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FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 1 CURSO: ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA: MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PROFESSOR: ANDERSON NIDECK PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND • O que é CIMENTO PORTLAND? MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 2 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND • CIMENTO PORTLAND: § O cimento pode ser definido como um pó fino, com propriedades aglomerantes, que endurece sob a ação de água. (ABCP-Associação Brasileira de Cimento Portland) MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND • CIMENTO PORTLAND: § O cimento pode ser definido como um pó fino, com propriedades aglomerantes, que endurece sob a ação de água. (ABCP-Associação Brasileira de Cimento Portland) § Nas OBRAS: • Principal matéria-prima das construções. • Concreto: segundo material mais consumido no mundo. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 3 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND § HISTÓRIA: • 2.500 a.c. – Egito – Gesso calcinado • 100 d.c. Grécia e Roma – Solos de origem vulcânica. • 1756 – produto de alta resistência com a calcinação de calcários moles e argilosos obtidos por John Smeton • 1824 – (Joseph Aspdin) queima de pedras calcarias e argila formando um pó que ao misturar com água se tornava duro como a rocha. – O nome Portland se deve a semelhança com certas rochas procedentes da ilha de Portland, na Inglaterra; MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND § HISTÓRIA: § BRASIL: • 1888 – Instalação de fábrica em Sorocaba com a primeira produção em 1897. • 1892 - inicio da produção na ilha de Tiriri – Paraiba. • 1924 – Marco da implantação da indústria do cimento. Implantação da Companhia Brasileira de Cimento na cidade de Perus, SP. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 4 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND § Investimento: • 200 a 300 milhões de dólares. • Média de 3 anos para construção da fábrica. § Atualmente no Brasil: • 22 grupos empresariais. • 95 fábricas em produção • Capacidade instalada de 82 milhões de ton./ano. • (dez/14 a nov/15) foram vendidas 64,9 milhões de ton. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 0) FABRICAÇÃO: § Via úmida: • A matéria-prima é moída com água e sai dos moinhos sob a forma de uma pasta contendo geralmente de 30 a 40% de água, e é bombeada para grandes tanques cilíndricos, onde se processa durante várias horas a operação de homogeneização. § Via seca: • A matéria-prima sai do moinho já misturada, pulverizada e seca e vai ao forno em forma de pó. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 5 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 1) EXTRAÇÃO: § Matérias Primas do cimento: § Jazidas estão localizadas sempre próximas à fábrica. • Calcário: • O calcário é uma rocha sedimentar, sendo a terceira mais abundante da crosta terestre. – CaCO3 – Carbonato de cálcio • Processo de detonação de rochas com explosivos, na superfície ou em minas. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 1) EXTRAÇÃO: § Matérias Primas do cimento: § Jazidas estão localizadas sempre próximas à fábrica. • Argila: • Silicatos complexos contendo alumínio e ferro como cátions principais: – SiO2 – Óxido de silício - Sílica, – Al2 O3 – Óxido de alumínio, – Fe2 O3 – Óxido de ferro • Obtida através da escavação em jazida. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 6 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND ETAPAS DA FABRICAÇÃO: 1. Extração 2. Britagem 3. Pré-homogenização (depósito) 4. Dosagem 5. Moagem 6. Homogeneização 7. Forno 8. Resfriamento 9. Clinquer 10. Adições 11. Moinho de cimento 12. Silos de Cimento 13. Expedição MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 1) EXTRAÇÃO: § Matérias Primas do cimento: § Jazidas estão localizadas sempre próximas à fábrica. • Calcário – CaCO3 – Carbonato de cálcio • Processo de detonação de rochas com explosivos, na superfície ou em minas. • Argila – SiO2 – Óxido de silício - Sílica, – Al2 O3 – Óxido de alumínio, – Fe2 O3 – Óxido de ferro • Obtida através da escavação em jazida. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 7 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1) EXTRAÇÃO: PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 2) BRITAGEM: § Calcário é reduzido através de britadores até atingir 2,5 cm de diâmetro. § Eliminação de grande parte das impurezas. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 8 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 2) BRITAGEM: PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 3) DEPÓSITO: § Pré-homogeneização do calcário. § Podem ocorrer variação da composição na jazida. § Ensaios para determinar a composição dos materiais. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 9 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 3) DEPÓSITO: PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 4) DOSAGEM: • Calcário .......................................... 90,00 % • Argila .............................................. 10,00 % § Mistura executada através de balanças dosadoras. § A dosagem é feita respeitando parâmetros químicos. § Correção feita com a utilização de areia ou minério de ferro. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 10 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 4) DOSAGEM PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 5) MOINHO DE CRU: – A mistura é moída até atingir - 0,050 mm de diâmetro. – Os moinhos ou trituradores podem ser verticais ou horizontais. – Resultado do processo: farinha crua. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 11 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 5) MOINHO DE CRU: PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 6) SILOS DE HOMOGENEIZAÇÃO: § Processo fundamental para garantir a qualidade do cimento. § Permite uma perfeita combinação dos elementos § Executada em silos de grande porte, através de processos pneumáticos e por gravidade. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 12 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 6) SILOS DE HOMOGENEIZAÇÃO: PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 13 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 7) FORNO: § Torre: Calcinação do calcário (400 0C a 900 0C) • CaCO3 + Calor = CaO + CO2 • 500 0C a 600 0C – perda de água da argila. • 700 0C a 900 0C – descarbonatação do calcário. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 7) FORNO: § Forno: A temperatura aumenta gradualmente e as transformações químicas e mineralógicas acontecem. A sílica, alumina, ferro e cal reagem no interior do forno. (900 0C a 1450 0C) • 3CaO . SiO2 = C3S - (silicato tricálcico) • 2CaO . SiO2 = C2S - (silicato bicálcico) • 3CaO . A2O3 = C3A- (Aluminato tricálcico) • 4CaO . A2O3 . Fe2O3 = C4AFe - (Ferroaluminato de cálcio) MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 14 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 7) FORNO: § Forno: • Acima de 900 0C - formação de cristais C3A e C4AFe • 1200 0C - não existe mais sílica livre. • 1250 0C – formação dos cristais de C3S • 1300 0C – a mistura C3A e C4AFe começa a fundir. • Acima de 1425 0C – não existe mais cal em excesso. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 7) FORNO: FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 15 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 7) MINERALOGIA DO CLINQUER PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 8) RESFRIAMENTO: § Redução da temperatura do material de 1450 0C para 100 0C. § O clinquer é o resultado deste resfriamento. § O resfriamento tem grande importância na qualidade do produto. § Resfriamento lento = Produto pouco reativo MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 16 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 8) RESFRIAMENTO: PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND • 9) DEPÓSITO DO CLINQUER: – Clinquer: BASE DO CIMENTO • C3S - Silicato Tricálcico (Alita) • C2S - Silicato Bicálcico (Belita) • C3A - Aluminato Tricálcico • C4AF - Ferrita - Ferroaluminato de cálcio MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 17 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND • 9) DEPÓSITO DO CLINQUER: – Clinquer: COMPOSIÇÃO: • C3S - Silicato Tricálcico (Alita) - 50 a 65% – Endurecimento rápido – Alto calor de hidratação – Alta resistência inicial • C2S - Silicato Bicálcico (Belita) - 15 a 25% – Endurecimento lento – baixo calor de hidratação – Baixa resistência inicial MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND • 9) DEPÓSITO DO CLINQUER: – Clinquer: COMPOSIÇÃO: • C3A - Aluminato Tricálcico - 6 a 10% – Pega rápida – Alto calor de hidratação – Baixa resistencia final • C4AF - Ferrita - Ferroaluminato de cálcio - 3 a 8% – Endurecimento lento – Resistente a sulfatos MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 18 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 9) CLINQUER: § COMPOSIÇÃO DO CLINQUER: § Segundo Bogue, Robert Herman, composição em % de peso: § C3S= 4,071·CaO – 7,600· SiO2– 6,718·Al2O3–1,430·Fe2O3– 2,852· SO3 § C2S= 2,867· SiO2– 0,7544·C3S § C3A= 2,650·Al2O3– 1,692· Fe2O3 § C4AF= 3,043·Fe2O3 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 10) ADIÇÕES: • Filler de calcário (F): – Material finamente moído com a mesma finura do cimento – São materiais naturais ou minerais inorgânicos processados – Vantagens: • Aumenta a trabalhabilidade • Melhora a densidade • Diminui a fissuração • Combate a exsudação MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 19 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 10) ADIÇÕES: • Escória de alto forno (E): – As escórias de alto-forno são obtidas durante a produção de ferro-gusa nas indústrias siderúrgicas e se assemelham aos grãos de areia. – Antigamente era um material sem maior utilidade, até ser descoberto que elas também tinham a propriedade de ligante hidráulico muito resistente – Essa descoberta tornou possível adicionar a escória de alto-forno à moagem do clínquer com gesso, guardadas certas proporções, – A cal liberada durante a hidratação do clínquer é o principal ativador químico da escória quando esta é adicionada ao cimento, ao passo que a ativação física é conseguida pelo aumento da finura quando a escória é moída separada ou conjuntamente com o clínquer. – Vantagens: • Aumenta a trabalhabilidade • Despredimento de calor de forma lenta • Pasta mais densa – Desvantagens • Perda rápida de abatimento • Sensiveis variações de água • Retardamento de pega em temperaturas normais MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 10) ADIÇÕES: • Pozolana (P): – São materiais silicosos ou sílico-aluminosos que possuem pouca ou nenhuma atividade aglomerante. – Quando finamente moídos e na presença de água, fixam o hidróxido de cálcio à temperatura ambiente, formando compostos com propriedades hidráulicas. – Pozolanas naturais • Material pozolânico de origem ígnea ou sedimentar, geralmente ácido, isto é, rico em materiais silicosos. – Pozolanas artificiais • Material pozolânico proveniente de tratamento térmico de determinadas argilas ou subprodutos industriais com atividades pozolânicas. • (argilas calcinadas, cinzas volantes e outros materiais não tradicionais, tais como:, microssílicas, rejeito sílico-aluminoso de craqueamento do petróleo; cinzassilicosas de resíduos de alguns vegetais e de rejeitos de carvão MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 20 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 10) ADIÇÕES: – Gesso: üRetardador de pega. – Escória de alto forno (E): • Produto resultante da fabricação de ferro gusa. ü Redução do calor de hidratação. – Filler de calcário (F): • Calcário moído. üMaterial de enchimento. – Pozolana (P): • Cinzas Vulcânicas, cinzas volantes, argilas calcinadas. üMelhora a trabalhabilidade. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 11) MOINHO DE CIMENTO: – Moagem final do clinquer com as adições: – Resultado: C I M E N T O MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 21 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 12) SILO DE CIMENTO: – O cimento é estocado, analisado e encaminhado para expedição: MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 13) EXPEDIÇÃO: – Mercado: • Granel • Sacos 50 Kg – Ensacados mecanicamente MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 22 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 13) Transporte: – 16 mil caminhões por dia, somente para retirar o cimento das plantas instaladas em todo o território brasileiro. – O raio de distribuição do produto: – Sul sudeste • 300 a 500 quilômetros no sudeste e sul do país, – Norte/nordeste: • 1000 quilômetros, alem do modal hidroviario. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND § Controle: • Durante todo o processo os materiais são analisados por diversas vezes, de forma a alcançar a composição química desejada. • Sua fabricação segue as normas da ABNT: Associação Brasileira de normas técnicas. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 23 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND § Controle: • O controlo do processo é efetuado pela determinação da composição química por raio x, quer da farinha crua, quer do clínquer, quer do cimento. • A finura da farinha crua e do cimento também é um parâmetro de controle. • O peso de litro e a cal livre são os parâmetros de controlo do clínquer. Estas análises são feitas sobre amostras recolhidas automaticamente e uniformemente ao longo do período de amostragem, que pode ser de 1, 2 ou 4 horas. • Hoje em dia já é possível fazer análises sobre o fluxo dos materiais, com resultados de minuto a minuto. Apesar de ser um processo muito caro, este começa a ser regra na indústria, dado o seu impacto na qualidadedos produtos. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND § Controle: • Propriedades mecânicas e características de performances de clínquer e cimentos são primariamente determinados por: – Estrutura, – Composição, e – Distribução das fases cristalinas…... e não pela concentração dos elementos • Alita • Belita • C3A • C4AF • Periclásio • Cal livre • Sulfatos MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 24 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND § Difração de raios X: • Uma das principais técnicas de caracterização microestructural de materiais cristalinos, encontrando aplicações em diversos campos • -> geociências, engenharia e ciência dos materiais, metalurgia, química, entre outros.. • Análise qualitativa – Cada composto cristalino apresenta um padrão difratométrico característico • Análise quantitativa – Intensidades de picos refletem as proporções de compostos na amostra MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND § Difração de raios X: MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 25 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND • E agora, o que é CIMENTO PORTLAND? MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND • E agora, o que é CIMENTO PORTLAND? • O cimento pode ser definido como um pó fino, com propriedades aglomerantes, resultante da moagem da mistura homogênia de clinquer portland, gesso e adições normalizadas, que endurece sob a ação de água. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FABRICAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND Anderson Nideck Materiais de Construção 26 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND MUITO OBRIGADO !!! MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
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