Aula de Cimento

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AULA 6 – CIMENTO
DEFINIÇÕES
aglomerante hidráulico produzido pela moagem do clínquer, composto essencialmente por silicatos de cálcio hidráulicos
produto obtido pela pulverização de clínquer constituído de silicatos hidráulicos de cálcio com certa proporção de sulfato de cálcio e, eventualmente, adições de produtos que modificam suas propriedades ou facilitam seu emprego
MERCADO NACIONAL
40M de toneladas em 1997
51 % consumidores
11 % concreteiras
13 % componentes
15 % construtoras
FABRICAÇÃO
extração da matéria prima
britagem
mistura
queima
moagem do clínquer
adições
REAÇÕES QUÍMICAS
	
	
	3CaO.SiO2
	silicato tricálcico
	C3S
	pedra calcária
	CaCO3
	2CaO.SiO2
	silicato dicálcico
	C2S
	argila
	SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + H2O
	3CaO.Al2O3
	aluminato tricálcico
	C3A
	
	
	4CaO.Al2O3.Fe2O3
	ferro aluminato tetracálcico
	C4AF
SiO2		sílica
Al2O3		alumina
Fe2O3		óxido de ferro
COMPOSIÇÃO QUÍMICA
	óxido
	abrev.
	compostos
	abrev.
	CaO
	C
	3CaO.SiO2
	C3S
	SiO2
	S
	2CaO.SiO2
	C2S
	Al2O3
	A
	3CaO.Al2O3
	C3A
	Fe2O3
	F
	4CaO.Al2O3.Fe2O3
	C4AF
	MgO
	M
	4CaO.3Al2O3.SO3
	C4A3S
	SO3
	S_
	3CaO.2 SiO2.3H2O
	C4S2H3
	H2O
	H
	CaSO4.2H2O
	CSH2
ADIÇÕES
misturadas ao clínquer na moagem
gesso (3%)
função: controlar o tempo de pega
escórias de alto-forno:
definições:
subproduto da produção de ferro-gusa
produto não metálico que consiste essencialmente de silicatos e alumino-silicatos de cálcio
escória granulada: produto granular resultante do resfriamento rápido da escória
características:
propriedades aglomerantes isoladamente
a quantidade de produtos cimentantes formados e a taxas de formação são insuficientes
quando combinada ao CP a hidratação é acelerada
materiais pozolânicos:
definição:
materiais silicosos e sílico-aluminosos 
exemplos:
rochas vulcânicas/argilas queimadas/cinzas de casca de arroz/subprodutos de queima de carvão mineral
características:
em si não é cimentante
moídos com grande finura
reagem com a cal liberada na hidratação do cimento formando compostos cimentantes: reação pozolânica
materiais carbonáticos
rochas moídas com CaCO3
fíller calcário (dar plasticidade)
TIPOS DE CIMENTOS DISPONÍVEIS NO BRASIL
cimento portland comum
cimento portland composto
redução de custos
cimento portland de alto-forno
cimento portland pozolânico
	Tipo
	Sigla
	composição (% em massa)
	
	
	CLQ + gesso
	escória
	pozolana
	fíler
	comum
	CP I
	100
	–
	–
	–
	
	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
	–
	–
	6–10
	alto forno
	CP III
	25–65
	35–70
	–
	0–5
	pozolânico
	CP IV
	45–85
	–
	15–50
	0–5
outros tipos
cimento portland ARI
dosagem diferente de calcário e argila na produção do clínquer
moagem mais fina
cimento portland resistente a sulfatos
teor de C3A < 8%
adições carbonáticas < 5%
cimentos AF com 60 a 70% de escória
cimentos pozolânicos com 25 a 40% de pozolanas
cimento portland branco
cimento portland de baixo calor de hidratação
	Tipo
	Sigla
	composição (% em massa)
	
	
	CLQ + gesso
	escória
	pozolana
	fíler
	ARI
	CP – V–ARI
	95-100
	–
	–
	–
FINURA
influencia a reação com a água
quanto mais fino o cimento mais rápida é a reação
moagem mais fina:
aumenta a taxa de reatividade e, portanto, a resistência
aumenta também o custo da moagem
aumenta calor de hidratação
estabelecimento de limites
partículas >s 45 (m são difíceis de hidratar
partículas >s 75 (m nunca hidratam completamente
HIDRATAÇÃO
definição
reação do cimento com a água
importância
reação gera produtos que possuem características de pega e endurecimento
numa reação química são importantes
transformações da matéria
variações de energia
a velocidade de reação
para o cimento
o cimento em si não é aglomerante e sim os seus produtos de hidratação
a quantidade de calor é importante porque o calor é algumas vezes favorável e outras não
a velocidade de reação é importante porque determina o tempo de pega e endurecimento: reação inicial deve ser lenta o suficiente para permitir o lançamento do concreto mas, após o lançamento é desejável um endurecimento rápido
mecanismo de hidratação
topoquímico ou hidratação no estado sólido
as reações ocorrem diretamente na superfície do cimento anidro sem entrarem em solução
reações simultâneas dos compostos anidros com a água
os compostos não hidratam à mesma velocidade
os aluminatos hidratam + rapidamente que os silicatos: determinam a pega (perda de consistência)
os silicatos tem papel importante na determinação das características de endurecimento (taxa de desenvolvimento de resistência)
hidratação dos aluminatos
reação do C3A com a água é imediata formando C3AH6, C4AH9 e C2AH8 e liberação de grande quantidade de calor
necessidade de se desacelerar a reação com o C3A, caso contrário, não há utilidade
(
adição de gipsita
a gipsita diminui a solubilidade do C3A
gipsita possui efeito retardador sobre os aluminatos porém um efeito acelerador sobre os silicatos: necessidade de se estabelecer limites
hidratação dos silicatos
quando completamente hidratados ocorre a formação de C3S2H3
2C3S + 6H ( C3S2H3 + 3CH
2C2S + 4H ( C3S2H3 + CH
hidratação do C3S e do C2S
	C3S
	C2S
	61% de C3S2H3
	82% de C3S2H3
	39% de Ca(OH)2
	18% de Ca(OH)2
a resistência é determinada pelo CSH: portanto a resistência de um cimento com alto teor de C3S é menor que a resistência de um cimento com alto teor de C2S
a durabilidade de um concreto submetido à ação de águas ácidas e sulfáticas é reduzida pela presença de Ca(OH)2
(
> durabilidade de um cimento com > C2S 
(
limitação do teor de C3S
uso de pozolanas
o C3S hidrata mais rapidamente que o C2S
(
C3S é importante na composição dos CP´s ARI
CALOR DE HIDRATAÇÃO
reações de hidratação dos compostos do cimento portland são exotérmicas
pode ser um problema ou pode ser desejável
em concreto massa
em concretagem em clima frio
calores de hidratação para os compostos
	compostos
	Calores de hidratação (cal/g)
	
	3 dias
	90 dias
	13 anos
	C3S
	58
	104
	122
	C2S
	12
	42
	59
	C3A
	212
	311
	324
	C4AF
	69
	98
	102
aproximadamente 50% do calor é liberado nos 3 primeiros dias e 90% nos três primeiros meses
ASPECTOS FÍSICOS DA PEGA E ENDURECIMENTO
enrijecimento
perda de consistência da pasta plástica
associada ao fenômeno de perda de abatimento do concreto
água livre na pasta que é responsável pela sua plasticidade
causas:
perda de água livre devido às reações iniciais de hidratação
adsorção na superfície dos produtos de hidratação
evaporação
pega
definição
solidificação da pasta em estado plástico
início de pega
momento a partir do qual a pasta se torna não trabalhável
impossibilita o lançamento, compactação e acabamento do concreto
fim de pega
momento em que a pasta se solidifica completamente
não deve ser longo para permitir outras atividades
determinação
aparelho de VICAT
resistência da pasta de consistência padrão à penetração de uma agulha sob carga de 300g
início de pega
tempo em que a agulha não consegue penetrar entre 5 e 7mm do fundo (de 40mm)
fim de pega
quando a agulha faz uma impressão na superfície mas não consegue penetrar
pela NBR 11581
início: após 1h
fim antes de 10h
endurecimento
definição
fenômeno de ganho de resistência com o tempo
mecanismo
preenchimento progressivo dos espaços vazios na pasta com os produtos de reação
(
diminuição da porosidade
diminuiçãoda permeabilidade
acréscimo de resistência
PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS
importância
é possível modificar as características de resistência alterando as proporções dos compostos já que a reatividade dos compostos com a água é variável
C3S
maior resistência inicial (4 primeiras semanas)
menor resistência final
C2S
maior resistência final (após 4 semanas)
menor resistência inicial
baixa liberação de calor
C3A
maior resistência inicial (contribui para a resistência apenas nos 3 primeiros dias)
menor resistência final
C4AF
praticamente não contribui para a resistência