Aula - Cimento Portland

08/05/2014

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Cimento Portland

Cimento PortlandDefinies

Cimento Portland (Mehta e Monteiro, 1994) Aglomerante hidrulico produzido pela moagem do

clnquer, que consiste essencialmente de silicatosde clcio hidrulicos, usualmente com uma ou maisformas de sulfato de clcio como produto deadio.

Juntamente com suas modificaes, so osprincipais cimentos usados atualmente para aproduo de concreto estrutural.

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Cimento PortlandDefinies

Aglomerante hidrulico Aglomerantes que no s endurecem atravs da

reao com a gua, como tambm formam umproduto resistente gua.

Clnquer So ndulos de 5 a 25 mm de dimetro de um

material sinterizado, produzido quando uma misturade matrias-primas de composio pr-determinada aquecida a altas temperaturas.

Cimento PortlandHistrico

Termo cimento Latim Caementum - Pedaos de pedras speras e

no talhadas;

Emprego bem antigo Antigos egipcios gesso impuro calcinado; Gregos e Romanos Calcrio calcinado; Gregos aprenderam a misturar cal, gua, areia,

pedra britada Primeiro concreto da histria.

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Romanos Trituravam a cal com cinzas vulcnicas

Cimento pozolnico. Algumas estruturas romanas onde pedras eram

ligadas com argamassa como o Coliseu e oPanteo de Roma resistem at hoje.

Outros exemplos: Pontes, aquedutos e obrasmartimas.


Idade Mdia Declnio geral na qualidade e uso do cimento.

Sc. XVIII Avano da tecnologia dos cimentos; John Smeaton 1756 Farol de Eddystone

Descobriu que se obtinha um argamassa melhor quandoa pozolana era misturada ao calcrio calcinado contendoelevado teor de argila.

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1824 Joseph Aspdin Patente sobre o cimento Portland; Na realidade seu cimento ainda era uma cal

hidrulica, porque no chegava temperatura defuso incipiente.

1830 Surgimento da primeira fbrica decimento - Frana.


Revoluo industrial permitiu maiorestemperaturas e melhor moagem

Ainda vem sendo aperfeioado nos dias atuais.

Considera-se a primeira fbrica de cimentoPortland verdadeiro 1844

Inglaterra Isaac Johnson

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Cimento introduzido na Amrica em 1870 Primeira fabricao EUA 1874.

Brasil Primeira fabricao: 1888 Sorocaba; Grande produo 1926 Companhia de cimento

Perus.

Cimento PortlandFabricao

Atualmente produzido em instalaesindustriais de grande porte, localizadasprximas s jazidas;

Matrias-primas Devem suprir clcio e slica em formas e

propores adequadas para produo dos silicatosde clcio

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Matrias-primas Materiais de carbonato de clcio

Pedra calcria, giz, mrmore, conchas do mar Argila e Xistos argilosos

Fontes de slica Contm alumina (AlO3) e xido de ferro (Fe2O3)

Efeito mineralizante na formaao dos silicatos de clcio.

Vista Geral de Jazida

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Desenho esquemtico de unidade fabril

Composio usual das matrias-primas e da farinha para o cimento

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Resumo do Processo de produo

1. A mistura do calcrio e da argila feita atravsde moagem com adicionamento de outrosingredientes em menor quantidade, na forma midaou seca;

2. A mistura levada para a extremidade superiorde um forno rotatrio levemente inclinado;


Resumo do Processo de produo

3. A medida que a mistura se move dentro do forno,ela encontra um progressivo aumento detemperatura e vrias transformaes qumicas temlugar no forno

Temperatura de clinquerizao Temperatura na qual a mistura levada a incipiente fuso; 1500C Formao do clinquer.

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Reaes no processo de clinquerizao e resfriamento


Resumo do processo de fabricao

4. O clinquer resfriado e modo at a formao deum p;

5. Uma pequena porcentagem de gesso adicionada durante a moagem para controlar otempo de pega do cimento Portland

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Resumo do processo de fabricao

6. Para cimentos compostos, neste momento,tambm so inseridas as suas adies respectivasnas quantidades adequadas;

7. Cimento Portland armazenado em silos Enviado para local de consumo

Embalado em papel Kraft ou em containers.

Fluxograma simplificado do Processo de produo do cimento

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Forno Rotativo

Transformaes de fase ao longo do forno rotativo

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Composio qumica do cimento Portland

Consiste essencialmente de vrios compostosde clcio;

Os resultados de anlises qumicas soexpressos em termos de xidos dos elementospresentes.

Composio qumica aproximada do clinquer do cimento Portland

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Principais constituntes do cimento Portland


Propriedades do cimento Portland sorelacionadas ao teor dos compostos

Difcil extrair concluses a partir da anlise docimento expressa em xidos.

Prtica comum, calcular o teor dos compostos docimento Portland, a partir da anlise dos xidos,usando uma srie de equaes

Equaes de Bogue.

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Equaes de Bogue% C3S = 4,017C 7,6 S 6,718 A -1,430F -2,85 S*

%C2S = 2,867 S 0,7544C3S

%C3A = 2,65A 1,692 F

%C4AF = 3,043F


Equaes de Bogue Aplicveis aos cimentos Portland com relao A/F

menor que 0,64; Admitem que as reaes qumicas de formao

dos compostos estejam completas e as impurezas possam ser ignoradas;

Em alguns casos, a composio calculada, especialmente dos teores de C3A e C4AF podem se desviar consideravelmente da composio real;

Composio potencial do cimento.

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No exatamente a expressa pelas frmulados compostos

Nas altas temperaturas de formao do clinquer asimpurezas tem a capacidade de entrar nassolues slidas com cada um dos compostos;

Reatividade dos compostos com a gua influenciada por suas estruturas cristalinas

Imperfeies estruturais explicam a instabilidade doscompostos em meio aquoso.

Composio e propriedades tecnolgicas dos principais compostos do clinquer de cimento Portland

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Finura do cimento Portland

Alm da composio, a finura do cimentoinfluncia a sua reao com a gua

Quanto mais fino, mais rpido ele reagir. Controle da qualidade da finura

Resduo na peneira padro #200 e #375; Partculas de cimento maiores do que 45 m so

difceis de hidratar e maiores que 75 m nunca sehidratam completamente.

Hidratao do cimento Cimento anidro

No aglomera areia e agregado grado; S adquire propriedade adesiva quando misturado

com a gua; Reao qumica entre o cimento anidro e a gua

Hidratao do cimento; Gera produtos que possuem caractersticas de pega e

endurecimento.

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Hidratao do cimento

Mecanismos de hidratao do cimento Portland Hidratao por dissoluo-precipitao; Mecanismo topoqumico ou hidratao no estado

slido.

Hidratao do cimento Dissoluo-precipitao

Dissoluo de componentes anidros em seusconstituntes inicos, formao de hidratos nasoluo e, devida a sua baixa solubilidade, umaeventual precipitao dos hidratos provenientes dasoluo supersaturada.

Visa uma completa reorganizao doscomponentes originais durante o processo dehidratao;

Dominante nos estgios iniciais da hidratao.

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Hidratao do cimento Mecanismo topoqumico

Reaes ocorrem diretamente na superfcie doscomponentes do cimento anidro sem entrarem emsoluo;

Em estgios posteriores, quando a mobilidadeinica na soluo se torna restrita, a hidratao dapartcula residual de cimento pode ocorrer porreaes no estado slido.

Hidratao do cimento Cimento Potland formado de uma mistura

heterognea de vrios compostos Processo de hidratao consiste na ocorrncia de

reaes simultneas dos compostos anidros com agua;

Os compostos no se hidratam na mesmavelocidade

Aluminatos se hidratam muito mais rapidamente que ossilicatos.

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Hidratao do cimento Enrijecimento (perda da consistncia) e pega

(solidificao) determinados pelas reaesenvolvendo aluminatos;

Silicatos (75% do cimento) tem papelimportante na determinao das caractersticasde endurecimento e na taxa dedesenvolvimento da resistncia.

Hidratao do cimento Silicato Triclcico C3S

Componente mais rico em cal, sendo o mais instvel dos silicatos

Maior rapidez na reao com a gua; Inicia a reao em poucas horas; Desenvolve elevadas resistncias iniciais; Tem pega lenta e endurecimento rpido; Libera grande calor de hidratao; Libera grande quantidade de cal.

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Hidratao do cimento Silicato Triclcico C3S

+ + + 120 cal/gALITA2(C3S)

100

GUA5H2O

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C-S-H3CaO.2SiO2.3H2O

75

PORTLANDITA3Ca(OH)2

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Hidratao do cimento Silicato Diclcico C2S

Inicia a reao de hidratao lentamente, aps dias;

Desenvolve elevadas resistncias a longo prazo; Tm pega e endurecimento lento; Libera pouco calor de hidratao; Liberta pouca quantidade de cal.

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Hidratao do cimento Silicato Diclcico C2S

+ + + 62 cal/gBELITA2(C2S)

100

GUA4H2O

21

C-S-H3CaO.2SiO2.3H2O

100

PORTLANDITA3Ca(OH)2

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Hidratao do cimento Aluminato triclcico C3A

Reao do C3A puro e a gua muito rpida,ocorrendo a pega instatnea;

Adio de gesso (gipsita) no clinquer previne apega instatnea;

Mecanismo de retardo do C3A pela gipsita A solubilidade do C3A diminuda pela presena de ons

hidroxila, lcalis e sulfatos, provenientes da gipsita Produto cristalizado

Trissulfoaluminato de clcio (etringita ) Monossulfoaluminato de clcio.

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[AlO4] + 3[SO4]-2 + 6[Ca]+2 + aq. C6AS*3H32 (Etringita)

[AlO4] + [SO4]-2 + 4[Ca]+2 + aq. C4AS*H18(Monosulfato)


Depois do sulfato ser consumido, quando aconcentrao dos aluminatos se eleva novamentepela renovao da hidratao do C3A e C4AF, aetringita torna-se instvel e gradativamenteconvertida em monossulfato de clcio.

C6AS*H32 + 2C3A C4AS*H18

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Desenvolve pequena resistncia inicial; Libera grandes quantidades de calor; No libera cal; muito sensvel a ao dos sulfatos.

Hidratao do cimento Ferroaluminato tetraclcico C4AF

Inicia a reao de hidratao em alguns minutosaps o amassamento;

Desenvolve pequena resistncia inicial; Tem pega e endurecimento em tempo semelhante

ao C3S; Libera pouco calor de hidratao; Possui tima resistncia ao ataque de guas

agressivas e sulfatos.

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Hidratao do cimento Ferroaluminato tetraclcico C4AF

+ + + + 100 cal/g

BROWMILLERITAC4AF100

PORTLANDITA2Ca(OH)2

30

GUA10H2O

37

FERRITO3CaO.Fe2O3.6H2O

89

ALUMINATO3CaO.Al2O3.6H2O

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Tipos de cimento Portland no Brasil

Conhecimento dos compostos do cimentoPortland torna possvel a previso daspropriedades do cimento;

A manipulao da sua composio pode serusada para modificar certas propriedades docimento com o objetivo de se obter umdesempenho mais satisfatrio para certasaplicaes.

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Principais tipos de cimento Portland no Brasil Cimento Portland Comum CP I; Cimento Portland Composto CP II; Cimento Portland de Alto forno CP III; Cimento Portland Pozolnico CP IV; Cimento Portland de alta resistncia inicial CP V.

Todos regidos por normas da ABNT


Cimento Portland Comum CP I Aglomerante hidrulico obtido pela moagem de

clinquer Portland ao qual se adiciona, durante aoperao, a quantidade necessria de uma ou maisformas de sulfato de clcio. Durante a moagem permitido adicionar a esta mistura materiaispozolnicos, escrias granuladas da Alto forno e/oumateriais carbonticos.

Atualmente no so encontrados comercialmente.

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Cimento Portland Compostos CP II Consistem esesencialmente de uma mistura intima

e uniforme de escria de alto forno, pozolana oufiller calcrio com cimento Portland efrequentemente sulfato de clcio;

Vantagens Diminuio do calor de hidratao; Excelente durabilidade; Economia de energia e preservao de recursos

naturais; Custo mais baixo do que o do cimento Portlan comum.

Composio dos cimentos Portland comuns e compostos

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Cimentos Portland de Alto forno e Pozolnico Alternativa para diminuio do consumo energtico

no processo de fabricao do cimento Substituio do cimento Portland por escrias

granuladas de alto forno e materiais pozolnicos.

Cimento Portland de alto forno Obtido pela moagem de clinquer Portland ne escria de

alto forno


Cimentos Portland de Alto forno e Pozolnico Cimento portland Pozolnico

Obtido pela moagem de clinquer Portland e pozolana.

Apresentam geralmente, pega e endurecimento um pouco mais lento que o cimento Portland comum e compostos.

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Composio dos cimentos Portland de alto forno e pozolnico


Cimento Portland de alta resistncia Inicial CP V-ARI

Particularidade de conseguir altas resistncias j nos primeiros dias de aplicao;

Pode ser obtido: Cimentos com alta porcentagem de C3S e C3A; Menor quantidade de SO3 adicionada; Cimentos com maiores finuras.

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Composio do cimento Portland de alta resistncia inicial


Outros tipos de cimento Portland menos consumidos:

Cimento Portland resistente a sulfatos; Cimento Portland com baixo calor de hidratao; Cimento Portland branco; Cimento Portland para poos petrolferos.

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Nomenclatura dos cimentos Portland nacionais

Exigncias fsicas dos cimentos Portland nacionais

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Exigncias qumicas dos cimentos Portland nacionais

Influncia dos tipos de cimentos nas argamassas e concretos

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Principais aplicaes dos cimentos Portland nacionais normalizados

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