Aula 3 Cimento

CIMENTO

Prof. Jorge Luís Akasaki / Prof. Flávio H. Sato

Materiais de Construção Civil I

Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”

Campus de Ilha Solteira

A palavra CIMENTO

É originada do latim CAEMENTU

Que designava na velha Roma

Espécie de pedra natural de rochedos

A origem do cimento remonta

Há cerca de 4.500 anos.

Os imponentes monumentos do Egito

antigo já utilizavam uma liga constituída

por uma mistura de gesso calcinado.

As grandes obras gregas e romanas,

como o Panteão

Coliseu,

foram construídas com o uso de solos

de origem vulcânica da ilha grega de Santorino

ou das proximidades da

cidade italiana de Pozzuoli,

que possuíam propriedades de

endurecimento sob a ação da água.

Em 1758, quando o engenheiro Civil inglês

John Smeaton consegue um produto de

alta resistência, por meio da calcinação de

calcários moles e argilosos;

Em 1918, o engenheiro francês Louis-Joseph Vicat obtém resultados semelhantes aos de Smeaton pela mistura de componentes argilosos e calcários.

Considerado o inventor do cimento artificial.

2/27/2012

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:LouisVicatJ.JPG

A denominação “Cimento Portland", foi

dada em 1824 por Joseph Aspdin, um

químico e construtor britânico;

Recebeu esse nome por apresentar cor e

propriedades de durabilidade e solidez

semelhantes às rochas da ilha britânica

de Portland.

A primeira fábrica de cimento Portland

iniciou atividades no Brasil em 1926.

Quase 30 anos depois, teve origem a

produção de cimento branco;

Devido à necessidade de um cimento

para fins especiais, que proporcionasse

mais beleza e conforto, através do

tratamento térmico das edificações.

O primeiro forno de cimento branco

entrou em operação em 1952, sendo

distribuído ao mercado, a partir de 1954,

com a marca Irajá, que integra a linha de

produtos da Votorantim Cimentos;

Em 1984, foi lançado o cimento branco

estrutural, com o objetivo de atender

construtores de obras de concepção

arrojada, nos serviços de concreto

aparente, pré-fabricados e pisos de alta

resistência.

Cimento não é como vinho (quanto mais

velho melhor).

Os estoques de cimento devem ser

dimensionados de tal forma que o prazo

de validade do cimento não seja

ultrapassado.

A norma brasileira estipula a validade do

cimento em 90 dias.

Panorama da indústria do

cimento

Distribuição das fábricas por grupo.

2/27/2012

Fonte: SNIC, 2010

Produção por grupos em 2009

2/27/2012

2/27/2012

Consumo regional de cimento em

2009

2/27/2012

Consumo de Cimento por Região

Mercado de Cimento

Aplicações do cimento:

Aplicação

100%

Infra-estrutura

18,1%

Edificação

81,8%

Agropecuária

0,1%

Mercado de Cimento Perfil de Consumo de Cimento

Consumo de

Cimento

100%

Consumidor

Industrial

28,4%

Consumidor

Final

71,6%

28,4%

Concreteiras 13,3%

Artefatos 6,8%

Pré-Moldados 4,5%

Fibrocimento 2,4%

Argamassas 1,4%

29,1%

Construtoras/Empreiteiras 14,7%

Empresas Privadas 7,7%

Órgãos Públicos 2,8%

Prefeituras 3,0%

Cooperativas/Mutirões 0,9%

Pequeno Constr. Individual 27,3%

Pedreiros/Peq. Empreiteiros 15,2% 42,5%

Consumo de Cimento “per capita”

Brasil

Ano Consumo (Kg/Hab/Ano)

1995 184

1996 222

1997 240

1998 246

1999 242

2000 232

2001 223

2002 217

2008 272

O GESSO é adicionado na etapa posterior ao

resfriamento do clínquer, antes de passar pela

moagem;

O GESSO é adicionado para controlar o tempo de

pega;

A reação do C3A (aluminato tricálcico) com a água é

muito violenta e resulta num enrijecimento imediato

da pasta conhecida como a pega instantânea.

Produção de Cimento Portland

(via seca)

~0,8

Calcário

~0,2

Argila

Moagem

Pré-aquecedor

Forno

> 1450 ºC

Adições

~0,05

Gipsita

~0,95

Clínquer

Moagem

final

Cimento

Portland

Efeito das adições

Afetam produtos de hidratação:

Durabilidade;

< Permeabilidade.

Resistência:

Reduz Inicial;

Aumenta Final.

Benefícios ambientais:

Redução da emissão de CO2;

Evita deposição de resíduos em aterros.

Tipos de Adições

Pozolanas: Cinzas volantes;

Argilas calcinadas;

Microssilica;

Cinzas vegetais: ○ Casca de arroz.

Escória granulada de alto forno;

Pó ou filler calcário:

Composição: CaO;

SIO2;

Al2O3.

Processo de Produção do Cimento

Portland

Geração de material particulado ou pó:

Direcionado para as chaminés e retido por

coletores (ciclones, filtros manga ou

precipitadores eletrostáticos);

Representa 20 a 30% da produção

retorna ao forno como matéria-prima.

Energia no processo de fabricação do

cimento

90%: energia térmica gerada pelo combustível (secagem, aquecimento e calcinação das matérias-primas).

Representa de 20 a 25% dos custos de produção do cimento.

10%: energia elétrica (moagem das matérias-primas: 25% e do clinquer: 40%, e operações do forno e resfriador: 20%);

Representa 50% dos custo.

O Processo de Produção do Cimento

Portland

Transformações de fases ao longo do forno rotativo.

O Processo de Produção do Cimento

Portland

Composição típica de um clínquer de cimento portland: 67% CaO (C), 22% SiO2 (S), 5% Al2O3 (A), 3% Fe2O3 (F) e 3% de

outros óxidos;

Fases cristalinas anidras metaestáveis na temperatura ambiente e estáveis ao serem hidratados: alita (C3S): 50 – 70%;

belita (C2S): 15 – 30%;

aluminato tricálcico (C3A): 5-10%;

ferroaluminato tetracálcico (C4AF): 5- 15%;

Outros compostos em menor quantidade: Na2O, MnO e K2O, magnésio, enxofre e fósforo;

elementos traços: Cr, Pb, Zn, V, Ni e outros, provenientes das MP e combustíveis (estes normalmente portando os resíduos).

Propriedades conferidas ao cimento

Alita: Principal mineral que contribui para a resistência mecânica/fase que reage mais rapidamente com a água;

Belita: Reage mais lentamente com a água, porém, após períodos maiores (aproximadamente um ano), atinge a mesma resistência mecanica que a alita.

C3A: Reage muito rapidamente com a água, porém sem apresentar fortes propriedades hidráulicas. Em combinação com o silicatos, o mesmo eleva a resistência inicial do cimento;

C4AF: Apresenta taxas inicialmente altas de reatividade com a água. Em idades mais avançadas: taxas baixas ou muito baixas contribui pouco para a resistência mecânica.

Caracterização do Cimento Difração de Raios-X: Utilizada para a identificação das

fases do clínquer;

Microscopia Ótica e Eletrônica de Varredura: Observação morfológica das amostras;

Ensaio de Lixiviação: Visa simular as condições de exposição do cimento ao meio ambiente;

Ensaio de Solubilização: Visa complementar o ensaio de lixiviação (resíduo é inerte ( Classe III) ou não);

Ensaio de resistência mecânica à compressão: A resistência à compressão é o controle de qualidade do produto. Limites mínimos de resistência à compressão exigidos para 3, 7 e 28 dias.

Caracterização do Cimentos

Difração de Raios-X

Fotomicrografia de uma amostra de clínquer

(Microscopia Ótica )

Fotomicrografia de uma amostra de

clínquer (Microscopia eletrônica de

Varredura)

Ensaio de Lixiviação

Metal NBR 10004

(mg/L)

Corrida 1

(mg/L)

Corrida 2

(mg/L)

Arsênio 5 nd nd

Bário 100 1,086 1,156

Cádmio 0,5 nd nd

Chumbo 5 0,147 0,179

Cromo total 5 0,199 0,236

Mercúrio 0,1 nd nd

Prata 5 nd nd

Selênio 1 nd nd

Avalia o potencial de liberação dos componentes

constituintes dos resíduos para o meio ambiente e portanto

seu potencial de vir a impactar solos e águas subterrâneas.

Ensaio de Solubilização

Metal NBR 10004

(mg/L)

Corrida 1

(mg/L)

Corrida 2

(mg/L)

Arsênio 0,05 nd nd

Bário 1 0,391 0,825

Cádmio 0,005 nd nd

Chumbo 0,05 0,001 0,043

Cromo total 0,05 nd nd

Mercúrio 0,001 nd nd

Prata 0,05 nd nd

Selênio 0,01 nd nd

Avalia o potencial dos resíduos de liberar seus componentes constituintes para a água pura, comparativamente ao padrão de potabilidade.

Ensaio de Resistência Mecânica à Compressão

NBR 7215/ NBR 11578

Tipos de cimento Portland Disponíveis no

Mercado Brasileiro e Suas Aplicações

Cimento Portland Comum (CP I): Um tipo de cimento portland sem

quaisquer adições além do gesso (utilizado como retardador da pega). Com pequenas adições - CP I-S.

Aplicações: É usado em serviços de construção em geral, quando não são exigidas propriedades especiais do cimento.



Cimento Portland Composto (CP II): O Cimento Portland Composto é

modificado (com adições - CP II-Z, CP II-E e CP II-F ).

Aplicações: Recomendado para obras correntes de engenharia civil sob a forma de argamassa, concreto simples, armado e protendido, elementos prémoldados e artefatos de cimento.



Cimento Portland de Alto-Forno (CP III): Cimento com adições de escória de Alto-Forno.

Aplicações: Em obras de concreto-massa, tais como barragens, peças de grandes dimensões, fundações de máquinas, pilares, obras em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reativos, pilares de pontes ou obras submersas, pavimentação de estradas e pistas de aeroportos.



Cimento Portland Pozolânico (CP IV):

Um tipo de cimento portland com aditivo pozolânico.

Aplicações: É especialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente e ambientes agressivos.

Tipos de Cimento Portland Disponíveis no


Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI):

Com valores aproximados de resistência à compressão de 26 MPa a 1 dia de idade e de 53 MPa aos 28 dias. Alterações nas proporções das fases do clínquer.

Aplicações: Em blocos para alvenaria, blocos para pavimentação, tubos, lajes, meio-fio, mourões, postes, elementos arquitetônicos pré-moldados e préfabricados.



Cimento Portland Resistente a Sulfatos (RS):

Alterações nas proporções das fases do clínquer.

Aplicações: Em ambientes submetidos ao ataque de meios agressivos, como estações de tratamento de água e esgotos, obras em regiões litorâneas, subterrâneas e marítimas.



Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC):

É o cimento Portland de Alto-Forno com baixo calor de hidratação, determinado pela sua composição – fases do clínquer.

Aplicações: Este tipo de cimento tem a propriedade de retardar o desprendimento de calor em peças de grande massa de concreto, evitando o aparecimento de fissuras de origem térmica, devido ao calor desenvolvido durante a hidratação do cimento.



Cimento Portland Branco (CPB):

A cor branca é obtida a partir de matérias-primas com baixos teores de óxido de ferro e manganês, em condições especiais durante a fabricação, tais como resfriamento e moagem do produto e, principalmente, utilizando o caulim no lugar da argila.

Aplicações: ○ Estrutural: Em concretos brancos para fins

arquitetônicos.

○ Não estrutural: Em rejuntamento de azulejos e em aplicações não estruturais.

ESTOCAGEM DE CIMENTO

-Evitar que o cimento entre em contato com a água

na estocagem porque ele vai empedrar ou endurecer

antes do tempo, inviabilizando a sua utilização;

-Estocar em lugar seco, coberto, fechado e afastado

do chão, do piso e das paredes externas e úmidas,

longe de tanques, torneiras e encanamentos.


- Iniciar a pilha de sacos de cimento sobre um

tablado de madeira;

- Não formar pilhas maiores de 10 sacos;

- Utilizar o primeiro saco estocado há mais tempo,

deixando o que chegar por último para o fim.


- O cimento, bem estocado, é próprio para o uso por

3 meses;

- Estocar o cimento em locais protegidos de

temperaturas inferiores a 12°C para não ocasionar

retardamento do início da pega.

O Co-Processamento de Resíduos

em Fornos Rotativos de Clínquer

Brasil: produção de 2,7 M ton/ano de resíduos.

O que é resíduo industrial?

É todo material resultante de um processo

produtivo, cujo gerador rejeita, pretende

rejeitar ou é solicitado a rejeitar.

Segundo a ABNT, são classificados em três

categorias:

Classe I - Resíduos perigosos;

Classe II - Resíduos não perigosos e não inertes;

Classe III - Resíduos inertes.

Destinação dos Resíduos

Insumos Processo Produto

Fim de vida

Resíduo

Qualidade

Reciclagem

Aterro

Bio-tratamento

Incineração

Co-Processamento

Reciclagem

Quando viável, é a melhor destinação. Vários resíduos industriais dispõem de

tecnologia e custo que permitam sua reciclagem, como as latas de alumínio, caixas de papelão, garrafas de vidro, produtos plásticos e outros;

Cumpre notar que a reciclagem nunca será de 100%, pois fatores econômicos e sociais impedem que isso aconteça;

Muitos resíduos não são economicamente recicláveis e portanto precisam de uma outra destinação final.

Aterro

Local para disposição de resíduos sem caracterizar disposição final.

Em alguns casos não oferece garantias necessárias para resíduos classe I e alguns resíduos classe II.

Podem oferecer soluções muito baratas.

Exemplos de boas práticas: VIVENDI (SASA – Tremembé/SP);

Essencis (CAVO - Caieiras/SP).

Exemplos de más práticas: Formiga (MG);

CENTRES (RJ);

Mantovani (SP).

Biotratamento Trata-se do uso de microrganismos para

recuperar áreas degradadas com produtos químicos orgânicos;

São aplicáveis somente quando o grau de contaminação é pequeno, caso contrário o tempo necessário torna-se muito longo.

Tratamento no local;

Restrito a contaminantes orgânicos.

Incineração O processo de incineração promove a queima

dos resíduos num ambiente fechado, onde os fumos da queima passam por um sistema de lavagem de gases, que garante que nenhum subproduto da queima seja liberado para a atmosfera.

As cinzas e os produtos usados na lavagem precisam ser destinados, uma vez que são resíduos deste processo.

Co-processamento

É a técnica de destruição térmica a altas temperaturas em fornos de clínquer devidamente licenciados para este fim, com aproveitamento de conteúdo energético e/ou aproveitamento da fração mineral como matéria-prima, sem a geração de novos resíduos.

O que pode ser co-processado?

Exemplos: Substâncias oleosas; Catalisadores usados; Resinas, colas e látex; Pneus e emborrachados; Madeiras contaminadas; Solventes; Borrachas; Lodos de ETE; Terras contaminadas; Papel e outros.

O que não pode ser co-processado ?

Exemplos: Resíduos hospitalares não-tratados;

Lixo doméstico não-classificado;

Explosivos;

Elementos radioativos;

Pesticidas;

Fossas orgânicas;

Materiais com alto teor de metais pesados;

Materiais com alto teor de Cloro;

Materiais com baixo poder calorífico ou sem contribuição na substituição de matérias-primas.

Como se prepara o material a ser co-

processado ?

Caracterização;

Análise prévia;

Contrato com o gerador do resíduo;

Licenciamento com o órgão ambiental;

Coleta e transporte licenciados;

Preparação prévia ( „blending‟ );

Co-processamento:

Emissão de Certificado de Destruição térmica (CDT).

As vantagens do co-processamento

Elimina vários resíduos de forma segura e definitiva;

Não gera passivos ambientais;

Permite controle ‘on line’ das emissões;

Aumenta recolhimento de ISS no município;

Induz as fábricas de cimento a uma produção mais segura, devido aos investimentos para o licenciamento;

Poupa recursos naturais não-renováveis: Óleo combustível, coque de petróleo;

Matérias-primas minerais.

Pontos de entrada de resíduos na planta

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