CIMENTO PORTLAND 2012

Prévia do material em texto

����������
�
CLASSIFICAÇÃO, PROPRIEDADES, ENSAIOS
CIMENTO PORTLAND
AGLOMERANTES
� Aéreos - Após o endurecimento NÃO
resistem satisfatoriamente quando submetidos à
ação da água (gesso, cal aérea)
� Hidráulicos - Resistem satisfatoriamente à
água após endurecimento (cimento, cal hidráulica)
����������
�
Consumo de cimento
Fonte: SNIC
O QUE É CONCRETO
Mistura em proporções pré-fixadas de um
aglutinante (cimento) com água e um
agregado constituído de areia e pedra, de
sorte que venha a formar uma massa
compacta, de consistência plástica, e que
endurece com o tempo.
Fonte: Aurélio
����������
�
“Receita de bolo”
CONCRETO
����������
�
Custo
����������
�
MATÉRIAS PRIMAS
� Calcário: carbonato de cálcio (CaCO3) que possui
impurezas comoMgO, SiO2, Al2O3 e Fe2O3.
� Argila: constituída de silicato de alumínio hidratado.
A argila fornece os óxidos SiO2, Al2O3 e Fe2O3.
� Gesso: principalmente gipsita (CaSO4.2H2O).
Jazidas principalmente no nordeste, então utiliza-se
o fosfogesso ou gesso sintético, que é rejeito de ácido
fosfórico.
MATÉRIAS PRIMAS
Calcário é uma rocha sedimentar com predomínio de CaCO3. 
����������
	
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
� Extração da matéria prima
� Britagem do calcário
� Dosagem da mistura crua
� Moagem e mistura
� Homogeneização
� Cliquerização
� Esfriamento
� Adições finais e moagem
� Ensacamento.
����������
Forno de clinquerização
C3S
• Silicato tricálcico (alita)
• 3CaO.SiO2
C2S
• Silicato dicálcico (belita)
• 2CaO.SiO2
C3A
• Aluminato tricálcico
• 3CaO.Al2O3
C4AF
• Ferro Aluminato tetracálcico
• 4CaO.Al2O3.Fe2O3
CLÍNQUER DE CIMENTO PORTLAND
No forno a sílica, alumina e os óxidos de ferro e cálcio reagem dando origem ao 
clínquer. Seus principais constituintes são:
Álcalis: Na e K.
Provenientes da 
argila ou carvão.
����������
�
PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS
C4AF: pega rápida mas não instantânea como o C3A. O Fe2O3 trabalha como
fundente e fixa parte da alumina, melhorando a resistência a sulfatos.
C3A: tem pega instantânea desenvolvendo altíssimo calor de hidratação. Sua
quantidade é pequena, no entanto a presença de alumina é importante na fase de
produção do cimento pois ela age como fundente facilitando a formação do
clínquer em menores temperaturas.
C2S: tem pega lenta com baixa resistência até os 28 dias, entretanto esta aumenta e
se equivale à do C3S no primeiro ano. Desenvolve baixo calor de hidratação.
C3S: composto essencial do cimento Portland. Responsável pela resistência inicial.
Reage em poucas horas com a água, liberando grande quantidade de calor na
hidratação.
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO CIMENTO PORTLAND
Composição química %
CaO (C) 58,9 – 66,8
SiO2 (S) 19 – 24
Al2O3 (A) 3,9 – 7,3
Fe2O3 (F) 1,8 – 5
MgO 0,5 – 6,3
SO3 1,2 - 3
����������
�
HIDRATAÇÃO, PEGA E ENDURECIMENTO
O enrijecimento da pasta se caracteriza pela hidratação
dos aluminatos e a evolução da resistência
(endurecimento) é realizada pelos silicatos.
Hidratação do cimento Portland
ALUMINATOS
Com a adição de água a reação do C3A é imediata.
Formam-se imediatamente hidratos gerando alta
liberação de calor.
Para retardar essa reação adiciona-se ao cimento a
gipsita (gesso).
Produtos da hidratação do C3A:
Etringita: C6ASH32
Monossulfato: C4ASH18
Dependem da 
concentração de
aluminato e sulfato.
Quanto +sulfato+etringita.
����������
��
Fonte: Mehta e Monteiro, 1994.
A etringita formada contribui para a
pega e endurecimento da pasta.
Pega: tempo que decorre desde a
adição de água até o início das
reações com os compostos do
cimento (tempo de início de pega).
Aumento brusco da viscosidade e
elevação da temperatura.
Endurecimento: quando se dá o
fim de pega e a pasta não é mais
deformável para pequenas cargas
(já tem resposta mecânica), a
massa aumenta ainda mais a sua
coesão e resistência (fase de
endurecimento)
Hidratação do cimento Portland
SILICATOS
A hidratação do C3S e C2S origina o C-S-H (silicato de cálcio
hidratado) e Ca(OH)2.
2C3S + 6H2O – C-S-H + 3Ca(OH)2
2C2S + 4H2O – C-S-H + Ca(OH)2
C3S resultaria em 61% de C-S-H e 39% de Ca(OH)2
C2S resultaria em 82% de C-S-H e 18% de Ca(OH)2
Fonte: Neville (1997)
����������
��
PRODUTOS HIDRATADOS
C-S-H : responsável pela resistência mecânica da pasta de
cimento hidratada. Representa cerca de 60% do volume de
sólidos da pasta endurecida.
Ca(OH)2: contribui pouco para a resistência. Fornece pouca
adesão entre os hidratos. É solubilizado com a água.
Reage com CO2 e forma CaCO3 que é um carbonato insolúvel
mas fera eflorescências. Gera ambiente alcalino bom para
a proteção das armaduras. Ocupa em torno de 20% da
pasta hidratada.
Etringita e monossulfato de cálcio: em torno de 20% da pasta
hidratada.
Fonte: Mehta e Monteiro (1994)
Portlandita
Contribuições quanto à resistência
� Até os 3 dias é assegurada pela hidratação dos
aluminatos e silicatos de cálcio (C3S).
� Até os 7 dias é assegurada pelo aumento da
resistência do C3S.
� Até os 28 dias continua a hidratação do C3S
responsável pelo ganho de resistência, com pequena
contribuição do C2S.
� Acima de 28 dias o aumento da resistência ocorre em
função da hidratação do C2S.
����������
��
Como aumentar a resistência inicial?
� Teor de C3S
� Melhor moagem do clínquer
Finura
Corresponde à área específica de contato dos grãos de
cimento com a água da mistura, tanto maior quanto
mais eficiente for a moagem do cimento. Influência
no comportamento do cimento:
� Velocidade de endurecimento
� Potencialidade – reatividade
A hidratação dos 
compostos do cimento 
é exotérmica!
ADIÇÕES NO CIMENTO PORTLAND
Produto que, além dos constituintes
normais (água, agregado e cimento
Portland) é adicionado ao concreto com
o intuito de modificar certas
propriedades da mistura fresca e/ou
endurecida.
����������
��
ADIÇÕES NO CIMENTO PORTLAND
Pozolanas: ação pozolânica – fixação do Ca(OH)2 e
formação do C-S-H.
� Cinza volante
� Sílica ativa
� Metacaulim
� Cinza de casca de arroz
Escória de alto forno: baixa reatividade.
Filer: inerte. Melhora trabalhabilidade.
Tipos de cimentos nacionais
����������
��
TIPO CP XXX RR
Cimento 
Portland
Composição 
ou 
qualificativo
Resistência 
aos 28 dias
CP II E 32 (TIPO)
CPII-E (SIGLA)
32 (CLASSE)
Nome técnico: Cimento Portland 
composto com escória
Composição dos cimentos
����������
��
����������
�	
Produção de cimento conforme o tipo
COMUM CP I 0,6%
COMPOSTO CP II 64%
ALTO-FORNO CP III 17%
POZOLÂNICO CP IV 11%
ARI CP V 7,8
BRANCO CPB 0,2%
Fonte: SNIC 2008
CIMENTO PORTLAND
ENSAIOS
����������
�
ENSAIOS FÍSICOS
� Massa específica
Conforme NBR 6474, consiste na
determinação do volume deslocado por
uma massa de cimento conhecida
quando introduzida no frasco
volumétrico de Le Chatelier.
d= m/vdesl (g/cm3)
Utiliza-se xileno ou querosene.
A diferença entre as leituras final e inicial é
o volume deslocado.
CP I: entre 3,05 e 3,18 g/cm3
CP IV: entre 2,90 e 3,00 g/cm3
CP III: entre 3,00 e 3,05 g/cm3
ENSAIOS FÍSICOS
� Área específica (NBR 7224)
Indicador da finura do material.
Equipamento é o permeabilímetro de Blaine.
O ensaio consiste em medir o tempo necessário
para que uma certa quantidade de ar
atravesse uma amostra de densidade
conhecida.
Determina-se a superfície específica por
comparação dos resultados obtidos para uma
amostra padrão de superfície específica
conhecida.
Unidade: cm2/Kg ou m2/Kg
Cimento normal tem blaine próximo a 3000
cm2/Kg.
����������
��
ENSAIOS FÍSICOS
A amostra é colocada na célula de
permeabilidade.Com a pera de sucção faz-se a aspiração do ar
forçando o fluido manométrico deslocar-se
da marca 11 para a 8.
Fecha-se o registro e fluido manométrico
retorna a sua posição de equilíbrio,
forçando o ar a fluir pela célula de
permeabilidade onde está a amostra.
A velocidade desse retorno (tempo para ir de
8 para 11) está relacionada à finura do
cimento.
Quanto mais baixa a velocidade mais
fino é o cimento.
ENSAIOS FÍSICOS
� Peneiramento (NBR 7215)
Partículas do cimento entre 10 e 30 µm.
Uma pequena quantidade >75 µm: velocidades de
hidratação são muito lentas, não contribuindo para
resistência até os 28 dias.
Faz-se o peneiramento de 50g de cimento na peneira 200
(0,075mm).
Final ensaio: Após 1 minuto de peneiramento, não passar
mais de 0,1% da massa da amostra
Finura = (material retido/material total)x100
����������
��
ENSAIOS FÍSICOS
� Tempo de pega
Medida da viscosidade da pasta de cimento.
� Início de pega é o tempo
transcorrido entre a adição de
água ao cimento e quando a
agulha de Vicat estaciona a
1mm do fundo do molde.
� Fim de pega quando a agulha
de Vicat não consegue penetrar
na pasta uma profundidade
superior a 2mm.
ENSAIOS FÍSICOS
� Expansibilidade
Hidratação do cimento é acompanhada de uma redução de volume.
� Alguns compostos químicos
ao reagirem com água
resultam em produtos
expansivos que podem
compensar a retração
(redução de volume) ou
provocar expansão.
Volumes cimento + água
>
Volume dos produtos de hidratação
CaO: reage com água e forma Ca(OH)2
Periclásio (MgO): presente no cimento em função da
utilização de calcário com alto teor de magnésia
Gipsita: adicionada em grandes quantidades reagem com
C3A e forma etringita tardia
����������
��
Medida da expansibilidade
� Determina se o cimento apresenta expansão anormal ou
não.
� Ensaio a quente é obrigatório. CPs são imersos em água
levada a ebulição durante 5 horas.
Medida pelo 
afastamento das 
hastes soldadas ao 
molde. 
O valor máxima para 
todos os cimentos é 
5mm.
Resistência à compressão do cimento
•Corpos-de-prova
cilíndricos (5x10cm)
•4 camadas com 30
golpes cada uma;
•4 corpos-de-prova
por idade de ensaio.
•Mantidos em
câmara úmida por
24h, demoldados,
imersos em água
saturada de cal até a
idade determinada.