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ENGENGENGENG----221 QUÍMICA APLICADA À ENGENHARIA221 QUÍMICA APLICADA À ENGENHARIA221 QUÍMICA APLICADA À ENGENHARIA221 QUÍMICA APLICADA À ENGENHARIA

DJALMA CONCEIÇÃO SILVA

PROFESSORES PROFESSORES PROFESSORES PROFESSORES {

CRISTÓVÃO MACEDO DANTAS

PRÁTICA DE LABORATÓRIOPRÁTICA DE LABORATÓRIOPRÁTICA DE LABORATÓRIOPRÁTICA DE LABORATÓRIO

PRPRPRPRÉÉÉÉ----LABLABLABLAB

ESTUDO DO CIMENTO E ESTUDO DO CIMENTO E ESTUDO DO CIMENTO E ESTUDO DO CIMENTO E DO CONCRETODO CONCRETODO CONCRETODO CONCRETO

Origem do Cimento:

A palavra cimento tem origem do latim caementu, ou seja, pedra proveniente de rochedos.

Sua história é muito antiga, passa pelas pirâmides do Egito, que utilizaram em sua concepção uma espécie de gesso calcinado. Entra pela Roma e Grécia antigas, que aplicaram em seus monumentos uma massa obtida pela hidratação de cinzas vulcânicas. Ganha desenvolvimento nas mãos do inglês John Smeaton, em suas pesquisas para encontrar um algomerante para construir o farol de Eddystone em 1756. Com James Parker, que descobriu em 1791 e patenteou em 1796 um cimento com o nome de Cimento Romano, composto por sedimentos de rochas da ilha de Sheppel e ganha detaque com as pesquisas e publicações feitas pelo engenheiro francês Louis José Vicat em 1818.

O ponto marcante, porém, para a história do cimento atual, se deu pelas mãos do construtor inglês Joseph Aspdin, com suas experiências envolvendo processos de mistura, queima e moagem de argila e pó de pedra calcária retirado das ruas. Neste desenvolvimento, Aspdin conseguiu um material pulverulento, no qual ele misturava uma certa quantidade de água, produzindo uma argamassa. Depois, deixava-a secar, conseguindo um material de dureza parecida com as pedras utilizadas nas edificações. Por fim, o construtor patenteou este pó em 1824, com o nome de cimento Portland, devido às semelhanças de seu produto final, com as rochas que eram extraídas nesta pequena península inglesa.

O cimento Portland passou ainda por uma difícil fase de desenvolvimento, até que em 1845, Isaac Charles Johnson, encarregado por Aspdin a produzir o cimento Portland, após

várias observações, resolveu elevar a temperatura da queima para 1400°C, moer mais o clinker originado desta queima, obtendo assim um cimento mais fino e de excelente qualidade. De lá para cá seguem quase dois séculos de histórias e conquistas na evolução do cimento e da sua utilização em concretos e argamassas. O Brasil passou da condição de importador a exportador, desenvolveu tecnologia e produtos voltados para a nossa realidade e hoje é uma das potências mundiais na produção de cimento.

O cimento Portland é um material pulverulento, constituído de silicatos e aluminicatos complexos, que, ao serem misturados com a água, hidratam-se, formando uma massa gelatinosa, finamente cristalina, também conhecida como “gel”. Esta massa, após contínuo processo de cristalização, endurece, oferecendo então elevada resistência mecânica. Ele pode ser definido também, como sendo um aglomerante ativo e hidráulico: Aglomerante, pois é o material ligante que promove a união dos grãos de agregados. Ativo, por necessitar de um elemento externo para iniciar sua reação. Hidráulico porque este elemento externo é a água. Concluímos então que a água tem um papel de destaque dentro da engenharia do concreto, tão importante que a relação entre o peso da água e o peso do cimento dentro de uma mistura recebeu um nome: fator água cimento (A/C). Este fator é a base para a definição de todas as misturas compostas com cimento e água (concreto, argamassa, grout, etc.) devendo ser muito bem compreendido por todos aqueles que trabalham com o concreto. A água deve ser empregada na quantidade estritamente necessária para envolver os grãos, permitindo a hidratação e posterior cristalização do cimento. O fator A/C deve ser sempre o mais baixo possível, dentro das características exigidas para o concreto e da qualidade dos materiais disponíveis para a sua composição. Quando temos muita água na mistura, o excesso migra para a superfície pelo processo de exudação. Deixa atrás de si vazios chamados de porosidade capilar. Esta porosidade prejudica a resistência do concreto aumenta sua permeabilidade e diminui a durabilidade da peça concretada.

Concreto é basicamente o resultado da mistura de cimento, água, pedra e areia, sendo que o cimento ao ser hidratado pela água, forma uma pasta resistente e aderente aos fragmentos de agregados (pedra e areia), formando um bloco monolítico. Outro ponto de destaque no preparo do concreto é o cuidado que se deve ter com a qualidade e a quantidade da água utilizada, pois ela é a responsável por ativar a reação química que transforma o cimento em uma pasta aglomerante. Se sua quantidade for muito pequena, a reação não ocorrerá por completo e se for superior a ideal, a resistência diminuirá em função dos poros que ocorrerão quando este excesso evaporar. A relação entre o peso da água e do cimento utilizados na dosagem, é chamada de fator água/cimento (a/c). O concreto deve ter uma boa distribuição granulométrica a fim de preencher todos os vazios, pois a porosidade por sua vez tem influência na permeabilidade e na resistência das estruturas de concreto. Cada material a ser utilizado na dosagem deve ser analisado previamente em laboratório (conforme normas da ABNT), a fim de verificar a qualidade e para se obter os dados necessários à elaboração do traço (massa específica, granulometria, etc.).

A proporção entre todos os materiais que fazem parte do concreto é também conhecida por dosagem ou traço, sendo que podemos obter concretos com características especiais, ao acrescentarmos à mistura, aditivos, isopor, pigmentos, fibras ou outros tipos de adições. O cálculo de uma estrutura de concreto é feito com base no projeto arquitetônico da obra e no valor de algumas variáveis, como por exemplo, a resistência do concreto que será utilizado na estrutura. Portanto, a Resistência Característica do Concreto à Compressão (fck) é um dos dados utilizados no cálculo estrutural. Sua unidade de medida é o MPa (Mega Pascal), sendo: Pascal: Pressão exercida por uma força de 1 newton, uniformemente distribuída sobre uma superfície plana de 1 metro quadrado de área, perpendicular à direção da força. Mega Pascal (MPa) = 1 milhão de Pascal = 10,1972 Kgf/cm². Por exemplo: O Fck 30 MPa tem uma resistência à compressão de 305,916 Kgf/cm². O valor desta resistência (fck) é um dado importante e será necessário em diversas etapas da obra, como por exemplo:

Para cotar os preços do concreto junto ao mercado, pois o valor do metro cúbico de concreto varia conforme a resistência (fck), o slump, o uso de adições, etc. No recebimento do concreto na obra, devendo o valor do fck, fazer parte do corpo da nota fiscal de entrega, juntamente o slump. No controle tecnológico do concreto (conforme normas da ABNT), através dos resultados dos ensaios de resistência à compressão. Neste ensaio, a amostra do concreto é "capeada" e colocada em uma prensa. Nela, recebe uma carga gradual até atingir sua resistência máxima (kgs). Este valor é dividido pela área do topo da amostra (cm²). Teremos então a resistência em kgf/cm². Dividindo-se este valor por 10,1972 se obtém a resistência em MPa. A ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), descreve com exatidão os ensaios de Resistência à Compressão e de Slump Test, através de suas normas.

O concreto, dentro das variáveis que podem existir nos projetos estruturais, foi o item que mais evoluiu em termos de tecnologia. Antigamente muitos cálculos eram baseados no fck 18 MPa e hoje, conseguimos atingir no Brasil, resistências superiores a 100 MPa. Isto é uma ferramenta poderosa para os projetistas e para a engenharia em geral. Implica na redução das dimensões de pilares e vigas, no aumento da velocidade das obras, na diminuição do tamanho e do peso das estruturas, formas, armaduras, etc

Carbonatação do concreto

Ensaio da fenoftaleína para avaliação da profundidade de carbonatação do concreto

A fenoftaleína e um composto orgânico utilizado como indicador ácida-base. É preparada uma solução 2% em Etanol, que quando em contato com o meio, em pH ácido <7,0 da coloração incolor e em pH básico ou alcalino >7,0 da coloração rósea.

A carbonatação do concreto, resultado de uma reação química que afeta pH do material e pode reduzir a durabilidade da estrutura

O composto químico que desencadeia o fenômeno da carbonatação do concreto é bem conhecido, facilmente encontrado nos centros urbanos. Um bom exemplo são os túneis e viadutos. Nestes ambientes, o concreto está exposto à alta concentração de gás carbônico (CO2). O dióxido de carbono penetra nos poros do concreto, dilui-se na umidade presente na estrutura e forma o composto chamado ácido carbônico (H2CO3).

Este ácido reage com alguns álcalis da pasta de cimento hidratada, “dentre outros o hidróxido de cálcio Ca(OH)2”, resultando em carbonato de cálcio (CaCO3) e água. O carbonato de cálcio (CaCO3) não deteriora o cimento, porém durante a sua formação consome os álcalis da pasta reduzindo o pH do meio.

O concreto normalmente possui pH entre 12,6 e 13,5. Ao se carbonatar, estes números reduzem para valores próximos de 8,5. A carbonatação inicia-se na superfície da estrutura e forma a “frente de carbonatação”, composta por duas zonas com pH distintas (uma básica e outra neutra). Esta frente avança em direção ao interior do concreto e quando alcança a armadura ocorre a despassivação do aço e este se torna vulnerável.

Após a despassivação, o processo de corrosão será iniciado se ao mesmo tempo houver umidade (eletrólito), diferença de potencial (exemplo: diferença de aeração ou tensões entre dois pontos da barra ou do concreto), agentes agressivos (exemplo: CO2 ou fuligem) e oxigênio ao redor da armadura.

Os danos causados são vários, como fissuração do concreto, destacamento do cobrimento do aço, redução da seção da armadura e perda de aderência desta com o concreto.

Resumidamante, a carbonatação depende de fatores como:

* Condições ambientais: altas concentrações de CO2 aumentam as chances de ataque ao concreto

* Umidade do ambiente: poros parcialmente preenchidos com água na superfície do concreto apresentam condição favorável

* Traço do concreto: altas relações água/cimento= fator (a/c), resultam em concretos porosos e, portanto, aumentam as chances de difusão de CO2 entre os poros

* Lançamento e adensamento: se o concreto tiver baixa permeabilidade (compacto), dificultará a entrada de agentes agressivos.

* Cura: processo fundamental para reduzir o efeito da carbonatação

O concreto mal curado possui micro fissuras que o enfraquecem. A pré-existência de fissuras nas estruturas facilita a entrada do CO2 e pode acelerar a carbonatação. No livro Propriedades do Concreto, Adam Neville cita que através de pesquisas observou-se que o aumento do período da cura, ampliando a molhagem de um dia para três dias, reduziu a profundidade de carbonatação em cerca de 40%.

Terminologias

Abatimento - Ensaio normalizado para a determinação da medida da consistência do concreto fresco. Permite verificar se não há excesso ou falta de água no concreto. Abrasão - Desgaste superficial do concreto. Adensamento - Processo manual ou mecânico para compactar uma mistura de concreto no estado fresco, com o intuito de eliminar vazios internos da mistura (bolhas de ar) ou facilitar a acomodação do concreto no interior das fôrmas. Aditivo - Produto adicionado ao concreto em pequenas quantidades, proporcional ao teor de cimento, no instante da pesagem dos componentes ou durante a mistura do concreto para modificar suas propriedades antes ou após a aplicação. Agregados - Materiais granulares (brita, areia, etc.), que são unidas pela pasta de cimento no preparo do concreto. Reação álcali -agregado - Reação química entre compostos do cimento (álcalis) e certos agregados reativos, ocorrendo expansões danosas ou fissuras. Argila expandida - São agregados produzidos artificialmente pelo aquecimento de certas argilas em um forno, que se expandem pela retenção de gases formados, no seu interior, durante o aquecimento. Bomba estacionária - Equipamento (bomba) rebocável para lançamento do concreto. Bomba lança - Equipamento para lançamento do concreto com tubulação acoplada a uma lança móvel, montados sobre um veículo automotor. Bombeamento - Transporte do concreto por meio de equipamentos especiais, bombas de concreto e tubulações metálicas, que transportam o concreto do caminhão-betoneira até ao local de concretagem Agregados - Materiais granulares (brita, areia, etc.), que são unidas pela pasta de cimento no preparo do concreto. Brita - Material obtido por trituração de rocha e classificado segundo a sua ranulometria. Canteiros de obras - Instalações provisórias destinadas a alojamentos, estoque de materiais, equipamentos e almoxarifado, durante a fase de construção da obra. Capeamento - Revestimento com pasta de cimento ou de uma mistura composta de material pulverulento e enxofre derretido, que regulariza os topos de um corpo-de-prova com o objetivo de distribuir uniformemente a carga durante o ensaio. Central dosadora - Local de dosagem ou mistura do concreto por meio de instalações e equipamentos especiais, sendo o mesmo transportado ao local de aplicação por aminhões-betoneira. Cobrimento - Espessura de concreto entre a superfície da armadura e a superfície do concreto.

Consistência - É a medida da mobilidade da mistura (plasticidade), isto é, maior ou menor facilidade de deformar-se sob a ação de cargas. É expressa pelo ensaio de abatimento do tronco de cone (slump test). Consumo de cimento - Quantidade dosada, em massa (kg), para produzir um metro cúbico de concreto. Corpo -de -prova - Amostra do concreto endurecida, especialmente preparada para testar propriedades como: resistência à compressão, módulo de elasticidade etc. Cura - Procedimentos para a manutenção das condições favoráveis de umidade e temperatura nas primeiras idades do concreto (7 dias) que possibilitam o desenvolvimento de sua resistência e de outras propriedades. Cura a vapor - Cura do concreto sob vapor de água a temperatura e pressão controladas. Desmoldante - Substância química utilizada para evitar a aderência do concreto à fôrma. Desvio Padrão - Medida da dispersão de um conjunto de valores. Dispersão entre a média e os valores individuais. Dosagem - Estabelecer as quantidades ótimas dos componentes do concreto para atender a determinadas características ou propriedades pré-estabelecidas. Ensaio - Realização de testes para avaliar propriedades físicas ou químicas de um material ou peça. Escoramento - Reforços executados na fôrma para que o suporte o seu próprio peso e também do concreto fresco lançado, garantindo uma perfeita moldagem da peça concretada. Espaçadores - Dispositivos colocados entre a armadura e a face interna da fôrma de modo a garantir o cobrimento necessário. Exsudação - Migração de parte da água de mistura para a superfície da peça concretada. É causada pela acomodação dos materiais sólidos da mistura de concreto. Fissuração - São pequenas rupturas que aparecem no concreto que podem ser provocadas por atuação de cargas ou por retração, devido à rápida evaporação da água. Granulometria - Determinação das proporções de quantidade de partículas existentes em um material granular, pela separação por peneiras de diferentes aberturas. Gretamento - Desenvolvimento aleatório de fissuras. Hidratação - Formação de compostos pela combinação da água com o cimento portland. Processo de endurecimento de pastas, argamassas e concretos.

Lançamento - Processo de colocação e adensamento do concreto. Modo de transporte e colocação do concreto na fôrma a ser concretada. Massa específica - Relação entre a massa e o volume de um corpo (densidade). Moldagem - Especificamente sobre concretos ou argamassas de cimentos portland, refere-se a procedimento normalizado de confeccionar corpos-de-prova. Ninhos (bicheira ) de concretagem - Falhas de concretagem que ocasionam “buracos” no concreto, devido, principalmente, à falta de vibração. Pega - Condição de perda da plasticidade da pasta, argamassa ou concreto, medida pela resistência à penetração ou deformação em ensaios padronizados. Pigmento - Composto químico bastante fino adicionado aos concretos e argamassas para lhe darem coloração. Pozolana - Material silicoso ou silico-aluminoso que, quando finamente moído e na presença de água, reage com hidróxido de cálcio, formando compostos com propriedades cimentícias. Projeto estrutural - Especificações técnicas fornecidas pelo calculista. Protensão - Tensões aplicadas ao concreto, antes da ação das cargas de serviço. Resistência característica do concreto à compressão (fc k) - Esforço resistido pelo concreto, estimado pela ruptura de corpos-de-prova cilíndricos em prensas especiais. Segregação - Mistura heterogênea. Fato que também ocorre com misturas de concreto por excesso de vibração durante o adensamento ou lançamento em alturas elevadas. Sílica ativa - Material pulverulento composto de partículas extremamente finas de sílica amorfa 100 vezes mais fina que o grão de cimento, utilizado na dosagem de concretos de alto desempenho. Traço - Especificamente em relação à misturas compostas de cimento portland ou outro tipo de aglomerante, é a forma de exprimir a proporção entre os componentes dessas mistura.

PARTE EXPERIMENTAL

PREPARAÇÃO DE CONCRETO EM LABORATÓRIO

1.0 - DOCUMENTOS BÁSICOS: 1.1 - NM 79 2.0 - MATERIAL BÁSICO 2.1 - Cimento. 2.2 - Agregados. 2.3 - Aditivos e adições minerais (se for predeterminada sua utilização). 2.4 - Água. DOCUMENTOS BÁSICOS - NBR 9833

MATERIAL BÁSICO - Concreto fresco elaborado de acordo com a instrução de trabalho CTEC.720.044. EQUIPAMENTOS - Balança.

- Haste de socamento (16 mm de diâmetro e 600 mm de comprimento).

- Vibrador interno WEG agulha de 25 mm.

- Régua acrílica.

- Concha.

- Recipiente metálico volumétrico do aparelho de ar incorporado. ENSAIOS Caso o adensamento seja manual, aplicar os golpes uniformemente em 3 camadas

de 30 golpes por camada, tal que a haste penetre na camada anteriormente adensada.

No adensamento mecânico o concreto deve ser adensado em 2 camadas, sendo que

o vibrador deve ser inserido até que o mesmo penetre 25 mm, sem deixá-lo encostar no fundo e nas laterais do molde, devendo ser retirado lentamente assim que o concreto estiver com a superfície lisa e brilhante.

Após o adensamento, manual ou mecânico, bater levemente na face externa do

recipiente até o fechamento de eventuais vazios.

Efetuar o rasamento com o auxílio da régua acrílica, fazendo movimentos de vai e vem até a retirada do excesso do concreto, sem deixar vazios entre o recipiente e a superfície do concreto.

Após realizado o rasamento, limpar as superfícies externas e pesar, registrando a

massa m. CÁLCULOS Calcular a massa específica real do concreto fresco com aproximação de 0,001

kg/dm3.

onde cf = massa específica do concreto fresco, em Kg/dm³; m = massa do recipiente com o concreto, em Kg; mr = massa do recipiente vazio, em Kg; vr = volume do recipiente, em dm³. Calcular o teor de ar aprisionado , com aproximação de 0,1%. onde ca = massa específica teórica do concreto fresco, em Kg/dm³, sem considerar o volume

de ar incorporado, calculada pela expressão: onde MC = massa de cimento, em Kg; Mm = massa de agregado miúdo seco, em Kg; Mg = massa de agregado graúdo seco, em Kg; Ma = massa da água, em Kg;

γC = massa específica do cimento; γm = massa específica do agregado miúdo; γg = massa específica do agregado graúdo.

CUIDADOS NO ENSAIO O volume do recipiente tem que ser previamente determinado (verificado) pelo

processo da massa de água.

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ldoconcreto.com.br/cimento/concreto/dosagem_3.html

Currículo Lattes http://lattes.cnpq.br/3624687368640984