UNIDADE 3 AGLOMERANTES E AGREGADOS

Prévia do material em texto

UNIDADE 3: AGLOMERANTES E AGREGADOS
Os aglomerantes são materiais com propriedades ligantes, em geral pulverulentos (que se apresenta em estado de pó fino) e que misturados com a água formam uma pasta que endurece por processos devido às reações químicas ou por simples secagem. São utilizados, também, para ligar agregados, formando um corpo sólido e coeso.
 Esses materiais são classificados, basicamente, de duas formas. Quanto ao seu processo de endurecimento ou quanto à sua composição. 
Quanto ao processo de endurecimento são divididos em inertes e ativos. Os ativos são subdivididos em aglomerantes aéreos e hidráulicos.
 Inertes: Endurecem por simples secagem. (Exemplo: Argila e betume).
Ativos: Endurecem devido a reações químicas.
Aglomerantes Aéreos: Aglomerante cuja pasta apresenta propriedade de endurecer por reação de hidratação ou pela ação química do CO2 presente na atmosfera e que, após endurecer, não resiste satisfatoriamente quando submetida a ação da água (NBR 11172/90). (Exemplos: Gesso e cal aérea).
Aglomerantes hidráulicos: Aglomerante cuja pasta apresenta a propriedade de endurecer apenas pela reação com a água e que, após seu endurecimento, resiste satisfatoriamente quando submetida à ação da água (NBR 11172/90). (Exemplos: Cal hidráulica, cimento natural e cimento portland).
Quanto a composição os aglomerantes são divididos em quatro classes.
Simples: Cimento, cal e gesso;
Misto: Mistura pronta de cimento e cal;
Com adições ativas: Cal pozolânica;
Com adições inertes: Cimento colorido
Tipos de aglomerantes:
AGLOMERANTE INORGÂNICOS
Aglomerantes aéreos (que fazem presa em contacto com o ar) - gesso e cal aérea.
Aglomerantes hidráulicos: são materiais pulverulentos (pó fino) que, misturados com água, formam uma pasta capaz de endurecer por secagem natural, ou seja, provocam reação química que libera calor. Estes resistem satisfatoriamente à ação dissolvente da água) - cal hidráulica ou hidratada e cimento Portland.
AGLOMERANTES ORGÂNICOS
Poliméricos - resina epoxídica, resina acrílica, cola, mástique, 
Betuminosos - alcatrão, asfalto, derivados da destilação do petróleo
Aglomerante é o material ativo, ligante, em geral pulverulento, cuja principal função é formar uma pasta que promove a união entre os grãos do agregado. São utilizados na obtenção das argamassas e concretos, na forma da própria pasta e também na confecção de natas.
As pastas também podem ser utilizadas nos rejuntamentos de azulejos e ladrilhos.
As natas são pastas preparadas com excesso de água. As natas de cal são utilizadas em pintura e as de cimento são usadas sobre argamassas para obtenção de superfícies lisas.
Pega é a perda de fluidez da pasta. Ao se adicionar, por exemplo, água a um aglomerante hidráulico, depois de certo tempo, começam a ocorrer reações químicas de hidratação, que dão origem à formação de compostos, que aos poucos, vão fazendo com que a pasta perca sua fluidez, até que deixe de ser deformável para pequenas cargas e se torne rígida.
Início de pega de um aglomerante hidráulico é o período inicial de solidificação da pasta. É contado a partir do lançamento da água no aglomerante, até ao início das reações químicas com os compostos do aglomerante. Esse fenômeno é caracterizado pelo aumento brusco da viscosidade e pela elevação da temperatura da pasta.
Fim de pega de um aglomerante hidráulico é quando a pasta se solidifica completamente, não significando, entretanto, que ela tenha adquirido toda sua resistência, o que só será conseguido após anos.
A determinação dos tempos de início e de fim de pega do aglomerante são importantes, pois através deles pode-se ter idéia do tempo disponível para trabalhar, transportar, lançar e adensar argamassas e concertos, regá-los para execução da cura, bem como transitar sobre a peça.
Com relação ao tempo de início de pega os cimentos brasileiros se classificam em:
cimentos de pega normal tempo > 60 minutos 
cimentos de pega semi-rápida 30 minutos a 60 minutos
cimentos de pega rápida tempo < 30 minutos
No caso dos cimentos de pega normal, o fim da pega se dá, de cinco a dez horas depois do lançamento da água ao aglomerante. Nos cimentos de pega rápida, o fim da pega se verifica poucos minutos após o seu início.
Cimento Portland é a denominação técnica do material usualmente conhecido na construção civil como cimento. O cimento Portland foi criado e patenteado em 1824, por um construtor inglês, chamado Joseph Aspdin. Naquela época, era moda na Inglaterra construir com uma pedra, de cor acinzentada, originária da ilha de Portland, situada ao sul do país. Como o resultado da invenção de Aspdin se assemelhava, na cor e na dureza a pedra de Portland, foi patenteada com o nome de cimento Portland.
O cimento é um pó fino com propriedades aglutinantes, que endurece sob ação da água, sendo, portanto, um aglomerante hidráulico. Depois de endurecido, mesmo sob ação da água, não se decompõe mais. O cimento é hoje, sem dúvida, o mais importante dos aglomerantes, sendo de fundamental importância conhecer bem suas propriedades, para poder aproveitá-las da melhor forma possível. A combinação do cimento com materiais de diferentes naturezas como areia, pedra, cal, aditivo e outros, origina a formação das pastas, argamassas e concretos.
O cimento Portland é composto de clínquer, com adições de substâncias que contribuem para suas propriedades ou facilitam o seu emprego. Na realidade, são as adições que definem os diferentes tipos de cimento.
O clínquer, tem como matérias-primas o calcário e a argila. A rocha calcária é primeiramente britada, depois moída e em seguida misturada, em proporções adequadas, com argila, também moída. Essa mistura atravessa então, um forno giratório, cuja temperatura interna chega a alcançar 1450 0C, atingindo uma fusão incipiente. Esse calor é que transforma a mistura, no clínquer, que se apresenta primeiramente na forma de pelotas. Na saída do forno, o clínquer ainda incandescente é bruscamente resfriado, e finamente moído, transformando-se em pó.
No clínquer em pó está a essência do cimento, pois é ele quem tem a característica de desenvolver uma reação química, na presença da água, cujas conseqüências físicas, são, primeiramente, tornar-se pastoso, portanto moldável e, em seguida endurecer, adquirindo elevada resistência e durabilidade.
CLINQUERIZAÇÃO
A farinha crua moída é calcinada até fusão incipiente, a uma temperatura de 1450º C em um forno rotativo, onde então obtem-se o clínquer.
Fabricação do Cimento Portland
Comportamento mecânico dos compostos do cimento
a) o silicato tricálcico (C3S) é o maior responsável pela resistência em todas as idades, especialmente no primeiro mês de vida;
b) o silicato dicálcico (C2S) é o maior responsável pelo ganho de resistência em idades mais avançadas, principalmente, após um ano de idade;
c) o aluminato tricálcico (C3A) contribui para ganhos de resistência especialmente no primeiro dia; 
d) o ferro aluminato tetracálcico (C4AF) pouco contribui para a resistência do cimento; 
As adições são as outras matérias-primas, que misturadas ao clínquer na fase de moagem, fazem com que se obtenha os diversos tipos de cimento Portland disponíveis no mercado. As principais matérias-primas adicionadas ao clínquer são: o gesso, as escórias de alto-forno, os materiais pozolânicos e os materiais carbonáticos.
A contribuição de cada uma destas adições, às propriedades finais do cimento podem ser resumidas da seguinte forma:
gesso: tem como função básica regular o tempo de pega do cimento;
escória de alto-forno: é o subproduto obtido durante a produção de ferro-gusa nas indústrias siderúrgicas, resultante do processo de fusão do minério de ferro, com cal e carvão. A escória se separa do ferro gusa por diferença de densidade. Quimicamente, é composta de uma série de silicatos que ao serem adicionados ao clínquer do cimento, são capazes de sofrer reações de hidratação e posterior endurecimento. A adição de escória contribui para a melhoria de algumas propriedades docimento, como, por exemplo, a durabilidade e a resistência à agentes químicos;
materiais pozolânicos: são rochas vulcânicas ou matérias orgânicas fossilizadas encontradas na natureza, certos tipos de argilas queimadas em elevadas temperaturas e derivados da queima de carvão mineral nas usinas termelétricas, entre outros. Esses materiais, também apresentam propriedades ligantes, se bem que de forma potencial (para que passem a desenvolver a propriedade de ligante não basta a água, é necessária a presença de mais um outro material, por exemplo o clínquer). O cimento com adição desse material apresenta a vantagem de conferir maior impermeabilidade as misturas com ele produzidas;
materiais carbonáticos: são minerais moídos e calcinados. Contribui para tornar a mistura mais trabalhável, servindo como um lubrificante entre as partículas dos demais componentes do cimento.
Adições 
Existem vários tipos de cimento Portland, cuja diferença é feita basicamente em função das adições das matérias-primas, vistas anteriormente, que entram na composição final do cimento. Conforme estas adições as características e propriedades dos cimentos variam, influenciando seu uso e aplicação.
A designação dos cimentos é feita de acordo com o teor de seus componentes (% em massa). As últimas revisões das especificações brasileiras, realizadas pela ABNT, modificaram algumas das designações dos cimentos Portland fabricados no Brasil.
Além de existirem vários tipos de cimento, existem, também, diferentes classes de cimento. A classe do cimento define a resistência à compressão que o cimento tem que atingir aos 28 dias.
Os principais tipos de cimento Portland oferecidos no mercado, ou seja, mais empregados nas diversas obras de construção civil, são a seguir apresentados pelas suas designações e siglas (códigos adotados para identificação, inclusive na sacaria):
CP I - Cimento Portland Comum
CP I-S - Cimento Portland Comum com Adição
CP I-E - Cimento Portland Composto com Escória
CP I-Z - Cimento Portland Composto com Pozolana
CP I-F - Cimento Portland Composto com Fíler
CP V - ARI RS – Cimento Portland de alta resistência inicial
CPB - Cimento Portland Branco (Estrutural e Não Estrutural)
RS – Resistentes a sulfatos
BC – Baixo calor de hidratação
Cimento Portland Comum:
CP I – é o tipo mais básico de cimento Portland, indicado para o uso em construções que não requeiram condições especiais e não apresentem ambientes desfavoráveis como exposição às águas subterrâneas, esgotos, água do mar ou qualquer outro meio com presença de sulfatos. A única adição presente no CP-I é o gesso (cerca de 3%, que também está presente nos demais tipos de cimento Portland). O gesso atua como um retardador de pega, evitando a reação imediata da hidratação do cimento. Este tipo de cimento é constituído por somente clinquer e gesso, sem adições. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5732.
CP I S – tem a mesma composição do CP I (clínquer+gesso), porém com adição reduzida de material pozolânico (de 1 a 5% em massa). Este tipo de cimento tem menor permeabilidade devido à adição de pozolana. O teor de clinquer + gesso neste tipo de cimento deve estar entre 9% e 95%. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5732.
Cimento Portland Composto: São cimentos comuns onde existe a adição preponderante de escória, pozolana ou filler calcário.
CP I-E : contém adição de escória granulada de alto-forno, o que lhe confere a propriedade de baixo calor de hidratação. O CP I-E é composto de 94% a 56% de clínquer+gesso e 6% a 34% de escória, podendo ou não ter adição de material carbonático no limite máximo de 10% em massa. O CP I-E, é recomendado para estruturas que exijam um desprendimento de calor moderadamente lento. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 11578.
CP I-Z : contém adição de material pozolânico que varia de 6% a 14% em massa, o que confere ao cimento menor permeabilidade, sendo ideal para obras subterrâneas, principalmente com presença de água, inclusive marítimas. O cimento CP I-Z, também pode conter adição de material carbonático (fíler) no limite máximo de 10% em massa. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 11578.
CP I-F : é composto de 90% a 94% de clínquer+gesso com adição de 6% a 10% de material carbonático (fíller) em massa. Este tipo de cimento é recomendado desde estruturas em concreto armado até argamassas de assentamento e revestimento, porém não é indicado para aplicação em meios muito agressivos. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 11578.
Cimento Portland de Alto Forno:
CP-I : contém adição de escória no teor de 35% a 70% em massa, que lhe confere propriedades como: baixo calor de hidratação, maior impermeabilidade e durabilidade, sendo recomendado tanto para obras de grande porte e agressividade (barragens, fundações de máquinas, obras em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reativos, obras submersas, pavimentação de estradas, pistas de aeroportos, etc.) como também para aplicação geral em argamassas de assentamento e revestimento, estruturas de concreto simples, armado ou protendido, etc. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5735.
Cimento Portland Pozolânico:
CP-IV : contém adição de pozolana no teor que varia de 15% a 50% em massa. Este alto teor de pozolana confere ao cimento uma alta impermeabilidade e maior durabilidade. O concreto confeccionado com o CP IV apresenta resistência mecânica à compressão superior ao concreto de cimento Portland comum a longo prazo. É especialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente e ambientes agressivos. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5736.
Cimento Portland de Alta Resistência Inicial:
CP V-ARI : assim como o CP-I não contém adições (porém pode conter até 5% em massa de material carbonático). O que o diferencia deste último é processo de dosagem e produção do clínquer. Possui alto teor de C3S, apresentando o inconveniente de liberar muito calor de hidratação e maior quantidade de cal. O CP V-ARI é produzido com um clínquer de dosagem diferenciada de calcário e argila se comparado aos demais tipos de cimento e com moagem mais fina. Esta diferença de produção confere a este tipo de cimento uma alta resistência inicial do concreto em suas primeiras idades, podendo atingir 26MPa de resistência à compressão em apenas 1 dia de idade. É recomendado o seu uso, em obras onde seja necessário a desforma rápida de peças de concreto armado. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5733.
Cimento Portland Resistente a Sulfatos: 
Qualquer um dos tipos de cimento Portland anteriormente citados pode ser classificado como resistente a sulfatos, desde que se enquadrem dentro de uma das características abaixo:
Teor de aluminato tricálcico (C3A) do clínquer e teor de adições carbonáticas de no máximo 8% e 5% em massa, respectivamente;
Cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60% e 70% de escória granulada de alto-forno, em massa;
Cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico, em massa;
Cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovem resistência aos sulfatos.
É recomendado para meios agressivos sulfatados, como redes de esgotos de águas servidas ou industriais, água do mar e em alguns tipos de solos.
Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação:
É o cimento Portland de alto forno com baixo calor de hidratação, tendo como sigla – CP-I-BC.
Cimento Portland Branco:
Mistura de calcário e caulim, que é uma argila branca, pois não possui óxido de ferro. Alta temperatura de cozimento torna-o mais caro. Existe o estrutural e não estrutural.
Outros tipos de Cimento Portland:
Cimento aluminoso: Cimento obtido a partir de uma mistura de calcário e bauxita, possui cor negra. Usado em argamassas refratárias,resistem aos sulfatos. Deterioração com areia granítica, sem pega com temperatura superior a 30 °C, alto calor de hidratação. Umidade e alta temperatura podem levar ao colapso.
Cimento Portland de expansão controlada: Concreto sem expansão a partir do controle de CaO e MgO. Uso restrito a alguns países.
Cimento de Escória: Moagem da escória sem adições. Usa-se um catalisador para iniciar as reações, pois sua reação de hidratação é lenta. Usado em obras com problemas potenciais de reação álcali-agregado, tem um pH alto.
A classe dos cimentos define a sua resistência mecânica aos 28 dias e, tal como os tipos de cimento, também é expressa de forma abreviada, ou seja, em código.
A resistência mecânica dos cimentos é determinada pela resistência à compressão apresentada por corpos-de-prova produzidos com Argamassa Normal. A forma dos corpos-de-prova, suas dimensões, características, dosagem da argamassa e os métodos de ensaios, são definidos pela NBR 7215.
Até o ano de 1986, a unidade em que se media a resistência do corpo-de-prova padronizado era o quilograma-força por centímetro quadrado. A partir do ano de 1987, a resistência à compressão dos cimentos brasileiros passou a ser expressa pela unidade internacional chamada MegaPascal, conforme determinação do INMETRO. Essa nova unidade é abreviada como MPa e como 1 MPa é exatamente igual a 10,197 kgf/cm2, essa relação é arredondada para 1 MPa ≅ 10 kgf/cm2.
Matérias Primas: Ex. Cia Cimento Rio Branco (Votorantin)
90,0 % de Calcário
9,50 % de Argila
0,50 % de Minério de Ferro
As determinações da qualidade e da quantidade das matérias-primas que vão constituir os diversos tipos de cimento portland não podem ser feitas atendendo simplesmente à vontade unilateral de um produtor ou de um consumidor. 
No País a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) prepara e divulga normas técnicas que são usadas no mercado como padrão de referência. 
As normas técnicas definem não somente as características e propriedades mínimas que os cimentos portland devem apresentar como, também, os métodos de ensaio empregados para verificar se esses cimentos atendem às exigências das respectivas normas. 
Existem no Brasil 56 fábricas de cimento portland e todas elas atendem às exigências das normas técnicas determinadas pela ABNT. A qualidade é aferida pela Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP), entidade de Utilidade Pública Federal, com base nas normas da ABNT e nos princípios do Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (INMETRO). Quando um saco de cimento apresenta o Selo de Qualidade ABCP, isto significa que o produto nele contido está de acordo com as normas técnicas brasileiras, ou que atende a essas normas, ou, ainda, que foi produzido em conformidade com as exigências dessas normas. 
O cimento Portland é embalado em sacos de papel kraft, com 50 kg. No caso de grandes obras, e dispondo-se de silos para armazenamento, pode ser fornecido a granel.
Quando fornecido em sacos, as embalagens são de marcação padronizada, contendo a marca, o fabricante, o tipo e a classe.
Considerando que o cimento é um produto perecível, alguns cuidados são necessários para o armazenamento do cimento na obra, tais como:
abrigar da umidade - o cimento não deve, antes de ser usado, entrar em contato com a água ou com a umidade, pois caso isto aconteça, empedrará, Devemos reservar um local para construção de um barracão coberto, e com estrados de madeira, para isolar o contato dos sacos com o solo;
não formar grandes pilhas - a pressão dos sacos superiores sobre os inferiores diminuem o módulo de finura do cimento. Recomenda-se não fazer pilhas com mais de 10 sacos.
não estocar por muito tempo - o cimento deve ser estocado por um período máximo de um mês, mesmo assim tomando-se as precauções acima.
Cal: É o produto obtido pela calcinação de rochas calcárias a temperaturas elevadas. Existem três tipos de cales: cal aérea (cal virgem e cal hidratada) e a cal hidráulica.
Cal Virgem: É o aglomerante resultante da calcinação de rochas calcárias (CaCO3) numa temperatura inferior a de fusão do material (850 a 900 0C). Além das rochas calcárias, a cal também é obtida de resíduos de ossos e conchas de animais.
O fenômeno ocorrido na calcinação do calcário é o seguinte:
Calcário + calor ⇒ cal virgem + gás carbônico 
Ca CO3 + calor (900 0C) ⇒ Ca O + CO2
O produto que se obtém com a calcinação do carbonato de cálcio recebe o nome de cal virgem, ou cal viva (CaO), que ainda não é o aglomerante usado em construção. O óxido deve ser hidratado para virar hidróxido de cálcio Ca(OH)2 denominado de cal extinta ou cal queimada.
Cal Hidratada: é um produto manufaturado que sofreu em usina o processo de hidratação. É apresentada como um produto seco, na forma de um pó branco de elevada finura. A cal é encontrada no mercado em sacos de 20 kg.
A cal hidratada oferece sobre a cal virgem algumas vantagens, entre elas:
maior facilidade de manuseio, por ser um produto pronto, eliminando do canteiro de obras a operação de extinção;
maior facilidade de transporte e armazenamento.
Cal Hidráulica: Este tipo de cal é um aglomerante hidráulico, ou seja endurece pela ação da água, e foi muito utilizado nas construções mais antigas, sendo posteriormente, substituído pelo cimento Portland.
A cal pode ser utilizada como único aglomerante em argamassas para assentamento de tijolos ou revestimento de alvenarias ou em misturas para a obtenção de blocos de solo/cal, blocos sílico/calcário e cimentos alternativos.
 Durante muito tempo a cal foi largamente empregada em alvenarias, que vêm atravessando muitos séculos de vida útil. Atualmente o maior emprego da cal se dá, misturada ao cimento Portland.
Por causa da elevada finura de seus grãos (2 µm de diâmetro), e conseqüente capacidade de proporcionar fluidez, coesão (menor suscetibilidade à fissuração) e retenção de água, a cal melhora a qualidade das argamassas. A cal confere uma maior plasticidade as pastas e argamassas, permitindo que elas tenham maiores deformações, sem fissuração, do que teriam com cimento Portland somente. As argamassas de cimento, contendo cal, retêm mais água de amassamento e assim permitem uma melhor aderência.
A cal também é muito utilizada, dissolvida em água para pinturas, na proporção de mais ou menos 1,3 gramas por litro de água. A esta solução chama-se nata de cal e sua utilização é conhecida como caiação. As tintas de cal, além do efeito estético, têm, também, efeito asséptico, devido a sua alta alcalinidade (PH alto).
Dos aglomerantes utilizados na construção civil, o gesso é o menos utilizado no Brasil.
No entanto, ele apresenta características e propriedades bastante interessantes, dentre as quais, pode-se citar o endurecimento rápido, que permite a produção de componentes sem tratamento de aceleração de endurecimento. A plasticidade da pasta fresca e a lisura da superfície endurecida são outras propriedades importantes.
O gesso é um aglomerante de pega rápida, obtido pela desidratação total ou parcial da gipsita, seguido de moagem e seleção em frações granulométricas em conformidade com sua utilização. A gipsita é constituída de sulfato de cálcio mais ou menos impuro, hidratado com duas moléculas de água. As rochas são extraídas das jazidas, britadas, trituradas e queimadas em fornos.
CaSO4 + 2H2O
Devido a sua principal característica, o rápido endurecimento, o gesso presta-se à moldagem. Quanto a suas principais aplicações destacam-se: material de revestimento (estuque); placas para rebaixamento de teto (forro); painéis para divisórias; elementos de ornamentação, como: sancas, florões, etc.