Materiais de Construção IMateriais de Construção ILigantes:— Tipos de Ligantes:1) Ligantes aéreos (Cal aérea e Gesso)2) Ligantes Hidráulicos (Cal Hidráulica e Cimento). Cimento portland:— Definição— Composição da matéria-prima— Fabricação, transporte e armazenamento— Hidratação do cimento portland• Principais propriedades físicas e químicas conferidas ao

cimento portland pelos seus componentes:— Tensões de rotura;— Calores de hidratação;— Resistência química. • Especificações do cimento portland.• Tipos de Cimento Portland• Cimentos Especiais• Calculo dos componentes principais do Cimento

Portland• Aplicação da “Fórmula de Bogue”. Exemplo

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Ligantes

A designação de ligantes deve-se à propriedade que têm de poder aglomerar uma proporção elevada de materiais inertes (areias, godos, pedra britada, etc.), conferindo ao conjunto grande coesão e resistência, o que os torna aptos a serem utilizados na construção como argamassas e betões.

Tipos de Ligantes; Os ligantes podem ser:

• Hidrófilos

• Hidrófobos

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Os ligantes Hidrófilos são constituídos por pós muito finos que amassados com água formam uma pasta cujo o endurecimento se dá apenas pela reacção química entre o pó e a água.

Os ligantes Hidrófilos dividem-se em:

• Ligantes Aéreos – porque só endurecem ao ar, por acção do anidrido carbónico da atmosfera que os transforma em carbonatos. Ex.: Cal aérea, Gesso.

• Ligantes hidráulicos – porque além de endurecerem ao ar, são capazes de adquirir elevadas resistências debaixo de água, suportando perfeitamente a sua acção. Ex.: Cal hidráulica, Cimento.

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Os ligantes Hidrófobos são líquidos viscosos ou soluções resinosas que endurecem por aumento da viscosidade e formação de estruturas coloidais rígidas. Ex.: Betume e Asfalto (Vulgo alcatrão).

Cal Aérea

É o ligante que resulta da decomposição, pela acção da temperatura, duma rocha com percentagem não inferior a 95% de carbonato de cálcio, ou de cálcio e magnésio.

A cais aéreas derivadas de calcários quase puros, com teores de carbonato não inferiores a 99%, são consideradas gordas e; as cais aéreas provenientes de calcários com teores de argila e outras impurezas compreendidos entre 1 a 5%, denominam-se magras.

Quando ao teor de óxido de magnésio (dolomite), associado ao óxido de cálcio, excede em 20%, as cais aéreas denominam-se magnesianas (dolomíticas).

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O produto obtido pela cozedura destes calcários designa-se cal viva (óxido de cálcio) que, por reacção com água (extinção), fornece a cal apagada (ou cal hidratada).

A reacção para obtenção da cal viva é:

CaCO3 → CaO + CO2 (g) + 42,5 calorias

Aspecto geral do calcário antes e depois de calcinado

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A reacção verifica-se a cerca de 894oC e o processo de cozedura denomina-se calcinação.

Antes de aplicada, a cal viva tem de ser extinta por imersão ou aspersão com água, produzindo-se a seguinte reacção:

CaO +H2O (l) → Ca (OH)2 + 15,5 calorias

O produto final: cal em pó e leite de cal

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Quando, depois de aplicação, a cal se carbonata, combinando-se com o dióxido de carbono da atmosfera, a reacção é:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (g) + 42,5 calorias

A cal aérea pode ser aplicada no fabrico de blocos siliciosos; no fabrico de estuques misturada com o gesso; na execução de argamassas misturadas com areia siliciosa ou calcária; em argamassa adicionada ao cimento portland e/ou cal hidráulica; usada na caiação de muros e certas paredes sob forma de leite de cal.

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Gesso

O gesso é um aglomerante aéreo que se caracteriza pela presa rápida e é obtido a partir da gipsita (pedra natural do gesso - sulfato de cálcio desidratado).

Depois de extraída a pedra das pedreiras, tritura-se e submete-se a coação para lhe extrair, parcial ou totalmente, a água de cristalização que contém no estado natural, convertendo-se em sulfato de cálcio hemihidratado. Por fim, o produto final mói-se.

CaSO4.2H2O → CaSO4.H2O + H2O (l)

O gesso pode ser aplicado em alvenaria (confecção de argamassas simples ou compostas, construção de muros, tabiques e pilares, pavimentos, arcos e abóbadas, tectos lisos, etc., assim como para rebocos e estucagem); na fabricação de pedras artificiais e pré-fabricados (ladrilhos e blocos, mosaicos, placas entalhadas para tectos falsos, paredes, muros, etc.); em decoração (artesanato, tectos, etc.).

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Cal Hidráulica

Quando o calcário que se sujeita a acção da temperatura (neste caso, entre 1200 e 1500oC) tem quantidades de argila compreendidas entre 5 a 20%, além da formação do óxido de cálcio, há combinação de sílica e alumina com este, formando-se silicatos e aluminatos que, hidratando-se, dão origem a produtos que endurecem tanto na água como ao ar – são denominadas por cais hidráulicas.

A preparação da cal hidráulica é feita como a da cal aérea, em fornos verticais de alvenaria, com revestimento refractário.

Tendo em conta as suas características de resistência mecânica, as cais hidráulicas são utilizáveis na alvenaria corrente, betão em massa sujeito a tensões moderadas, fundações, rebocos, etc..

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Cimento

É um material inorgânico finamente moído, que convenientemente amassado com água, forma uma pasta que, devido a reacções de hidratação, faz presa, endurece e permanece mecanicamente resistente e estável, tanto ao ar como na água.

O cimento aplica-se, basicamente combinado com outros materiais, na confecção de aglomerados, especialmente, argamassas e betões.O ligante hidráulico mais importante de todos é o cimento portland artificial.

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Cimento Portland  O nome do cimento “portland” derivou de um comentário no qual se afirmava que com o tal cimento produzido se obtinha uma massa pétrea semelhante em cor, solidez e durabilidade ao então conhecido calcário da ilha de Portland.  

- Definição  É uma mistura devidamente proporcionada de calcário (carbonato de cálcio), argila (silicatos de alumínio e ferro) e, eventualmente, outras substâncias apropriadas ricas em sílica, alumina ou ferro, reduzida a um pó muito fino que se sujeita a acção de temperaturas da ordem de 1450oC, obtidas geralmente em grandes fornos rotativos.

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- Composição da matéria-prima (Cimento Portland)

A mistura das matérias-primas, calcário e argila, é doseada de tal modo que, depois de perder a água e o dióxido de carbono, devido à elevada temperatura atingida no forno, tenha uma composição química (centesimal) dentro dos limites seguintes:

CaO – 60 a 68%SiO2 – 17 a 25%Al2O3 – 2 a 9%Fe2O3 – 0,5 a 6%

Para além destes compostos principais, a matéria-prima contém ainda metais alcalinos, magnésio, manganês, titânio, fósforo, e, eventualmente, sulfatos:

MgO – 0 a 2%K2O e Na2O – 0,5 a 1,5%

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2,3 a 1,7OFeOAlSiOCaOMh

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3 a 2OFeOAlSiOMs

32322

2,5 a 1,5OFeOAlMf

3232

0,98 a 0,90O0,65FeO1,18Al2,8SiOCaOMgsc

32322

Com o fim de obter produtos com a necessária regularidade de composição e de propriedades, é preciso que entre os óxidos elementares existam certas relações, denominadas módulos.

Módulo Silícico

Módulo de Fundentes

Módulo do Grau de Saturação em Cálcio

Módulo Hidráulico

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- Fabricação, transporte e armazenamento do cimento portlandQuando se está fabricando o cimento são adicionadas outras adições (cinzas vulcânicas, puzolanas, escórias de altos fornos) que cumprem diferentes funções especiais. Esta matéria prima sofre um processo de clinkerización (a temperaturas altas), tudo isso produzirá um pó escuro cinza que forja muito depressa com a água, ao concluir este processo é somado gesso com o propósito de reduzir o tempo de forjado.

O processo de fabricação do cimento portland consiste essencialmente em 3 etapas básicas:• Preparação da mistura• Cozedura• Moagem

No preparo da mistura, esta deve ficar homogénea e dividida, com elevada superfície para permitir um maior contacto entre os componentes, de modo que a proporção entre os constituintes surge como factor básico da sua qualidade, procurando-se respeitar determinadas relações entre as percentagens de CaO, SiO2, Al2O3 e Fe2O3 (módulos).

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A Preparação da mistura inclui:1. Exploração de materias primas :Consiste na extração das pedras calcárias e os barros dos depósitos ou pedreiras

que dependendo das condições físicas delas, os diferentes sistemas de exploração são realizados, então o material é transportado à fábrica.

2. Preparação e classificação das materias primas :Uma vez extraído os materiais, a diminuição do tamanho da pedra calcária que

segue certas especificações dado para a produção é feito na fábrica . O tamanho delas diminui com a trituração até que seu tamanho oscila entre 5 às 10mm.

3. Homogenizacion:Consiste em fazer mistura dos barros e calcário isso já foi moído, é levado por meio

de transportadores de bandas ou moinhos, com o objetivo de reduzir o tamanho deles até a ordem de diâmetro de meio milímetro. Nesta fase temos a primeira grande diferença dos sistemas de produção do cimento (processos húmidos e processos secos).

Há dois processos de fabrico do cimento: um em que a matéria-prima é moída e homogeneizada dentro da água (via húmida) e outro em que a moída e homogeneização é feita a seco (via seca).

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A Cozedura inclui: 1. O Clinkerizaҫão: Consiste em levar a mistura homogeneizada aproximadamente, em

fornos rotativos, a temperaturas grandes às 1450°C, na parte final do forno são formados grânulos de 1 para 2 cm diâmetro, do nome clinker.

Na cozedura as temperaturas atingidas no interior do forno (1400-1500oC) e o posterior arrefecimento são também de grande importância, para permitirem a formação dos compostos do clinquer (material duro e granulado com dimensões variáveis entre 2 mm e 20 mm), que apresenta a composição característica do cimento.

2. O arrefecimento do clinquer (esfriamento) Depois que aconteça que a clinkerización processam a temperaturas

altas, o processo refrescante vem, o qual consiste em uma diminuição da temperatura para poder trabalhar com o material, este esfriamento é feito com equipes especiais

09:17 17Vista parcial de um forno rotativo para fabricação de cimento.

O arrefecimento do clinquer a saída do forno é rápida (até 180 a 125oC) e usa-se, correntemente, um dispositivo chamado planetário constituído por vários tubos arrefecedores que envolvem o forno. Armazenado, o clinquer arrefece até temperaturas ambientes.

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A Moagem (Moído e adições finais)

Quando a clinker é esfriada, se continua obtendo a finura do cimento o qual consiste em moer a clinker depois é somado gesso com o propósito de reduzir a velocidade o tempo de ter forjado.

Na fase de moagem, dentro de um moinho de bolas procede-se à transformação do clinquer em pó (como se apresenta no nosso quotidiano), onde se controla a finura e a superfície específica conforme a qualidade do cimento pretendida, e se adiciona gesso (2 a 3%) para regular a presa. Daí o cimento passa para grandes silos, onde é homogeneizado e depois distribuído, a granel ou em sacos.

Sendo que cerca de 70 a 80% da matéria-prima é o calcário, normalmente a fabrica de cimento situa-se junto ou perto de uma formação calcária, ou preferencialmente, de calcário margoso.

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O transporte e distribuição

Esta última fase consiste em empacotar o cimento fabricado em bolsas de 50 kg enquanto tendo muito cuidado com fatores diversos que podem afetar a qualidade do cimento, então é transportado e é distribuído com cuidados especiais.

Pelo facto de o cimento ser um produto que não suporta grandes despesas de transporte (em geral não mais do que 100 km) é recomendável que a fabrica se situe próxima dos centros consumidores.

No transporte e armazenamento do cimento, é necessário ter em conta a protecção contra a humidade e sobreposição de sacos com vista a evitar a respectiva presa antecipada e a perda da qualidade.

- Hidratação do cimento portland

Para se obter, a partir do cimento, um sólido com resistência necessária, é preciso misturá-lo com água, fazendo com que os sais minerais que o compõem reajam dando origem a um novo sistema de compostos hidratados estáveis que cristalizam, emaranhando-se e colando-se uns aos outros, o que confere ao conjunto uma resistência notável.

A precipitação dos produtos da reacção dos componentes do clinquer com a água permite a dissolução de nova quantidade dos componentes anidros e assim sucessivamente, continuando a reacção até haver água suficiente para transformação integral do sistema anidro em hidratado.

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Na passagem ao estado sólido da mistura de cimento com água, (pasta de cimento) distinguem-se dois períodos: a presa e o endurecimento.

A presa consiste na perda progressiva da consistência pastosa da mistura de cimento com água.

O instante em que a massa começa a perder a sua consistência pastosa é o início da presa.

O instante em que a massa deixa de ser deformável, transformando-se numa massa rígida, é o fim da presa e o início do endurecimento.

O endurecimento é o aumento de rigidez ao longo do tempo. Refere-se ao desenvolvimento de todas as características necessárias para que o material desempenhe o seu papel na construção.

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Principais propriedades físicas e químicas conferidas ao cimento portland pelos seus componentes minerológicos

- Tensões de roturaO silicato tricálcico é o componente que reage mais rapidamente com a água, atingindo as maiores resistências.A reacção do silicato bicálcico é muito mais lenta embora, a longo prazo, este componente atinge tensões de rotura da ordem, de grandeza das do silicato tricálcico.O aluminato tricálcico contribui para as tensões de rotura até os 28 dias, praticamente.O papel do aluminoferrato tetracálcico tem menos interesse no desenvolvimento das resistências.

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- Calores de Hidratação

As reacções dos componentes do cimento com água são exotérmicas, dependendo do componente a quantidade de calor libertada.

Os calores de hidratação têm particular importância quando se tratam de betonagens, de uma vez só, de grandes massas de betão (como é o caso de barragens), ou em peças em que qualquer das três dimensões é superior a 1 ou 2 metros.

As principais características que se verificam na libertação de calor durante a hidratação do cimento são as seguintes:

• Período de pré-indução – um pequeno desenvolvimento de calor durante os primeiros minutos, devido à hidratação inicial do silicato tricálcico e à molhagem das partículas finas;• Período de indução ou dormente – não há desenvolvimento de calor. Precede a reacção química da hidratação;• Período de aceleração da hidratação – há um rápido desenvolvimento de calor que se inicia com o princípio de presa;• Período de difusão controlada da hidratação – um desenvolvimento muito lento que continua durante semanas, meses e anos.

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- Resistência química

A contribuição de cada componente para a resistência química do cimento também não é uniforme: há componentes como o silicato bicálcico e os que contêm ferro, que conferem maior resistência química do que os outros, como o silicato e o aluminato tricálcicos.

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O silicato tricálcico possui a menor resistência química pois necessita de estar em contacto com soluções saturadas de hidróxido de cálcio criando assim condições para a formação de sulfoaluminato tricálcico expansivo, e para a reacção expansiva da sílica reactiva dos inertes com os álcalis do cimento.

O aluminato tricálcico é indesejável no cimento, pois, contribui pouco para a tensão de rotura, tem um desenvolvimento grande de calor ao reagir com a água, e, quando o cimento é atacado pelo ião sulfato, a expansão devida à formação do sulfoaluminato de cálcio a partir do aluminato pode levar a desintegração completa do betão, quando a reacção se dá num meio saturado de hidróxido de cálcio.

Mas a presença do aluminato é importante para e obter uma fase líquida durante a cozedura do clinquer (juntamente com o ferrato), o que permite a combinação da cal com a sílica. O que torna a fabricação mais económica.

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Especificações do cimento portlandPara ser aplicado com segurança, o cimento portland tem de possuir determinadas características impostas por normas que, embora com muitas características comuns, diferem de país para país.

Em Moçambique, temos vindo a usar as normas portuguesas, NP 2064 e NP 2065. As características fixadas são de natureza química e física.

- Resíduo Insolúvel

Designa-se assim a parte de cimento que não é solúvel a quente, e, em determinadas condições, no ácido clorídrico (HCl).

Este ensaio permite detectar o grau de combinação entre os diferentes componentes das matérias-primas (em princípio, calcário e argila) que entram na fabricação do cimento.

O teor de resíduo insolúvel é limitado pelas normas, não só para garantir a melhor combinação possível, mas também para evitar fraudes, como adição de substâncias inertes ao cimento, que, de outro modo, seria difícil detectar.

Portanto, a partir deste ensaio define-se o grau de adulteração do cimento. O resíduo insolúvel máximo admissível é igual a 3% da massa do cimento.

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- Perda ao Rubro

É também uma característica limitada, a perda de massa a 1000oC.

Com o arrefecimento do clínquer, a sua moedura, ensacagem e diferentes manipulações que o cimento sofre até ser utilizado na betoneira são feitas em contacto com o ar, o vapor de água existente neste (humidade) vai sendo fixado pelos componentes do cimento, provocando reacções incipientes de hidratação nos mais vulneráveis.

Há dessa maneira, criação de pequenas percentagens de substâncias inertes que irão repercutir negativamente nas resistências a atingir.

A limitação da perda ao fogo garante que não se utilizará cimento envelhecido, sujeito já a uma hidratação superior à que lhe confere a manipulação corrente na fabricação, transporte e armazenagem.

O seu valor máximo admissível é igual a 5,5% da massa de cimento

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- Óxido de magnésio

O MgO pernicioso, devido a sua hidratação expansiva, está no estado livre e cristalizado (periclase), não podendo reagir de imediato com a água, demorando semanas, meses ou mesmos anos, dando-se depois a passagem a hidróxido sem dissolução prévia, o que torna expansiva a reacção.

A expansão provoca a diminuição ou desaparecimento da coesão, pelo menos no local em que se dá, o que pode por em perigo a resistência total da argamassa ou betão.

O teor de magnésio é limitado ao valor de 4,0%.

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- Trióxido de enxofre A reacção do aluminato tricálcico (C3A) com água é instantânea e muito violenta, levando imediatamente a pasta de cimento a uma presa rápida, com resistência baixa.

Com adição de gesso natural (CaSO4.2H2O) forma-se um sal insolúvel com o aluminato, antes deste reagir com a água e com o hidróxido de cálcio, proveniente da rápida hidratação inicial do silicato tricálcico e de alguma cal livre – o sulfoaluminato de cálcio – podendo-se regular o tempo de presa.

Portanto, quanto mais rico é o cimento em aluminato tricálcico tanto maior é a quantidade de gesso que se lhe tende juntar.

Não se pode todavia aumentar muito o teor de gesso porque poderá formar-se o sulfoaluminato de cálcio expansivo, perigando a estrutura do cimento hidratado. Por isso, o teor máximo do sulfato, expresso em trióxido de enxofre, é fixado em 3,0% na norma NP 2064.

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- Expansibilidade

A presença da forma cristalizada do óxido de magnésio e da cal livre no cimento podem fragmentar e provocar a expansão do betão, dado que naquela forma não reagem com a água, hidratando-se apenas depois da presa do cimento.

Com o fim de determinar presença de quantidades perigosas de cal livre e magnésia cristalizadas, Le Châtelier imaginou um processo de promover a sua hidratação forçada e acelerada colocando a pasta dentro de água a 100oC e medindo expansão respectiva.

A expansão da pasta não deve exceder 4 mm, medida que representa a distância entre duas agulhas soldadas num cilindro onde se coloca a pasta.

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- Presa

A determinação da presa do cimento é feita com base no Aparelho de Vicat. Neste ensaio, mede-se a resistência de uma pasta de cimento à penetração de uma agulha com 1 mm2 de secção, sob acção de um peso de 300 g.

Depois de o cimento ter sido misturado com água até a consistência normal (penetração da sonda de consistência igual a 6 ± 0,5 mm do fundo da taça que contém a pasta), enche-se um molde tronco-cónico, e diz-se que se atingiu o início de presa quando a agulha já não atravessa a pasta até ao fundo, ficando a cerca de 5 mm.

O fim de presa é determinado com uma agulha semelhante provida de um anel com 5 mm de diâmetro, de modo que a extremidade da agulha se projecta 0,5 mm além da aresta deste acessório. Atinge-se o fim de presa quando a agulha, poisada na superfície do bloco ensaiado, deixa a sua marca, sem que o acessório circular imprima qualquer sinal.

Apenas se impõem (para cimentos portland) limites para o início de presa, que deve ter lugar entre 1 e 8 horas.

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- Finura A operação final da fabricação do cimento é a redução do clínquer a pó, de modo a aumentar a superfície do material em contacto com a água.

• Resíduo de peneiração – é o resíduo (resto ou massa retida) no peneiro com malhas de 88 μm. O cimento não deve ter um resíduo superior a 10%.

• Superfície específica – é a área total das partículas por unidade de massa do cimento. Pode-se determinar por vários métodos mas, o mais popular é o de Blaine, em que obriga-se um volume de ar a atravessar uma camada de pó, sob uma pressão variável, cuja a variação é constante para todos os cimentos em estudo. Determina-se o tempo que tal volume de ar leva a atravessar a camada, o que permite o conhecimento do coeficiente de permeabilidade. Daí, a partir de uma fórmula empírica, acha-se a superfície específica

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e1Pe14S

Um cimento com resistência 32,5 MPa tem S = 2500 cm2/g e, com 42,5 MPa tem S = 3000 cm2/g.

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- Massa volúmica

É determinada com usualmente se mede a massa volúmica de um sólido, conhecendo a massa e medindo o seu volume através do deslocamento de um líquido (gasolina ou petróleo) num volumétrico apropriado (densímetro de Le Châtelier).

O conhecimento desta grandeza permite detectar a existência de material inerte no cimento pois, sendo a sua massa volúmica superior a 3,0 e, a massa do inerte da ordem de 2,6 e 2,7. Um valor da massa volúmica inferior a 3,05 indica um cimento adulterado, mal cozido, ou ainda parcialmente hidratado.

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- Tensões de rotura O valor do cimento é medido pela sua tensão de rotura, sendo a característica mais importante que deve possuir.

Os ensaios do ligante, feito em argamassa para diminuir as elevadas tensões internas na pasta de cimento, são de flexão e compressão; nos de flexão usam-se prismas de 4 x 4 x 16 cm e 10 cm de vão e uma carga concentrada de 1 a 5 kg, a meio vão, na máquina de Michaelis. Após a rotura por flexão, cada um dos pedaços do prisma é ensaiado à compressão.

A norma preconiza a existência de duas classes de cimento, uma com resistência normal, com o mínimo de 30 MPa a 28 dias e à compressão, e outra de elevada resistência, com 40 MPa de resistência mínima, também a 28 dias.

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Máquina de Michaelis

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Os Cimentos Portland em geral, são manufaturados em cinco tipos cujas propriedades foram normalizadas na base das especificações ASTM das normas para Cimento Portland (150) . Os tipos são tanto distintos de acordo com as exigências físico como químicas.

PORTLAND TIPO I:

É um cimento normal, ele acontece para a adição de Clinker mais gesso. De uso geral em todos os trabalhos de engenharia onde não é requerido os características especiais. De 1 para 28 dias leva a cabo 1 para 100% de sua resistência relativa.

PORTLAND TIPO II:

É um cimento modificado para usos gerais. Resiste à ação dos sulfatos moderadamente, também é usado quando um calor moderado de hidratação é requerido. O cimento Tipo II adquire resistência mas lentamente que o Tipo I, mas ao fim alcança a mesma resistência. As características deste Tipo de cimento são possíveis quando modificações imponentes no conteúdo de Aluminato Tricalcico (C3A) e Silicato Tricalcico (C3S) do cimento. É usado em sistemas de esgoto, tubos, áreas industriais. ele leva a cabo dos 75 a 100% da sua resistência.

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

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PORTLAND TIPO III:

É um cimento de alta resistência inicial, aconselhável quando a pessoa precisa de uma resistência cedo em uma situação estranho de construção. O betão feito com o Tipo de cimento III desenvolve uma resistência em três dias, semelhante ao desenvolvido em 28 dias para solidifica feitos com Tipo de cimentos I e II; deveria ser conhecido que no Tipo de cimento III os aumentos de resistência iniciais sobre o normal, logo se normalizam até alcançar a resistência normal.

Esta resistência alta inicial é possível ao aumentar o conteúdo de C3S e C3A no cimento, ao moer isto mas fino; as especificações não exigem um mínimo de finura mas é notado um limite pratico, quando as partículas forem tão pequenas que uma quantidade muito pequena de humidade prehidrata o cimento durante a manipulação de armazenamento. Dado a ter uma grande separação de calor, o Tipo de cimento III não deveria ser usado em volumes grandes. Com 15% de C3A apresenta uma resistência má ao sulfato. O conteúdo de C3A pode ser limitado a 8% para obter uma resistência moderada ao sulfato ou 15% quando é requerida resistência alta ao mesmo, sua resistência é dos 90 a 100%.

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

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PORTLAND TIPO IV:

Cimento de baixo calor de hidratação foi aperfeiçoado para ser usado em betão volumoso. O baixo calor de hidratação de Tipo IV são alcançados limitando combinação que mas influencia na formação de calor de hidratação, C3A e C3S. Dado que estas combinações também produzem a resistência inicial da mistura de cimento, a mistura ganha resistência lentamente. O calor de hidratação do Cimento Tipo IV normalmente é mas ou menos 80% do Tipo II, 65% do Tipo I e 55% do Tipo III durante a primeira semana de hidratação. As porcentagens são um pouco maiores depois mas ou menos um ano. É usado em trabalhos com grandes massas de betão, em presas ou túneis. Sua resistência relativa de 1 para 28 dias é de 55 para 75%.

PORTLAND TIPO V:Cimento com resistência alta à ação dos sulfatos, é especificado quando houver intensa exibição aos sulfatos. As aplicações típicas entendem as estruturas hidráulicas expostas a águas com conteúdo alto de álcalis e estruturas expostas para a água de mar. A resistência o sulfato do cimento tipo V é alcançado ao minimizar o conteúdo de C3A, porque esta combinação é mas suscetível ao ataque o sulfato. Ele leva a cabo a resistência relativa dos 65 a 85%.

TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

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Cimento portland branca :

É mesma Portland regular, que difere é a cor, isto é obtido por meio da cor da fábrica, obtendo os menor números de matéria prima que levam ferro e oxido de magnésio que dão a coloração cinza ao cimento. Este cimento especificamente é usado para terminação arquitetônico tal como estuque, pisos e betão ornamental.

Cimento portland de escoria de forno alto :

É obtido pela pulverização combinada do clinker e escoria granulada, moído finamente com adição de sulfato de cálcio. O conteúdo da escoria granulada de alto forno deveria ser entre 15% e 85% da massa total.

CIMENTOS ESPECIAIS

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Cimento siderúrgico supersulfatado : Obtido por meio da pulverização de escoria granulada de alto forno, com quantidades pequenas apreciáveis de sulfato de cálcio.

Cimento portland puzolanico : É obtido com o moído da clinker com o puzolana. Ele tem resistência semelhante ao cimento normais é resistente a ataques da água de mar, o que faz isto aconselhável para construções litorais. O cimento puzolanico deveria conter entre 15% e 50% do puzolana da massa total. O cimento puzolanico é usado em construções que entram em contatos diretos com a água, determinado sua resistência tão alta em meios húmidos.

Cimento portland somada : Obtido da pulverização do clinker juntamente com materiais argilosos ou calcário-silicos-aluminosos.

Cimento aluminoso : É o formado pela clinker aluminoso polvilhado que o dá a propriedade dela de ter alta resistência inicial. Também é resistente à ação dos sulfatos como também para as temperaturas altas.

CIMENTOS ESPECIAIS

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Formação dos componentes principais do cimento portland A acção da temperatura sobre os componentes da matéria-prima durante a cozedura traduz-se na formação de quatro (4) componentes que compõem o clinquer de acordo com a seguinte cadeia:• Entre 900 e 1200oC, a cal reage com os silicatos e aluminatos formando-se o Silicato Bicálcico ( 2CaO.SiO2 ou C2S)

• Entre 1200 e 1300oC forma-se o Aluminato Tricálcico (3CaO.Al2O3 ou C3A) e o Aluminoferrato Tetracálcico (4CaO.Al2O3.Fe2O3 ou C4AF), sendo que, a 1260oC principia o aparecimento da fase líquida, constituída pela combinação de parte do óxido de cálcio com os óxidos de alumínio e ferro

• Entre 1260 e 1450oC, o C2S já formado reage dando origem ao principal componente do cimento portland: o Silicato Tricálcico (3CaO.SiO2 ou C3S).

Normalmente, o clinquer do cimento portland normal contém tais componentes nas seguintes percentagens:

C3S - 20 a 65% C2S - 10 a 55% C3A - 0 a 15% C4AF - 5 a 15%

2. Calculo dos componentes principais do Cimento Portland

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Estrutura do ClinquerNa verdade os componentes do clinquer do cimento não são tão simples, pois não aparecem no estado puro. Existem no clinquer óxidos livres e outros componentes em solução sólida com estes, criando influências recíprocas muito importantes na composição e estrutura de tais componentes.Daí que análises realizadas por vários cientistas (dos quais Le Châtelier), descobriram os cristais que compõem o clinquer:

• A Alite – é essencialmente constituída pelo silicato tricálcico com diferentes átomos estranhos, como o magnésio, alumínio ou ferro. A fórmula padronizada é a seguinte: 52 (3CaO.SiO2).6CaO.Al2O3.MgO • A Belite – é constituída por silicato bicálcico β, com átomos estranhos, como potássio, fósforo, bário, etc.. Os grãos não têm forma cristalina definida mostrando cores brilhantes de interferência.

• A Celite – ocorre entre os cristais de alite e belite, reconhece-se pela sua cor amarelo-alaranjada escura. Constitui-se por uma solução sólida que geralmente é composta por: 6CaO.2Al2O3Fe2O3, na qual o aluminoferrato tetracálcico é um ponto importante (C4AF). • A Felite – é também constituída por silicato bicálcico β.

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SILICATO TRICALCICO (C3 S) 3CaO SiO2

SILICATO BICALCICO (C2 A) 2CaO SiO2

ALUMINATO TRICALCICO (C3 A) 3CaO Al2O3

FERROALUMINATO TETRACALCICO (C4 AF) 4CaO Al2O3 Fe2O3

Então o cimento está composto por:

C3S é hidratado mais depressa que C2S, que ajuda na hora de ter forjado e de sua resistência inicial. A ação de endurecimento de C3S é de 24 horas a sete dias, enquanto os de C2S é de 7 para 28 dias. C4AF cumpre uma função catalítica e contribui pouca resistência ao concreto.

FASES BASE DA FASE % NO CIMENTOA ALITE C3S 20 a 65%A BELITE C2S 10 a 55%A CELITE C4AF 5 a 15%FASES MENORES C3 A 0 a 15%

Em outros términos, o clinquer do Cimento Portland normal contem:

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Além destes quatro minerais, existe um material isótropo constituído por aluminatos (5CaO.3Al2O3 e 12CaO.7Al2O3) e por uma massa vítrea (sem cor e como o vidro), com elevado índice de refracção que parece como material de enchimento entre os grãos de alite e belite.

As propriedades do cimento são dominadas pela natureza da estrutura do clinquer, a qual se pode dizer que varia de cimento para cimento devido às diferenças nas matérias-primas e ou modo de fabrico.

Aspecto esquemático dos principais cristais do clinquer do cimento portland

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Aplicação da “Fórmula de Bogue”

A fórmula proposta por Bogue (em 1929) é hoje universalmente aceite como a melhor aproximação através da ASTM, pois permite rápidas apreciações da qualidade do cimento.

Parte-se da análise química do cimento em óxidos elementares, indicados pelos seus pesos em percentagens:

CaO combinado (cal total subtraída da cal livre),

SiO2 combinado (sílica total subtraída do resíduo insolúvel),

Al2O3, Fe2O3, MgO, CaO livre, SO3,

e ainda, eventualmente, TiO2, Na2O e K2O.

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0,64OFeOAl

3232

Dois casos são considerados:

• Caso em que:

3323223 SO2,85-OFe1,43-OAl6,72-SiO7,60-CaO4,07SC a1)

SC0,754-SiO2,87SC 322 a2)

32323 OFe1,69-OAl2,65AC a3)

324 OFe3,04AFC a4)

34 SO1,70CaSO a5)

0,64OFeOAl

3232 • Caso em que:

3323223 SO2,85-OFe2,86-OAl4,48-SiO7,60-CaO4,07SC a1)

SC0,754-SiO2,87SC 322 a2)

AC3a3) Não se forma

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Tipos de CimentoProporção dos Componentes (%)

C3S C2S C3A C4AFPortland Normal 45 27 11 8

Portland Modificado 44 31 7 13Portland de Elevada

Resistência Inicial 53 19 10 7

Portland de Baixo Calor de Hidratação 20 52 6 14

Portland Resistente à Sulfatos 38 43 4 8

Supõe-se que os compostos de alumina apenas existem na solução sólida de C4AF em 2CaO.Fe2O3 (ferrato bicálcico):

A composição assim calculada chama-se “Composição Potencial”, supondo-se que não só todo o clinquer está cristalizado, não ficando nenhum material vítreo após o arrefecimento, mas também que os compostos formados são puros, sem inclusão de átomos estranhos.A ASTM (C-150) define o tipo de cimento de acordo com a composição potencial:

32324 OFe1,70OAl2,10AFC

34 SO1,70CaSO a5)

a4)

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SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 CaOlivre P.F. R.I K2O Na2O

21.9 5.8 2.7 61.9 1.3 0.3 1.9 4.7 1.4 0.2 0.4

Exercício de Aplicação

Calcule a composição potencial do cimento portland a partir da seguinte composição centesimal obtida numa análise química e, diga qual é o tipo de cimento:

Resolução:

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5,8 / 2,7 = 2,1481 > 0,640,64OFeOAl

3232

3323223 SO2,85-OFe1,43-OAl6,72-SiO7,60-CaO4,07SC a1)

SC0,754-SiO2,87SC 322 a2)

32323 OFe1,69-OAl2,65AC a3)

324 OFe3,04AFC a4)

34 SO1,70CaSO a5)

C3S = 41,80C2S = 31,33C3A = 10,80

C4AF = 8,20

Tipos de CimentoProporção dos Componentes (%)

C3S C2S C3A C4AFPortland Normal 45 27 11 8

Portland X 41,80 31,33 10,80 8,20Portland Modificado 44 31 7 13Portland de Elevada

Resistência Inicial 53 19 10 7

Portland de Baixo Calor de Hidratação 20 52 6 14

Portland Resistente à Sulfatos 38 43 4 8

Caso?