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TEMA III. Ligantes hidrulicos

3.1. Ligantes Definio

A designao de ligantes deve-se propriedade que tm de poder aglomerar uma proporo elevada de materiais inertes (areias, godos, pedra britada, etc.), conferindo ao conjunto grande coeso e resistncia, o que os torna aptos a serem utilizados na construo como argamassas e betes.

Tipos de Ligantes

Os ligantes podem ser:

1) Hidrfilos

2) Hidrfobos

Os ligantes Hidrfilos so constitudos por ps muito finos que amassados com gua formam uma pasta cujo o endurecimento se d apenas pela reaco qumica entre o p e a gua.

Os ligantes Hidrfilos dividem-se em:

a) Ligantes Areos porque s endurecem ao ar, por aco do anidrido carbnico da atmosfera que os transforma em carbonatos. Ex.: Cal area, Gesso.

b) Ligantes hidrulicos porque alm de endurecerem ao ar, so capazes de adquirir elevadas resistncias debaixo de gua, suportando perfeitamente a sua aco. Ex.: Cal hidrulica, Cimento.

Os ligantes Hidrfobos so lquidos viscosos ou solues resinosas que endurecem por aumento da viscosidade e formao de estruturas coloidais rgidas. Ex.: Betume e Asfalto (Vulgo alcatro).

a. Ligantes areos

Cal Area

o ligante que resulta da decomposio, pela aco da temperatura, duma rocha com percentagem no inferior a 95% de carbonato de clcio, ou de clcio e magnsio.

As cais areas derivadas de calcrios quase puros, com teores de carbonato no inferiores a 99%, so consideradas gordas e; as cais areas provenientes de calcrios com teores de argila e outras impurezas compreendidos entre 1 a 5%, denominam-se magras.

Quando ao teor de xido de magnsio (dolomite), associado ao xido de clcio, excede em 20%, as cais areas denominam-se magnesianas (dolomticas).

O produto obtido pela cozedura destes calcrios designa-se cal viva (xido de clcio) que, por reaco com gua (extino), fornece a cal apagada (ou cal hidratada).

A reaco para obteno da cal viva :

CaCO3 CaO + CO2 (g) 42,5 calorias

Aspecto geral do calcrio antes e depois de calcinado

A reaco verifica-se a cerca de 894oC e o processo de cozedura denomina-se calcinao.

Antes de aplicada, a cal viva tem de ser extinta por imerso ou asperso com gua, produzindo-se a seguinte reaco:

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

O produto final: cal em p e leite de cal

Quando, depois de aplicao, a cal se carbonata, combinando-se com o dixido de carbono da atmosfera, a reaco :

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

A cal area pode ser aplicada no fabrico de blocos siliciosos; no fabrico de estuques misturada com o gesso; na execuo de argamassas misturadas com areia siliciosa ou calcria; em argamassa adicionada ao cimento portland e/ou cal hidrulica; usada na caiao de muros e certas paredes sob forma de leite de cal.

Gesso

O gesso um aglomerante areo que se caracteriza pela presa rpida e obtido a partir da gipsita (pedra natural do gesso - sulfato de clcio desidratado).

Depois de extrada a pedra das pedreiras, tritura-se e submete-se a coao para lhe extrair, parcial ou totalmente, a gua de cristalizao que contm no estado natural, convertendo-se em sulfato de clcio hemihidratado. Por fim, o produto final mi-se.

CaSO4.2H2O CaSO4.H2O + H2O (l)

O gesso pode ser aplicado em alvenaria (confeco de argamassas simples ou compostas, construo de muros, tabiques e pilares, pavimentos, arcos e abbadas, tectos lisos, etc., assim como para rebocos e estucagem); na fabricao de pedras artificiais e pr-fabricados (ladrilhos e blocos, mosaicos, placas entalhadas para tectos falsos, paredes, muros, etc.); em decorao (artesanato, tectos, etc.).

b. Ligantes Hidrulicos

Cal Hidrulica

Quando o calcrio que se sujeita a aco da temperatura (neste caso, entre 1200 e 1500oC) tem quantidades de argila compreendidas entre 5 a 20%, alm da formao do xido de clcio, h combinao de slica e alumina com este, formando-se silicatos e aluminatos que, hidratando-se, do origem a produtos que endurecem tanto na gua como ao ar so denominadas por cais hidrulicas.

A preparao da cal hidrulica feita como a da cal area, em fornos verticais de alvenaria, com revestimento refractrio.

Tendo em conta as suas caractersticas de resistncia mecnica, as cais hidrulicas so utilizveis na alvenaria corrente, beto em massa sujeito a tenses moderadas, fundaes, rebocos, etc..

Cimento

um material inorgnico finamente modo, que convenientemente amassado com gua, forma uma pasta que, devido a reaces de hidratao, faz presa, endurece e permanece mecanicamente resistente e estvel, tanto ao ar como na gua.

O cimento aplica-se, basicamente combinado com outros materiais, na confeco de aglomerados, especialmente, argamassas e betes.

O ligante hidrulico mais importante de todos o cimento portland artificial.

3.2. Cimento Portland

O nome do cimento portland derivou de um comentrio no qual se afirmava que com o tal cimento produzido se obtinha uma massa ptrea semelhante em cor, solidez e durabilidade ao ento conhecido calcrio da ilha de Portland.

Definio

uma mistura devidamente proporcionada de calcrio (carbonato de clcio), argila (silicatos de alumnio e ferro) e, eventualmente, outras substncias apropriadas ricas em slica, alumina ou ferro, reduzida a um p muito fino que se sujeita a aco de temperaturas da ordem de 1450oC, obtidas geralmente em grandes fornos rotativos.

Composio da matria-prima

A mistura das matrias-primas, calcrio e argila, doseada de tal modo que, depois de perder a gua e o dixido de carbono, devido elevada temperatura atingida no forno, tenha uma composio qumica (centesimal) dentro dos limites seguintes:

CaO 60 a 68%

SiO2 17 a 25%

Al2O3 2 a 9%

Fe2O3 0,5 a 6%

Para alm destes compostos principais, a matria-prima contm ainda metais alcalinos, magnsio, mangans, titnio, fsforo, e, eventualmente, sulfatos:

MgO 0 a 2%

K2O e Na2O 0,5 a 1,5%

Com o fim de obter produtos com a necessria regularidade de composio e de propriedades, preciso que entre os xidos elementares existam certas relaes, denominadas mdulos.

Mdulo Hidrulico

Mdulo Silcico

Mdulo de Fundentes

Mdulo do Grau de Saturao em Clcio

Fabricao, transporte e armazenamento do cimento portland

O processo de fabricao do cimento portland consiste essencialmente em 3 etapas bsicas:

1) Preparao da mistura;

2) Cozedura;

3) Moagem.

No preparo da mistura, esta deve ficar homognea e dividida, com elevada superfcie para permitir um maior contacto entre os componentes, de modo que a proporo entre os constituintes surge como factor bsico da sua qualidade, procurando-se respeitar determinadas relaes entre as percentagens de CaO, SiO2, Al2O3 e Fe2O3 (mdulos).

H dois processos de fabrico do cimento: um em que a matria-prima moda e homogeneizada dentro da gua (via hmida) e outro em que a moedura e homogeneizao feita a seco (via seca).

Na cozedura as temperaturas atingidas no interior do forno (1400-1500oC) e o posterior arrefecimento so tambm de grande importncia, para permitirem a formao dos compostos do clinquer (material duro e granulado com dimenses variveis entre 2 mm e 20 mm), que apresenta a composio caracterstica do cimento.

Vista parcial de um forno rotativo para fabricao de cimento.

O arrefecimento do clinquer a sada do forno rpida (at 180 a 125oC) e usa-se, correntemente, um dispositivo chamado planetrio constitudo por vrios tubos arrefecedores que envolvem o forno. Armazenado, o clinquer arrefece at temperaturas ambientes.

Na fase de moagem, dentro de um moinho de bolas procede-se transformao do clinquer em p (como se apresenta no nosso quotidiano), onde se controla a finura e a superfcie especfica conforme a qualidade do cimento pretendida, e se adiciona gesso (2 a 3%) para regular a presa. Da o cimento passa para grandes silos, onde homogeneizado e depois distribudo, a granel ou em sacos.

Sendo que cerca de 70 a 80% da matria-prima o calcrio, normalmente a fabrica de cimento situa-se junto de uma formao calcria, ou preferencialmente, de calcrio margoso.

Pelo facto de o cimento ser um produto que no suporta grandes despesas de transporte (em geral no mais do que 100 km) recomendvel que a fabrica se situe prxima dos centros consumidores.

No transporte e armazenamento do cimento, necessrio ter em conta a proteco contra a humidade e sobreposio de sacos com vista a evitar a respectiva presa antecipada e a perda de qualidade.

Fabrica de Cimento

Hidratao do cimento portland

Para se obter, a partir do cimento, um slido com resistncia necessria, preciso mistur-lo com gua, fazendo com que os sais minerais que o compem reajam dando origem a um novo sistema de compostos hidratados estveis que cristalizam, emaranhando-se e colando-se uns aos outros, o que confere ao conjunto uma resistncia notvel.

A precipitao dos produtos da reaco dos componentes do clinquer com a gua permite a dissoluo de nova quantidade dos componentes anidros e assim sucessivamente, continuando a reaco at haver gua suficiente para transformao integral do sistema anidro em hidratado.

Na passagem ao estado slido da mistura de cimento com gua (pasta de cimento) distinguem-se dois perodos: a presa e o endurecimento.

A presa consiste na perda progressiva da consistncia pastosa da mistura de cimento com gua.

O instante em que a massa comea a perder a sua consistncia pastosa o incio de presa.

O instante em que a massa deixa de ser deformvel, transformando-se numa massa rgida, o fim da presa e o incio do