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Universidade Federal do CearUniversidade Federal do Cearáá

Curso de Engenharia CivilCurso de Engenharia Civil

Aulas 1 e 2: Aglomerantes Aulas 1 e 2: Aglomerantes ––Cal, Gesso e CimentoCal, Gesso e Cimento

Prof. Eduardo CabralProf. Eduardo Cabral

Definições• Aglomerantes

É o material ligante, ativo, geralmente pulverulento, cuja a principal função é unir os agregados inertes.

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Tipos• Hidráulicos

⇒ cal aérea

⇒ cimento⇒ cal hidráulica

• Aéreos

⇒ gesso

⇒ polímeros ⇒ asfalto

• Poliméricos

Cal

A cal é um aglomerante inorgânico ou mineral, isto é, com constituintesminerais, produzido a partir de rochas calcárias, composto basicamente de cálcio e magnésio, que para a sua aplicação, apresenta-se sob forma pulverulenta; emmistura com a água, forma uma pasta com propriedades aglomerantes, comoresultado da reação com o anidrido carbônico (CO2) presente na atmosfera; apósendurecimento, não resiste satisfatoriamente quando submetida à ação da água.

O endurecimento da cal ocorre por reação com o CO2.

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⇒ Cal hidratada

Tipos de cal• Quanto à extinção

• constituída predominantemente de óxidos de cálcio e magnésio.

• além dessas fases principais, carbonatos de cálcio e magnésiotambém estão presentes.

• produto industrial oriundo do calcário argiloso (marga) e se hidratade maneira semelhante ao cimento

• constituída de principalmente de hidróxidos de cálcio e magnésio, além de uma pequena fração de óxidos não hidratados.

⇒ Cal virgem

⇒ Cal hidráulica

Tipos de cal

⇒ Cal magnesiana

• Quanto ao teor de óxido de cálcio (cal virgem)

• teor de CaO ≥ 90%

• 65% ≤ teor de CaO < 90%

⇒ Cal cálcica

⇒ Cal dolomítica• teor de CaO < 65%

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Tipos de cal

⇒ CH – II – Cal hidratada comum

• Quanto ao grau de hidratação (cal hidratada)

• óxidos totais (na base não volátil) > 96,8% e CO2 no máximo 5%

• óxidos totais (na base não volátil) > 88% e CO2 no máximo 13%

• óxidos totais (na base não volátil) > 88% e CO2 no máximo 5%

⇒ CH – I – Cal hidratada especial

⇒ CH – III – Cal hidratada comum com carbonatos

CaCO3.MgCO3 CaO + MgO + 2CO2

CaCO3 CaO+CO2

Processo de fabricação

∆

∆

CaO + H2O Ca(OH)2 + CALOR

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3+ H2O

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Requisitos e critérios de qualidade da cal hidratada• Retenção de água (NBR 9290)

• resultado da elevada área superficial da cal• importante para argamassas

• auxilia na hidratação do cimento

• auxilia na retenção de água quando a argamassa é aplicada sobre uma baseabsorvente• consequência → melhor resistência de aderência

Cal residual da produção de acetileno• Cal de carbureto

• resíduo da produção do gás acetileno a partir do carbureto de cálcio

• processo eletrotérmico → produção elevada

• pode ser utilizada na construção civil

• contém elevado teor de hidróxido de cálcio - Ca(OH)2

• reatividade mais baixa que a cal industrial

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Cal hidráulica

Endurecimento análogo ao do cimento

Aplicações• Tinta à base de cal

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Aplicações• Bloco sílico-calcário

Aplicações• Adição ao concreto

• uso de pozolanas → redução do Ca(OH)2 do concreto → redução do pH

• adição de cal hidratada → manter o pH → durabilidade

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Gesso - Definições

• GipsoÉ o minério mais comum dos sulfatos, encontrado extensivamente emmuitos lugares do mundo, contendo gipsita (CaSO4.2H2O), anidrita(CaSO4) e algumas impurezas. É a matéria-prima de produção do gesso de construção.

• GipsitaÉ o mineral composto de CaSO4.2H2O, mineral essencial do gipso.

• Hemidrato βProduzido a partir da calcinação do gipso, com fórmula químicaCaSO4.0,5H2O.

• EvaporitoÉ uma rocha sedimentar formada pela precipitação química dos sais dissolvidos em um meio aquoso, devido a um processo de evaporação. Seu precipitado gera depósitos de carbonatos, sulfatos, boratos e cloretos.

Gesso - Definições• Anidrita III

Também chamada de anidrita solúvel; é a fase intermediária ao hemidratoe à anidrita II, de fórmula química CaSO4.εH2O. Sua fórmula indica queesse produto pode conter um teor de água de cristalização variável. Reagerapidamente com a água.

• Anidrita IIProduzida a 350ºC, é também chamada de anidrita insolúvel ousupercalcinada. Reage lentamente com a água.

• Anidrita IObtida pela calcinação da gipsita à 1.200-1.100ºC, também é chamada de anidrita de alta temperatura. A presença de CaO a diferencia da anidrita II. Tem pega e endurecimento lentos.

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Gesso - Definições

• Gesso de construçãoÉ o material conhecido na literatura como “gypsum calcined”ou “plâtre de Paris”, produzido por calcinação do minério natural gipso, constituídoessencialmente por sulfatos de cálcio (hemidrato, anidritas solúvel e insolúvel) e a gipsita procedente da matéria-prima.


• extração da matéria-prima

• calcinação

• moagem e seleção da granulometria • armazenamento em silos e estabilização• ensacamento e comercialização

• britagem, moagem grossa e estocagem com homogeneização• secagem → 10% de umidade

• 1 forno → produz hemidrato puro ou contendo também gipsita ouanidrita

• 2 fornos → produzem hemidrato e anidrita em separado

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OHOHCaSOOHCaSO Ca224

16014024 5,15,0.2.

0

+⎯⎯⎯ →⎯

Gipsita Hemidrato

OHOHCaSOOHCaSO Ca224

19016024 .5,0.

0

δε +⎯⎯⎯ →⎯

Hemidrato Anidrita III


4400350

24

0

5,0. CaSOOHCaSO Ca ⎯⎯⎯ →⎯

Hemidrato Anidrita II

CaOSOCaSOOHCaSO Ca ++⎯⎯⎯⎯ →⎯ 3412001100

24

0

5,0.

Hemidrato Anidrita I Cal livre

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Matéria-primaO gesso pode ser produzido a partir da matéira-prima natural (gipso ou sulfatos

naturais) ou de sulfatos de cálcio oriundo de resíduos industriais.

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Matéria-prima

Matéria-prima

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Hidratação, pega e endurecimento• Hidratação

Fenômeno químico no qual o material anidro em pó é transormado emdihidrato. As reações de hidratação são inversas às da formação dos produtos.

• Mecanismos de hidratação

Hidratação, pega e endurecimento• Mecanismos de hidratação

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Velocidade de reação:- Anidrita III- Hemidrato- Anidrita II- Anidrita I de

cres

cent

e

O início de pega depende o constituinte de pega mais rápida, e o endurecimento, do mais lento.

Do ponto de vista prático, a pega do gesso se encerra em até 45 minutos mas o mesmo continua ganhando resistência por até 20 horas.

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Hidratação, pega e endurecimento

• Com o crescimento dos cristais e seu devido rearranjogeométrico, há uma expansão do volume do gesso durantesua hidratação, em torno de 0,2%, caindo para 0,1% após a evaporação da água excedente.

Hidratação, pega e endurecimento

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Propriedades físicas e mecânicas

• Especificações físicas do gesso em pó• NBR 13207/94

- gesso de revestimento- gesso para componentes de construção


• Propriedades químicas do pó (NBR 13207)

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• Propriedades físicas do pó (NBR 13207)• Granulometria (NBR 12127/91)

- Peneiramento na série padrão de peneiras sob água corrente: 0,840mm; 0,420mm; 0,210mm; 0,105mm

• Massa unitária (NBR 12127/91)


• Propriedades da pasta• Teor de água para consistência normal (não normalizado)

35g

Penetração de 30mm

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• Propriedades da pasta• Tempo de pega (NBR 12128/91)

300g

Ø 1,13mm

Tinício: 1mm da baseTfim: não penetra mais


• Propriedades da pasta• Tempo de pega (DIN 1168)

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• Propriedades da pasta• Resistência à compressão


• Propriedades da pasta• Porosidade e densidade

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Aditivos retardadores de pega

Aditivos retardadores de pega

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Aplicação

• Revestimento em gesso

Aplicação

• Gesso acartonado

• Bom desempenho na proteção de estruturas diante de incêndios.

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Aplicação

• Gesso acartonado

Aplicação

• Gesso acartonado• Absorção de água por superfície protegida por papel em chapas de gesso

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Aplicação

• Placas e outras utilizações

Cimento - Definições• Clínquer

Material sinterizado e peletizado resultante da calcinação a aproximadamente 1450 ºC de uma mistura de calcário (75 a 80%) e argila(20 a 25%) e eventuais corretivos químicos de natureza silicosa, aluminosaou ferrífera, empregados de modo a garantir o quimismo da mistura dentrode limites específicos.

• Sulfato de cálcioEmpregado em porções que variam em massa de 3% a 5%, aproximadamente, com o objetivo principal de regular o tempo de pega ouendurecimento inicial da mistura.

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• extração da matéria-prima (argila e calcário)

• calcinação → processo de clinquerização

• clínquer + gesso → moagem• armazenamento em silos• ensacamento e comercialização

• britagem, pré-homogeneização, moagem, homogeneização → farinha

• via úmida → moagem e homogeneização com água, gerando umapasta• via seca → conjunto de pré-aquecedores, pré-calcinador, fornopropriamente dito e resfriador


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26



Para a produção de 1 tonelada de cimento (20 sacos), são utilizados, em média:

1.200 kg de calcário300 kg de argila

14 kg de minério de ferro40 kg de gesso

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1450 ºC

Mineralogia do clínquer Portland

• Pedra calcária → CaO + CO2

• Argila → SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + H2O

3CaO.SiO2

2CaO.SiO2

3CaO.Al2O3

4CaO.Al2O3.Fe2O3

Mineralogia do clínquer Portland• Ca3SiO5 (C3S) - alita

• principal constituinte – 40% a 70% do clínquer• importante papel no endurecimento e na resistência nas primeiras idades

• Ca2SiO5 (C2S) - belita• 10% a 20% do clínquer • importante papel na resistência para idades mais avançadas

• Ca3Al2O6 (C3A) – aluminato tricálcico• componente mais reativo → responsável pela pega• alto calor de hidratação

• Ca4Al2Fe2O10 (C4AF) – ferro aluminato tetracálcico• importante papel na resistência química do cimento• juntamente com o C3A correspondem de 15% a 20% do clínquer

• CaO – cal livre• teor máximo de 2%

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Outros constituintes do cimento Portland

• Adições minerais• escórias de alto forno• pozolanas• fíler calcário

• Razões para uso das adições• técnicas

- melhora propriedades específicas• econômicas

- redução de custos- diminuição de resíduos poluidores

• ecológicas- aproveitamento de resíduos- preservação das jazidas naturais

Outros constituintes do cimento Portland

Diminuição da permeabilidadeDiminuição da porosidade capilarMaior resistência a sulfatosRedução do calor de hidrataçãoInibição da reação álcali-agregado

RAZÕES TÉCNICAS

MAIOR DURABILIDADE

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Hidratação do cimento

Quanto mais fino o cimento, mais reativo este é.


Quanto mais fino o cimento, mais reativo este é.

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[ ] [ ] [ ] 32622

44 363 HSACáguaCaSOAlO →+++ +−−

etringita

[ ] [ ] [ ] 18422

44 343 HSACáguaCaSOAlO →+++ +−−

monossulfato

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CHHSCHSC 362 3233 +⎯→⎯+

alita silicato de cálcio hidratado

hidróxido de cálcio

CHHSCHSC +⎯→⎯+ 3232 42

belita C-S-H portlandita

água

água


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Propriedades do cimento Portland• Finura

A finura do cimento pode ser determinada através da peneira malha nº 200 (0,075 mm), permeabilímetro ao ar de Blaine e granulômetro a laser. Cimentos finos geralmente aceleram o desenvolvimento da resistência.

NBR NM 76/98 – Método de BlaineNBR 11579/91 – finura pela peneira 200

• ExpansibilidadeA expansibilidade pode ocorrer após o final de pega, ao longo do tempo, provocando fissuras, quando da queima do clínquer, o teor de Magnésio ou CaO livre é elevado.

NBR 11582/91 – expansibilidade de Le Chatelier

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Propriedades do cimento Portland• Finura

A finura do cimento pode ser determinada através da peneira malha nº 200 (0,075 mm), permeabilímetro ao ar de Blaine e granulômetro a laser. Cimentos finos geralmente aceleram o desenvolvimento da resistência.

NBR NM 76/98 – Método de BlaineNBR 11579/91 – finura pela peneira 200

• ExpansibilidadeA expansibilidade pode ocorrer após o final de pega, ao longo do tempo, provocando fissuras, quando da queima do clínquer, o teor de Magnésio ou CaO livre é elevado.

NBR 11582/91 – expansibilidade de Le Chatelier

• Pasta de consistência normal (NM 43/03)

Propriedades do cimento Portland• Tempo de pega

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O tempo de pega do cimento é importante para permitir a aplicação adequada das pastas, argamassas ou concretos, isto é, sem perda de plasticidade e trabalhabilidade. Para controlar o tempo de pega, éadicionado o gesso (CaSO4.2H2O) na moagem do cimento. Cujo controle éfeito através do teor de SO3.

NBR NM 65/05 – determinação do tempo de pega

FALSA PEGA- A falsa pega é um fenômeno que ocorre quando a mistura, em que está sendo empregado o cimento (pasta, argamassa ou concreto), perde a plasticidade com um tempo menor que o previsto, e com uma nova remistura na betoneira, sua plasticidade inicial é recuperada. Isto ocorre quando, na moagem do cimento, a temperatura deste ultrapassa a 128 °C, provocando uma dissociação do sulfato de cálcio do gesso interferindo nas características do seu efeito retardador de pega.


O tempo de pega do cimento é importante para permitir a aplicação adequada das pastas, argamassas ou concretos, isto é, sem perda de plasticidade e trabalhabilidade. Para controlar o tempo de pega, éadicionado o gesso (CaSO4.2H2O) na moagem do cimento. Cujo controle éfeito através do teor de SO3.

NBR NM 65/05 – determinação do tempo de pega

FALSA PEGA- A falsa pega é um fenômeno que ocorre quando a mistura, em que está sendo empregado o cimento (pasta, argamassa ou concreto), perde a plasticidade com um tempo menor que o previsto, e com uma nova remistura na betoneira, sua plasticidade inicial é recuperada. Isto ocorre quando, na moagem do cimento, a temperatura deste ultrapassa a 128 °C, provocando uma dissociação do sulfato de cálcio do gesso interferindo nas características do seu efeito retardador de pega.


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No preparo do concreto, quando a água e o cimento reagem, ocorre o calor de hidratação. Esse efeito poderá acontecer durante meses, em função do volume concretado. A quantidade de calor gerado depende da composição química do cimento, quantidade e tipo de adições, finura, etc.

NBR 12006/90 – determinação do calor de hidratação pelo método dagarrafa de Langavant

Propriedades do cimento Portland• Calor de hidratação

No preparo do concreto, quando a água e o cimento reagem, ocorre o calor de hidratação. Esse efeito poderá acontecer durante meses, em função do volume concretado. A quantidade de calor gerado depende da composição química do cimento, quantidade e tipo de adições, finura, etc.

NBR 12006/90 – determinação do calor de hidratação pelo método dagarrafa de Langavant

Propriedades do cimento Portland• Calor de hidratação

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Propriedades do cimento Portland• Resistência à compressão

A resistência à compressão do cimento é medida através de corpos de prova cilíndricos ∅ 50mm 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 resistência x idade distinta, que normalmente definem o seu uso ou não, em determinadas aplicações.

NBR 7215/96 – resistência à compressão

Este ensaio é determinado com uma amostra de cimento, levado a uma temperatura em torno de 950 °C em uma mufla, em função da diferença do peso inicial. Através deste ensaio, controla-se o teor de adições de material carbonático.

NBR NM 18/04 – determinação da perda ao fogo

Propriedades do cimento Portland

• Massa específicaA massa especifica não é uma indicação de qualidade do cimento. Ela éutilizada para o cálculo de dosagens de concretos e argamassas.

NBR NM 23/01 – determinação da massa específica

• Perda ao fogo

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Tipos de cimento Portland brasileiro

CP XXX RR

CimentoPortland

Resistência(MPa)

Composição

Adições

Ex: CP II Z 32


NORMALIZAÇÃO

• Cimento Potland Comum _________NBR 5732 CP I, CP I-S

• Cimento Portland Composto_______NBR 11578 CP II-E, CP II-Z, CP II-F

• Cimento Portland de Alto-Forno____NBR 5735 CP III

• Cimento Portland Pozolânico ______NBR 5736 CP IV

• Cimento Portland de Alta _________NBR 5737Alta Resistência Inicial – (CP V-ARI)

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Cimentos Resistentes a Sulfatos (RS) – NBR 5733

Cimento com baixo calor de hidratação (BC) – NBR 13116

Cimento Portland Branco (CPB) – NBR 12989

OUTROS TIPOS DE CIMENTO


6 – 10

0 – 10

0 – 10

1 – 5

0

Carbonato

5732

11578

Norma

0094 – 90253240

CP II-F

6 – 14094 – 76253240

CP II-Z

06 – 3494 – 56253240

CP II-E

Composto

99 – 95253240

CP I-S

100253240

CP I

Comum

PozolanaEscóriaClinquer+ GessoClasseSiglaCimento

Portland

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0 – 5

0 – 5

0 – 5

Carbonato

Alta resistência

inicial

Pozolânico

Alto-forno

Cimento Portland

5733--100 – 95-CP V-ARI

573615 – 50085 – 45253240

CP IV

5735035 – 7065 – 25253240

CP III

NormaPozolanaEscóriaClínquer + GessoClasseSigla


Tipo x resist. compressão

40


PadrãoMaiorMaiorPadrãoDurabilidade

MenorMaiorMaiorPadrãoResistência aos agentes

agressivos (água do mar e de esgotos)

PadrãoMenorMenorPadrãoPermeabilidade

MaiorMenorMenorPadrãoCalor gerado na reação do cimento com a água

Muito maior nos primeiros

dias

Menor nos primeiros dias

e maior no final da cura

Menor nos primeiros dias

e maior no final da cura

PadrãoResistência a compressão

Alta Resistência Inicial

PozolânicoAlto-FornoComum e CompostoPropriedade

Tipo x outras propriedades


Exigências físicas

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Exigências químicas

Fornecimento do cimento

Sacos de papel tipo kraft (papel extensível) com 25kg e 50kg;Granel;Containers (big-bag).

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Armazenamento do cimento

30 cm

Altura máxima :• 10 sacos; ou

15 sacos quando operíodo de

armazenamento forinferior a 15 dias

30 cm

Armazenamento do cimento

O Cimento deve ser utilizado obedecendo-se a ordem de sua entrada no depósito;Caso o cimento seja pouco afetado pela umidade, ele ainda poderá ser aproveitado em serviços onde não sejam necessárias grandes resistências, devendo ser previamente peneirado em malha de pequena abertura.

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