Cal, gesso e betume

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Cal
A cal foi usada extensivamente por aproximadamente 2000 anos embora houvesse uma evidência do uso da cal que data de uns 10.000 anos atrás. 
Nos últimos 5 a 10 anos a importância do uso da cal começou a ser compreendida. Embora o tempo e o planejamento sejam requeridos para o uso da cal, o custo total é menor quando comparado aos danos que podem resultar ao usar uma argamassa de cimento impermeável.
CaCO3
CALOR
+
CaO + CO2
CALCINAÇÃO
100%
850-1000°C
56%
44%
Ca(OH)2
CALOR
+
CaO + H2O
CaCO3
+
Ca(OH)2 + CO2
H2O
EXTINÇÃO
CAL HIDRATADA CÁLCICA
Fabricação da cal cálcica
CaCO3+MgCO3
CALOR
+
CaO.MgO + CO2
CALCINAÇÃO
dolomito
Ca(OH)2.Mg(OH)2
CALOR
+
CaO.MgO + 2H2O + pressão
EXTINÇÃO
CAL HIDRATADA DOLOMÍTICA
Fabricação da cal dolomítica
Resumo do processo de produção de cal
Extração
Explosão da rocha
Britagem
Queima
Hidratação
Silos de extinção
Seleção
Britagem fina
Estocagem
Expedição
A pedra calcária é triturada e levada a um forno;
O combustível usado é o carvão, que assegura um produto com baixo teor de sulfato. Este processo produz a cal virgem (CaO); 
Após a queima, o produto é hidratado, transformando a cal virgem em cal extinta. A hidratação correta é de fundamental importância para fazer uma cal hidráulica natural ser usada na construção. Este processo de extinção é exotérmico; 
O material é moído em um moinho de bolas para produzir um pó de finura homogênea. Finalmente o pó é ensacado e vendido.
Classificação
 Composição química
Cal cálcica – mínimo 75% CaO
Cal magnesiana – mínimo 20% MgO
 Rendimento
Cal gorda – superior a 1,82
Cal magra – inferior a 1,82
 Tempo de extinção ou hidratação
Rápida – inferior a 5 minutos
Média – entre 5 e 30 minutos
Lenta – superior a 30 minutos
 De acordo com o teor de magnésio o calcário se classifica em:
calcário calcítico (CaCO3): O teor de MgO varia de 0 a 4%;
calcário dolomítico (CaMg(CO3)2): O teor de MgO é acima de 18%;
calcário magnesiano (MgCO3): O teor de MgO varia de 4 a 18%. 
CAL VIRGEM
CAL HIDRATADA
Composição química
CaO ou CaO.MgO
Ca(OH)2ou Ca(OH)2.Mg(OH)2
Sistema de cristalização
Cúbico
Hexagonal
Massa específica
3,0 a 3,6 g/cm³
2,3 a 2,9 g/cm³
Massa unitária
0,9 a 1,2 g/cm³
0,4 a 0,7 g/cm³
Área específica
-
>1.000 m²/Kg
Cor
Branca (amarelada quando supercalcinada)
Tipos de cales
NBR 7175:
CH I: cal hidratada especial;
CH II: cal hidratada comum;
CHIII: cal hidratada comum com carbonatos.
CaO + MgO  88% (ou 90% - CH I)
Cal hidratada
 Classificação
Produto seco
Cal dolomítica normal: 17 a 19% de água (em volume);
Cal cálcica e dolomítica hidratada sob pressão: 24 a 27% de água combinada;
Pasta de cal: 30 a 45% de água livre;
Lama de cal: 55 a 73% de água livre;
Leite de cal: 80 a 99% de água livre;
Água de cal: hidrato em solução ( sem sólidos em suspensão)
Aplicações na construção civil
Pastas para pintura
Argamassas de assentamento
Revestimento de paredes
Assentamento de cerâmicas, pisos etc.
Aplicações diversas
Tratamento de água
Fabricação de açúcar cristal
Cristalização de doces
Gesso
Aglomerante obtido da desidratação parcial ou total da gipsita, uma espécie de rocha sedimentária que é formada basicamente de sulfato de cálcio hidratado.
2[CaSO4.2H2O] → 2[CaSO4.½H2O] + 3H2O 
Encontrado praticamente em todo o mundo e ocorre no Brasil abundantemente em terrenos cretáceos de formação marinha, sobretudo nos estados do Ceará, Rio Grande do Norte, Piauí e Pernambuco.
Obtenção
Aéreos
150 a 250°C – gesso de estuque
250 a 400°C – anidrita solúvel
Hidráulicos 
400 a 600°C – anidrita insolúvel
900 a 1200°C – gesso hidráulico ou de pavimentação
CaSO4.2H2O
+
CALOR
Propriedades
Pega
Início: 2 a 5 minutos
Fim: 10 a 15 minutos
Isolante térmico
Isolante acústico
Retração
Cor
Altamente corrosivo
Dilatação térmica
Aplicações na construção civil
Placas para forro
Sancas
Molduras
Simalhas
Revestimento de paredes
Divisórias
Gesso acartonado
Constituído de chapas que variam entre 12,5 a 15mm de espessura;
O gesso, que como qualquer liga rochosa resiste muito bem à compressão, mas é péssimo em resistir à tração e flexão, envolto por uma camada de um papel cartão especial, com resistência a flexão e tração, adquirindo assim a resistência a impactos que lhe atribui além do uso bastante divulgado como forro, a possibilidade de uso em divisões de ambientes substituindo muito bem a alvenaria, quando recebendo as devidas adaptações;
É produzido industrialmente com qualidade controlada favorecendo a tendência atual do fortalecimento da ligação entre a indústria e a construção civil.
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MATERIAIS BETUMINOSO: ASFALTO E BETUMES
01/03/2013
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Betume 
Definição: O betume é um nome genérico usado para designar diversos tipos de produtos que podem ser retirados do petróleo, mas que em sua maioria são retirados do xisto (carvões minerais).
O xisto betuminoso, também conhecido como pixe, é comumente encontrado também em poças à flor da terra e junções de pedras em áreas de solo semelhante ao do oriente médio.
Um combustível antiquíssimo que era largamente usado pelos romanos e antes deles pelos povos da época de Noé que desenvolveu a arte de trabalhar o ferro, chama-se alcatrão.
Muitos produtos que hoje são extraídos do petróleo podem ser extraídos de outros "combustíveis fósseis" tais como o carvão e o xisto, além de poderem também serem retirados de outros produtos naturais. 
O xisto é uma camada de rocha sedimentar originada sob temperaturas e pressões elevadas, contendo matéria orgânica, disseminada em seu meio mineral. Ao aquecer essa rocha obtém-se um óleo destilado do petróleo que e chamado de betume. 
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Materiais Betuminosos 
Definição: têm grande aplicabilidade na engenharia, com uso em pavimentação rodoviária, pintura industrial para proteção, isolamento elétrico e impermeabilização. 
Alguns dos exemplos destes materiais são o asfalto, os alcatrões, os óleos graxos, entre outros, todos compostos basicamente de betume. 
 Entende-se por betume um aglomerante orgânico, de consistência sólida, líquida ou gasosa, obtido por processo industrial (resíduo da destilação do petróleo) ou na própria natureza.
 Completamente solúvel em bissulfeto de carbono (CS2), e apresentando polímeros de variada composição química:
 (CH4 – gás metano – combustível para aquecimento; 
 C8H8 – líquido octana gasolina - combustível para motores; 
 C100 – sólido – asfaltos para pavimentação e impermeabilização).
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Materiais Betuminosos 
Processo de destilação do betume: 
betume
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Materiais Betuminosos 
Processo de destilação do betume: 
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Materiais Betuminosos 
Características básicas mais importantes do betume: 
 Ao contrário dos aglomerantes minerais da construção civil (cimento Portland, gesso, cal), são adesivos que dispensam o uso da água; 
 São materiais termoplásticos, isto é, amolecem quando aquecidos, sendo então moldados e resfriados sem perda das propriedades, podendo passar novamente pelo mesmo processo. 
 Não possuem ponto de fusão definido (temperatura de perda da estrutura cristalina), amolecendo em temperaturas variadas. 
 Repelem a água, ou seja, são materiais hidrófugos; 
 Por serem termoplásticos podem ser reciclados, o que lhes proporciona um grande número de reutilizações; 
 Apresentam ductilidade muito influenciada pela exposição ao calor e luz solar. 
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Materiais Betuminosos 
Classificação dos materiais betuminosos: 
Os materiais betuminosos podem ser classificados em dois grandes grupos: 
 Asfaltos: Podem ser naturais ou provenientes da refinação do 
 petróleo.
 Alcatrões: são obtidos através da refinação de alcatrões brutos, 
 que por sua vez vêm da destilação de carvão mineral.
Asfaltos, ou cimentos asfálticos, de acordo com a NBR 7208 entende-se asfalto como:
 - o material sólido ou semi-sólido, 
 - de cor preta ou pardo escura,
 - que ocorre
na natureza ou é obtido pela destilação do petróleo, e cujo constituinte predominante é o betume. 
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Materiais Betuminosos 
Classificação dos materiais betuminosos: 
 Alcatrões são materiais resultantes da destilação de materiais orgânicos (hulha, turfa, madeira) normalmente utilizados para a fabricação de material para enchimento de juntas, especialmente devido ao seu bom desempenho quanto à ação de agentes agressivos. 
 Em comparação com os asfaltos, os alcatrões destilados apresentam maior sensibilidade à temperatura (mais moles quando aquecidos e mais duros quando resfriados), menor resistência às intempéries e maior poder aglomerante.
 O alcatrão praticamente não é mais utilizado em pavimentação desde que se determinou o seu poder cancerígeno. Além disso, apresenta pouca homogeneidade e baixa qualidade para ser utilizado como ligante em pavimentação.
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Materiais Betuminosos 
Tipo de asfalto encontrados:
 naturalmente no solo é classificado como nativo (CAN – cimento asfáltico natural),
 obtido pela destilação do petróleo (CAP – cimento asfáltico de petróleo) e possuem 3 tipos principais: 
cimento asfáltico de petróleo
asfalto diluído
emulsões asfálticas 
 Cimento asfáltico natural (CAN): Pelo fato de terem gerados pela atmosfera, nesse tipo de asfalto ocorre evaporação dos gases menos densos, possuem mais minerais e são mais densos e não são usados como pavimentação.
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Materiais Betuminosos 
 Cimento asfáltico de petróleo (CAP): são constituídos por 90 a 95% de hidrocarbonetos e por 5 a 10% de heteroátomos (oxigênio, enxofre, nitrogênio e metais – vanádio, níquel, ferro, magnésio e cálcio) unidos por ligações covalentes. 
 Os cimentos asfálticos de petróleos brasileiros têm baixo teor de enxofre e de metais, e alto teor de nitrogênio.
 A composição do CAP é bastante complexa, sendo que o número de átomos de carbono por molécula varia de 20 a 120. 
 A composição varia com a fonte do petróleo, com as modificações induzidas nos processos de refino e durante o envelhecimento na usinagem e em serviço. 
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Materiais Betuminosos 
 Uma análise elementar pode apresentar as seguintes proporções de componentes: carbono de 82 a 88%; hidrogênio de 8 a 11%; enxofre de 0 a 6%; oxigênio de 0 a 1,5% e nitrogênio de 0 a 1%.
 A característica de termoviscoelasticidade desse material manifesta-se no comportamento mecânico, sendo suscetível à velocidade, ao tempo e intensidade de carregamento, e à temperatura de serviço.
 O comportamento termoviscoelástico é mais comumente assumido do que o termoviscoplástico, com suficiente aproximação do real comportamento do material.
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Materiais Betuminosos 
Classificação segundo a viscosidade absoluta e por ensaio de penetração
 Classificação dos CAPs segundo sua Viscosidade Absoluta a 60ºC (em poises):
 CAP 7:	 = 700 a 1500 poises
        CAP20:	 = 2000 a 3500 poises
       CAP40:	 = 4000 a 8000 poises
Classificação dos CAPs segundo ensaio de Penetração, realizado a 25ºC (100g, 5s, 25ºC):
 CAP 30/45
 CAP 50/70
 CAP 85/100
 CAP 100/120
 CAP 150/200
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Materiais Betuminosos 
 Asfalto diluído: os asfaltos diluídos, também conhecidos como asfaltos recortados ou “cut-backs”, resultam da diluição do cimento asfáltico por destilados de petróleo
os diluentes proporcionam produtos menos viscosos que podem ser aplicados a temperaturas mais baixas e devem evaporar totalmente, deixando como resíduo o CAP
o fenômeno de evaporação do diluente denomina-se cura são classificados de acordo com a velocidade de cura em três categorias: cura rápida (CR), cura média (CM) e cura lenta (CL), sendo que os asfaltos diluídos de cura lenta não são produzidos no Brasil. 
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Materiais Betuminosos 
 Quanto à viscosidade, são subdivididos de acordo com as seguintes faixas:
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Materiais Betuminosos 
 Emulsões Asfálticas: são dispersões de uma fase asfáltica em uma fase aquosa ou vice-versa
produto estável empregado em serviços de pavimentação à temperatura ambiente
 nunca devem ser aquecidas acima de 70ºC
 emulsão asfáltica catiônica: cimento asfáltico de petróleo (CAP), água, agente emulsificante e energia de dispersão da fase asfáltica na fase aquosa.
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Materiais Betuminosos 
 Ruptura de Emulsão: fenômeno que ocorre quando os glóbulos de asfalto dispersos em água, em contato com o agregado mineral, sofrem uma ionização por parte deste, dando origem à formação de um composto insolúvel em água que se precipitará sobre o agregado 
Classificação das Emulsões Asfálticas: de acordo com a estabilidade, ou tempo de ruptura, podemos ter:
 Ruptura rápida (RR): pintura de ligação, tratamentos superficiais.
 Ruptura média (RM): pré-misturados a frio
 Ruptura lenta (RL): estabilização de solos e preparo de lama asfáltica
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo:
 Para um adequado conhecimento do comportamento dos materiais betuminosos, é fundamental o entendimento das propriedades básicas que norteiam estes materiais, cujos métodos de avaliação são determinados pela normalização brasileira:
Espumas: 
 O CAP é aquecido até determinada temperatura e a seguir verifica-se se há ou não a presença de espuma no material, decorrente da presença de água. A presença de água pode ser perigosa durante o aquecimento, podendo causar acidentes.
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Ponto de fulgor (NBR 11341)
 Consiste na determinação da temperatura para a qual uma amostra de produto asfáltico começa a liberar gases inflamáveis. É utilizado para identificar contaminação por solventes e para prevenir acidentes.
 Estão relacionados com a segurança do aplicador, de modo que a temperatura de aplicação deve-se situar, pelo menos, 20ºC abaixo do ponto de fulgor. 
 A determinação (NBR 13341) é efetuada pelo método de Cleveland, no qual ocorre uma passagem de chama sobre amostra padrão até a ocorrência de lampejos inflamados; 
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Ponto de fulgor.
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Densidade relativa
 É a relação entre a massa do CAP a 20ºC e massa de igual volume de água a 4ºC. Caracteriza a natureza do material, por exemplo, para o CAP a densidade é da ordem de 1,02 g/cm3 enquanto que para o CAN o valor é da ordem de 1,12 g/cm3. 
 Tem por finalidade a transformação de unidades gravimétricas em volumétricas e é utilizada no cálculo de vazios cheios de betume de misturas betuminosas.
 Considerando a massa específica da água igual a 1,0 g/cm3, o número representativo da densidade do CAP é, portanto, adimensional. 
 No procedimento para sua determinação são utilizados os chamados picnômetros de Hubbard e balanças analíticas de grande sensibilidade. 
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Densidade relativa
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Solubilidade – Teor de betume (DNER - ME 010/94)
O ensaio de solubilidade no bissulfeto de carbono tem por finalidade determinar o grau de pureza do material, ou seja, quantidade de betume contida no material asfáltico, expressa em porcentagem. 
 A porção insolúvel é constituída por impurezas, enquanto que a solúvel representa os constituintes ativos aglutinantes.
 Como o bissulfeto de carbono é muito inflamável, de odor desagradável e bastante tóxico, tem-se empregado tricloroetileno ou tetracloreto de carbono – CCl4, que tem a vantagem de apresentar essas características mais atenuadas. 
Os asfaltos derivados do petróleo são cerca 99,5% solúveis, os asfaltos naturais cerca de 75%, enquanto que os alcatrões são solúveis de 75% a 90%, devido à presença do carbono livre.
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Solubilidade – Teor de betume (DNER - ME 010/94)
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Ductilidade (NBR 6293)
 É a distância em centímetros que uma amostra de material betuminoso, em condições padronizadas, submetida a uma tração, em condições especificadas, se rompe. A temperatura do ensaio é de 25ºC e a velocidade de deformação de 5cm/min.
A ductilidade é a propriedade de um material suportar grandes deformações (alongamento) sem ruptura. Caracteriza uma resistência à tração e a flexibilidade do CAP. Quanto mais dúctil, maior a flexibilidade do material. O ensaio consiste em moldar um corpo de prova e colocá-lo num aparelho denominado Ductilômetro que submete a amostra a um alongamento horizontal até ser atingida  a ruptura. 
O deslocamento, em centímetros, por ocasião da ruptura da amostra, dá a medida da ductilidade. A maioria dos CAP de pavimentação têm ductilidade superior a 60cm.
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Ductilidade (NBR 6293)
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Penetração (DNER - ME 003/99)
 Consiste na medida (em décimos de mm) do quanto uma agulha padrão penetra verticalmente em uma amostra de material betuminoso sob condições específicas de temperatura (25ºC), carga (100g) e tempo (5 segundos).
A condição de ensaio influencia na “consistência” do cimento asfáltico.
O grau de dureza do CAP é tanto maior quanto menor for o valor da penetração da agulha na mostra 
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Penetração (DNER - ME 003/99)
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Ponto de Amolecimento (NBR 6560)
 Os asfaltos amolecem pouco a pouco quando submetidos ao aquecimento e não possuem ponto de fusão bem definido. 
Com a finalidade de se ter uma referência semelhante ao ponto de fusão, vários métodos foram desenvolvidos para medir a temperatura na qual possui uma determinada consistência. 
O mundialmente conhecido é o Ponto de Amolecimento Anel e Bola, que determina a temperatura na qual o asfalto amolece quando aquecido em condições padronizadas. 
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Ponto de Amolecimento (NBR 6560)
 Os CAPs, em suas respectivas temperaturas de Ponto de Amolecimento apresentam, aproximadamente, a mesma penetração (800  0,1 mm)
Ensaio: anel contendo amostra de asfalto, com uma esfera de aço apoiada sobre a amostra, é submetido a um banho-maria, com taxa de aumento de temperatura do líquido de 5ºC/min. 
 Ao atingir determinada temperatura o asfalto fluirá com o peso da esfera de aço apoiada em sua superfície e se deslocará 1” até tocar o fundo do recipiente.
Anota-se a temperatura nesse momento, que é o chamado ponto de amolecimento
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Ponto de Amolecimento (NBR 6560)
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Efeito do calor e do ar  (DNER - ME 001/94)
 É a variação de massa que o material betuminoso sofre quando submetido ao aquecimento, sob condições padronizadas. 
Este ensaio dá uma idéia do envelhecimento (endurecimento) do cimento asfáltico, por perda de constituintes voláteis, fundamentalmente devido à estocagem e durante o período de transporte. 
Consiste em colocar em um recipiente cilíndrico 50 g de CAP de modo que espessura da película seja de 2cm, e, determinar a perda de massa, em percentagem, após a amostra ser submetida a um aquecimento de 163ºC durante 5 horas. 
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Efeito do calor e do ar  (DNER - ME 001/94)
 Contudo, para simular o envelhecimento durante a operação de aquecimento e mistura com os agregados, em usina, faz-se o ensaio da Película Delgada onde a amostra de 50g é colocada em um recipiente cilíndrico de 14cm de diâmetro por 0,9cm de altura, proporcionando assim uma película de CAP da ordem de 3mm de espessura, que é colocada em estufa com circulação de ar durante 5 horas a 163ºC. 
 A perda de massa expressa como percentagem da massa inicial de amostra, é a perda por aquecimento em película delgada. 
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Efeito do calor e do ar  (DNER - ME 001/94)
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Viscosidade Saybolt-Furol (DNER - ME 004/94)
 A viscosidade Saybolt-Furol é o tempo, em segundos, que uma determinada quantidade de material betuminoso (60ml) leva para fluir através de um orifício de dimensões padronizadas, a uma determinada temperatura. 
 O ensaio se destina a medir a consistência dos materiais betuminosos em estado líquido, de uma forma prática. São utilizados o viscosímetro Saybolt para os materiais asfálticos. 
 Esses equipamentos se destinam, portanto, em medir a resistência ao escoamento desses materiais, a temperaturas variáveis, de acordo com as suas consistências. São utilizadas temperaturas no intervalo de 25ºC a 170ºC. 
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Materiais Betuminosos 
Principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo: 
Viscosidade Saybolt-Furol (DNER - ME 004/94)
 A tendência atual é definir relações entre a viscosidade e a temperatura com a finalidade de quantificar de forma adequada as temperaturas de trabalho no laboratório e no campo 
 O valor da viscosidade é reportado em segundos Saybolt-Furol, abreviado como SSF, a uma dada temperatura de ensaio.
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Lista de Exercícios
     1) Defina betume e de onde vêm?
     2) O que são materiais betuminosos e qual a sua grande aplicação?
     3) Como são processados os materiais betuminosos?
     4) Mostre algumas características básicas dos materiais betuminosos?
   5) Como são classificados os materiais betuminosos? O que são alcatroes e os asfaltos?
   6) O que é Cimento asfáltico de petróleo (CAP) e Cimento asfáltico natural (CAN)?
 7) O que é Asfalto diluído e Emulsões Asfáltico
 8) Quais são os principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo e explique cada processo em sua metodologia
Obs para a resolução da questão 8 utilize esse site:
http://transportes.ime.eb.br/MATERIAL%20DE%20PESQUISA/LABOTATORIO/LAB%20LIGANTES/03_ensaios_cimento_asfaltico_03.htm