. Tempo de pega do cimento * É a evolução das propriedades mecânicas da pasta de cimento, no início do processo de endurecimento; é artificialmente definido como o momento em que a pasta de cimento adquire certa consistência que a torna imprópria para uso e se aplica à argamassa e ao concreto nos quais a pasta de cimento se encontra como aglutinadora dos agregados; * No processo de hidratação, os grãos de cimento, inicialmente em suspensão, vão se aglutinando gradativamente, por efeito da floculação, levando à construção de uma estrutura sólida, responsável pela estabilidade da estrutura global; o prosseguimento da hidratação em idades subseqüentes conduz ao endurecimento responsável pela aquisição permanente de qualidades mecânicas; * A floculação consiste na aglutinação e formação de agregados de partículas finas em suspensão em um líquido, chamados flocos; * A pega e o endurecimento são dois aspectos do processo de hidratação do cimento e que ocorrem em períodos diferentes: a pega acontece na primeira fase do processo de hidratação e o endurecimento, na segunda e última fase; * Passado certo tempo após a mistura, o processo de hidratação alcança certo estágio a partir do qual a pasta de cimento não é mais trabalhável e não admite operação de remistura; este período de tempo é o prazo disponível para as operações de manuseio das argamassas e concretos após o qual esses materiais devem permanecer em repouso, para permitir o endurecimento; * A caracterização da pega dos cimentos é feita pela determinação de dois tempos distintos: o tempo de início de pega e o tempo de fim de pega; os ensaios são feitoscom pasta de consistência normal, definida em norma, utilizando-se o aparelho de Vicat que mede a resistência da pasta à penetração de uma agulha; * O controle da ocorrência da pega da pasta de cimento deve ser observada durante a aplicação do material, e deve processar-se, ordinariamente, em períodos superiores a 1 hora, após o início da mistura; nesse período, deverão ser desenvolvidas as operações de manuseio, mistura, transporte, lançamento e adensamento; * Há casos em que se deseja uma pega rápida, como na obturação de vazamentos hidráulicos; neste caso, são aplicados ao cimento aditivos de aceleração de pega como o cloreto de cálcio e o silicato de sódio; * Há casos em que se deseja um tempo de pega mais longo, como nas operações de injeção de pastas e argamassas nos lançamentos submersos; neste caso, são aplicados ao cimento aditivos de retardamento de pega como os açúcares ordinários, a celulose e outros produtos orgânicos; * Alguns cimentos apresentam uma falsa pega que é uma anomalia atribuída ao comportamento do gesso adicionado ao cimento, no processo de fabricação; 4. Resistência mecânica do cimento * A resistência mecânica dos cimentos é determinada pela ruptura à compressão de corpos de prova, realizados com argamassas; a forma do corpo de prova e suas dimensões, o traço da argamassa e sua consistência e o tipo de areia empregado são definidos em especificações normativas; 5. Exsudação * É um fenômeno de segregação que ocorre nas pastas de cimento, antes do início da pega; os grãos de cimento são forçados, por gravidade, a se sedimentarem, por serem mais pesados que a água; dessa tendência de movimentação dos grãos para baixo, resulta um afloramento do excesso de água e que se acumula superficialmente; * Exsudação é a água que se acumula na superfície, sendo expressa como uma percentagem do volume inicial da água usada na mistura; a exsudação é uma forma de segregação que prejudica a uniformidade, a resistência e a durabilidade dos concretos; a finura do cimento influi na redução da exsudação, pois a diminuição dos espaços intergranulares aumenta a resistência ao percurso da água; Transporte do cimento * A maior parte do cimento consumido em obras é ensacado e transportado, em geral, por via ferroviária ou rodoviária; nesse transporte, normalmente, muitos sacos são rasgados; como o preço do saco contribui bastante para o custo do cimento, sempre que possível deve-se transportá- lo a granel, por meio de reservatórios metálicos estanques, montados sobre vagões de trem ou sobre caminhões; nesses casos, os processos de carga e descarga são feitos por mecanismo pneumático, de escorregamento ou parafuso sem fim; Armazenamento do cimento * O cimento deve ser armazenado, observando-se cuidados especiais no canteiro de obra, evitando qualquer risco de hidratação; * Os sacos de papel não garantem a impermeabilização, motivo pelo qual não se deve armazenar cimento por muito tempo; recomenda-se que o armazenamento seja feito, no máximo, até 3 meses, após a entrega na obra; * Os barracões para cimento devem ser bem cobertos e bem fechados, lateralmente; * As pilhas de sacos devem ser colocadas sobre um assoalho de táboas bem acima do nível do solo; * Para armazenagem por pouco tempo, podem-se cobrir as pilhas de sacos com lona; * Quando se notar o aparecimento de nódulos duros que não se desmancham com o aperto dos dedos, significa que o cimento está em processo de hidratação; neste caso, deve-se peneirar o cimento do saco, para remover os nódulos, e utilizá-lo apenas em serviços secundários, como argamassas e pavimentos de pátios; Índice de hidraulicidade do cimento ou Índice de Vicat * É a relação entre a soma da porcentagem de óxido de silício (SiO2) com óxido de alumínio (Al2O3) e o óxido de cálcio (CaO): ܫ ൌ %ܱܵ݅ଶ %ܣ݈ଶܱଷ %ܥܱܽ * Segundo Vicat, as propriedades hidráulicas dos aglomerantes estão relacionadas com o valor desse índice, tendo o cimento artificial de pega lenta um índice entre 0,5 e 0,65; Principais Tipos de cimento Portland * Existem no Brasil vários tipos de cimento Portland, que diferem, principalmente, pela sua composição. Os principais tipos mais empregados nas diversas obras de construção civil são: - Cimento Portland comum; - Cimento Portland composto; - Cimento Portland de alto-forno; - Cimento Portland pozolânico; * Em menor escala são consumidos, seja pela menor oferta, seja pelas características especiais de aplicação, os seguintes tipos de cimento: - Cimento Portland de alta resistência inicial; - Cimento Portland resistente aos sulfatos; - Cimento Portland de baixo calor de hidratação; - Cimento Portland branco; - Cimento para poços petrolíferos. * Todos estes tipos de cimento são especificados por normas da ABNT; Cimento Portland Comum - É puro, sem nenhuma modificação; - Tem custo alto e menos resistência; - A produção é praticamente toda utilizada na indústria das construções de concreto em geral, quando não há exposição a sulfatos do solo ou de águas subterrâneas; * CP I Cimento Portland comum sem quaisquer adições além do gesso, utilizado como retardador da pega. - Usado em construções, em geral; * CP I-S Cimento Portland comum com adição. Cimento Portland Composto Aplicado em todas as fases da construção e fabricado com 3 tipos de adições: * CP II -E Cimento Portland composto com escória de alto forno (subproduto de altos-fornos, com aparência semelhante à da areia grossa); - Gera pouco calor de hidratação; - Ideal para estruturas que exijam um desprendimento de calor de hidratação moderadamente lento; * CP II-Z Cimento Portland composto com pozolana (cimento + pozolana). - Ideal para obras subterrâneas, principalmente com presença de água, inclusive marítima; CP II-F Cimento Portland composto com fíler. - Ótimo para pisos e tijolos de solo-cimento; CP III Cimento Portland de alto-forno. - Fabricado com escória da indústria do aço; - Maior impermeabilidade (menos poroso) e maior durabilidade; - Grande resistência à expansão e aos sulfatos; - Utilizado em obras de grande porte e em meio agressivo; CP IV Cimento Portland pozolânico. - Fabricado com pozolana; - não reage com a água, quando na forma original como é obtido; - Quando finamente dividido, reage com o hidróxido de cálcio em presença da água e na temperatura ambiente, originando compostos com propriedades aglomerantes; - Formado por: clínquer e gesso (45 a 85 %) + escórias (0 a 5 %) + pozolanas (15 a 50 %) + material carbonatado (0 a 5 %); - Indicado para obras expostas à ação de água corrente e ambiente agressivo; CP V – ARI Cimento Portland de alta resistência inicial. - Possui alta resistência inicial nos primeiros dias após a aplicação (ARI); - Possui maior velocidade de pega, produzindo elevadas resistências mais depressa; - Como endurece rápido, pode trincar, se sofrer algum resfriamento brusco; - Permite rápida desforma; - Não tem adições e sua moagem é mais fina do que os outros tipos de cimento Portland; - Utilizado na indústria de artefatos pré-moldados de cimento, como: blocos de alvenaria, blocos de pavimentação, meio-fio, mourões, postes, tubos, lajes, elementos arquitetônicos pré-moldados e pré-fabricados em geral; CP BC Cimento Portland de baixo calor de hidratação. - São todos os cimentos que apresentam baixo calor de hidratação; - Possuem a sigla BC acrescida às iniciais do tipo de cimento; -Retarda o desprendimento do calor de hidratação, evitando as fissuras de origem térmica; CP RS Cimento Portland resistente a sulfatos. - Resistente a sulfatos presentes em redes de esgotos, águas servidas, águas industriais, água do mar e em alguns tipos de solos; CP B Cimento Portland branco. - A cor branca é conseguida a partir de matérias-primas com baixos teores de óxidos de ferro e manganês e por condições especiais durante a fabricação, especialmente com relação ao resfriamento e à moagem do produto; - É classificado em dois subtipos: cimento Portland branco estrutural e cimento Portland branco não estrutural; - O cimento Portland branco estrutural é aplicado em concretos brancos para fins arquitetônicos, possuindo as classes de resistência 25, 32 e 40 MPa, similares às dos outros tipos de cimento; - Já o cimento Portland branco não estrutural não tem indicação de classe e é aplicado, por exemplo, no rejuntamento de azulejos e cerâmicas, na fabricação de ladrilhos hidráulicos, nas aplicações não estruturais, de modo geral, sendo esse aspecto informado na embalagem, para evitar uso indevido por parte do consumidor; CPP Cimento para Poços Petrolíferos - Constitui um tipo de cimento Portland de aplicação bastante específica, qual seja a cimentação de poços petrolíferos; - O consumo desse tipo de cimento é pouco expressivo, quando comparado ao dos outros tipos de cimentos normalizados no País. - O cimento para poços petrolíferos é regulamentado pela NBR 9831 e na sua composição não se observam outros componentes além do clínquer e do gesso para retardar o tempo de pega; - No processo de fabricação do cimento para poços petrolíferos são tomadas precauções para garantir que o produto conserve as propriedades reológicas (plasticidade) necessárias nas condições de pressão e temperatura elevadas presentes a grandes profundidades, durante a aplicação nos poços.
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