Aula 5 - ADIÇÕES MINERAIS

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ADIÇÕES MINERAIS 
Prof. Cristina Vitorino da Silva 
cristina@uricer.edu.br 
URI - Universidade Regional Integrada 
Campus de Erechim 
Curso de Engenharia Civil 
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I (38-251) 
INTRODUÇÃO 
• Classificação: 
• Material pozolânico 
• Material cimentante 
• Fíler 
 
• Alterações 
• Resistência química 
• Plasticidade 
• Modificação do tempo de pega 
• Economia de Clínquer 
• Economia de custo 
• Resolver problemas ambientais 
• Resolver problemas tecnológicos 
EFEITO DAS ADIÇÕES MINERAIS 
DURABILIDADE 
ESTADO 
FRESCO 
PROPRIEDADES 
MECÂNICAS 
ADIÇÕES 
MINERAIS EM 
MATERIAIS 
CIMENTÍCIOS 
Redução da 
permeabilidade e 
absorção 
Aumento da 
resistência à 
compressão e à 
tração 
Eficiência da adição mineral 
Aspectos reológicos 
Consumo de água 
Calor de hidratação 
Fissuração por retração 
plástica 
EFEITO DAS ADIÇÕES MINERAIS 
• A eficiência de uma adição mineral depende: 
 
• Da composição química 
• Do grau de amorficidade 
• Da granulometria 
• Da quantidade utilizada 
• Das condições de cura 
 
EFEITO DAS ADIÇÕES MINERAIS 
Cinza Volante 
Sílica Ativa 
90-95% sílica amorfa 
Diâmetro médio em torno de 1 m 
Cinza de Casca 
de Arroz 
Sub-produto das indústrias 
beneficiadoras de arroz 
CLASSIFICAÇÃO – Material Pozolânico 
C2S 
 + H2O → CSH + CH (hidratação do cimento Portland) 
C3S 
 
CH + S + H2O → CSH (reação pozolânica) 
onde: C = CaO , S = SiO2 , H = H2O, CH = Ca(OH)2 
• Material Pozolânico 
• Material silicoso ou sílico-aluminoso que por si só possui 
pouca ou nenhuma propriedade cimentícia, 
• Finamente moído, na presença da umidade, à 
temperatura ambiente : 
CLASSIFICAÇÃO – Material Pozolânico 
• Pode ser adicionada 
• Cimento durante a fabricação 
• Concreto como material constituinte 
 Adição 
 Substituição 
• Origem 
• Natural 
• Materiais naturais: tufos vulcânicos, terras diatomáceas, argilas 
calcinadas 
• Derivados de rochas ou materiais vulcânicos 
 
• Artificiais - Subprodutos industriais: 
• Cinza volante 
• Sílica ativa 
• Metacaulim 
• Cinza de casca de arroz 
 
CLASSIFICAÇÃO – Material Pozolânico 
Materiais Secundários nas 
indústrias produtoras 
CLASSIFICAÇÃO – Material Cimentante 
• Não necessita do hidróxido de cálcio para formar 
produtos cimentantes (C-S-H) 
• Hidratação lenta 
• A presença do Ca(OH)2 e da gipsita aceleram a 
sua hidratação 
• Ex: escória granulada de alto forno 
 
 
 
 
CLASSIFICAÇÃO – Fíler 
• Material INERTE, sem atividade química 
• Efeito físico – empacotamento 
• Material finamente moído (semelhante a do CP) 
 
Cinza de lodo de 
tratamento de esgotos 
Cinza da combustão 
de eucalipto 
Resíduo de corte de 
granito 
CLASSIFICAÇÃO – Fíler 
• Proporciona efeitos benéficos sobre as 
propriedades do concreto 
• Trabalhabilidade 
• Massa específica 
• Porosidade 
• Exsudação 
• NBR limita o teor em 10 % 
 
Classificação das adições minerais 
Efeito Químico e Físico das adições 
minerais 
• Efeito Químico - Pozolânico 
• Capacidade de reação com o hidróxido de cálcio – 
Ca(OH)2 – formado durante a hidratação do cimento 
Portland, para formar silicato de cálcio hidratado – C-S-H 
• Reações rápidas ou lentas 
 
SUPERFÍCIE 
ESPECÍFICA DAS 
PARTÍCULAS E 
COMPOSIÇÃO QUÍMICA 
Efeito Químico e Físico das adições 
minerais 
• Efeito Químico - Pozolânico 
• ABNT NBR 25: 1998 – Exigências químicas de materiais 
pozolânicos 
PROPRIEDADES 
Classes de material pozolânico 
N C E 
SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, % mín. 70 70 50 
SO3, % máx. 4,0 5,0 5,0 
Teor de umidade, % máx. 3,0 3,0 3,0 
Perda ao fogo, % máx. 10,0 6,0 6,0 
Álcalis disponíveis em Na2O, % máx. 1,5 1,5 1,5 
Classe N – pozolanas naturais e artificiais, Classe C – cinza volante, Classe E – 
qualquer pozolana cujos requisitos diferem das classes anteriores 
Efeito Químico e Físico das adições 
minerais 
• Efeito Químico - Pozolânico 
• ABNT NBR 25: 1998 – Exigências físicas de materiais 
pozolânicos 
PROPRIEDADES 
Classes de material pozolânico 
N C E 
Material retido na peneira 45 μm, % máx. 34 34 34 
Índice de atividade pozolânica: 
 
- Com cimento aos 28 dias, em relação ao controle, % mín. 
 
- Com a cal aos 7 dias, em Mpa 
 
- Água requerida, % máx. 
75 75 75 
6,0 6,0 6,0 
115 110 110 
Classe N – pozolanas naturais e artificiais, Classe C – cinza volante, Classe E – 
qualquer pozolana cujos requisitos diferem das classes anteriores 
Efeito Químico e Físico das adições 
minerais 
• Efeito Físico 
• Efeito microfíler 
 
• Refinamento da estrutura de poros e dos produtos de 
hidratação do cimento – redução do tamanho dos cristais 
 
• Alteração da microestrutura da zona de transição 
• Reduzem ou eliminam o acúmulo de água livre que fica retida nos 
agregados 
• Minimiza a espessura da zona de transição pela redução da 
exsudação 
 
Efeito Químico e Físico das adições 
minerais 
• Efeito Físico 
(a) e (b) mistura contendo apenas cimento Portland, respectivamente antes e após a 
hidratação e (c) e (d) mistura contendo cimento Portland e sílica ativa, respectivamente 
antes e após as reações de hidratação e pozolânicas. 
TIPOS DE ADIÇÕES MINERAIS 
• Pozolanas naturais 
• Cinza volante 
• Sílica ativa 
• Metacaulim 
• Cinza de casca de arroz 
• Escória granulada de alto-forno 
• Fíler 
• Cinza de bagaço de cana de açucar 
• Escória de cobre, entre outras.. 
 
 
POZOLANAS NATURAIS 
• ABNT NBR 5736:1991 – materiais de origem 
vulcânica , geralmente ácidos, ou de origem 
sedimentar 
Em geral, o 
processamento destes 
materiais resume-se à 
britagem, moagem e 
peneiramento 
Composições e 
propriedades muito 
variadas 
CINZA VOLANTE 
Usina Termelétrica de Candiota-RS 
Usina Termelétrica de São 
Jerônimo 
Sub-produto das 
usinas 
 termoelétricas 
CINZA VOLANTE 
• Subproduto resultante da combustão do carvão 
pulverizado em usinas termoelétricas 
• Cinzas de textura mais grosseira 
• Não são utilizadas como adição 
Cinza 
Pesada 
• Cinzas de textura mais fina 
• Utilizadas como adição 
Cinza 
Volante 
CINZA VOLANTE 
• Sul do Brasil: 
• 89% das reservas minerais de carvão do Brasil 
• Gera cerca de 2 milhões de cinza volante por ano 
• Tradicionalmente adicionada na fabricação de 
cimentos: 
• CP IV e CP II Z 
• Superfície específica: 
• varia de 300 a 700m2/kg 
• Massa específica: 
• varia entre 1900 a 2400kg/m3 
CINZA VOLANTE 
• Partículas tipicamente esféricas 
• Diâmetros variam de menos de 1 a mais de 150 μm 
(função do tipo de equipamento utilizado para 
queima) sendo a maioria menor que 45 μm 
Micrografia de partículas 
de cinza volante com 
microscópio eletrônico 
de varredura 
SÍLICA ATIVA 
• Subproduto do processo de obtenção do silício 
metálico e ferrosilício 
 
 
 
 
 
 
Captação 
Geração 
SÍLICA ATIVA 
• Relação entre produção da liga metálica e captação 
de sílica ativa 
 
 
 
 
 
 
 Captação potencial de sílica ativa, no Brasil, superior a 
180.000 toneladas no ano de 2004 
 Produção mundial em torno de 1 milhão de 
toneladas/ano – Noruega e Estados Unidos 
 
LIGA METÁLICA SÍLICA ATIVA 
1000 kg de silício metálico 550 kg 
1000 kg de ferrosilício 350 kg 
SÍLICA ATIVA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sílica ativa resultante da produção de silício 
metálicoproveniente de uma indústria 
a) da Noruega e b) do Brasil 
(a) (b) 
SÍLICA ATIVA 
 
 
 
 
 
COMPOSIÇÃO 
SILÍCIO 
METÁLICO (%) 
FERROSILÍCIO 
(%) 
SiO2 94 - 98 86 - 90 
C 0,20 - 1,30 0,80 - 2,30 
K2O 0,20 - 0,70 1,50 - 3,50 
Na2O 0,10 - 0,40 0,80 - 1,80 
MgO 0,30 - 0,90 1,00 - 3,50 
CaO 0,08 - 0,30 0,20 - 0,60 
Al2O3 0,10 - 0,40 0,20 - 0,60 
Fe2O3 0,02 - 0,15 0,30 - 1,00 
S 0,10 - 0,30 0,20 - 0,40 
Perda ao fogo 0,80 - 1,50 2,00 - 4,00 
Difratograma típico da 
sílica ativa, mostrando o halo de 
amorfismo 
• Características químicas 
e morfológicas 
 
 
 
 
 
 
SÍLICA ATIVA 
• Partículas esféricas extremamente pequenas (0,1 μm) 
e amorfas 
 
• Superfície específica: varia de 13.000 a 30.000m2/kg, 
ficando a média em torno de 20.000m2/kg, bastante 
superior à do cimento Portland (350 a 600m2/kg) ou à 
da cinza volante (300 a 700m2/kg) 
 
• Massa específica: encontra-se em torno de 
2200kg/m3, menor do que a do cimento Portland 
comum, de aproximadamente 3150kg/m3 
 
SÍLICA ATIVA 
METACAULIM 
• Obtenção 
 
 
 
 
 
Calcinação, entre 600°C 
e 900°C, de alguns tipos 
de argilas, como as 
cauliníticas e os caulins 
de alta pureza 
Tratamento do resíduo 
da indústria produtora 
de papel - caulim 
beneficiado de elevada 
brancura, finura e 
pureza 
METACAULIM 
• A pureza do caulim afeta tanto a reatividade 
como a cor do material. Quanto mais puro, mais 
claro e reativo resultará o metacaulim produzido 
• Quanto menor a quantidade de sílica e alumínio, 
menor a reatividade e menor a brancura do 
material 
 
 
 
 
 
METACAULIM 
 
 
 
 
 
COMPOSIÇÃO 
PORCENTAGEM 
EM MASSA 
SiO2 51,52 
Al2O3 40,18 
Fe2O3 1,23 
CaO 2,00 
MgO 0,12 
Álcalis 0,53 
Perda ao fogo 2,01 
• Composição típica do metacaulim de alta 
reatividade 
 
 
 
CINZA DE CASCA DE ARROZ 
• Material resultante da combustão da casca de 
arroz 
CINZA DE CASCA DE ARROZ 
• Em função do teor de carbono, a cinza pode 
apresentar colorações que variam entre o preto, o 
cinza e o branco-rosado 
Amostras de cinzas 
submetidas a diferentes 
tratamentos térmicos 
CINZA DE CASCA DE ARROZ 
• Superfície específica: varia de 50.000 a 
100.000m2/kg 
• Massa específica: encontra-se em torno de 2200 
a 2600kg/m³, semelhante à da sílica ativa e menor 
do que a do cimento Portland, de 
aproximadamente 3150kg/m³ 
• Grande quantidade de sílica (superior a 85%) 
CINZA DE CASCA DE ARROZ 
• Eficiência da cinza de casca de arroz como material 
pozolânico depende do controle no processo de 
queima 
Contém minerais de sílica 
não reativos (cristalinos) e 
de baixo valor pozolânico 
Combustão não 
controlada 
Obtenção de cinzas 
amorfas de alta 
pozolanicidade 
Combustão controlada, 
com temperaturas entre 
500°C a 700°C 
ESCÓRIA GRANULADA DE ALTO-FORNO 
• Sub-produto das indústrias siderúrgicas (processo 
fabricação do ferro gusa) 
ESCÓRIA GRANULADA DE ALTO-FORNO 
Produção brasileira de ferro guza em 2010 
32.000.000 ton 
Geração brasileira de escória de alto-forno em 2010 
Para cada tonelada de gusa produzido, 
aproximadamente 300 a 350 kg de 
escória de alto forno é gerada 
10.400.000 ton 
Geração mundial de escória de alto-forno em 2010 
120.000.000 ton 
ESCÓRIA GRANULADA DE ALTO-FORNO 
Quando as escórias de alto forno são resfriadas bruscamente, normalmente 
por meio de jatos de água ou vapor d’água sob alta pressão, resulta em um 
material predominantemente amorfo e potencialmente reativo. Este processo, 
conhecido como granulação, reduz a escória a grãos similares aos da areia 
natural. Essa escória, quando moída, pode ser utilizada na fabricação do 
cimento ou como adição em concretos.