Cimento conceitos basicos

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Cimento conceitos basicos

  1. 1. 1 Cimento Portland Conceitos básicos, fabricação, tipos, normalização, ensaios Angelo Just da Costa e Silva (Dr.) Maio, 2009 CONCRETO Componentes CONCRETO Componentes ESTADO FRESCO ESTADO ENDURECIDO CONCRETO Componentes CONCRETO Componentes Fase contínua Pasta de cimento endurecida Fase descontínua Agregados Zona de transição Interface entre a pasta e o agregado CONCRETO Componentes
  2. 2. 2 Pasta com a/c = 0,60 Para fck de 20 MPa Concreto de Cimento Portland Conceitos fundamentais Pasta com a/c = 0,50 Para fck de 30 MPa Concreto de Cimento Portland Conceitos fundamentais Pasta com a/c = 0,40 Para fck de 40 MPa Concreto de Cimento Portland Conceitos fundamentais Pasta com a/c = 0,30 Para fck de 60 MPa Concreto de Cimento Portland Conceitos fundamentais Concreto de Cimento Portland Conceitos fundamentais Efeito do Super plastificante (1%) Concreto de Cimento Portland Conceitos fundamentais
  3. 3. 3 AGLOMERANTES • Componente cuja principal característica é endurecer quando misturado à água, aglutinando as partículas com coesão e capacidade de ser moldado (trabalhado) • Apresentam-se sob a forma pulverulenta e, quando misturados à água, formam pasta capaz de endurecer por simples secagem ou conseqüência de reações químicas, aderindo às superfícies com as quais foram postos em contato. AGLOMERANTES Classificação • Quimicamente inertes - barro cru • Quimicamente ativos: ▫ Aéreos - Após o endurecimento NÃO resistem satisfatoriamente quando submetidos à ação da água (gesso, cal aérea) ▫ Hidráulicos - Resistem satisfatoriamente à água após endurecimento (cimento, cal hidráulica) AGLOMERANTES Requisitos importantes • Resistência mecânica - Capacidade de resistir a esforços de compressão, tração, cisalhamento. Importante também conhecer o comportamento deste ganho de resistência. • Durabilidade - Capacidade de manter as suas propriedades durante o uso. A degradação pode ser oriunda de agentes externos (águas ácidas, sulfatadas) ou internos (compostos no próprio aglomerante ou presentes na mistura na qual o mesmo está contido). AGLOMERANTES Propriedades fundamentais • Solubilidade - Determina a capacidade de dissolução em íons (ânions e cátions), efetuada em meio aquoso, influenciada pelo tamanho das partículas, reatividade, temperatura etc. • Reatividade - Facilidade do material de interagir quimicamente, tendo influência significativa na cinética das reações. • Área específica - Corresponde à superfície efetiva de contato do sólido com o meio externo, sendo relacionada com a finura. CIMENTO • Aglomerante hidráulico largamente utilizado para a composição de peças estruturais em concreto e revestimento devido à sua excelente capacidade resistente. • Tipos: Cimento comum, Portland (comum, composto, de alta resistência, de moderada resistência a sulfatos, de alta resistência a sulfatos etc.) CIMENTO PORTLAND Compostos básicos MATÉRIA PRIMA  Pedra calcária ▫ CaCO3  Argila ▫ SiO2 ▫ Al2O3 ▫ Fe2O3 ▫ Outros CLÍNQUER  C3S - 3 CaO . SiO2  C2S - 2 CaO . SiO2  C3A - 3 CaO . Al2O3  C4AF - 4 CaO . Al2O3 . Fe2O3  Outros – álcalis, CaO ~1.500ºC
  4. 4. 4 CIMENTO PORTLAND Processo de fabricação • Extração e preparo da matéria prima • Dosagem da mistura • Clinquerização (fornos rotativos) • Adições finais (gesso), moagem, ensilagem CIMENTO PORTLAND Processo de fabricação 1. Extração da matéria prima 2. Britagem 3. Moagem da mistura crua 4. Homog. da mistura crua 5. Calcinação do clínquer 6. Moagem do clínquer com gesso CIMENTO PORTLAND Compostos do clínquer • C3S - 3 CaO . SiO2 (silicato tricálcico) ▫ Principal responsável pelas propriedades hidráulicas, tendo reação rápida com a água • C2S - 2 CaO . SiO2 (silicato dicálcico) ▫ Reage lentamente com a água, apresentando pouca resistência mecânica inicial que tende a aumentar significativamente com o decorrer da hidratação. CIMENTO PORTLAND Compostos do clínquer • C3A - 3 CaO . Al2O3 (aluminato tricálcico) ▫ Reage instantaneamente com a água (elevada liberação de calor de hidratação), sendo, por isso, necessária adição de sulfato (gesso) para geração de produtos insolúveis na água. • C4AF - 4 CaO . Al2O3 . Fe2O3 (ferro aluminato tetracálcico) ▫ Apresenta pega muito rápida. • Outros - óxido de cálcio livre (CaO), periclásio (MgO), álcalis (Na2O, K2O), outros compostos Propriedades dos compostos fundamentaisCompostos fundamentais do Cimento PortlandPropriedades C3S C2S C3A C4AF Resistência boa boa+ fraca fraca Intensidade de reação média lenta rápida rápida- Calor de hidratação médio pequeno grande pequeno Estabilidade química grande- grande baixa baixa CIMENTO PORTLAND Compostos do clínquer CIMENTO PORTLAND Compostos do clínquer - distribuição 75% 8% 8% 9% silicatos combinados C3A C4AF Outros
  5. 5. 5 CIMENTO PORTLAND Reações de hidratação • Silicatos de cálcio (C3S, C2S) ▫ 2 C3S + 6 H2O  C-S-H + 3 Ca(OH)2 ▫ 2 C2S + 4 H2O  C-S-H + Ca(OH)2 • Principal componente formado: ▫ C-S-H - 3 CaO . 2 SiO2 . 3 H2O silicato cálcico hidratado - gel de tobermorita CIMENTO PORTLAND Reações de hidratação • Aluminatos de cálcio (C3A, C4AF) ▫ Devido à adição do sulfato para regulação da pega, os aluminatos são analisados já combinados com este componente: ▫ C3A + CaSO4 . 2H2O  etringita (C3A.3CS.32H)  C3A CS H + C4AH ▫ C4AF  C3(A,F).3CS.32H  C3(A,F) CS H + C4(A,F) H •  reação imediata  reação lenta CIMENTO PORTLAND Especificações normativas DENOMINAÇÃO SIGLA NORMA Portland comum CPI/CPI-S NBR5732 Portland composto CPII-Z CPII-E CPII-F NBR1157 Portland de alto forno CPIII NBR5735 Portland Pozolânico CPIV NBR5736 Portland de alta Resistência Inicial CPV-ARI NBR5733 Portland Resistente a Sulfato CP – RS NBR5737 CIMENTO PORTLAND Especificações normativas TIPOS DE CIMENTO CLÍNQUER + SULFATO ESCÓRIA DE ALTO-FORNO MATERIAL POZOLÂNICO MATERIAL CARBONÁTICO CPI 100 0 CPI-S 99-95 1-5 CPII-E 94-56 6-34 0-10 CPII-Z 97-76 6-14 0-10 CPII-F 94-90 6-10 CPIII Alto forno 65-25 35-70 0-5 CPIV Pozolânico 85-45 15-50 0-5 CPV – ARI 100-95 0-5 • CP I e CP II • São empregados em obras de concreto, em geral, não apresentando propriedades específicas para um determinado uso. • CP III e CP IV • São empregados em obras de concreto massa e em ambientes agressivos. • CP V ARI • São empregados, especificamente, em situações que se desejam resistências iniciais elevadas, possuindo o inconveniente de gerar elevado calor de hidratação. CIMENTO PORTLAND Especificações normativas - Tipos • RS são Cimentos Portland resistentes à sulfatos, devendo ser designados pela sigla original de seu tipo, acrescido de RS. • Condições: •C3A, no clínquer, inferior ou igual a 8 % e não possuir mais de 5% de CaCO3 e/ou •Cimento Portland Pozolânico com percentual de pozolana entre 25% e 40% e/ou •Cimento Portland de alto forno com percentual de escória entre 60% e 70% CIMENTO PORTLAND Especificações normativas - Tipos
  6. 6. 6 • BC são Cimentos Portland de baixo calor de hidratação, devendo ser designados pela sigla original de seu tipo, acrescido de BC. • Condições: Valores máximos de calor de hidratação em Joules por grama (J.g-1) 3 dias 260 7 dias 300 CIMENTO PORTLAND Especificações normativas - Tipos Cimentos com finura elevada e ricos em C3S apresentam rápidas velocidades de hidratação, sendo empregados em situações que requerem o desenvolvimento de resistências iniciais elevadas. Pela rápida liberação de calor, não são recomendáveis para uso em concreto massa, devido aos problemas de fissuração de origem térmica CIMENTO PORTLAND Especificações normativas CIMENTO PORTLAND Especificações normativas O Ca(OH)2 e os aluminatos hidratados são componentes do clínquer hidratado, mais instáveis sob o ataque de sulfatos. Portanto, quanto à durabilidade em meio agressivo (sulfatos), clínquer com percentual elevado de C2S e baixos percentuais de C3S e C3A são os mais recomendáveis. Estes clínqueres também possuem baixo calor de hidratação. CIMENTO PORTLAND Adições minerais São produtos minerais adicionados em certos percentuais ao Cimento Portland (clínquer + gesso), com a finalidade de melhorar determinadas propriedades, em empregos específicos, nos quais o Cimento Portland, sozinho, não possui. Também podem ser consideradas adições minerais, produtos que entram apenas como carga no Cimento Portland ADIÇÕES MINERAIS •Ativas • Pozolanas (Z) • Naturais • Artificiais • Argilas calcinadas (Baixa reatividade) • Metacaulim (Elevada reatividade) • Subprodutos • Sílica ativa (Elevada reatividade) • Cimentante • Escória de alto forno (E) • Inerte • Calcário moído (F) CIMENTO PORTLAND Adições minerais São produtos minerais que possuem certa quantidade de minerais reativos, os quais possuem a capacidade de reagir com o Ca(OH)2, liberado na hidratação do clínquer, na presença da água, produzindo silicato de cálcio hidratado (CSH). C3S+H20 CSH+Ca(OH)2 Poz+Ca(OH)2+H20 CSH Cimento Portland Reação Pozolânica CIMENTO PORTLAND Adições minerais - Pozolanas
  7. 7. 7 • A reação pozolânica é lenta, sendo liberado menos calor de hidratação, principalmente, nas idades iniciais; • A reação pozolânica consome Ca(OH)2 em vez de produzí-lo; • A reação pozolânica induz o refinamento dos poros, pela nucleação dos cristais de hidróxido de cálcio. CIMENTO PORTLAND Adições minerais - Pozolanas •São adições minerais que, por si só, possuem atividade hidraúlica, necessitando apenas da presença de água para o endurecimento. • Possuem propriedades semelhantes às pozolanas CIMENTO PORTLAND Adições minerais - Cimentantes ESCÓRIA GRANULADA DE ALTO FÔRNO (E) São adições que não reagem com nenhum dos compostos do clínquer hidratado, entrando apenas como carga. CIMENTO PORTLAND Adições minerais - Inertes FILLER CALCÁRIO (F) CIMENTO PORTLAND Propriedades – Resistência mecânica • Endurecimento - resistência mecânica ▫ Processo de preenchimento progressivo dos espaços vazios da pasta com os produtos, com redução na porosidade e permeabilidade ▫ Importância:  Determina a capacidade resistente do material aos diversos tipos de esforços (compressão, tração, cisalhamento). • Determinação - NBR 7215:  Resistência à compressão e tração na compressão diametral - cp cilíndrico  Tração na flexão - cp prismático CIMENTO PORTLAND Propriedades – Resistência mecânica CP II E - 32 CP – Cimento Portland II - Composto E – Escória de Alto Fôrno 32 – Res. Mínima à compressão, em MPa, nas condições: •a/c=0,48 •Idade: 28 dias •T.U.P.: 1:3 (cim:areia padrão normalizada) CIMENTO PORTLAND Propriedades - Finura • Finura ▫ Corresponde à área específica de contato dos grãos de cimento com a água da mistura, tanto maior quanto mais eficiente for a moagem do clínquer com gesso ▫ Determinação:  Finura (NBR 11.579): peneiramento (nº 200 e nº 325)  Área específica (NM 76): Permeabilímetro de Blaine
  8. 8. 8 ▫ Influência no comportamento do cimento: ▫ Aumento das resistências iniciais e finais; ▫ Aumento do calor de hidratação em um espaço de tempo menor; ▫ Aumento do consumo de água, isto é, necessita-se elevar relação água/materiais secos para manter a mesma trabalhabilidade; ▫ Melhora a estabilidade da mistura no estado fresco, reduzindo o fenômeno de exsudação. CIMENTO PORTLAND Propriedades - Finura CIMENTO PORTLAND Propriedades – Tempo de pega • Pega ▫ Termo usado para descrever a solidificação da pasta plástica de cimento  Início de pega: Marca o ponto no tempo em que a pasta torna-se não trabalhável  Fim de pega: Tempo necessário para a pasta se torne totalmente rígida ▫ Importância:  Determina o período de tempo que o concreto pode ser trabalhado após o seu lançamento. CIMENTO PORTLAND Propriedades – Tempo de pega • Pega ▫ Determinação: Aparelho de Vicat  NM 43: Água da pasta de consistência normal  NM 65: Tempo de pega  Início de pega: Agulha penetra 36mm na pasta  Fim de pega: Agulha faz uma impressão na superfície da pasta, sem penetrar ▫ Enrijecimento:  Perda de consistência da pasta plástica do cimento - está relacionada com a perda de abatimento do concreto. CIMENTO PORTLAND Propriedades – Tempo de pega CIMENTO PORTLAND Propriedades - Expansibilidade • Expansibilidade - sanidade - estabilidade volumétrica ▫ Retrata a variação de volume do cimento após a pega, por conta de hidratação lenta ou reação expansiva com algum composto presente no cimento endurecido  CaO, MgO, gesso - sulfato de cálcio (formação de etringita atrasada) ▫ Determinação (MB3435):  Ensaios em auto clave. CIMENTO PORTLAND Propriedades - Expansibilidade
  9. 9. 9 CIMENTO PORTLAND Propriedades – Calor de hidratação • Calor de hidratação ▫ Representa o calor gerado pela reação exotérmica de hidratação do cimento ▫ Importância:  Execução de peças com grande volume de concreto (concreto massa) - barragens, blocos de fundação  Regiões com baixa temperatura ambiente ▫ Determinação:  Calorímetro (difícil avaliação precisa - encontrado apenas em grandes laboratórios) Limites Ensaios und CP V RS CP II F 32 CP II Z 32 RS CP IV 32 RS Adição de material carbonático % 0 - 5 6 -10 0- 10 0- 5 Adição de pozolana % 6 -14 15-50 Res. na peneira Nº 200 %  6  12  12  8 Finura Área especifica m2 /kg 300 260 260 Tempo de início de pega h 1 >1 >1 >1 Tempo de fim de pega h <10 <10 <10 <10 Resíduo insolúvel % <1 <2,5 <16 1 dia MPa 14 3 dias MPa 24 10 10 10 7 dias MPa 34 20 20 20 Resistência à compressão 28 dias MPa 32 32 32 Cimentos comercializados na RMR CIMENTO PORTLAND Propriedades - ensaios CIMENTO PORTLAND Água presente na pasta endurecida • Água capilar - água presente nos poros de grande dimensão (> 50Å), livre das forças de atração exercidas pela superfície sólida (água livre ou retida por tensão capilar) • Água adsorvida - refere-se àquela água próxima da superfície do sólido, sob influência das suas forças de atração CIMENTO PORTLAND Água presente na pasta endurecida • Água intramolecular (água de gel) - camada molecular de água presente ente as camadas de C-S-H, sendo perdida somente por secagem com umidade inferior a 11% (retração autógena) • Água quimicamente combinada - é a água integrante da estrutura dos produtos hidratados do cimento (C-S-H, Ca(OH)2, sulfoaluminatos de cálcio hidratados) CIMENTO PORTLAND Vazios presentes na pasta endurecida • Espaço intramolecular do C-S-H - vazio existente entre as camadas de C-S-H, não tendo influência quanto à resistência e permeablidade • Vazios capilares - espaço não preenchido pelos componentes sólidos da pasta (cimento anidro + água = produtos de hidratação + vazios) - porosidade ▫ macroporos (>50nm) -  resistência e permeabilidade ▫ microporos (<50nm) - retração por secagem e fluência • Ar incorporado - vazios obtidos por meio de aditivos (50 a 200m), a fim de incrementar a trabalhabilidade, ou durante a operação de mistura (até 3mm) -  resistência e permeabilidade

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