Cimento Portland

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ENGC 1023 Materiais da Indstria da Construo Civil II

CIMENTO PORTLAND

NOTAS DE AULA

Prof. Dr. Paulo Srgio Bardella

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SUMRIOSUMRIO

1.1. PRODUOPRODUO2.2. SIMBOLOGIASIMBOLOGIA3.3. REAES NO FORNOREAES NO FORNO4.4. CIMENTOS PORTLAND FABRICADOS NO BRASILCIMENTOS PORTLAND FABRICADOS NO BRASIL5.5. MTODOS DE ENSAIOMTODOS DE ENSAIO6.6. COMPOSIO QUMICACOMPOSIO QUMICA7.7. COMPOSIO POTENCIALCOMPOSIO POTENCIAL8.8. CARACTERSTICAS DOS COMPOSTOS POTENCIAISCARACTERSTICAS DOS COMPOSTOS POTENCIAIS9.9. REAES DE HIDRATAO REAES DE HIDRATAO

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1. PRODUO1. PRODUO

Matrias PrimasMatrias Primas

Calcrio (80%) Calcrio (80%) CaOCaO Argila (20 %) Argila (20 %) SiOSiO22; Al; Al22OO33; Fe; Fe22OO33

Aps CalcinaoAps Calcinao Gipsita Gipsita CaSOCaSO44 . 2H. 2H22OO Adies Adies Pozolanas (cinzas volantes, argilas calcinadas)Pozolanas (cinzas volantes, argilas calcinadas) Escria Granulada de AltoEscria Granulada de Alto--FornoForno Material Carbontico (P Calcrio)Material Carbontico (P Calcrio)

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1. PRODUO1. PRODUO

ArgilaArgilaOutrasOutras

Matrias PrimasMatrias Primas

EstocagemEstocagem

CalcrioCalcrio

EstocagemEstocagem

Moagem e HomogeneizaoMoagem e Homogeneizao Moagem e HomogeneizaoMoagem e Homogeneizao

Estocagem e Homogeneizao FinalEstocagem e Homogeneizao Final

PrPr--AquecedoresAquecedores

Calcinao Moagem Final Estocagem

Distribuio

GipsitaAdies Finais

Esfriamento

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1. PRODUO1. PRODUO

Jazida de Explorao de matria prima para fabricao de cimento

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1. PRODUO1. PRODUO

Fluxograma da Fabricao do

Cimento Portland

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2. Simbologia2. SimbologiaXIDO COMPOSTO SMBOLOCaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOK2ONa2OSO3CO2H2O

xido de ClcioSlicaAluminaxido de Ferroxido de Magnsio

Trixido de EnxofreDixido de Carbonogua

lcalis

CSA

F

M

K

N

SCH

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3. Reaes no Forno3. Reaes no FornoPedra Calcria

Argila

CaO + CO2

SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + H2O

3CaO . SiO22CaO . SiO23CaoO . AlO34CaO . Al2O3 . Fe2O3

XIDO ABREVIAO ABREVIAOCOMPOSTOSCaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOSO3H2O

CSA

F

M

SH

3CaO.SiO22CaO.SiO23CaO.Al2O34CaO.Al2O3.Fe2O34CaO.3Al2O3.SO33CaO.2SiO2.3H2OCaSO4.2H2O

C3SC2SC3AC4AFC4A3SC3S2H3CSH2

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3. REAES NO FORNO3. REAES NO FORNO

Fluxograma das condies e reaes em um forno rotativo (Via Seca).

Zona de Resfriamento

Zona de Clinquerizao

Zona de Calcinao

Zona de Desidratao

Temp. do Alimentador

Temp. Gs

1550 C1350 C1000 C600 C

1550 C1350 C1200 C800 C

50 C

450 C Grelhas de Resfriamento

Sada do Clnquer

Formao do C3S

Formao Inicial do C2S

Formao dos Compostos Iniciais

Decomposio do Calcrio

gua Livre

Sada dos Gases

Formao do Material Fundido

Decomposio da Argila

Entrada da Matria Prima

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1. PRODUO1. PRODUO

Forno de calcinao por

via seca

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4. COMPOSIO QUMICA4. COMPOSIO QUMICAFASES DO CLNQUER:

CaO Principal Composto Deve estar combinado Livre: calor de hidratao; expanso falhas na formulaoMgO Dissolvido na fase vtrea Cristalino (periclsio) ExpansoSiO2 Principal fator de dureza Combinado com CaO - Silicatos

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4. COMPOSIO QUMICA4. COMPOSIO QUMICAFASES DO CLNQUER:

Al2O3 Age como fundente Combinado com CaO - AluminatosFe2O3 Age como fundente Combinado com CaO e Al2O3 FerroaluminatosNa2O, K2O Compostos Secundrios Reao lcali-Agregado

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4. TIPOS DE CIMENTOS PORTLAND 4. TIPOS DE CIMENTOS PORTLAND CP I Aglomerante hidrulico obtido pela moagem de clnquer Portland ao qual se adiciona, durante a operao, a quantidade necessria de uma ou mais formas de sulfato de clcio NBR 5732/91

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4. TIPOS DE CIMENTOS PORTLAND 4. TIPOS DE CIMENTOS PORTLAND CP II Cimento Portland Composto: Adio de Escria de Alto Forno, Material Pozolnico, Material Carbontico e porcentagens pr-estabelecidas.

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4. TIPOS DE CIMENTOS PORTLAND 4. TIPOS DE CIMENTOS PORTLAND

Cimento Portland de alto-forno Aglomerante hidrulico obtido pela mistura homognea de clnquer Portland e escria granulada de alto-forno, modos em conjunto ou em separado NBR 5735.Cimento Portland Pozolnico Aglomerante hidrulico obtido pela mistura homognea de clnquer Portland e materiais pozolnicos modos em conjunto ou em separado NBR 5736/1991.CP V Aglomerante hidrulico que atende s exigncias de alta resistncia inicial, obtido pela moagem de clnquer Portland, constitudo em sua maior parte de silicatos de clcio hidrulicos, ao qual se adiciona durante a operao a quantidade necessria de uma ou mais formas de sulfato de clcio, durante a moagem permitido a adio de materiais carbonticos, no teor especificado NBR5733/1991.

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4. TIPOS DE CIMENTOS PORTLAND 4. TIPOS DE CIMENTOS PORTLAND

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5. MTODOS DE ENSAIO 5. MTODOS DE ENSAIO

BLAINE Superfcie especfica mtodo de permeabilidade ao ar

S =K t

y n

Onde: S =Superfcie especfica;K = constante de permeabilidade

do aparelho;t: tempo;y = massa especfica;n = viscosidade do ar.

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TEMPO DE PEGA: Aparelho de Vicat

Incio de pega: Tempo que decorre desde o instante de emque se lana gua de amassamento no cimento at que aagulha de Vicat, aplicada tambm sem choque, estaciona a1mm do findo do molde do aparelho.

Fim de pega: Tempo que decorre desde o lanamento dagua de amassamento at o momento em que a agulha,aplicada suavemente sobre a superfcie da pasta, no deixavestgios apreciveis.

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PASTA DE CONSISTNCIA NORMAL: Sonde de TETMAJER

A pasta tem consistncia normal quando, colocada em umforma em formato de anel, com dimetro interno de 8cm ealtura de 4 cm, a sonda de TATMAJER (d=1cm), colocadasobre a pasta sem choque e sem velocidade inicial,estacionar a 6mm do fundo da forma

ESTABILIDADE DIMENSIONAL: Agulhas de Le Chatelier

Medio do afastamento, em milmetros das agulhas, aps7 dias consecutivos em gua fria

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6. COMPOSIO QUMICA6. COMPOSIO QUMICA

COMPOSTO TEOR ( %)CSA

F

M

K

N

SCH

60 6717 25

3 8 0,5 6,00,1 4,0

0,2 1,3

1,0 3,0 -

-

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6. COMPOSIO POTENCIAL6. COMPOSIO POTENCIAL

COMPOSTO FRMULA SMBOLO TEOR (%)

Silicato TriclcioSilicato DiclcioAluminato TriclcioFerroaluminato Tetraclcio

3CaO.SiO22CaO.SiO23CaO.Al2O34CaO.Al2O3.Fe2O3

C3SC2SC3AC4AF

50 60 20 25 6 12 8 12

Frmula de BOGUEC3S= 4,071C 7,600S 6,718A 1,430F 2,85SC2S = 2,867S 0,7544C3SC3A = 2,650A 1,692FC4AF = 3,043F

*OBS: Presena Obrigatria de Gipsita ~ 3,5%

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7. CARACTERSTICAS DOS COMPOSTOS 7. CARACTERSTICAS DOS COMPOSTOS POTENCIAISPOTENCIAIS

Propriedades

Caractersticas qualitativas dos compostos qumicos do cimento Portland

C3S B - C2S C3A C4AFResistncia Compresso:Primeiras IdadesIdades PosterioresVelocidade de Hidratao

Calor Liberado na Hidrat.

boa fraca boa fracaboa boa fraca fraca

mdia baixa alta baixa

mdio baixo elevado baixo

C3A e C4AFIndispensveis Comercialmente

Inconvenientes Propriedades Indesejveis

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Comportamento Mecnico dos Compostos do

Cimento

7. CARACTERSTICAS DOS COMPOSTOS 7. CARACTERSTICAS DOS COMPOSTOS POTENCIAISPOTENCIAIS

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8. REAES DE HIDRATAO8. REAES DE HIDRATAO

POR CALORIMENTRIA: Taxa de Liberao de Calor ao Longo de Tempo

HIDRATAO

POR ANLISE DA FASE LQUIDA: Concentrao de ons da mistura gua-aglomerante ao longo do tempo

POR OBSERVAO DIRETA DA MICROESTRUTURA DO SISTEMA COM A IDADEMECANISMOS DE REAO Dissoluo-precipitao Topoqumico

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CALOR DE HIDRATAO

CIMENTO ANIDRO + GUA REAES DE HIDRATAO

REAES EXOTRMICAS

CALORCURVAS CALORIMTRICAS

LIBERAO DE CALOR Vs TEMPO Obs: Cada Composto tem sua curva:Cimento Portland Interao de Todas as Curvas.

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HIDRATAO DA FASE SILICATO

C3S + H C-S-H + 3 CH

C2S + H C-S-H + 2 CH

Desenvolvimento da resistncia mecnica e durabilidade

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DESENVOLVIMENTO DA HIDRATAO (Fase Silicato)

1 ESTGIO REAO INICIAL (~ 15 seg.)

C3S H2O+ C-S-H (m)

Reao Rpida Grande Liberao de Calor

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DESENVOLVIMENTO DA HIDRATAO

2 ESTGIO PERODO DE INDUO (~ 2 horas)

C-S-H (m) C-S-H (s)

Cristalizao do CHFormao de C-S-H (s)

Aumento da velocidade de Hidratao

Maior Liberao de Calor

Final do Estgio: Incio da Pega

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DESENVOLVIMENTO DA HIDRATAO3 ESTGIO PERODO DE ACELERAO (~ 4 a 8 horas)

Elevao rpida da taxa de Liberao de Calor

Crescimento de cristais de CHDissoluo do C3S

Fim do Estgio Mximo Calor LiberadoFim da Pega

Incio da Fase de Endurecimento

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DESENVOLVIMENTO DA HIDRATAO4 ESTGIO PERODO DE DESACELERAO (~ 12 a 24 horas)

Queda na Taxa de Liberao de Calor Impedimento de Reaes por Dissoluo-Precipitao Hidratao por Difuso Inica atravs da Camada de C-S-H (s)

5 ESTGIO PERODO DE REAO LENTA E CONTNUA

Velocidade de Reao

Liberao de Calor

BAIXA

PEQUENA

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HIDRATAO DA FASE SILICATO

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HIDRATAO DA FASE ALUMINATO

C3A + 3 CSH2 + 26 H C3A(CS)3H32 (ETRINGITA AFt)

2 C3A + AFt + 4 H C3A(CS)H12 (monossulfoaluminato de clcio AFm)

C3A + CH + 12 H C4AH13

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HIDRATAO DA FASE INTERSTICIAL ( FASE ALUMINATOS)

Curva calorimtrica da hidratao do CeA na presena de gipsita.

Desacelerao proporcionada pela adio de Gipsita

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HIDRATAO DA FASE FERRITA


Curva Calorimtrica do C4AF em gua na presena de Gipsita e na presena de Gipsita e Cal.

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8. REAES DE HIDRATAO (Cimento 8. REAES DE HIDRATAO (Cimento Portland)Portland)

Representao Esquemtica

da Hidratao

do Cimento Portland Comum.

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Fases do cimento Portland hidratado

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9. INFLUNCIA DAS ADIES MINERAIS 9. INFLUNCIA DAS ADIES MINERAIS NAS CARACTERSTICAS FINAIS DOS NAS CARACTERSTICAS FINAIS DOS PRODUTOS DE HIDRATAOPRODUTOS DE HIDRATAO

Escria de alto-forno e cinza volante Reao Pozolnica

Cimento PortlandRpida

Cimento Portland PozolnicoLenta

Pozolana + CH + H C-S-HC3S +H C-S-H +CH

Slica Ativa Efeito fler: melhor empacotamento produzido pelos finssimos gros de slica;Reao pozolnica.

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INFLUNCIA DA UTILIZAO DE INFLUNCIA DA UTILIZAO DE TIPOS DE CIMENTOTIPOS DE CIMENTO

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LEITURA RECOMENDADALEITURA RECOMENDADA

MEHTA, P. K. e MONTEIRO, J. M. Concreto: estrutura,propriedades e materiais. Ed. Pini, So Paulo, 1994.Captulo 6.PETRUCCI, E. G. R. Concreto de cimento Portland, Ed.Globo, Porto Alegre Rio de Janeiro, 1992. Captulo 3.

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