Apostila de MCCI 2013.2 - Aglomerantes

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FACULDADE DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE CONSTRUÇÃO CIVIL E TRANSPORTES MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL I Apostila de Materiais de Construção Civil I AGLOMERANTES • AGREGADOS CONCRETOS Professores: Moacyr Carvalho Filho Luciana Nascimento Lins Versão 2013/2

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FACULDADE DE ENGENHARIADEPARTAMENTO DE CONSTRUÇÃO CIVIL E TRANSPORTES

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL I

Apostila de Materiais de Construção Civil I

• AGLOMERANTES

• AGREGADOS

• CONCRETOS

Professores:Moacyr Carvalho Filho

Luciana Nascimento Lins

Versão 2013/2

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SUMÁRIO

1. Aglomerantes1.1 Definição e breve histórico1.2 Qualidades essenciais das pastas e argamassas1.3 Classificação dos aglomerantes1.4 Propriedades e características físicas1.5 Noções Gerais1.6 Principais empregos das argamassas na construção civil1.7 Cal

1.7.1 Introdução1.7.2 Fluxo de processo para obtenção da cal1.7.3 Impurezas1.7.4 Formas de Endurecimento1.7.5 Cal Aérea

1.7.5.1 Aplicação da cal aérea1.7.5.2 Características

1.7.6 Cal Hidráulica1.7.6.1 Classificação e propriedade1.7.6.2 Aplicações

1.7.7 Recapitulando (Cal)1.7.8 Normas relacionadas à CalPerguntas e respostasLeitura Complementar

1.8 Cimento Natural1.9 Gesso

1.9.1 Definição1.9.2 Fases de desidratação da gipsita por calcinação1.9.3 Propriedades1.9.4 Fabricação1.9.5 Utilização do gesso Paris1.9.6 Normas relacionadas ao gessoPerguntas e respostas

1.10 Cimento Portland1.10.1 A história do cimento1.10.2 Composição do cimento Portland

1.10.2.1 Clínquer1.10.2.2 Adições

1.10.3 Composição química do cimento Portland1.10.4 Composição mineralógica do clínquer Portland1.10.5 Reações de hidratação dos compostos do clínquer1.10.6 Cristalização1.10.7 Classes de resistência1.10.8 Principais propriedades dos diversos tipos de cimento1.10.9 Principais tipos de cimento Portland

1.10.9.1 Cimento Portland Comum (CP I)1.10.9.2 Cimento Portland Composto (CP II)1.10.9.3 Cimento Portland de Alto Forno (CP III)1.10.9.4 Cimento Portland Pozolânico (CP IV)

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1.10.9.5 Cimento Portland Alta Resistência Inicial (CP V)1.10.9.6 Cimento Portland Resistente aos Sulfatos1.10.9.7 Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação1.10.9.8 Cimento Portland Branco

1.10.10 Exigências físicas e mecânicas1.10.11 Exigências químicas1.10.12 Normas relacionadas ao cimento (Portland e outros)

Perguntas e respostasLeitura Complementar

2. Agregados2.1 Definição2.2 Classificação dos agregados2.3 Características das rochas de origem2.4 Principais propriedades físicas dos agregadosExercício2.5 Outras propriedades2.6 Agregados Naturais

2.6.1 Areia Natural2.6.2 Seixo Rolado ou cascalho

2.7 Agregados Artificiais2.7.1 Definições2.7.2 Matéria-prima ou rocha de origem2.7.3 Brita ou pedra britada

2.8 Agregados industrializados2.8.1 Agregados Leves2.8.2 Agregados Pesados

2.9 Exigências normativas do NBR 7211 – Agregado para concreto2.9.1 GranulometriaExercício2.9.2 Forma dos grãos2.9.3 Substâncias nocivas

2.10 Umidade e inchamento do agregado miúdo2.11 Outros índices de qualidade

Leitura Complementar

3. Concretos3.1 Introdução

3.1.1 O concreto como material estrutural3.1.2 Algumas definições3.1.3 Componentes do concreto3.1.4 Tipos de concreto

3.2 Estrutura do Concreto3.2.1 Fases do concreto a nível macroscópico3.2.2 Fases do concreto a nível microscópico

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3.3 Propriedades do concreto3.3.1 Traço3.3.2 Resistência do concreto3.3.3 Importância da relação água/cimento3.3.4 Medida da consistência do concreto3.3.5 Dados práticos sobre os limites de consistência3.3.6 Importância da consistência3.3.7 Influência do módulo de finura dos agregados e do traço na relação a/c3.3.8 Influência da areia úmida

3.4 Aditivos3.5 Propriedades do concreto endurecido e sua importância

3.5.1 Resistência do concreto – Fazendo uma breve dissertaçãoExercício

3.6 Centrais de concreto / Processos e Sistemas3.6.1 Recebimento dos materiais componentes3.6.2 Estocagem3.6.3 Disposição da central3.6.4 Mistura3.6.5 Transporte3.6.6 Lançamento3.6.7 Adensamento3.6.8 Cura ou sazonamento3.6.9 Métodos de cura3.6.10 Pedido de concreto3.6.11 Entrega do concreto3.6.12 Controle tecnológico3.6.13 Aceitação do concretoLeitura Complementar

3.7 Dosagem do concreto3.7.1 Parâmetros específicos

3.8 Controle tecnológico do concreto3.8.1 Controle de qualidade3.8.2 Acompanhamento da obra3.8.3 Conhecimento do projeto3.8.4 Mão-de-obra disponível3.8.5 Dosagem3.8.6 Controle da resistência do concreto

3.8.5.1 Plano de Controle3.8.5.2 Controle estatístico3.8.5.3 Controle do concreto para amostragem total (100%)3.8.5.4 Casos Especiais

ExercícioBibliografia

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Aula Prática no LEC

Equipamento para Ensaio de Finura doCimento Portland

Equipamento para Ensaio de Águada Pasta de Consistência Normal

Aglomerantes

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1. Aglomerantes

1.1. Definição e breve histórico

Os aglomerantes são elementos ativos empregados na construção civil onde entram nacomposição das pastas,argamassas e concretos. Constituem o material ligante utilizadopara fixar ou aglomerar materiais entre si.

O primeiro aglomerante utilizado pelo homem foi a argila. São encontradas na bíblia citaçõesdo uso da argila nasconstruções pelos assírios, babilônicos, egípcios e outras civilizações da Antiguidade.

Argilas secas ao sol ainda são muito utilizadas nas construções rurais, em casas de “taipa”.Estas construçõesapresentam baixas resistências mecânicas e reduzida durabilidade porser a argila um aglomerante quimicamenteinerte.

Aglomerantes tipo cal e gesso, que são quimicamente ativos, também eram doconhecimento dos antigos e muitasdas obras que foram construídas com eles ainda existem.

O cimento Portland, que também é um aglomerante quimicamente ativo, é o principal aglomerante em usoatualmente, representando o 2o produto em consumo per-capita pelohomem, tendo sido inventado no ano de 1824por Joseph Aspdin, fabricante de tijolos docondado de York.

Muitos são os materiais que tem propriedades aglomerantes, porém para a utilização naconstrução civil éessencial que as matérias-primas para sua obtenção sejam abundantes nanatureza e se encontrem em condiçõesde aproveitamento econômico.

Os aglomerantes apresentam-se sob forma pulverulenta e, quando misturados com água,formam uma pastacapaz de aglutinar e formam suspensões coloidais, endurecendo porsimples secagem, ou, em conseqüência dereações químicas, aderindo às superfícies comas quais foram postas em contato.

1.2. Qualidades essenciais das pastas e argamassas

• Resistência mecânica;• Durabilidade;• Consistência;• Plasticidade;• Capacidade de retenção de água;• Aderência;• Resistência ao calor elevado.

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1.3. Classificação dos aglomerantes

a) Quanto ao processo de endurecimento, podem ser:

• Quimicamente inertes→ endurecem por simples secagem (evaporação da água deamassamento) ouresfriamento. Possuem baixa resistência mecânica e o processo éreversível.Exemplos: Argila e Asfalto.

• Quimicamente Ativos → o endurecimento é decorrente de reações químicas.Exemplos: Cal, Cimento Portland e Gesso.

b) Os aglomerantes quimicamente ativos podem, ainda, ser classificados em:

• Aglomerantes Aéreos → necessitam estar em contato com o ar para que o processo deendurecimento corrae não resistem à ação da água depois de endurecidos.Exemplos: Cales aéreas e Gesso.

• Aglomerantes Hidráulicos → o endurecimento ocorre sob a influência exclusiva daágua,independentemente do ar e resistem satisfatoriamente à ação da água depois deendurecidos.

c) Quanto ao tempo de pega:

• Pega rápida – menos de 8 minutos;• Pega semi-lenta – de 8 a 30 minutos;• Pega lenta – de 30 minutos a 6 horas;• Pega muito-lenta - mais de 6 horas.

d) Podemos classificar os quimicamente ativos conforme a composição:

• Simples → são aqueles que depois de obtidos não recebem adição de nenhum outroproduto.Corresponde a apenas um produto.Exemplos: Gesso, cal aérea, cal hidráulica, cimento natural, cimento Portland, cimentoaluminoso.

• Composto → mistura de um produto com um sub-produto.

• Misto → mistura de dois produtos, ou seja, mistura de dois ou mais aglomerantes simples.

• Com Adições → mistura de um produto com adições que visam conferir propriedadesespeciais.Exemplos: Cimento colorido, cimento para alvenaria.

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1.4. Propriedades e características físicas

Massa específica (D ou ME) e massa unitária (d ou MU).

D (Kg/l) d ( Kg/l)

Cimento Portland 3,0 a 3,15 1,12

Cal 2,25 a 2,30 0,48 a 0,64

Gesso 2,55 a 2,60 0,65 a 0,80

Atenção:

Massa específica (D) = massa da amostraVolume de cheios da amostra

Massa unitária ( d) = massa da amostraVolume total

Onde: Volume total = V = volume de cheios + volume de ar.

1.5. Noções Gerais

Os aglomerantes minerais, quimicamente ativos podem ser empregados, conforme o caso,das seguintes formas:

PASTA = aglomerante + água

ARGAMASSA = aglomerante + água + agregado miúdo (areia)

CONCRETO = aglomerante + água + agregado miúdo + agregado graúdo (brita).

Das pastas e argamassas feitas com os aglomerantes minerais visamos as seguintes propriedades:

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Tempo de início de pegaQuanto frescas Consistência

PlasticidadeRetenção de água

Resistência à compressãoQuando endurecidas Aderência

PorosidadeResistência às altas temperaturasResistência à traçãoImpermeabilidadeEstabilidade dimensional

1.6. Principais empregos das argamassas na construção civil

Chapisco → É a primeira camada. É feito com areia grossa e cimento* (1:4 ou 1:5) Tem afunção de dar aderência àparede, penetra nos tijolos, fecha poros, uniformiza e dá asperezaa superfície. Deve ser uma mistura bem úmidalançada (jogada) sobre a parede. Cai muitono chão. Se o chão for revestido dá para recolher, e imediatamentecolocar na caixa demistura. Bater e jogar outra vez com rapidez, pois o cimento já está hidratado. Antes dapróximacamada (emboço) lançam-se as mestras que são ripas verticais distantes de 1,5 a2,0 m e que servirão como guiaspara correr a régua que planificará o emboço.

Emboço → É a segunda camada, lançada depois de algumas horas. Serve pararegularização geométrica(aplainamento). É no emboço que se acertam as irregularidadesdas paredes.• Revestimento interno: cal e areia.• Revestimento externo: mistura bastarda (1 cimento: 4 cal: 12 areia).

Reboco → É a terceira e última camada – usar areia fina e cal em mistura bem rica (1:3 ou1:4). Não usar cimentoque pode dar trinca (devido à retração), atrapalhando a futurapintura, ou então o cimento pode “vidrar” à superfície.

(*) A razão de usar cimento é que este é muito melhor cola que a cal. E essa primeiracamada é crítica efundamental.

Estudaremos agora, alguns aglomerantes, como por exemplo a cal, o cimento natural, ogesso e o cimento Portland.

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1.7. Cal

1.7.1. Introdução

Na Antiguidade o aglomerante clássico dos elementos de construção foi a cal. Utilizadapelos gregos e romanospode-se até imaginar que tenha sido descoberta acidentalmentenum acampamento onde se acendeu umafogueira sobre uma rocha calcária, cai uma chuvainesperada e deste modo ocorre a desagregação dos pedaçosda rocha, com a produção devapor de água e de uma pasta branca.

Esta pasta ao transcorrer nos dias recupera a dureza e resistência da rocha original. Destemodo ou de umamaneira muito semelhante foi descoberta a argamassa de cal, séculosantes que se conhecesse o processo deobtenção da mesma (calcinação, extinção erecarbonatação), o qual veremos adiante.

Atualmente no Brasil, segundo a ABPC (Associação Brasileira dos Produtores de Cal),consome-se, nas pequenasconstruções 1,1 saco de cal por m2 de construção, ou seja 22kg/m2 de área construída. Isso dá bem umadimensão da importância do material que étambém empregado na estabilização de solos, em especial os sílticos eargilosos formando solo-cal, nos processos de obtenção do aço (fundentes), na fabricação de açúcar de cana,na obtenção do vidro, no tratamento de água, na obtenção de papel e em concretosespeciais para aumentar atrabalhabilidade.

Podemos então, definir cal como sendo o nome genérico de um aglomerante simples,resultante da calcinação derochas calcárias à temperatura inferior a de início de fusão,cerca de 900oC, suficiente para a dissociação docalcário, produzindo-se óxido de cálcio egás carbônico.

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1.7.2. Fluxo de processo para obtenção da cal

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Calcinação:

CaCO3 forno (+- 900° c CaO + CO2

rocha calcária cal viva ou virgem

Veja a ilustração abaixo:

O produto obtido desta calcinação, chamadocal viva ou cal virgem, ainda não é oaglomerante, contémpredominantemente óxido de cálcio, exibe estrutura porosa e formatosidênticos aos grãos da rocha original,porém, com menor volume, devido a perda de CO2.

Definição de Cal Virgem ou Cal Viva:Cal obtida no processo de calcinação da qual oconstituinte principal é oóxido de cálcio ou óxido de cálcio em associação natural com oóxido de magnésio, capaz de reagir com a água.Em função dos teores de seus constituintespode ser classificada como cálcica, dolomítica ou magnesiana,conforme tabela 1:

Tabela 1: Classificação da cal virgem (NBR 6453/1988)1

Classificação % de CaO em relação aos óxidos totais

Cálcica ≥ 90

magnesiana ≥ 65 a < 90

Dolomítica < 65

1 NBR 6453/1988 – CAL VIRGEM PARA CONSTRUÇÃO – ESPECIFICAÇÃO.

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Para a obtenção do aglomerante é necessário que a cal viva seja hidratada ou extinta. Oóxido hidratadotransforma-se em hidróxido, que é o constituinte básico do aglomerante cal.A operação de hidratação recebe o nome de extinção, e o hidróxido resultante denomina-se cal extinta ou calhidratada.Extinção:

CaO + H2 O → Ca(OH)2 + calor

cal viva ou virgemcal extinta ou hidratada

56g de CaO + 18g de H2 O = 74g de Ca(OH)2

Rendimento em peso :74 = 1,3256 g

Quantidade de água a empregar para formar a pasta:

18 g = 0,32 ( massa de água = 1/3 massa de CaO)56g

Podemos dizer que a cal extinta (Ca(OH)2) contém 24% de seu peso em água → (água / cal extinta) = 18g / 74g =0,24.Veja ilustração abaixo:

O produto obtido no processo de extinção da cal virgem é a cal hidratada, que é definida segundo a NBR7175/1992 – CAL HIDRATADA PARA ARGAMASSAS, como: Pó seco obtido pela hidratação de cal virgem,constituída essencialmente de hidróxido de cálcio ou de uma mistura de hidróxido de cálcio com hidróxido demagnésio, ou ainda, de uma mistura de hidróxido de cálcio, hidróxido de magnésio e óxido de magnésio

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A cal hidratada apresenta-se sob a forma de flocos ou pó de cor branca. Pode ser vendida eentregue a granel, emcontêiner ou ensacada. A massa líquida de cada saco pode ser de 8,20, 25 ou 40 kg.

Conforme os teores de óxidos não hidratados e de carbonatos, indicados na tabela 2, A calhidratada é designada por:• CH-I – cal hidratada especial• CH-II – cal hidratada comum• CH-III – cal hidratada com carbonatos

Tabela 2 : Exigências Químicas (NBR 7175/1992)2

Compostos

Limites

CH –I CH - II CH - III

Anidridocarbônico (CO2)

Na fábrica ≤5% ≤5% ≤13%

No depósito ou naobra ≤7% ≤7% ≤15%

Óxido não-hidratado calculado ≤10% Não exigido ≤15%

Óxidos totais na base de não voláteis(CaO + MgO) ≥88% ≥88% ≥88%

A reação de extinção se processa com forte desprendimento de calor (reação exotérmica) e grande aumento devolume. A extinção da cal cálcica, usualmente gorda, é muito violenta,podendo ocorrer a queima devido à grandeelevação na temperatura, a qual pode atingir± 400oC . Essa elevação tem provocado incêndios em vagões, silos,barracões de madeira,nos quais a cal virgem se hidratou em contato com a água, geralmente da chuva ou daumidade do ar.

A cal gorda, na extinção aumenta cerca de 3 vezes o seu volume inicial.De acordo com o tempo de extinção, as cales podem ser classificadas em:

• extinção rápida: tempo ≤ 5 minutos;• extinção média: tempo de 5 a 30 minutos;• extinção lenta: tempo > 30 minutos.

Para o processo de extinção rápida, é necessário que a cal seja colocada na água, nunca o inverso.

2 NBR 7175/1992 – CAL HIDRATADA PARA ARGAMASSAS - ESPECIFICAÇÃO

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1.7.3. Impurezas

Os calcários contém impurezas, tais como:• Sílica – SiO2 (S)• Alumina – Al2O3• Ferro – Fe2O3 (F)• Magnésio – (MgO)

São denominadas impurezas argilosas a sílica, a alumina e o ferro. A variação dos teoresdestas impurezas docalcário alteram substancialmente as características dos aglomerantesobtidos.

Quanto ao%de componentes argilosos a cal será considerada:cal aérea ou calhidráulica.

∑ ( % SiO2 + % Al 20 3 + Fe2 O3) se Σ for <10% a cal será denominada Cal Aérease Σ for> 10% a cal será denominada cal hidráulica

As cales podem ainda ser classificadas sob dois aspectos, segundo o autor Falcão Bauerem seu livro “Materiaisde Construção”:

a) Segundo a composição química cálcicas : mais de 75% de CaOmagnesianas :maisde20%de MgO

b) Segundo o rendimento em pasta gordas: R ≥ 1,82 m3 / toneladamagras: R < 1,82 m3 / tonelada

Nota: Entende-se por rendimento em pasta o valor do volume de pasta de cal obtida comuma tonelada de calviva. Essa pasta é uma suspensão do tipo coloidal, que se obtém naoperação de extinção da cal viva. Paratodos os efeitos, a pasta de cal pode ser consideradacomo o aglomerante realmente utilizado em construção.Do ponto de vista econômico, éprimordial o conhecimento do rendimento em pasta, porque o produto compradoé a cal vivae o produto utilizado, a pasta de cal.

Se o rendimento em pasta for maior que 1,82, a cal será denominada gorda, e se for inferiora esse valor,magra. Esse rendimento-limite corresponde ao rendimento de 1,82 m3 de pastapara uma tonelada de cal viva(550 kg de cal viva para 1 m3 de pasta). A cal é gorda quandosão necessários 550 kg de cal viva para obter1m3 de pasta, e a cal é dita magra quando sãonecessários mais de 550kg de cal viva para obter 1m3 de pasta.A cal gorda dá origem a uma pasta plástica e homogênea. Já a cal magra origina pastaterrosa e grumosa.

De um modo geral, a cal magnesiana é magra. Observa-se, entretanto, que outros fatores,como a presença deimpurezas, supercozimento ou subcozimento, têm maior influência norendimento da cal.

A cal extinta é utilizada em misturas com água e areia, em proporções apropriadas, na elaboração deargamassas. Estas têm consistência mais ou menos plástica, e endurecempor recombinação do hidróxido como gás carbônico presente na atmosfera, reconstituindo ocarbonato original, cujos cristais ligam de maneira

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permanente os grãos de agregado utilizado. Esse endurecimento ocorre com lentidão e ocorre, evidentemente,de fora paradentro, exigindo uma certa porosidade que permita, de um lado, a evaporação da água emexcessoe, de outro, a penetração do gás carbônico do ar atmosférico. O mecanismo doendurecimento, quedepende do ar atmosférico, explica o nome dado a esse aglomerante –cal aérea – que se opõe ao nome deoutra variedade – cal hidráulica – que endurece principalmente por ação da água.

A carbonatação da cal aérea é acompanhada de um aumento de volume. Devido a essaexpansão, deve-seutilizar argamassas de cal aérea com areia, diminuindo assim a retraçãoque se processa com a perda d’água,aumentando a porosidade, conseqüentemente,facilitando a penetração do CO2. Não se deve utilizarargamassas com muita cal e nemcamadas muito espessas.

1.7.4. Formas de Endurecimento

a) Cal Aérea: Reação de Recarbonatação

Ca(OH)2+ H2O CaCO3+H2OCo2(ar)

Essa reação ocorre na temperatura ambiente e exige a presença de água, a qual funcionacomo agentecatalisador. Verificou-se que o gás carbônico seco não combinasatisfatoriamente com o hidróxido. O processo élento, podendo, entretanto, ser aceleradopelo aumento da proporção de gás carbônico presente na atmosfera. Oresultado, porém,não é satisfatório, uma vez que tal aceleração conduz ao desenvolvimento insuficiente doscristais de carbonatos, que resulta no enfraquecimento final do produto. O endurecimento dacal aérea somenteocorre na presença do ar. Porém, depois de endurecida, se colocada emcontato com água, dissolve- se aospoucos.

b) Cal Hidráulica:

Ca(OH)2+ H2O → hidratação de silicatos e aluminatos de cálcio.

O endurecimento da cal hidráulica se faz decorrente da hidratação de silicatos ealuminatos formados pelacombinação de moléculas de CaO com os componentes argilosos. Após endurecida se for submetida aocontato com água não se dissolve.

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1.7.5. Cal Aérea

A cal aérea é obtida pela calcinação de rochas calcárias que tenham teores de componentesargilosos inferioresa 10%, sendo necessária a extinção para a obtenção do aglomerante.

Por ser um aglomerante aéreo necessita estar em contato com o ar para que o processo de endurecimentocorra.

1.7.5.1. Aplicação da cal aérea

• Fabricação de argamassa• Preparo de tintas• Indústria química e cerâmica• Estabilidade de solos

Nota: As natas de cal são utilizadas em revestimentos e pinturas.

1.7.5.2. Características

• Massa específica: 2,25 a 2,30 kg/l;• Massa unitária: 0,48 a 0,60 kg/l.

1.7.6. Cal Hidráulica

A cal hidráulica é obtida pela calcinação de rochas calcárias que tenham teores decomponentes argilosossuperiores a 10%.

A cal hidráulica se caracteriza pelo fato de endurecer pela ação da água, sem necessitar daintervenção do ar, ede resistir satisfatoriamente quando em contato com água.

Sua pega é muito lenta o que a torna mais adequada a emprego de menor responsabilidade,principalmente emmisturas denominadas cimentos de alvenaria.

Assim como a cal aérea, a cal hidráulica também necessita da extinção para a obtenção finaldo aglomerante.

Ao ser utilizada como aglomerante, a cal hidráulica é misturada com água, e oendurecimento da pasta resultade dois tipos de reação, o hidróxido de cálcio livre combina-se com o CO2 do ar, e os compostos de cal e argilahidratam-se, formando produtosinsolúveis, que colocam o aglomerante na classe dos hidráulicos.

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1.7.6.1. Classificação e propriedade

Quanto maior o percentual de componentes argilosos presentes no calcário de origem maiorserá a hidraulicidadeda cal e melhor serão as suas características mecânicas.

A hidraulicidade de uma cal é dada por:

I.H = % SiO2 + % Al 2 O 3 + Fe2 O 3% CaO

OndeI.H.= índice de hidraulicidade.

I.H. % ComponentesArgilosos

ClassificaçãoResistência àCompressão

(kg/cm2)

0,16 a 0,31 10 - 15 Medianamente hidráulica 15

0,31 a 0,42 15 - 19 Hidráulica 40

0,42 a 0,50 19 – 22 Fortemente hidráulica 80

1.7.6.2. Aplicações

A cal hidráulica não é empregada no Brasil.

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1.7.7. Recapitulando (Cal)

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1.7.8. Normas relacionadas à Cal

DESCRIÇÃO DA NORMA NÚMERO ATUALIZAÇÃO

Cal virgem para construção NBR 6453 2003

Cal hidrata para argamassas - Requisitos NBR 7175 2003

Cal virgem e cal hidrata – Retirada e preparação deamostra – Procedimento

NBR 6471 1998

Cal virgem e cal hidratada – Análise química NBR 6473 2003

Cal virgem – Determinação do tempo de extinção NBR 10791 1989

Cal – Determinação do resíduo de extinção NBR 6472 1993

Perguntas e Respostas

1) Descreva o processo de obtenção da cal.A cal é um produto obtido pela calcinação (queima) de rochas calcárias, compostas porcarbonato de cálcio emagnésio.Após a rocha ser devidamente analisada e moída, obedecendo às exigências químicas efísicas, esta éenviada a fornos com altíssimas temperaturas para ser calcinada (o quepromove a retirada do gás carbônico). Oproduto resultante deste processo é denominadoCAL VIRGEM (ou cal viva) e não apresenta propriedadesaglomerantes. Para obtermos oaglomerante cal (hidróxido de cálcio), é necessário que a cal virgem seja hidratada(extinta),reação esta que é resultante da adição de água à cal virgem.Somente após o processo de moagem e separação de acordo com a granulometria, é que acal estará pronta paraser utilizada.

2) O que é cal viva?É o nome que se dá ao produto obtido da calcinação da rocha calcária. Ainda não é oaglomerante, contémpredominantemente óxido de cálcio, e exibe estrutura porosa e formatoidêntico aos grãos da rocha original, porém,com menor volume, devido à perda de CO2.

3) Por que a cal viva não necessita de moagem para tornar-se material pulverulento?Porque durante a reação de extinção ou hidratação a cal viva já se pulveriza.

4) Qual a diferença entre cal aérea e cal hidráulica?Cal aérea – aglomerante aéreo, necessita estar em contato com o ar para que o processo deendurecimento ocorra(não resistem bem a ação da água).Cal hidráulica – aglomerante hidráulico, seu endurecimento se dá sob a influência exclusivada água, independentedo ar, e resistem satisfatoriamente a ação da água depois deendurecidos.

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5) Cite 5 qualidades essenciais das pastas e argamassas feitas com cal e cimento.• Aumento da retenção de água e da capacidade de incorporação da areia;• reconstituição autógena (existe por si mesma) das fissuras;• plasticidade;• maior trabalhabilidade do que as argamassas preparadas somente com cimento;• raras eflorescências.

6) Quais as diferenças entre os produtos denominados cal hidráulica e cal hidratada?A cal hidráulica é um produto obtido pela calcinação de rochas calcárias que tenham teoresde impurezas argilosossuperiores a 10%, conferindo a esta a característica deendurecimento pela ação da água, sem necessitar daintervenção do ar.Já a cal hidratada é o produto resultante da hidratação (extinção) da cal viva.A partirdestahidratação obtemos o aglomerante cal que, dependendo do teor de impurezas argilosas,será classificado emcal aérea ou cal hidráulica.

7) Por que as cales obtidas de calcários com teores mais elevados de impurezas argilosassão mais resistentes do que aquelas obtidas de calcários puros?Quanto maior o teor de impurezas argilosas, maior será a quantidade de silicatos ealuminatos presentes nesta cal,aumentando assim a hidraulicidade e a resistênciamecânica desta cal.

8) Escreva, resumidamente o que sabe sobre a cal dentro dos seguintes tópicos: obtenção,reação de endurecimento e classificação.Obtenção – a cal é um produto obtido pela calcinação (queima) de rochas calcárias,compostas por carbonato decálcio e magnésio. A partir desta calcinação obtemos a calvirgem, produto este que ainda não é o aglomerante. Énecessário, então, que seja feita ahidratação da cal virgem, formando-se assim a cal hidratada, que apresentapropriedadesaglomerantes.Endurecimento – a reação de endurecimento da cal dependerá do teor de impurezasargilosas presentes nesta, pois,dependendo desta quantidade, a cal será classificada em aérea ou hidráulica.A cal aérea apresenta menos de 10% de impurezas argilosas, e seu endurecimento se dásob a ação do ar (a águaque se encontra presente na reação funciona como agentecatalisador).A reação de endurecimento da cal hidráulica se faz decorrente da hidratação de silicatos ealuminatos formados pelacombinação de moléculas de CaO com os componentesargilosos.Classificação – as cales podem ser classificadas sob três aspectos:a)Quanto ao teor de componentes argilosos:-∑(%SiO2+ %Al2O3 + %Fe2O3) < 10%→ a cal será denominada Cal Aérea.-∑(%SiO2+ %Al2O3 + %Fe2O3) > 10%→ a cal será denominada Cal Hidráulica.b)Segundo a composição química:- Cálcicas: possuem mais de 75% de CaO.- Magnesianas: possuem mais de 20% de MgO.c)Segundo o rendimento em pasta:- Gordas: apresentam rendimento≥1,82m3 / tonelada.- Magras: apresentam rendimento≤ 1,82m3 / tonelada.

9) Como se processa o endurecimento da cal aérea?O endurecimento da cal aérea ocorre com lentidão, uma vez que tal processo se dá de forapara dentro da massa,exigindo uma certa porosidade que permita, de um lado, aevaporação da água em excesso e, de outro, a penetraçãodo gás carbônico presente no aratmosférico

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Leitura Complementar

Como preparar argamassa de qualidade?

“O maior equívoco cometido na preparação da argamassa é a adição de quantidadesinadequadas deareia, aponta um especialista norte-americano, que indica também afórmula que considera ideal para a

mistura obter o melhor resultado nas obras civis,utilizando a cal”.

John P. Speweit exalta as virtudes que a cal acrescenta à argamassa: aumento da retençãode água e dacapacidade de incorporação da areia, reconstituição autógena (que existe porsi mesma) das fissuras, plasticidade,melhor trabalhabilidade, raras eflorescências e outras.Para a obtenção dos melhores resultados nas obras, eleindica os ingredientes e a forma depreparo de argamassa Cimento Portland / Cal:a) Cimento Portland tipo I, definido pela norma ABNT – NBR 5732;b) Tipo S ou AS de cal hidratada, conforme definições contidas na norma brasileira ABNT –NBR 7175;c) Areia levemente úmida, limpa e frouxa, conforme determina a norma brasileira NBR7214;d) Água com qualidade de água potável.

O principal equívoco cometido na preparação da argamassa cimento-cal é a adição dequantidades inadequadasde areia. Esta falha causa não só problema de longevidade, como também de trabalhabilidade e ainda cria apossibilidade do surgimento de fissuras durante oprocesso de endurecimento da argamassa.

Para garantir a consistência desejada é preciso medir corretamente o volume de areia. Senão houver umacaçamba de exatamente 1 metro cúbico, pode-se usar uma lata ou balde de5 galões de capacidade (3,7853 litros).Cinco medidas de 1,5 galão (5,67 litros) equivalem a1 pé cúbico. A areia deve ser medida na condição frouxa elevemente úmida.

Para se obter argamassa de qualidade e trabalhabilidades ótimas é preciso seguir asseguintes etapas napreparação da argamassa cimento-cal:1) Colocar 75% da água total recomendada;2) Adicionar 50% da areia;3) Adicionar toda a cal hidratada recomendada;4) Proceder a mistura, sob agitação, por 2 minutos;5) Adicionar todo o cimento Portland;6) Adicionar os 50% restantes da areia;7) Adicionar água suficiente para dar à argamassa a consistência para a trabalhabilidade desejada;8) Proceder a mistura por 5 minutos completos.

O texto acima foi retirado doJornal da Cal / Dezembro de 1998, no 69ABPC –Associação Brasileira dos Produtores de Cal.

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1.8. Cimento Natural

Aumentando-se o teor de componentes argilosos no calcário de origem, aumenta-se a hidraulicidade e diminui-se a cal livre.

A existência de cal livre é que provoca, na extinção, a pulverização do aglomerante. No caso dos cimentosnaturais já se torna necessário a moagem para reduzir o tamanho das partículas.

Pode-se assim definir o cimento natural como sendo: “Produto do cozimento de calcários argilosos, seguido demoagem até tornar-se um material pulverulento. O cimento natural difere-se da cal hidráulica por não conterCaO livre, estando este combinado com os componentes argilosos”.

Não tendo o calcário uma composição uniforme, o cimento natural apresenta valores variáveis.

De um mesmo calcário pode ser fabricado um cimento natural de pega lenta, semi-lenta ou rápida dependendoda temperatura no cozimento.

Se a temperatura for menor que 1000oC (inferior ao início da fusão), o cimento natural será de PEGARÁPIDA (IH varia de 0,6 a 0,8).

Se a temperatura for aproximadamente 1450oC (início de fusão), o cimento natural será de PEGA LENTAou SEMI-LENTA.

No Brasil não é fabricado o cimento natural.

1.9. Gesso

1.9.1. Definição

Gesso é um aglomerante aéreo obtido pela desidratação total ou parcial da gipsita.

A gipsita natural é constituída de sulfato biidratado de cálcio (CaSO4 . 2 H2O) geralmente acompanhado deuma certa proporção de impurezas, como sílica, alumina, óxido de ferro, carbonatos de cálcio e magnésio. Ototal das impurezas varia desde uma proporção muito pequena até um limite máximo de cerca de 6%. A massaespecífica da gipsita varia de 2,31 a 2,33 g/cm3, é abundante na natureza e as maiores reservas brasileiras degipsita encontram-se no nordeste do país.

O principal emprego da gipsita natural ou crua é na fabricação de cimento Portland, que veremos mais adiante.Em segundo lugar vem seu uso como corretivo de solos alcalinos.

A gipsita calcinada é intensamente utilizada pela indústria de construção civil. Ao ser calcinada em temperaturaadequada ela perde parte da água de cristalização, obtendo-se o produto geralmente conhecido como gesso.

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1.9.2. Fases de desidratação da gipsita por calcinação

A desidratação da gipsita por calcinação, dentro do limite das temperaturas e pressões correntes na operação decozimento, conduz à formação dos seguintes sulfatos:a) Temperatura ambiente → CaSO4 . 2 H2O.b) 120oC a 180oC → A gipsita perde 1 ½ molécula de água, passando de diidrato (CaSO4.2 H2O) a hemi -hidrato (CaSO4 . ½ H2O). Nesta forma é conhecida como Gesso de Paris,Gesso de Estuque ou Gesso Rápido, sendo amplamente utilizada na construção civil.c) 180oC a 300oC → CaSO4 = Anidrita solúvel (é ávida de água, transformando-se rapidamente em hemi-hidrato).d) 300oC a 600oC → CaSO4 = Anidrita Insolúvel (não é suscetível a reidratação rápida, sendo praticamenteinerte, e, por esse fato, participa do conjunto como material de enchimento, como a areia na argamassa.e) 900oC a 1000oC → CaO + SO3 – decomposição parcial. Denomina-se gesso hidráulico, apresentandoendurecimento lento e sendo utilizado em pavimentação.

• Nota: Os hemi-hidratos e a anidrita solúvel quando colocados em presença de água, em temperaturaadequada, retornam rapidamente a sulfato biidratado original. Essa combinação faz-se com a produção de umafina malha cristalizada, interpenetrada, responsável pela coesão do conjunto. Tal fenômeno, conhecido por “pegado gesso”, é seguido de uma elevação de temperatura (reação exotérmica).

1.9.3. Propriedades

O gesso é vendido em nosso mercado sob a forma de um pó branco, de elevada finura, em sacos de 50 a 60 kg ,podendo também receber o nome de “estuque” ou “gesso-molde”. Sua densidade aparente varia de 0,70 a 1,0,diminuindo com o grau de finura. Sua densidade absoluta é aproximadamente de 2,7.

Suas propriedades são:a) Pega: A velocidade de endurecimento das massas de gesso depende dos seguintes fatores: temperatura etempo de calcinação; finura; quantidade de água de amassamento e presença de impurezas ou aditivos.

A calcinação realizada em temperaturas mais elevadas ou durante tempo mais longo conduz à produção dematerial de pega mais lenta, porém de maior resistência. O gesso de Paris, que é constituído de semi-hidrato puro,dá pega em poucos minutos; gessos obtidos emsegunda cozedura, constituídos principalmente de sulfato-anidropodem ter pega tão lenta quanto se desejar. Material supercozido, com predominância de anidro insolúvel, não dápega, é sem valor aglutinante. Gessos de elevada finura dão pega mais rápida e atingem maiores resistências, emrazão do aumento da superfície específica, disponível para a hidratação.

A quantidade de água de amassamento influencia negativamente o fenômeno da pega e do endurecimento, querpor deficiência, quer por excesso. A quantidade ideal se aproxima da quantidade teórica de água necessária àhidratação (18,6%).

O semi-hidrato puro, gesso de Paris, dá pega tão rapidamente, entre 2 a 5 minutos, que é virtualmente inútil comomaterial de construção, pois endurece antes que possa ser trabalhado. A presença de impurezas, quenaturalmente ocorre na gipsita original, diminui muito a velocidade de endurecimento. Pode-se também reduzir otempo de pega mediante o emprego de aditivos apropriados, como retardadores, cola, serragem fina de madeira.Tais produtos retardam a hidratação por interferência mecânica, formando membranas protetoras intergranulares.

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No entanto, outras substâncias como o sal de cozinha ou mesmo o gesso hidratado, são aceleradores de pega.

b) Resistência Mecânica: As pastas de gesso, depois de endurecidas, atingem resistência à tração entre 0,7 e 3,5MPa e à compressão entre 5 e 15 MPa. As argamassas com proporção exagerada de areia alcançam resistência àtração e à compressão muito inferiores à estas.

c) Aderência: As pastas e argamassas de gesso aderem muito bem ao tijolo, pedra e ferro, e aderem mal àssuperfícies de madeira. A aderência ferro-gesso, embora traduza uma compatibilidade físico-química entre os doismateriais, tem, infelizmente o defeito de ser instável, permitindo a corrosão do metal. Não se pode fazer gessoarmado como se faz cimento armado. No entanto, a estabilidade é alcançada quando se faz armadura com ferrogalvanizado.

d) Isolamento: As pastas endurecidas de gesso possuem excelentes propriedades de isolamento térmico,isolamento acústico e impermeabilidade ao ar. Sua condutibilidade térmica é muito baixa, cerca de 1/3 do valor parao tijolo comum. Os revestimentos feitos com gesso possuem considerável resistência ao fogo. A água decristalização é eliminada pelo calor, reduzindo o material superficial à condição de pó, que não sendo removido, atuacomo isolador que protege a camada interior de gesso.

1.9.4. Fabricação

A calcinação da gipsita, atualmente, pode ser feita em fornos de marmita ou em fornos rotativos.

No processo da marmita, a gipsita pulverizada é aquecida dentro de um grande recipientecom capacidade variávelentre 10 e 20 toneladas. O material é agitado e aquecido por fogo indireto. Entre 100 e 110oC, a umidade superficialé eliminada, ocorrendo a desidratação entre 120 e 150oC. A água de hidratação é eliminada sob a forma de vapor,com uma agitação violenta que se assemelha à fervura. Esta continua até que a desidratação de 1 e ½ molécula deágua se complete, ocasião em que o material entra em repouso. O gesso,neste estágio de produção, é denominado de primeira cozedura e se constitui principalmente de semi-hidratos.

Dando continuidade ao processo mediante a elevação das temperaturas até 190 ou 220oC, eliminar-se-á o restanteda água de hidratação, observando-se nova fervura no cozimento. O material assim produzido, constituído quaseque exclusivamente de sulfato-anidro solúvel, será de pega mais rápida. Observa-se que o gesso de primeiracozedura pode adquirir qualidades semelhantes às do de segunda cozedura, por meio do processo deenvelhecimento ao ar atmosférico.

O processo mais moderno de produção de gesso utiliza fornos rotativos para a calcinação da gipsita.

Uma variedade bem conhecida do gesso de acabamento é o chamado cimento Keene. Esse gesso é produzido porcalcinação dupla de gipsita muito pura. Após a primeira calcinação em temperatura elevada, o sulfato-anidroresultante é imerso numa solução de 10% de alúmen, depois é recalcinado e, finalmente, pulverizado num moinhode bola. O cimento Keene é branco industrialmente, e é sobretudo utilizado para a junção de lajes e painéis murais,como o mármore artificial e para aplicações especiais.

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1.9.5. Utilização do gesso Paris

a) Argamassa para reboco (revestimento) na proporção: 1 gesso: 1 cal: 4 areia (em volume);b) Rebaixamento de tetos;c) Blocos para paredes divisóriasd) Painéis de paredes pré-fabricados;e) Corpos ocos para lajes.

Notas:1) O gesso não serve para aplicações exteriores devido ao fato de se deteriorar em consequência da solubilizaçãona água.2) Para o preparo de argamassas de gesso para revestimento são necessários gessos que tenham tempo de pegalento e que sejam de endurecimento rápido. Para retardar o tempo de pega do gesso pode-se adicionar cal.

1.9.6. Normas relacionadas ao gesso

DESCRIÇÃO DA NORMA NÚMERO ATUALIZAÇÃO

Gesso para construção - Determinação da água livre ede cristalização e teores de óxido de cálcio e anidridosulfúrico

NBR12130(orig. MB3471) 29/11/1991

Gesso para construção - Determinação daspropriedades físicas da pasta

NBR12128(orig. MB3469)

29/11/1991

Gesso para construção - Determinação daspropriedades físicas do pó

NBR12127(orig. MB3468)

29/11/1991

Gesso para construção - Determinação daspropriedades mecânicas

NBR12129(orig. MB3470)

29/11/1991

Gesso para construção civil NBR13207 31/10/1994

Placas lisas de gesso para forro - Determinação dasdimensões e propriedades físicas

NBR1277530/12/1992

Revestimento interno de paredes e tetos com pastas degesso - Materiais, preparo, aplicação e acabamento NBR13867 30/5/1997

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Perguntas e respostas

1) Quais as principais propriedades do gesso?O gesso é um aglomerante aéreo obtido pela desidratação total ou parcial da gipsita.

As principais propriedades do gesso são:- Pega→ a velocidade de endurecimento depende de vários fatores, como: temperatura etempo de calcinação,finura, quantidade de água de amassamento e presença de impurezase aditivos.- Resistência Mecânica→ tração: entre 0,7 e 3,5 MPa e Compressão: entre 5,0 e 15,0 MPa.- Aderência→ aderem muito bem ao tijolo, pedra e ferro, e aderem mal às superfícies demadeira.- Isolamento→ possuem excelentes propriedades de isolamento térmico, acústico e impermeabilidade ao ar.

2) Quais as características que conferem ao gesso sua excelente propriedade de proteção contra o fogo?O gesso apresenta elevada resistência ao fogo devido à água de cristalização. Ao atingir atemperatura de120˚C parte da água de cristalização se liberta, formando um “ véu de vapor”impedindo que a temperatura juntoao revestimento ultrapasse os 100˚C. A água decristalização restante é libertada a uma temperatura em tornode 180˚C, reforçando assim o“véu de vapor”.

3) Cite as principais utilizações do gesso na construção civil.É utilizado na fabricação de argamassas, rebaixo de tetos, blocos para paredes divisórias,painéis de paredespré-fabricadas, corpos ocos para lajes, entre outros.

4) A velocidade de endurecimento das pastas e argamassas de gesso depende de que fatores?A pega do gesso depende da temperatura e tempo de calcinação, finura, quantidade de água de amassamentoe presença de impurezas e aditivos.

5) Em poucas palavras, escreva sobre o aglomerante gesso, dentro dos seguintes itens: obtenção, reação deendurecimento, propriedades e utilização.Obtenção: o gesso é obtido através da desidratação total ou parcial da gipsita ( CaSO4 .2H2O).Reação de Endurecimento: a velocidade de endurecimento das massas de gesso depende dos seguintesfatores: temperatura e tempo de calcinação; finura; quantidade de água de amassamento e presença deimpurezas ou aditivos.Propriedades: tempo de pega, aderência, resistência mecânica e isolamento.Utilização: o gesso é largamente utilizado na construção civil para diversos fins (ver questão 3).

6) Qual o principal emprego da gipsita crua?A gipsita crua é utilizada na fabricação do Cimento Portland e como corretivo de solos.

7) Qual a fórmula química da gipsita natural?CaSO4. 2H2O (sulfato de cálcio biidratado).

8) O gesso serve para revestir área externa? Por quê?Não, pois se tratando de um aglomerante aéreo, não resiste à ação da água.

9) Qual artifício pode ser usado para retardar o tempo de pega das argamassas de gesso?São vários os artifícios que podem ser utilizados, dentre os quais citamos: presença de impurezas, adição decal, ou emprego de aditivos apropriados como retardadores, cola, serragem fina de madeira entre outros.

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1.10. Cimento Portland

1.10.1. A história do cimento

A procura por segurança e durabilidade para as edificações conduziu o homem à experimentação de diversosmateriais aglomerantes. Os romanos chamavam esses materiais de “caementum”, termo que originou a palavracimento.

O engenheiro John Smeaton, por volta de 1756, procurava um aglomerante que endurecesse mesmo empresença de água, de modo a facilitar o trabalho de reconstrução do farol de Edystone, na Inglaterra. Em suastentativas, verificou que uma mistura calcinada de calcário e argila tornava-se, depois de seca, tão resistentequanto as pedras utilizadas nas construções.

Coube, entretanto, a um pedreiro, Joseph Aspdin, em 1824, patentear a descoberta, batizando-a de cimentoPortland, numa referência à Portlandstone, tipo de pedra arenosa muito usada em construções na região dePortland, Inglaterra.

Poucos anos antes, na França, o engenheiro e pesquisador Louis Vicat publicou o resultado de suas experiênciascontendo a teoria básica para produção e emprego de um novo tipo de aglomerante: o cimento artificial.

Aquele produto, no entanto, exceto pelos princípios básicos, estava longe do cimento Portland que atualmente seconhece, resultante de pesquisas que determinam as proporções adequadas da mistura, o teor de seuscomponentes, o tratamento térmico requerido e a natureza química dos materiais.

O cimento Portland desencadeou uma verdadeira revolução na construção, pelo conjunto inédito de suaspropriedades de moldabilidade, hidraulicidade (endurecer tanto na presença da ar como da água), elevadasresistências aos esforços e por ser obtido a partir de matérias-primas relativamente abundantes e disponíveis nanatureza.

A criatividade de arquitetos e projetistas, a precisão dos modernos métodos de cálculo e a genialidade dosconstrutores impulsionaram o avanço das tecnologias de cimento e de concreto, possibilitando ao homemtransformar o meio em que vive, conforme suas necessidades. A importância deste material cresceu em escalageométrica, a partir do concreto simples, passando ao concreto armado e, finalmente, ao concreto protendido. Adescoberta de novos aditivos, como a microssílica, possibilitou a obtenção de concreto de alto desempenho(CAD), com resistência à compressão até 10 vezes superiores às até então admitidas nos cálculos das estruturas.

Obras cada vez mais arrojadas e indispensáveis (barragens, pontes, viadutos, edifícios, estações de tratamento deágua, rodovias, portos e aeroportos), que propiciam conforto, bem-estar e o contínuo surgimento de novosprodutos e aplicações, fazem do cimento um dos produtos mais consumidos da atualidade, conferindo umadimensão estratégica à sua produção e comercialização.

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A fabricação do cimento portland é feita de acordo com as especificações da Associação Brasileira de NormasTécnicas (ABNT), existindo, atualmente, no mercado brasileiro as seguintes variedades comerciais:

CIMENTO PORTLAND

VARIEDADES COMERCIAIS NORMAS DA ABNT

1- Comum (CP I e CP I-S) classes 25, 32 e 40 NBR 5732 (EB – 1 / 91)

2- Composto (CP II-E, CP II-Z e CP II-F) classes 25, 32e 40

NBR 11578 (EB – 2138 / 91)

3- Alto Forno (CP III) classes 25, 32 e 40 NBR 5735 (EB – 208 / 91)

4- Pozolânico (CP IV) NBR 5736 (EB – 758 / 91)

5- Alta Resistência Inicial (CP V) NBR 5733 (EB – 2 / 91)

6- Resistência à sulfatos NBR 5737 (EB – 903 / 91)

7- Especiais

8- Branco, Tipo G

1.10.2. Composição do cimento Portland

O cimento portland é composto de clínquer e de adições. O clínquer é o principal componente e está presente emtodos os tipos de cimento portland. As adições podem variar de um tipo de cimento para outro e são principalmenteelas que definem os diferentes tipos de cimento.

1.10.2.1. Clínquer

O clínquer tem como matérias-primas o calcário e a argila, ambos obtidos de jazidas em geral situadas nasproximidades das fábricas de cimento. A rocha calcária é primeiramente britada, depois moída e em seguidamisturada, em proporções adequadas, com argila moída. A mistura formada atravessa então um forno giratório degrande diâmetro e comprimento (até 7,5m de diâmetro e até 230m de comprimento), cuja temperatura internachega a alcançar 1450oC. O intenso calor transforma a mistura em um novo material, denominado clínquer, que seapresenta sob a forma de pelotas. Na saída do forno o clínquer, ainda incandescente, é bruscamente resfriado efinamente moído, transformando-se em pó.O clínquer em pó tem a peculiaridade de desenvolver uma reação química em presença de água, na qual ele,primeiramente torna-se pastoso e, em seguida, endurece, adquirindo elevada resistência e durabilidade. Essacaracterística adquirida pelo clínquer, que faz dele um ligante hidráulico muito resistente, é sua propriedade maisimportante.

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Fabricação do clínquer portland

Como já foi dito, as matérias-primas principais para a produção do clínquer são a rocha calcária e a argila queapresentam as seguintes características:

CALCÁRIO → O calcário é o carbonato de cálcio (CaCO3) que se apresenta na natureza com impurezas comoóxido de magnésio. O carbonato de cálcio puro ou calcita, sob ação do calor, decompõe-se do seguinte modo:

CaCO3 CaO + CO2

(100) (56%) (44%)

Vê-se, então que uma tonelada de calcário dá origem a 560 kg de cal, que é verdadeiramente a matéria-prima queentra na fabricação do cimento, porquanto os 440 kg de CO2 são perdidos sob a forma de gás, que sai pelachaminé das fábricas.

ARGILA → A argila empregada na fabricação do cimento é essencialmente constituída de um silicato dealumínio hidratado, geralmente contendo ferro e outros minerais, em menores porcentagens.

A argila fornece os óxidos SiO2, Al2O3 e Fe2O3, necessários à fabricação do cimento.

Quando ocorre deficiência de SiO2 na argila, é necessária a utilização da areia, como corretivo da farinha crua. Omesmo acontece com o Fe2O3, ou seja, quando a argila for deficiente desta substância, torna-se necessária aadição de minério de ferro (hematita). Durante a extração, processamento e estocagem, os materiais sãoanalisados fisicamente e quimicamente pela equipe do laboratório da fábrica.

A ilustração abaixo nos mostra, resumidamente, quais as matérias primas para a obtenção do cimento:

A fabricação do CLÍNQUER PORTLAND segue as seguintes etapas:• extração e preparo da mistura crua;• dosagem da mistura crua;• homogeneização;• clinquerização;• esfriamento.

• Extração e preparo da mistura cruaA matéria-prima é extraída das jazidas pelos processos usuais de exploração de depósitos minerais. O calcáriopode apresentar-se com dureza elevada, exigindo o emprego de explosivos seguido de britagem, ousuficientemente mole, exigindo apenas o emprego de desintegradores, para ficar reduzido ao tamanho departículas de diâmetro máximo da ordem de 1cm.

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As argilas contendo silicatos, alumina e óxido de ferro, normalmente, apresentam-se em condições de seremmisturadas diretamente com o calcário.

Calcário e argila, em proporções predeterminadas, são enviadas ao moinho de cru (moinhos de bolas, debarras, de rolos) onde se processa o início da mistura íntima das matérias-primas e, ao mesmo tempo, a suapulverização, de modo a reduzir o diâmetro das partículas a 0,05 mm, em média.

A moagem, conforme se trate de via úmida ou seca, é feita com ou sem presença de água.

• Dosagem da mistura cruaA determinação da porcentagem de cada matéria-prima na mistura crua depende essencialmente dacomposição química das matérias-primas e da composição que se deseja obter para o cimento portland,quando terminado o processo de fabricação. Durante o processo de fabricação, a matéria-prima e a misturacrua são analisadas, quimicamente, numerosas vezes, a intervalos de 1 hora e, às vezes, de meia hora, e emface dos resultados dos ensaios, o laboratório indica as porcentagens de cada matéria-prima que deve compora mistura crua.

São numerosos os métodos de controle da composição química da mistura crua, sendo as fórmulas seguintesas mais empregadas:

•Módulo Hidráulico (Michaelis) →

•Módulo de Sílica →

• Módulo de Alumina-Ferro →

Nos cimentos nacionais, como resultados de numerosos ensaios, realizados em seu laboratório, a AssociaçãoBrasileira de Cimento Portland (ABCP) encontrou os seguintes valores:

Mínimo MáximoMH 1,8 2,2

MS 1,7 3,1

MAF 1,2 3,2

MH = CaOSiO2 + Al2O3 + Fe2O3

MS = __ SiO2

Al2O3 + Fe2 O3

MAF = Al2O3

Fe2O3

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• Homogeneização

A matéria prima devidamente dosada e reduzida a pó muito fino, após a moagem, deve ter a sua homogeneidadeassegurada da melhor forma possível.

No processo de fabricação por via úmida, a matéria-prima é moída com água e sai dos moinhos sob a forma deuma pasta contendo geralmente de 30 a 40% de água, e é bombeada para grandes tanques cilíndricos, onde seprocessa durante várias horas a operação de homogeneização. Os tanques de homogeneização são providos deequipamento que gira em torno de um eixo central e é constituído de uma série de pás que giram, por sua vez, emtorno de vários eixos ligados à arvore principal. A pasta, nesta fase de operação, é ensaiada várias vezes, a fimde se controlar a homogeneidade da mistura e a dosagem dos constituintes do cimento, o que permite a suacorreção, se necessário.

No processo por via seca a matéria prima sai do moinho já misturada, pulverizada e seca. Normalmente osmoinhos de cru do sistema por via seca trabalham com temperaturas elevadas (300 -400oC) no seu interior, oque permite secá-la (menos de 1% de umidade). Para tal fim, são usados, em certos tipos de moinho, os gases decombustão do forno, antes de serem enviados ao filtro retentor de poeiras, e, em seguida, à chaminé. O cru étransportado mecânica ou pneumaticamente para o silo homogeneizador, onde se assegura a homogeneizaçãonecessária da mistura e se corrige, eventualmente, a sua composição.

•Clinquerização:A matéria-prima, uma vez pulverizada e intimamente misturada na dosagem conveniente,sofre o seguintetratamento térmico:

Temperatura

Até 100oC

500oC acima

900oC acima

900oC acima

900oC a 1200oC

1250oC a 1280oC

Processo

Evaporação da água livre

Desidroxilação dos minerais argilosos

Cristalização dos argilo-minerais decompostos

Decomposição do carbonato

Reação do CaO com os sílico-aluminatos

Início de formação da fase vítrea

Reação

Endotérmica

Exotérmica

Exotérmica

Endotérmica

Exotérmica

Endotérmica

Acima de 1280o Formação de vidro e dos compostos do cimento( clinquerização)Provavelmenteendotérmica

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A pasta, no seu movimento forno abaixo, o qual possui uma leve inclinação com relação à horizontal, encontratemperaturas progressivamente mais elevadas. Primeiro a água é eliminada e o CO2 liberado; depois o materialse liquefaz e o calcário, a sílica e a alumina se recombinam. Então a massa se funde, formando bolas de 3 a25mm, denominadas clínquer. O clínquer cai em resfriadores, que podem ser de vários tipos e em muitasinstalações com dispositivos de recuperação do calor para aquecimento do ar que será usado na queima docarvão em pó (pode ser utilizado óleo combustível ou gás natural ao invés do carvão em pó).

O clínquer resfriado é preto, cintilante e duro; é moído juntamente com o gesso utilizado para evitar uma pegarápida do cimento. A moagem é realizada em moinhos de bolas.

As reações químicas que ocorrem no sistema de fornos de clinquerização, podem, aproximadamente, serrepresentadas como as seguintes:

Pedra calcária CaO + CO2

Argila SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + H2O

No processo por via úmida, todo o processamento termo-químico necessário à produção do clínquer se dá noforno rotativo.No processo por via seca, até temperatura da ordem de 900oC a 1000oC, o processamento da mistura crua sedá em intercambiadores de calor do tipo ciclone ou de contra-corrente. O processamento restante realiza-se noforno, de comprimento reduzido, que recebe a mistura já na referida temperatura.

• EsfriamentoNo forno, como resultado do tratamento sofrido, a matéria-prima transforma-se em clínquer.Na saída, o materialapresenta-se na forma de bolas de diâmetro máximo variável entre 1cm a 3cm. As bolas que constituem oclínquer saem do forno a uma temperatura da ordem de 1200oC a 1300oC, pois há um início de abaixamentode temperatura, na fase final, ainda no interior do forno.O clínquer sai do forno e passa ao equipamento esfriador, que pode ser de vários tipos. Sua finalidade é reduzira temperatura, mais ou menos rapidamente, pela passagem de uma corrente de ar fria no clínquer.Dependendo da instalação, na saída do esfriador o clínquer apresenta-se entre 50oC e 70oC, em média. Oclínquer, após o esfriamento, é transportado e estocado em depósitos.

1.10.2.2. Adições

As adições são outras matérias primas que, misturadas ao clínquer na fase de moagem, permitem a fabricaçãodos diversos tipos de cimento portland hoje disponíveis no mercado. Essas outras matérias primas são agipsita (CaSO4 . 2H2O), as escórias de alto-forno, os materiais pozolânicos e os materiais carbonáticos.

A gipsita tem como função básica aumentar o tempo de endurecimento do clínquer moído. Caso não seadicionasse gipsita à moagem do clínquer, o cimento, quando entrasse em contato com a água, endureceriaquase que instantaneamente, o que inviabilizaria seu uso nas obras. Por isso, a gipsita é uma adição presenteem todos os tipos de cimento portland. A quantidade adicionada é pequena: em geral, 3% de gipsita para 97%de clínquer, em massa.

3 CaO . SiO2 = C3S2 CaO . SiO2 = C2S3 CaO . Al2O3 = C3A4 CaO . Al2O3. Fe2O3 = C4AF

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As escórias de alto-forno são obtidas durante a produção de ferro-gusa nas indústrias siderúrgicas e têm formade grãos de areia. Antigamente, as escórias de alto forno eram consideradas como um material sem maiorutilidade, até ser descoberto que elas também têm a propriedade de ligante hidráulico muito resistente, ou seja,que reagem em presença de água, desenvolvendo características aglomerantes de forma muito semelhante à doclínquer. Esta descoberta tornou possível adicionar a escória de alto-forno à moagem do clínquer com gesso,guardadas certas proporções, e obter como resultado um tipo de cimento que, além de atender plenamente aosusos mais comuns, apresenta melhoria de algumas propriedades, como maior durabilidade e maior resistênciafinal.

A escória é uma mistura de cal, sílica e alumina, ou seja , os mesmos óxidos que constituem o cimento Portland,mas em proporções diferentes.

A composição química da escória granulada de alto forno deve obedecer a relação, fixada na norma NBR 5735(EB – 208) da ABNT:

CaO + MgO + Al2 O3 >1SiO2

Pode-se dizer que uma escória é considerada satisfatória se for constituída de 42% de cal, 30% de sílica, 19% dealumina, 5% de magnésia e 1% de álcalis.

Isto significa que as escórias destinadas à fabricação de cimento devem ser alcalinas e não ácidas. Somente asescórias alcalinas possuem por si só características de hidraulicidade e isto acontece pelo fato de terem umacomposição química que permite a formação de componentes capazes de produzirem, por resfriamento brusco,um estado vítreo com propriedades hidráulicas latentes. A natureza do processo no alto forno e o estado físico daescória são fatores decisivos para o desenvolvimento das propriedades hidráulicas da escória granulada.

• Exemplo de análise química de escória granulada de alto forno:

SiO2 35,54 36,10Al2O3 12,46 11,18Fe2O3 0,40 0,41CaO 41,64 43,19MgO 6,01 5,59MnO 1,94 1,62

S 1,42 1,33Σ = 99,41 ; I.H(*). =1,69 Σ = 99,42 ; I.H = 1,66

(*) I.H. = Índice Hidráulico

Os materiais pozolânicos são rochas vulcânicas ou matérias orgânicas fossilizadas encontradas na natureza,certos tipos de argilas queimadas em elevadas temperaturas (550oC a 900oC) e derivados da queima de carvãomineral nas usinas termelétricas, entre outros. Da mesma forma que no caso da escória de alto-forno, pesquisaslevaram a descoberta que os materiais pozolânicos, quando pulverizados em partículas muito finas, tambémpassam a apresentar a propriedade de ligante hidráulico, se bem que de forma distinta. Isto porque não bastacolocar os materiais pozolânicos, sob forma de pó muito fino, em presença de água, para que passem adesenvolver as reações químicas que os tornam primeiramente pastosos e depois endurecidos. A reação só vai

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acontecer se, além da água, os materiais pozolânicos moídos em grãos finíssimos também forem colocados empresença de mais um outro material. O clínquer é justamente um desses materiais, pois no processo de hidrataçãolibera hidróxido de cálcio (cal) que reage com a pozolana.

Esse é o motivo pelo qual a adição de materiais pozolânicos ao clínquer moído com gesso é perfeitamenteviável, até um determinado limite. E, em alguns casos, é até recomendável, pois o tipo de cimento assim obtidoainda oferece a vantagem de conferir maior impermeabilidade, por exemplo, aos concretos e às argamassas.

Atualmente está sendo intensamente pesquisado o uso de novos materiais pozolânicos, tais como as cinzasresultantes da queima de cascas de arroz e a microssílica, um pó finíssimo que sai das chaminés das fundiçõesde ferro-sílico.

Os métodos brasileiros para a determinação da atividade pozolânica são:

- NBR 5751 (MB – 960/72) – método de determinação de atividade pozolânica em pozolanas;- NBR 5752 (MB – 1153/77) – determinação do índice de atividade pozolânica em cimento Portland;- NBR 5753 (MB – 1154/77) – método de determinação de atividade pozolânica em cimento Portlandpozolânico.

Os materiais carbonáticos são minerais moídos, tais como o próprio calcário. Tal adição serve também paratornar os concretos e as argamassas mais trabalháveis, porque os grãos ou partículas desses minerais moídostêm dimensões adequadas para se alojar entre os grãos ou partículas dos demais componentes do cimento,funcionando como um verdadeiro lubrificante. Quando presentes no cimento são conhecidos como fílercalcário.

Conclui-se, pois, que de todas as adições, o gesso não pode em hipótese alguma deixar de ser misturado aocimento, e que as demais matérias-primas adicionadas (escória de alto- forno, materiais pozolânicos emateriais carbonáticos) são totalmente compatíveis com o principal componente do cimento portland – oclínquer – acabando por conferir ao cimento pelo menos uma qualidade a mais.

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FLUXO DO PROCESSO PARA OBTENÇÃO DO CIMENTO PORTLAND:

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1.10.3. Composição química do cimento Portland

Os compostos formadores do cimento são denominados componentes do cimento. De acordo com a composiçãoda matéria-prima, o clínquer de cimento Portland contémaproximadamente os seguintes elementos expressos como óxidos:

Fórmula Abreviação Composição (%)Óxido de Cálcio CaO C 59 – 67

Sílica SiO2 S 16 – 26

Alumínio Al2O3 A 4 – 8

Ferro Fe2O3 F 2 – 5

Magnésio MgO M 0,8 – 6,5

SódioPotássio

Na2OK2O 0 – 1,5

Sulfato SO3 S 0,5 – 1,2

Vamos falar um pouco sobre cada um dos componentes do cimento:

a) Cal (CaO) → é o componente principal do cimento, originado, em sua quase totalidade, da composição docarbonato de cálcio (calcário: CaCO3), que se encontra quimicamente combinado com a sílica, alumina e óxidode ferro. Apenas uma pequena parcela encontra-se em liberdade (cal livre), cuja presença em estado anidro,acima de certos limites, prejudica a estabilidade de volume das argamassas e dos concretos.b) Sílica (SiO2)→ provém basicamente das argilas. Da sua combinação com a cal resultarão os compostosmais importantes do cimento: os silicatos bicálcico (C2S) e tricálcico (C3S).c) Alumínio (Al2O3) → também conhecido como alumina, origina-se da argila. O composto formado pelaalumina e a cal (aluminato tricálcico: C3A) acelera o início de pega do cimento, reduzindo, ao mesmo tempo,sua resistência ao ataque dos sulfatos; por isso, quanto menor sua proporção, até certos limites, melhor.Praticamente não se pode prescindir da alumina, pois sua ação fundente facilita o desenvolvimento dasreações que possibilitam a formação do clínquer.d) Trióxido de Ferro (Fe2O3)→ também é gerado a partir da argila. O trióxido de ferro, desde que emporcentagem não muito elevada, é útil pelo seu papel de fundente, desenvolvendo neste sentido uma açãoainda mais enérgica do que a alumina. Quanto ao óxido de ferro (FeO), não ocorre normalmente.e) Magnésio ou magnésia (MgO)→ provém do carbonato de magnésio presente no calcário, geralmente soba forma de colamita (CaCO3, MgCO3), ou, em pequena quantidade na argila. Quando encontrado emquantidades superiores a certos limites, atua como agente expansor, prejudicando a estabilidade volumétricadas argamassas e dos concretos.f) Potássio e Sódio → são álcalis, os quais desenvolvem papel de fundentes e aceleradores de pega. Atribui-se à presença dos álcalis as manchas que aparecem na massa depois de endurecida. Certos agregadospodem reagir com os álcalis, provocando expansões anormais nas argamassas e nos concretos.g) Sulfato (SO3) → advém principalmente do sulfato de cálcio, adicionado ao cimento como retardador depega.

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É prática comum, na indústria de cimento, calcular o teor dos compostos do clínquer Portland a partir da análise dosóxidos, usando-se uma série de equações que foram originalmente desenvolvidas por R. H. Bogue. As equações deBogue, para estimar a composição potencial ou teórica dos compostos minerais do clínquer Portland, são asseguintes:

Alita % C3S = 4,071 C – 7,600 S – 6,718 A – 1,430 F – 2,850 SBelita % C2S = 2,867 S – 0,7544 C3SAlumina % C3A = 2,650 A – 1,692 FFerrita % C4AF = 3,043 F

Além dos quatro compostos do clínquer relacionados acima, existem os compostos secundários como MgO, TiO2,Mn2O3, K2O e Na2O, que geralmente representam um percentual reduzido de massa do cimento (clínquer). Doisdos compostos secundários são de interesse, são eles: Na2O e K2O, conhecidos como álcalis, embora existamoutros álcalis no cimento. Observou-se que o Na2O e o K2O reagem com alguns agregados e os produtos dasreações causam desintegração do concreto, além de afetar negativamente a resistência do cimento.

1.10.4. Composição mineralógica do clínquer Portland

A composição mineralógica do clínquer varia de acordo com as matérias primas disponíveis e o processo decozimento aplicado. Para cada tipo de clínquer (minerais) formado, a composição apresenta diferentescomportamentos de endurecimento que proporcionalmente influenciam as propriedades do cimento nas suasaplicações.

Imagine que o desenho abaixo seja um “grãozinho” de cimento Portland:

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A tabela abaixo mostra os principais compostos do clínquer e suas propriedades específicas:

Compostos FórmulaQuímicaClássica

Abreviatura % noclínquer

Propriedades Tecnológicas

SilicatoTricálcico 3 CaO . SiO2 C3S 50 – 65 Endurecimento Rápido Alto Calor de

HidrataçãoAlta Resistência Inicial

SilicatoBicálcico 2 CaO . SiO2 C2S 15 – 25

Endurecimento LentoBaixo Calor de HidrataçãoBaixa Resistência Inicial

AluminatoTricálcico

3 CaO .Al2O3 C3A 6 – 10

Pega muito rápido e deve sercontrolado com adição de

gesso; suscetível ao ataque de meios sulfatados;alto calor de

hidratação; alta retração; baixaresistência final

FerroAluminato

Tetracálcico

4 CaO .Al2O3.Fe2O3

C4AF 3 – 8Endurecimento Lento resistente a meios sulfa-

tabus;não tem contribuição para

resistência; confere cor escura.

Cal Livre CaO C 0,5 – 1,5Aceitável somente em

pequenas quantidades, emmaiores quantidades causamaumento de volume e fissuras

O silicato tricálcico é o maior responsável pela resistência em todas as idades, especialmente até o fim do primeiromês de cura. O silicato bicálcico adquire maior importância no processo de endurecimento em idades maisavançadas, sendo largamente responsável pelo ganho de resistência a um ano ou mais. O aluminato tricálcicotambém contribui para a resistência, especialmente no primeiro dia. O ferro aluminato tetracálcico em nada contribuipara a resistência.

O aluminato tricálcico muito contribui para o calor de hidratação, especialmente no início do período de cura. Osilicato tricálcico é o segundo componente em importância no processo de liberação de calor. Os dois outroscomponentes contribuem pouco para a liberação de calor.

O aluminato tricálcico, quando presente em forma cristalina, é o responsável pela rapidez de pega. Com a adição deproporção conveniente de gesso, o tempo de hidratação é controlado. O silicato tricálcico é o segundo componentecom responsabilidade pelo tempo de pega do cimento. Os outros constituintes se hidratam lentamente, não tendoefeito sobre o tempo de pega.

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1.10.5. Reações de hidratação dos compostos do clínquer

1) Aluminato Tricálcico (C3A):a) C3A + 3 (CaSO4 . 2 H2O) + 26 H2O → C3A . 3 CaSO4 . 32 H2O (gel de etringita)b) C3A + 6 H2O → C3A . 6 H2O

2) Ferro Aluminato Tetracálcico (C4AF):C4AF + 2 Ca(OH)2 + 10 H2O → C3A . 6 H2O + C3F . 6 H2O

3) Silicato Tricálcico (C3S):2 (C3S) + 6 H2O → C3S2 . 3 H2O + 3 Ca(OH)2

100 + 24 → 75 + 49

4) Silicato Bicálcico (C2S):2 (C2S) + 4 H2O → C3S2. 3 H2O + Ca(OH)2

100 + 21 → 100 + 21

• Os silicatos hidratados representam ± 50% da pasta endurecida.• O hidróxido de cálcio [Ca(OH)]2 varia de 13 a 17%.• O silicato de cálcio hidratado apresenta-se com semelhança ao mineral denominado tobermorita e como separece com um gel, é denominado gel de tobermorita (C3S2.3H2O).

1.10.6. Cristalização

Os compostos anidros do cimento Portland reagem com a água (hidrólise), dando origem a compostos hidratadosde duas categorias:a) compostos cristalinos hidratados;b) gel.

Vejamos o que acontece com, um grão de cimento que tenha cerca de 50µ de diâmetro médio, entrando emcontato com a água, começa, no fim de algum tempo, a apresentar, em sua superfície, sinais de atividade química,pelo aparecimento de cristais que vão crescendo lentamente e pela formação de uma substância gelatinosa que oenvolve, ou seja o gel. O gel que se forma inicialmente possui uma porcentagem muito elevada de água e édesignado por gel instável (o gel é uma gelatina, sendo o gel instável uma gelatina muito mole). Os compostoscristalinos, para se desenvolverem, necessitam de água, que em pouco tempo é inteiramente transformada emgel. O processo de desenvolvimento dos cristais se faz retirando a água do gel instável, que à medida que vaiperdendo água,transforma-se em gel estável e torna-se responsável, em grande parte, pelas propriedadesmecânicas de resistência das pastas hidratadas – endurecidas.

Constata-se que durante a reação com a água (reação de hidratação), os silicatos tricálcicos e dicálcicos (esteúltimo também denominado bicálcico), liberam hidróxido de cálcio [Ca(OH)2].

Os cristais que se formam se entrelaçam à medida que avança o processo de hidratação, criando a estrutura quevai assegurar a resistência típica das pastas, argamassas e concretos. Os espaços vazios são preenchidosprincipalmente pelo gel, hidróxido de cálcio e água.

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Inicialmente o aluminato entra em atividade e, logo a seguir, o C3S; esses dois elementos, para se hidratarem,retiram a água de que necessitam do gel instável e a formação de cristais hidratados se inicia.

Para se ter uma idéia da atividade dos vários compostos ao se hidratarem, é interessante observar o quadro abaixo,relativo à profundidade alcançada pela hidratação em mícrons com o tempo.

Tempo C3A C3S C2S3 horas 4,35 1,68 -

1 dia - 2,25 0,283 dias 5,68 - -7 dias - 4,32 0,62

28 dias 5,68 4,44 0,835 meses - - 3,5

Observando o quadro acima, podemos concluir que a resistência do cimento Portland:a) até os 3 dias → é assegurada pela hidratação dos aluminatos e silicatos tricálcicos;

b) até os 7 dias → praticamente pelo aumento da hidratação do C3S;c) até os 28 dias → continua a hidratação do C3S responsável pelo aumento de resistência, com pequenacontribuição do C2S; e,d) acima de 28 dias → o aumento de resistência passa a ser devido à hidratação do C 2S.

Gráfico comparativo entre as resistências dos diversos tipos de cimento

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1.10.7. Classes de resistência

Quanto à granulometria o cimento pode ser diferenciado por classes: 25, 32 ou40.

No gráfico abaixo verifica-se que o cimento quanto mais finamente moído apresenta resistência à compressãosuperior a de um outro cimento (de grãos maiores) se comparado na mesma idade de hidratação. Em outraspalavras: Analisando aos 28 dias, verificamos que o CP 40 (grãos menores, ou seja, mais finamente moído) possuiuma resistência à compressão superior à do CP 32 e do CP 25. O mesmo acontece com o CP 32 em relação aoCP 25.Este fato pode ser justificado da seguinte maneira: Quanto mais fino o cimento, maior será á sua áreaespecífica, portanto maior será a quantidade de cimento em contato com a água, facilitando assim as reações dehidratação dos grãos de cimento.

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1.10.8. Principais propriedades dos diversos tipos de cimento

a) Finura: A finura do cimento pode ser determinada através de peneira de malha no 200, (0,075 mm),permeabilímetro ao ar de Blaine e granulômetro a laser. Cimentos finos geralmente aceleram odesenvolvimento da resistência.b) Expansibilidade: A expansibilidade pode ocorrer após o final de pega, ao longo do tempo, provocandofissuras, quando na queima do clínquer o teor de magnésio ou CaO livre é elevado.c) Tempo de Pega: O tempo de pega do cimento é importante para permitir a aplicação adequada de pastas,argamassas ou concretos, isto é, sem perda de plasticidade e trabalhabilidade. Para controlar o tempo de pega,é adicionado o gesso (CaSO4 . 2 H2O) na moagem do cimento, cujo controle é feito através do teor de SO3.d) Falsa Pega: A falsa pega é um fenômeno que ocorre quando a mistura, em que está sendo empregado ocimento (pasta, argamassa ou concreto), perde a plasticidade com um tempo menor que o previsto, e com umanova remistura na betoneira, sua plasticidade inicial é recuperada. Isto ocorre, quando na moagem do cimento,a temperatura desta ultrapassa a 128oC, provocando uma dissociação do sulfato de cálcio do gesso que perde1 ½ moléculas de água, tornando-se o aglomerante gesso com pega rápida. A falsa pega, portanto, é causadapela pega dos grãos de gesso e não pela pega dos grãos de cimento.e) Calor de Hidratação: No preparo do concreto, quando a água e o cimento reagem, ocorre o calor dehidratação. Esse efeito poderá acontecer durante meses, em função do volume concretado. A quantidade decalor gerado depende da composição química do cimento, quantidade e tipo de adições, finura, etc. Para semedir o calor de hidratação, utiliza-se a garrafa de Langavant.f) Resistência à Compressão: A resistência à compressão do cimento é medida através de corpos de provacilíndricos φ50mm x 100mm, com um traço normalizado, com areia padrão do IPT. Diversos tipos de cimentos,com suas características de finura e composição, têm curvas de resistências X idades distintas, quenormalmente definem o seu uso ou não, em determinadas aplicações. É um ensaio importante para o controlede qualidade do cimento.g) Perda ao Fogo: Este ensaio é determinado com uma amostra do cimento, levado a uma temperatura emtorno de 950oC em uma mufla, em função da diferença do peso inicial. Através deste ensaio, controla-se o teorde adições de material carbonático.h) Resíduos Insolúveis: Ensaio feito através de uma amostra de cimento em meio aquoso, ondedeterminamos a quantidade de partículas que se magnetizam e, posteriormente, quanto destas que não sedissolvem ao adicionarmos HCl. A porcentagem de resíduosinsolúveis é obtida somando-se as quantidadesencontradas, e dividindo tal valor pelo pesoinicial de cimento.i) Massa Específica: A massa específica não é uma indicação de qualidade do cimento. Ela é utilizada paracálculo de dosagens de concretos e argamassas, e no ensaio de Blaine (finura por superfície específica).j) Tonalidade do Cimento: Existe uma mentalidade generalizada fora do meio técnico que os cimentos comtonalidade escura são mais resistentes que os claros. Isto não corresponde a uma realidade. A cor do cimentoé influenciada pela composição química das matérias primas, principalmente o teor de Fe2O3, não existindonenhuma relação entre cor do cimento e sua resistência.

• Na seção 1.10.1 vimos rapidamente os principais tipos de cimento Portland e suas respectivas normas daABNT. Veremos agora, mais detalhadamente, sobre alguns deles.

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1.10.9. Principais tipos de cimento Portland

Os diferentes tipos de cimento Portland diferenciam-se entre si principalmente em função de sua composição. Osprincipais tipos oferecidos no mercado, ou seja, os mais empregados nas diversas obras de construção civil são:• Cimento Portland Comum;• Cimento Portland Composto;• Cimento Portland de Alto Forno;• Cimento Portland Pozolânico;• Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (ARI).

Em menor escala são consumidos, seja pela menor oferta, seja pelas características especiais de aplicação, osseguintes tipos de cimento:• Cimento Portland de alta resistência inicial resistente aos sulfatos;• Cimento Portland resistente aos sulfatos;• Cimento Portland Branco;• Cimento Portland de baixo calor de hidratação;• Cimento Portland para poços petrolíferos;• Cimento Portland de alta resistência inicial resistente a sulfatos com sílica ativa.

Todos os tipos de cimento mencionados são regidos por Normas da ABNT, que dispões de escritórios ourepresentações espalhados pelo país, nos quais poderão ser adquiridas estas normas.

1.10.9.1. Cimento Portland Comum (CP I)

Definição: Aglomerante hidráulico obtido pela moagem de clínquer Portland ao qual se adiciona, durante aoperação, a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. Durante a moagem é permitidoadicionar a esta mistura materiais pozolânicos, escórias granuladas de alto forno e/ou materiais carbonáticosdentro dos limites mostrados adiante.

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Valores Mínimos para resistência à compressão (MPa):

Idade Classe 25 Classe 32 Classe 40

3 dias

7 dias

28 dias

8,0 10,0 15,0

15,0 20,0 25,0

25,0 32,0 40,0

Breve justificativa para as diferenças de comportamento: Mesma composição potencialcom variação definura.

A EB-1 especifica Blaine mínimo de 240 m2.kg-1 para a classe 25, 260 m2.kg-1 para a classe 32 e 280 m2.kg-1

para a classe 40.

1.10.9.2. Cimento Portland Composto (CP II)

Definição: Aglomerante hidráulico obtido pela moagem de clínquer Portland ao qual se adiciona, durante aoperação, a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. Durante a moagem é permitidoadicionar a esta mistura materiais pozolânicos, escórias granuladas de alto forno e/ou materiais carbonáticosdentro dos limites mostrados na tabela 1 (página 50).

1.10.9.3. Cimento Portland de Alto Forno (CP III)

Aglomerante obtido pela moagem de clínquer portland e escória granulada de alto forno.

O consumo apreciável de energia durante o processo de fabricação do cimento motivou,mundialmente, a buscapelo setor, de medidas para diminuição do consumo energético.Uma das alternativas de sucesso foi o uso deescórias granuladas de alto forno e pozolânicos, respectivamente.

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Características da Escória:• Granulometria por resfriamento brusco;• Composição Química:

a) CaO + MgO + Al2O3 > 1 (EB – 208)SiO2

b) SiO2 25 a 34 %Al2O3 12 a 30 %CaO 42 a 50 %

c) Le Chatelier: 1 Al2O3 : 2 SiO2 : 3 CaO• Aspecto: Cor Clara (mel)• Hidratação da Escória: reage com a água formando silicatos e aluminatos de cálcio hidratados, desde que emmeio fortemente alcalino (PH ≥ 12).Obs. Para a fabricação de CP III, o ideal é que o clínquer utilizado tenha alto teor de C3S. Isto se deve ao fato deque do CP III ser rico em escória, a qual necessita de um meio fortemente alcalino para reagir (hidratar). Essemeio alcalino é fornecido “em maior quantidade” pela reação de hidratação do C3S (49) do que a do C2S (21). Asequações são:• Silicato Tricálcico (C3S):

2 (C3S) + 6 H2O → C3S2. 3 H2O + 3 Ca(OH)2100 + 24 → 75 + 49

• Silicato Bicálcico (C2S):2 (C2S) + 4 H2O → C3S2. 3 H2O + Ca(OH)2

100 + 21 → 100 + 21

O cimento com escória tem baixo calor de hidratação, pois para que ela comece a reagir é necessário que oclínquer tenha reagido e liberado o hidróxido de cálcio, o qual fornece o meio alcalino. O clínquer e a escóriareagem em tempos diferentes.

1.10.9.4. Cimento Portland Pozolânico (CP IV)

Aglomerante obtido pela moagem de clínquer portland e pozolana.

Pozolana: Material silicoso ou sílico aluminoso que, moído finamente e em presença de água e hidróxido de cálcio,reage quimicamente com o Ca(OH)2.

Tipos de Pozolana:• Naturais: rochas vulcânicas;• Artificiais: Argilas calcinadas e cinzas volantes da combustão de carvão mineral.

A NBR 5752 da ABNT fixa as condições de ensaio para verificação da atividade pozolânica das pozolanas.

1.10.9.5. Cimento Portland Alta Resistência Inicial (CP V)

Definição: Aglomerante hidráulico que atende às exigências de alta resistência inicial, obtido pela moagem declínquer Portland, constituído em sua maior parte de silicatos de cálcio hidráulicos, ao qual se adiciona, durante aoperação, a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. Durante a moagem é permitido

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adicionar a esta mistura materiais carbonáticos, como veremos na tabela abaixo.

O desenvolvimento da alta resistência inicial é conseguido pela utilização de uma dosagem diferente na produçãodo clínquer, bem como pela moagem mais fina do cimento, de modo que, ao reagir com a água, ele adquiraelevadas resistências, com maior velocidade.

Em função da maior rapidez de desforma das concretagens, devido as altas resistências obtidas nas idadesiniciais, este tipo de cimento é utilizado em concreto protendido, fabricação de pré-moldados, construção deedifícios, pontes, viadutos, pisos industriais.

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Tabela 1Composição dos Cimentos Portland Comum, Composto, Alto Forno, Pozolânico e Alta Resistência Inicial.

Composição (% de massa)

TipoEscória Norma

de cimento

Portland

Comum

Composto

Alto Forno

Pozolânico

Alta

Sigla

CP I

CP I – S

CP II – E

CP II – Z

CP II – F

CP III

CP IV

Clínquer+

Gesso

100

99 – 95

94 – 56

94 – 76

94 - 90

65 – 25

85 - 45

Granuladade altoforno

(sigla E)

6 – 34

-

-

35 – 70

-

MaterialPozolânico

(sigla Z)

-

1 - 5

-

6 – 14

-

-

15 – 50

MaterialCarbonático

(sigla F)

0 – 10

0 – 10

6 – 10

0 – 5

0 – 5

Brasileira

NBR5732

NBR11578

NBR5735

NBR 5736

ResistênciaInicial

CP V – ARI 100 - 95 - - 0 - 5 NBR 5733

1.1.1.1. Cimento Portland Resistente aos Sulfatos

Os cimentos Portland resistentes aos sulfatos são aqueles, como o próprio nome diz, que têm a opriedade deoferecer resistência aos meios agressivos sulfatados, tais como os encontrados nas redes de esgotos de águasservidas ou industriais, na água do mar.

Alguns tipos básicos (CP I, CP II, CP III, CP IV e CP-V) podem ser considerados resistentes aos sulfatos, desdeque obedeçam a pelo menos uma das seguintes condições:• teor de 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;• cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovemresistência aos sulfatos.

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No primeiro e no último caso, o cimento deve atender a uma das normas NBR 5732, 5733, 5735, 5736 e 11578.Se o cimento original for o Portland de alta resistência inicial (NBR 5733), admite-se a adição de escóriagranulada de alto forno ou de materiais pozolânicos, para os fins específicos da NBR 5737.

1.1.1.2. Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação

Utilizando os cimentos com baixo calor de hidratação pode-se evitar o aumento da temperatura no interior degrandes estruturas de concreto o que pode levar ao aparecimento de fissuras de origem térmica.

São considerados cimentos com baixo calor de hidratação aqueles que despendem até 260 J/g e até 300 J/gaos 3 dias e 7 dias de hidratação, respectivamente, e podem ser qualquer um dos tipos básicos.

1.1.1.3. Cimento Portland Branco

Este cimento diferencia-se dos demais pela coloração. A cor branca é conseguida utilizando-se matérias-primascom baixos teores de óxido de ferro e manganês e por condições especiais durante a fabricação.

Pode ser classificado em dois subtipos: cimento Portland branco estrutural e cimento Portland branco nãoestrutural.

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1.1.2. Exigências físicas e mecânicas

(1) Facultativo(2) Outras características podem ser exigidas, como calor de hidratação, inibição da expansão devida à reaçãoálcali-agregado, resistência a meios agressivos, tempo máximo de início de pega

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1.1.2. Exigências físicas e mecânicas

(1) Facultativo(2) Outras características podem ser exigidas, como calor de hidratação, inibição da expansão devida à reaçãoálcali-agregado, resistência a meios agressivos, tempo máximo de início de pega

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1.1.2. Exigências físicas e mecânicas

(1) Facultativo(2) Outras características podem ser exigidas, como calor de hidratação, inibição da expansão devida à reaçãoálcali-agregado, resistência a meios agressivos, tempo máximo de início de pega

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1. 1 . 3 . Exigências químicas

1) Ensaio de determinação facultativo.2) A atividade pozolânica do cimento, determinada conforme NBR 5753 deve ser positiva.3) A atividade do material pozolânico, determinada conforme NBR 5752, deve ser maior do que 75%.4) O teor máximo de SO3 igual a 3,5% se aplica quando C3A ≤ 8,0% e 4,5% quando C3A > 8,0%.5) Quando o C3A for inferior a 8% e 5% estes cimentos serão considerados do tipo MRS e ARS, respectivamente.6) O teor de material pozolânico deve ser determinado mediante a realização do ensaio de resíduo insolúvel.7) O material carbonático utilizado como adição deve ter no mínimo 85% de CaCO3

8) A escória de alto forno deve ser constituída em sua maior parte por silicato e aluminossilicatos de cálcio e sua composição químicadeve obedecer a relação : CaO + MgO + Al2O3

SiO29) Este limite é exigido quando os agregados empregados forem reativos.O teor de álcalis (Na2O + 0,658 K2O) pode ser especificado quando o cimento se destina a emprego com reativos ou potencialmentereativos a fixação do limite de 0,60 não significa que a reação álcali-agregado, deve ser neutralizada. Devem ser realizados ensaiospara comprovação de que a reação não é deletéria.

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1. 1 . 3 . Exigências químicas

1) Ensaio de determinação facultativo.2) A atividade pozolânica do cimento, determinada conforme NBR 5753 deve ser positiva.3) A atividade do material pozolânico, determinada conforme NBR 5752, deve ser maior do que 75%.4) O teor máximo de SO3 igual a 3,5% se aplica quando C3A ≤ 8,0% e 4,5% quando C 3A > 8,0%.5) Quando o C3A for inferior a 8% e 5% estes cimentos serão considerados do tipo MRS e ARS, respectivamente.6) O teor de material pozolânico deve ser determinado mediante a realização do ensaio de resíduo insolúvel.7) O material carbonático utilizado como adição deve ter no mínimo 85% de CaCO3

8) A escória de alto forno deve ser constituída em sua maior parte por silicato e aluminossilicatos de cálcio e sua composição químicadeve obedecer a relação : CaO + MgO + Al2O3

SiO29) Este limite é exigido quando os agregados empregados forem reativos.O teor de álcalis (Na2O + 0,658 K2O) pode ser especificado quando o cimento se destina a emprego com reativos ou potencialmentereativos a fixação do limite de 0,60 não significa que a reação álcali-agregado, deve ser neutralizada. Devem ser realizados ensaiospara comprovação de que a reação não é deletéria.

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1. 1 . 3 . Exigências químicas

1) Ensaio de determinação facultativo.2) A atividade pozolânica do cimento, determinada conforme NBR 5753 deve ser positiva.3) A atividade do material pozolânico, determinada conforme NBR 5752, deve ser maior do que 75%.4) O teor máximo de SO3 igual a 3,5% se aplica quando C3A ≤ 8,0% e 4,5% quando C 3A > 8,0%.5) Quando o C3A for inferior a 8% e 5% estes cimentos serão considerados do tipo MRS e ARS, respectivamente.6) O teor de material pozolânico deve ser determinado mediante a realização do ensaio de resíduo insolúvel.7) O material carbonático utilizado como adição deve ter no mínimo 85% de CaCO3

8) A escória de alto forno deve ser constituída em sua maior parte por silicato e aluminossilicatos de cálcio e sua composição químicadeve obedecer a relação : CaO + MgO + Al2O3

SiO29) Este limite é exigido quando os agregados empregados forem reativos.O teor de álcalis (Na2O + 0,658 K2O) pode ser especificado quando o cimento se destina a emprego com reativos ou potencialmentereativos a fixação do limite de 0,60 não significa que a reação álcali-agregado, deve ser neutralizada. Devem ser realizados ensaiospara comprovação de que a reação não é deletéria.

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1.1.4. Normas relacionadas ao cimento ( Portland e outros)

DESCRIÇÃO DA NORMA NÚMERO ATUALIZAÇÃO

Cimento Portland comum NBR 5732(orig. EB1) 1991

Cimento Portland composto NBR 11578(orig. EB2138) 1997

Cimento Portland de alto - forno NBR 5735(orig. EB208) 1991

Cimento Portland de alta resistência inicial NBR 5733(orig. EB2) 1991

Cimento Portland pozolânico NBR 5736 1999

Cimento Portland resistentes a sulfatos NBR 5737 1992

Cimento Portland de baixo calor de hidratação NBR 13116 1994

Cimentos Portland branco NBR 12989 1993

Extração e preparação de amostras de cimentos NBR 5741(orig. MB508) 7/06/1993

Cimento Portland – Determinação da finura por meio dapeneira 75 micrômetros ( número 200)

NBR 11579(orig. MB3432) 24/7/1991

Cimento Portland – Determinação da pasta deconsistência normal NM43 2003

Cimento Portland – Determinação do tempo de pega NM 65 2003

Cimento Portland – Determinação da resistência àcompressão

NBR 7215(orig. MB1) 1997

Cimento Portland – Determinação de massa específica NBRNM23 2001

Cimento – Análise química – Disposições gerais NM10 2012

Cimento – Determinação do calor de hidratação pelométodo da garrafa de Langavant NBR 12006 1990

Cimento – Análise química – Determinação de perda aofogo NM18 2012

Cimento – análise química – Determinação de resíduoinsolúvel NM15 2012

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Perguntas e respostas

1) Defina Cimento Portland.Aglomerante hidráulico pulverulento (em pó), proveniente de rochas calcárias, que possui excelentepropriedades de moldabilidade, hidraulicidade, elevada resistência aos esforços, além de ser obtido a partir dematérias-primas relativamente abundantes e disponíveis na natureza.

2) O que são aglomerantes hidráulicos?Aglomerantes hidráulicos→ aglomerante onde o endurecimento ocorre sob a influência exclusiva da água,independente do ar, e resistem satisfatoriamente à ação da água depois de endurecidos.

3) Em que fase de fabricação do cimento Portland é adicionando gipsita e com que finalidade? Como ela atua?A gipsita é adicionada após a clinquerização, com a finalidade de aumentar o tempo de endurecimento doclínquer moído (retarda a sua pega). Em geral, encontramos no clínquer um adição em torno de 3% de gesso.

4) Quais os principais tipos e classes de CP existentes no Brasil?A principal diferença entre os diversos tipos de cimento está na sua composição. Desta forma, os principaistipos de cimento são:• CP I – Cimento Portland Comum• CP II – Cimento Portland Composto• CP III – Cimento Portland de Alto Forno• CP IV – Cimento Portland Pozolânico• CP V – Cimento Portland de Alta Resistência Inicial• Cimento Portland Resistente à Sulfatos• Cimento Portland Branco• CPG – Cimento Portland para Poços PetrolíferosQuanto à classe, esta é classificada de acordo com o valor da resistência a compressão aos 28 dias. Destemodo temos:• Classe 25• Classe 32• Classe 40 (valores em Mpa).

5) Qual a importância da determinação da finura do CP? Descreva, resumidamente, o ensaio de determinaçãoda resistência à compressão.Através da determinação da finura do cimento, podemos ter o resultado do desenvolvimento da resistênciadeste (quanto mais finamente é moído o cimento, maior será a resistência à compressão atingida por este,comparando-se a um cimento com as mesmas características porém com uma granulometria superior,considerando-se a mesma idade de hidratação). O ensaio de determinação da resistência à compressão é feitoatravés de uma quantidade de cimento (pesado de acordo com a ABNT), onde se mede a quantidade dematerial que fica retido na peneira n° 200. Quanto menor a quantidade de material retido, menor será a finurado cimento. Desta forma, maior será a resistência à compressão atingido por tal cimento (pela norma, nãodevemos Ter o índice de finura do cimento superior à 12% - para maiores detalhes ver NBR 7215 e NBR11579).

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6) O cimento Portland é formado por 4 compostos cálcicos. Quais são e quais suas principais características emreação com a água? Dê também as fórmulas químicas e as simbologias destes compostos.• Silicato Tricálcico (C3S) – é o responsável pela resistência em todas as idades, especialmente até o fim doprimeiro mês de cura (apresenta endurecimento rápido, alto calor de hidratação e alta resistência inicial);• Silicato Dicálcico (C2S) – adquire maior importância no processo de endurecimento em idades maisavançadas, sendo largamente responsável pelo ganho de resistência a um ano ou mais (apresenta endurecimentolento, baixo calor de hidratação e baixa resistência inicial);• Aluminato Tricálcico (C3A) – apresenta pega muito rápida, devendo ser controlada com a adição de gipsita. Ésuscetível ao ataque de meios sulfatados, apresentando alto calor de hidratação, alta retração e baixa resistênciafinal;• Ferro Aluminato Tetracálcico (C4AF) – atribui ao cimento a característica de endurecimento lento, resistência ameios sulfatados, e não contribuem para a resistência.

7) Quais as diferenças fundamentais entre os tipos e classes do cimento Portland composto: CP II-E, CP II-Z e CPII-F, nas classes 25, 32 e 40?

Cimento Portland Composto

A principal diferença entre os 3 tipos de CPII (Cimento Portland Composto) está na composição destes (presençade adições ativas).Deste modo, temos: CPII – E → cimento Portland composto com adição de escória de altoforno (produto obtido durante a fabricação do ferro-gusa).Este cimento pode apresentar uma pequenaporcentagem de material carbonático (fíller).CPII - F→ cimento Portland composto com adição de fíller (minerais moídos).CPII - Z→ cimento Portland composto com adição de pozolana (rochas vulcânicas ou matérias orgânicasfossilizadas).Este cimento pode apresentar uma pequena porcentagem de material carbonático (fíller).Quanto à classe, os cimentos compostos se diferem de acordo com a resistência à compressão aos 28 dias ( 25,32 ou 40 MPa).

8) Escreva, resumidamente, o que sabe sobre o cimento Portland de alto forno (CP III) e explique porque eleapresenta crescimento da resistência de 28 para 90 dias muito maior que o cimento comum.Cimento Portland de alto forno (CPIII)→ aglomerante obtido pela moagem de clínquer Portland e escória de altoforno (com a adição da escória temos uma diminuição apreciável do consumo de energia).O CPIII difere do cimento Portland comum em sua composição, uma vez que no CPIII temos adição de umaquantidade considerável de escória de alto forno. Ao se adicionar escória ao clínquer, ela não se comporta comonos primeiros dias, pois é necessário que o clínquer reaja formando a tobermorita (silicato de cálcio hidratado) e osubproduto ( Ca(OH2) ). É a presença deste subproduto básico que faz com que a escória reaja com a água(hidratação da escória) formando-se silicatos e aluminatos de cálcio hidratados (que acrescentam propriedades aocimento).Desta forma, podemos dizer que o aumento considerável de resistência atingido pelo CPIII é devido ao fato de que,neste cimento, temos um maior aproveitamento da cal (teremos Ca(OH2) reagindo com a escória).

TIPOS CLASSESCPII –E 25CPII - F 32CPII - Z 40

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9) Citar 3 ensaios físicos para caracterização de cimentos, explicando seus objetivos e destacando a importânciadas características que determinam. O que determinam os ensaios químicos de “perda ao fogo” e “resíduoinsolúvel”?

Ensaios Físicos:• Finura (NBR 11579):− Objetivo: determinar o índice de finura do cimento, em porcentagem (F).− Características: este ensaio é fundamental, pois, através dele, determinamos se o cimento está com finura deacordo com o valor aceito pela norma ( F 12%).Quanto mais fino for o cimento, maior será a resistência àcompressão atingido por este.• Pega (NBR 11580 e NBR 11581):− Objetivo: verificar se os tempos de início e fim de pega estão dentro dos valores aceitos por norma.− Características: o tempo de pega do cimento é importante para permitir a aplicação adequada de pastas,argamassas e concretos, isto é, sem perda de plasticidade e trabalhabilidade. Este ensaio é feito com pasta deconsistência normal, utilizando-se o aparelho de Vicat. Nesse aparelho mede-se, em última análise, a resistência àpenetração de uma agulha na pasta de cimento.• Resistência à compressão (NBR 7215):− Objetivo: determinar a resistência à compressão do cimento nas idades de 3, 7 e 28 dias.− Características: a resistência à compressão do cimento é medida através de corpos de prova cilíndricos comdiâmetro de 50mm e com 100mm de comprimento, com um traço normalizado e areia padrão do IPT. Este ensaio émuito importante para o controle da qualidade do cimento, pois através da elaboração de uma curva resistências ×idades distintas, é que normalmente se define a utilização do cimento.

Ensaios Químicos:• Perda ao fogo:Este ensaio é determinado com uma amostra de cimento, levando a uma temperatura em torno de 950°c em umamufla (local apropriado para a queima do material), em função da diferença do peso inicial. Através deste ensaio,controla-se o teor de adições de material carbonático (aquecendo-se CaCO3 , temos liberação de CO2e a formaçãode CaO,ocasionando uma diminuição de volume) e gipsita (ao aquecermos temos a desidratação deste produto).• Resíduos insolúveis:Neste ensaio determinamos, através da adição de HCl, quanto do cimento não se solubiliza. Este ensaio é de vitalimportância no caso de cimentos que contenham pozolana, pois a insolubilidade de tal material pode vir acomprometer a qualidade do cimento.

10) Descreva de forma resumida o método de ensaio para determinação do tempo de início de pega. Por que oensaio propriamente dito tem que ser feito numa pasta de cimento com resistência normal?O tempo de pega do cimento é determinado por ensaio utilizando-se o aparelho de Vicat. A pasta é misturada emproporção que conduza a uma pasta de consistência normal, consistência esta que é verificada no mesmoaparelho de Vicat, utilizando-se a chamada sonda de Tetmajer e um corpo cilíndrico metálico liso de diâmetro de10mm e terminado em seção reta. A pasta, preparada para o ensaio, deve ter uma consistência normal de 6mm,isto é, a sonda deve estacionar a uma distância de 6mm do fundo da amostra. Determinando-se a consistência daamostra, esta é ensaiada periodicamente à penetração utilizando-se a agulha de Vicat, onde determinamos otempo de início de pega quando agulha deixa de penetrar até o fundo da pasta, isto é, ao ficar 1mm afastada dofundo. Os ensaios são prosseguidos até a determinação do tempo de fim de pega, o que ocorre quando a agulhadeixa de penetrar na amostra. Este ensaio deve ser feito em uma pasta de consistência normal, pois devemosgarantir a trabalhabilidade e a plasticidade da pasta.

11) Explique a origem das manchas brancas encontradas em paredes de concreto de caixa d’água.Tais manchas são resultado de uma recarbonatação que ocorre no cimento.O Ca(OH2), que é um subproduto dasreações de hidratação dos silicatos, dissocia-se em CaO+H2O. Esta cal virgem (CaO) livre presente no cimentoreage com a água, formando novamente o hidróxido de cálcio ( Ca(OH2) ) que, em contato com a atmosfera, reage

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com o CO2, resultando na formação de CaCO3 (calcário). Este produto normalmente se apresenta nas superfíciesde concreto sob a forma de pequenas estalactites ou manchas esbranquiçadas.

12) Um cimento Portland que recebe adição de calcário na moagem, calcário este com 100% de CaCO3,apresentou no ensaio de perda ao fogo o resultado de 6%. Considerando que 1 tonelada deste calcário produz560 kg de óxido de cálcio, qual será o teor deste calcário, em porcentagem, adicionado ao cimento?

A reação de calcinação pode ser escrita da seguinte forma:

CaCO3 ∆

CaCO3 ∆

CaO + CO2 , onde é válida a seguinte proporção:

CaCO3CaO + CO

1ton. 560 Kg 440 Kg

Temos também que a perda ao fogo deste cimento é de 6% (o que significa dizer que a quantidade de CO2

liberada equivale a 6% do peso inicial de cimento). Logo, temos:440 Kg → 6% do cimento

x → 100 % do cimento

Teor de CaCO3 :Total cimento = 7333,33 Kg.

T = (QCaCO3÷Qcim.) × 100T = (1000 ÷7333,33) × 100 → T = 14 %

13) Classifique os aglomerantes quanto ao processo de endurecimento e tempo de pega.→Quanto ao processo de endurecimento, os aglomerantes podem ser:- Quimicamente inertes: endurecem por simples secagem ou resfriamento.Ex: argila e asfalto.- Quimicamente ativos: o endurecimento é decorrente de reações químicas.Ex: cal, cimento Portland e gesso.→Quanto ao tempo de pega, temos:- Pega rápida: endurece em menos de 8 minutos.- Pega semi-lenta: endurece entre 8 e 30 minutos.- Pega lenta: endurece entre 30 minutos e 6 horas.- Pega muito lenta: endurece em mais de 6 horas.

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14) Qual o composto do cimento que é responsável por:a) Grande desprendimento de calor.Dentre os compostos do cimento, o aluminato tricálcico (C3A) é o que apresenta maior desprendimento decalor.b) Resistência à compressão nos primeiros dias.É o silicato tricálcico (C3S) o principal responsável pelo aumento da resistência à compressão nos primeirosdias.c) Resistência à compressão após os primeiros dias de hidratação.O silicato bicálcico (C2S) é o composto que atribui ao cimento um aumento da resistência à compressão apósos primeiros dias de hidratação.

15) Com relação ao cimento Portland, escreva o que sabe sobre:a) gel de tobermorita;Gel de tobermorita é o nome que se dá ao silicato de cálcio hidratado que é formado pela reação de hidrataçãodo silicato bicálcico (C2S) e do silicato tricálcico (C3S). Tal produto recebe este nome pois este se assemelhacom o mineral denominado tobermorita e, como se parece com um gel, o silicato de cálcio hidratado édenominado gel de tobermorita.b) perda ao fogo;Ensaio feito no cimento onde, através dele, controlamos o teor de adições de material carbonático (fíler) egipsita no cimento.c) insolúveis no HCl;A fim de garantirmos a qualidade do cimento, é necessário que se faça o ensaio de Resíduos Insolúveis, ondeatravés da adição de HCl, observamos qual o teor de cimento que não se dissolve em meio a esta solução.d) reatividade álcali-agregado;Formação de produtos gelatinosos, acompanhada de grande expansão de volume, pela combinação dos álcalisdo cimento com a sílica ativa finamente dividida, eventualmente presente nos agregados (esta reação deve serimpedida, pois diminui a qualidade do cimento).e) hidróxido de cálcio;Após a hidratação do clínquer, temos que os silicatos se decompõem em tobermorita gel (silicato de cálciohidratado) e subproduto. Este subproduto é o hidróxido de cálcio ( Ca(OH2)), que garante a durabilidade dasbarras de ferro contidas em estruturas de concreto armado, além de reagir com as adições ativas do cimento,acrescentando propriedades a este.f) clínquer de CP.Também conhecido por “cimento maluco”, o clínquer pode ser considerado como sendo um cimento (ele já éum ligante hidráulico). O problema em se utilizar o clínquer como cimento se deve ao fato de sua pega sermuito rápida ( comprometendo a trabalhabilidade da massa). Daí a importância da adição da gipsita aoclínquer, já que esta atua como regularizador de pega, atribuindo trabalhabilidade ao cimento.

16) Descreva em linhas gerais, o comportamento quando em contato com a água, dos principais constituintesdo clínquer Portland.Inicialmente o silicato tricálcico (C3S) se hidrolisa, isto é, separa-se em silicato bicálcico (C2S) e hidróxido decálcio ( Ca(OH2) ). Este último se precipita como cristal da solução supersaturada de cal. A seguir, o silicatobicálcico existente, resultante da hidrólise, combina-se com a água no processo de hidratação, adquirindo duasmoléculas de água e, depositando-se a temperaturas ordinárias, no estado de gel. Esse processo, quandoconduzido em temperaturas elevadas, resulta numa estrutura de natureza cristalina. Os dois últimoconstituintes principais do cimento, o aluminato tricálcico (C3A) e o ferroaluminato tetracálcico (C4AF), sehidratam, resultando, do primeiro, cristais de variado conteúdo de água e, do segundo, uma fase amorfagelatinosa. Todo esse processo é responsável pela pega, resistência e endurecimento do cimento.

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17) O que é tempo de início de pega e o que caracteriza o fim de pega? Como se determina o tempo de fim depega?Início de pega → momento em que a massa começa a perder sua plasticidade. O tempo de início de pega édeterminado através de ensaio utilizando-se o aparelho de Vicat onde, verifica-se o início da pega quando a sondaTetmajer, ou seja, a agulha deixa de penetrar até o fundo da pasta, ficando esta afastada 1mm do fundo.Fim de pega → momento em que a massa deixa de ser plástica. O tempo de fim de pega é determinado, quandoa agulha de Vicat não penetra nada mais na amostra, deixando apenas uma imperceptível marca superficial.

18) De que maneira o gesso adicionado ao cimento atua como regularizador do tempo de pega?A gipsita (CaSO4 . 2 H2O) retarda o tempo de pega do clínquer, já que a solubilidade dos aluminatos anidridos émuito baixa em soluções supersaturadas de gesso (em outras palavras, o gesso inibe a reação dos aluminatos e,sendo o aluminato tricálcico o principal responsável pela pega rápida do cimento, tal pega é retardada).

19) Com relação ao tempo de início de pega de uma pasta de cimento, dizer como influenciam as seguintessituações:a) Temperatura ambiente;Quanto maior a temperatura, mais rápida será a pega do cimento, pois a hidratação se dará de forma mais rápida.b) Finura do cimento;Quanto mais finamente for moído o cimento, mais rápida será sua pega, pois a superfície específica disponívelpara a hidratação será maior.c) Adição de Cloreto de cálcio.Acelera a pega do cimento.

20) Cite 3 fatores que influenciam na duração da pega.• Quantidade de água• Temperatura ambiente• Finura do cimento

21) Por que são importantes as determinações da finura e do tempo de início de pega dos cimentos?Finura→ define a resistência do cimento e o tempo de pega.Tempo de início de pega→ define a plasticidade (trabalhabilidade) do cimento..

22) Como se verifica a expansibilidade do Cimento Portland?A expansibilidade pode ocorrer após o final da pega, ao longo do tempo, provocando fissuras, quando na queimado clínquer o teor de magnésio ou CaO livre é elevado (temos, neste caso, a hidratação da cal e do magnésio).

23) Pela EB-1, o tempo mínimo para início de pega é de quanto tempo?Segundo o definido pela norma, o tempo mínimo de pega é de 1 hora.

24) Quais as idades importantes para a determinação da resistência à compressão de um cimento Portland de altaresistência inicial?O cimento Portland de alta resistência inicial tem a propriedade de apresentar um considerável aumento deresistência logo no primeiro dia. Deste modo, as idades importantes para determinação da resistência, em setratando deste cimento, será de 1, 3 e 7 dias.

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25) Partindo-se de um mesmo clínquer, como se obtém os diferentes cimentos CP 25, CP 32 e CP 40.Diminuindo-se a finura dos grãos (quanto mais finamente é moído o cimento, maior será a resistência àcompressão atingida por este).26) Como influi a água de amassamento na retração do cimento?A quantidade de água deve ser dosada de forma correta (pela norma a/c=0.48), pois uma quantidade muitopequena de água ocasionará em uma retração rápida do cimento, provocando fissuras. Já se misturarmos umagrande quantidade de água ao cimento, teremos uma massa muito saturada, resultando em uma exudação(segregação da pasta),prejudicando a uniformidade, resistência e durabilidade da massa.

27) Que características a escória de alto forno deve apresentar para ser utilizada na fabricação do CP de altoforno?As escórias destinadas à fabricação de cimento devem ser alcalinas, pois só estas apresentam característicasde hidraulicidade (apresentam uma composição química que permite a formação de componentes capazes deproduzirem, por resfriamento brusco, um estado vítreo com propriedades hidráulicas latentes). Outrascaracterísticas que as escórias devem apresentar:

• Cao + MgO + Al2O3 > 1SiO2

• Teores de:- SiO2→ de 25 a 34%- Al2O3→ de 12 a 20%- CaO→ de 42 a 50%

• Le Chatelier1 Al2O3 : 2 SiO2 : 3 CaO• Granulometria por resfriamento brusco.

28) Qual deve ser a composição potencial de um cimento de baixo calor de hidratação. Por quê?Deve apresentar calor de hidratação entre 60 e 80 cal/g, o que significa termos uma redução na proporção deC3A e C3S, que são os dois compostos que atribuem ao cimento um alto calor de hidratação. Este tipo decimento é recomendável em construções volumosas de grande porte, onde devemos nos preocupar com aformação de fissuras.

29) Sendo dadas as composições potenciais dos cimentos abaixo relacionados, apresentar as principaiscaracterísticas de cada um deles.

CIMENTO 1 CIMENTO 2 CIMENTO 3

C3S 40 55 30

C2S 30 20 45

C3A 8 12 6

C4AF 12 8 14

Indicar qual dos três será o mais adequado para as seguintes obras:

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a) Construção de uma barragem de concreto;Para tal obra, devemos ter um cimento resistente a agentes agressivos. Deste modo, devemos ter um cimentocom alto teor de C4AF, e baixo teor de C3A. Logo, o cimento mais recomendado dentre os três será o Cimento 3.

b) Usina de pré-moldados de grande produção;Em tal situação, devemos ter um cimento de alta resistência inicial (CP V-ARI), pois em tais usinas deseja-se autilização imediata das peças, precisando logo resistir às solicitações.Desta forma, devemos utilizar um cimentoque tenha alto teor de C3S, sendo então o Cimento 2 o mais recomendado.

c) Preparação da argamassa para assentamento de alvenaria.Neste caso, não temos exigências a cumprir, podendo então utilizar um cimento simples ou composto, com teoresnormais de compostos. Logo, optou-se escolher o Cimento 2, pois este é o que apresenta composição maissemelhante a tais tipos de cimento (ver composição de cimentos simples e compostos).

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Leitura Complementar

Dicas práticas quanto à qualidade do cimento

1) Quais são os cuidados que devemos tomar ao armazenar os sacos de cimento?Empilhar no máximo 10 sacos, evitando assim compactação do cimento no saco, para cimento que forconsumido num período máximo de 15 dias poderá ser realizado empilhamento com 15 sacos. Não colocar ossacos diretamente no piso, utilizando para isto, um estrado de madeira; quando o piso for impermeabilizado ossacos poderão ser colocados sobre lona plástica.

2) Os sacos de cimento podem estar encostados em paredes ou tetos?Não. Recomenda-se deixar um espaçamento, garantindo assim que os sacos não absorvam a umidadeexistente na parede.

3) As pilhas de sacos de cimento podem ser feitas em qualquer lugar?Não. Devem ser feitas em lugares cobertos protegidos das intempéries. Evitando lugares abertos, sujeito aempoçamento, goteiras e locais úmidos.

4) Cimento é como vinho quanto mais velho melhor?Não. Os estoques de cimento devem ser dimensionados de tal forma que o prazo de validade não sejaultrapassado. A norma brasileira estipula a validade do cimento em 90 dias, no entanto a maior parte dosfabricantes adotam prazo de validade inferior, respeitando as condições climáticas de cada região, garantindoassim a qualidade do cimento.

5) Como deverão ser dispostos os sacos num depósito?Os sacos de cimento deverão ser dispostos em forma de lotes, de tal maneira que os cimentos mais antigossejam comercializados antes dos cimentos mais novos. Também se faz necessário a identificação dos lotes dediferentes tipos e marcas de cimento para que não sejam misturados .A adoção de lotes identificados com data,tipo e marca facilitam a inspeção e controle de estoque.

6) O transporte de cimento altera a sua qualidade?Não, no entanto algumas regras básicas devem ser observadas: os caminhões deverão estar em boascondições evitando-se assim o rasgamento dos sacos ou incidência de chuva na carga; os sacos devem estarcobertos por lonas e esta em boas condições; os sacos recebidos não devem estar úmidos, ou com aparênciade que já foram molhados, aspecto de papel enrugado.

7) Que tipo de contaminação poderá ocorrer no cimento?Areia, cal, outros tipos de cimento e sujeiras são os contaminantes mais freqüentes do cimento. Isto se dánormalmente por manuseio inadequado ou acidental dos sacos com conseqüente rasgamento e contaminaçãodo produto.

8) Poderá haver contaminação de outra natureza no cimento?Sim. Em caminhões que transportam cargas diversas como cereais, produtos químicos, deve-se sempreobservar se o cimento não está com aspecto, cor, cheiro ou outra característica estranha ao produto.

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9) Podemos utilizar cimento contaminado?Não. Pequenas quantidades deverão ser descartadas. Quando se tratar de grandes quantidades, deverá sercontatada a Assessoria Técnica do fabricante, que indicará as medidas necessárias.

10) Pode haver “pedras” dentro dos sacos de cimento?Não. Isto indica que o cimento absorveu umidade e encontra-se hidratado. Este cimento não deverá ser utilizadopois sua qualidade está alterada.

11)O cimento de um saco rasgado pode ser utilizado?Sim, caso o cimento não tenha sido contaminado. O melhor destino para este cimento é comercializá-lo por quilo,“venda picado”.

12)Por que o cimento as vezes pode chegar quente no depósito?Porque na moagem de cimento o calor produzido, pelo atrito no interior do moinho, aquece o cimento.

13)Podemos utilizar cimento quente?Não. Como fica difícil medir a temperatura do cimento nas obras, recomenda-se que o cimento seja utilizado atemperatura ambiente. Quando o cimento estiver quente convém esperar que esfrie. Em regiões onde o inverno érigoroso, com temperaturas ambiente inferiores a 10oC, recomenda-se que não sejam feitas concretagens.Também em dias de calor elevado, com temperaturas superiores a 35oC, cuidados especiais devem ser tomadospara evitar fissuras, secagens muito rápidas, etc. Recomenda-se que seja consultada a Assessoria Técnica dofabricante para melhores orientações nestes casos.

14)O cimento pode causar mal à saúde?Assim como outros materiais destinados à construção civil, o cimento pode causar alergia em algumas pessoas,as chamadas “dermatites”. Recomenda-se que o contato direto com a pele seja evitado, através do uso deequipamentos de proteção individual (luvas, máscaras,botas). Quando o contato for inevitável ou acidental deve-seevitar o contato prolongado realizando-se a limpeza com auxílio de água e sabão. No caso do aparecimento dereação alérgica bem como ingestão ou inalação, deve-se afastar a pessoa do contato com ocimento e procurarauxílio médico.

15)O cimento mais escuro é melhor?Não. A cor do cimento está relacionada com a origem de suas matérias-primas e adições não tendo nenhumainfluência na qualidade do produto. A cor pode variar de tonalidade mesmo em um mesmo tipo de cimento; de umcinza mais claro para um mais escuro e até mesmo um cinza esverdeado ou puxando para o marrom.

16)Existe mais cimento nos sacos maiores ou com mais folhas de papel?Não. Os pesos líquidos dos sacos de cimento são: 50 kg ou 25 kg. O tamanho do saco bem como o número defolhas de papel não implica na quantidade de cimento de cimento existente. A Norma Brasileira permite a variaçãomenor ou igual a 2% no peso do saco significando que um saco poderá conter no mínimo 49 kg ou no máximo 51kg. Caso o peso médio de uma pesagem de 30 sacos pertencentes a um lote seja inferior a 50 kg o lotedeverá ser rejeitado.Obs.: Entende-se por lote a quantidade máxima de 30t, referente ao cimento oriundo do mesmo produtor, entreguena mesma data e mantido nas mesmas condições de armazenamento.

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17)Como podemos reutilizar o cimento que já foi utilizado?O cimento é um material que não poderá ser reutilizado, ou seja, uma vez em contato com a água e endurecidonão mais voltará a sua condição inicial.

18)Quando se houve falar em “pega” do cimento está se referindo a forma que o cimento “gruda” em outrosmateriais?Não. A pega do cimento refere-se ao tempo que temos para trabalhar com o cimento antes que ele endureçaapós misturado com água.

19)Por que muitas vezes vemos pedreiros ou outros usuários do cimento adicionando açúcar ou sal nocimento?Esta prática, transmitida de geração para geração visa alterar o tempo de pega do cimento, ou seja, aumentarou diminuir o tempo de trabalhabilidade do cimento após misturado com a água.

20)Como se comporta a adição de sal no cimento?O NaCl (cloreto de sódio) ou sal de cozinha como é popularmente conhecido quando adicionado ao cimento fazcom que o tempo de pega diminua, isto é, o início do endurecimento é mais rápido. Cuidado! Não adicione salao cimento! O sal causa corrosão nas armaduras além de outros danos.

21)Como se comporta a adição de açúcar no cimento?O açúcar utilizado em nossa alimentação no dia a dia quando adicionado ao cimento faz com que o tempo depega aumente, isto é, o início do endurecimento é mais lento. Cuidado! Não adicione açúcar ao cimento! Semorientação segura, a adição de açúcar poderá provocar trincas e outros danos caso não sejam tomados osdevidos cuidados.

Esta leitura complementar foi retirada de uma publicação preparada pela“Itambé – Cimento para toda obra”, Assessoria Técnica.