Cimento Portland e suas Propriedades

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Trabalho – Materiais de Construção Civil II
Cimento Portland;
É o produto de uma atividade industrial integrada, a partir da exploração e beneficiamento de substâncias minerais (calcário e argila), sua transformação, através de moagem e homogeneização em farinha (mistura crua), e posterior processamento físico/químico em clínquer (cimento não pulverizado) e moagem. O cimento Portland pode ser definido como um pó fino, com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob a ação de água, sendo caracterizado, portanto, como um aglomerante hidráulico. Com a adição de água, se torna uma pasta homogênea, capaz de endurecer e conservar sua estrutura, mesmo em contato novamente com a água. Na forma de concreto, torna-se uma pedra artificial, que pode ganhar formas e volumes, de acordo com as necessidades de cada obra. Graças a essas características, o concreto é o segundo material mais consumido pela humanidade, superado apenas pela água.
Com diferentes adições durante a produção, se transforma em um dos cinco tipos básicos existentes no mercado brasileiro: cimento portland comum, cimento portland composto, cimento portland de alto forno, cimento portland pozolânico e cimento portland de alta resistência inicial.
Dosagem e Controle tecnológico;
É um conjunto de atividades que visa facilitar e atender rigorosamente o que foi estabelecido em projetos, especificações e normas técnicas.
O controle tecnológico do concreto é de extrema importância para avaliar o desempenho do sistema PAREDE DE CONCRETO. É o controle que pode confirmar se o material apresenta ou não as características indicadas no projeto, além de identificar e corrigir problemas de eventual não conformidade com o projeto. Este ativo mostra os procedimentos para o controle tecnológico nos dois momentos – ao receber o concreto na obra (estado fresco) e na aceitação da estrutura (concreto endurecido). O trabalho indica também os profissionais responsáveis pelas diversas etapas do processo.
 
Constituição e propriedade físicas: densidade, finura, tempo de pega, resistência, exsudação;
As propriedades físicas do cimento Portland são consideradas sob três aspectos distintos; propriedades do produto em sua condição natural, em pó, da mistura de cimento e água e proporções convenientes de pasta e, finalmente, da mistura da pasta com agregado padronizado – as argamassas. As propriedades da pasta e argamassa são relacionadas com o comportamento desse produto quando utilizado, ou seja, as suas propriedades potenciais para a elaboração de concretos e argamassas. Tais propriedades se enquadram em processos artificialmente definidos nos métodos e especificações padronizados, oferecendo sua utilidade quer para o controle de aceitação do produto, quer para a avaliação de suas qualidades para os fins te utilização dos mesmos.
Densidade: A densidade absoluta do cimento Portland é usualmente considerada como 3,15, embora, na verdade, possa variar para valores ligeiramente inferiores. A utilidade do conhecimento desse valor se encontra nos cálculos de consumo do produto nas misturas geralmente feitas com base nos volumes específicos dos constituintes. Nas compactações usuais de armazenamento e manuseio do produto, a densidade aparente do mesmo é da ordem de 1,5. Na pasta do cimento, a densidade é um valor variável com o tempo, aumentando à medida, que progride o processo de hidratação. Tal fenômeno; de natureza extremamente complexa, é conhecido pelo nome de retração. Esta ocorre nas pastas, argamassas e concretos. Pode atingir, em 24 horas, cerca de 7mm por metro na pasta pura, 4,5mm por metro na argamassa-padrão e 2mm por metro em concretos dosados a 350kg/cimento/m3 . Dada a excepcional importância que o fenômeno da retração tem na tecnologia do concreto, ele será tratado pormenorizadamente no estudo das propriedades do concreto endurecido.
Finura: A finura do cimento é uma noção relacionada com o tamanho dos grãos do produto. É usualmente definida de duas maneiras distintas: pelo tamanho máximo do grão, quando as especificações estabelecem uma proporção em peso do material retido na operação de peneiramento em malha de abertura definida, e, alternativamente, pelo valor da superfície específica (soma das superfícies dos grãos contidos em um grama de cimento). A finura, mais precisamente a superfície específica do produto, é o fator que governa a velocidade da reação de hidratação do mesmo e tem também sua influência comprovada em muitas qualidades de pasta, das argamassas e dos concretos. O aumento da finura melhora a resistência, particularmente a resistência da primeira idade, diminui a exsudação e outros tipos de segregação, aumenta a impermeabilidade, a trabalhabilidade e a coesão dos concretos e diminui a expansão em autoclave.
Tempo de pega: O tempo de início de pega determinado de acordo com a NBR 7215 deve ser, no mínimo, de uma hora. Este dado permite avaliar o tempo em que se iniciam as reações que provocam o endurecimento do concreto, devido ao cimento empregado. Na fase de pega, o concreto não deve ser perturbado por operações de transporte, colocação nas formas e adensamento. O fim de pega é o momento em que se conclui a solidificação do concreto ou da pasta de cimento e se inicia o endurecimento passando a adquirir resistência da mistura. Entre o início e o final da pega o concreto ou argamassa não deverá sofrer choque ou vibração para não impedir a cristalização da pasta, caso os compostos cristalinos de hidratação sejam interrompidos, ocorrerá perda de qualidade do concreto ou argamassa.
Resistência: A resistência mecânica dos cimentos é determinada pela ruptura à compressão de corpos-de-prova realizados com argamassa. A forma do corpo de prova, suas dimensões, o traço da argamassa, sua consistência e o tipo de areia empregado são definidos nas especificações correspondentes, e constituem características que variam de um país para outro. Quase todos adotam cubos de arestas de 5 a 7cm, predominando esta última dimensão. Apenas no Brasil e no Uruguai empregam-se corpos-de-prova de forma cilíndrica. No Brasil, o corpo-de-prova e um cilindro de 10cm de altura por 5cm de ∅. A consistência da argamassa é determinada pelo ensaio de escorregamento da argamassa normal sobre mesa cadente. O processo é descrito pormenorizadamente no método NBR 7215 (MB-1) da ABNT. Molda-se com argamassa um corpo-de-prova de formato tronco de cone, tendo como diâmetros das bases 125 e 80mm e como altura 65mm sobre uma plataforma lisa de um mecanismo capaz de promover quedas de 14mm de altura.
Exsudação: A exsudação é um fenômeno de segregação que ocorre nas pastas de cimento. Os grãos de cimento, sendo mais pesados que a água que os envolve, são forçados por gravidade, a uma sedimentação, quando possível. Resulta dessa tendência de movimentação dos grãos para baixo um afloramento do excesso de água, expulso das porções inferiores. Esse fenômeno ocorre, evidentemente, antes do início da pega. A água que se acumula superficialmente é chamada exsudação e é quantativamente expressa como percentagem do volume inicial da mesma, na mistura. É uma forma de segregação que prejudica a uniformidade, a resistência e a durabilidade dos concretos. Já foi dito que a finura do cimento influi na redução da exsudação, o que se compreende facilmente, considerando-se que a diminuição dos espaços interanulares aumenta a resistência ao percurso ascendente da água.
Propriedades químicas: estabilidade, calor de hidratação, resistência aos agentes agressivos;
As propriedades químicas do cimento Portland estão diretamente ligadas ao processo de endurecimento por hidratação. Ainda não se conhecem com muita precisão as reações e os compostos envolvidos no processo de endurecimento, restando muitas questões a serem esclarecidas. O processo é complexo, admitindo-se, atualmente, que se desenrole em desenvolvimentos que compreendem a dissolução na água, precipitações de cristais e gel com hidrólises e hidratações dos componentes do cimento.
Fabricação e armazenamento;Fabricação: Sua fabricação é de acordo com as especificações da ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. O cimento depende, principalmente, para sua fabricação, dos seguintes materiais: calcário, argila, minério de ferro e gesso. Durante o processo de fabricação, os materiais são analisados por diversas vezes, de forma a alcançar a composição química desejada. A fabricação do cimento envolve as seguintes operações:
Armazenamento: O cimento exige algum cuidado no seu armazenamento no canteiro de serviço. É necessário evitar qualquer risco de hidratação. Os sacos de papel não garantem a impermeabilização necessária, razão pela qual não se deve armazenar cimento por muito tempo. Os barracões para armazenamento de cimento devem ser bem cobertos e bem fechados lateralmente, devendo ser o soalho bem acima do nível do solo. Para armazenagem por curto espaço de tempo, podem-se cobrir as pilhas de sacos de cimento com lona, sendo elas colocadas sobre estrados de madeira convenientemente elevados do solo. Não se recomenda o armazenamento de cimento por mais de três meses. Quando se inicia a hidratação, o que se reconhece pela existência de nódulos que não se desmancham com a pressão dos dedos, o cimento torna-se suspeito. Pode ser usado, após peneiramento, somente em serviços secundários, como argamassas, pavimentos secundários etc.
Agradados: produção industrializadas;
Industrializados: Aqueles que são obtidos por processos industriais (argila, expandida, escória britada,)
Agregados Naturais;
Naturais: já são encontrados na natureza sob a forma definitiva de utilização (areia de rios, seixos rolados, cascalhos, pedregulhos,)
Índices de qualidade: resistência (compressão, tração, abrasão, esmagamento, ao choque); 
A resistência mecânica dos cimentos é determinada pela ruptura à compressão de corpos-de-prova realizados com argamassa.
No Brasil, empregam-se corpos-de-prova de forma cilíndrica, com 10 cm de altura e 5 cm de diâmetro, feitos com argamassa de consistência normal. 
Forma dos grãos;
Tamanho dos grãos:  refere-se às dimensões físicas das partículas de uma rocha ou de um outro sólido e podem variar de extremamente pequeno (partículas, coloidais, até maiores como argila, silte, areia, cascalho, matacão e rochas.
Aditivos; 
Os aditivos, que não estavam presentes nos primeiros passos do desenvolvimento do concreto, hoje são figuras de fundamental importância para sua composição. Há quem diga que eles são o quarto elemento da família composta por cimento, água e agregados e que sua utilização é diretamente proporcional à necessidade de se obter concretos com características especiais.
Ele tem a capacidade de alterar propriedade do concreto em estado fresco ou endurecido e apesar de estarem divididos em várias categorias, os aditivos carregam em si dois objetivos fundamentais, o de ampliar as qualidades de um concreto, ou de minimizar seus pontos fracos. 
Sua aplicação pode melhorar a qualidade do concreto nos seguintes aspectos: Trabalhabilidade, sem aumento do consumo de água;
Resistência;
Compacidade;
Durabilidade;
Bombeamento;
Fluidez (auto adensável);
E pode diminuir sua:
Permeabilidade;
Retração;
Calor de hidratação;
Tempo de pega (retardar ou acelerar)
Absorção de água;
ADITIVOS PLASTIFICANTES
São os aditivos que visão diminuir a tensão superficial as águas do concreto, ou seja, facilitar que a água penetre no gel de cimento, tendo assim uma melhor molhabilidade. Com isso para aumentar, por exemplo, uma consistência, não se necessita forçar mais água ao concreto, com esses aditivos poderá manter num traço o mesmo fator a/c, reduzindo a quantidade de água e de cimento e mantendo a mesma trabalhabilidade.
ADITIVOS POLIFUNCIONAIS
Os polifuncionais, ou multifuncionais, ganharam força no mercado de aditivos para concreto, devido a algumas necessidades de produção do concreto. Eles basicamente são parentes dos plastificantes e assim são classificados também, como em certas dosagens, principalmente em concreteiras, necessita a redução de água, eles possuem uma função de plastificantes, reduzindo a quantidade entre 6 a 10% de água.
ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES
São Aditivos que tem a mesma ação dos plastificantes, ou seja, redução de água aumenta de trabalhabilidade e fluidez. Porem esses tipos de aditivos faz isso com maior potência. São matérias muito aplicadas quando se deseja concretos com elevados slumps (como por exemplo, de 150 mm para cima), e grandes redutores de água, pois esses aditivos dependendo da categoria podem reduzir de 10 a 20% da água do traço. Com a grande redução de água, o aumento da resistência é cosequencia, sendo indicado em empresas de pré-fabricação de médio e grande porte.
INCORPORADORES DE AR 
São Aditivos que quando misturados ao concreto, introduzem bolhas ou micro bolhas de ar entre os compostos e que são conduzidas pela ação da água. Geram grande fluidez ao concreto, devido à facilidade desse deslocamento, e por isso muito indicado em concreto que se necessitam abrir o slump. As bolhas de ar não se interligam, devido a uma ação de repelência. Influenciam na resistência e normalmente para cada 1% de ar incorporado, é preciso adicionar mais 8% de cimento.
ADITIVOS ACELERADORES
São aditivos de ação química. Sua função química é facilitar a distorção da cal e da sílica, nos silicatos, e da alumina, nos aluminatos, agentes que depois da reação, provocam o endurecimento da pasta e resistência nas primeiras idades. Com a dosagem de aceleradores de pega, você ganha entre 50 a 70% da resistência inicial em relação ao concreto sem possuir esse aditivo, bem como a agilidade em desforma e liberação de área. 
Aplicações e efeitos:
Provocam uma pega mais rápida e desenvolvimento mais rápido de resistência.
Permitem a moldagem do concreto em temperaturas mais baixas, reduzindo tempo de acabamento dos projetos.
Possibilitando a liberação de pavimentos mais cedo para o tráfego, tecnologia fast track.