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1 ¹(*) Aluno do Curso de Engenharia Civil, 5ª fase, da UNIFACVEST -Campus Lages CIMENTO PORTLAND COMO UM MATERIAL DA CONSTRUÇÃO CIVIL Nilson do Prado Rodrigues ¹(*) RESUMO Cimento Portland foi inventado em 1824 por Joseph Aspdin, um construtor inglês, o nome se dá a semelhança com as pedras de Portland depois de hidratado com água. Em sua hidratação há uma reação química endotérmica que pode ser corrigida ou controlada com elementos adicionados ao clínquer, à argila e o gesso que são a composição principal do cimento. Sua produção é feita por industrias que extraem as matérias-primas das jazidas e levam para trituração, aquecimento, resfriamento e dosagem correta de cada elemento que o compõe. As especificações no Brasil sobre o cimento portland é definida pelas ABNT a partir das NBRs que regulamentam todas as etapas do cimento desde a extração até a aplicação das argamassas e concretos. Palavras-chave: construção civil, resistência, clínquer —————— INTRODUÇÃO Cimento Portland é um dos materiais mais utilizados na construção civil. Caracterizado por fazer parte da maioria dos processos de construção. Convencionalmente chamado somente de cimento ele é misturado com agregados como areia, pedra brita, cal, que obtém como resultado argamassas e concretos utilizados em construções de residências, edifício, pontes, estradas, entre tantas outras construções. A criação do Cimento Portland se dá a Joseph Aspdin, um construtor inglês. Foi patenteado em 1824. O nome de Cimento Portland, criado por Aspdin se dá pela semelhança do cimento com as pedras de Portland, na cor e dureza, pedras muito usadas na construção naquela época na Inglaterra. DEFINIÇÃO Caracteriza-se como um pó fino com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob ação da água. Depois de endurecido, mesmo que seja novamente submetido à ação da água, o Cimento Portland não se decompõe mais (ABCP, 2002). O Cimento Portland é um aglomerante por possuir a função de unir materiais Por ser o material que mais contribui para a solidificação das argamassas e concretos tem suma importância o seu estudo para que seja aproveitado da melhor forma possível na construção, e isso é um dos princípios fundamentais da engenharia civil a economia de materiais. 2 FABRICAÇÃO No Brasil a fabricação do Cimento Porland é baseada em normas estabelecidas pela ABNT- associação brasileira de normas técnicas. Diversos processos são feitos para se chegar a composição química correta do Cimento Cortland. Extração: O primeiro processo é o processo de extração que é feito a partir da explosão de rochas, desmontando-as para a extração do calcário que é a principal matéria-prima do cimento, pode ser extraído de jazidas subterrâneas ou a céu aberto. Nesse processo também é extraído argila. Após a extração o calcário vai para locais onde se possam diminuir o tamanho do calcário extraído, deixando de acordo com o tamanho compatível para que possa ir para os processos industriais. Nessa etapa é eliminado parte das impurezas do calcário. O calcário britado e a argila vão para depósitos diferentes. Diversos testes são feitos nesses materiais no tempo que estão nos depósitos. Em cada depósito há mistura da matéria para que haja uma pré- homogeneização de cada material. 90% da mistura do cimento é formada por calcário que fornece oxido de cálcio ao cimento, 10% é argila que fornece silicatos de alumínio e ferro. Durante essa etapa é usado areia para corrigir o teor se sílica da argila e minério de ferro para corrigir o óxido de ferro da argila também. A dosagem correta de todos os componentes da mistura é feita por balanças dosadoras. Fabricação do cru: A mistura formada por calcário e argila é moída em moinhos para chegar a um tamanho de 0,050 mm em média o tamanho das partículas. A mistura moída tem o nome de cru. Em seguida é aquecido o cru em fornos rotativos com temperatura de 1500ºC e resfriada rapidamente com rajadas de ar. A partir disso é produzido o Clínquer que é o material básico para a produção de todos os tipos de cimentos. Moagem do cimento: Nessa etapa é adicionado 3% a 5% de gesso para controlar o tempo de pega do cimento. Por fim a mistura é moída, o que dá origem ao “cimento puro”. Após isso são adicionados às adições que são materiais para a caracterização e melhores propriedades especificas dos cimentos. As adições definem resistência, impermeabilidade, desempenho, acabamento entre outras propriedades dependendo do material e da quantidade das adições no cimento. COMPOSIÇÃO O Cimento Portland é composto basicamente por Clínquer, que é a mistura de calcário e argila extraídos das jazidas após uma série de procedimentos de trituração do calcário. O Clínquer é responsável pela resistência necessária dos materiais ótima. 3 Junto ao Clinquer há uma adição de 3% a 5% de gesso a fim de controlar o tempo de pega do cimento. Sem o gesso no Clínquer haveria a cristalização instantânea ao entrar em contato o Clínquer com a água, o que tornaria impossível a utilização. Um componente importante na composição do Cimento Portland é a escória um composto utilizado por sua característica aglomerante semelhante a do Clínquer. Esse composto é obtido das indústrias siderúrgicas com a produção de ferrogusas. Tem objetivo proporcionar mais resistência final e maior durabilidade a escória permite os usos comuns do cimento. Também existem alguns materiais chamados Pozolânicos que permitem maior resistência a alguns meios como é o caso de água do mar, esgotos e agregados reativos pois proporciona um calor de hidratação menor, permeabilidade e maior trabalhabilidade. Esses materiais podem ser obtidos de rochas vulcânicas ou matérias orgânicas. Além desses existem algumas substancias que são adicionadas ao Cimento Portland que ajudam a proporcionar melhores desempenhos no momento de trabalho ou no resultado final da obra para garantir maior economia e segurança para os trabalhadores, diretores e engenheiros. PROPRIEDADES O Cimento Portland possui propriedades físicas e químicas que o caracterizam, são elas: densidade, finura, tempo de pega, pasta de cimento, resistência, exsudação, estabilidade, calor de hidratação, resistência aos agentes agressivos e reação álcali-agregado. A densidade do Cimento Portland é de 3,15 podendo variar para menos. Nas misturas de cimento como argamassas a densidade tende a aumentar com o passar do tempo no decorrer do processo de hidratação. A finura do cimento é relacionada com o tamanho das partículas dos grãos. A finura controla o tempo de reação hidratação do cimento, o que contribui para a qualidade da argamassa. Um cimento mais fino permite maior trabalhabilidade, impermeabilidade, menor exsudação entre outros. Durante a fabricação do cimento é que é feito a partir de peneiras e regulamentados pelas especificações brasileiras nas NBRs. O tempo de pega é outra propriedade que compreende o processo de secagem da argamassa ou do concreto com cimento na sua composição a partir do inicio do endurecimento da argamassa ou concreto, e a partir de um tempo torna imprópria o manuseio. O endurecimento é a segunda parte da secagem após a pega. A pasta de cimento é a propriedade em que permite o manuseio da argamassa antes do tempo de pega. Há casos em que é necessário diminuir o tempo de pega do cimento o que faz com que o concreto seque mais rápido, também tem casos em que necessita de aumentar o tempo 4 de pega do cimento, nesses dois casos a adição de aditivos e substancias que retardam ou aceleram o tempo de pega do cimento. A resistência do cimento é obtida travasde forcas de compressão, no Brasil, em corpos de prova cilíndricos. Vários fatores influenciam para determinar a resistência da argamassa ou concreto, ambos compostos por cimento entre eles as dimensões do corpo de prova e agregados como areia. A ultima propriedade física do cimento é a exsudação. A exsudação é a água que se acumula na parte superficial da argamassa ou concreto. Ocorre quando há excesso de água já que os componentes da argamassa são mais densos que a água. Obviamente ocorre antes do tempo de pega do cimento. A primeira propriedade química é a estabilidade. A estabilidade é as indesejadas expansões do concreto ou argamassa resultantes da secagem da cal ou de magnésia livre. A cal possui uma secagem mais lenta que o cimento, por esse motivo causas tensões internas após a secagem do cimento o que acaba ocasionando microfissuras. O calor de hidratação é uma propriedade em que o cimento ao ser hidratado tem sua temperatura elevada, esse aumento de temperatura pode ocasionar rachaduras em obras de grande porte. Varia a quantidade de calor elevado dependendo da composição do cimento. No Brasil um grande exemplo de calor de hidratação foi a construção da usina hidrelétrica de Itaipu onde foi misturado gelo aos materiais do concreto. A resistência a agentes agressivos é outra propriedade marcante nas construções. Em geral as construções são sensíveis a agentes que químicos naturais que com o passar dos anos tendem a causar grandes danos às construções. Devido a um grande numero de substancias presentes nas argamassas, cada substancia é sensível a algum agente, que em grande quantidade pode ocasionar em grandes danos. A reação Álcali-agregado é uma reação caracterizada pelos sérios problemas resultantes de agregados gelatinosos na composição de argamassas e concreto. Por isso a grande importância de conhecer e testar todos os novos produtos para a construção. TIPOS DE CIMENTO PORTLAND Vários tipos de Cimentos Portland são usados na construção civil, a tabela a seguir mostra os tipos de cimentos de acordo com a ABCP- Associação brasileira de Cimento Portland. Cada sigla de identificação dos Cimentos Portland esta associada ao percentual de cada substância que o compõe. 5 Tabela 1: Quais são os tipos de Cimento Portland? Tipo de Cimento Adições Sigla Norma Cimento Portland Comum Escória, pozolana ou fíler (até 5%) CP I-S 32 CP I-S 40 5732 Cimento Portland Composto Escória (6-34%) CP II-E 32 CP II-E 40 11578 Pozolana (6-14%) CP II-Z 32 Fíler (6-10%) CP II-F 32 CP II-F 40 Cimento Portland de Alto-Forno Escória (35-70%) CP III 32 CP III 40 5735 Cimento Portland Pozolânico Pozolana (15-50%) CP IV 32 5736 Cimento Portland de Alta Resistência Inicial Materiais carbonáticos (até 5%) CP V-ARI 5733 Cimento Portland Resistente aos Sulfatos Estes cimentos são designados pela sigla RS. Ex.: CP III-40 RS, CP V-ARI RS 5737 Fonte: ABCP Cimento Portland Comum é o tipo de cimento mais básico, utilizado em construções que não necessitem de tratamentos especiais e não estejam expostas a riscos como de águas subterrâneas, água do mar e esgoto. Possui gesso como nos demais tipos para retardar o endurecimento. Os Cimentos Portland composto são os mais utilizados correspondendo por ate 75% das produções industriais brasileiras. Utilizado na substituição do antigo Cimento Portland comum. Os Cimentos Portland de Alto-Forno são cimentos com adição de escórias que com propriedades hidráulicas latentes aceleram o processo de hidratação do cimento. Os Cimentos Portland Pozolânicos possuem materiais Pozolânicos que, ao contrario de escórias, possuem a função de retardar o endurecimento do cimento. Na adição de materiais Pozolânios e escórias o cimento tende a diminuir a permeabilidade, a porosidade capilar e a difusão iônica, alem de aumentar a durabilidade e a estabilidade do concreto. Cimentos Portland de Alta Resistência Inicial são tipos de cimento que possuem diferentes modos de trituração e dosagem de calcário e argila na composição do Clínquer. Nesses comentos o Clínquer possui uma finura menor e consequentemente reage mais rápido na hidratação proporcionando maior resistência já nos primeiros dias de secagem. 6 Cimentos Portland Resistente aos Sulfatos são os cimentos que possuem maior resistência a esgotos, águas de indústrias e águas do mar, assim como substancias que contenham sulfatos na sua composição. Também existem cimentos como o Cimento Portland de baixo calor de hidratação que que permite que não haja um grande aquecimento de temperatura ao ser hidratado, evitando fissuras em grandes obras. O Cimento Portland branco tem como finalidade a estética arquitetônica, ou seja, não utilizado em partes estruturais, exige condições especiais de fabricação com um teor menor de óxidos de ferro e manganês. O cimento para poços petrolíferos é um cimento com maior plasticidade o que permite a utilização em pressões altas, em sua composição há somente Clínquer e gesso. NORMAS TÉCNICAS E CONTROLE DE QUALIDADE DO CIMENTO PORTLAND No Brasil existem normas técnicas que regulamentam o tipo, a fabricação e muitos outros aspectos e composições do Cimento Portland as NBRs. A NBR 5732 trata do Cimento Portland comum, nela define a composição do cimento, como deve ser a armazenagem. Nessa norma define que o Maximo de escórias, materiais Pozolânicos e material carbonático não podem ultrapassar 5% da composição do cimento. A NBR 5736 define os materiais Pozolânicos que fazem parte do Cimento Portland. Nela estão definidos o percentual de materiais Pozolânicos que devem ser de 15 a 50% do cimento, também estão definidos nela a armazenagem, a origem dos materiais Pozolânicos, e classificação quanto a resistência. A NBR 5735 trata sobre as escórias que tema função de aceleram o endurecimento de cimento, a quantidade de escórias do Cimento Portland de alto fornos são regulamentados por essa norma. Para ensaios feitos nos cimentos devem ser seguidos as seguintes normas segundo a ABNT( Associação Brasileira de Normas Técnicas). 6.10 Os ensaios devem ser realizados de acordo com os seguintes métodos: a) perda ao fogo - MB-1866; b) trióxido de enxofre - MB-512; c) óxido de magnésio - MB-1866; d) resíduo insolúvel - MB-1866; e) atividade pozolânica do cimento - MB-1154; f) finura - MB-3432; g) expansibilidade - MB-3435; h) tempo de pega - MB-3434; i) resistência à compressão - MB-1; j) anidrido carbônico - MB-3377; k) água de consistência da pasta - MB-3433; 7 l) índice de consistência da argamassa normal - MB-1; m) atividade pozolânica do material empregado como adição - MB-1153. (NBR 5736, 1991) Segundo a ABNT(Associação Brasileira de Normas Técnicas) para a NBR 5732 ser cumprida deve ser seguido outras normas estabelecidas também pela ABNT a partir de métodos de ensaios: NBR 5741, NBR 5742, NBR 5743, NBR 5744, NBR 5745, NBR 5752, NBR 5754, NBR 7215, NBR 7224, NBR 8347, NBR 9203, NBR 11579, NBR 11583, NBR 11580, NBR 11581 e NBR 11582. RECEBIMENTO E ESTOCAGEM O Cimento Portland é muito sensível a umidade por esse motivo deve ser mantido em locais seco e protegidos de umidades que possam de uma maneira ou outra possa entrar em contato com o cimento. O armazenamento ou transporte inadequado pode ocasionar em modificações na composição do cimento ocasionando em desempenhos inferiores. Algumas indústrias recomendam a utilização do cimento em ate 60 dias para evitar que pequenos teores de umidade ate mesmo a umidade da atmosfera venha a atrapalhar o desempenho do cimento. Nos depósitosdas indústrias alguns cuidados são tomados com a altura mínima de 10cm do chão e empilhamento Maximo do 10 unidades. APLICAÇÕES DO CIMENTO NA CONSTRUÇÃO CIVIL O Cimento Portland é o material mais utilizado na construção civil pois esta em todas as obras de construção civil. Desde a fundação de um prédio ou residência ate o acabamento, nos concretos de fundações e estruturas como vigas e pilares, na parte de rebocos, assentamentos de cerâmicas e tijolos. Cada tipo de Cimento Portland é ideal para cada utilização dependendo de sua resistência, impermeabilidade, trabalhabilidade entre tantos outros aspectos diferentes para cada cimento. Desde as pequenas residências ate as grandes obras usam o cimento como matéria base do toda construção. Grandes hidrelétricas, portos, aeroportos, edifícios entre outros fazem do cimento uma das maiores invenções da humanidade e contribuiu muito para o desenvolvimento humano. CONCLUSÃO O Cimento Portland desde sua criação vem por vários melhoramentos buscando a sua maior empregabilidade, buscando a economia da matéria prima-principal de qualquer 8 construção. As inovações do mesmo no Brasil são muito importantes para um desenvolvimento da infraestrutura como um todo facilitando a vida de quem utiliza as obras. As NBRs da ABNT regulamentam a produção de Cimento Portland no Brasil desde a extração, a produção de Clínquer, ate a empregabilidade do mesmo em argamassas e concretos, a fim de manter uma melhor qualidade de obras, maior qualidade de vida e segurança para as pessoas. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO Brasileira de Cimento Portland. Guia básico de utilização do cimento portland. 7.ed. São Paulo, 2002. ARMAZENAGEM do cimento. Disponível em: <http://www.cimentoitambe.com.br/armazenagem-do-cimento/>. Acesso em: 24 de abril de 2017 BAUER, L.A. Falcão - Materiais De Construção Volume 1 , editora LCT 5ª edição revisada. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. EB 208 Cimento Portland De Alto-Forno, Disponível em: <https://pt.slideshare.net/profNICODEMOS/nbr-5735-cimento-portland-de-alto- forno> Acesso em: 24 de abril de 2017. FABRICAÇÃO do cimento. Disponível em: <http://www.lafarge.com.br/wps/portal/br/2_2_1- Manufacturing_process>. Acesso em: 23 de abril de 2017 ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 5732 Cimento Portland Comum. Disponível em: <https://engenhariacivilfsp.files.wordpress.com/2015/02/nbr-05732-1991- cimento-portland-comum.pdf>. Acesso em: 24 de abril de 2017. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 5736 Cimento Portland pozolânico. Disponível em: https://engenhariacivilfsp.files.wordpress.com/2015/04/nbr-05736-1991- cimento-portland-pozolc3a2nico.pdf>. Acesso em: 24 de abril de 2017. QUAIS são os tipos de Cimento Portland? Disponível em: <http://www.abcp.org.br/cms/perguntas-frequentes/quais-sao-os-tipos-de-cimento-portland/>. Acesso em: 23 de abril de 2017 9 PEREIRA, Ariany Cardoso. Cimento Portland - Ariany Cardoso Pereira, Camila Silva Kloster, João Luiz da Silva Sobrinho, Tamiris Luiza Soares Lanini, Úrsula Maira Maciel Rigon; Sinop MT 2013* PINHEIRO, Antonio Carlos da Fonseca Bragança. Materiais de construção / Antonio Carlos da Fonseca Bragança Pinheiro, Marcos Crivelaro. – 2. Ed.- São Paulo: Érica, 2016
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