Cimento

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA COLEGIADO DE ENGENHARIA CIVIL MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO II DISCENTE: Brunelle de Oliveira Santos Emilly Pereira Leite Flávio Silva de Oliveira LABORATÓRIO DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO II CIMENTO PORTLAND Feira de Santana 2012 BRUNELLE DE OLIVEIRA SANTOS EMILLY PEREIRA LEITE FLÁVIO SILVA DE OLIVEIRA Relatório requisitado como avaliação à disciplina Materiais de Construção II - Prática, ministrada pelo professor Antônio Freitas, do curso de Engenharia Civil, semestre 2011.2, da Universidade Estadual de Feira de Santana. Feira de Santana 2012 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 1.AGLOMERANTES 1.1 Definição Aglomerantes são os materiais ligantes, em geral pulverulentos, que servem para solidarizar os grãos de agregados inertes. São utilizados na obtenção das argamassas e concretos, na forma da própria pasta e também na confecção de natas. As pastas são, portanto, misturas de aglomerante com água. São pouco usadas devido aos efeitos secundários causados pela retração. Podem ser utilizadas nos rejuntamentos de azulejos e ladrilhos. As natas são pastas preparadas com excesso de água. As natas de cal são utilizadas em pintura e as de cimento são usadas sobre argamassas para obtenção de superfícies lisas. 1.2 Classificação dos Aglomerantes Os aglomerantes podem ser classificados, quanto ao seu princípio ativo, em: aéreos: são os aglomerantes que endurecem pela ação química do CO2 no ar, como por exemplo a cal aérea. hidráulicos: são os aglomerantes que endurecem pela ação exclusiva da água, como por exemplo a cal hidráulica, o cimento Portland, etc. Este fenômeno recebe o nome de hidratação. poliméricos: são os aglomerantes que tem reação devido a polimerização de uma matriz, por exemplo: resina epoxídica. 2. CIMENTO PORTLAND 2.1. Nota histórica O termo "cimento" é proveniente do latim "Caecmentun" que significa pedaços de pedras ásperas e não talhadas. Os antigos egípcios usam gesso impuro calcinado. Os gregos e os romanos empregaram calcários calcinados e, posteriormente, efetuaram a mistura de cal, água, areia e pedra britada, sendo considerado o primeiro concreto da história. Como as argamassas confeccionadas com cal não endurecem debaixo d'água, os romanos trituraram cal com cinzas vulcânicas ou com telhas de argilas queimadas finamente moídas, onde a sílica ativa e a alumina da cinza e das telhas se combinavam com o calcário formando o cimento pozolânico, denominação originada da cidade de Pozzuoli, onde foi obtida a cinza inicialmente. A Idade Média trouxe um declínio na qualidade e no uso do cimento e somente no século XVIII ocorreu o seu avanço tecnológico. Em 1756, John Smeaton constatou a importância da argila misturada ao calcário calcinado, sendo o precursor a reconhecer as propriedades químicas da cal hidratada. O desenvolvimento do cimento prosseguiu com os cimentos hidráulicos, como o "cimento romano" onde se nódulos de calcário argiloso, culminando na patente do cimento Portland. Este cimento era fabricado aquecendo-se uma mistura de argila, finamente dividida, e calcário, num forno até a eliminação do CO2, sendo que a temperatura era bem inferior à necessária para a formação do clínquer. O cimento moderno foi criado em 1845, por Isaac Johnson, queimando uma mistura de argila e greda (giz) até a formação do clínquer, possibilitando a ocorrência das reações necessárias à formação de compostos de alta resistência. O nome de cimento Portland, devido à semelhança de cor e de qualidade do cimento hidratado com a pedra de Portland, é empregado até os dias atuais para designar um cimento obtido pela mistura apropriada de materiais calcários e argilosos, ou outros materiais contendo sílica, alumina ou óxido de ferro, aquecidos a uma temperatura necessária para a clinquerização e moendo- se o clínquer resultante. O seu emprego é consagrado na fabricação de concreto (origem latina "concretus" que significa "crescimento junto"). Salienta-se que a degradação das obras executada com o concreto de cimento Portland possui causas externas como, por exemplo, químicas, físico- químicas ou mecânicas. A extensão da deterioração depende da qualidade do concreto embora se deva considerar as eventuais reações com os agregados, a permeabilidade e as variações volumétricas. 2.2 Definição A ASTM C 150 define o cimento Portland como um aglomerante hidráulico produzido pela moagem do clínquer, que consiste essencialmente de silicatos de cálcio hidráulicos, usualmente com uma ou mais formas de sulfato de cálcio como um produto de adição. Os clínqueres são nódulos de 5 a 25 mm de diâmetro de um material sinterizado, produzido quando uma mistura de matérias primas de composição pré determinada é aquecida a altas temperaturas. 2.3 Composição do cimento Portland (Matérias – primas) CLÍNQUER: possui o calcário e a argila como matérias-primas. A rocha calcária é, inicialmente, britada, depois moída em conjunto com a argila em proporção adequada. Essa mistura passa por um sistema pré-aquecedor, que consiste numa série de ciclones, para, então, atravessar zonas de queima do forno rotativo, com temperatura interna de aproximadamente 1450 ºC. O calor gerado transforma a mistura em um novo material, denominado clínquer, que se apresenta em nódulos. Na saída do forno, o clínquer ainda incandescente, é bruscamente resfriado, posteriormente é moído e com a adição de gesso e/ou outras adições especificadas pela normalização brasileira, transforma-se no cimento, com propriedade de desenvolver reação química em presença de água, torna- se pastoso e, em seguida, endurecendo, adquirindo elevada resistência mecânica e durabilidade; essas características resultam num ligante hidráulico muito resistente. ADIÇÕES: São as matérias-primas (como por exemplo, o gesso, as escórias de alto-forno, os materiais pozolânicos e os materiais carbonáticos) que misturadas ao clínquer na fase de moagem, segundo os requisitos prescritos na normalização brasileira, permitem a fabricação dos diversos tipos de cimento Portland disponíveis no mercado. GESSO: A função do gesso é aumentar o tempo de endurecimento do clínquer moído, caso isto não ocorresse o cimento, em contato com a água, endureceria instantaneamente, inviabilizando o seu emprego nas obras de construção civil. Sendo assim, esta presente em todos os cimentos no teor de aproximadamente 3%. ESCÓRIA: As escórias de alto-forno são obtidas durante a produção do ferro-gusa, nas indústrias siderúrgicas e possuem forma de grãos de areia. Antigamente eram consideradas como um resíduo siderúrgico, até se descobrir a sua propriedade de ligante hidráulico, ou seja, regem na presença da água, principalmente em meio alcalino, desenvolvendo características aglomerantes de forma semelhante ao clínquer, sendo assim tornou-se possível sua adição a moagem deste com o gesso, guardando certas proporções e, obtendo um tipo de cimento que atende plenamente aos mais comuns e que apresenta melhoria em algumas propriedades, como: menor calor de hidratação, maior durabilidade, em especial em ambientes agressivos. POZOLANA: Os materiais pozolânicos são as rochas vulcânicas, certos tipos de argilas queimadas em elevadas temperaturas (entre 550 °C a 900 ºC) e, também, as cinzas provenientes da queima de carvão mineral em usinas termelétricas, dentre outros. Da mesma forma que as escórias de alto-forno, estudos comprovaram que esses materiais quando pulverizados em partículas muito finas, também possuem propriedade de ligante hidráulico, ou seja, desenvolvem reações químicas que os tornam pastosos e depois endurecidos. Entretanto, as reações ocorrem, somente, se além da água, os materiais pozolânicos finamente moídos, foram colocados na presença de mais um outro material, o clínquer. Sendo assim, torna-se viável sua adição até um determinado limite, especificado pela normalização brasileira. Os cimentos com essas adições oferecem a vantagem de maior impermeabilidade aos concretos e as argamassas. SÍLICA ATIVA: Trata-se de um produto obtido nos filtros durante a fabricação do silício-metálico. Ao sair do forno elétrico onde é gerado na forma de gás SiO, oxida-se passando a SiO2, formando partículas sólidas extremamente finas (menor que a do cimento) na ordem de 0,2 µm. A sílica apresenta-se amorfa e com baixo grau de cristalização. Sua adição ao preparo do concreto ou na fabricação de cimentos especiais resulta na obtenção de produtos com características de boa resistência a ataques químicos, elevada resistência mecânica, maior aderência, impermeabilidade e inibição da reação álcali-agregado. Sua importância na engenharia, atualmente, é tão grande pois tornou possível a realização de obras com CAD (concreto de alto desempenho) ou cimento pré-aditivados como, por exemplo, CPV – RS- MS. A sua ação compara-se a de uma superpozolana, reagindo com o hidróxido de cálcio liberado na hidratação do cimento (clínquer) formando o silicato de cálcio hidratado, que otimiza todos os aspectos do concreto e das argamassas resultantes. CARBONATOS: Os materiais carbonáticos são minerais moídos, tais como o calcário. Essa adição torna os concretos e as argamassas mais trabalháveis, porque os grãos moídos possuem dimensões adequadas para se alojar entre as partículas dos demais componentes do cimento, funcionado como um lubrificante. Quando presentes nos cimentos são conhecidos como filer calcário. 2.4 Processo de fabricação e principais compostos As matérias-primas empregadas no processo de fabricação do cimento Portland são extraídas britadas, transportadas e passam pelo processo de pré-homogeneização. Salienta-se que o calcário é a principal matéria-prima, seguida da argila (empregada para fornecer os silicatos de alumínio e ferro que reagem com a cal no interior do forno, formando o clínquer), da areia (adicionada quando há deficiência de SiO2 na argila) e do minério de ferro (adicionado quando há deficiência de Fe2O3 na argila). Durante o processo, esses materiais são analisados fisicamente e quimicamente e após a pré-homogeneização do calcário e da argila, são transportados para moinho de bolas ou rolos onde são pulverizados e passam a denominar-se farinha crua. A farinha obtida é homogeneizada e lançada no pré-aquecedor do forno rotativo, iniciando-se o processo de transformação mineral da matéria-prima (calcinação) resultando na clinquerização do produto. O clínquer é constantemente analisado, sendo selecionado e armazenado e, finalmente, produz-se os diversos tipos de cimentos, segundo os requisitos da normalização brasileira. Após a sua estocagem, o clínquer é finamente moído onde se adiciona o gesso a fim de se controlar o tempo de pega. Para o caso dos cimentos compostos, neste momento, também, são inseridas as adições (escória de alto-forno, pozolana, etc) nas proporções adequadas. ENSAIOS 1.5 CIMENTO PORTLAND – DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO CONCEITOS E INFORMAÇÕES IMPORTANTES A resistência à compressão do cimento é avaliada de corpos-de-prova cilíndricos com dimensões de 50 mm de diâmetro e100 mm de altura. Através de um traço normalizado, executado com areia padrão. È um importante ensaio para o controle de qualidade do cimento. A resistência de um material é definida como a capacidade de este resistir à tensão sem ruptura. A ruptura é algumas vezes identificada com o aparecimento de fissuras. No concreto, porém, a resistência é relacionada com a tensão requerida para causar a fratura e é sinônimo do grau de ruptura no qual a tensão aplicada alcança seu valor máximo. Nos projetos de estrutura de concreto, resistência é a propriedade geralmente especificada. Isto porque, comparada a outras propriedades a resistência é facilmente ensaiada, além de propriedades como módulo de elasticidade, estanqueidade, impermeabilidade e durabilidade, estarem diretamente relacionadas e poderem ser deduzidas indiretamente através dela. Além da classificação dos cimentos quanto a composição, eles também são classificados quanto a resistência mínima aos 28 dias. As classes de resistência normatizada são: 25, 32 e 40 MPa. ROTEIRO DA PRÁTICA NORMA UTILIZADA: ABNT NBR 7215 – Cimento Portland - Determinação da Resistência à Compressão OBJETIVO: determinação da resistência à compressão do Cimento Portland OBS.: Equipamentos, Materiais Utilizados e Procedimento constam na norma utilizada para realizar o ensaio. OBTENÇÃO DOS RESULTADOS Resistência individual Calcular a resistência à compressão, em megapascal, de cada corpo-de- prova, dividindo a carga de ruptura pela área da seção do corpo-de-prova. Resistência média Calcular a média das resistências individuais, em megapascal, dos quatro corpos-de-prova ensaiados na mesma idade. O resultado deve ser arredondado ao décimo mais próximo. Desvio relativo máximo Calcular o desvio relativo máximo da série dos quatro resultados da resistência individual dividindo o valor absoluto da diferença entre a resistência média e a resistência individual que mais se afaste desta média, para mais ou para menos, pela resistência média e multiplicando este quociente por 100. A porcentagem obtida deve ser arredondada ao décimo mais próximo. Expressão dos resultados O certificado de ensaio deve consignar as quatro resistências individuais, a resistência média e o desvio relativo máximo, em cada idade. Quando o desvio relativo máximo for superior a 6%, calcular uma nova média, desconsiderando o valor discrepante. Persistindo o fato, eliminar os corpos- de-prova de todas as idades, devendo o ensaio ser totalmente refeito. O resultado final, em cada idade, é a resistência média. DADOS E RESULTADOS DO ENSAIO Todos os corpos de prova obtiveram relação altura/diâmetro aproximadamente igual a 2, cujo fator de correlação é 1. Em nenhuma idade foi necessário descartar mais de uma vez um CP por o desvio relativo máximo ser maior que 6%, portanto o ensaio não precisou ser refeito. Classe do cimento quanto a resistência aos 28 dias: 32 MPa. Dados do experimento na planilha na página seguinte. REFERENCIA ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. 7215 – Cimento Portland - Determinação da Resistência à Compressão:NBR 7219/1996. Rio de Janeiro. ARAUJO, RODRIGUES E FREITAS. Materiais de Construção: Aglomerantes. Disponível em: http://www.ufrrj.br/institutos/it/dau/profs/edmundo/Aglomerantes.pdf. Acesso em: 18 de dezembro de 2011. E-CIVIL. Aglomerantes hidráulicos. Disponível em: http://www.ecivilnet.com/artigos/aglomerantes_hidraulicos.htm. Acesso em: 18 de dezembro de 2011. MEHTA, P. K.(Povindar K.); MONTEIRO, Paulo Jose Melaragno. Concreto: estrutura, propriedades e materiais. Sao Paulo: PINI, 1994. 573p ISBN 8572660402 (broch.)