Materiais de Construcao Aglomerantes Cimento Calcario e Argila - Guia Completo

Materiais de Construção Aglomerantes Marcio Varela Aglomerantes CIMENTO Material pulverulento de cor acinzentada resultante da queima do calcário argila e posterior adição de gesso Aglomerantes Matériasprimas para Produção do Cimento O Cimento portland depende principalmente para sua fabricação dos seguintes produtos minerais Calcário Argila e Gesso Aglomerantes CALCÁRIO O calcário é o carbonato de cálcio CaCO3 que se apresenta na natureza com impurezas como óxidos de magnésio MgO Carbonato de cálcio puro ou calcita sob ação do calor decompõese do seguinte modo CaCO3 100 CaO CO2 56 44 Aglomerantes ARGILA A argila empregada na fabricação do cimento é essencialmente constituída de um silicato de alumíno hidratado geralmente contendo ferro e outros minerais em memores proporções A argila fornece os óxidos SiO2 Al2O3 e Fe2O3 necessários ao processo de fabricação do cimento Aglomerantes GESSO O gesso é o produto de adição final no processo de fabricação do cimento portland com o fim de regular o tempo de pega por ocasião das reações de hidratação É encontrado sob as formas de gipsita CaSO42H2O hemidrato ou bassanita CaSO405H2O e anidrita CaSO4 Aglomerantes Fabricação do Cimento Portland preparo e dosagem da mistura crua homogeneização cliquerização esfriamento adições finais e moagem e ensacamento Aglomerantes Preparo da mistura crua Calcário e as argilas em proporções predeterminadas são enviadas ao moinho de cru moinho de bolas de barras de rolos onde se processa o início da mistura íntima das matériasprimas e ao mesmo tempo a sua pulverização de modo a reduzir o diâmetro das partículas a 0050 mm em média A moagem conforme se trate de via úmida ou seca é feita com ou sem presença de água Aglomerantes Dosagem da mistura crua A determinação da porcentagem de cada matériaprima na mistura crua depende essencialmente da composição química das matériaprimas e da composição que se deseja obter para o cimento portland quando terminado o processo de fabricação Aglomerantes São numerosos os métodos de controle da composição química da mistura crua sendo os métodos seguintes as mais empregados Módulo hidráulico Michaelis Módulo de sílica Módulo de aluminaferro Aglomerantes Homogeneização A matériaprima devidamente dosada e reduzida a pó muito fino após a moagem deve ter a sua homogeneidade assegurada da melhor forma possível Aglomerantes Processo de fabricação por via úmida A matériaprima é moída com água e sai dos moinhos sob a forma de uma pasta contendo geralmente de 30 a 40 de água e é bombeada para grandes tanques cilíndricos onde se processa durante várias horas a operação de homogeneização Processo de fabricação por via seca A matériaprima sai do moinho já misturada pulverizada e seca Normalmente os moinhos de cru do sistema por via seca trabalham com temperaturas elevadas 300 400ºc no seu interior o que permite secála menos de 1 de umidade QUADRO 2 Temperatura Processo Reação Até 100C Evaporação da água livre endotérmica 500C e acima Desidroxilação dos minerais argilosos 900C e acima Cristalização dos argilominerais decompostos 900C e acima Decomposição do carbonato 900C a 1200C Reação do CaO com os silicoaluminatos 1250C a 1280C Início de formação da fase vítrea Acima de 1280C Formação de vidro e dos compostos do cimento clinquerização No processo por via úmida todo o processamento termoquímico necessário à produção do clínquer se dá no forno rotativo No processo por via seca até temperatura da ordem de 900ºC a 1000ºC o processamento da mistura crua se dá em intercambiadores de calor do tipo ciclone ou de contracorrente O processamento restante realizase no forno de comprimento reduzido que recebe a mistura já na referida temperatura Esfriamento No forno como resultado do tratamento sofrido a matériaprima transformase em clínquer Na saída o material apresentase na forma de bolas de diâmetro máximo variável entre 1cm a 3cm As bolas que constituem o clínquer saem do forno a uma temperatura da ordem de 1200ºC a 1300ºC pois há um início de abaixamento de temperatura na fase final ainda no interior do forno O clínquer sai do forno e passa ao equipamento esfriador que pode ser de vários tipos Sua finalidade é reduzir a temperatura mais ou menos rapidamente pela passagem de uma corrente de ar frio no clínquer Dependendo da instalação na saída do esfriador o clínquer apresenta se com temperatura entre 50ºC e 70ºC em média O clínquer após o esfriamento é transportado e estocado em depósitos Adições Finais O cimento portland de alta resistência inicial NBR 5733 EB2 o cimento portland branco o cimento portland de moderada resistência aos sulfatos e moderado calor de hidratação MRS e o cimento portland de alta resistência a sulfatos ARS NBR 5737 EB903 não recebem outros aditivos a não ser o gesso O cimento portland de alto forno NBR 5735 EB208 além de gesso recebe 25 a 65 de escória básica granulada de alto forno O cimento portland pozolânico NBR 5736 EB 758 recebe além do gesso a adição de material pozolânico cinza volante argila calcinada ou pozolana natural nos seguintes teores de 10 a 40 para o tipo 250 e de 10 a 30 para o tipo 320 para o cimento portland comum NBR 5732 EB1 é permitida a adição de escória granulada de alto forno num teor de até 10 de massa total do aglomerante O clínquer portland e seus aditivos passam ao moinho para a moagem final onde se assegura ao produto a finura conveniente de acordo com as normas Ensacamento O cimento portland resultante da moagem do clínquer com os aditivos permitidos é transportado mecânica e pneumaticamente para os silos de cimento a granel onde é estocado Após os ensaios finais de qualidade do cimento estocado ele é enviado aos silos para a operação de ensacamentooperação feita em máquinas especiais que automaticamente enchem os sacos e os soltam assim que atingem o peso especificado de 50 Kg CLÍNQUER PORTLAND E SEUS COMPOSTOS ANIDROS No interior do forno de produção de cimento a sílica a alumina o óxido de ferro e a cal reagem dando origem ao clínquer cujos compostos principais são os seguintes silicato tricálcico 3CaO SiO2 C3S silicato dicálcico 2CaO SiO2 C2S aluminato tricálcico 3CaO Al2O3 C3A ferroaluminato tetracálcico 4CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF Todos esses compostos têm a propriedade de reagir em presença da água por hidrólise dando origem então a compostos hidratados O esfriamento brusco do clíquer se destina sobretudo a impedir a formação de periclásio pois os cristais de periclásio do cimento portland poderão transformarse em MgOH2 hidróxido de magnésio ou brucita quando o concreto que os contenha seja empregado em obras sujeitas à presença de umidade Aglomerantes Hidratação do Cimento Portland As questões técnicas relacionadas com a hidratação do cimento portland são extremamente complexas Há entretanto alguns aspectos gerais que permitem que se forme uma idéia global da questão encarada do ponto de vista de cristalização e das reações químicas Cristalização Os compostos anidros do cimento portland reagem coma água hidrólise dando origem a compostos hidratados de duas categorias a compostos cristalinos hidratados e b gel Formação do Gel Entrando em contato com a água começa no fim de algum tempo a apresentar em sua superfície sinais de atividade química pelo aparecimento de cristais que vão crescendo lentamente e pela formação de uma substância gelatinosa que o envolve ou seja o gel O gel que se forma inicialmente possui uma porcentagem muito elevada de água e é designada por gel instável o gel é uma gelatina sendo o gel instável uma gelatina muito mole Compostos Cristalinos Para se desenvolverem necessitam de água que ao cabo de pouco tempo é inteiramente transformada em gel O processo de desenvolvimento dos cristais se faz retirando a água do gel instável que à medida que vai perdendo água transformase em gel estável e tornase responsável em grande parte pelas propriedades mecânicas de resistência das pastas hidratadas Figura 12 Detalhe da ferrita de cálcio hidratada mostrada na Figura 11 Figura 6 Micrografias do concreto modificado com 1 em peso de pilha zincocarvão após 28 d de cura a 23 C e umidade acima de 95 A Aspecto geral da amostra 1000X B e C Detalhes das agulhas 5000X Figure 6 Micrographs of modified concrete with 1 wt of zinccoal addition after 28 d of aging in 95 relative humidity and 23 C A General aspect 1000X B and C Needle details 5000X Figura 3 Silicato dicálcico 1 e 3 e silicato tricálcico 2 presentes na amostra de escória LD Figura 7 Silicato de cálcio hidratado 1 e 2 presente na amostra de escória EAF Hidratação dos principais compostos do cimento profundidade alcançada pela hidratação em mícrons com o tempo Tempo C3A C3S C2S 3 horas 435 168 1 dia 225 028 3 dias 568 7 dias 432 062 28 dias 568 444 083 5 meses 35 A inspeção do Quadro acima evidencia que a resistência do cimento portland a até os 3 dias é assegura pela hidratação dos aluminatos e silicatos tricálcicos b até os 7 dias praticamente pelo aumento da hidratação de C3S c até os 28 dias continua a hidratação do C3S responsável pelo aumento de resistência com pequena contribuição do C2S e d acima de 28 dias o aumento de resistência passa a ser devido à hidratação de C2S Aplicações de cada tipo de Cimento Cimento CPI Concreto em geral sem exposição ao sulfato CPII Z pozolânico obras civis em geral subterrâneas marítimas e industriais CP II E escória de alto forno baixo calor de hidratação Resistente a sulfatos CP II F Filer material carbonático Para aplicações gerais CP III AF Alto Forno baixo calor de hidratação assim como alta resistência à expansão devido à reação álcaliagregado além de ser resistente a sulfatos obras de concreto massa CP IV 32 pozolana obras expostas à ação de água corrente e ambientes agressivos baixo calor de hidratação CP V ARI resistência inicial elevada e desforma rápida CP RS redes de esgotos de águas servidas ou industriais e água do mar CP BC Baixo calor de hidratação obras de concretomassa CP B Branco Estrutural de 25 a 40 MPa Não estrutural rejuntes e aplicações sem responsabilidades estruturais Exigências das Normas As principais exigências particularmente da NBR 5732 EB177 que interessam sobretudo ao consumidor de cimento são a seguir indicadas Quanto à composição química Perda de fogo O ensaio de perda de fogo NBR 5743 MB510 se faz por diferença de pesagens de amostra de cimento portland elevada à temperatura de 900ºC a 1000ºC em cadinho de platina Dessa forma medese a perda de água de cristalização o que constitui uma indicação sobre o eventual início de hidratação do cimento b perda de CO2 se houve início de carbonatação reação com o CO2 do ar ou se existir misturado no cimento pó de CaCO3 e c a perda ao fogo é de no máximo 40 de acordo com a NBR 5732 EB 177 Quanto as características físicas Finura As dimensões dos grãos do cimento portland podem ser avaliadas por meio de vários ensaios porém praticamente o mais utilizado é o seguinte Por peneiramento NBR 7215 ABNT MB1 a peneira empregada no ensaio é a ABNT 0075mm nº 200 e deve satisfazer à norma NBR 5734 EM22 A norma indica para o CPC um resíduo máximo de 15 para os tipos 250 e 320 e máximo de 10 para o tipo 400 Resistência a Compressão A resistência à compressão é uma das características mais importantes do cimento portland e é determinada em ensaio normal descrito na NBR 7215 MB1 Os cimentos CPC AF POZ ARS MRS e ARI devem apresentar no mínimo as seguintes resistências Aglomerantes CPC Cimento Portland Comum Tipo 250 Tipo 320 Tipo 400 MPa Kgfcm2 MPa Kgfcm2 MPa Kgfcm2 3 dias 8 80 10 100 14 140 7 dias 15 150 20 200 24 240 28 dias 25 250 32 320 40 400 Aglomerantes Cimento Portland de Alto Forno CPAF Tipo 250 Tipo 320 MPa Kgfcm2 MPa Kgfcm2 3 dias 8 80 10 100 7 dias 15 150 18 180 28 dias 25 250 32 320 Aglomerantes Cimento Portland Pozolânico CPZ ou CPPOZ Tipo 250 Tipo 320 MPa Kgfcm2 MPa Kgfcm2 3 dias 7 70 10 100 7 dias 15 150 18 180 28 dias 25 250 32 320 90 dias 32 320 40 400 Aglomerantes Cimento Portland de Alta Resistência a Sulfatos CPARS Cimento Portland de Moderada Resistência a Sulfatos CPMRS ARS MRS MPa Kgf cm2 MPa Kgfcm2 3 dias 7 70 7 dias 10 100 13 130 28 dias 20 200 25 250 Aglomerantes Cimento Portland de Alta Resistência Inicial CPARI ARI MPa Kgf cm2 3 dias 11 110 7 dias 22 220 28 dias 31 310 Aglomerantes Ensaio de Resistência a Compressão NBR 7215 O método compreende a determinação da resistência à compressão de corposde prova cilíndricos de 50 mm de diâmetro e 100 mm de altura O ensaio é feito com argamassa normal de traço 13 e o fator águacimento em 048 para o ensaio normal A colocação da argamassa na forma é feita com o auxílio da espátula em quatro camadas de alturas aproximadamente iguais recebendo cada camada 30 golpes uniformes com o soquete normal homogeneamente distribuídos Esta operação deve ser terminada com a rasadura do topo dos corposdeprova por meio da régua que o operador faz deslizar sobre as bordas da forma em direção normal à régua dandolhe também um ligeiro movimento de vaivém na sua direção Resultados Resistência individual Calcular a resistência à compressão em megapascals de cada corpodeprova dividindo a carga de ruptura pela área da seção do corpodeprova Resistência média Calcular a média das resistências individuais em megapascals dos quatro corpos deprova ensaiados na mesma idade O resultado deve ser arredondado ao décimo mais próximo This image is blank or contains no text Definição dos Tipos de Cimentos Reações químicas Os compostos anidros do cimento portland reagem com a água por hidrólise dando origem a numerosos compostos hidratados Em forma abreviada são indicadas algumas das principais reações de hidratação dos compostos do cimento a O C3A é o primeiro a reagir da seguinte forma C3A CaO 12H2O Al2O3 4CaO 12H2O b O C3S reage a seguir C3S 45 H2O SiO2 CaO 25 H2O 2Ca OH2 2C3S 6H C3S2 3 H 3Ca OH2 dando origem ao silicatos monocálcicos hidratados c O C2S reage muito mais tarde do seguinte modo C2S 35 H2O SiO2 CaO 25 H2O Ca OH2 2C2S 4H C3S23H Ca OH2 Tabela A2 Quantidades de materiais Material Massa para mistura g Cimento Portland 624 04 Água 300 02 Areia normal fração grossa 468 03 fração média grossa 468 03 fração média fina 468 03 fração fina 468 03 NOTAS 1 Para moldar os quatro corposdeprova necessários à determinação da resistência à compressão média para três idades devem ser realizados dois amassamentos ou misturas 2 Nos cimentos nos quais se controlam mais de três idades efetuar amassamento extra obedecendo à mesma quantidade de materiais Cimento Portland de Alto Forno NBR 5735 EB20874 O cimento portland de alto forno de acordo com a NBR 5735 EB208 é o aglomerante hidráulico obtido pela moagem de clínquer portland e escória granulada de alto forno com adição eventual de sulfato de cálcio O conteúdo de escória granulada de alto forno deve estar compreendido entre 25 e 65 da massa total O cimento portland de alto forno é de emprego generalizado em obras de concreto simples concreto armado e protendido Além disso considerase indicado o seu emprego em concreto exposto a águas agressivas com água do mar e sulfatadas dentro de certos limites O emprego de cimento portland de alto forno em obras marítimas sobretudo em países tropicais ou subtropicais e em terrenos com águas sulfatadas é justificado pelo fato de possuírem pequena proporção de aluminato tricálcico e maior proporção de silicatos de cálcio de menor basicidade que produzem na hidratação menor quantidade de hidróxido de cálcio Cimento Portland Pozolânico NBR 5736 EB 75874 O cimento portland pozolânica de acordo com a NBR 5736 EB 75874 é o aglomerante hidráulico obtido pela moagem da mistura de clínquer portland e pozolana sem adição durante a moagem de outra substância a não ser uma ou mais formas do sulfato de cálcio De acordo com a seção 31 da norma acima citada o teor de pozolana é de 10 a 40 da massa total do cimento portland pozolânico para o tipo 250 e 10 a 30 da massa total do cimento pozolânico para o tipo 320 O cimento portland pozolânico é de emprego generalizado no concreto não havendo contraindicação quanto ao seu uso desde que respeitadas as suas peculiaridades principalmente quanto às menores resistências nos primeiros dias e a necessidade conseqüente de cuidadosa cura Cimento Portland Branco O cimento portland branco é um cimento portland comum produzido com matériaprima que não apresente coloração prejudicial à sua brancura característica Assim reduzse ao mínimo o teor de ferro sendo evitado o emprego de argilas que contenham ferro e outros elementos como manganês magnésio titânio etc Os óxidos de ferro usados na fabricação do cimento são fundentes e portanto reduzem a temperatura de clinquerização No caso dos cimentos brancos devido a ausência de fundente a clinquerização se dá a temperaturas mais elevadas da ordem de 1500 ºC acarretando o emprego no forno de refratários de maior custo além de exigir maior consumo de combustível O cimento portland branco apresenta resistência à compressão elevada mais seu emprego geralmente visa fins estéticos e como matériaprima na fabricação de tintas Guias e sarjetas revestidas de argamassa de cimento branco têm o seu uso indicado no interior de túneis subsolo de edifícios etc