Trabalho sobre o cimento

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Cimento e sua características 
Lucas Zanguelini Malinski 
Professor - Jean Carlos Alves da Silva 
Faculdade Metropolitana de Guaramirim - FAMEG 
Engenharia Civil ( ECV 1.3) - Metodologia Científica 
18/11/2015 
 Resumo
Este artigo tem como como objetivo apresentar a história do cimento, explicando seu surgimento e melhora significativa na qualidade com o passar do anos, colocando em pauta os tipos de cimentos, o composto de cada tipo, como ele é feito e sua resistência. 
 
Palavras-chave: cimento Portland, compostos, resistência. 
 
1 Introdução 
 
 Foi justamente pela necessidade de construções mais fortes que o cimento acabou se transformando em um dos mais importantes recursos da história da engenharia. O cimento é um pó fino que consegue se juntar facilmente com outros compostos, e que consegue endurecer logo que entra em contato com a água. Alguns pesquisadores supõem que esse tipo de material já teria sido notado pelo homem pré-histórico, quando percebeu que as pedras próximas às fogueiras soltavam um pó que endurecia com a ação do sereno.
 Uma das mais antigas evidências de uso do cimento aparece nas pirâmides do Antigo Egito. Naquela época, preocupados em erguer grandes pirâmides, os egípcios desenvolveram um tipo de cimento fabricado através de uma mistura de gesso calcinado. Entre os gregos, notamos o emprego de terras vulcânicas que também endureciam quando misturadas à água. 
 Para construírem o Panteão de Agripa e o Coliseu, os romanos fizeram um tipo de cimento com melhor qualidade. Possivelmente, os construtores urbanos de Roma desenvolveram uma mistura de areia, pedaços de telha, calcário calcinado e cinzas vulcânicas. De fato, as informações disponíveis sobre essa resistente argamassa criada pelos romanos são mínimas. A fórmula do cimento romano era um segredo tão importante que acabou sumindo com a própria desarticulação do império. 
 Em 1758, esse importante material voltou a ganhar novas características. Naquela data, o engenheiro britânico John Smeaton foi encarregado de desenvolver um cimento que pudesse resistir à ação erosiva da água do mar. Utilizando uma cinza vulcânica oriunda da Itália, conhecida como pozolana, Smeaton fabricou um cimento de excelente qualidade que veio a ser utilizado na construção do Farol de Eddystone, que durou mais de um século. No ano de 1796, outro britânico chamado James Parker desenvolveu um novo tipo de cimento obtido pela calcinação de pedaços de calcário impuro contendo argila. Após vários testes realizados por outras autoridades no assunto, o cimento de Parker, também conhecido como cimento romano, foi liberado para construções. Logo que soube da notícia, James Parker vendeu a patente de sua invenção para membros dos Wyatt, uma tradicional família de engenheiros e arquitetos da Inglaterra. 
 Em 1824, Joseph Aspdin foi responsável pela elaboração do chamado “Cimento Portland”, que fazia referência a uma cidade britânica detentora de excelentes jazidas de minério utilizado para cimento. Aspdin alcançou temperaturas elevadas que imprimiam uma maior qualidade ao seu cimento. Com o tempo, novas misturas foram acrecentadas ao seu cimento melhorando ainda mais a qualidade de seu produto.
2 Desenvolvimento 
 
 A fabricação do cimento Portland baseia-se em três etapas fundamentais: 
 Passo 1: Moagem e mistura da matéria-prima ( 90% calcário e 10% argila. ) Fig. 01
 Passo 2: Produção do clínquer ( forno rotativo a 1450ºC + arrefecimento rápido ) Fig. 02 
 Passo 3: Moagem do clínquer, mistura com gesso e aditivos ( pozolana, escória ) Fig. 03
 
Veremos a seguir cada passo de como é feito o cimento Portland: 
 A produção do cimento Portland inicia-se quando o calcário que é sua matéria-prima principal é extraída de jazidas subterrâneas ou de céu aberto que é mais comum no Brasil. Para locomover este material é preciso fragmentar a rocha de calcário, então utiliza-se explosivos. Outro componente extraído nesta etapa é a argila. Em ambos os casos é necessário um plano de gerenciamento de exploração mineral, para preservar o meio ambiente. 
 Após a extração do calcário, ele é transportado até a instalação de britagem, onde seu tamanho é reduzido para começar o processo industrial. Este processo permite eliminar grande parte de impurezas contidas no calcário. A argila, por ser mole, não passa pela britagem. 
No depósito argila e calcário são estocados separadamente, na baia de cada material existe um equipamento que se encarrega de misturar as cargas, formando assim uma pré-homogeneização. Nesta fase, as matérias-primas são submetidas a vários ensaios. 
 O composto de calcário ( 90% ) e argila ( 10% ) são dosados para serem triturados no moinho cru. Essas dosadoras já tem um parâmetro químicos pré-estabelecido e são controlados por balanças que colocam a quantia exata de cada matéria-prima. 
 A farinha crua formada pela mistura de calcário e argila passa por moagem em moinho de bolas, rolos ou barras, onde se processa o inicio das mistura de matérias-primas e ao mesmo tempo sua pulverização, de modo a reduzir o tamanho das partículas a 0,050 mm em média. 
 A farinha crua, devidamente dosada com a finura adequada, conhecida como farinha, deve ser homogeneizada para ter uma perfeita combinação dos elementos formadores de clínquer. Esta homogeneização é feita em silos verticais de grande porte, através de processos pneumáticos e por gravidade. 
 Dos silos homogeneizados a farinha é colocada nos fornos, passando antes por pré-aquecedores, que utilizam os gases do calor do forno para fazer o aquecimento inicial do material. No forno rotativo, constituído de um cilindro de aço, com comprimento de 50 m a 150 m e diâmetro de 6 m, a mistura é calcinada até 1450°C, resultando no clínquer, que tem aparência de bolotas escuras. 
 Um resfriador promove a redução desta temperatura até 80°C, aproximadamente.A clinquerização se completa nesta etapa, onde ocorre uma série de reações químicas que influenciam na resistência mecânica do concreto nas primeiras idades. Este material fica armazenado em silos aguardando a próxima etapa. 
Junto com o clínquer, adições de gesso, escória de alto forno, pozolana e o próprio calcário propõem os diversos tipos de cimentos Portland. Estas substâncias são armazenadas individualmente antes de entrarem no moinho de cimento. É na moagem final que o clínquer, adicionado ao gesso e outras adições, resulta no cimento que conhecemos. 
 O cimento resultante da moagem do clínquer é transportado mecânica e pneumaticamente para os silos de cimento, onde é estocado. 
 Após ensaios finais de qualidade, os produto é enviado para a expedição. 
 Este produto chega ao consumidor final de duas maneiras : a granel e em sacos de 50 kg. O ensacamento é feito por máquinas que enchem o saco até o peso desejado, o saco é feito de papel kraft , que garante o perfeito manuseio pelo consumidor. 
 Os cimentos não são todos iguais. Temos vários tipos de cimentos cada um com uma característica. Assim, vamos conhecer cada um para que nas obras possam escolher o melhor. 
2.1 Cimento CP-I (NBR 5.732): 
 É conhecido como o Cimento Portland Comum porque não possui nenhum tipo de aditivo, apenas o gesso que tem a função de retardar o início de pega do cimento para que possamos ter um tempo de aplicação. Tem alto custo e menos resistência. Sua produção é toda direcionada para a indústria. 
Classe de resistência: 25 MPa. 
2.2 Cimento CP-II (NBR 11.578): 
 É conhecido como Cimento Portland Composto porque tem a adição de outros materiais na sua mistura que conferem a este cimento um menor calor de hidratação (libera menos calor quando entra em contato com a água). São 03 tipos de CP-II: 
 2.2.1 CP-II E: cimento Portland com adição de escória de alto-forno 
Os cimentos CP II são ditos compostos pois apresentam, além da sua composição básica ( clínquer + gesso ), a adição de outromaterial. O CP II-E, contém adição de escória granulada de alto-forno, o que lhe confere a propriedade de baixo calor de hidratação. O CP II-E é composto de 94% à 56% de clínquer + gesso e 6% à 34% de escória, podendo ou não ter adição de material carbonático no limite máximo de 10% em massa. O CP II-E, é recomendado para estruturas que exijam um desprendimento de calor moderadamente lento. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 11578. 
Classe de resistência: 25 MPa. 
2.2.2 CP-II Z: cimento Portland com adição de material pozolânico 
 O CP II-Z contém adição de material pozolânico que varia de 6% à 14% em massa, o que confere ao cimento menor permeabilidade, sendo ideal para obras subterrâneas, principalmente com presença de água, inclusive marítimas. O cimento CP II-Z, também 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. 
Classe de resistência: 32 MPa. 
2.2.3 CP-II F: cimento Portland com adição de material carbonático - fíler 
 O CP II-E é composto de 90% à 94% de clínquer + gesso com adição de 6% a 10% de material carbonático (fíler) em massa. Este tipo de cimento é recomendado desde estruturas em concreto armado até argamassas de assentamento e revestimento porém não é indicado para aplicação em meios muito agressivos. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 11578. 
Classe de resistência: 40 MPa. 
2.3 Cimento CP-III : 
 O cimento Portland de alto-forno contém adição de escória no teor de 35% a 70% em massa, que lhe confere propriedades como; baixo calor de hidratação, maior impermeabilidade e durabilidade, sendo 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. 
Classe de resistência: 25, 32 e 40 MPa. 
2.4 Cimento CP-IV : 
 O cimento Portland Pozolânico contém adição de pozolana no teor que varia de 15% a 50% em massa. Este alto teor de pozolana confere ao cimento uma alta impermeabilidade e consequentemente maior durabilidade. O concreto confecionado com o CP IV apresenta resistência mecânica à compressão superior ao concreto de cimento Portland comum à longo prazo. É 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. 
Classe de resistência: 25 e 32 MPa. 
2.5 Cimento CP-V ARI: 
 O 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. Esta diferença de produção confere a este tipo de cimento uma alta resistência inicial do concreto em suas primeiras idades, podendo atingir 26MPa de resistência à compressão em 
apenas 1 dia de idade. É 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. 
2.6 Cimento RS (NBR 5.737): 
 É conhecido como Cimento Portland Resistente a Sulfatos. Os materiais sulfatados estão presentes em redes de esgotos, ambientes industriais e água do mar. Assim, seu uso é indicado para construções nesses ambientes. 
2.7 Cimento Branco: 
Qualquer um dos tipos de cimento Portland anteriormente citados podem ser classificados como resistentes a sulfatos, desde se enquadrem dentro de uma das características abaixo: 
Teor de aluminato tricálcico (C3A) do clínquer e teor de adições carbonáticas de no máximo 8% e 5% em massa, respectivamente; 
Cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60% e 70% de escória granulada de alto-forno, em massa; 
Cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico, em massa; 
Cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovem resistência aos 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. 
3 Utilização na construção 
 Para endurecer e ser usado em construções, esse pó precisa receber água, formando uma pasta. As reações químicas que provocam o endurecimento reduzem a água no interior da pasta, sendo que boa parte desse líquido também evapora com o calor gerado pela reação - a perda é tão grande que o cimento pode trincar. A areia entra na mistura para evitar que isso aconteça. 
 Como a areia é inerte, ela não reage quimicamente com os outros elementos da fórmula - ao contrário, engrossa a mistura impedindo que o cimento rache. Essa combinação de cimento, areia e água recebe o nome de argamassa. Mas quando o volume a ser preenchido é muito grande, até a argamassa pode trincar facilmente - nesse caso, acrescentamos brita (pedra moída) e temos o concreto. 
4 Considerações finais
Foi apresentado neste trabalho, um resumo do que consiste o cimento, como ele foi visto pela primeira vez, quem o criou e como ele foi criado, tendo em vista sempre o seu aperfeiçoamento. Cada tipo de cimento contendo a mesma base de formulação, porem, com adicionais que o deixam mais resistente. Até a utilização dele na obra e o porque do adicionamento de areia e pedra neste composto. 
5 Anexos
 
Fig. 01
Fig. 02
Fig. 03
Referências
http://www.historiadomundo.com.br/curiosidades/historia-do-cimento.htm
http://mundoestranho.abril.com.br/materia/de-que-e-feito-o-cimento-por-que-e-misturado-com-areia-nas-construcoes
http://www.abcp.org.br/colaborativo-portal/perguntas-frequentes.php?id=27
http://pedreirao.blogspot.com.br/2012/03/tipos-e-caracteristicas-de-cimentos.html
http://www.abcp.org.br/conteudo/basico-sobre-cimento/fabricacao/fabricacao
http://www.ecivilnet.com/artigos/cimento_portland_tipos.htm