Aglomerantes-2023-2

11/08/2023 1 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Materiais de Construção ( TC-030) AGLOMERANTES Ministério da Educação Universidade Federal do Paraná Setor de Tecnologia Departamento de Construção Civil Versão 2019 Professores José de Almendra Freitas Jr. - freitasjose@terra.com.br Laila Valduga Artigas – artigas@ufpr.br Heloisa Fuganti Campos – heloisacampos@ufpr.br AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CLASSIFICAÇÃO 11/08/2023 2 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Classificação Aglomerantes Quimicamente inertes Quimicamente ativos Aéreos Hidráulicos Simples Compostos Mistos Com adições Resiste bem à ação da água após endurecido? AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I DEFINIÇÃO São produtos capazes de provocar a aderência dos materiais. CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO MODO DE ENDURECER: • Quimicamente inertes: • Endurecem por simples secagem. • Ex: argilas, betumes. • Quimicamente ativos: • Endurecem pela ação de reações químicas. • Ex: cimento Portland, Cal aérea AGLOMERANTES AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO MODO DE ENDURECER: • Quimicamente ativos: Endurecem devido a reações químicas. • Aéreos – • Necessitam da presença do ar para endurecer; • Hidráulicos – • Não necessitam da presença do ar para endurecer; • Hidráulicos simples; • Hidráulicos compostos; • Hidráulicos mistos; • Hidráulicos com adições. AGLOMERANTES 11/08/2023 3 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CLASSIFICAÇÃO QUANTO A RELAÇÃO COM A ÁGUA: AGLOMERANTES AÉREOS: Tem a capacidade de endurecer por reação com o dióxido de carbono ou por reações de re- hidratação . Depois de endurecidos, não resistem bem quando imersos na água. Devem ser usados apenas em contato com o ar. Ex.: Cal aérea, Gesso de Paris. AGLOMERANTES HIDRÁULICOS: Depois de endurecidos, resistem bem a água. O endurecimento dos aglomerantes hidráulicos se dá por ação exclusiva da água (reação de hidratação). Ex.: Cal hidráulica, Cimento aluminoso, Cimento Portland. AGLOMERANTES AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I AGLOMERANTES AGLOMERANTES HIDRÁULICOS SIMPLES: Um único produto aglomerante, não tendo mistura. Ex.: • Cimento Portland Comum (CP I) • Cimento aluminoso • Gesso hidráulico • Cal hidráulica CLASSIFICAÇÃO AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I AGLOMERANTES AGLOMERANTES HIDRÁULICOS COMPOSTOS: Misturas de um aglomerante simples com subprodutos industriais ou produtos naturais de baixo custo. Ex.: • CP IV - mistura de cimento Portland e pozolana • CP III - mistura de cimento Portland e escória de alto forno • CP II F - mistura de cimento Portland e fíler calcário CLASSIFICAÇÃO 11/08/2023 4 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I AGLOMERANTES HIDRÁULICOS MISTOS: Mistura de dois aglomerantes simples. Ex.: • Gesso com Cal aérea •Mistura de Cimento Portland com cimento aluminoso - tem pega muito rápida. CLASSIFICAÇÃO AGLOMERANTES AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I AGLOMERANTES HIDRÁULICOS COM ADICÕES: Aglomerantes hidráulicos simples + adições para modificar certas características. •Diminuição: permeabilidade, calor de hidratação, retração ou preço. •Aumento: resistência a agentes agressivos, plasticidade ou resistência a baixas temperaturas. •Dar coloração especial. CLASSIFICAÇÃO AGLOMERANTES AGLOMERANTES HIDRÁULICOS: AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I DEFINIÇÕES INICIAIS 11/08/2023 5 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I TEMPO DE PEGA MASSA UNITÁRIA MASSA ESPECÍFICA SUPERFÍCIE ESPECÍFICA Massa específica aparente Densida de AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Definições: Pega - período inicial de solidificação pasta Início de pega – Momento que a pasta começa a endurecer Fim de pega - Momento que a pasta já está completamente sólida Endurecimento – Período de tempo em que o material ganha resistência, mesmo após o final de pega. AGLOMERANTES TEMPOS DE INÍCIO E FINAL DE PEGA AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I AGLOMERANTES - TEMPOS DE INÍCIO E FINAL DE PEGA APARELHO DE VICAT Ensaios (NBR 16606:2017 ) - Determinação da Água da Pasta de Consistência Normal (NBR 16607:2017) - Determinação dos Tempos de Pega Luis J. Vicat, 1786-1861 11/08/2023 6 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I APARELHO DE VICAT AGLOMERANTES - TEMPOS DE INÍCIO E FINAL DE PEGA (José A. Freitas Jr.) Agulha com acessório anular para verificação do final de pega Final de pega = tempo até que acessório anular não provoque nenhuma marca escala Início de pega = tempo até que a agulha de Vicat penetre na pasta (4+1)mm da base Define-se os tempos de pega como o intervalo de tempo transcorrido desde a adição de água ao cimento amostra = 500 g de cimento e água (pasta consistência normal) (José A. Freitas Jr.) Agulha p/ Início de pega Agulha p/ Final de pega AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I TEMPO DE INÍCIO DE PEGA Arquivo: Filmes concreto / Cimentos/ Inicio de pega AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I TEMPO DE FINAL DE PEGA Arquivo: Filmes concreto / Cimentos/ Final de pega 11/08/2023 7 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I O concreto ou argamassa deve estar aplicado e adensado dentro das formas antes do início da pega. Classificação (AFNOR): AGLOMERANTES - TEMPOS DE INÍCIO E FINAL DE PEGA AGLOMERANTES TEMPO DE INÍCIO DE PEGA EXEMPLO De pega rápida Menos de 8 minutos Gesso de Paris Cimento Romano De pega semi-lenta De 8 a 30 minutos Alguns cimentos naturais De pega lenta De 30 minutos a 6 horas Cimento Portland Cimento aluminoso Cimento pozolânico Cimento metalúrgico Cal aérea AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I MASSAS ESPECÍFICA E UNITÁRIA: Massa Específica: ME = Massa / volume real Massa Unitária: MU = Massa / volume aparente (Volume aparente inclui os vazios entre os grãos) AGLOMERANTE MASSA ESPECÍFICA (t/m3, kg/l ou g/cm3) MASSA UNITÁRIA (t/m3, kg/l ou g/cm3) Cimento Portland 3,00 a 3,15  1,42 Cal hidratada 2,25 a 2,30 0,48 a 0,64 Gesso 2,55 a 2,60 0,65 a 0,80 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I MASSAS ESPECÍFICA E UNITÁRIA: Massa Unitária Massa do material = 500 g Volume das partículas = 700 cm3 Massa Específica Exemplo: Volume do recipiente = 1000 cm3 M.U.= m v M.U.= 500 1000 = 0,5 g/cm3 M.E.= m V M.E.= 500 700 = 0,7 g/cm3 11/08/2023 8 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I MASSAS ESPECÍFICA E UNITÁRIA: Massa Específica: ME = Massa / volume real Massa específica de materiais em pó é determinada utilizando o frasco de “Le Chatelier” e balança de precisão. NBR 16605:2017 Henry Le Châtelier, 1850 -1936 Frasco de Le Châtelier Balança 60 g de cimento 250 ml de querosene ou xilol AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I SUPERFÍCIE ESPECÍFICA : 1 m Volume: (1 x 1x 1) =1 m3 Superfície específica: (1 x 1) x 6 = 6 m2 0,5 m Volume: (0,5 x 0,5 x 0,5) x 8 = 1 m3 Superfície específica: (0,5 x 0,5 x 6) x 8 = 12 m2 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I SUPERFÍCIE ESPECÍFICA : Superfície Específica: SE Área dos grãos: soma áreas todos os grãos contidos na MU Área dos grãos calculada a partir do diâmetro médio das partículas determinado pelo permeâmetro Blaine. AGLOMERANTE SUPERFÍCIE ESPECÍFICA (m2/kg) Cimento Portland 240 a 300 Cal hidráulica ≈ 650 Sílica ativa 20.000 11/08/2023 9 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I     0 1, ) 1 ( 3 t K S     Caracteriza a finura, Quanto maior o valor do Blaine, mais fino é o aglomerante, mais rápida é sua hidratação. • K é a constante do aparelho; •  é a porosidade da camada; • t é o tempo medido (s) •  é a massa específica do cimento (g/cm³) •  é a viscosidade do ar à temperatura do ensaio – tabela da norma (Pa/s) • S é a superfície específica ITAMBÉ SUPERFÍCIE ESPECÍFICA : Permeâmetro Blaine NBR 16372:2015 Roger L. Blaine, 1943 - AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I SUPERFÍCIE ESPECÍFICA : Permeâmetro Blaine Fluido Entrada de ar (F.Bauer) Amostra Abrir o registro e aspirar o líquido, levantando para a marca A, fechando o registro. Com a subpressão formada no tubo, o ar é forçado a fluir através da amostra e o fluido vai lentamente voltando a posição de equilíbrio. O cronômetro deve ser acionado quando o nível do fluido passar pela marca B e desligado quando atingir a marca C, anotando-se o tempo AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I SUPERFÍCIE ESPECÍFICA : Granulômetro a laser A difração do laser mede a intensidade da luz dispersa por um grupo de partículas numa gama de ângulos (Catita, 2006) (Alécio Mattana Jr., Marienne do Rocio de Mello Maron da Costa) Distribuição granulométrica dos cimentos a partir do Granulômetro a Laser (Coutinho, J. S.) 11/08/2023 10 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I SUPERFÍCIE ESPECÍFICA : Método BET Analisador de área superficial BET Determinação da área específica, distribuição do tamanho e volume dos poros, por adsorção física de nitrogênio líquido B.E.T (Brunauer, Emmett, Teller) (CIAFURG, 2023) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I AGLOMERANTES AÉREOS AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Aglomerantes Cimentos Hidráulicos Cal Aérea Hidráulica Gesso Aéreo Hidráulico 11/08/2023 11 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I AGLOMERANTES AÉREOS Depois de endurecidos, não resistem bem quando imersos na água. Devem ser usados apenas em contato com o ar. Em geral precisam de componentes do ar para endurecer. Exemplos principais: Cal aérea Gesso AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL AÉREA [1] AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Ciclo da cal Obtenção da cal Diferenciação CV e CH Exigências físicas e químicas Usos Propriedades 11/08/2023 12 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL = Cal Aérea É um aglomerante aéreo É o produto resultante da calcinação de pedras calcárias a uma temperatura inferior ao do início de sua fusão (cerca de 900oC). CaCO3 + calor → CaO + CO2 44 % do peso 12 a 20 % do volume Perde CaO = Cal, Cal Virgem ou Cal viva (900oC) a) Calcinação CaCO3 = Carbonato de Cálcio Etapas da cal: Alterações físicas: Rocha Calcária ar AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL = Cal Aérea O Hidróxido de cálcio é o aglomerante. É um aglomerante aéreo b) Extinção da cal CaO + H2O → Ca(OH)2 + calor Ca(OH)2 = Cal extinta, Cal hidratada ou Hidróxido de Cálcio Recupera a maior parte do peso e volumes perdidos. Muitíssimo Etapas da cal: Alteração física: AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL = Cal Aérea Extinção da cal Arquivo: Filmes concreto / CAL / Slaking rocklime 11/08/2023 13 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL = Cal Aérea Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O ar ar c) Endurecimento ou recarbonatação CaCO3 = carbonato de cálcio Ca(OH)2 = hidróxido de cálcio Etapas da cal: AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL = Cal Aérea DESIGNAÇÃO DOS PRODUTOS CaO Ca(OH)2 CAL VIRGEM ou CAL VIVA = Calcário calcinado CAL HIDRATADA = Cal Virgem depois da hidratação AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL = Cal Aérea Cal virgem cálcica: CaO - entre 100% e 90% dos óxidos totais; Cal virgem magnesiana: CaO - entre 90% e 65% dos óxidos totais; Cal virgem dolomítica: CaO - entre 65% e 58% dos óxidos totais. Dolomita → CaCO3.MgCO3 Cal virgem é classificada conforme o óxido predominante: 11/08/2023 14 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL = Cal Aérea Rendimento → ganho de volume da cal virgem ao hidratar. Cal gorda: Rendimento em pasta >1,82 Calcários com impurezas < 5 % Produz maior volume de pasta, mais plástica, homogênea e mais expansiva. Cal magra: Rendimento em pasta <1,82 Calcários com impurezas > 5 % Produz menor volume de pasta, mais seca, grumosa e menos expansiva. AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CALCÁRIO Reservas no Brasil: Paraná C = Calcário - CaCO3 D = Dolomito - CaCO3.MgCO3 Paraná AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I PRODUÇÃO DA CAL C.Natucci, E. M. Araújo, F. Mitsuhasi; G. Balbinot, G. Lorenci e J.G.Yared Mina de calcário Britagem do calcário Produção em Rio Branco do Sul-PR Separação do material menor Forno de barranco 11/08/2023 15 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I PRODUÇÃO DA CAL Produção em Rio Branco do Sul-PR Forno de barranco Queima de serragem Peneiramento da cal Estoque (alunos: J. de Camargo, J. Lima Neto,’M. Costantin Filho, R. Scheidt, Silvio Almeida Cintra) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CaO CALCINAÇÃO DA CAL: Forno intermitente simples a lenha ou carvão Forno de barranco (Freitas Jr., J.) (Freitas Jr., J.) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CaO CALCINAÇÃO DA CAL: Tempo de operação: 36 horas Forno vertical contínuo 11/08/2023 16 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CaO CALCINAÇÃO DA CAL: Forno horizontal contínuo giratório Permanência no forno por 5 horas Equipamentos muito flexíveis AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Compostos CV-E CV-C CV-P Anidrido carbônico (CO2) Fábrica ≤ 6,0% ≤ 12,0% ≤ 12,0% Depósito ou obra ≤ 8,0% ≤ 15,0% ≤ 15,0% Óxidos totais na base não volátil (CaO total + MgO total) 1) ≥ 90,0% ≥ 88,0% ≥ 88,0% Água combinada 2) Fábrica ≤ 3,0% ≤ 3,5% ≤ 3,0% Depósito ou obra ≤ 3,6% ≤ 4,0% ≤ 3,6% 1) O teor de óxidos totais na base não-voláteis (CaO total + MgO total) deve ser calculado como segue: %(CaO total + MgO total) base de não-voláteis= [%(CaO total + MgO total) / (100 - % perda ao fogo) ] x 100 2) O teor de água combinada deve ser calculado como segue: Água combinada = % perda ao fogo - % CO2 Exigências químicas: CAL VIRGEM CV (CaO) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Cal em final de hidratação em caixa de madeira, típica de obra. HIDRATAÇÃO DA CAL Industrias: Equipamento vertical para hidratação de cal. www.metso.com Ca(OH)2 11/08/2023 17 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I HIDRATAÇÃO DA CAL Fluxograma da fabricação da cal hidratada: Cal virgem como matéria-prima, hidratação, classificação granulométrica, moagem e estoque de cal hidratada. Ca(OH)2 Hidratadores horizontais AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL HIDRATADA CH Ca(OH)2 Exigências químicas – NBR 7175: CH I CH II CH III Anidrido carbônico CO2 – na fábrica ≤ 5% ≤ 5% ≤ 13% Anidrido carbônico CO2 – no depósito ou na obra ≤ 7% ≤ 7% ≤ 15% Óxido não hidratado calculado ≤ 10% Não exigido ≤ 15% Óxidos totais na base de não voláteis (CaO + MgO) ≥88% ≥88% ≥88% Exigências físicas – NBR 7175: CH I CH II CH III Finura (% retida acumulada) - #0,6mm n° 30 ≤ 0,5% ≤ 0,5% ≤ 0,5% Finura (% retida acumulada) - #0,075mm n° 200 ≤ 15% ≤ 15% ≤ 15% Estabilidade Ausência de cavidades ou protuberâncias Ausência de cavidades ou protuberâncias Ausência de cavidades ou protuberâncias Retenção de água ≥80% ≥80% ≥70% Plasticidade ≥110 ≥110 ≥110 Incorporação de areia ≥2,5 ≥2,5 ≥2,2 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I HIDRATAÇÃO DA CAL Tempos para extinção: • Pasta obtida da cal em pedra 7 a 10 dias após a extinção (adição de água); • Pasta obtida de cal pulverizada 20 a 24 horas após a extinção (adição de água); •Pasta obtida de cal magnesiana Duas semanas após a adição de água (a hidratação do óxido de magnésio é muito lenta). 11/08/2023 18 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL Adulteração da cal: (Aulas USP) Dissolução em HCl (20%) (Prof. Mércia Barros) Impurezas: • Partículas de carvão - riscos pretos • Contaminação por calcário • Partículas de sílica • Núcleos duros de CV na CH = vesículas (Aulas USP) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Impacto Ambiental: CAL Energia: • Óleo combustível; • Madeira; • Bagaço de cana; • Forno descontínuo:  2 kcal/g • Forno contínuo:  0,9 kcal/g Reservas: • Calcário:  Muito amplas. AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Impacto Ambiental: CAL CO2 – Efeito estufa: • Descarbonatação:  p/ uma tonelada de CaCO3 • 560 kg CaO • 440 kg CO2 - Reabsorvido na recarbonatação • Massa de CO2 = 80% da massa de CaO • Combustível: 1 tonelada de CaO gera  300 Kg de CO2 - Forno contínuo  640 kg de CO2 – Forno descontínuo 11/08/2023 19 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL Usos em argamassas: • Areia + cal hidratada + cimento Portland + água:  Assentamento de blocos de concreto ou cerâmicos;  Chapisco; Chapisco Aumenta aderência do substrato com o emboço Assentamento AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL Usos em argamassas: • Areia + cal hidratada + cimento Portland + água: Revestimento bruto - emboço; Preparo em obra Aplicação manual AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL Usos em argamassas: Alisamento com régua Revestimento convencional de uma alvenaria • Areia + cal hidratada + cimento Portland + água: Revestimento bruto = emboço; 11/08/2023 20 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Emboço com argamassa de cal projetada Arquivo: Filmes concreto / Revestimentos paredes/ Emboço projetado AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL Usos em argamassas: • Cal hidratadoa+ água:  Revestimento fino – reboco (calfino) Aplicação de calfino Preparo da pasta de cal com água AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Reboco com calfino Arquivo: Filmes concreto / CAL / CALFINO 11/08/2023 21 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL Propriedades: •Maior plasticidade; •Maior trabalhabilidade; •Maior produtividade; •Retenção de água; •Age como lubrificante; Advantages of Lime Mortar - Civil Snapshot AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL Propriedades: •Baixo módulo de elasticidade; •Diminuição da retração; •Carbonata lentamente, tamponando fissuras. Lime Mortar Vs Cement Mortar (biggartdonaldson.blogspot.com) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I GESSO [2] 11/08/2023 22 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Reações químicas Obtenção Tipos Usos AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I GESSO ou GESSO DE PARIS Produto da desidratação parcial da gipsita - (CaSO4. 2H20) É um aglomerante aéreo, não suporta contato com a água após endurecido. 2(CaSO4.1/2 H2O) + 3H2O → 2(CaSO4.2H2O) gipsita Edurecimento do gesso: 2(CaSO4. 2H2O) + calor → 2(CaSO4.1/2 H2O) + 3H2O hemidrato 190oC Gesso de Estucador Gesso Rápido Gesso de Paris CaSO4 CaSO4 H2O Relação estequeométrica água/hemidrato = 0,19 Usual >0,45 para dar trabalhabilidade à pasta 16% da massa da gipsita AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I GESSO ou GESSO DE PARIS Gipsita www.caer.uky.ed CaSO4. 2H2O Estrutura cristalina Uso na medicina Construção civil Cristais  15 m 11/08/2023 23 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I GESSO ou GESSO DE PARIS Prosseguindo o aquecimento além dos 200 0C: 200 0C anidrita solúvel - muito higroscópica, (absorve umidade ao ar, transformando- se em hemidrato. 600 0C anidrita insolúvel - praticamente inerte, endurecendo lentamente quando em contato com água. 1.000 a 1.200 0C GESSO DE PAVIMENTACAO endurece em 12 a 14 h, também chamado GESSO LENTO ou GESSO HIDRÁULICO, resistência 100% superior ao gesso de Paris. AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I GESSO no BRASIL Jazidas de Gipsita Britagem da Gipsita Extração da gipsita AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I GESSO ou GESSO DE PARIS Linha para produção de gesso em pó Três sistemas: • Trituração • Britador de mandíbulas, rolos ou de impactos; • Moinho de martelos. • Calcinação – 200oC •(Calcinar depois de moer ou moer depois de calcinar?) • Fornos contínuos ou descontínuos; • Moagem • Moinho Raymond, vertical ou de cone; • Equipamento de graduação. 11/08/2023 24 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I GESSO ou GESSO DE PARIS Panelões de aço circulares, abertos, com grande diâmetro e pequena altura. Normalmente assentados sobre uma fornalha de alvenaria, utilizam lenha para combustão. Pás agitadoras homogeneízam a calcinação e os controles de temperatura e tempo de residência do material no forno são realizados empiricamente, através da observação visual. www.gessofortedobrasil.com.b Tipos de fornos Forno tipo panela (em extinção) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I GESSO ou GESSO DE PARIS Panelões fechados (cubas), onde o calor gerado na parte inferior é conseguido com a queima de óleo BPF ou lenha. A temperatura pode ser controlada através de pirômetros. Um sistema de palhetas internas, na cuba, garante a homogeneidade do material. Forno Tipo Marmita www.gessofortedobrasil.com.b Tipos de fornos AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I GESSO ou GESSO DE PARIS Tipos de fornos Tubo giratório de aço, revestido internamente com material refratário, de grande extensão e pequena inclinação. O minério moído entra em contato direto com a chama, que sai do maçarico, no lado da alimentação. O minério sendo calcinado desce, por gravidade, toda a extensão do forno e o tempo de residência é controlado pela velocidade de rotação do tubo. www.gessofortedobrasil.com.b Forno Tipo Rotativo 11/08/2023 25 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I GESSO ou GESSO DE PARIS Tubo giratório de aço, com interior revestido com material refratário. Extensão depende do volume de produção. Operação intermitente. O minério moído não entra em contato direto com a chama. Podem ser controlados por computadores ou operados empiricamente. Podem ter controle de tempo, temperatura, perda de massa e controlar a pressão interna. Forno Tipo Marmita Giratório Tipos de fornos www.projetecnet.com.br AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Produtos obtidos da gipsita, de acordo com as temperaturas. GESSO ou GESSO DE PARIS (Coutinho, J. S.; FEUP, 2002) Temperatura de calcinação AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I GESSO ou GESSO DE PARIS Maior quantidade de água de amassamento reduz a resistência. Também a absorção de água pelo gesso já endurecido reduz a resistência. Relação estequeométrica água/hemidrato = 0,19 Usual 45% da massa de gesso em água para dar trabalhabilidade à pasta (Coutinho, J. S.; FEUP, 2002) Resistências médias à compressão em corpos-de- prova secos e saturados de gesso de paris, conservados 28 dias em ar seco. 11/08/2023 26 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I GESSO ou GESSO DE PARIS (Aulas USP) Calor de hidratação AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I GESSO ou GESSO DE PARIS Tempo de pega AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I GESSO no BRASIL Pólo gesseiro – PE: 94% da produção Jazidas de Gipsita 3.000 km frete p/ regiões SE e Sul Para Curitiba o frete representa +- 50% do custo e das emissões de CO2 11/08/2023 27 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Propriedades: - Pega rápida – minutos - Solúvel em água após endurecido - Resistência mecânica diminui com o teor de umidade - Grande coeficiente de dilatação térmica (2 x concreto) - Baixa condutibilidade térmica (isolante) Imagem MEV(5000x) de pasta de gesso GESSO ou GESSO DE PARIS AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Bactérias redutoras de sulfato no gesso GESSO ou GESSO DE PARIS Propriedades:  O gesso é atacado por bactérias redutoras de sulfato, que utilizam o sulfato como agente oxidante, reduzindo-o a sulfeto;  É corrosivo ao aço. AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Produção de chapas de gesso acartonado Arquivo: Filmes concreto / Gypsun – Drywall / fabrica PLACO 11/08/2023 28 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Sistema “Drywall” www.drywall.org.br www.placo.com.br Chapas de gesso acartonado GESSO ou GESSO DE PARIS AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Chapas de gesso acartonado “Drywall” Chapas fabricadas por processo de laminação contínua de uma mistura de gesso, água e aditivos entre duas lâminas de cartão. NBR 14715:2010 GESSO ou GESSO DE PARIS www.drywall.org.br AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Chapas de gesso acartonado – “Drywall” Tipos de Chapas – cores: Standard (ST) – Branca – (áreas secas) Resistente à Umidade (RU) – Verde Resistente ao Fogo (RF) – Rosa (Coutinho,J. S.) GESSO ou GESSO DE PARIS Chapas acartonadas - dimensões: L= 60,0 ou 120,0 cm C = 240,0 ou 360,0 cm Espessuras: 7; 10 12,5; 15, 20 e 25 mm 11/08/2023 29 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Chapas de gesso acartonado - drywall Arquivo: Filmes concreto / Elevações / Drywall Pré requisitos para a montagem AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Forro executado com placas em gesso de 60 X 60 cm. As placas têm encaixe "macho e fêmea" e são chumbadas com estopa (juta cardada) e fixadas ao teto com arame galvanizado. GESSO ou GESSO DE PARIS Placas de gesso autoportantes (Aluno: Bruno H. R. Mortari) (Aluno: Bruno H. R. Mortari) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Divisórias em blocos GESSO ou GESSO DE PARIS 11/08/2023 30 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Peças decorativas GESSO ou GESSO DE PARIS AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Aplica-se uma única camada de pasta sobre superfícies de interiores, conferindo um aspecto liso, bem acabado e apresenta uma elevada resistência mecânica. Revestimento com pasta de gesso GESSO ou GESSO DE PARIS (Quinália, E., Tècne julho de 2005) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Revestimento em gesso projetado Arquivo: Filmes concreto / Gypsun - Drywall/ Como aplicar gesso projetado 11/08/2023 31 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I GESSO ou GESSO DE PARIS Reservas: • Muito amplas; • Duração ........ Consumo de Energia: • O menor dentre os aglomerantes; CO2 – Efeito estufa : • Queima de Combustíveis - 0,15 a 0,20 kcal/g gesso; • 1 tonelada de gesso gera 400 Kg de CO2 • Desidratação parcial libera H2O. Impacto Ambiental: AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I AGLOMERANTES HIDRÁULICOS AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Aglomerantes Cimentos Hidráulicos Cal Aérea Hidráulica Gesso Aéreo Hidráulico Cimento natural Cimento Aluminoso Cimento Portland 11/08/2023 32 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL HIDRÁULICA [1] AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I AGLOMERANTES HIDRÁULICOS Depois de endurecidos, resistem bem a água. O endurecimento dos aglomerantes hidráulicos se dá por ação exclusiva da água (reação de hidratação). Exemplos principais: • Cimento Portland, • Cimento aluminoso • Cal hidráulica 11/08/2023 33 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL HIDRÁULICA = Calcário argiloso calcinado. Grau de hidraulicidade: componentes argilosos CaO (SiO2+Al2.O3+Fe2O3) CaO + MgO (SiO2+Al2.O3+Fe2O3) CaO ou Temperatura de calcinação 900 a 1.000ºC É um aglomerante hidráulico Características inferiores, em geral, ao Cimento Portland A cal hidráulica apresenta cal livre. ÍNDICE DE HIDRAULICIDADE Teores de argila no calcário (suposto puro) (%) Tipo de cal hidráulica Fim de pega 0,10 a 0,16 5,3 a 8,2 Fracamente hidráulica 4 semanas 0,16 a 0,31 8,2 a 14,8 Medianamente hidráulica 2 semanas 0,31 a 0,42 14,8 a 19,1 Hidráulica propriamente dita 1 semana 0,42 a 0,50 19,1 a 21,8 Eminentemente hidráulica 2 dias AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL HIDRÁULICA x CIMENTOS Aumento da hidraulicidade A cal hidráulica apresenta muita cal livre. Cimentos bem menos. (só cal livre) Aumento resistência mecânica e da impermeabilidade AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Restauração de obra antiga: Coimbra-Portugal “cimento amarelo” Utilizações: -Argamassas de assentamento ou revestimento -Para a produção de blocos -Tratamento de solos -Substituto do filer em pavimentos betuminosos CAL HIDRÁULICA 11/08/2023 34 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Características e vantagens: CAL HIDRÁULICA Características Químicas Benefício para as argamassas e caldas em que é empregue Contribuição para a construção a recuperar Resistência média a compressão a 28 dias > 8MPa Confere resistência mecânica considerável às argamassas em que é usada. Permite reparar fissuras em paredes de alvenaria sem prejuízo da sua resistência. Boa capacidade resistente de rebocos e alvenarias. Colabora na resistência mecânica das caldas de injeção. Reparação de defeitos estruturais de alvenarias Boa relação resistência tração / resistência à compressão Comportamento dúctil Não introdução de esforços nos suportes. Endurecimento lento e retração pouco significativa Argamassas “suaves” e sem retração. Absorção de esforços provocados por oscilações dos suportes durante um longo período de tempo. Baixa fissuração dos rebocos. Módulo de elasticidade baixo Adaptação sem fissuras a deformações originadas por oscilações dos suportes ou elementos de construção, ou variações dimensionais por ações térmicas. Bom aspecto. Conforto visual e táctil. CIMPOR AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL HIDRÁULICA Características e vantagens: Características Químicas: Benefício para as argamassas e caldas em que é empregue Contribuição para a construção a recuperar Pega hidráulica Permite o trabalho em zonas e climas úmidos Rebocos com resistência e coesão mesmo quando aplicados sob condições de umidade desfavoráveis Endurecimento da espessura da argamassa Baixo calor de hidratação com liberação lenta Baixa fissuração dos rebocos e conseqüente impermeabilidade Proteção contra a entrada de umidade pelo exterior Cal livre > 10% Boa capacidade de relaxação de tensões Ausência de fissuração Compatibilidade das argamassas com os materiais do suporte ou alvenarias “Adaptação” dos rebocos às deformações naturais das construções antigas Progressão do endurecimento ao longo do tempo por carbonatação As fissuras provocadas por ações em que se ultrapassou a resistência mecânica da argamassa são naturalmente recuperadas Capacidade de auto-regeneração CIMPOR AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Características Físicas: Benefício para as argamassas e caldas em que é empregue Contribuição para a construção a recuperar Superfície específica > 6.500 cm2/g Argamassas com melhor trabalhabilidade Rebocos bem aderentes ao suporte Elevada porosidade das argamassas Permeabilidade ao vapor de água Evita eflorescências e umidade ascensional Evita condensações em rebocos interiores Caldas de injeção muito fluídas Reparação de defeitos estruturais de alvenarias. Disfarce de manchas e vestígios de siluetas. Retenção de água Boa progressão da hidratação mesmo quando aplicadas sobre suportes absorventes. Melhoria da aderência ao suporte. Hidratação adequada. CIMPOR Características e vantagens: CAL HIDRÁULICA 11/08/2023 35 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Gesso lento Gesso de pavimentação Gesso hidráulico Aglomerantes Cimentos Hidráulicos Cal Aérea Hidráulica Gesso Aéreo Hidráulico AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTOS HIDRÁULICOS [3] AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I 11/08/2023 36 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO NATURAL AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO NATURAL Não apresenta cal livre. A cal hidráulica apresenta cal livre. Tipos: •De pega rápida -(cimento Romano) - Cozimento temperatura < 1000oC; •De pega lenta- Cozimento a 1450oC; •De pega semi-lenta- intermediário entre os 2 anteriores. A rapidez da pega dos cimentos Romanos é atribuída a presença do teor mais elevado de aluminato de cálcio. Resistência dos cimentos naturais é baixa, (50% do CP), devido a composição do calcário não uniforme. Aglomerante hidráulico Resulta do cozimento de calcários argilosos (teor argila + - 25%) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO NATURAL Romanos desenvolveram um cimento altamente durável. Combinação de cal com "pozolana", (cinza vulcânica na zona de Pozzuoli , junto a Nápoles e ao Monte Vesúvio), permitia obter um cimento que oferecia maior resistência à ação da água. Aglomerante hidráulico Alvenaria de pedras ou tijolos cerâmicos assentados com argamassa de cimento pozolânico. 11/08/2023 37 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO NATURAL Aglomerante hidráulico Cúpula em concreto maciço com cimento e pozolanas, onde foram utilizados agregados leves (pedra pome). Pantheon (Roma) - Construído pelo imperador Marco Agrippa, reconstruído por Adriano 110 -125 d.c Cúpula (43,3 m diâmetro) em concreto leve de 10 MPa. AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO NATURAL Na França e na Alemanha é empregado em condutos (esgotos, água, vedação de fugas e veios de água); nos EUA é empregado em pavimentação de estradas de rodagem. No Brasil não é empregado e nem fabricado. Sofre pequena retração, bom para argamassas e pastas. www.rosendalecement.net www.rosendalecement.net www.rosendalecement.net www.rosendalecement.net AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO NATURAL x Cimento Portland (R. W. Lesley; J. B. Lober, and G. S. Bartlett, History of the Portland Cement Industry, International Trade Press, Chicago, 1924.) www.cement.org Declínio da produção de cimento natural e o crescimento da produção de cimento Portland. 11/08/2023 38 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CAL AÉREA Calcinação de calcários Somente cal livre CIMENTO NATURAL: Calcinação de calcários argilosos não apresenta cal livre (comp. arg. ± 25%) CIMENTO DE GRAPPIERS CAL HIDRÁULICA Calcinação de calcários argilosos Espécie de cimento com presença acentuada de cal livre (comp. arg. > 10%) CIMENTO PORTLAND: Calcinação de calcário + argila apresenta teor controlado de cal livre hidráulicos AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO ALUMINOSO AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Fundição de calcário (CaCO3) e bauxita (Al2O3), (teor bauxíta inferior a 30%), moída misturadas, em fornos de alta temperatura, resfriado, britado e moído. É um aglomerante hidráulico CIMENTO ALUMINOSO Características: • Cura rápida - em 24horas resistência superiores a 45 MPa; • Aglomerante de preço elevado; • Emprego delicado - elevadíssimo calor de hidratação; • Não desprende cal livre, (o CP desprende + - 20%); • Produz concretos/argamassas com alta resistência ao calor, até 1200ºC; • Alta resistência a abrasão e corrosão; • Endurecimento normal em temperaturas baixas. Produção: 11/08/2023 39 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I APLICAÇÕES: • Concretos refratários; • Rápida cura e altas resistências iniciais e finais; • Pisos para tráfego após 6 horas; • Chumbamentos; • Reparo em cabeça de protensão, 24h pode protender, (CP=7 dias); • Concretagens junto ao mar para aproveitar maré baixa; • Pré-moldados para uso imediato; • Rejuntamento e assentamento de tijolos refratários; • Mistura ao cimento Portland para acelerar endurecimento. CIMENTO ALUMINOSO AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Pisos industriais Rápido endurecimento e cura (6 horas) Argamassa centrifugada de alta resistência química para proteção de tubos de esgoto www.cimentfondu.com www.cimentfondu.com CIMENTO ALUMINOSO AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO ALUMINOSO www.cimentfondu.com Suporta altas temperaturas.Concreto em instalações de siderurgia Endurece em baixas temperaturas. Concreto em fundações de base francesa na Antártida www.cimentfondu.com Argamassas para assentamento de tijolos refratários em churrasqueiras e lareiras para suportar o calor Apresenta excelentes propriedades a altas temperaturas, estabilidade volumétrica e resistência ao choque térmico. Sofre ataque químico de cloretos, resultando em amolecimento da superfície. 11/08/2023 40 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I www.cimentfondu.com Classe de cimentos que podem ser produzidos com emissões de gases de efeito estufa muito baixas. Funções semelhantes as do cimento Portland, mas com uma química diferente. O mais disponível comercialmente baseia-se em dois materiais: cinza volante e escória granulada de alto forno moída, no entanto podem ser feitos com quase qualquer material com um teor suficientemente alto de aluminossilicatos (sílica - SiO2 e óxido de alumínio - Al2O3). Obtidos reagindo-se um material sólido de aluminossilicato com uma solução alcalina - conhecida como ativador alcalino. São aglomerantes hidráulicos CIMENTOS GEOPOLIMÉRICOS (Lord, 2017) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTOS GEOPOLIMÉRICOS www.cimentfondu.com Misturas geopoliméricas viáveis incluem: • cinzas volantes + escória granulada de AF + ativador • cinzas volantes + ativador • cinzas volantes + resíduos de vidro + ativador • argila (metacaulim) + ativador • argila (metacaulim) + lama vermelha + ativador. Vantagens ambientais: Não há necessidade de calcinar calcário e sua fabricação é um processo à temperatura ambiente. Produz 80 a 90% menos emissões que o cimento Portland. As emissões resultam da produção do ativador alcalino - geralmente o silicato de sódio cuja produção requer uma grande quantidade de eletricidade. (Lord, 2017) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTOS GEOPOLIMÉRICOS www.cimentfondu.com (AUSTRÁLIA) - O concreto com cimento geopolimérico tem desempenho similar ao concreto de cimento Portland. Já testado em uma ampla gama de aplicações, como grandes infra-estruturas e edifícios de vários andares. O concreto geopolimérico endurece ao mesmo tempo que o concreto tradicional e fornece durabilidade e resistência equivalentes. Em algumas áreas podem superar o concreto de CP: • Maior resistência à flexão – flexiona mais sem fissurar • Maior resistência a cloretos • Maior resistência ao fogo • Menor retração (Lord, 2017) 11/08/2023 41 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTOS GEOPOLIMÉRICOS www.cimentfondu.com Pátio no aeroporto de Brisbane Austrália Global Change Institute Univ. de Queensland Ed. residencial de 20 pav. Lipetsk, Russia 1989 Ed. residencial de 9 pav. Mariupol, Ucrania,1960 (Lord, 2017) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I 11/08/2023 42 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I HISTÓRICO AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Material obtido pela cozedura até a fusão incipiente de uma mistura calcário- argilosa (clínquer). Engenheiro John Smeaton, 1756, procurava aglomerante que endurecesse na presença de água, para facilitar o trabalho de reconstrução do farol de Eddystone, na Inglaterra. Verificou que mistura calcinada de calcário e argila tornava-se, depois de seca, tão resistente quanto as pedras utilizadas nas construções. www.cimentoitambe.com.br CIMENTO PORTLAND (CP) É um aglomerante hidráulico AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Primeira aplicação do cimento Portland Argamassa resistente para o farol de Eddystone (Alvenarias com argamassas usuais não aguentavam o tranco...) Estão fichando estagiários lá....... Arquivo: Filmes concreto / Cimentos/ Farois da bretanha 11/08/2023 43 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Um pedreiro, Joseph Aspdin, 1824, patenteou a descoberta, batizando de cimento Portland, referência a um tipo de pedra muito usada em construções na região de Portland, Inglaterra. No pedido de patente constava que o calcário era moído com argila, em meio úmido, até transformar- se em pó. A água era evaporada e os blocos da mistura seca eram calcinados em fornos e depois moídos bem finos. www.cimentoitambe.com.br CIMENTO PORTLAND (CP) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I PANORAMA BRASILEIRO AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Fábricas brasileiras de cimento: 91 fábricas 22 grupos industriais http://www.snic.org.br/ 11/08/2023 44 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I http://www.snic.org.br/ AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Produção nacional www.cimentoitambe.com.br CIMENTO PORTLAND (CP) 0 10 20 30 40 50 60 70 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 66,48 58,16 54,04 53,6 56,61 61,05 61,00 em milhões de toneladas Produção nacional de cimento Portland http://www.snic.org.br/ AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I http://www.snic.org.br/ 11/08/2023 45 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I http://www.snic.org.br/ AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I PROCESSO DE FABRICAÇÃO AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND (CP) FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND Matérias Primas: Ex. Cia Cimento Rio Branco (Votorantin)  90,0 % de Calcário  9,50 % de Argila  0,50 % de Minério de Ferro É um aglomerante hidráulico 11/08/2023 46 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND (CP) Matérias Primas: Mina de calcário Jazida Rio Bonito – ITAMBÉ AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND (CP) Matérias Primas: Mina de argila Britagem do calcário Cia Cimento Rio Branco (Votorantin) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND (CP) Homogeneização do calcário: Cia Cimento Itambé Chegada do calcário britado Saída para moagem 11/08/2023 47 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND (CP) - PRODUÇÃO (1,5 a 3%) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND (CP) - PRODUÇÃO Arquivo: Filmes concreto / Cimentos/ Cement Manufacturing Process AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I PUC - RJ CIMENTO PORTLAND (CP) - PRODUÇÃO 11/08/2023 48 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND (CP) PRODUÇÃO CALCÁRIO CALCÁRIO ARGILAS ARGILAS MIN. FERRO MIN. FERRO VAI P/ SECAGEM E FORNO Cia Cim. Rio Branco Votorantin CaCO3 Fe2O3 Al2O3 Fe2O3 Si O2 MgO SiO2 Moagem da farinha AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I FORNO CIMENTO PORTLAND (CP) - PRODUÇÃO ITAMBÉ Vista de dentro do forno Moinho de rolos para moagem da matéria prima: AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I FORNO VEM DO MOINHO DE FARINHA E SECAGEM Cia Cim. Rio Branco Votorantin VAI P/ MOINHO DE BOLAS clínquer clínquer (Coutinho, J. S.; FEUP, 1988) CIMENTO PORTLAND (CP) - PRODUÇÃO ITAMBÉ Vista de dentro do forno clínquer 11/08/2023 49 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND (CP) - PRODUÇÃO ESQUEMA DA SECAGEM, MOAGEM DA FARINHA E DO FORNO AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Vista de dentro do forno de clínquer Arquivo: Filmes concreto / Cimentos/ Non Infrared Video Footage inside a very hot kiln AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND (CP) VEM DOFORNO Interior do moinho de bolas Silo de estocagem de Clínquer Cia Cim. Rio Branco Votorantin Silos de armazenagem do clínquer moído Cia Cim. Rio Branco Votorantin clínquer + gesso Moinho de bolas 11/08/2023 50 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND (CP) Moinho de bolas AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I ADIÇÃO DE GESSO CIMENTO PORTLAND (CP) Gesso O gesso (gipsita) é adicionado de 1,5 a 3%, ao clínquer para retardar os efeitos da hidratação prematura do C3A. (falsa pega e perda de trabalhabilidade) Moagem Clínquer + Gesso Moinho de bolas ITAMBÉ ITAMBÉ AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND (CP) ITAMBÉ Cia Cim. Rio Branco Votorantin Ensacadeira automática Distribuição à granel Silos de armazenagem do clínquer moído Silos de armazenagem das adições 11/08/2023 51 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I COMPOSIÇÃO QUÍMICA AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I QUÍMICA DO CLÍNQUER DE CIMENTO PORTLAND Análises químicas: resultados expressos em termos de óxidos presentes Abreviação - Óxido C - CaO S - SiO2 A - Al2O3 F - Fe2O3 M - MgO S - SO3 K2O e Na2O AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I COMPOSTOS DO CLÍNQUER DE CIMENTO PORTLAND Clínquer → quatro compostos anidros principais 2 silicatos e 2 aluminatos C3S -3CaO.SiO2 - Silicato tri-cálcico C2S - 2CaO.SiO2 - Silicato di-cálcico C3A - 3CaO.Al2O3 - Aluminato tri-cálcico C4AF - 4CaO.Al2O3.Fe2O3 - Ferro Aluminato tetracálcico Notação: C - CaO S - SiO2 A - Al2O3 F - Fe2O3 11/08/2023 52 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I FORMAÇÃO DO CLÍNQUER Transformação sofridas pela farinha crua até se transformar em clínquer. (Jackson,1998) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I COMPOSTOS DO CLÍNQUER Alita (silicato tricálcico): cristais amarelados, de forma aproximadamente hexagonal. Belita (essencialmente silicato dicálcico) – cristais, arredondados. Estrutura de um clínquer de cimento Portland relativamente comum observado ao microscópio ótico: (Donald A. St John, Alan W. Poole and Ian Sims, 1998) Alita Belita AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I (Aulas USP) C3S (alita) 42 a 60% do clínquer É responsável pela resistência nos primeiros dias de idade da pasta. Os cimentos ricos em C3S tem resistência inicial mais alta. Hidrata com velocidade mediana e não libera muito calor. C2S (belita) 14 a 35% do clínquer. C2S endurece lentamente nos primeiros 28 dias. Segue aumentando a resistência e em 2 anos atinge a resistência do C3S. Intensidade de sua reação é lenta, sendo pequeno o calor desenvolvido C3A 6 a 13% do clínquer. Pega quase instantânea com intensidade rápida de reação com grande produção de calor. Tem pequena resistência mecânica. Resiste mal a águas agressivas. Importância ao cimento Portland é tornar possível menores temperaturas do forno. C4AF 5 a 10% do clínquer. Tem pega em poucos minutos mas não instantânea como o C3A. Comparado ao C3A Resistência ligeiramente inferior. Desenvolve menos calor de hidratação e é mais resistente a ação de águas agressivas. A alumina por ele fixada é menos nociva que a alumina ligada exclusivamente à cal. PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS DO CLÍNQUER 11/08/2023 53 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Resistência mecânica x efeitos da hidratação dos compostos anidros do clínquer. (Zampieri, 1989) PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS DO CLÍNQUER Belita Alita AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I COMPOSIÇÃO x RESISTÊNCIA PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS DO CLÍNQUER A B C C3S 49 30 56 C2S 25 46 15 C3A 12 5 12 C4AF 8 13 8 Temperatura e finura constantes Belita Alita 28 (Aulas USP) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I COMPOSIÇÃO TÍPICA DE UM CLÍNQUER DE CIMENTO PORTLAND 67% CaO (C), 22% SiO2 (S), 5% Al2O3 (A), 3% Fe2O3 (F) e 3% de outros óxidos. Fases cristalinas anidras metaestáveis na temperatura ambiente e estáveis ao serem hidratados Alita (C3S): 42-60% Belita (C2S): 14-35% Aluminato tricálcico (C3A): 6-13% Ferroaluminato tetracálcico (C4AF): 5-10% Outros compostos em menor quantidade Na2O, MgO, K2O, magnésio, enxofre, fósforo 11/08/2023 54 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND Difração de Raios – X: Técnica utilizada para a identificação das fases constituintes do clínquer. Microscopia Ótica e Eletrônica de Varredura: Observação morfológica das amostras. Ensaio de Lixiviação: Visa simular as condições de exposição do cimento ao meio ambiente. Ensaio de solubilização: Visa complementar o ensaio de lixiviação, se o resíduo é inerte ou não. Ensaio de Resistência Mecânica à Compressão: É o controle de qualidade fundamental do produto. Limites mínimos de resistência à compressão exigidos para 3,7 e 28 dias. AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Estagio I: Em contato com a água ocorre uma rápida dissolução dos grãos do cimento. Sobem as concentrações de álcalis solúveis, Ca2+, SO4 2- e íons OH em solução, resultando em um pH de 12 a13. Estagio II: Os íons Ca2+, SO4 2- e íons OH reagem com os silicatos e aluminatos para formar gel de C-S-H e etringita, formando uma barreira em torno dos grãos de cimento não hidratados, retardando novas hidratações, permitindo um período de trabalhabilidade durante o qual o concreto deve ser lançado e assentado. Estágios: ( K. Luke) HIDRATAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Estagio III: Durante o Estágio II a concentração de íons Ca2+ continua a aumentar, reiniciando lentamente a hidratação dos grãos de cimento atrás da barreira. Com a supersaturação de Ca2+, seguida da precipitação de Ca(OH)2 ocorre uma rápida hidratação dos grãos de cimento gerando gel de C-S-H e etringita. A formação de gel de C-S-H e o intertravamento das partículas promovem a pega e o endurecimento. ( K. Luke) Estágios: HIDRATAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND 11/08/2023 55 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CRESCIMENTO DOS CRISTAIS C-S-H ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Desenvolvimento microestrutural, durante a hidratação, de um grão de cimento. (Scrivener, 1989) ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND C3A + CSH2 → Etringita + 300 cal/g 2C3S + 6H → C3S2H3 + 3CH + 120 cal/g 2C2S + 4H → C3S2H3 + CH + 62 cal/g Reações Químicas: Notação: C - CaO S - SiO2 A - Al2O3 F - Fe2O3 H - H2O S - SO3 Pega:é o início do endurecimento (passagem do estado plástico para o sólido) Endurecimento: resulta da hidratação progressiva dos compostos anidros do cimento SEQUÊNCIA DE HIDRATAÇÃO E ENDURECIMENTO 11/08/2023 56 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I •Estruturas Fibrilares: C-S-H •Estruturas Prismáticas: C-H •Etringita: C6ASH32 Diversos cristais são observados na pasta de cimento Portland hidratada: •Monossulfato: C4AS.H12 HIDRATAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND (Portlandita) C-H C-S-H Etringita http://lebeton.free.fr/ciment.html AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I SÓLIDOS NA PASTA DE CIMENTO • Estruturas C-S-H (Mehta e Monteiro,1994) • Cristais de hidróxido de cálcio – CH • Etringita • Monossulfato AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I SÓLIDOS NA PASTA DE CIMENTO Estruturas – CSH • Estruturas fibrilares; • Formadas pela hidratação dos silicatos; • Altíssima resistência mecânica; • Quimicamente bastante estáveis; • Baixa porosidade; • 50 a 60 % do volume da pasta. 2C3S + 6H → C3S2H3 + 3CH + 120 cal/g 2C2S + 4H → C3S2H3 + CH + 62 cal/g 11/08/2023 57 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I SÓLIDOS NA PASTA DE CIMENTO Cristais de hidróxido de cálcio – CH • Cristais grandes hexagonais de Ca(OH)2; • Volume: 20 a 25%; • Responsáveis pH elevado da pasta (pH 13); • Porosos; • Baixa resistência mecânica; • Solúveis em água; • Muito reativos quimicamente. (Andión et al., 2001) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I SÓLIDOS NA PASTA DE CIMENTO Etringita – • Produto da hidratação dos aluminatos e do gesso (SO3); • Cristais muito porosos com baixa resistência mecânica; • São os primeiros cristais da pasta a se formar; • Representam 15 a 20 % do volume de sólidos. • Formação pode causar falsa pega; C6AS.H32 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I SÓLIDOS NA PASTA DE CIMENTO Monossulfato hidratado – • Produto da hidratação dos aluminatos e do gesso; • Cristais porosos em forma de “pétalas de rosa”; • Quimicamente instáveis; • Forma-se sob concentração baixa de sulfatos (SO3 do gesso); • Porosos; • Baixíssima resistência mecânica; • Solúveis em água. C4AS.H18 11/08/2023 58 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I PROPRIEDADES AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I ALTERAÇÃO DA PEGA DO CIMENTO PORTLAND Fatores que afetam: Aluminatos: Pega inicial (C3A cristaliza rápido); Finura: mais fino, final de pega e endurecimento mais rápido; Gesso (SO3): (<3%) adicionado ao clínquer para retardar pega inicial do C3A; Temperatura ambiente: As reações de hidratação ganham velocidade com o aumento da temperatura; Mal armazenamento: absorção de umidade retarda o inicio da pega absorção de CO2 acelera o inicio de pega. AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Fatores que afetam a pega: Aditivos: • Cloreto de cálcio: 1 % retarda pega, em quantidades superiores acelera • Cloreto de sódio: Varia, em alguns CP retarda em outros a acelera • Carbonatos alcalinos e anidrido carbônico: Aceleração forte (1 a 2%, início de pega em poucos minutos) • Hidróxidos de sódio, de potássio ou de silicato de sódio: Notável aceleração • Açúcar: Solução de 1 % impede a pega ALTERAÇÃO DA PEGA DO CIMENTO PORTLAND 11/08/2023 59 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO Corpo-de-prova cilíndrico 50 x 100mm Traço- 1 : 3 : a/c =0,48 (Areia Normal IPT) Enchimento dos moldes – 4 camadas com 30 golpes Rompimento – 1 / 3 / 7 / 28 dias NBR 7215: 1997 – Determinação da Resistência à compressão AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO NBR 7215:1997 CP V - ARI: 1 dia ≥ 14 MPa 3 dias ≥ 24 MPa 7 dias ≥ 34 MPa Cimentos CP I, II e III: 25, 32 e 40 MPa aos 28 dias CP IV: 25 ou 32 MPa aos 28 dias Corpo-de-prova capeado com enxofre AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND - CALOR DE HIDRATAÇÃO Fatores que afetam: • Composição química – C3S mais calor que C2S; • Finura do cimento – mais fino, mais rápido hidrata; • Adições – pozolanas menos calor. Idade Calor de hidratação (calorias/g) 3 dias 41 a 90 7 dias 46 a 97 28 dias 61 a 109 90 dias 72 a 114 180 dias 74 a 116 11/08/2023 60 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND - CALOR DE HIDRATAÇÃO (Weiss, J.; 2005) Cinética das velocidades das reações: • C3A > C3S > C4AF > C2S • A reatividade é influenciada pela finura e o resfriamento do clínquer; • O C3A tem sua hidratação retardada pela adição do gesso; • Reações complexas (C2S reage mais rápido quando C3S está presente devido a presença de OH- na solução); • C3A e C4AF competem pelos sulfatos (gesso). AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND - CALOR DE HIDRATAÇÃO (Domone, 1994) Tempo de dormência depende da quantidade de gesso AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I (Weiss, J.; 2005) CIMENTO PORTLAND CALOR DE HIDRATAÇÃO Comportamento dos compostos Contribuição para o cimento Composto Velocidade da reação Calor liberado Resistência Mecânica Liberação de calor C3S Moderada Moderado Alta Alta C2S Lenta Baixo Inicial baixa, final alta Baixa C3A + CSH2 Rápida Muito alto Baixa Muito alta C4AF + CSH2 Moderada Moderado Baixa Moderada 11/08/2023 61 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND - CALOR DE HIDRATAÇÃO Finura e Calor de Hidratação (Aulas USP) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CIMENTO PORTLAND - EXPANSIBILIDADE Problemas do cimento que causam expansão: -Periclásio - cristais de MgO – Excesso temperatura ou tempo no forno. %MgO < 6,5% - Excesso de gesso adicionado - Excesso de CaO no clínquer – carência de argila Agulha de Le Châtelier, usada para avaliar a expansibilidade. e ≤ 0,5 cm (NBR 11582:2016) (Neville, A.; 1995) Henry Le Châtelier, 1850 -1936 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I PASTA DE CIMENTO PORTLAND – RETRAÇÃO Pasta - pseudo-sólidos - aparência de sólidos - rede de poros muito finos contendo ar ou água. Propriedades diferentes das dos sólidos devido à presença de tensões capilares de água no interior dos poros. Tensões tendem a desaparecer quando o corpo pseudo-sólido está seco ou saturado de água. Quantidades de retração muito variável : (Granato-BASF) Pasta pura - 1,5 a 2,0 mm/m Argamassas - 0,6 a 1,5 mm/m Concretos -0,2 a 0,7 mm/m 11/08/2023 62 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Fatores que influenciam: • Cimento - mais fino, maior retração nas primeiras horas; • Traço – maior quantidade de agregados, menor retração; • Qtd. água de amassamento - mais água, maior retração; • Aditivos retardadores aumentam; • Dimensões das peças – mais volumosas, mais retração; • Procedimentos de Cura - mais tempo, menor retração; • Umidade média do ar – mais seco, mais retração. PASTA DE CIMENTO PORTLAND – RETRAÇÃO AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I TIPOS DE CIMENTO PORTLAND AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Pozolanas - Cinzas volantes – Classe C Pó proveniente de fornos que queimam carvão mineral (termoelétricas) AÇÃO POZOLÂNICA = SiO2 + Ca(OH)2 + H2O → Estruturas C-S-H Tamanho dos grãos e S.E. semelhante aos do cimento Portland ADIÇÕES ao CIMENTO PORTLAND Propriedade NBR 12653 CLASSE C SiO2+Al2O3+Fe2O3 (% mínimo) 70,0 SO3 (% máximo) 5,0 Teor de umidade (% máximo) 3,0 Perda ao fogo (% máximo) 6,0 Álcalis disponível em Na2O (% máximo) 1,5 11/08/2023 63 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I (José Freitas Jr.) Cinzas volantes: “FLY ASH” Coleta das cinzas volantes Usina termo-elétrica a carvão mineral (José Freitas Jr.) ADIÇÕES ao CIMENTO PORTLAND AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Pozolanas - Cinzas volantes – Classe C • Retardam o ganho de resistência mecânica; • Reduzem o calor de hidratação; • Melhoram a trabalhabilidade; • Minimiza a permeabilidade do concreto; • Diminuem ocorrência das reações álcali-agregado. Cinzas volantes aumentadas 5.500 vezes. ADIÇÕES ao CIMENTO PORTLAND (MBinc.) Pozolana AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Escória granulada de Alto Forno - AÇÃO CIMENTANTE ADIÇÕES ao CIMENTO PORTLAND • Resíduo do alto-forno siderúrgico; • Resfriada com jatos de água; • Presença de C2S e C3S; • Grãos c/ 45 m e 500 m²/kg de finura Blaine; • Reduz custos; • Consome resíduo industrial nocivo ao meio ambiente. Coque de carvão mineral-C Minério de ferro – Fe2O3 Cástinas - CaCO3 SiO2 Fe2O3 C3S C2S .... (José Freitas Jr.) ALTO-FORNO SIDERÚRGICO Escória Granulada Resfriamento c/ jatos de água Aciaria (conversor) 11/08/2023 64 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Escória granulada de Alto Forno - AÇÃO CIMENTANTE • Esfriada com jatos de água • Não prejudica resistência mecânica • Possível colocar altos % no cimento – CPIII – 65% • Aumenta a resistência aos sulfatos ADIÇÕES ao CIMENTO PORTLAND Agregado de escória (Escória resfriada ao ar) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I ADIÇÕES ao CIMENTO PORTLAND Filer carbonático – pó de calcário • Inerte quimicamente – CaCO3; • Não prejudica resistência mecânica; • Melhora a trabalhabilidade e o acabamento; • Redução de custos; • Até 25 % em adição ao cimento. AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I TIPOS DE CIMENTO CIMENTO PORTLAND COMUM Características e propriedades Unidade Limites de Classe 25 32 40 Finura Resíduo na peneira 200 % ≤ 12 ≤ 12 ≤ 10 Superfície específica (Blaine) m2/kg ≥ 240 ≥ 260 ≥ 280 Tempo de início de pega h ≥ 1,0 Expansibilidade À quente mm ≤ 5,0 Resistência à compressão 3 dias de idade MPa ≥ 8,0 ≥ 10,0 ≥ 15,0 7 dias de idade MPa ≥ 15,0 ≥ 20,0 ≥ 25,0 28 dias de idade MPa ≥ 25,0 ≥ 32,0 ≥ 40,0 Determinações químicas Limites em % de massa CP I CP I -S Resíduo insolúvel - RI ≤ 5,0 ≤ 3,5 Perda ao fogo – PF ≤ 4,5 ≤ 6,5 Óxido de magnésio - MgO ≤ 6,5 Trióxido de enxofre – SO3 ≤ 4,5 NBR 16697:2018 CP I Cimento Portland Comum CP I – S Cimento Portland Comum com Adição CIMENTO Limites em % de massa Sigla Classe clínquer + Sulfato de cálcio Escória Pozolana Material carbonático CP I 25 / 32 / 40 95 a 100 0 a 5 CP I - S 25 / 32 / 40 90 a 94 0 0 6 a 10 CP I 11/08/2023 65 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I TIPOS DE CIMENTO CIMENTO PORTLAND COMPOSTO Características e propriedades Unidade Limites de Classe 25 32 40 Finura Resíduo na peneira 200 % ≤ 12 ≤ 12 ≤ 10 Superfície específica (Blaine) m2/kg ≥ 240 ≥ 260 ≥ 280 Tempo de início de pega h ≥ 1,0 Expansibilidade À quente mm ≤ 5,0 Resistência à compressão 3 dias de idade MPa ≥ 8,0 ≥ 10,0 ≥ 15,0 7 dias de idade MPa ≥ 15,0 ≥ 20,0 ≥ 25,0 28 dias de idade MPa ≥ 25,0 ≥ 32,0 ≥ 40,0 Determinações químicas Limites em % de massa CP II - E CP II - Z CP II - F Resíduo insolúvel - RI ≤ 5 ≤ 18,5 ≤ 7,5 Perda ao fogo – PF ≤ 8,5 ≤ 12,5 Óxido de magnésio - MgO - Trióxido de enxofre – SO3 ≤ 4,5 CP II CP II - E Cimento Portland Composto com escória CP II – Z Cimento Portland Composto com pozolana CP II – F Cimento Portland Composto com filer NBR 16697:2018 CIMENTO Sigla Classe Clínquer + Sulfato de cálcio Escória Pozolana Material carbonático CP II - E 25 /32 /40 51 a 94 6 a 34 - 0 a 15 CP II - Z 25 /32 /40 71 a 94 - 6 a 14 0 a 15 CP II - F 25 /32 /40 75 a 89 - - 11 a 25 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I TIPOS DE CIMENTO CIMENTO PORTLAND DE ALTO-FORNO CP III NBR 16697:2018 CIMENTO Limites em % de massa Sigla Classe clínquer + Sulfato de cálcio Escória granulada Material carbonático CP III 25 / 32 / 40 25 a 65 35 a 75 0 a 10 Determinações químicas Limites em % de massa Resíduo insolúvel - RI ≤ 5 Perda ao fogo – PF ≤ 6,5 Trióxido de enxofre – SO3 ≤ 4,5 Características e propriedades Unidade Limites Finura Resíduo na peneira 200 % ≤ 8 % Tempo de início de pega h ≥ 1 Expansibilidade a quente mm ≤ 5 Classes 25 32 40 Resistência à compressão 3 dias de idade MPa ≥ 8 ≥ 10 ≥ 12 7 dias de idade MPa ≥ 15 ≥ 20 ≥ 23 28 dias de idade MPa ≥ 25 ≥ 32 ≥ 40 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Características e propriedades Unidad e Limites de Classe 25 32 40 Finura Resíduo na peneira 200 % ≤ 8,0 ≤ 8,0 ≤ 8,0 Superfície específica (Blaine) m2/kg Tempo de início de pega h ≥ 1,0 Expansibilidade À quente mm ≤ 5,0 Resistência à compressão 3 dias de idade MPa ≥ 8,0 ≥ 10,0 ≥ 12,0 7 dias de idade MPa ≥ 15,0 ≥ 20,0 ≥ 23,0 28 dias de idade Mpa ≥ 25,0 ≥ 32,0 ≥ 40,0 TIPOS DE CIMENTO CP IV CIMENTO PORTLAND POZOLÂNICO NBR 16697:2018 Determinações químicas Limites em % de massa Resíduo insolúvel - RI - Perda ao fogo – PF ≤ 6,5 Óxido de magnésio - MgO - Trióxido de enxofre – SO3 ≤ 4,5 CIMENTO Limites em % de massa Sigla Classe clínquer + Sulfato de cálcio Escória Pozolana Material carbonático CP IV 25 / 32/ 40 45 a 85 0 15 a 50 0 a 10 11/08/2023 66 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I TIPOS DE CIMENTO CIMENTO PORTLAND de ALTA RESISTÊNCIA INICIAL NBR 16697:2018 CP V - ARI Características e propriedades Unidade Limites Finura Resíduo na peneira 200 % ≤ 6 % Superfície específica (Blaine) m2/kg 300 Tempo de início de pega h ≥ 1 Expansibilidade a quente mm ≤ 5 Resistência à compressão 1 dias de idade MPa ≥ 14,0 3 dias de idade MPa ≥ 24,0 7 dias de idade MPa ≥ 34,0 CIMENTO Limites em % de massa Sigla clínquer + Sulfato de cálcio Filer ou material carbonático (a) CP V - ARI 90 a 100 0 a 10 Determinações químicas Limites em % de massa Resíduo insolúvel - RI ≤ 3,5 Perda ao fogo – PF ≤ 6,5 Óxido de magnésio - MgO ≤ 6,5 Trióxido de enxofre – SO3 ≤ 4,5 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I TIPOS DE CIMENTO PORTLAND Cimento Portland CP (RS) - (Resistente a sulfatos) Cimentos - CP I, II, III, IV, V ou CPB podem ser resistentes aos sulfatos, desde que: apresente expansão ≤ 0,03% aos 56 dias de idade (NBR 13583:2014) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC) Designado por siglas e classes de seu tipo, acrescidas de BC. Geram até 270 J/g em 41h (NBR 12006:1990) Pode ser qualquer um dos tipos básicos. Ex: CP III-32 BC ou CP IV-32 BC Ensaio NBR 12006 - Determinação do Calor de Hidratação pelo Método da Garrafa de Langavant. Retarda o desprendimento de calor em peças de grande massa de concreto, evitando fissuras de origem térmica, devido ao calor desenvolvido durante a hidratação do cimento. TIPOS DE CIMENTO PORTLAND 11/08/2023 67 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I TIPOS DE CIMENTO PORTLAND Resistências à compressão dos cimentos brasileiros. Escala Logarítmica AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I TIPOS DE CIMENTO PORTLAND Cimento Portland Branco (CPB) Exigências físicas e mecânicas para o cimento Portland Branco (NBR 16697:2018) Características e propriedades Unidade Limites CPB-25 CPB-32 CPB-40 CPB Resíduo na peneira de 45 μm % ≤ 12 ≤ 12 Tempo de início de pega h ≥ 1 ≥ 1 Expansibilidade a quente mm ≤ 5 ≤ 5 Resistência à compressão MPa ≥ 8,0 ≥ 10,0 ≥ 15,0 ≥ 15,0 ≥ 20,0 ≥ 25,0 ≥ 25,0 ≥ 32,0 ≥ 40,0 ≥ 5,0 ≥ 7,0 ≥ 10,0 Brancura % ≥ 78 ≥ 82 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I TIPOS DE CIMENTO PORTLAND Concreto de CPB fck 50 MPa, Ponte Irineu Bornhausen Brusque - SC Cimento Portland Branco (CPB) 11/08/2023 68 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I TIPOS DE CIMENTO PORTLAND Resistências à compressão dos cimentos brasileiros. Escala Logarítmica AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Cimentos, por serem aglomerantes hidráulicos, devem ser guardados longe de qualquer fonte de umidade, em locais bem secos e protegidos, de preferência, em sacos fechados em locais não expostos à chuva. Prática recomendada é empilhar sacos de cimento sobre estrados secos de madeira a 30 cm do chão e de qualquer parede para evitar a umidade. As pilhas não devem ter mais de 24 sacos de altura para evitar possível empedramento. O material utilizado em ampla escala para estocagem de cimento é o papel Kraft, devido a sua boa resistência mecânica, logo não rasga com facilidade, e tem boa resistência a médias e altas temperaturas, o que permite ensacamento de cimento ainda quente a baixo custo para otimizar fluxo de produção, o que não funciona com outros materiais plásticos baratos. CIMENTO PORTLAND - ARMAZENAMENTO AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I IMPACTO AMBIENTAL 11/08/2023 69 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Reservas - Calcário: • Muito amplas; • Duração ........ Consumo de Energia: • 90% - energia térmica gerada pelo combustível (secagem, aquecimento e calcinação das matérias primas) – representa 25% do custo de produção; • 10% - energia elétrica (25% moagem das matérias-primas, 40 % do clínquer, 20 % operações do forno e resfriador) – representa 50% do custo de produção; Impacto Ambiental: CIMENTO PORTLAND (CP) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Impacto Ambiental: CIMENTO PORTLAND (CP) CO2 – Efeito estufa: • Queima de Combustíveis - 0,65 a 0,9 kcal/g clínquer; Para 1 tonelada de clínquer gera 300 Kg de CO2 • Calcinação Calcário – MUITO CO2  (CaCO3+ calor -> CaO + CO2) Para 1 tonelada de clínquer gera 600 kg de CO2; • CO2 Total : 900 kg/tonelada de clínquer AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Impacto Ambiental: CIMENTO PORTLAND (CP) CO2 – Efeito estufa: Brasil  Roadmap tecnológico do cimento • Emissões de CO2 da indústria do cimento:  Média mundial: cerca de 7% das emissões totais;  Brasil: cerca de 2,6%, segundo o Inventário Nacional de Gases de Efeito Estufa. Fonte: SNIC, 2019 11/08/2023 70 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Impacto Ambiental: CIMENTO PORTLAND (CP) CO2 – Efeito estufa: Brasil  Roadmap tecnológico do cimento Emissão específica na produção de cimento Fonte: SNIC, 2019 564 kg CO2/t cimento AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Impacto Ambiental: CIMENTO PORTLAND (CP) CO2 – Efeito estufa: Brasil  Roadmap tecnológico do cimento Emissões de CO2 da produção de cimento no Brasil Fonte: SNIC, 2019 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Impacto Ambiental: CIMENTO PORTLAND (CP) CO2 – Efeito estufa: Brasil  Roadmap tecnológico do cimento • Consumo per capita de cimento:  Média mundial: 553 kg/hab./ano;  Brasil: 260 kg/hab./ano. • Elevado déficit habitacional e de infraestrutura do país + expectativa de crescimento populacional  retomada do crescimento na produção em médio/longo prazo, aumentando entre 60% e 120% em 2050 com relação a 2014 (nas variantes de baixa e alta demanda, respectivamente). Fonte: SNIC, 2019 11/08/2023 71 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Impacto Ambiental: CIMENTO PORTLAND (CP) CO2 – Efeito estufa: Brasil  Roadmap tecnológico do cimento Projeção da produção de cimento no Brasil Fonte: SNIC, 2019 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Impacto Ambiental: CIMENTO PORTLAND (CP) CO2 – Efeito estufa: Brasil  Roadmap tecnológico do cimento • Alternativas para redução das emissões de carbono: 1. Elevar ainda mais o uso de adições - o Brasil é uma das referências mundiais - e reduzir o teor de clínquer no CP:  A redução da razão clínquer/cimento de 67% em 2014 para 52% em 2050 evitaria a emissão cumulativa de 290Mt de CO2  69% do potencial de redução do setor até 2050; A expectativa de redução na disponibilidade de escórias e cinzas volantes no longo prazo levará o setor a buscar outras soluções, como ampliar o uso de filer calcário e argilas calcinadas. Fonte: SNIC, 2019 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Impacto Ambiental: CIMENTO PORTLAND (CP) CO2 – Efeito estufa: Brasil  Roadmap tecnológico do cimento • Alternativas para redução das emissões de carbono: 2. Uso de combustíveis alternativos, em substituição aos combustíveis fósseis não renováveis:  A ampliação destes energéticos de 15% em 2014 para 55% em 2050 pode resultar em uma redução cumulativa de 55Mt de CO2  13% do potencial de redução;  O uso de Resíduos Sólidos Urbanos e Resíduos Sólidos Não Perigosos, ambos com elevado conteúdo de biomassa em sua composição, representa o maior potencial. Fonte: SNIC, 2019 11/08/2023 72 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Impacto Ambiental: CIMENTO PORTLAND (CP) CO2 – Efeito estufa: Brasil  Roadmap tecnológico do cimento • Alternativas para redução das emissões de carbono: 3. Eficiência térmica e elétrica: substituição gradual de unidades e equipamentos obsoletos por novas linhas utilizando as melhores tecnologias disponíveis  9% do potencial de mitigação do setor. 4. Tecnologias inovadoras e emergentes - Captura e Uso ou Estocagem de Carbono (CCUS): seria possível, a partir de 2040, atingir uma redução acumulada de 38Mt de CO2  9% do potencial de mitigação do setor até 2050. Fonte: SNIC, 2019 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Impacto Ambiental: CIMENTO PORTLAND (CP) CO2 – Efeito estufa: Brasil  Roadmap tecnológico do cimento • Potencial de mitigação na cadeia da construção:  Industrialização do uso do cimento: concreto usinado ou industrializado  em média menor consumo de cimento/m3;  Argamassas industrializadas: uso de ar incorporado, redução do uso da cal hidratada e em média menor consumo de cimento/m3;  Produção de agregados: maior empacotamento  menor consumo de pasta de cimento para envolver os agregados;  Racionalização na construção: redução das perdas. Fonte: SNIC, 2019 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Adição de Resíduos ao cimento: • Adições reduzem % de clínquer;  Minimizam emissões de CO2 por kg de cimento; • Resíduos industriais que iriam para aterros;  Cinzas Volantes – CP IV – 50% Cinzas Volantes;  Escórias de alto forno – CP III – 75% Escória;  Filer carbonático – CP II F – 25 % Fíler. Impacto Ambiental: CIMENTO PORTLAND (CP) 11/08/2023 73 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Impacto Ambiental: Emissões de CO2 por tipo de cimento: CIMENTO PORTLAND (CP) Tipo Adição kg CO2/tonelada CP II F 10% Filer 820 CP II Z 24% Pozolana + Filer 700 CP II E 40% Escória + Filer 580 CP III 75% Escória 290 CP IV 45% Cinzas Volantes 530 CP V 5% Filer 860 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Coprocessamento de resíduos: • Fonte de Receita para as cimenteiras; • Queima no forno de resíduos diversos;  Resíduos com poder calorífico;  Resíduos altamente tóxicos. Impacto Ambiental: CIMENTO PORTLAND (CP) (Sindicato Nacional da Indústria do Cimento) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Coprocessamento de resíduos: • Queima no forno de resíduos diversos; • Resíduos com poder calorífico;  Minimiza o consumo de combustível; • Co-incineração de resíduos altamente tóxicos;  Solventes de indústria química, tintas, compostos clorados e fluorados.  Queima a 1.450/2.000oC decompõe completamente as moléculas, não gerando gases tóxicos. Impacto Ambiental: CIMENTO PORTLAND (CP) 11/08/2023 74 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Coprocessamento de resíduos: • Queima de resíduos com poder calorífico • 1.000.000 t queimados em 2008; • Queima de pneus, borras de tintas, resíduos de plásticos ... • 33.000.000 pneus queimados em 2008. Impacto Ambiental: CIMENTO PORTLAND (CP) (Sindicato Nacional da Indústria do Cimento) AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I CO-PROCESSAMENTO DE RESÍDUOS EM FORNOS ROTATIVOS DE clínquer (Cimento Portland) PUC - RJ Análises de laboratório de cada resíduo asseguram que nada possa afetar o cimento ou aumentar a emissão de gases AFR ou matéria-prima é um combustível alternativo com especificação conhecida de poder calorífico e máximo de contaminantes. Químicos Pneus Plásticos Borras Ácidas AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Em quanto a bomba de concreto não vem.... Arquivo: Filmes concreto / Flmes engraçados/ cementing_in_africa_02 11/08/2023 75 AGLOMERANTES TC 030 Materiais de Construção I Materiais de Construção I AGLOMERANTES Referências bibliográficas: Apostilas USP – Aglomerantes CONCRETE, Microstucture, Properties and Materials, P. Kumar Mehta e Paulo J. M. Monteiro, McGraw-Hill, 2006 Cia. Cimento Itambé Cia. Cimento Rio Branco – Votorantim Cimento Geopolimérico Lord, M. Zero Carbon Industry Plan - Rethinking Cement. Published by Beyond Zero Emissions Inc. Kindness House, Fitzroy, Victoria 3065, Australia, August, 2017. ROADMAP TECNOLÓGICO DO CIMENTO - Potencial de redução das emissões de carbono da indústria do cimento brasileira até 2050. Coordenação: Gonzalo Visedo e Marcelo Pecchio. Rio de Janeiro: SNIC, 2019. 64 p.