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1 Universidade Federal do CearUniversidade Federal do Cearáá Curso de Engenharia CivilCurso de Engenharia Civil Aulas 1 e 2: Aglomerantes Aulas 1 e 2: Aglomerantes –– Cal, Gesso e CimentoCal, Gesso e Cimento Prof. Eduardo CabralProf. Eduardo Cabral Definições • Aglomerantes É o material ligante, ativo, geralmente pulverulento, cuja a principal função é unir os agregados inertes. 2 Tipos • Hidráulicos ⇒ cal aérea ⇒ cimento ⇒ cal hidráulica • Aéreos ⇒ gesso ⇒ polímeros ⇒ asfalto • Poliméricos Cal A cal é um aglomerante inorgânico ou mineral, isto é, com constituintes minerais, produzido a partir de rochas calcárias, composto basicamente de cálcio e magnésio, que para a sua aplicação, apresenta-se sob forma pulverulenta; em mistura com a água, forma uma pasta com propriedades aglomerantes, como resultado da reação com o anidrido carbônico (CO2) presente na atmosfera; após endurecimento, não resiste satisfatoriamente quando submetida à ação da água. O endurecimento da cal ocorre por reação com o CO2. 3 ⇒ Cal hidratada Tipos de cal • Quanto à extinção • constituída predominantemente de óxidos de cálcio e magnésio. • além dessas fases principais, carbonatos de cálcio e magnésio também estão presentes. • produto industrial oriundo do calcário argiloso (marga) e se hidrata de maneira semelhante ao cimento • constituída de principalmente de hidróxidos de cálcio e magnésio, além de uma pequena fração de óxidos não hidratados. ⇒ Cal virgem ⇒ Cal hidráulica Tipos de cal ⇒ Cal magnesiana • Quanto ao teor de óxido de cálcio (cal virgem) • teor de CaO ≥ 90% • 65% ≤ teor de CaO < 90% ⇒ Cal cálcica ⇒ Cal dolomítica • teor de CaO < 65% 4 Tipos de cal ⇒ CH – II – Cal hidratada comum • Quanto ao grau de hidratação (cal hidratada) • óxidos totais (na base não volátil) > 96,8% e CO2 no máximo 5% • óxidos totais (na base não volátil) > 88% e CO2 no máximo 13% • óxidos totais (na base não volátil) > 88% e CO2 no máximo 5% ⇒ CH – I – Cal hidratada especial ⇒ CH – III – Cal hidratada comum com carbonatos CaCO3.MgCO3 CaO + MgO + 2CO2 CaCO3 CaO+CO2 Processo de fabricação ∆ ∆ CaO + H2O Ca(OH)2 + CALOR Ca(OH)2 + CO2 CaCO3+ H2O 5 Requisitos e critérios de qualidade da cal hidratada • Retenção de água (NBR 9290) • resultado da elevada área superficial da cal • importante para argamassas • auxilia na hidratação do cimento • auxilia na retenção de água quando a argamassa é aplicada sobre uma base absorvente • consequência → melhor resistência de aderência Cal residual da produção de acetileno • Cal de carbureto • resíduo da produção do gás acetileno a partir do carbureto de cálcio • processo eletrotérmico → produção elevada • pode ser utilizada na construção civil • contém elevado teor de hidróxido de cálcio - Ca(OH)2 • reatividade mais baixa que a cal industrial 6 Cal hidráulica Endurecimento análogo ao do cimento Aplicações • Tinta à base de cal 7 Aplicações • Bloco sílico-calcário Aplicações • Adição ao concreto • uso de pozolanas → redução do Ca(OH)2 do concreto → redução do pH • adição de cal hidratada → manter o pH → durabilidade 8 Gesso - Definições • Gipso É o minério mais comum dos sulfatos, encontrado extensivamente em muitos lugares do mundo, contendo gipsita (CaSO4.2H2O), anidrita (CaSO4) e algumas impurezas. É a matéria-prima de produção do gesso de construção. • Gipsita É o mineral composto de CaSO4.2H2O, mineral essencial do gipso. • Hemidrato β Produzido a partir da calcinação do gipso, com fórmula química CaSO4.0,5H2O. • Evaporito É uma rocha sedimentar formada pela precipitação química dos sais dissolvidos em um meio aquoso, devido a um processo de evaporação. Seu precipitado gera depósitos de carbonatos, sulfatos, boratos e cloretos. Gesso - Definições • Anidrita III Também chamada de anidrita solúvel; é a fase intermediária ao hemidrato e à anidrita II, de fórmula química CaSO4.εH2O. Sua fórmula indica que esse produto pode conter um teor de água de cristalização variável. Reage rapidamente com a água. • Anidrita II Produzida a 350ºC, é também chamada de anidrita insolúvel ou supercalcinada. Reage lentamente com a água. • Anidrita I Obtida pela calcinação da gipsita à 1.200-1.100ºC, também é chamada de anidrita de alta temperatura. A presença de CaO a diferencia da anidrita II. Tem pega e endurecimento lentos. 9 Gesso - Definições • Gesso de construção É o material conhecido na literatura como “gypsum calcined”ou “plâtre de Paris”, produzido por calcinação do minério natural gipso, constituído essencialmente por sulfatos de cálcio (hemidrato, anidritas solúvel e insolúvel) e a gipsita procedente da matéria-prima. Processo de fabricação • extração da matéria-prima • calcinação • moagem e seleção da granulometria • armazenamento em silos e estabilização • ensacamento e comercialização • britagem, moagem grossa e estocagem com homogeneização • secagem → 10% de umidade • 1 forno → produz hemidrato puro ou contendo também gipsita ou anidrita • 2 fornos → produzem hemidrato e anidrita em separado 10 Processo de fabricação OHOHCaSOOHCaSO Ca 224 160140 24 5,15,0.2. 0 +⎯⎯⎯ →⎯ Gipsita Hemidrato OHOHCaSOOHCaSO Ca 224 190160 24 .5,0. 0 δε +⎯⎯⎯ →⎯ Hemidrato Anidrita III Processo de fabricação 4 400350 24 0 5,0. CaSOOHCaSO Ca ⎯⎯⎯ →⎯ Hemidrato Anidrita II CaOSOCaSOOHCaSO Ca ++⎯⎯⎯⎯ →⎯ 341200110024 05,0. Hemidrato Anidrita I Cal livre 11 Processo de fabricação Matéria-prima O gesso pode ser produzido a partir da matéira-prima natural (gipso ou sulfatos naturais) ou de sulfatos de cálcio oriundo de resíduos industriais. 12 Matéria-prima Matéria-prima 13 Hidratação, pega e endurecimento • Hidratação Fenômeno químico no qual o material anidro em pó é transormado em dihidrato. As reações de hidratação são inversas às da formação dos produtos. • Mecanismos de hidratação Hidratação, pega e endurecimento • Mecanismos de hidratação 14 Hidratação, pega e endurecimento • Mecanismos de hidratação Hidratação, pega e endurecimento • Mecanismos de hidratação Velocidade de reação: - Anidrita III - Hemidrato - Anidrita II - Anidrita I d ec re sc en te O início de pega depende o constituinte de pega mais rápida, e o endurecimento, do mais lento. Do ponto de vista prático, a pega do gesso se encerra em até 45 minutos mas o mesmo continua ganhando resistência por até 20 horas. 15 Hidratação, pega e endurecimento • Com o crescimento dos cristais e seu devido rearranjo geométrico, há uma expansão do volume do gesso durante sua hidratação, em torno de 0,2%, caindo para 0,1% após a evaporação da água excedente. Hidratação, pega e endurecimento 16 Propriedades físicas e mecânicas • Especificações físicas do gesso em pó • NBR 13207/94 - gesso de revestimento - gesso para componentes de construção Propriedades físicas e mecânicas • Propriedades químicas do pó (NBR 13207) 17 Propriedades físicas e mecânicas • Propriedades físicas do pó (NBR 13207) • Granulometria (NBR 12127/91) - Peneiramento na série padrão de peneiras sob água corrente: 0,840mm; 0,420mm; 0,210mm; 0,105mm • Massa unitária (NBR 12127/91) Propriedades físicas e mecânicas • Propriedades da pasta • Teor de água para consistência normal (não normalizado) 35g Penetração de 30mm 18 Propriedades físicas e mecânicas • Propriedades da pasta • Tempo de pega (NBR 12128/91) 300g Ø 1,13mm Tinício: 1mm da base Tfim: não penetra mais Propriedades físicas e mecânicas • Propriedades da pasta • Tempo de pega (DIN 1168) 19 Propriedades físicas e mecânicas • Propriedades da pasta• Resistência à compressão Propriedades físicas e mecânicas • Propriedades da pasta • Porosidade e densidade 20 Aditivos retardadores de pega Aditivos retardadores de pega 21 Aplicação • Revestimento em gesso Aplicação • Gesso acartonado • Bom desempenho na proteção de estruturas diante de incêndios. 22 Aplicação • Gesso acartonado Aplicação • Gesso acartonado • Absorção de água por superfície protegida por papel em chapas de gesso 23 Aplicação • Placas e outras utilizações Cimento - Definições • Clínquer Material sinterizado e peletizado resultante da calcinação a aproximadamente 1450 ºC de uma mistura de calcário (75 a 80%) e argila (20 a 25%) e eventuais corretivos químicos de natureza silicosa, aluminosa ou ferrífera, empregados de modo a garantir o quimismo da mistura dentro de limites específicos. • Sulfato de cálcio Empregado em porções que variam em massa de 3% a 5%, aproximadamente, com o objetivo principal de regular o tempo de pega ou endurecimento inicial da mistura. 24 Processo de fabricação • extração da matéria-prima (argila e calcário) • calcinação → processo de clinquerização • clínquer + gesso → moagem • armazenamento em silos • ensacamento e comercialização • britagem, pré-homogeneização, moagem, homogeneização → farinha • via úmida → moagem e homogeneização com água, gerando uma pasta • via seca → conjunto de pré-aquecedores, pré-calcinador, forno propriamente dito e resfriador Processo de fabricação 25 Processo de fabricação Processo de fabricação 26 Processo de fabricação Processo de fabricação Para a produção de 1 tonelada de cimento (20 sacos), são utilizados, em média: ? 1.200 kg de calcário ? 300 kg de argila ? 14 kg de minério de ferro ? 40 kg de gesso 27 1450 ºC Mineralogia do clínquer Portland • Pedra calcária → CaO + CO2 • Argila → SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + H2O 3CaO.SiO2 2CaO.SiO2 3CaO.Al2O3 4CaO.Al2O3.Fe2O3 Mineralogia do clínquer Portland • Ca3SiO5 (C3S) - alita • principal constituinte – 40% a 70% do clínquer • importante papel no endurecimento e na resistência nas primeiras idades • Ca2SiO5 (C2S) - belita • 10% a 20% do clínquer • importante papel na resistência para idades mais avançadas • Ca3Al2O6 (C3A) – aluminato tricálcico • componente mais reativo → responsável pela pega • alto calor de hidratação • Ca4Al2Fe2O10 (C4AF) – ferro aluminato tetracálcico • importante papel na resistência química do cimento • juntamente com o C3A correspondem de 15% a 20% do clínquer • CaO – cal livre • teor máximo de 2% 28 Outros constituintes do cimento Portland • Adições minerais • escórias de alto forno • pozolanas • fíler calcário • Razões para uso das adições • técnicas - melhora propriedades específicas • econômicas - redução de custos - diminuição de resíduos poluidores • ecológicas - aproveitamento de resíduos - preservação das jazidas naturais Outros constituintes do cimento Portland ?Diminuição da permeabilidade ?Diminuição da porosidade capilar ?Maior resistência a sulfatos ?Redução do calor de hidratação ? Inibição da reação álcali-agregado RAZÕES TÉCNICAS MAIOR DURABILIDADE 29 Hidratação do cimento Quanto mais fino o cimento, mais reativo este é. Hidratação do cimento Quanto mais fino o cimento, mais reativo este é. 30 Hidratação do cimento Hidratação do cimento [ ] [ ] [ ] 3262244 363 HSACáguaCaSOAlO →+++ +−− etringita [ ] [ ] [ ] 1842244 343 HSACáguaCaSOAlO →+++ +−− monossulfato 31 Hidratação do cimento CHHSCHSC 362 3233 +⎯→⎯+ alita silicato de cálcio hidratado hidróxido de cálcio CHHSCHSC +⎯→⎯+ 3232 42 belita C-S-H portlandita água água Hidratação do cimento 32 Hidratação do cimento Propriedades do cimento Portland • Finura A finura do cimento pode ser determinada através da peneira malha nº 200 (0,075 mm), permeabilímetro ao ar de Blaine e granulômetro a laser. Cimentos finos geralmente aceleram o desenvolvimento da resistência. NBR NM 76/98 – Método de Blaine NBR 11579/91 – finura pela peneira 200 • Expansibilidade A expansibilidade pode ocorrer após o final de pega, ao longo do tempo, provocando fissuras, quando da queima do clínquer, o teor de Magnésio ou CaO livre é elevado. NBR 11582/91 – expansibilidade de Le Chatelier 33 Propriedades do cimento Portland • Finura A finura do cimento pode ser determinada através da peneira malha nº 200 (0,075 mm), permeabilímetro ao ar de Blaine e granulômetro a laser. Cimentos finos geralmente aceleram o desenvolvimento da resistência. NBR NM 76/98 – Método de Blaine NBR 11579/91 – finura pela peneira 200 • Expansibilidade A expansibilidade pode ocorrer após o final de pega, ao longo do tempo, provocando fissuras, quando da queima do clínquer, o teor de Magnésio ou CaO livre é elevado. NBR 11582/91 – expansibilidade de Le Chatelier • Pasta de consistência normal (NM 43/03) Propriedades do cimento Portland • Tempo de pega 34 O tempo de pega do cimento é importante para permitir a aplicação adequada das pastas, argamassas ou concretos, isto é, sem perda de plasticidade e trabalhabilidade. Para controlar o tempo de pega, é adicionado o gesso (CaSO4.2H2O) na moagem do cimento. Cujo controle é feito através do teor de SO3. NBR NM 65/05 – determinação do tempo de pega FALSA PEGA- A falsa pega é um fenômeno que ocorre quando a mistura, em que está sendo empregado o cimento (pasta, argamassa ou concreto), perde a plasticidade com um tempo menor que o previsto, e com uma nova remistura na betoneira, sua plasticidade inicial é recuperada. Isto ocorre quando, na moagem do cimento, a temperatura deste ultrapassa a 128 °C, provocando uma dissociação do sulfato de cálcio do gesso interferindo nas características do seu efeito retardador de pega. Propriedades do cimento Portland • Tempo de pega O tempo de pega do cimento é importante para permitir a aplicação adequada das pastas, argamassas ou concretos, isto é, sem perda de plasticidade e trabalhabilidade. Para controlar o tempo de pega, é adicionado o gesso (CaSO4.2H2O) na moagem do cimento. Cujo controle é feito através do teor de SO3. NBR NM 65/05 – determinação do tempo de pega FALSA PEGA- A falsa pega é um fenômeno que ocorre quando a mistura, em que está sendo empregado o cimento (pasta, argamassa ou concreto), perde a plasticidade com um tempo menor que o previsto, e com uma nova remistura na betoneira, sua plasticidade inicial é recuperada. Isto ocorre quando, na moagem do cimento, a temperatura deste ultrapassa a 128 °C, provocando uma dissociação do sulfato de cálcio do gesso interferindo nas características do seu efeito retardador de pega. Propriedades do cimento Portland • Tempo de pega 35 No preparo do concreto, quando a água e o cimento reagem, ocorre o calor de hidratação. Esse efeito poderá acontecer durante meses, em função do volume concretado. A quantidade de calor gerado depende da composição química do cimento, quantidade e tipo de adições, finura, etc. NBR 12006/90 – determinação do calor de hidratação pelo método da garrafa de Langavant Propriedades do cimento Portland • Calor de hidratação No preparo do concreto, quando a água e o cimento reagem, ocorre o calor de hidratação. Esse efeito poderá acontecer durante meses, em função do volume concretado. A quantidade de calor gerado depende da composição química do cimento, quantidade e tipo de adições, finura, etc. NBR 12006/90 – determinação do calor de hidratação pelo método da garrafa de Langavant Propriedades do cimento Portland • Calor de hidratação 36 Propriedades do cimento Portland • Resistência à compressão A resistência à compressão do cimento é medida através decorpos de prova cilíndricos ∅ 50mm x 100mm, com um traço normalizado, com areia padrão do IPT. Diversos tipos de cimentos, com suas características de finura e composição têm curvas de resistência x idade distinta, que normalmente definem o seu uso ou não, em determinadas aplicações. NBR 7215/96 – resistência à compressão Este ensaio é determinado com uma amostra de cimento, levado a uma temperatura em torno de 950 °C em uma mufla, em função da diferença do peso inicial. Através deste ensaio, controla-se o teor de adições de material carbonático. NBR NM 18/04 – determinação da perda ao fogo Propriedades do cimento Portland • Massa específica A massa especifica não é uma indicação de qualidade do cimento. Ela é utilizada para o cálculo de dosagens de concretos e argamassas. NBR NM 23/01 – determinação da massa específica • Perda ao fogo 37 Tipos de cimento Portland brasileiro CP XXX RR Cimento Portland Resistência (MPa) Composição Adições Ex: CP II Z 32 Tipos de cimento Portland brasileiro ? NORMALIZAÇÃO • Cimento Potland Comum _________NBR 5732 CP I, CP I-S • Cimento Portland Composto_______NBR 11578 CP II-E, CP II-Z, CP II-F • Cimento Portland de Alto-Forno____NBR 5735 CP III • Cimento Portland Pozolânico ______NBR 5736 CP IV • Cimento Portland de Alta _________NBR 5737 Alta Resistência Inicial – (CP V-ARI) 38 Tipos de cimento Portland brasileiro ? Cimentos Resistentes a Sulfatos (RS) – NBR 5733 ? Cimento com baixo calor de hidratação (BC) – NBR 13116 ? Cimento Portland Branco (CPB) – NBR 12989 OUTROS TIPOS DE CIMENTO Tipos de cimento Portland brasileiro 6 – 10 0 – 10 0 – 10 1 – 5 0 Carbonato 5732 11578 Norma 0094 – 90 25 32 40 CP II-F 6 – 14094 – 76 25 32 40 CP II- Z 06 – 3494 – 56 25 32 40 CP II- E Composto 99 – 95 25 32 40 CP I-S 100 25 32 40 CP I Comum PozolanaEscóriaClinquer+ GessoClasseSigla Cimento Portland 39 Tipos de cimento Portland brasileiro 0 – 5 0 – 5 0 – 5 Carbonato Alta resistência inicial Pozolânico Alto-forno Cimento Portland 5733--100 – 95-CP V-ARI 573615 – 50085 – 45 25 32 40 CP IV 5735035 – 7065 – 25 25 32 40 CP III NormaPozolanaEscóriaClínquer + GessoClasseSigla Tipos de cimento Portland brasileiro Tipo x resist. compressão 40 Tipos de cimento Portland brasileiro PadrãoMaiorMaiorPadrãoDurabilidade MenorMaiorMaiorPadrão Resistência aos agentes agressivos (água do mar e de esgotos) PadrãoMenorMenorPadrãoPermeabilidade MaiorMenorMenorPadrãoCalor gerado na reação do cimento com a água Muito maior nos primeiros dias Menor nos primeiros dias e maior no final da cura Menor nos primeiros dias e maior no final da cura PadrãoResistência a compressão Alta Resistência Inicial PozolânicoAlto-FornoComum e CompostoPropriedade Tipo x outras propriedades Tipos de cimento Portland brasileiro Exigências físicas 41 Tipos de cimento Portland brasileiro Exigências químicas Fornecimento do cimento ? Sacos de papel tipo kraft (papel extensível) com 25kg e 50kg; ? Granel; ? Containers (big-bag). 42 Armazenamento do cimento 30 cm Altura máxima : • 10 sacos; ou 15 sacos quando o período de armazenamento for inferior a 15 dias 30 cm Armazenamento do cimento ? O Cimento deve ser utilizado obedecendo-se a ordem de sua entrada no depósito; ? Caso o cimento seja pouco afetado pela umidade, ele ainda poderá ser aproveitado em serviços onde não sejam necessárias grandes resistências, devendo ser previamente peneirado em malha de pequena abertura.
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