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Adições dos Cimentos PCC 3222 2017 © Poli USP 2017 Objetivo da aula �Apresentar os diferentes tipos de adições dos cimentos comerciais �Compreender como as adições podem alterar as propriedades desses cimentos �Analisar os cimentos comerciais e as condições mais indicadas de uso. © Poli USP 2017 Fo n te : h tt p :/ /w w w .a b cp .o rg .b r/ cm s/ w p -c o n te n t/ u p lo ad s/ 20 09 /1 2/ ad ic o es -c im en to -i lu st ra -3 .jp g © Poli USP 2017 Nomenclatura dos Cimentos CIMENTO PORTLAND CIMENTO COMPOSTO II 32CP RS CLASSE DE RESISTÊNCIA (AOS 28 DIAS) Z RESISTÊNCIA A SULFATOS Fonte: adaptado da apresentação de Silva Vieira – Conceitos básicos sobre cimentos (Votorantim Cimentos ) http://images.taqi.com.br/large_730x730/041532_z_large.jpg h tt p :/ /w w w .c im en to n ac io n al .c o m .b r/ w p - co n te n t/ u p lo a d s/ 2 0 1 5 /1 0 /s ac o -a zu l- C P -I I- Z- es q .j p g © Poli USP 2017 Composições dos Cimentos (normas) Cimento Clínquer + gesso Escória de alto forno Pozolana Fíler calcário Classe Comum CP I 100 - 25 32 40 Comum com adição CP I-S 95-99 - - 1-5 Composto CP II-E 56-94 6-34 - 0-10 CP II-Z 76-94 6-14 0-10 CP II-F 90-94 - 0-10 Com escória de alto forno CP III 25-65 35-70 0-5 25 32 Pozolânico CP IV 45-85 - 15-50 Alta Resistência Inicial (ARI) CP V 95-100 - Fonte: adaptado da apresentação de Silva Vieira – Conceitos básicos sobre cimentos (Votorantim Cimentos ) www.abcp.org.br/cms/wp-content/uploads/2016/05/BT106_2003.pdf © Poli USP 2017 Uso das adições no cimento Cinzas volantes no S Escórias no SE Pozolanas no NE Fo n te : a d ap ta d o d a ap re se n ta çã o d e Si lv a V ie ir a – C o n ce it o s b ás ic o s so b re c im en to s (V o to ra n ti m C im en to s ) © Poli USP 2017 Uso de adições no Brasil 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 1.990 2.000 2.005 2.006 2.007 2.008 2.009 2.010 2.011 2.012 2.013 Gypsum Limestone Slag Fly ash Puzzolana Others 7% 13 % 3% 3% Ano 2013 © Poli USP 2017 Mercado predominante (ensacado, consumidor formiga) Dados: Sindicato Nacional da Indústria de Cimento 34,3 65,7 0% 20% 40% 60% 80% 100% Norte Nordeste Centro-Oeste Sudeste Sul Total Granel Saco © Poli USP 2017 Razões para o uso das adições � Econômicas � Reduz o teor do clínquer no cimento �Ambiental � Uso de resíduos (outras indústrias), redução de aterros � Emissões de CO2 de resíduos � zero. (%) (%)(%))( 2 adiçõesclinquer adiçõesEclinquerE COE adiçõesclinquercimento + ×+× = © Poli USP 2017 Emissões do CO2 (Cimentos Brasileiros) Média brasileira: ~600kg/t, teor de clínquer 69% Fonte: Heinrich (2015) Em is sõ e s d o c im e n to ( kg C O 2 /t c im e n to ) © Poli USP 2017 Efeito das adições no cimento � Alteram o calor de hidratação �Escória, pozolana, fíler calcário (REDUZ) � Metacaulim, microsílica (AUMENTA) � Alteram a resistência do cimento no tempo • Depende do tipo de adição, da área específica e da idade. • As resistências nas primeiras idades (< 28 dias) reduzem • As resistências nas idades avançadas (> 28 dias) aumentam � Alteram a durabilidade • Menos permeável (a agentes agressivos) • Ataque por sulfatos • Reduzir Al2O3 no cimento (< 8%) • Reação álcali-agregado © Poli USP 2017 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30R e s is tê n c ia à c o m pr e s s ão (M P a ) Idade (dias) CP I-S CP II CP III CP IV CP V Curva de resistência típica dos cimentos Mesmo teor de água (relação água/ligante) www.abcp.org.br/cms/wp-content/uploads/2016/05/BT106_2003.pdf © Poli USP 2017 Como agem as adições no cimento? Fonte:Lothenbach et al. Supplementary cementitious materials. Cement and Concrete Research 41 (2011) 1244–1256 SÃO MATERIAIS NÃO CRISTALINOS, COMPOSTOS PELOS ÓXIDOS PRINCIPAIS DO CIMENTO © Poli USP 2017 A + B + C = 100% Fo nt e: h tt p :/ /o u r. co m p o n e n to n e. co m /w p -c o n te nt /u p lo ad s/ 2 01 4/ 0 2/ te rn ar y. gi f © Poli USP 2017 Identificação de fase não cristalina Análise mineralógica (Difração de Raios-X) Fonte: Hoppe Filho (2008). Fase não cristalina © Poli USP 2017 Escórias de Alto Forno (EAF) h tt p :/ /w w w o .m et al ic a. co m .b r/ es co ri a- gr an u la d a -d e- al to -f o rn o h tt p s: // sc 0 1 .a lic d n .c o m /k f/ H TB 1 w G Jg K X X X X X cO X p X X q 6 xX FX X X Y/ EA F- b la ck -s te el -F u rn ac e- Sl ag .jp g © Poli USP 2017 De onde vem? Fonte:https://sites.google.com/site/tecnologiaprocessometalurgico/_/rsrc/1369619383569/fundicao-i/2-fornos/9-f-especiais/Auto-Forno.png © Poli USP 2017 Escória de alto-forno agregados lento Moída, em meio alcalino aglomerante Agregado (inerte) rápido EnergiaEnergia 1550oC Adição (reativa) © Poli USP 2017 Escória de alto forno: características e efeitos no cimento � Reatividade � depende de quantidade de fase não cristalina, contaminantes, alcalinidade do meio � reação lenta (reduz calor) � Resistência à compressão (mat. cimentícios) � Menor nas primeiras idades (<28 dias) � Maior nas idades avançadas (> 28 dias) � Durabilidade (mat. cimentícios) � Forma mais produtos hidratados � Menos poros � Retração (maior) �poros menores (maior quantidade) © Poli USP 2017 Pozolanas naturais Cinzas vulcânicas (as primeiras pozolanas naturais) © Poli USP 2017 Pozolanas (argilas calcinadas) Argila alimentada no forno (à esquerda) e argila calcinada em ambiente redutor (à direita) Desenvolvimento do IPT para atender à exigência de cor pelo usuário. Fonte: www.ipt.br/noticia/1082-argila_calcinada_no_cimento.htm © Poli USP 2017 Pozolanas (resíduos industriais) D is p o n ív ei s n o C P -I V D is p o n ív ei s n o m er ca d o p ar a ad iç ão a o c o n cr et o e ar ga m as sa s Cinza volante Sílica ativa (NBR13956) Metacaulinita (NBR15894)Cinza de casca de arroz (pouco usada) © Poli USP 2017 Microestrutura (pozolanas) Materiais geralmente mais finos que o cimento Portland (aglomeram) Vítreos/amorfos (não cristalinos) MetacaulinitaCinza volante © Poli USP 2017 Área Específica (pozolanas) Adição Área específica (m2/kg) Metacaulinita 10.000 – 25.000 Cinza volante 300-700 Sílica ativa 13.000-30.000 (*) (*) Aditivo dispersante é essencial para reduzir consumo de água © Poli USP 2017 Como ocorre a reação pozolânica no cimento? © Poli USP 2017 Reação de Hidratação: cimento Portland Silicatos de Cálcio (Clínquer) � Mais Rápida 2C3S + 6H → C3S2H3 + 3 CH � Mais Lenta 2C2S + 4H → C3S2H3 + CH PREENCHEM VAZIOS!!!! Simbologia: C = CaO S=SiO2 H=H2O CH = Ca(OH)2 C-S-H CAL HIDRATADA C-S-H CAL HIDRATADA SUBPRODUTO DA HIDRATAÇÃO © Poli USP 2017 Entendendo a reação pozolânica Reação Pozolânica (condições): 3CH + 2S → 2C3S2H3 Subproduto da hidrataçãodo cimento portland Sílica vítrea (amorfa), solúvel em meio alcalino Produtos de hidratação (C-S-H) REAÇÃO LENTA!!!! © Poli USP 2017 Pozolanas: características e efeitos no cimento � Reatividade • depende do tipo, da fração não cristalina (amorfa), área específica, etc • a reação é geralmente lenta. � Resistência à compressão (mat. cimentícios) � Menor nas primeiras idades (<28 dias) � Maior nas idades avançadas (> 28 dias) �Durabilidade (mat. cimentícios) � Forma menos cal hidratada � Menos poroso (mais C-S-H) © Poli USP 2017 É possível produzir um cimento integralmente composto por pozolana? Quais características são desejáveis para uma pozolana? © Poli USP 2017 Teor crítico de adição 0 20 40 60 80 0 20 40 60 80 R e si st ên ci a à co m pr e ss ão (M Pa ) Teor de cinza (%) 91 28 3 dias © Poli USP 2017 Fíler: por que adicionar? � Usado para reduzir o teor de clínquer em materiais cimentícios � Quando mais fino que o cimento, pode reduzir demanda de água dos materiais cimentícios � Tem pouco efeito químico (reação), mas pode gerar um pequeno aumento na resistência à compressão. © Poli USP 2017 (Efeito) Fíler QUANDO O FÍLER CALCÁRIO É MAIS FINO QUE O CIMENTO, O MESMO PODE GERAR EMPACOTAMENTO DOS SÓLIDOS E REDUZIR A DEMANDA DE ÁGUA. © Poli USP 2017 (Efeito) Fíler QUANDO MAIS FINOS QUE O CIMENTO, PODEM ACELERAR A REAÇÃO DE HIDRATAÇÃO DO CIMENTO (EFEITO NUCLEADOR) © Poli USP 2017 Exercício 1 • Estime a geração de escória de alto forno no Brasil. • Discuta se a produção do cimento poderia ser integralmente substituída pela escória de alto forno. © Poli USP 2017 Resposta •Produção de Cimento (2015) • 65,3 milhões de t/ano •Produção de ferro gusa (2015) • 27,016 milhões de t/ano • Geração de escória de alto forno • 0,300 t de escória/ t de ferro gusa •Produção de escória de alto forno (2015) • 27,016 x 0,30 = 8,105 milhões de t/ano •Teor estimado de substituição • 8,1/65,3=12% !!!! © Poli USP 2017 Exercício 2 � Defina um cimento comercial para uso em uma obra de fundação de grande porte na cidade de São Paulo. •No solo local, foi identificada a presença de sulfatos. � Justifique a sua escolha. © Poli USP 2017 Bibliografia DAL MOLIN, D.C.C. Adições minerais. In: Geraldo Cechella Isaia. (Org.). Concreto: Ciência e Tecnologia. 2ed.São Paulo: Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON), 2011, v. 1, p. 185-232. © Poli USP 2017 © Poli USP 2017 Este trabalho está licenciado sob uma Licença Creative Commons CC BY-NC. Para ver uma cópia desta licença: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/legalcode#languages Pode ser reproduzido e alterado, garantindo o devido crédito a Poli USP e não pode ser usado para fins comerciais. © Poli USP 2017
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