Trabalho de química aplicada cimento PORTLAND

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CENTRO DE ENSINO SUPERIOR DE FOZ DO IGUAÇU – CESUFOZ
ENGENHARIA CIVIL – 5° PERÍODO
LÍLLIAN ZAMPOLI DE FRANÇA
RA: 06010003907
CIMENTO PORTLAND E SUA CLASSIFICAÇÃO
FOZ DO IGUAÇU – PR
2019
LÍLLIAN ZAMPOLI DE FRANÇA
CIMENTO PORTLAND E SUA CLASSIFICAÇÃO
Trabalho acadêmico sobre o cimento Portland, realizado como nota do trabalho para o primeiro bimestre de química aplicada na engenharia civil.
Professor (a): Edvaldo
FOZ DO IGUAÇU – PR
2019
INTRODUÇÃO
O cimento é um dos materiais mais usados na construção civil, por conta da sua larga utilização em diversas fases das construções. Esse pertence à classe dos materiais classificados como aglomerados hidráulicos, pois quando em contato com a água entra em processo físico-químico.
No presente trabalho abordou-se sobre o tema cimento e suas classificação por meio do qual é possível diferenciar os diferentes tipos de cimento. Fator importante na boa escolha do mesmo. Leva-se então em consideração sua classe de resistência, que é a característica mais importante do cimento. Geralmente é analisado essa classe de resistência em torno de 28 dias de cura e é possível verificar tal classe na própria embalagem do produto.
Cada tipo de cimento Portland possui algumas vantagens diferentes devido a suas características, sendo classificado em cinco tipos básicos e três especiais. Para uso geral todos os tipos de cimentos são indicados, mas eles possuem uma classificação especifica para cada necessidade, feita de acordo com as especificações da ABNT para facilitar sua utilização.
A seguir, para melhor entender a classificação e definição do cimento Portland e também a fins de conhecimento do mesmo, aborda-se sua história, seus diferentes tipos e para que serve em cada necessidade além de sua definição e outros sobre o tema.
DESENVOLVIMENTO
História e Origem
Primeiramente, o cimento surgiu através da busca do homem por segurança e durabilidade para as edificações com diversos experimentos de materiais aglomerados que eram chamados pelos romanos de de caementum, nome esse que originou a palavra cimento. Em torno de 1756 o engenheiro John Smeaton estava em busca de um aglomerante que endurecesse mesmo com o acréscimo da água com o objetivo da reconstrução do farol de Eddystone, na Inglaterra. Em suas tentativas e experimentos, observou que uma mistura calcinada de calcário e argila depois de seca, tornava-se tão resistente quanto as pedras utilizadas na época nas construções e não se dissolvia quando em contato com a água novamente.
Porém, a descoberta foi patenteada pelo químico britânico Joseph Aspdin em 1824, sendo nomeado Portland em homenagem a ilha britânica Portland, no condado de Dorset, pois apresentava cor e propriedades de durabilidade e solidez semelhantes às rochas encontradas nessa ilha. Constava-se no patenteamento que o calcário era moído com argila, em meio úmido, até formar um pó impalpável. A água era evaporada pela exposição ao Sol ou por irradiação de calor através de cano com vapor. Os blocos dessa mistura seca eram calcinados em fornos e depois moídos até ficarem bem finos.
Alguns anos antes o engenheiro e pesquisador Louis Vicat publicou seus resultados de experiências com a teoria básica para produção e emprego de um novo tipo de aglomerante que dava origem ao cimento artificial. Porém, esse produto estava longe do cimento Portland que desencadeou uma verdadeira revolução na construção pelas suas propriedades de moldabilidade, hidraulicidade (endurece tanto na presença de ar como de água), elevada resistência aos esforços e por ser obtido através de matérias-primas abundantes e disponíveis na natureza.
Através da criatividade de arquitetos e projetistas, a precisão dos modernos métodos de cálculo e a genialidade dos construtores houve um impulso do avanço das tecnologias de cimento e concreto, possibilitando ao homem a transformar o meio em que vive conforme suas necessidades. Sua importância cresceu a partir do concreto simples, passando ao concreto armado e até chegar ao concreto protendido. Com o passar do tempo foram sendo descobertos novos aditivos, como a sílica ativa dando origem ao concreto de alto desempenho que é conhecido como CAD, com resistência às compressões de até 10 vezes superiores às anteriores.
Devido a obras cada vez mais arrojadas e indispensáveis que ofereçam maior conforto e bem-estar, e o contínuo surgimento de novos produtos e aplicações, o cimento tem sido um dos produtos mais consumidos da atualidade com dimensões estratégicas a sua produção e comercialização.
No Brasil, os estudos relativos a fabricação do cimento Portland ocorrera em volta de 1888, foi quando o comendador Antônio Proost Rodovalho se empenhou para instalar uma fábrica na fazenda Santo Antônio que era de sua propriedade em Sorocaba - São Paulo. Nessa época houve várias tentativas de fabricação de cimento no Brasil chegando a funcionar durante apenas três meses em 1892, uma pequena instalação produtora na ilha de Tiriri, na paraíba, cuja construção foi feita em 1890 pelo engenheiro que tomou a iniciativa da mesma Louis Felipe Alves da Nóbrega, que estudara na França e chegou ao Brasil com novas ideias tendo o projeto da fábrica já pronto e publicado em livro de sua autoria. O fracasso do empreendimento foi devido não à qualidade do produto, mas sim à distância dos centros consumidores e à pequena escala de produção, que não conseguia competitividade com os cimentos importados da época. A usina de Rodovalho lançou então em 1897 sua primeira produção que foi a marca Santo Antônio, operando até 1904. Voltou em 1907, mas teve problemas relacionado à qualidade e extinguiu definitivo em 1918, em 1912 no Cachoeiro do Itapemirim, o governo do Espírito Santo fundou uma fábrica que funcionou até 1924 de forma precária e produção de apenas 8mil toneladas por ano, sendo paralisada e voltando a funcionar em 1935 após a modernização feita pela empresa Barbará & Cia, do comerciante e industrial Cachoeirense, Sr. Elpídio Volpini. Todas essas etapas foram apenas meras tentativas que culminaram em 1924 com implantação da pela Companhia Brasileira de Cimento Portland de uma fábrica de Perus, Estado de São Paulo, cuja sua construção pode ser considerada um marco da implantação da indústria brasileira de cimento. As primeiras toneladas foram produzidas e colocadas no mercado em 1926 e até então o consumo de cimento no país dependia exclusivamente do produto importado. A produção nacional foi de forma gradativa aumentada com a implantação de novas fábricas e a participação de produtos hoje importados.
Figura 1 - Primeira Patente de Cimento
Fonte: Site do Cimento Itambé[1: Disponível em: < http://www.cimentoitambe.com.br/origem-do-cimento/ > Acesso em: 24 set. 2019]
Figura 2 - Louis Vicat
Fonte: Site do Cimento Itambé[2: Disponível em: < http://www.cimentoitambe.com.br/origem-do-cimento/ > Acesso em: 24 set. 2019]
Definição
O cimento Portland é um pó fino com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob a ação da água, caracterizado como um aglomerante hidráulico. Adicionando água, se torna uma pasta homogênea, capaz de endurecer e conservar sua estrutura, mesmo que entre novamente em contato com a água. Quando está na forma de concreto, torna-se basicamente uma pedra artificial, que pode assim ganhar formas e volumes de acordo com a necessidade de cada obra e conforme se molda. Sendo o segundo material mais consumido pela humanidade, o cimento Portland fica atrás apenas da água em termos de consumo. Com diferentes adições durante sua produção, existem cinco tipos básicos no mercado brasileiro: cimento Portland comum, composto, de alto forno, pozolânico e o de alta resistência inicial.
Tipos de cimento e suas aplicações	
Inicialmente, o cimento é o nome mais popular dado ao mundialmente famoso cimento Portland. Existem no Brasil cerca de cinco tipos básicos de cimento como já citado anteriormente,e três especiais. E para se entender as vantagens de cada um para que sejam aplicados da forma correta e na ocasião certa é preciso diferenciar cada tipo. Mesmo que todos os tipos sejam indicados para uso em geral na construção civil, há diferenças entre eles e conhecer bem suas características e propriedades ajuda aproveitá-los melhor.
O cimento é composto principalmente do material chamado clínquer (mistura de calcário, argila e componentes químicos) e diferenciado conforme a adição de outros materiais como: gesso (aumenta o tempo de pega), escória (aumenta a durabilidade na presença de sulfato, porém em grandes quantidades pode diminuir a resistência), argila pozolônica (proporciona maior impermeabilidade ao concreto) e o calcário (que é utilizado em maior quantidade para reduzir o custo do cimento). As diferenças estão na composição do material o que pode impactar suas características e propriedades de resistência, trabalhabilidade, durabilidade e impermeabilidade. Suas respectivas disponibilidades dependem da demanda de mercado e região. Em cada região do Brasil é encontrado um tipo com mais disponibilidade do que o outro devido a maior quantidade de matéria-prima de cada aditivo disponível em cada região.
A seguir os tipos de cimento e suas características de acordo com as NBRs:
Cimento CP-I (NBR 5.732) ou Cimento Portland Comum: tem esse nome pois não possui nenhum tipo de aditivo além do gesso, que tetarda o início de pega do cimento de forma a possibilitar mais tempo na aplicação. Tem alto custo e menos resistência. Sua produção é dierecionada para a indústria. Sua classe de resistência é de 25 Mpa e de acordo com Battagin esse tipo está quase ausente no mercado.
Cimento CP-II (NBR 11.578) ou Cimento Portland Composto: conhecido por esse nome por ter adição de outros materiais na sua mistura, que causam a este cimento menor menor liberação de calor de hidratação quando em contato com a água. Esse tipo de cimento pode ser apresentado em três opções:
CP-II E – cimento Portland com adição de escória de alto-forno;
CP-II Z – cimento Portland com adição de material pozolânico;
CP-II F – cimento Portland com adição de material carbonático (Fíler).
Suas respectivas classes de resistência são de 25, 32 e 40 Mpa e de acordo com Cruz é aplicado a todas as fases de obras.
Cimento CP-III (NBR 5.735) ou Cimento Portland de Alto-forno: possui em sua composição de 35% a 70% de escória de alto-forno. Apresenta maior impermeabilidade e durabilidade, além de baixo calor de hidratação, alta resistência à expansão devido reação álcali-agregado, e resistente a sulfatos. É menos poroso e dura mais. Suas classes de resistência são de 25. 32 e 40 Mpa.
Cimento CP-IV (NBR 5.736) ou Cimento Portland Pozolânico: tem entre 15% e 50% de material pozolânico em sua composição e por isso fornece maior estabilidade no uso com agregados reativos e em ambientes de ataque ácido, em especial de ataque por sulfato. Possui também baixo calor de hidratação, tornando bastante recomendável na concretagem de grandes volumes e sob temperaturas elevadas. É pouco poroso, sendo resistente a ação da água do mar e de esgotos. Classe de resistência de 25 e 32 Mpa.
Cimento CP-V (NBR 5.733) ou Cimento Portland de Alta Resistência Inicial: por causa de seu processo de fabricação, tem alta reatividade nas primeiras horas de aplicação, fazendo com que atinja resistências elevadas em um curto intervalo de aplicação, fazendo com que atinja resistências elevadas em um curto intervalo de tempo. Ao final dos 28 dias de cura, também atinge resistências maior ainda do que a dos cimentos convencionais. É muito utilizado em obras industriais que exigem um tempo menor de desforma. Recomendado apenas para a fabricação de concretos.
Cimento RS (NBR 5.737) ou Cimento Portland Resistente a Sulfatos: esses materiais sulfatados estão presentes geralmente em redes de esgotos, ambientes industriais e água do mar. Assim, seu uso é indicado para construções nesses ambientes.
Cimento Branco (NBR 12989) ou Cimento Portland Branco (CPB): sua principal característica é a cor branca, que é obtida através de matérias-primas de baixo teor de manganês e ferro e utilização do caulim no lugar da argila. Existem dois tipos de cimento branco. O estrutural que é indicado para fins arquitetônicos e o não estrutural, indicado para rejunte de cerâmicas. Segundo Cruz, o cimento branco estrutural, não é muito comum atualmente por ter o custo elevado e devido as novas tecnologias alcançadas pelas tintas.
Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC) / (NBR 13.116): esse tipo tem a propriedade de retardar o desprendimento de calor em peças de grande massa de concreto, evitando o aparecimento de fissuras de origem térmica após a secagem do concreto, devido ao calor desenvolvido durante a hidratação do cimento.
Cada tipo de cimento é adequado a todos os tipos de estrutura e aplicações, mas existem alguns tipos de cimento que são mais vantajosos ou recomendados para determinados usos. Assim, os cimentos CP-I e CP-II se destinam a aplicações gerais O CP-II é o mais encontrado no mercado e mais consumido, e o CP-I, apesar de ser mais normalizado, quase não é mais produzido no Brasil, sendo geralmente fornecido apenas sob encomenda.
As principais vantagens da utilização dos Cimentos Portland de alto-forno (CP-III) e o pozolânico (CP-IV) são sua maior estabilidade, durabilidade e impermeabilidade que fornecem ao concreto; menor calor de hidratação; maior resistência ao ataque por sulfatos; maior resistência à compressão em idades mais avançadas; e maior resistência a tração e flexão. Por isso, são recomendados em obras de concreto-massa, como barragens e peças de grandes dimensões, fundações de máquinas e pilares; obras em contato com ambientes agressivos por sulfato e terrenos salinos; tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos ou efluentes industriais; concretos com agregados reativos, pois esses cimentos concorrem para minimizar os efeitos expansivos de reação álcali-agregado; pilares de pontes ou obras submersas em contato com águas correntes puras; obras em zonas costeiras ou em água do mar; pavimentação de estradas e pistas de aeroportos, entre outros.
O ARI (CP-V) é mais adequado para ser aplicado em construções que requer elevada resistência ás primeiras idades, como indústrias de pré-moldados, em que há necessidade de uma desforma mais rápida. Esse tipo alcança uma boa resistência em uma semana, enquanto que os demais demoram um mês. Por endurecer rápido, se não for bem curado, pode apresentar maior fissuração ou trincas se feito a concretagem sob insolação, em dias muito secos ou com ventos, devido ao fenômeno da retração por secagem. O ideal é evitar usá-lo em aplicações corriqueiras como em revestimento de argamassa ou em concreto-massa, pois pode também ocasionar fissuração nesses casos.
A seguir mostra-se uma tabela com as aplicações recomendadas para cada tipo de cimento Portland:[3: Disponível em: < https://www.aecweb.com.br/cont/m/rev/cimento-diferentes-tipos-e-aplicacoes_11959_0_1 > Acessado em: 24/03/2019]
	APLICAÇÃO
	TIPOS DE CIMENTO PORTLAND
	Argamassa de revestimento e assentamento de tijolos e blocos
	Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III) e Pozolânico (CP IV)
	Argamassa de assentamento de azulejos e ladrilhos
	Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F) e Pozolânico (CP IV)
	Argamassa de rejuntamento de azulejos e ladrilhos
	Branco (CPB)
	Concreto simples (sem armadura)
	Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III) e Pozolânico (CP IV)
	Concreto magro (para passeios e enchimentos)
	Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III) e Pozolânico (CP IV)
	Concreto armado com função estrutural
	Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV), de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI) e Branco Estrutural (CPB Estrutural)
	Concreto protendido com protensão das barras antes do lançamento do concreto
	Composto (CP II-Z, CPII-F), de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI) e Branco Estrutural (CPB Estrutural)
	Concreto protendido com propensão das barras após o endurecimento do concreto
	Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV), de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI) e Branco Estrutural (CPB Estrutural)
	Concreto armado para desforma rápida, curado por aspersão de água ou produto químico
	de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI), Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV) e Branco Estrutural (CPB Estrutural)
	Concreto armado para desforma rápida, curado a vapor ou com outro tipo de cura térmica
	Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV), de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI) e Branco Estrutural (CPB Estrutural)
	Elementos pré-moldados de concreto e artefatos de cimento curados por aspersão de água
	Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV), de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI) e Branco Estrutural (CPB Estrutural) (VER NOTA) (*)
	Elementos pré-moldados de concreto e artefatos de cimento para desforma rápida, curados por aspersão de água
	de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI), Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F) e Branco Estrutural (CPB Estrutural)
	Elementos pré-moldados de concreto e artefatos de cimento para desforma rápida, curados a vapor ou com outro tipo de cura térmica
	Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV) e Branco Estrutural (CPB Estrutural)
	Pavimento de concreto simples ou armado
	Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III) e Pozolânico (CP IV)
	Pisos industriais de concreto
	Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV) e de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI)
	Concreto arquitetônico
	Branco Estrutural (CPB Estrutural)
	Solo-cimento
	Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III) e Pozolânico (CP IV)
	Argamassas e concretos para meios agressivos (água do mar e de esgotos)
	de Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV) e Resistente a Sulfatos
	Concreto-massa
	De Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV) e de Baixo Calor de Hidratação
	Concreto com agregados reativos
	Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III) e Pozolânico (CP IV)
Endurecimento do cimento
O endurecimento do cimento Portland obtém-se através da adição de água no cimento. A quantidade de água tem que ser suficiente para formar uma pasta sendo empregada conforme o peso do cimento (fator A/C) e após essa mistura seus componentes reagem, formando assim produtos cristalinos e outros com uma aparência semelhante a gelatina, que aderem aos grãos de areia e tornam-se muito duros. Quando essa pasta é conservada úmida, esta reação pode persistir por anos, e assim o produto continua cada vez mais resistente durante um longo prazo e essa pasta plástica começa a perder sua plasticidade depois de certo tempo.
O cimento endurece mesmo quando em contato com a água e não depende do ar. É um processo completo e forma uma massa gelatinosa, fina e cristalina, podendo ser denominada gel, que fica continuamente entrelaçando-se até que por fim endurece.
Quanto menor o grão de cimento melhor será, pois, a reação se dá de fora para dentro do cimento e esse processo demora muito. Portanto, quanto menor os grãos mais rápidos a ação chamada hidratação. O cimento é o ligante, esse resulta mais ou menos diluído, dependendo da quantidade de água adicionada a ele. Quanto mais diluído for, pior será a qualidade da massa e menor sua resistência, pois o excesso de água na pasta cria uma porosidade capilar, tanto maior quanto o fator A/C, aumentando sua permeabilidade e prejudicando sua durabilidade.
Processo de fabricação do cimento portland
Para se chegar até o produto desejado que é o cimento é preciso primeiramente fabricar o clínquer. Este, é um produto granulado e que é obtido através de tratamento térmico de uma mistura adequada de calcário e argila. A rocha calcária é britada, logo após ela é moída e em seguida misturada em adequadas proporções com a argila moída. Essa mistura atravessa um forno rotativo de grande diâmetro e comprimento, onde a temperatura interna chega a 1.450 °C. O calor intenso transforma essa mistura em um novo material que é o clínquer, e ainda estando incandescente é resfriado bruscamente dando assim um choque térmico ao clínquer. Logo após, em moinhos industriais, o clínquer é finamente pulverizado, com pequena porção de gesso e eventuais adições de escórias, pozolanas e fíler (depende do tipo de cimento que se deseja obter), e dessa maneira transforma-se no pó cinzento que é o famoso cimento.
Resumidamente, o processo de fabricação pode-se resumir em 3 etapas fundamentais:
Mistura e moagem da matéria-prima
Calcários, margas e britas de rochas
Produção do Clínquer
Forno rotativo em cerca de 1400 °C juntamente com arrefecimento rápido
Moagem do Clínquer e mistura com gesso
A partir desses processos de fabricação básicos, obtém-se as fases da fabricação:
Extração das matérias-primas como o calcário, argila e gipsita;
Britagem do calcário;
Moagem do cru, matéria-prima crua, calcário e argila em forma de farinha de 0,15 mm;
Dosagem da farinha de calcário e argila;
Clinquerização;
Moagem do cimento, que é o clinquer, a argila e outras substâncias;
Armazenamento de SILOS.
Nesse processo de fabricação do cimento, ocorre a transformação físico-química dentro do forno como especificado a seguir:
	Evaporação da água livre
	Temperatura maior que 100°C
	Saída da água adsorvida
	Temperatura maior que 100°C e menor que 450°C
	Formação de óxido de cálcio (vulgo cal) e óxido de magnésio
	Temperatura maior que 700°C e menor que 900°C
	Fase líquida que é resultado da combinação do óxido de cálcio com o óxido de alumínio e o óxido de ferro
	Temperatura aproximadamente igual a 1260°C
	Formação de alite
	Temperatura maior que 1260°C e menor que 1450°C
CONCLUSÃO
Diante do tema abordado e o proposto trabalho, pode se ter uma ideia mais ampla para o uso do cimento e a escolha do mesmo. É evidente que o cimento Portland é um aglomerado hidráulico e o mesmo é composto por silicatos de cálcio, ou seja, as matérias-primas para a produção do cimento devem conter cálcio e sílica em proporções adequadas.
Os materiais que possuem carbonato de cálcio geralmente são encontrados em pedra calcária, giz, mármore e conchas do mar, a argila e a dolomita são as principais impurezas.
Com o passar do tempo o cimento foi evoluído, o que no começo ao ser descoberto era apenas um tipo hoje se resume em cinco tipos básicos como citado anteriormente e três especiais, sendo que, em um dos tipos básicos atualmente possui quatro derivados do mesmo, chegando um total de 11 tipos de cimento Portland.
O cimento Portland, foi sem dúvida uma das descobertas mais importantes na história da humanidade, sem ele, hoje não teríamos grandes obras e grandes evoluções nas mais diversas obras no mundo.
BIBLIOGRAFIA
PUGLIESI, N. Cimento: Diferentes tipos e aplicações. AECweb.com. Disponível em: < https://www.aecweb.com.br/cont/m/rev/cimento-diferentes-tipos-e-aplicacoes_11959_0_1 >. Acesso em: 24/03/2019
SITE ABPC.ORG.BR. Como é feito o Cimento Portland? Associação Brasileira de Cimento Portland. Disponível em: < https://www.abcp.org.br/cms/perguntas-frequentes/como-e-feito-o-cimento-portland/ >. Acesso em: 25/03/2019
SITE CIMENTOITAMBÉ.COM. Origem do Cimento. cimentoitambé.com. 02/09/2008. Disponível em: < http://www.cimentoitambe.com.br/origem-do-cimento/ >. Acesso em: 24/03/2019
SITE WIKIPEDIA.ORG. Cimento Portland. Wikipédia A enciclopédia livre. 07/08/2018. Disponível em: < https://pt.wikipedia.org/wiki/Cimento_Portland#Hist%C3%B3ria >. Acesso em: 24/03/2019