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AGLOMERANTES

HIDRÁULICOS

Aulas: Profa. Marienne R.M.Maron da Costa colaboração Prof.José Freitas (DCC/UFPR)

Ano 2014

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ Departamento de Construção Civil TC 030 – Materiais de Construção I

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Depois de endurecidos, resistem bem a água.

O endurecimento dos aglomerantes hidráulicos se dá por ação exclusiva da água.

(reação de hidratação)

2

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS Exemplos principais:

3

•  Cimento Portland, •  Cimento aluminoso

•  Cal hidráulica

CIMENTO PORTLAND (CP)

Material obtido pela cozedura até a fusão incipiente

de uma mistura calcário-argilosa que dá origem ao

clinquer.

4

É um aglomerante hidráulico!!!

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Engenheiro John Smeaton, 1756, procurava aglomerante que endurecesse na presença de água, p/ facilitar o trabalho de reconstrução do farol de Eddystone, na Inglaterra.

Verificou que mistura calcinada de calcário e argila tornava-se, depois de seca, tão resistente quanto as pedras utilizadas nas construções.

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w.c

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.com

.br

5

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Um pedreiro, Joseph Aspdin, 1824, patenteou a descoberta, batizando de cimento Portland, referência a um tipo de pedra muito usada em construções na região de Portland, Inglaterra. w

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CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

6

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Produção nacional

www.cimentoitambe.com.br 7

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Produção nacional

www.cimentoitambe.com.br 8

Produção mundial

www.cimentoitambe.com.br

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

9

www.cimentoitambe.com.br

Maiores produtores Dados de 2005

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

10

FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND Matérias Primas: Ex. Cia Cimento Rio Branco (Votorantin)

Ø  90,0 % de Calcário Ø  9,50 % de Argila Ø  0,50 % de Minério de Ferro

11

É um aglomerante hidráulico!!!

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

PRODUÇÃO:

CP V RS

(1,5 a 3%)

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

12

CIMENTO PORTLAND (CP) - PRODUÇÃO

PUC - RJ

13

CIMENTO PORTLAND (CP) PRODUÇÃO

CALCÁRIO

ARGILAS

MIN. FERRO

VAI P

/ FO

RN

O

Cia Cim. Rio Branco Votorantin

CaCO3

Fe2O3

Al2O3 Fe2O3 Si O2

MgO SiO2

14

ITA

MB

É

Para moagem da farinha crua.

MOINHO DE ROLOS

ITA

MB

É

15

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

FORNO

VEM

DO

MO

INH

O D

E FA

RIN

HA

Cia Cim. Rio Branco Votorantin

VAI P/ MOINHO DE

BOLAS

CLINQUER

Vista de dentro do forno

ITAMBÉ

(Cou

tinho

, J. S

.; FE

UP,

198

8)

16

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

ESQUEMA DA SECAGEM E MOAGEM DA FARINHA E DO FORNO

Cia Cim. Rio Branco Votorantin

17

CIMENTO PORTLAND (CP)

CIMENTO PORTLAND (CP)

VEM

DO

FOR

NO

Cia

Cim

. Rio

Bra

nco

Voto

rant

in

Interior do moinho de bolas

ITAMBÉ

Cia

Cim

. Rio

Bra

nco

Voto

rant

in

Cia

Cim

. Rio

Bra

nco

Voto

rant

in

18

CIMENTO PORTLAND (CP) - RESUMINDO

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

19

COMPOSTOS DO CLINQUER Clinquer -> quatro compostos anidros principais

2 silicatos e 2 aluminatos

C3S -3CaOSiO2 - Silicato tri-cálcico

C2S - 2CaOSiO2 - Silicato di-cálcico

C3A - 3CaOAl2O3 - Aluminato tri-cálcico

C4AF - 4CaOAl2O3Fe2O3 - Ferro Aluminato tetro-cálcico

Notação:

C - CaO

S - SiO2

A - Al2O3

F - Fe2O3

20

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

COMPOSTOS DO CLINQUER

Estrutura de um clínquer de cimento Portland

relativamente comum observado ao

microscópio ótico:

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

21

C3S

C2S

COMPOSTOS DO CLINQUER

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

22

Belita, C2S ou silicato bicálcico

Forma arredondada.

Alita ou C3S ou silicato tricálcico

Forma aproximadamente hexagonal.

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

COMPOSIÇÃO TÍPICA DO CLINQUER DE CIMENTO PORTLAND

Outros compostos em menor quantidade

Na2O, MnO, K2O, magnésio, enxofre, fósforo

67% CaO (C)

22% SiO2 (S)

5% Al2O3 (A)

3% Fe2O3 (F)

3% de outros óxidos.

100 % - óxidos totais 23

Fases cristalinas anidras metaestáveis na temperatura ambiente e estáveis ao serem hidratados

24

Alita (C3S): 50-70%

Belita (C2S): 15-30%

Aluminato tricálcico (C3A): 5-10%

Ferroaluminato tetracálcico (C4AF): 5-10%

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

COMPOSIÇÃO TÍPICA DO CLINQUER DE CIMENTO PORTLAND

CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND

Difração de Raios – X:

Técnica utilizada para a identificação das fases constituintes do clínquer.

Microscopia Ótica e Eletrônica de Varredura:

Observação morfológica das amostras.

25

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Ensaio de Lixiviação:

Visa simular as condições de exposição do cimento ao meio ambiente.

Ensaio de solubilização:

Visa complementar o ensaio de lixiviação, se o resíduo é inerte (Classe III) ou não.

26

CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Ensaio de Resistência Mecânica à Compressão:

É o controle de qualidade fundamental do produto. Limites mínimos de resistência à compressão exigidos para 3, 7 e 28 dias.

27

CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

NBR 7215/96

CP moldado com proporção determinada por norma

50 mm

100 mm

Capeador

Capeamento com pasta de enxofre

28

ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND

Pega: é o começo do endurecimento Endurecimento: resulta da hidratação progressiva dos compostos anidros do cimento

C3A + CSH2 Etringita + 300 cal/g

2C3S + 6H C3S2H3 + 3CH + 120 cal/g

2C2S + 4H C3S2H3 + CH + 62 cal/g

Reações Químicas: Notação: C - CaO S - SiO2 A - Al2O3 F - Fe2O3 H - H2O S - SO3

29

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

30

ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND

Teoria 1: Dissolução-precipitação

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

31

ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND

Teoria 2: Hidratação no estado sólido

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Reações ocorrem diretamente na superfície dos grãos do cimento anidro sem entrarem em solução

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND

Estudos sobre microscopia de pastas de cimento demostraram que a teoria 1 prevalece nos estágios iniciais e a teoria 2 passa a prevalecer no estágio posterior, quando a mobilidade iônica na solução fica restrita.

32

CRESCIMENTO DOS CRISTAIS 33

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND

Alita (C3S)

Belita (C2S)

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND

± 70 % do cimento Taxa de desenvolvimento de resistência

Aluminato tricálcico

Ferroaluminato tetracálcico Enrijecimento

inicial da massa

Silicatos

Aluminatos

34

Propriedades dos compostos do clínquer

35

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

C3S •  Alita: 50 a 70%

•  Responsável pela resistência nos primeiros dias de idade da pasta.

•  Os cimentos ricos em C3S tem resistência inicial mais alta.

•  Hidrata com velocidade mediana e libera não muito calor

(US

P)

Propriedades dos compostos do clínquer

36

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

C2S •  Belita: 15 a 30%

•  Reage com a água lentamente até os primeiros 28 dias.

•  Apenas em pouco mais de 1 ano atinge a resistência do C3S.

•  Como reage lentamente, apresenta pequeno calor de hidratação

(US

P)

Propriedades dos compostos do clínquer

37

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

C3A •  Aluminato Tricálcico: 5 a 10%

•  Pega quase instantânea.

•  Pela intensidade de reação em curto espaço de tempo, desenvolve alto calor de hidratação.

•  Resulta em composto de pouca resistência mecânica e baixa resistência a ação de águas agressivas.

(US

P)

Propriedades dos compostos do clínquer

38

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

C4AF •  Ferroaluminato tetracálcico: 5 a 10% •  Apresenta pega em poucos minutos, mas não instantânea como o C3A. •  Os compostos formados apresentam resistência ligeiramente inferior aos formados pelo C3A. Porém, sua resistência a águas agressivas é maior. •  Como a hidratação é mais lenta, desenvolve menor calor do que o C3A.

Resistência mecânica

X efeitos da hidratação

dos compostos anidros.

(Zam

pier

i, 19

89)

39

Propriedades dos compostos do clínquer CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS DO CLINQUER

+ C3S

+ C2S + C3S + C2S

(Aulas USP)

40

Tax

a d

e h

idra

taçã

o (

%)

Tempo (dias)

100 -

Taxa de hidratação dos compostos: CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

41

Teor (%) Taxa de Hidratação

Contribuição para Resistência

inicial Resistência

final Calor de

Hidratação

C3S 50 - 70 Alta Alta Baixa Alta

C2S 15 - 30 Baixa Baixa Alta Baixa

C3A 5 - 10 Alta Alta Baixa Alta

C4AF 5 - 10 Moderada Baixa Alta Baixa

42

Propriedades dos compostos do clínquer CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

TABELA RESUMO:

PEGA DO CIMENTO PORTLAND

Fatores que afetam: Aluminatos: Pega inicial (C3A cristaliza rápido)

Finura: Mais fino, final de pega e endurecimento mais rápido

Gesso (SO3): (<3%) adicionado ao clinquer p/ retardar pega inicial do C3A

43

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Fatores que afetam:

Aditivos: Cloreto de cálcio: ≤1 % retarda pega, em quantidades superiores acelera

Cloreto de sódio: varia, em alguns CP retarda em outros acelera

Carbonatos alcalinos: forte aceleração (1 a 2%, início de pega em poucos minutos)

44

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

PEGA DO CIMENTO PORTLAND

Fatores que afetam:

Aditivos: Hidróxidos de sódio, de potássio ou silicato de sódio: notável aceleração

Açúcar: solução de 1 % impede a pega

45

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

PEGA DO CIMENTO PORTLAND

Fatores que afetam:

-  Composição química – C3S mais calor que C2S

-  Finura do cimento – mais fino, mais rápido hidrata

-  Adições – pozolanas menos calor

46

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

CALOR DE HIDRATAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)

(Aul

as U

SP

)

47

CALOR DE HIDRATAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Finura X Calor de Hidratação

Agulha de Le Chatelier, Usada para avaliar a

expansibilidade: e ≤ 0,5 cm

(Neville, A.; 1995)

48

EXPANSIBILIDADE CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

30 mm

30 mm

165 mm

Agulha de Le Chatelier

EXPANSIBILIDADE CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

49

EXPANSIBILIDADE CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Cal livre: CaO + H2O = Ca(OH)2

Origem: Falha no processo de dosagem e fabricação (Excesso de CaO no clínquer – carência de argila)

Teor não limitado por norma: Determinado indiretamente pelo ensaio de expansibilidade de Le Chatelier

Problemas do cimento que causam expansão:

50

Problemas do cimento que causam expansão:

51

EXPANSIBILIDADE CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Periclásio: MgO + H2O = Mg(OH)2

Limitação por norma ≤ 6,5%

Origem: Calcário magnesiano

Menos reativa do que a Cal livre

Problemas do cimento que causam expansão:

-  Excesso de gesso adicionado

52

EXPANSIBILIDADE CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

< 3%

RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Pasta - pseudo-sólidos Aparência de sólidos - rede de poros muito finos contendo ar ou água.

53

RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Pasta - pseudo-sólidos Propriedades diferentes das de muitos sólidos devido à presença de tensões capilares de água no interior dos poros.

54

Tem tanta água assim em uma pasta, argamassa ou concreto?

Teor de umidade ao ar

Teor de umidade saturado

± 3%

± 6%

± 75 l/m3

± 150 l/m3

Densidade do concreto

2500 kg/m3

RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

55

RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Não é só isso que causa retração!!!

Retração química

56

RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

57

•  Pasta pura - 1,5 a 2,0 mm/m

•  Argamassas - 0,6 a 1,5 mm/m

•  Concretos -0,2 a 0,7 mm/m

Quantidades de retração muito variável :

58

RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Por que?

Fatores que influenciam:

•  Cimento: + fino → > retração nas primeiras horas

•  Traço: > quantidade de agregados → < retração

•  Água de amassamento: + água → > retração

60

RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Fatores que influenciam: •  Aditivos retardadores de pega: aumentam

•  Dimensões das peças: + volumosas → > retração •  Área de contato das peças: > área → > retração

•  Cura: > tempo → < retração

•  Umidade média do ar: > seco → > retração

61

RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

SÓLIDOS NA PASTA DE CIMENTO

Etringita

(Mehta e Monteiro,1994) 62

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Sulfoaluminato de cálcio hidratado Volume: 15 a 20 %

Início: etringita

Depois: monosulfato hidratado

Cristais de hidróxido de cálcio hidratado – CH

•  Cristais grandes hexagonais de Ca(OH)2

•  Volume: 20 a 25%

•  pH elevado da pasta (pH ≅ 13)

(And

ión

et a

l., 2

001)

63

SÓLIDOS NA PASTA DE CIMENTO

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

•  Porosos

•  Baixa resistência mecânica

•  Solúveis em água

•  Muito reativos quimicamente (A

ndió

n et

al.,

200

1)

64

SÓLIDOS NA PASTA DE CIMENTO

CIMENTO PORTLAND (CP)

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Cristais de hidróxido de cálcio hidratado – CH

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND

65

RAZÕES PARA O USO DAS ADIÇÕES

TÉCNICAS: Melhoria de propriedades específicas

ECONÔMICAS: Diminuição do consumo energético

ECOLÓGICAS: Aproveitamento de resíduos poluidores

ESTRATÉGICAS: Preservação das jazidas

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

66

USO DE ADIÇÕES: RAZÕES TÉCNICAS •  Redução da difusividade

•  Redução da permeabilidade •  Redução da capilaridade •  Maior resistência a sulfatos •  Redução do calor de hidratação •  Inibição da reação álcali-agregado

> DURABILIDADE

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

67

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

Penetração de Cloretos

Medeiros (2008)

Fíler carbonático – pó de calcário

•  Inerte quimicamente;

•  Não prejudica resistência mecânica;

•  Melhora a trabalhabilidade e o acabamento;

•  Redução de custos;

•  5 a 10 % do cimento;

69

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

Efeito fíler

Fíler carbonático – pó de calcário

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

Preenche espaços, tornando a massa mais compacta.

POZOLANA - definição - Definição inicial (restrita):

Estava associado apenas a cinzas vulcânicas formadas naturalmente e argilas calcinadas que reagem com a cal na presença de água.

- Definição atual (mais ampla): Refere-se a todo material sílico/aluminoso que

finamente moído e na presença de água reage com o hidróxido de cálcio formando materiais com caráter cimentício (SABIR; BAI, 2001).

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

71

Origem: a melhor variedade de cinzas vulcânicas se encontravam em Pozzoli, Itália. Daí o nome pozolana, usado até hoje.

POZOLANA - definição

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

72

Reação pozolânica (lenta)

C3S + H C-S-H + CH

C-S-H Pozolana + CH + H

Reação no cimento (rápida)

POZOLANA - reação

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

73

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

Cinza Volante (aumentada 5.500 X)

(MB

inc.

)

POZOLANA

74

Origem: Usinas de energia que queimam carvão.

Inserir figura Aitcin p. 171 Fig 6.44.

Chaminé

Cinza volante

Zona de combustão

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

Cinza Volante

POZOLANA

Cinzas volantes – Classe C Pó proveniente de fornos que queimam carvão mineral (termoelétricas)

76

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

POZOLANA

•  Retarda o ganho de resistência mecânica

•  Reduz o calor de hidratação

•  Minimiza a permeabilidade do concreto

•  Diminui ocorrência da reação álcali-agregados

77

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

Cinza Volante

POZOLANA

Blocos de fundações de ed. no Recife-PE

www.portcement.org

(M. Pechhio, Y. Kihara e T. de Andrade,2006)

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

REAÇÕES ÁLCALI-AGREGADO (RAA):

POZOLANA

REAÇÕES ÁLCALI-AGREGADO (RAA): Parapeito de

estrutura de ponte

RAA em pavimento de concreto

(David Stark- SHRP,1991)

(David Stark- SHRP,1991)

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

POZOLANA

Escória de alto forno

•  Subproduto da manufatura do ferro-gusa num alto forno.

•  Definição: material não metálico formado essencialmente por silicatos ou por alumino-silicatos de cálcio e outras bases.

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

80

Minério de ferro = Ferro Gusa + Escória

0,5 toneladas de escória tonelada de minério de ferro

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

81

Escória de alto forno

•  Resíduo do alto-forno siderúrgico

•  Presença de C2S e C3S

•  Grãos c/ 45 µm e 500 m²/kg de finura Blaine

•  Reduz custos e consome resíduo industrial nocivo ao meio ambiente

82

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

Escória de alto forno

A escória de alto forno é auto-cimentante, porém em taxas insuficientes para viabilizar o seu uso para fins estruturais.

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

NÃO É UMA POZOLANA!!!

83

Escória de alto forno

•  Não prejudica resistência mecânica

•  Possível colocar altos % no cimento – CPIII – 65%

•  Aumenta a resistência aos sulfatos

84

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)

Escória de alto forno

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

85

NOMENCLATURA

CP XXX RR

Cimento Portland Composição

ou

qualificativo

Resistência aos 28 dias

(MPa) CLASSE

SIGLA

TIPO

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

86

Cimento Portland Comum NBR 5732

Cimento Portland Composto NBR 11578

Cimento Portland de Alto-Forno NBR 5735

Cimento Portland Pozolânico NBR 5736

Cim. Portland de Alta Resistência Inicial NBR 5733

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

87

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

Cimento Portland Resistente a Sulfatos NBR 5737

Cimento Portland de Baixo

Calor de Hidratação NBR 13116

Cimento Portland Branco NBR 12989

Cimento Portland para Poços Petrolíferos NBR 9831

88

PERFIL DA PRODUÇÃO EM 2002

COMUM (CP I) 1,2%

COMPOSTO (CP II) 75,8%

ALTO-FORNO (CP III) 8,1%

POZOLÂNICO (CP IV) 7,6%

BRANCO (CPB) <0,1%

ARI (CP V-ARI) 7,3%

TOTAL 100,0%

FONTE : SNIC / 2003

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

89

Cimento Portland Sigla Classe

Clínquer +

Gesso

Escória (E)

Pozolana (Z)

Carbonato (F)

Comum

CP I 25 32 40

100 % 0

CP I-S 25 32 40

99-95 1-5

Composto

CP II-E 25 32 40

94-56 6-34 0 0-10

CP II-Z 25 32 40

94-86 0 6-14 0-10

CP II-F 25 32 40

94-90 0 0 6-10

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

Cimento Portland

Sigla Classe Clínquer

+ Gesso

Escória (E)

Pozolana (Z)

Carbonato (F)

Alto Forno CP III 25 32 40

65-25 35-70 0 0-5

Pozolânico CP IV 25

32 85-45 0 15-50 0-5

Ari CP V --- 100-95 0 0 0-5

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

91

92

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO:

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

93

Garantem o desempenho

Finura Tempos de pega (h)

Expansibilidade (mm)

Resistência à compressão (MPa)

Tipo

de

cimen

to P

ortla

nd

Clas

se

Resí

duo

pene

ira

75 µm

(%

)

Área

esp

ecífi

ca

(m2 /k

g)

Iníc

io

Fim

A fri

o

A qu

ente

1 di

a

3 di

as

7 di

as

28di

as

CPI CPI-S

25 32 40

≤ 12,0 ≤ 10,0

≥ 240 ≥ 260 ≥ 280

≥ 1 ≤ 10 ≤ 5 ≤ 5 -- ≥ 8 ≥ 10 ≥ 15

≥ 15 ≥ 20 ≥ 25

≥ 25 ≥ 32 ≥ 40

CPII-E CPII-Z CPII-F

25 32 40

≤ 12,0 ≤ 10,0

≥ 240 ≥ 260 ≥ 280

≥ 1 ≤ 10 ≤ 5 ≤ 5 -- ≥ 8 ≥ 10 ≥ 15

≥ 15 ≥ 20 ≥ 25

≥ 25 ≥ 32 ≥ 40

CPIII 25 32 40

≤ 8,0 -- ≥ 1 ≤ 12 ≤ 5 ≤ 5 -- ≥ 8 ≥ 10 ≥ 12

≥ 15 ≥ 20 ≥ 23

≥ 25 ≥ 32 ≥ 40

CPIV 25 32 ≤ 8,0 -- ≥ 1 ≤ 12 ≤ 5 ≤ 5 -- ≥ 8

≥ 10 ≥ 15 ≥ 20

≥ 25 ≥ 32

CPV-ARI ≤ 6,0 ≥ 300 ≥ 1 ≤10 ≤ 5 ≤ 5 ≥ 14 ≥ 24 ≥ 34 --

94

Cimento Portland CP (RS) (Resistente a sulfatos - NBR 5737)

Cimentos - CP I, II, III, IV ou V-ARI podem ser resistentes aos sulfatos, atendendo pelo menos uma das condições:

•  Teor de C3A do clínquer e teor de adições carbonáticas de no máximo 8% e 5% em massa, respectivamente;

95

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

Cimento Portland CP (RS) (Resistente a sulfatos - NBR 5737)

Cimentos - CP I, II, III, IV ou V-ARI podem ser resistentes aos sulfatos, atendendo pelo menos uma das condições:

•  Cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60% e 70% de escória granulada de alto-forno, em massa;

96

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

Cimento Portland CP (RS) (Resistente a sulfatos - NBR 5737)

Cimentos - CP I, II, III, IV ou V-ARI podem ser resistentes aos sulfatos, atendendo pelo menos uma das condições:

•  Cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico, em massa;

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Cimento Portland CP (RS) (Resistente a sulfatos - NBR 5737)

Cimentos - CP I, II, III, IV ou V-ARI podem ser resistentes aos sulfatos, atendendo pelo menos uma das condições:

•  Cimentos com antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovem resistência aos sulfatos.

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

98

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

CP V – ARI - RS CIMENTO de ALTA

RESISTÊNCIA INICIAL RESISTENTE A SULFATOS

NBR 5733

Resíduo na # 200 < 6 %

Superfície específica Blaine > 300 (m²/kg)

Tempo de pega mínimo 1h

Expansibilidade a quente < 5 mm

Resíduo insolúvel < 1,0 %

Perda ao fogo < 4,5 %

SO3 < 3,5

Dióxido de carbono CO2 < 3,0 %

Óxido de magnésio – MgO (%) < 6,5%

Resistências 1d > 14 MPa

3d > 24 MPa

7d > 34 MPa 99

Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC)

(NBR 13116)

Designado por siglas e classes de seu tipo, acrescidas de BC.

Geram até 260 J/g aos 3 dias e até 300 J/g aos 7 dias de hidratação

Podem ser qualquer um dos tipos básicos. Ex: CP III-32 BC ou CP IV-32 BC

Ensaio NBR 12006 - Determinação do Calor de Hidratação pelo Método da Garrafa de Langavant.

Retarda o desprendimento de calor em peças de grande massa de concreto, evitando fissuras de origem térmica, devido ao calor

desenvolvido durante a hidratação do cimento.

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

100

Cimento Portland Branco

(CPB)

Exigências físicas e mecânicas para o cimento Portland Branco NBR 12.989/93

101

Difere do Portland comum pelo fato de apresentar reduzido teor de Fe2O3.

Cimento Portland Branco

(CPB)

•  CPB - 0,2 a 0,80% de Fe2O3

•  CP - 2 a 3,5% de Fe2O3

102

Cimento Portland Branco

(CPB)

Aplicação: Fabricação do cimento Portland Colorido (branco + pigmentos) em rejuntamentos, em granilites e já como mármores artificiais.

103

Concreto de CPB fck 50 MPa - Ponte Irineu Bornhausen - Brusque - SC

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Cimento Portland Branco (CPB)

Reservas - Calcário:

•  Muito amplas;

•  Duração ........

Impacto Ambiental:

105

CIMENTO PORTLAND

Consumo de Energia:

•  90% - energia térmica gerada por combustível

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CIMENTO PORTLAND

Impacto Ambiental:

q  Secagem; q  Aquecimento; q  Calcinação das matérias primas.

Representa 25% do custo de produção

Consumo de Energia: •  10% - energia elétrica

107

CIMENTO PORTLAND

Impacto Ambiental:

q  25% moagem das matérias-primas; q  40 % do clínquer q  20 % operações do forno e resfriador

Representa 50% do custo de produção

Impacto Ambiental:

CO2 – Efeito estufa: •  Queima de Combustíveis - 0,65 a 0,9 kcal/g clínquer;

Ø P/ 1 tonelada de clínquer gera 300 Kg de CO2

•  Calcinação Calcário – MUITO CO2

Ø  (CaCO3+ calor -> CaO + CO2)

Ø P/ 1 tonelada de clínquer gera 600 kg de CO2;

108

CIMENTO PORTLAND

CO2 Total : 900 kg/tonelada de clínquer;

•  Indústria do cimento – mais de 7% da emissão de CO2 mundial.

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CIMENTO PORTLAND

Impacto Ambiental:

Adição para cimento: •  Adições reduzem % de clínquer;

Ø  Minimizam emissões de CO2 por kg de cimento; •  Resíduos industriais que iriam para aterros;

Ø  Cinzas Volantes – CP IV – 40% Cinzas Volantes; Ø  Escórias de alto forno – CP III – 70% Escória;

110

CIMENTO PORTLAND

Impacto Ambiental:

•  Substituição por materiais que emitem menos CO2

Ø  Fíler carbonático – CP II F – 10 % Fíler.

Tipo Adição kg CO2/tonelada CP II F 10 % Fíler 820 CP II Z 24 % Pozolana + Fíler 700 CP II E 40% Escória + Fíler 580 CP III 75 % Escória 290 CP IV Cinzas Volantes 530 CP V 5 % Fíler 900

Emissões de CO2 por tipo de cimento:

111

CIMENTO PORTLAND Impacto Ambiental:

CAL HIDRÁULICA = Calcário argiloso calcinado.

Temperatura de calcinação 900 a 1.000ºC

É um aglomerante hidráulico

Características inferiores, em geral, que o Cimento Portland

112

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

CAL HIDRÁULICA

Grau de hidraulicidade:

113

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

ou MgOCaO

OFeOAlSiO+

++ 32322

CaOOFeOAlSiO 32322 ++

CaOilosossComponente arg

CAL HIDRÁULICA

114

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Grau de hidraulicidade:

Hidráulica propriamente dita

Eminentemente hidráulica

CAL HIDRÁULICA

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Utilizações: -  Argamassas de assentamento ou revestimento -  Para a produção de blocos -  Substituto do filer em pavimentos betuminosos

115

CIMENTO NATURAL

A cal hidráulica apresenta cal livre.

116

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Resulta do cozimento de calcários argilosos (teor argila + - 25%), não apresenta cal livre.

Tipos:

117

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

CIMENTO NATURAL

•  De pega rápida - (cimento Romano) - Cozimento temper. < 1000oC;

•  De pega lenta - Cozimento a 1450oC;

•  De pega semi-lenta - intermediário entre os 2 anteriores.

A rapidez da pega dos cimentos Romanos é atribuída a presença do teor mais elevado de aluminato de cálcio. Resistência dos cimentos naturais é baixa, (50% do CP), devido a composição do calcário não uniforme.

118

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

CIMENTO NATURAL

Romanos desenvolveram um cimento altamente durável. Combinação de cal com "pozolana", (cinza vulcânica na zona de Pozzuoli , junto a Nápoles e ao Monte Vesúvio), permitia obter um cimento que oferecia maior resistência à ação da água.

119

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

CIMENTO NATURAL

Alvenaria de pedras ou tijolos cerâmicos assentados com

argamassa de cimento pozolânico.

120

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

CIMENTO NATURAL

Concreto maciço com cimento pozolânico. Na cúpula foram utilizados agregados leves (pedra pome).

Pantheon (Roma) - 110 -125 d.c

Paredes cilíndricas e cúpula

(43,3 m diâmetro) em

concreto maciço 10 MPa.

121

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

CIMENTO NATURAL

Na França e na Alemanha é empregado em condutos (esgotos, água, vedação de fugas e veios de água); nos EUA é empregado em pavimentação de estradas de rodagem. No Brasil não é empregado e nem fabricado. Sofre pequena retração, bom para argamassas e pastas.

www.rosendalecement.net

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

CIMENTO NATURAL

122

CIMENTO NATURAL x Cimento Portland

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123

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

CIMENTO ALUMINOSO

Produção

Fundição de calcário (CaCO3) e bauxita (Al2O3), (teor bauxíta > 30%) moída misturadas, em fornos de alta

temperatura, resfriado, britado e moído.

É um aglomerante hidráulico!!!

124

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

Características: •  Cura rápida - em 24 h resistência superiores a 45 MPa; •  Aglomerante de preço elevado; •  Emprego delicado - elevadíssimo calor de hidratação; •  Não desprende cal livre, (CP desprende ± 20%); •  Alta resistência ao calor dos concretos/argamassas até 1200ºC; •  Alta resistência a abrasão e corrosão; •  Endurecimento normal em temperaturas baixas.

125

CIMENTO ALUMINOSO

AGLOMERANTES HIDRÁULICOS

CIMENTO ALUMINOSO

APLICAÇÕES: •  Concretos refratários; •  Rápida cura e altas resistências iniciais e finais; •  Pisos p/ usar após 6 horas; •  Chumbamentos; •  Reparo em cabeça de protenção, 24 h pode protender, (CP=7 dias); •  Concretagens junto ao mar p/ aproveitar maré baixa; •  Pré-moldados para uso imediato; •  Rejuntamento e assentamento de tijolos refratários.

126

CIMENTO ALUMINOSO

Pisos industriais Rápido endurecimento

e cura (6 h)

Alta resistência química p/ proteção de tubos

para esgoto

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CIMENTO ALUMINOSO

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Suporta altas temperaturas. Concreto em instalações

de siderurgia

Endurece em baixas temperaturas. Concreto em fundações de base francesa na Antártida

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128

Materiais de Construção AGLOMERANTES

Referências bibliográficas:

Apostilas USP – Aglomerantes

CONCRETE, Microstucture,Properties and

Materials, , P. Kumar Metha e Paulo J. M. Monteiro, McGraw-Hill, 2006

Cia. Cimento Itambé

Cia. Cimento Rio Branco - Votorantim

129