cimento e suas analises

1. INTRODUÇÃO

O objetivo desta apostila é fornecer conhecimentos básicos sobre as atividades desenvolvidas nos laboratórios de controle de qualidade das fábricas de cimento, incluindo processos de amostragem, preparação de amostras e testes físico-químicos da rotina de fabricação.

Para um melhor aproveitamento deste módulo, faremos uma breve discussão sobre o processo de fabricação de cimento, sua evolução, matérias-primas, características e conceitos de relevância envolvidos.

2. DEFINIÇÃO

O Cimento é normalmente definido como sendo um aglomerante hidráulico constituído basicamente de óxidos de cálcio, silício, alumínio e ferro, que quando misturado com água (em certas proporções), endurece, tanto exposto ao ar como submerso em água. Em relação a outros aglomerantes hidráulicos, o cimento se distingue por apresentar uma resistência mecânica à compressão mais elevada. (Nas normas internacionais, nunca inferior a 250 N/mm2).

O cimento como produto final para uso é apresentado sob forma de diversas misturas que constituem os diversos tipos, cada um com características específicas de aplicação. O componente principal dos diferentes tipos de cimento assim obtidos é o clinquer portland. É da composição química e cristalina do clinquer, que derivam as propriedades aglomerantes e hidráulicas dos diferentes tipos de cimento. O segundo componente essencial dos diferentes tipos de cimento, é o sulfato de cálcio, que comercialmente pode ser encontrado sob diversas formas no gesso natural e artificial. A adição do gesso é necessária para regular o processo de endurecimento do cimento. Um outro grupo de componentes, como por exemplo, calcário puro, escória de alto forno, cinzas volante, puzolanas naturais ou artificiais, podem estar presentes nos cimentos, formando os diversos tipos de cimento definidos por norma, tendo cada um suas características próprias. Estes componentes contribuem em geral para melhorar algumas propriedades específicas do respectivo cimento.

Existem atualmente os seguintes tipos de cimento definidos pelas normas brasileiras:

TIPO SIGLA CLASSESClinquer + Sulfato de

Cálcio

Escória Granul. de Alto Forno

Material Pozolânico

Material Carbonátic

o

CimentoPortland

CP-I253240

100 0

ComumCP-I-S

253240

99 - 95 1 - 5

Cimento CP-II-E253240

94 - 56 6 - 34 0 - 10

Portland CP-II-Z253240

94 - 76 6 - 14 0 - 10

Composto CP-II-F253240

94 - 90 6 - 10

CimentoPortland deAlto Forno

CP-III253240

65 - 25 35 - 70 0 - 5

CimentoPortland

PozolânicoCP-IV

2532 85 - 55 - 15 -40 0 - 5

CimentoPortland

de Alta Res.Inicial

CP-V-ARI 100 - 95 0 - 5

CimentoPortland

Resistentea Sulfatos

São considerados cimentos resistentes a sulfatos:

Cimentos CP-I e CP-II cujo teor de C3A no clinquer é £ 8,0%.Cimento CP-III com teor de escória > 60,0%.Cimento CP-IV com teor de pozolana ³ 25.0%Cimentos que comprovadamente indicam resistência a Sulfatos serão designados pela sigla original de seu tipo, acrescida de "RS".Ex. CP-I-S-32-RS, CP-III-32-RS

3. HISTÓRIA DO CIMENTO

Na antiguidade, os Egípcios usavam gesso impuro calcinado como material aglomerante. Já os gregos e romanos usavam calcário calcinado. Uma evolução na utilização do calcário foi a inclusão de cal, areia, pedra moída e água, o que deu como resultado a utilização do primeiro concreto.

O concreto de cal usado na antiguidade não endurecia embaixo de água. Mais tarde, porém, descobriu-se que misturando-se cinza vulcânica à cal, havia o desenvolvimento da propriedade de endurecimento em submersão, dando como resultado o desenvolvimento do cimento pozolânico.

Na idade média houve um retrocesso geral na qualidade e usos do cimento. No século XVIII ocorreu algum desenvolvimento no campo do cimento, através da utilização de pedras e argilas calcinadas pelos romanos.

Em 1824, Josef Aspdin, mediante a queima de uma mistura de argila e rocha calcária moída até que todo o CO2 se desprendesse, obteve um produto que pulverizado tinha a propriedade de enrijecer muito mais rápido e com resistência muito mais alta que a cal hidráulica. Estava então estabelecida a base para o que hoje conhecemos como Cimento Portland.

A origem do nome “Portland” é devido à semelhança da cor e qualidade do cimento endurecido com a pedra Portland, uma pedra calcária oriunda da Inglaterra.

4. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE CIMENTO

O processo de fabricação de cimento é um processo físico-químico de transformação de minerais naturais como o calcário, argila, minério de ferro e areia em uma mistura de minerais sintéticos que possuem capacidade de reagir com a água e desenvolver propriedades de resistência à compressão. Para um melhor entendimento do processo, podemos dividi-lo em 6 grandes etapas:

Mineração;Pré-Homogeneização;Moagem de Cru;Clinquerização;Moagem de Cimento;Ensacamento e expedição.

A mineração consiste na etapa onde são extraídas as matérias-primas necessárias ao processo. Engloba atividades como:

Elaboração e validação do banco de dados de sondagem da mina – Consiste na avaliação da composição química de diversos setores da mina e no armazenamento destes dados. Tem por finalidade conhecer as características de vários pontos da mina e assim orientar quais áreas serão exploradas para fornecer o calcário com as características desejadas;

Estudo e modelagem da situação topográfica – Avaliação de alternativas de cava e perfis geológicos existentes;

Definição das seções da mina a serem exploradas – Baseado nas solicitações da produção e nos estudos de sondagem da mina;

Execução da malha de furação e detonação – Realização dos furos e utilização de explosivos para extração do calcário;

Transporte do calcário até britagem – Os blocos de calcário são carregados por caminhões fora de estrada, teleféricos, etc e levados até a britagem;

Britagem do calcário – Dependendo de cada fábrica, utilizam-se normalmente 1 ou 2 britadores para redução do calcário de uma granulometria de aproximadamente 1 m para cerca de 1 polegada. Os britadores utilizados são de martelos, cônicos, mandíbulas, etc;

Empilhamento/Pré-Homogeneização – O material britado é estocado em pilhas com a finalidade de realizar uma homogeneização preliminar da matéria-prima.

Além do calcário, a argila também é extraída em alguns setores da mina e britada em moinhos de rolos a fim de desaglomerar as partículas. Após britada, passa assim como o calcário por uma pré-homogeneização, em conjunto com o calcário ou em uma pilha independente.

O minério de ferro e demais matérias-primas são adquiridos de terceiros e não sofrem nenhum tratamento preliminar a nível de mineração, sendo alimentado diretamente ao moinho de cru.

O calcário britado é armazenado nas pilhas de pré-homogeneização

Os fora de estrada levam o calcário até a

britagem.

Detalhe da britagemBritadores usados: martelos, cônicos,

etc

O calcário é detonado e carregado com a pá

carregadeira

O calcário é então transferido para os caminhões fora de

estrada

Sequência de etapas de movimentação do calcário

Moagem de Cru - Consiste na preparação da mistura crua (farinha), através do tratamento da matéria-prima nos moinhos de bolas e moinhos verticais, para que seja reduzida sua granulometria até cerca de 0,050mm (50microns).

A granulometria do cru tem uma papel muito importante na cinética das reações de clinquerização. Não se pode precisar a granulometria ideal, pois ela varia de material para material, dependendo de suas características mineralógicas e estruturais. Verificou-se porém que um calcário compacto de granulação fina reage menos que um calcário menos compacto e poroso e de granulação fina. Observou-se que para calcários compactos e quartzo cristalizado, o limite de granulação é de 100 microns. Heilmann admite até 5% de partículas calcárias maiores que 150mícrons sem que ocorram problemas de fabricação. As argilas não apresentam problemas de granulação devido ao seu diâmetro inferior que 2 mícrons.

Ao mesmo tempo que o material é submetido à moagem, dá-se sua mistura e secagem.

Clinquerização - Consiste na etapa que se passa nos fornos rotativos e onde se dá a transformação química dos minerais naturais (farinha) em minerais sintéticos (clínquer).

O clínquer pode ser definido como um produto granulado, obtido por tratamento térmico de uma mistura adequada de calcário e argila até fusão parcial e posterior reação química entre os óxidos de sílica, cálcio, ferro e alumínio. É um produto constituído na sua maior parte por silicatos (75%) e em proporções menores de aluminatos e ferro-aluminatos cálcicos. Os componentes principais do clíquer são o C3S (3CaO.SiO2) , C2S (2CaO.SiO2), C3A (3CaO.Al2O3) e C4AF (4CaO.Al2O3.Fe2O3), sendo o C3S o principal destes, já que é o maior responsável pelo desenvolvimento das propriedades de resistência do clínquer. Sendo assim, podemos caracterizar a clinquerização como um processo de fabricação de C3S, onde deve-se garantir que este produto esteja presente na quantidade e qualidade adequadas.

As reações que ocorrem para a produção do clínquer são de difusão iônica entre sólidos. Esta difusão é acelerada com o aparecimento de uma fase líquida, localizada na interface dos grãos e que começa a se formar à temperatura próxima de 1300ºC. A velocidade de difusão e a capacidade de clinquerização estão relacionadas à quantidade e à viscosidade desta fase líquida.

O clínquer sai do forno a uma temperatura aproximada de 1200ºC e sofre um resfriamento para reduzir a sua temperatura para cerca de 100ºc. Diversos são os tipos de resfriadores existentes. Os mais utilizados são os resfriadores satélites e os de grelhas, sendo estes últimos os mais eficientes.

Moagem de Cimento - O clínquer produzido é moído juntamente com outros materiais aditivos (gesso, calcário, escória, pozolanas). Nesta etapa o cimento é produzido segundo as normas de definição e regulamentação do produto.

Finalmente, o cimento é ensacado e expedido, podendo também ser vendido a granel.

5. FLUXOGRAMA DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE CIMENTO

5.1. Fluxograma da Moagem de Cru e Clinquerização Silo de Homogeneizaçã

o

P/ moagem de carvão

Depósito de Clínquer

Moinho de

Torre Arrefecimento

Torre de CiclonesForno de Clínquer

Resfriador

Eletrofiltro

Moinho de Cru

Eletrofiltro

Separador

5.2. Fluxograma Moagem de Cimento

6. MATÉRIAS-PRIMAS UTILIZADAS NA FABRICAÇÃO DO CIMENTO

Os óxidos necessários para a produção do clínquer são provenientes de mineriais tais como calcário, argila, minério de ferro, areia, entre outros. Além destes minerais de importância para a confecção da farinha, utilizamos outros em etapas posteriores do processo e que juntamente com o clínquer, participam da produção do cimento (gesso, escória de alto forno, pozolanas, além do próprio calcário).

a-) CALCÁRIO

Rocha sedimentar que consiste essencialmente do mineral calcita (carbonato de cálcio), contendo também algumas impurezas em proporção variável como argilas, sílica ou ferro.

Existem várias formas de calcário, variando a sua composição, cor, estrutura, cristalinidade, etc. As mais comuns são as silicosas, magnesianas, arenosas, etc.

b-) ARGILA

São sedimentos compostos, produzidos pela decomposição dos silicatos alumínicos das rochas eruptivas e metamórficas. As argilas se apresentam de diversas formas, variando sua coloração, dureza, plasticidade, etc. Na fabricação do cimento pode-se utilizar uma ou mais variedades combinadas de tal forma que se cumpram determinados parâmetros de composição química.

c-) MATERIAIS CORRETIVOS

Para a fabricação do Cimento Portland, os componentes principais, calcário e argila, devem apresentar depois de convenientemente misturados, uma distribuição pré-determinada de Cálcio, Alumínio, Sílica e Ferro. Quando se apresentar uma deficiência em qualquer um desses elementos, deve-se utilizar os correspondentes materiais corretivos que contribuem na mistura com o componente deficiente. A principal característica dos materiais corretivos deve ser a de possuir grande concentração do elemento faltante a fim de possibilitar seu uso em quantidades pequenas.

Os materiais corretivos mais usados são: Minério de Ferro, Arenito, Bauxita, etc.

O gesso (CaSO4.2H2O) é a matéria-prima utilizada na moagem de cimento e tem por objetivo controlar o tempo de endurecimento da massa de concreto. As demais matérias-primas desta fase (escória, cinzas) tem o objetivo conferir propriedades específicas ao cimento.

6.1. CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS DAS MATÉRIAS PRIMAS

Filtro

Filtro

Moinho de Bolas

Pré-Moagem

P/ silos de cimento

Separador

Silos de Clínquer e Aditivos

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

As principais propriedades físicas que influem decisivamente na fabricação do cimento são:

- Dureza- Exfoliabilidade- Porosidade

Estas propriedades são fatores importantes que afetam a moagem e a produção dos moinhos.

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

CALCÁRIO

O calcário utilizado na maioria das fábricas de cimento é composto por dois tipos de carbonatos: Carbonato de Cálcio (CaCO3) e Carbonato de Magnésio (MgCO3).

Contém ainda, em menores concentrações: Sílica ( SiO2), Ferro (Fe2O3) e Alumínio (Al2O3).

O MgCO3 é indesejável para a fabricação do cimento porque o óxido de Magnésio (MgO), resultante do processo de fabricação, tem influências negativas na qualidade do cimento.

Assim, o uso do calcário na fabricação do cimento depende do teor de CaCO3 que ele contém. De acordo com o teor deste carbonato, podemos classificar o calcário conforme o quadro abaixo:

% CaCO395 – 100 Alta qualidade85 – 95 Boa qualidade 75 – 85 Aceitável

Podemos então concluir que o teor mínimo aceitável é de 75% de CaCO3, para uma mistura crua conveniente.

A composição típica do calcário é a seguinte:

CaO = 48,0 K2O = 0,30SiO2 = 3,0 Fe2O3 = 0,8SO3 = 0,05 Na2O = 0,05Al2O3 = 1,0 MgO = 1,5

ARGILA

Este componente fornece basicamente os constituintes abaixo:

Si02Al2O3Fe2O3

Na prática, costumamos classificar os tipos de argilas em função dos teores dos elementos acima, por exemplo:

Argila Silícicas 60% < SiO2 < 70%

Argila Alumínicas 19% < Al2O3 < 23%

Argila Ferrosa 15% < Fe2O3 < 20%

MATERIAIS CORRETIVOS

Conforme já definimos, são materiais que devem conter em grande concentração o elemento faltante na mistura crua. Os materiais mais empregados são:

Minério de Ferro 60 a 90% Fe2O3

Quartzo 70 a 80% SiO2

6.2. CARACTERÍSTICAS DA FARINHA

A Farinha é o produto resultante da moagem fina, convenientemente dosada e homogeneizada de uma mistura de calcário, argila e materiais corretivos.

COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA FARINHA

A farinha apresenta, em média, a seguinte composição

%CaO = 42,30SiO = 13,44Al2O3 = 3,00Fe2O3 = 2,00

Além de outros componentes indesejáveis como:

MgO = 2,00K2O = 0,60

PROPRIEDADES FÍSICAS

Grau de Finura = máximo de 10% retido na peneira 170#Umidade = 0,50 a 1,0% de água.

7. CONCEITOS IMPORTANTES NA INDÚSTRIA CIMENTEIRA

Como já foi dito, é de grande importância que as matérias primas utilizadas na fabricação do cimento estejam presentes numa proporção bem definida na farinha, garantindo assim a obtenção das propriedades desejadas do clínquer.

Com a finalidade de garantir a proporção dos diferentes componentes químicos, utilizam-se nas fábricas algumas relações que orientam a confecção da farinha e definem as características e comportamento da mesma durante a fase de clinquerização. As principais relações utilizadas são:

7.1 Fator de saturação (FSC)

Relaciona a concentração de CaO presente na farinha/clínquer com os demais componentes com os quais ele reage. Normalmente seu valor está entre 92 e 96%.

Um alto valor de FSC provoca:

Queima difícil da farinha grande conteúdo de CaO; Tende a causar expansibilidade do cimento tendência a maior quantidade de CaO livre no

clínquer; Aumenta o conteúdo de C3S maior disponibilidade de CaO; Reduz o conteúdo de C2S por efeito contrário ao anterior;

7.2. Módulo de Sílica (MS)

Relaciona a concentração de sílica (SiO2) com a concentração de Al2O3 e Fe2O3, ou seja, a proporção de materiais não fundentes e fundentes. Os valores normalmente encontrados nas fábricas estão em torno de 2,3 a 2,7.

Um alto valor de MS têm como consequência:

Elevada carga térmica do forno Devido à maior presença de materiais não fundentes na farinha, torna-se necessário queimar uma quantidade maior de combustível no forno para obter a quantidade de fase líquida desejada;

Reduz a quantidade de fase líquida Para uma mesma quantidade de combustível queimado, a % de fase líquida no forno será menor, já que a farinha possui menos fundentes;

Resulta em clínquer pulverulento Devido à menor quantidade de fase líquida; Alto consumo de combustível e queima difícil; Tende a causar expansibilidade Sendo a queima mais difícil, há maior probabilidade de

ocorrênciade CaO livre; Dificulta a formação de colagens Menor quantidade de fundentes; Deteriora o revestimento refratário Devido à dificuldade de formação de colagens.

Um baixo MS:

Excesso de fase líquida e menor consumo térmico Maior presença de fundentes. Deteriora o revestimento refratário Devido à possibilidade de formação de uma colagem de baixo

ponto de fusão e que facilmente se desfaz; Favorece a formação de bolas de clínquer de alta dureza;

7.3. Módulo de Alumínio (MA)

Relaciona a concentração de alumínio e de ferro na farinha, ou seja, a relação entre os 2 principais fundentes. Seu valor têm influência direta na viscosidade da fase líquida. Como referência para o valor de MA podemos citar o intervalo de 1,3 a 1,6.

Um alto MA resulta:

Queima mais difícil e maior consumo de combustível devido a uma fase líquida mais viscosa; Aumenta a proporção de C3A e reduz C4AF maior disponibilidade de Al2O3; Aumenta a viscosidade da fase líquida a uma temperatura constante maior proporção de óxido de

alumínio; Alto calor de hidratação devido a presença de C3A; Tendência a pega rápida do cimento e altas resistências a pequenas idades Presença de C3A;

Um baixo MA, ao contrário:

Resulta em fase líquida mais fluida; Um baixo calor de hidratação;

7.4. Fase Líquida

Consiste na fração da farinha que, devido á alta temperatura próximo à chama, funde-se e que tem importância vital ao processo de clinquerização, já que a formação de C3S se dá no seio desta fase líquida.

Para o cálcula da fase líquida utilizam-se as seguintes relações:

a 1338°C

6,1 Fe2O3 + MgO + (Na2O + K2O) p/ Mod. Al> 1.388,5 Al2O3 - 5,22 Fe2O3 + MgO + Na2O +K2O Mod. Al< 1.38

A 1400°C

2,95 Al2O3 + 2.2 Fe2O3 + MgO +Na2O +K2O

A 1450°C

3,0 Al2O3 + 2.25 Fe2O3 +MgO +K2O

OBS: Como o MgO tem uma solubilidade limitada na fase líquida, o percentual do mesmo nas fórmulas acima é de 2%. Em geral se considera como fase líquida efetiva aquela que se forma a 1450°C.

A viscosidade da fase líquida se reduz de forma exponencial com o aumento da temperatura. A 1400°C pode ser reduzida pela presença adicional de MgO, Fe2O3, MnO. Por outro lado, quando se aumenta o teor de SiO2, aumenta-se a viscosidade da fase líquida, o mesmo ocorrendo em menor grau quando se aumenta o teor de Al2O3.

Normalmente o valor de fase líquida deve estar em torno de 25%.

7.5. QUEIMABILIDADE DA FARINHA

Consiste na predisposição de uma dada farinha se transformar em clínquer. A queimabilidade é influenciada principalmente pelos seguintes fatores:

Tempo de reação; Temperatura; Finura; % CaO; Velocidade do forno; Presença de fundentes;

8. COMPONENTES MINERALÓGICOS DO CLÍNQUER

Os produtos do processo de clinquerização se constituem basicamente de 4 componentes:

Silicato tricálcico Alita Silicato dicálcico Belita

Ferro aluminato tetracálcico eAluminato Tricálcico

E de mais dois outros componentes secundários:

Oxido de cálcio livre Cal livreOxido de magnésio livre Periclásio

C3S - SILICATO TRICÁLCICO (ALITA)

É o componente responsável pelas principais características físicas e químicas do cimento. Seu teor no clínquer pode variar de (45-80%). Estando finamente moido e misturado com água para formar uma pasta, o C3S endurece rapidamente e alcança resistências muito altas. O C3S se forma a partir da combinação química do CaO e do SiO2 e pode ser obtido em escala de laboratório a partir dos componentes puros, sendo porém necessário uma superfície específica muito grande e uma temperatura muito alta, condições estas de difícil obtenção em escala industrial, e que acarretariam custos proibitivos. No clinquer industrial o silicato tricálcico não ocorre como substância quimicamente pura, pois incorpora na sua forma cristalina, óxidos minoritários (aproximadamente 2% MgO; 1% Al2O3 e 1% Fe2O3) TiO2 e outros. Os percentuais destes óxidos presentes no C3S dependem da composição química do clinquer, da temperatura de formação e do processo posterior de resfriamento. A presença destes elementos menores altera as propriedades do silicato tricálcico contribuindo em geral para aumentar sua resistência. Na sua forma impura, o silicato tricálcico é denominado preferencialmente de alita. Sua formação no forno rotativo ocorre por volta de 1450 °C e, durante o seu posterior resfriamento, poderá sofrer uma parcial decomposição em CaO e C2S(belita) reação esta favorecida por

um processo de resfriamento lento, especialmente quando se encontram presentes ions Fe2+ decorrentes de condições de queima redutora.

Fase líquida

O C3S apresenta um grande número de formas polimórficas. Estas formas apresentam pouca variação estrutural. As transformações são do tipo deslocativas, estando em jogo diferenças de energias tão fracas que não modificam sensivelmente as ligarções químicas, resultando que todas as formas polimórficas possuem reatividades comparáveis.

As variações no grau de reatividade são mais sensíveis à desordens estruturais nos cristais de C3S provocadas pela substituição e adição de elementos menores.

Composição Química dos Silicatos de CálcioAlita Belita

CaO 69.34 -73.30 59.70 - 64.20Al2O3 0.60 - 1.14 0.96 - 1.92Fe2O3 0.63 - 1.52 0.93 - 1.74SiO2 24.20 - 26.64 30.90 - 35.20Na2O 0.02 - 0.25 0.06 - 0.35K2O 0.10 - 0.34 0.53 - 2.86MgO 0.46 - 2.05 0.23 - 1.10TiO2 0.05 - 0.17 0.07 - 0.27

C2S - SILICATO DICÁLCICO (BELITA)

Da mesma forma que o C3S, o C2S também não se forma quimicamente puro no clinquer industrial, incorporando à sua estrura cristalina, elementos minoritários como Fe2O3, Al2O3 e TiO2 etc. Na sua forma ß, a belita também apresenta propriedades hidráulicas, porém desenvolve a resistência mecânica de forma mais lenta do que a alita. Na tabela e graf. abaixo se relacionam, a título de ilustração, as resistências comparativas da Alita e Belita.

Resistência em Kg/cm2Dias --> 7 28 90 180 360

Alita 400 500 600 700 750

Belita - 50 370 520 750C2S/C3S - 10% 62% 74% 100%

FORMA CRISTALINA TEMP. TRANSIÇÃO (ºC)

Romboédrica (R)

Monoclínica II (MII)

Monoclínica I (MI)

Triclínica III (TIII)

Triclínica II (TII)

Triclínica I (TI)

1050ºC

980ºC

990ºC

920ºC

600ºC

Os silicatos de cálcio (Alita e Belita) são compostos relativamente instáveis. Dependendo das condições térmicas em que foram obtidos e da presença de elementos minoritários, suas estruturas cristalinas podem ter formas diferentes, o que chamamos de polimorfismo. As moléculas cristalinas podem também absorver elementos minoritários que substituem em pequena extensão elementos principais, fenômeno que conhecemos como isomorfismo. Estes fenômenos tem uma influência direta sobre as propriedades hidráulicas dos silicatos de cálcio e portanto, sobre a qualidade do clinquer. Observa-se na prática que a presença de óxidos secundários, em particular Fe2O3 e MgO, contribuem para a formação de fase líquida menos viscosa, o que é um ambiente favorável para a formação de Alita mais estável e mais reativa. Um fenômeno particularmente importante é a chamada "conversão beta-gama" da Belita em temperatura ambiente o que provoca na prática uma desintegração das bolas de clinquer, por ser um processo acompanhado de uma expansão volumétrica da ordem de 10%. Abaixo podemos visualizar as formas polimórficas da belita.

FORMAS POLIMÓRFICAS SISTEMA CRISTALINO C2S TRIGONAL HC2S ORTORRÔMBICO LC2S ORTORRÔMBICO C2S MONOCLÍNICO C2S ORTORRÔMBICO

C3A - ALUMINATO TRICÁLCICO

A fase de aluminatos que na sua forma quimicamente pura é representada por C3A, também incorpora na prática elementos secundários. Em particular, a absorção de álcalis é nesta fase maior que nas outras e a sua reatividade com água é bastante elevada apesar de não apresentar características de resistência mecânica significativas.

Na ausência de sulfato de cálcio, o aluminato tricálcico reage com água muito rapidamente.

3CaO.Al2O3 + 6H2O ---> 3CaO.Al2O3.6H2O (1)

Esta reação é igualmente rápida na presença de hidróxido de cálcio Ca(OH)2, substância resultante da hidratação da Alita e da Belita.

3CaO.Al2O3 + Ca(OH)2+12H2O ---> 4CaO.Al2O3.13H2O (2)

As duas reações acima causariam uma pega excessivamente rápida de uma pasta de cimento e, por este motivo, adiciona-se durante o processo de moagem, sulfato de cálcio na forma de gesso (natural ou artificial), o qual age como um retardador da pega. A reação de hidratação na presença de sulfatos se realiza segundo a expressão abaixo:

3CaO.Al2O3 + 3(CaSO4.2H2O) + 26H2O ---> 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O (3)(Aluminato). +........ (gesso) .......+ .(água) ---> ....(etringita/trisulfato) 1 volume .......................................................................2 volumes

No caso das reações (1) e (2), forma-se rapidamente um aluminato de cálcio hidratado cuja forma tubular entrelaçada, adquire logo uma certa consistência o que corresponde ao início da pega da pasta de cimento. Por outro lado, na reação 3 (hidratação do aluminato na presença de sulfatos), produz-se inicialmente etringita na forma de cristais muito finos que irão recobrindo as demais partículas de cimento durante as primeiras horas de hidratação, não impedindo, no entanto, que estas possam deslizar umas contra as outras de forma que a pasta de cimento permanece plástica. Somente após este tempo inicial é que a etringita forma cristais maiores e agulhados, os quais entrelaçam as demais partículas, ocasião em que se inicia a pega.

O conteúdo de sulfato do cimento deve ser necessário e suficiente para ser consumido totalmente na reação 3, durante as primeiras 24 horas após a mistura do cimento com água. Um excesso de sulfato pode causar um fenômeno de expansão na argamassa ou no concreto endurecidos. Por esta razão, todas as normas sobre cimento, fixam limites máximos de SO3 nos cimentos. Na prática o teor de SO3 total ideal no cimento costuma ficar próximo de 0,3x%C3A.

Outra característica de muita importância é que o C3A é o componente do clínquer que apresenta o maior calor de hidratação (207cal/g).

C4AF - FERRO ALUMINATO TETRACÁLCICO

Apesar de ser representada por uma fórmula que corresponde aproximadamente às proporções encontradas no clinquer, esta fase não possui uma composição química definida. Nela encontramos praticamente todo óxido de ferro e uma parte do óxido de alumínio. Esta fase é a principal responsável pela cor do cimento e nela podem ser absorvidos até aproximadamente 2% de MgO.

Na prática as composições químicas das fases de C3S e C4AF também revelam a presença de outros elementos menores conforme mostra o quadro abaixo. De particular interesse sobre a qualidade do cimento são os níveis de dissolução do MgO na Fase C4AF e dos álcalis no C3A.

Composição Química dos Aluminatos e Ferro Aluminatos(C3A) (C4AF)

CaO 48.10 - 61.20 45.95 - 51.75Al2O3 21.65 - 34.20 13.70 - 23.16Fl2O3 4.30 - 6.60 18.67 - 30.63SiO2 3.67 - 6.60 2.50 - 4.55Na2O 1.10 - 2.25 0.05 - 0.20K2O 1.40 - 3.85 0.05 - 0.85MgO 0.55 - 1.15 1.60 - 3.30TiO2 0.30 - 0.40 0.40 - 1.73

CAL LIVRE (CaO NÃO COMBINADO)

A maioria dos clinqueres industriais contém cal livre em quantidades até 2% do peso. Sua presença pode ser atribuída aos seguintes fatores:

farinha não homogenea ou muito grossa. deficiência de queima (CaO não combinado). resfriamento muito lento (decomposição parcial de C2S e C3A). fator de saturação de cal muito alto (excesso de CaO na mistura crua).

Um teor de cal livre acima de 2,5% é indesejável, uma vez que pode causar expansibilidade na argamassa ou no concreto.

PERICLÁSIO (MgO NÃO COMBINADO)

As principais fases do clinquer podem absorver na forma de solução sólida até aproximadamente 2,5% de MgO. Quando o clinquer é obtido a partir de matérias primas com elevado teor de MgO(>1.6%), poderá ser observada a presença de periclásio, ou seja, a presença de MgO livre correspondente à parte excedente não absorvida nas outras fases do clinquer. A maioria das normas internacionais admite como limite máximo de 5% de MgO no clinquer, o que corresponde portanto a uma aceitação de aproximadamente 5 - 2,5 = 2,5% de Periclásio. As normas brasileiras aceitam até 6,5 - 2,5 = 4% de Periclásio. A presença de um teor elevado de periclásio pode causar pela hidratação do mesmo, uma expansibilidade indesejável na argamassa e no concreto endurecidos.

Tanto a expansibilidade decorrente da cal livre, como a provocada pelo Periclásio, decorrem de reações de hidratação.

CaO + H2O ---> Ca(OH)2MgO + H2O ---> Mg(OH)2

Apesar do tipo destas reações ser idêntico, a velocidade das mesmas é consideravelmente diferente. A expansibilidade da cal livre hidratada se manifesta através de fenômenos observáveis após poucos dias de preparo da argamassa ou do concreto, ao passo que os inconvenientes da expansibilidade do Periclásio hidratado poderão se manifestar somente após alguns anos. As reais consequências práticas deste fenômeno são por este motivo bastante discutidas.

9. MÉTODOS FÍSICO-QUÍMICOS UTILIZADOS NO LABORATÓRIO

GRAVIMETRIA

Análise gravimétrica é o processo de separar e pesar um elemento ou composto deste elemento na forma mais pura possível. O elemento ou composto é separado de uma porção cujo peso é conhecido. Sabendo-se o peso do elemento e o peso da amostra original, determina-se a porcentagem do elemento de interesse na amostra.

A separação do elemento de interesse pode se dar por precipitação, volatilização, métodos eletroquímicos, etc.

Um dos métodos de separação mais importante utilizados é o de precipitação, isto é, o constituinte a ser determinado é precipitado da solução sob uma forma insolúvel em água, sendo o mesmo filtrado e pesado sem que ocorra perda de material.

TITULAÇÃO DE CARBONATOS

Uma amostra de material cru (calcário) é dissolvida em uma quantidade em excesso e conhecida de ácido clorídrico:

CaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2

O excesso de ácido é então determinado por uma titulação ácido-base;

HCl + NaOH NaCl + H2O

Este método é utilizado para a determinação de todos os carbonatos na matéria-prima, os quais podem ser expressos na forma de CaCO3.

TITULOMETRIA DE COMPLEXAÇÃO

Este método de determinação é baseado na titulação com uma solução de EDTA (Ácido etileno diamino tetra acético), usando para tanto indicadores especiais. O ponto final da titulação é determinado visualmente ou com um espectrofotômetro que é mais sensível à mudanças de coloração.

Este método é utilizado para determinação de Ca, Fe, Al e Mg no cimento, clínquer, farinha e matérias-primas. A sílica não é determinada por titulação, devendo-se utilizar de métodos gravimétricos.

DETERMINAÇÃO DE ENXOFRE E DIÓXIDO DE CARBONO

A amostra sólida é misturada com uma metal acelerador pulverizado (cobre, ferro, tungstênio) e queimada em um forno a 1500ºC em uma corrente de oxigênio puro. Os gases produzidos na reação química são SO2 , CO2. Utilizando-se diferentes analisadores é possível determinar somente o SO2, o CO2 ou ambos. Normalmente a determinação quantitativa destes elementos é feita através de uma analisador infravermelho. O analisador determina o SO2 através da absorção da luz e fornece o resultado como %SO3. O CO2 é determinado como carbono total. Instrumentos que determinam SO3 e CO2 através de luz infravermelha também estão disponíveis no mercado.

A empresa LECO possui outro tipo de instrumento para análise de carbono que não usa luz infravermelha mas uma célula condutora de calor.

FLUORESCÊNCIA DE RAIOS X

Utilizada na determinação qualitativa e quantitativa de elementos químicos com número atômico superior a 9.

A amostra (em forma de pastilha fundida ou prensada) é irradiada com radiação de um tubo de raios X. Átomos e íons de vários elementos na amostra são excitados e emitem suas próprias radiações características.

Método comprimento de onda

A radiação da amostra excitada é dispersa em um analisador especial de acordo com a lei de Bragg (comparado com a dispersão da luz do sol por um prisma em bandas de cor do espectro visível). A radiação dos diferentes elementos é analisada individualmente e medida por detectores apropriados. A intensidade das radiações características é diretamente uma indicação da concentração do elemento correspondente.

Técnica da energia dispersiva

A radiação é medida utilizando-se um semi-condutor junto com um analisador que possui uma resposta elétrica proporcional à quantidade de energia radiante a ser medida.

Devido à importância desta técnica na indústria cimenteira, maiores detalhes sobre ela serão dados posteriormente.

MICROSCOPIA

Utilizada para determinação da composição mineralógica qualitativa e quantitativa do clínquer, isto é, a percentagem de alita, belita, ferro aluminato tetracálcio, aluminato tricálcico, cal livre, periclásio, etc. Abaixo podemos observar uma foto tirada de uma avaliação microscópica:

TESTE DE CHOQUE TÉRMICO DE REFRATÁRIOS

Amostras (35x35x200mm) são cortadas dos tijolos refratários, secadas e posteriormente aquecidas à 1350ºC em uma mufla por um período superior a 15 minutos. Logo em seguida, estas amostras são colocadas em água fria, onde ficam por 10 minutos. Após este procedimento, as amostras são investigadas para avaliar se ocorreu algum tipo de trinca ou quebra. Esta amostra é então submetida a um ciclo de 20 aquecimentos e resfriamentos não devendo apresentar problemas de quebra ou trinca.

Este teste é executado em novos refratários entregues à fábrica em casos onde haja dúvidas a cerca de sua qualidade.

ANÁLISE TERMO-DIFERENCIAL (DTA)

Consiste na determinação quantitativa das mudanças energéticas devidas à reações endo e exotérmicas de materiais submetidos à aquecimento (temperatura máxima de 1500ºC).

Uma amostra de aproximadamente 100mg é pesada em uma cadinho de platina e colocada no forno do DTA. Um segundo cadinho com Al2O3 é usado como referência. Tanto a amostra quanto a referência são aquecidas no mesmo queimador de acordo com um gradiente de temperatura definido. As temperaturas da amostra e da referência são medidas continuamente e a diferença é registrada.

Alita

Belita

Fase Líquida

A fim de relacionar a diferença de temperatura com a troca de energia é necessário realizar uma calibração preliminar do sistema no intervalo de temperatura de interesse.

Avaliação das transformações endo e exotérmicas na fabricação de cimento

ANÁLISE TERMO-GRAVIMÉTRICA (TGA)

Consiste na determinação quantitativa da perda ou ganho de massa de uma amostra submetida a um aquecimento de no máximo 1000ºC.

Uma amostra de 1g é pesada em um cadinho de platina que contém um filamento do TGA. A amostra é aquecida à uma taxa definida. O peso da amostra é determinado e registrado continuamente, ou em valor absoluto ou percentagem do valor inicial.

Este método é muito utilizado na investigação da decomposição, desidratação e oxidação de substâncias, por exemplo: Determinação do grau de hidratação e carbonatação do clínquer ou cimento hidratado; determinação de água de hidratação de gesso, etc.

ANÁLISE TERMO-DIFERENCIAL DE VARREDURA (DSC)

Utilizada para a determinação qualitativa e quantitativa de mudanças de energia em materiais submetidas a um aquecimento, isotérmico ou não isotérmico (temp. máxima de 600ºC).

Cerca de 10 a 100mg de amostra é pesada em um cadinho de Al ou Pt e colocada numa fornalha juntamente com um cadinho vazio de referência. Ambos cadinhos são submetidos à mesma variação de temperatura em iguais condições atmosféricas. As diferenças de temperatura entre a amostra e a referência (devido a mudanças energéticas) são compensadas pelo fornecimento de calor via um resistor. O calor de reação é determinado pela determinação da energia total fornecida ao sistema.

10. DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA

10.1. Introdução

O conhecimento da massa especifica, no caso dos cimentos, visa dois objetivos principais: durante a fabricação de cimento portland de alto-forno e pozolânico, permite controlar os teores de escória e pozolana na mistura com o clínquer e o gesso; por outro lado, serve como dado necessário para o cálculo da finura pelo método da permeabilidade ao ar Blaine.

Descarbonatação

Sendo a massa específica a quantidade de massa contida em uma unidade de volume, é preciso que se faça duas medições: primeiro a determinação de uma quantidade de cimento por intermédio de uma balança; a seguir, medir o volume absoluto desta quantidade, ou seja, o volume ocupado pelos seus grãos, excluindo os vazios entre eles e os formados pelas trincas, pequenas bolhas de ar, vesículas, etc, existentes em cada uma das partículas.

A primeira medição - massa- é uma operação simples de se executar numa balança analítica. Para a segunda medição - o volume - existem dois procedimentos principais: o ensaio com picnômetro e ensaio com o volumenômetro de Le Chatelier (comumente denominado frasco de Le Chatelier). A técnica do picnômetro permite alcançar uma precisão de até 0,001 cm3 em um laboratório suficientemente equipado, mas é um trabalho delicado e demorado. Para ensaios de rotina é usado o frasco de Le Chatelier, cuja determinação, simples e rápida, permite atingir uma posição de 0,01 cm3.

A norma brasileira MB-346 especifica que a determinação da massa específica seja feita pelo uso do frasco volumétrico de Le Chatelier (figura abaixo), no qual a determinação do volume de um corpo é medido através do deslocamento de um líquido, sendo que o aumento do volume é lido diretamente na escala do frasco. O volume de líquido deslocado é o próprio volume do corpo imerso. No frasco de Le Chatelier, o deslocamento de volume que,é lido na escala graduada, varia de 17 a 24 cm3 . A massa específica da maior parte dos cimentos brasileiros está compreendida no intervalo de 2.90 a 3.20 g/cm3. Portando os limites de massa que podem ser introduzidos no frasco varia de 49 a 77 g. No caso específico da ABCP. sempre é utilizado no ensaio 6O g de cimento.

50 mm11,3

mm

90mm

Rolha de vidro esmerilhada

Deve ter 2 graduações de 0,1

cm3 acima e abaixo de 0

Capac. Aprox. de250 cm3 a 20ºC

10.2. PROCEDIMENTO DE ENSAIO

10.2.1. Equipamentos, material de consumo e acessórios

a) Balança - deve ser capaz de determinar massas com precisão de 1 mg.

b) Frasco volumétrico de Le Chatelier - de 250mm de altura com ampola de cerca de 250cm 3 de capacidade até zero da escala.

c) Banho termorregulador - recipiente capaz de manter a temperatura da água nele contida com uma variação inferior a o 0,1o C durante o ensaio.

d) Líquido de medição - deve ser um liquido que não reaja com o cimento e que não seja multo volátil. Normalmente são utilizados o xilol ou querosene isentos de água.

e) Acessórios

Frasco de vidro de aproximadamente 250 cm3 do capacidade, com tampa, para conter a amostra.

Funil de vidro com haste longa para introduzir o líquido no frasco.

Funil de vidro com haste curta para introduzir amostra de cimento.

Barra de vidro ou metal de 2 a 3mm de diâmetro para forçar a passagem do cimento pelo funil.

Pincel pequeno para limpeza do pó nos acessórios.

Placa de borracha com aproximadamente 20 x 40 cm.

Termômetro de precisão, com graduação de 0,10 C.

Escova cilíndrica de cerdas com aproximadamente l5mm de diâmetro.

10.2.2. Preparação da amostra

Colocar aproximadamente 200g da amostra de cimento homogeneizada no frasco de 250 ml, tampar e guardar até o instante do ensaio.

10.2.3. Procedimento

Limpar com auxilio da escova cilíndrica, o tubo graduado do frasco de Le Chatelier, secando-o, em seguida em estufa. Após a secagem, com o frasco à temperatura ambiente, introduzir, com auxílio do funil de haste longa. uma quantidade suficiente de líquido de medição, de maneira que o nível fique compreendido entre as marcas 0 e 1 cm3. Tampar o frasco com a rolha de vidro.

Submergir o frasco no banho termorregulador durante o tempo necessário para que ocorra o equilíbrio térmico, que é de aproximadamente 20 minutos. Fazer a leitura inicial V i do nível na parte inferior do menisco do líquido, com precisão de 0,05 cm3 registrando-a na ficha de ensaio.

Agitar energicamente durante 10 segundos o frasco contendo a amostra e pesar uma massa de aproximadamente 60g de cimento(massa M) com precisão de 0.001g. Introduzir o cimento no frasco, com auxílio do funil de haste curta e da barra de vidro ou metal, tomando cuidado para que não haja perda do material, ou que partículas fiquem aderidas aos acessórios, que devem ser limpos com o pincel.

Em seguida, tampar o frasco e retirar o ar que ficou aprisionado na camada de cimento, girando o frasco, ligeiramente inclinado, alternadamente numa e noutra direção sobre a placa de borracha.

Colocar novamente o frasco no banho termorregulador até que ocorra o equilíbrio térmico. Fazer a leitura final Vf do nível do líquido na parte inferior do menisco registrando-a na ficha com precisão de 0.05cm 3. A diferença entre as temperaturas do banho termorregulador na ocasião das determinações de V i e Vf, não deve ser maior que 0,1o C.

capacidade aproximada

a 20ºC: 250 cm³capac. a20ºC: 1

Frasco volumétrico de Le Chatelier68 mm

90 mm 72

mmFig. 1

0

6m

m 10

mm

10.2.4. Volume da Amostra

Com Vi e Vf , determinar os volumes corrigidos Vi corr e Vf 200 corr por meio da tabela de aferição abaixo:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0.1

18192021222324

0,000,9717,9718,9819,9720,9721,9722,9723,95

0,10-

18,0719,0820,0721,0722,0723,06

-

0,20-

18,1719,1821,1721,1722,1723,16

-

0,29-

18,2719,2820,2721,2722,2723,26

-

0,39-

18,3719,3720,3721,3722,3723,36

-

0,49-

18,4819,4720,4721,4722,4723,46

-

0,58-

18,5819,5720,5721,5722,5723,55

-

0,68-

18,6819,6720,6721,6722,6723,65

-

0,78-

18,7819,7720,7721,7722,7723,75

-

0,87-

18,9819,8720,8721,8722,8723,85

-

10.3. Cálculo do resultado

Massa especifica é obtida pela expressão: M = ---------------------------------------- Vf corr Vi corr

onde: = massa específica (g/cm3)M = massa do cimento (6Og)Vf corr = volume final corrigido (cm3)Vi corr = volume inicial corrigido (cm3)

10.4. Expressão do resultado

Expressa-se o resultado do ensaio da massa específica do cimento pela média aritmética de duas determinações que não difiram mais de 0,01 g/cm3 entre si. Apresentar o resultado com três algarismos significativos.

10.5. Erros na execução do ensaio

10.5.1. Erros causados pelos equipamentos e líquido de medição

a) Frasco de Le Chatelier - A grande maioria dos erros sistemáticos na determinação da massa especifica do cimento provem das características do frasco. O colo do frasco pode apresentar erros de até 0,4 cm3 da escala graduada. Portanto devem ser aferidos em um laboratório de metrologia.

b) Liquido de medição - A escolha do liquido de medição deve atender aos seguintes requisitos: viscosidade não muito alta para facilitar a eliminação do ar e o escoamento rápido pelas paredes de vidro, volatilidade baixa para evitar perdas entre os instantes das leituras inicial e final e ausência de água para evitar reações químicas com o cimento. Os líquidos que melhor satisfazem a estas condições são o xilol (densidade 0,86), querosene (densidade de 0,74 a 0,78) e essência de terebentina (densidade 0,88).Após cada ensaio o líquido com cimento pode ser filtrado em papel filtro ou algodão e recuperado para o uso. No caso em que esteja contaminado com água a desidratação pode ser feita colocando-se alguns flocos de cloreto de cálcio anidro no fundo do recipiente filtrando o líquido, após a absorção da água.

c) Banho termorregulador - A função do banho é tornar iguais as temperaturas do líquido de medição com intuito de que as leituras iniciais e finais sejam feitas a mesma temperatura, para evitar mudanças no volume pela dilatação ou contração do líquido em que está colocado o cimento. Se o volume da água no banho é muito pequeno, a temperatura vai variar facilmente com as mudanças de temperaturas ambiente, portanto, é preciso que o banho tenha uma capacidade mínima e esteja convenientemente isolado. Para determinações precisas e conveniente equipar o banho com um sistema termostato com refrigeração e aquecimento que permita manter permanentemente uma temperatura constante. Um banho adequado deve ter um volume de pelo menos 10 litros de água por cada frasco Le Chatelier e o frasco deve ficar apoiado sobre uma grade ou suporte intermediário.

O banho deve ficar num local onde não existam correntes de ar, aquecedores ou aparelhos que irradiam calor ou que haja possibilidade dos raios de sol atingí-lo. No caso das mudanças de temperatura do banho serem superiores a 0,1o C dentro do período de uma hora e preferível utilizar um banho termostático com precisão de 1/100C munido de sistema de agitação da água.

10.5.2. Erros no procedimento

a) Preparação da amostra - A amostra deve ser previamente peneirada para a retirada de eventuais substâncias estranhas existentes: papel, barbante, grãos de metal ou areia, etc. A norma ABNT - MB-508 específica que deve ser empregada a peneira no 20 (0,840 mm), mas para o caso do ensaio da massa específica é recomendável passá-la pela peneira no 50, pois pequenas partículas de aço proveniente da moagem podem mudar significativamente a massa específica. A amostra deve ser guardada permanentemente num frasco de vidro tampado para evitar a contaminação e a absorção de umidade. Na hora da determinação da massa deve-se agitar energicamente o vidro para desfazer grumos ou aglomerações de partículas que podem entupir a haste do funil durante o enchimento do frasco.

b) Determinação da massa (M) - A determinação da massa deve ser feita de preferência em balança analítica capaz de medi-la com um erro inferior a 0,0059. Desta maneira pode-se obter quatro algarismos significativos. Os erros principais provém de uma taragem defeituosa do recipiente de vidro que vai conter a amostra; erros de leitura ou perdas de material após a leitura da massa total. Se o cimento não for introduzido imediatamente no frasco, o recipiente deve ser tampado. Caso o cimento esteja quente, é necessário deixá-lo esfriar até alcançar a temperatura ambiente.

d) Estabilização de temperatura - Um erro do tipo aleatório pode surgir por causa das diferenças de temperatura do líquido de medição entre a leitura do volume inicial (V i) e o final (Vf). O coeficiente de dilatação térmica dos líquidos de medição empregados no ensaio da ordem de 0,0015 ºC e o aumento de volume que sofrem os 270mL contidos no frasco Chatelíer, para um incremento da temperatura de 1/10o C, é de aproximadamente 0,03 a 0,04 cm3. Se a diferença das temperaturas for superior a 2/10o C a expansão ou contração do líquido afetará a leitura do volume na primeira casa decimal, e é por isso que a estabilização da temperatura é um ponto importante no ensaio.

e) Eliminação do ar - Durante a introdução do cimento no frasco uma pequena quantidade de ar fica presa entre os grãos e arrastada ao interior do líquido. Se este ar não for eliminado, o seu volume será medido como sendo cimento.

f) Sujeira no colo do frasco - Antes de começar o ensaio, o tubo graduado do frasco deve estar limpo e seco. Grãos de cimento, pó ou líquido condensado nas paredes do colo mudam o seu volume. Depois de introduzir a amostra de cimento no frasco, adicionar ao líquido todas as partículas que ficaram aderidas na parede de vidro acima do nível, caso contrário, esse material não estará incluído na massa determinada inicialmente.

g) Leitura de Vi e Vf - Nas leituras dos volumes Vi e Vf e comum a ocorrência dos erros de paralaxe. Para evitá-los é necessário que o operador posicione sua linha de visão em um plano perfeitamente perpendicular como eixo do colo do frasco. Outro ponto importante é convencionar que a leitura seja feita sempre na parte inferior do menisco formado pelo líquido, pois é ponto importante para determinação correta do volume deslocado.

10.5.3. Precisão do ensaio de massa específica

M = ------ V

M V----- = -------- + -------- M V

V = Vf – Vi V = Vf +Vi = 0,05

Vf = Vi = 0,025

0,001 0,05dr = ------ = -------- + ------- = 0,0025

60 20

= ± 0,01

11. DETERMINAÇAO DA FINURAa

11.1. Introdução

Na fabricação do cimento portland, as matérias primas basicamente, argila e calcário, são submetidas a operações de cominuição (moagem) para atingirem uma determinada finura, ou seja, é necessário que suas partículas tenham um diâmetro suficientemente pequeno para que seja possível a ocorrência das reações químicas no forno, dando como produto, um clínquer de boa qualidade. Uma vez obtido o clínquer, este será também submetido a operações de cominuição, juntamente com as adições (gesso, pozolana, escória, etc), até que seja obtido um material finamente dividido. Novamente a finura terá um papel importante. agora ligado dos fenômenos da pega e do endurecimento do cimento. Pelo exposto, torna-se importante o conhecimento da finura do material, o que é materializado mediante a determinação da curva da distribuição granulométrica (figura abaixo). Essa no entanto requer ensaios complexos e algumas vezes demorados, como por exemplo o ensaio de sedimentação. Entretanto é possível uma avaliação da finura de um conjunto de grãos através do conhecimento de algumas características dos ramos inferior e superior desta.

Peneiramento

P(%)

Superfície

Existem dois ensaios, peneiramento através da peneira ABNT 0,O75mm e área especifica, que cumprem os requisitos de praticidade, rapidez e baixo custo, e que caracterizam respectivamente, os ramos superior e inferior da curva granulométricatrica. É importante que os resultados dos ensaios mencionados sejam examinados em conjunto, por exemplo: um cimento portland com pequenas adições de substâncias moles, ou seja, de alta moabilidade. Estas adições irão produzir uma grande quantidade de grãos ultra finos, e se analisar-se somente sua superfície especifica que é fortemente afetada pelas partículas ultra finas, corre-se o risco de concluir erroneamente sobre a finura do cimento como um todo. Por exemplo: um teor de 0.1% de partículas de tamanho 0,1 m num cimento corresponde a uma área específica de 200 cm2/g e um teor de 0,1% de grãos de tamanho 0.01 m apresentam uma área específica de 2000 cm2/g.

11.1.1. Conceito de superfície específica

Define-se como superfície específica de um material granular a relação entre a área superficial das partículas (A) por sua massa (M). Para ilustrar, imaginemos um grão em formato cúbico de clínquer. cuja aresta é 1 cm e a massa igual a M = 3,15g. Pode-se calcular:

V (volume) = 1 x 1 x 1 = 1 cm3

A (área superficial) = 6 (1 x 1) = 6 cm2

AS e (m) (superfície específica) = --------= 1,9 cm2/g

M

Se o cubo for cortado pela metade segundo três planos ortogonais sua massa não irá alterar-se, mas a área superficial aumentara para 12 cm2. Repetindo o processo com cada um dos novos cubos obtidos, como mostra o quadro a seguir, pode-se notar que a área superficial aumenta em progressão geométrica de razão 2, permanecendo constantes as demais características do material.

Divisãon0

Lado dos cubos(cm)

Número de cubos

Superfície total(cm2)

Superfície específica(cm 2/g)

123456789

10111213

10,50,25

0,1250,0625

0,031250,0156250,007812

50,003906

20,001953

10.000976

50,000488

2

18

64512

4.09632.768262.144

2.097.15216.777.216134.217.728

1.073.741.8248.589.934.592

68.194.476.736

612244896

192384768

1.5363.0726.144

12.28724.574

1,903,817,6215,2430,4861,95

121,90243,81487,62998,09

1.950,483.900,637.801,40

SuperfícieEspecífica

0Fig. 2

0,0002441

Em termos teóricos o quadro acima pode ser interpretado no sentido de que para os cimentos portland usuais com superfície específica compreendida entre 2.500 a 4.000 cm2/g, se todas as partículas fossem cubos iguais em tamanho, 1 grama de cimento estaria formada por: aproximadamente 3 bilhões de grãos (cubos de cerca de 4m) até aproximadamente 600 milhões de partículas (considerando cubos de ao redor de 8 mm).

O exemplo dado é um modelo simplificado do processo de moagem do clínquer indicando o aumento da superfície específica quando o material é subdividido sucessivamente em partículas mais finas. Na prática, a maior parte dos cimentos nacionais apresentam superfícies específicas desde 3000 cm2/g até 4500 cm2/g podendo também serem encontrados valores fora desta faixa. Logicamente, as partículas destes cimentos não se apresentam como cubos idênticos de igual tamanho, como no exemplo, mas tem formas irregulares ligeiramente arredondadas e com dimensões que normalmente se estendem entre 0,1m até 100m.

Um dos processos de medição da superfície específica dos cimentos é mediante a técnica da permeabilidade ao ar, sendo que um dos ensaios que operam com base neste princípio é o idealizado por Robert L. Blaine cuja aparelhagem é muito simples e fácil de operar e seu uso no Brasil é especificado pela norma ABNT MB-348.

Fig. 3 Permeabilímetro de Blaine (medidos em mm)(sem escala)

Tubo Manométrico Êmbolo Célula A 20* G

ESPESSURA de 1 a 1,5

Disco Perfurado

1213

7

8

2

1

A

30 a 40FUROS DE

Ø1

6

3

5

4

AK

L HJ

13

*F =

J -

H

E16*

70 1

10

B

NÚMERO DESIGNAÇÃO MEDIDASRECOMENDADAS

MEDIDASOBRIGATÓRIAS

1234567

8, 9, 10, 1112131415

ÊMBOLOCHANFROCÉLULA

CAMADA DO MATERIAL COMPACT

DISCO DE PAPEL FILTRODISCO PERFURADO

TUBO MANOMÉTRICOMARCAS

ACOPLAMENTO DA CÉLULAREGISTRO

MANGUEIRA DE SECÇÃOPERA DE ASPIRAÇÃO

A £ 50

B = 135 ± 25

C = 275 ± 25

D = 23 ± 1

J = 50 ± 15

K = 0,8 ± 0,2

L = 0,9 ± 0,1

G = 12,7 ± 1

E = G ± ± 0,1

H = 15 ± 1

11.1.2. Ensaio de peneiramento

O ensaio de peneiramento consiste simplesmente na separação da amostra em duas porções, tendo uma delas todas as partículas maiores que uma certa dimensão e a outra porção as partículas menores. A dimensão mencionada nada mais é do que os espaçamentos entre os fios que formam a malha da peneira.

Na especificação EB-22 encontra-se a série normal de peneiras, com aberturas que variam desde 108mm até 0,037mm, sendo que apenas aberturas normais menores que 0,150mm apresentam interesse para análise de cimentos.

O ensaio de peneiramento de cimento especificado pelas normas brasileiras é realizado na peneira ABNT 0. A adoção desta peneira reside no fato que, do ponto de vista prático as partículas maiores que 0,060mm não contribuem significativamente na resistência aos 28 dias de idade.

11.2. Ensaio de finura por permeabilidade ao ar Blaine

11.2.1. Equipamentos

a) Balança analítica: com sensibilidade de 0,001g por divisão.

b) Cronômetro: deve ser capaz de medir o tempo com precisão de no mínimo 0,5 segundos no intervalo de 0-60 segundos e com precisão de pelo menos de 1% no intervalo de 60 a 300 se-gundos.

c) Permeabilímetro: o permeabilímetro de consiste de um tubo manométrico de vidro provido de uma válvula e uma conexão esmerilhada e uma cápsula de permeabilidade de metal provida de um disco furado. Os acessórios do permeabilímetro são: êmbolo de compactação e pêra de sucção.

d) Papel filtro: discos de papel de filtro de diâmetro igual ao da cápsula de porosidade média. A forma deve ser exatamente circular e a borda plana e lisa. Os papéis comerciais que servem para este objetivo são: Whatman nº 40; Schleicher & Schuell 589/2 faixa branca, e similares.

9

10 9

11 1

4

15

CORTE AA3

6 G.01

D

15

C

e) Fluido manométrico: o manômetro deve estar preenchido até a marca inferior com um fluido de baixa viscosidade não volátil ou higroscópio. O líquido normalmente fornecido com o aparelho é o ftalato de dibutila C6H4 (COO . CH C9)2 com corante para facilitar a leitura no menisco.

f) Funil de vidro ou plástico rígido: deve ter entre 60 a 80mm de diâmetro na boca e haste com 4 a 6mm de diâmetro interno, com comprimento máximo de 2cm.

g) Espátula: tipo meia cana.

h) Termômetro: com precisão de 0,50º C.

i) Pincel: de cerdas macias e com diâmetro de 10mm aproximadamente.

j) Base: para manter em posição vertical a cápsula de permeabilidade durante o enchimento. Consiste em um bloco de madeira com base quadrada de 6 a 8 cm de aresta, 3 a 4 cm de altura e um furo na face superior de diâmetro e profundidade suficientes para dar lugar à conexão macho da cápsula.

k) Vidro-relógio: de diâmetro entre 40 a 60mm.

l) Frasco de vidro: o frasco de vidro com tampa deve ter aproximadamente 250ml de capacidade.

11.2.2. Preparação da amostra

Colocar aproximadamente 50g da amostra de cimento no frasco, tampar e agitar energicamente durante 10 segundos.


a) Massa do cimento - A massa do cimento utilizada no ensaio é calculada segundo a expressão:

M = . V cam (1 - e)

onde:

M = Massa do cimento em gramas,

= Massa específica do cimento, em g/cm3, determinada segundo ABNT MB-346, e = Porosidade da camada que depende da finura e do tipo de cimento e deve ser escolhida de maneira que a camada seja facilmente compactada. Pode-se tomar o valor 0,500 como ponto de partida.

V cam = Volume da camada do material (o valor de V cam é determinado por aferição e consta na etiqueta de identificação afixada no aparelho).

b) Colocar sobre o disco perfurado, depositado no fundo da cápsula, um disco de papel filtro, pressionando-o levemente sobre o primeiro com um bastão de madeira na extremidade plana.

c) Lançar a amostra, cuja massa foi determinada de acordo com “a”, com auxílio do funil, no interior da célula, golpeando-a suavemente de encontro a uma superfície de madeira até que a parte superior do cimento nela contida fique com uma superfície aproximadamente plana, cobrindo-a a seguir com outro disco de papel filtro.

d) Introduzir o êmbolo de compactação na célula, pressionando-o suave e continuamente até que o rebordo encoste na borda superior da céIula. Quando isto não for possível, repetir o procedimento a partir do item “a”, mas fixando uma porosidade “e” maior que a primeira. Caso o êmbolo desça praticamente pela ação de seu próprio peso até encostar na célula, deve ser repetido o procedimento a partir do item “a”, fixando uma porosidade menor que a anterior. Uma vez obtida a compactação adequada, retirar o êmbolo lentamente e sem movimentos giratórios.

e) Conectar a célula ao tubo manométrico. Para garantir a vedação perfeita da junção macho-fêmea, recobrir a superfície inferior externa da célula com uma película de vaselina.

f) Mediante aspiração com a mangueira, mantendo-se a válvula do ramo lateral aberta, deslocar o líquido manométrico da sua posição de equilíbrio até atingir a marca superior do tubo manométrico. Fechar a válvula. Com a sub-pressão formada no tubo, abaixo da célula, o ar é forçado a fluir através da camada porosa de cimento, o fluido manométrico vai levemente retornando sua posição de equilíbrio. O cronômetro deve ser acionado quando o nível do fluido passar pela segunda marca e desligado quando atingir a terceira marca (tempo t). Anotar a temperatura T nas proximidades do aparelho.

11.2.4. Cálculos

O cálculo da superfície específica é dado pela expressão:

K 6 . V e 3 . V tS m = ----------------------------

. (1 – e) . V

onde:

S m = Superfície específica de massa em cm2/g e = Porosidade da camada t =Tempo em segundos = Massa específica do material em g/cm3

= Viscosidade dinâmica do ar em poises K6 = Constante de calibraçâo do aparelho, em poises1/2 . cm-1 . s-1/2

11.2.5. Expressão do resultado

O resultado final deve ser a média de duas determinações com aproximação para 10 cm2/g.

11.2.6. Erros do ensaio

11.2.6.1. Erros nos aparelhos

O conjunto de peças que formam o aparelho (célula, êmbolo, disco perfurado e tubo manométrico) que foi aferido originalmente, não devem se trocados em hipótese nenhuma. Qualquer mudança nas dimensões, formas e acabamentos das partes componentes influem sobre a contante de calibração “K”. Estas mudanças podem acontecer por trocas ou desgastes da célula com o uso, devendo ser conferidas as suas dimensões cada seis meses quando o aparelho é submetido ao uso contínuo ou por mudanças na altura do líquido manométrico ou troca dele. Cada vez que houver alguma mudança proposital ou acidental, o aparelho deve ser aferido, determinando o novo volume V cam e a constante K 6.

a) Célula - As dimensões internas da célula (entre o disco e o êmbolo) delimitam o volume da camada de cimento que vai ser ensaiada. Sendo este volume usado no cálculo da massa de cimento, deve permanecer constante e igual ao valor determinado na aferição. As principais causas que podem alterar o volume da cápsula provém de riscos ou desgastes ocasionados no cilindro pelo atrito do cimento, empenamento do disco perfurado ou danos do topo de carga do êmbolo. No ato da compra deve-se verificar se o cilindro apresenta uma superfície interna polida; se o disco perfurado não apresenta ondulações ou rebarbas provenientes da furação e se a chapa tem espessura constante e o êmbolo uma superfície perpendicular ao eixo longitudinal e um acabamento polido. A superfície metálica que fica em contato com a conexão do manômetro de vidro deve ser lisa, polida e ter um ângulo de convergência igual ao encaixe. O volume da cápsula deve ser determinado uma vez por ano.

b) Manômetro - Antes do aparelho ser calibrado é preciso lavá-lo com um solvente orgânico, depois, com detergente e água. Uma vez seco, preenchê-lo com solução sulfo-crônica deixando-o por oito horas para finalmente lavá-lo com água destilada e seca-lo em estufa. Esta operação deve

ser executada por um químico experimentado. A limpeza interna do tubo é fundamental para o escoamento uniforme do líquido manométrico pelas paredes. A conexão esmerilhada com a célula e a válvula devem ser vedadas com lubrificantes de consistência adequada: se for muito fluida a vedação vai ser inadequada e haverá o perigo do seu escoamento até o líquido manométrico. Se for muito rígida vai dificultar girar a válvula e encostar a célula. Pode-se usar vaselina ou uma graxa silicone de consistência simílar. Cada vez que o lubrificante entrar em contato com o líquido manométrico deve-se esvaziar e submeter o manômetro a nova limpeza.

c) Liquido manométrico - O líquido manométrico deve preencher o tubo de vidro exatamente até a marca inferior e é importante que esse nível seja mantido igual. Imediatamente após um ensaio o nível fica sempre um pouco mais baixo que a marca, entretanto, alguns minutos após o menisco deve coincidir com ela. Pode acontecer que por um aumento de temperatura o nível do líquido ultrapasse a marca mas neste caso não deve ser retirada nenhuma quantidade de líquido, basta comprovar que à temperatura normal o nível esteja certo. De preferência usar o tipo de líquido especificado na norma (dibutilflalato), pois outros podem ter viscosidades diferentes e serem higroscópios ou voláteis. A viscosidade não deve mudar sensivelmente com a temperatura.

O aparelho deve ficar bem apoiado sobre a mesa e em posição vertical para que possa ler corretamente a passagem do menisco pela marca do manômetro.

11.2.6.2 Erros de operação

a) Preparação da amostra - A amostra para ensaio deve estar seca e solta para que a porosidade da camada seja uniforme. Se tiver umidade, haverá maior dificuldade na compactação e se houver formações de grumos, a porosidade destes será diferente do resto da camada. A umidade é eliminada por secagem em estufa e os grumos desfeitos completamente ou retirados mediante peneiramento. A amostra deve ficar ao lado do aparelho durante o tempo suficiente para que a sua temperatura se estabilize com a do ambiente.

b) Quantidade da amostra - Os erros na quantidade do cimento a ser ensaiada podem aparecer durante a determinação da massa “M”, no cálculo da expressão de 11.2.3 a ou na introdução do cimento no cilindro e compactação da camada.

Em se tratando de uma balança sensível como a especificada para o ensaio, é necessário o máximo de cuidado durante a determinação da massa. Deve-se verificar se o prato está limpo. A balança deve estar em seus pontos iniciais nos zeros e o recipiente deve ser previamente tarado. A expressão 11.2.3 possui quatro variáveis, sendo M a incógnita, os outros valores devem ser introduzidos corretamente pelo fato de um equívoco ocasionar um erro que altera substancialmente o resultado do ensaio. Durante o preenchimento do cilindro, deve-se tornar cuidado para que não haja perdas de material. Aliás, esse é um dos erros mais freqüentes e deve ser evitado.

Na compactação, o cuidado a ser tomado é com o papel filtro que cobre a parte superior da camada. Este papel deve cobrir e encostar totalmente na superfície da massa introduzida. Na compactação deve-se fazer a descida vagarosamente para que não provoque saída de material para cima do papel filtro. Este cimento apresenta uma porosidade diferente do resto da massa, ocasionando erros.

c) Compactação da camada - A camada de cimento deve ficar compactada uniformemente em toda secção

transversal e altura. Se o material introduzido na célula ficar com irregularidades na altura, a compactação também será irregular provocando com isso diferença na porosidade da camada. E importante que o topo do cimento introduzido fique bem plano e uniforme antes de colocar o segundo papel filtro e proceder a compactação. Uma compressão muito violenta com o êmbolo também não contribui para formar uma camada uniforme além de causar possíveis perdas de material.

d) Medição de tempo - Erros na medição do tempo da passagem de ar pela camada são freqüentemente observados quando o operador não trabalha corretamente com o cronômetro. Antes de pô-lo em funcionamento, seu ponteiro deve estar situado exatamente no ponto zero. Deve-se observar também com muito cuidado o momento de acionar o cronômetro e fazê-lo exatamente no instante em que o menisco do líquido manométrico esteja na segunda marca para o instante inicial e na terceira marca para o instante final. Quanto a observação do menisco, cabe aqui uma convenção do operador: a leitura inicial e a leitura final devem ser realizadas sempre com relação à parte inferior do menisco. O operador deve posicionar-se corretamente para evitar os erros de paralaxe. Finalmente, podem surgir erros na medição do

tempo se as vedações entre a célula e a conexão do vidro no manômetro e na válvula do ramo lateral não são perfeitas.

11.3. Ensaio de finura por peneiramento


a) Balança - A balança deve ter uma sensibilidade de no mínimo 0,01g por divisão.

b) Peneira - A peneira com abertura da malha de 0,075mm deve cumprir os requisitos indicados na norma ABNT EB-22; a trançagem da malha deve ser do tipo unida e deve estar provida de tampa e fundo.

c) Pincel - Com haste de madeira de 25cm de comprimento para limpar a peneira e com diâmetro de aproximadamente 20 a 30 mm.

d) Vidro relógio — O vidro relógio com 80 a 180mm de diâmetro

e) Frasco - Frasco de vidro com tampa com aproximadamente 250ml de capacidade.

f) Pano - Pano de algodão para limpeza.

11.3.2. Procedimento de ensaio

11.3.2.1. Preparação da amostra

Colocar aproximadamente 100g da amostra de cimento no frasco, tampar e agitar energicamente até desfazer todas aglomerações de partículas. Se a amostra apresentar umidade deverá ser seca em estufa.

11.3.2.2. Execução

Determinar uma massa de 50g de cimento com precisão de 0,01g, transferindo-a para a peneira que deve estar limpae seca, munida de fundo. Procede-se ao peneiramento que consta de três etapas.

a) Eliminação da maior parte de finos - Este é o peneiramento inicial e o operador deve imprimir ao conjunto, sem tampa, um movimento alternativo horizontal, com os pulsos, durante o tempo necessário para que a maior parte dos finos passe ao fundo. O tempo deste peneiramento variam de 3 a 5 minutos.

b) A peneira é acoplada a um sistema de vácuo que irá facilitar a sucção das partículas finas e tornar o ensaio mais rápido e eficiente.

11.3.2.3. Cálculo

Calcula-se a finura do cimento, por peneiramento na peneira n0 200 (0,075mm), mediante a fórmula:

R (100 . C)F = ------------------- 50

onde:

F = finura do cimento pelo resíduo retido na peneira em porcentagem

R = resíduo retido na peneira, em gramas com precisão de 0,01g

C = fator de correção da respectiva peneira

11.3.2.4. Apresentação do resultado

Expressa-se o resultado do ensaio da determinação de finura pela peneira ABNT 0,075mm (n9 200) com dois algarismos significativos.

11.3.3. Erros na execução do ensaio

11.3.3.1 Erros no aparelho

A peneira empregada no ensaio deve cumprir os requisitos da norma ABNT EB-22 no que se refere à dimensões e tolerâncias do caixilho, tela, tampa e fundo. Os encaixes entre os três componentes superpostos devem permitir uma montagem rápida e não forçada. Contudo, a tolerância do ajuste não deve ser tão grande para que não contribua com a perda de material durante o peneiramento. No ato da compra convém selecionar as peças que apresentam o melhor ajuste. Nenhum dos elementos metálicos deve ter furos ou trincas e todas as superfícies devem ser lisas.

A tela é a parte mais importante do conjunto e deve cumprir com as exigências da norma EB-22 para as aberturas e diâmetros dos fios e deve estar esticada e afixada ao caixilho mediante solda contínua em todo o bordo. Os fios da malha devem ser perpendiculares entre si e o percurso de um fio entre os dois pontos de fixação ao caixilho deve ser reto e sua trançagem deve ser do tipo unida. A teIa deve ser examinada antes de cada uso para a percepção de furos ou trincas eventualmente provocados pelo ensaio anterior.

As peneiras utilizadas em ensaios devem ser aferidas.

As telas são normalmente constituídas em latão, bronze, aço inoxidável ou nylon e a lavagem das peneiras novas é feita com benzeno, gasolina ou tetracloreto de carbono para eliminar a poeira, graxa ou gordura.

O álcool não deve ser utilizado pois dissolve o verniz de proteção dos caixilhos de latão. Durante a lavagem, a tela deve ser tocada só com o pincel. Pelo uso, as aberturas podem ficar entupidas com grãos de cimento e difíceis de serem removidos com o pincel sem danificar a tela. Neste caso, a lavagem pode ser feita com uma solução de ácido clorídrico 1:10 e logo após com quantidade suficiente de água destilada e seca em estufa a 105 – 110ºC

Os fios do pincel devem ser suficientemente rígidos que permitam limpar a peneira mas sem danificar a tela e a pressão exercida com ele sobre a tela não deve flexioná-la.

ARMADURA CRUZADAARMADURA UNIDA

11.3.3.2 Erros no procedimento

a ) Preparação da amostra - Se a amostra de cimento apresentar torrões ou grumos, ela deve ser seca em estufa a 105 - 1100C e as aglomerações desfeitas. O cimento seco é colocado no frasco de vidro e homogeneizado por agitação;

b) Determinação da massa - A massa líquida de cimento para o ensaio deve ser exatamente de 50,00 gramas. Tarar cuidadosamente o recipiente e evitar perdas durante a transferência para a peneira.

12. ENSAIO DE CONSISTÊNCIA NORMAL

12.1. Introdução

À pasta de cimento com índice de consistência normal, que nada mais é do que a mistura padronizada do cimento e água que apresenta propriedade reológica constante, é utilizada para a verificação de duas importantes características do cimento portland: tempo de pega e instabilidade de volume devido à cal livre.

Para que a execução dos ensaios seja uniforme para todos os cimentos , de maneira que os resultados sejam comparáveis, é necessário que as pastas de cimento apresentem as mesmas características. Como se trata de pastas, se forem igualadas as viscosidades, que é uma de suas principais propriedades, ter-se-á todos os ensaios nas mesmas condições. Esta viscosidade padrão é denominada como consistência normal e seu valor foi fixado de forma que as condições de ensaio, como por exemplo enchimento dos moldes, fossem as melhores possíveis.

Para a determinação das características reológicas existem diversos meios, corno por exemplo, os viscosímetros de cilindros coaxiais, cones de escoamento, penetrômetros, etc. A opção do uso de um destes ensaios depende principalmente do nível de viscosidade da pasta, e no caso das de cimento portland utiliza-se o ensaio de penetração com a sonda de Tetmajer pela simplicidade e rapidez. Estas viscosidades da pasta, mais conhecida como consistência e seu valor padrão, a denominada Consistência Normal, é função de diversos parâmetros, corno a quantidade de água, finura do material composição mineralógica tipos e teores de adições, etc. Portanto, é necessário que a determinação da Consistência Normal para cada cimento seja feita por tentativas. O trabalho pode ser simplificado levando em conta que a penetração da sonda varia quase linearmente com a quantidade de água de amassamento, permitindo assim o cálculo da quantidade de água que forneça a Consistência Normal, porém, esse valor necessita ser confirmado experimentalmente.

12.2. Ensaio de consistência normal


a) Balança: com capacidade de 2000g e precisão de 0, lg.

b) Recipiente e espátula: de acordo com as figura abaixo.

c) Termômetro: com precisão de 0,50C.

d) Cronômetro: com precisão de 1 segundo.

e) Forma: deve ser de material não absorvente e não corrosivo. Seu formato é tronco cônico, com diâmetro superior de 70mm, inferior de 80mm. Altura de 40mm e espessura de paredes maior ou igual a 5mm. Deve ser apoiado sobre uma placa de vidro com 6mm de espessura.

f) Aparelho de Vicat: consta basicamente de duas partes, o suporte do molde e a haste. Nesta, em uma extremidade está localizada a sonda de Tetmajer e na outra a agulha de Vicat (utilizada no ensaio de pega).

Observação:

É importante que se faça revisões freqüentes na aparelhagem: aferições, limpeza e lubrificação da haste em contato com o suporte. Esta lubrificação deve ser feita com uma leve camada de óleo de viscosidade muito baixa para evitar alteração na velocidade de queda da haste durante o ensaio. O aparelho deve estar sempre isento de ferrugem. As extremidades da haste - sonda e agulha - devem ficar isentas durante o ensaio. O peso do conjunto móvel do aparelho deve ser controlado para que cumpram com as especificações da norma.

Os diâmetros da agulha e sonda devem ser verificados com micrômetro em vários pontos do seu comprimento. Tanto a agulha como a sonda devem ter comprimento maior que a altura do molde, serem rigorosamente retos e terem as suas superfícies planas e perpendiculares ao eixo. A haste deve ser mantida limpa e lubrificada com uma pequena camada de óleo fino na zona de contacto com o suporte, devendo deslizar livremente pelas guias.

12.2.3. Condições ambientes

O ensaio deve ser realizado em ambiente com temperatura na faixa de 23 ± 20C e umidade relativa superior a 50%. É importante também que a água e o cimento estejam com a mesma temperatura da sala de ensaios.

12.2.4. Procedimento do ensaio

a) Determlnação da massa dos materiais - A massa de cimento é constante e igual a 400g, enquanto que a da água é obtida por tentativas. Pode-se adotar para uma primeira determinação, uma massa que seja aproximadamente 25 a 30% do cimento.

280

210

34 20

12

2

0,5

45

110 200

11

090

Aparelho de Vicat

Recipiente e Espátula

b) Zeragem do aparelho - Antes de executar o ensaio de consistencia, o ponteiro indicador da sonda de Tetmajer deve estar em posição zero na escala. Para isso, procede-se da seguinte maneira: colocar a base do molde sobre a mesa do aparelho de Vicat, apoiar livremente a extremidade da sonda de Tetmajer sobre a base. Em seguida desloque o curso do indicador até posição zero da escala

c) Amassamento da pasta - Coloca-se as 400g de cimento em forma de coroa no tacho. No centro deste adiciona-se água cuja massa é conhecida, e aciona-se o cronômetro para marcar os tempos abaixo relacionados: Durante o primeiro minuto, com a ajuda da espátula, mistura-se bem o cimento com a água lentamente. Nos próximos 5 minutos, com o auxílio da espátula, provoque um amassamento enérgico na mistura da seguinte maneira: concentra-se toda mistura em uma porção sob a forma de um arco de circunferência, no fundo do tacho, de modo que este arco tenha uma flexa com aproximadamente 5 cm devendo ficar a porção diametralmente oposta ao operador. O amassamento vai ocorrer pelo deslocamento enérgico com a espátula de sucessivas porções pequenas desde a posiçao inicial para a posição diarnetralmente oposta (esta operação será considerada como sendo um ciclo), em cada deslocamento a porção de pasta deve ser apertada contra a parede do tacho. Toda porção deve ser passada de uma posição para a outra, em partes aproximadamente iguais em 20 até 30 ciclos. Terminada de passar toda porção da um lado para outro, gira o tacho em 180o e repete-se a operação descrita acima. Estas operações serão repetidas durante 5 minutos de tal forma que, durante cada minuto, se tenha realizado 160 a 180 ciclos.

d) Enchimento da forma - Deve ser feito com auxílio da espátula. É importante notar que a pasta deve ser introduzida no molde sem produzir um adensamento, mas sim deverá ser bem distribuída no molde. Raspa-se o topo deixando-o uniforme. Em seguida, coloca-se a forma com a pasta na base do aparelho de Vicat fazendo com que a sonda de Tetmajer fique no centro do molde. Ponha a sonda em contato com a superfície da pasta e prenda a sonda com o parafuso de fixação da haste. O tempo necessário para esta operação deverá ser de 30 segundos. Passando este tempo, solte o parafuso de fixação da sonda de maneira que ele penetre na pasta por ação do seu peso próprio. Após 30 segundos, faz-se a leitura. A consistência da pasta é dita normal quando a leitura na escala for 6 1mm.

No caso de ocorrer leituras maiores ou menores que 6 1mm, deve ser mudada a quantidade de água. Não é permitido o reaproveitamento ou a execução de duas medidas de consistencia de uma mesma pasta, em hipótese alguma.

12.3. Erros na execução dos ensaios

Um erro na determinação da consistência normal tem como consequência erros em todos ensaios que vão ser executados com a quantidade de água determinada.

12.3.1. Erros na aparelhagem

a) Massa incorreta da haste móvel do aparelho de Vicat.

b) Diâmetro Incorreto da sonda de Tetmajer. Erro de fabricação ou desgaste.

c) Condição defeituosa do topo inferior da sonda de Tetmajer, causada pelo choque violento contra uma superfície dura.

d) Atrito que altere a queda livre da haste, ocasionada pelo uso de óleo muito viscoso nas paredes de contacto com o suporte, ou por pasta de cimento endurecido, ferrugem ou pó que se acumula na haste ou no suporte.

e) Condições precárias da escala de leitura.

f) Defeitos no cursor ou desgaste em suas extremidades dificultando a precisão nas leituras.


a) Superfície da pasta não regularizada ou rente com as bordas do molde.

b) Zeragem do aparelho defeituoso.

Fig. 6

c) Má colocação da forma com pasta no aparelho de Vicat, ficando a sonda de Tetmajer fora do centro da pasta.

d) Operação de descida da haste: contato incorreto entre superfícies da pasta e da haste: sonda já penetrando na pasta ou posicionada acima do nível dela antes da soltura dela. A soltura do parafuso que segura a sonda deve ser rápida e completa para permitir uma queda livre desimpedida. Não segurar a haste com os dedos. Eventual atrito entre o cursor e a escala ou entre a haste e os suportes.

e) A não observação nos tempos de ensaio.

f) Vibração ou choques da mesa e do aparelho durante a penetração da sonda.

12.3.4. Apresentação do resultado

Massa de Água Consistência Normal = ------------------------ x 100

Massa de Cimento

13. DETERMINAÇÃO DO TEMPO DE PEGA DO CIMENTO

13.1. Introdução

A partir do instante em que a água entra em contato com o cimento para executar a mistura destinada a determinar a consistência normal da pasta, ocorrem reações químicas cuja consistência é um gradativo enrijecimento (ou aumento da viscosidade) da massa. Por este motivo, a introdução da sonda de Tetmajer na pasta deve ocorrer exatamente no instante previsto para esta operação. Com o decorrer do tempo a pasta continua enrijecendo de maneira tal que com o transcurso do tempo vai chegar o instante em que a sonda não mais penetrará na pasta, mesmo que esta ainda se apresente plástica. A pressão exercida pela sonda sobre a pasta é muito fraca: 0,382 kgf/cm2. (0,300kg sobre uma área de 0,786 cm2).

Para poder caracterizar este enrijecimento progressivo da pasta com o tempo é necessário utilizar uma sonda que atue com uma pressão bem mais intensa sobre a pasta. Isto se cansegue substituindo a sonda de Tetmajer por uma outra com uma área transversal muito menor: a agulha de Vicat. Esta agulha tem uma seção de 1 mm2 como a massa da haste continue sendo a mesma a pressão exercida neste caso sobre a pasta aumenta para 30 kgf/cm2. Realizando sucessivas penetrações com este novo dispositivo ao longo do tempo, obtém-se o gráfico seguinte:

h(mm)

40

30

20

10

0

início de pega tempo

Existem dois pontos bastantes característicos (t1 e t2) onde ocorrem mudanças bruscas na reologia da pasta. No primeiro dá-se o início do crescimento brusco da viscosidade e geralmente não ocorre antes de uma hora após a adição da água. A este tempo “t1”, convencionou-se chamar por tempo de início de pega.

No segundo ponto (t2), ocorre a passagem da pasta do estado plástico para o estado sólido, convencionou-se chamá-lo por tempo de fim de pega.

A importância prática do ensaio é verificar se as adições de gesso estão nos teores pré-estabelecidos, urna vez que é este que controla o fenômeno de pega no cimento. No caso de concretagens, o concreto precisa ser lançado no estado plástico, portanto, tendo-se o conhecimento do início de pega do cimento, pode-se associá-lo ao concreto, estimando o tempo máximo possível para seu lançamento.

13.2. Execução dos ensaios


Os equipamentos são os mesmos do método para a determinação da consistência normal, exceto que é utilizada a agulha de Vicat ao invés da sonda de Tetmajer.

13.2.2. Condições ambiente

Para o amassamento da pasta, o procedimento é idêntico ao indicado no item 12.2.3. Para as determinações com a agulha de Vicat, o molde com a pasta deve estar em ambiente com umidade relativa do ar maior que 85% e temperatura de 23±20C.


a) Preparar uma pasta, com consistência normal, cujo teor de água foi determinado de acordo com o ítem anterior. O procedimento de amassamento é o mesmo do referido capítulo.

b) O zeramento da escala e o posicionamento inicial da agulha é igual ao procedimento descrito para a operação com a sonda de Tetmajer.

c) Após certo intervalo de tempo, fazer a penetração com a agulha de Vicat, que deve descer suavemente com velocidade constante e lenta, ao contrário do que é feito no ensaio de consistência normal. Define-se como início de pega quando a agulha estacionar a 1 mm do fundo do molde. Os intervalos entre cada penetração, até que ocorra a pega depende de cada cimento. Como valor de referência executar penetração de 15 em I5 minutos.

13.3. Erros na execução dos ensaios

13.3.1. Erros na aparelhagem

De um modo geral, os mesmos cuidados tomados na aparelhagem para ensaio de consistência normal devem ser levados em conta no ensaio de tempo de pega.

A agulha de Vicat deve apresentar seu eixo longitudinal sempre reto isenta de pasta de cimento, pois qualquer protuberância na superfície dificulta a livre penetração na pasta e, pelo contrário, a acumulação de pasta dura em forma de cone na extremidade da agulha facilita a penetração com a consequente alteração do resultado. O uso excessivo de óleo na agulha também facilita a penetração pelo menor atrito entre a superfície lateral da agulha e a pasta aumentando o tempo de início da pega.


A presença de bolhas de ar no interior da pasta de cimento provoca diferenças significativas no resultado do ensaio. Para evitar isto convém que o operador agite levemente a pasta no interior do molde com a espátula.

13.4. Apresentação do resultado

O tempo de início de pega é o intervalo de tempo entre a hora em que a agulha estaciona a 1 mm do fundo do molde e a hora da adição da água. E expresso em horas e minutos, com aproximação de 5 minutos.

O tempo de fim de pega é o intervalo de tempo entre a hora em que a agulha deixa apenas uma leve impresão na superfície da pasta e a hora em que a água foi adicionada ao cimento para no início do amassamento. Este tempo e expresso em horas e minutos com aproximação de 5 minutos.1

[14. ENSAIO DE EXPANSIBILIDADE DA PASTA DE CIMENTO

14.1. Introdução

A reação química entre o cimento e a água produz inicialmente um enrijecimento da pasta (estágio plástico) e a seguir um endurecimento (estágio sólido). Nos cimentos considerados normais estas reações químicas provocam ligeiras mudanças no volume da pasta de cimento, ou seja, a soma do volume absoluto do cimento mais o volume da água adicionada quando misturados inicialmente não é rigorosamente o mesmo àquele que a pasta apresenta após um certo tempo de hidratação (o volume final pode ser até 6% menor que o inicial, dependendo das condições sob as quais se desenvolve a hidratação). Nos cimentos que podem ser denominandos anormais, além da redução de volume descrita pode existir simultaneamente um aumento considerável do volume da pasta ao longo do tempo devido à reações químicas de alguns compostos com água de amassamento. Este aumento de volume não apenas anula a contração mais pode dar origem a um volume final ainda maior que a do volume inicial com a consequente indução de tensões internas de fração que podem gerar desde trincas superficiais até um desagregamento completo da massa de pasta. As substâncias que podem provocar estas instabilidades de volume indesejáveis são principalmente: a cal livre (óxido de cálcio não combinado), o sulfato de cálcio em dosagens muito acima do necessário para regularizar o tempo de pega e o óxido de magnésio em forma cristalizada (periclásio) que ao reagirem com a água, formam compostos hidratados que ocupam um volume que pode ser várias vezes maior que o das mesmas substâncias em forma anidra, aumento este que tende a expandir o resto da massa. Esta expansibilidade é medida mediante o ensaio da pasta com consistência normal no aparelho denominado agulha de Le Chatelier em duas modalidades: em água fria ou em água em ebulição.

O ensaio a frio destina-se a determinar se há um excesso de gipsita ou anidrita e o ensaio a quente se há quantidades ou estruturas de cal livre que possam provocar instabilidades de volumes acentuadas, se bem que o ensaio a frio também pode revelar parcialmente esta condição. A expansão causada pela hidratação do periclásio não é praticamente acusada pelo ensaio a quente dentro das condições experimentais.

O aumento de volume da pasta, e que é medido pelo ensaio de expansibilidade, serve de idéia do aumento de volume que se dará nos concretos da obra, feitos com o mesmo cimento. Dependendo do aumento do volume, que irá ocorrer no concreto, será prejudicial à peça concretada dando problemas na estrutura.

14.2. Método de ensaio

14.2.1. Aparelhagem

Todos os aparelhos utilizados para a execução do ensaio de consistência normal da pasta.

a) Espátula fina

b) Placa de vidro, quadrada, de 5cm de lado

c) Agulhas de Le Chatelier - A agulha de Le Chatelier, empregada na medida da expansibilidade da pasta de cimento, é costituída de um cilindro, com 3Omm de diâmetro e 3Omm de altura em chapa de latão de 0,5mm de espessura, fundido segundo uma geratriz e ao qual, de cada lado de fenda, deve ser moldada uma haste do mesmo material com 15Omrn de comprimento e extremidade em bisel. Estas hastes são soldadas na metade da altura do cilindro devendo ficar uma encostada na outra.

Nota:

Com o tempo as agulhas vão perdendo suas propriedades elásticas, e mesmo algumas são fabricadas fora das especificações. Devido a isso cada agulha deve ser aferida, sendo que esta consiste em se prender umas das hastes a uma pinça fixa, tão próximo quanto possível de sua ligação com o cilindro, de modo que a outra haste fique aproximadamente em posíção horizontal, e, pendurando-se um peso de 300g no lugar em que esta haste se destaca do molde a extremidade dessa deve afastar-se de 15 a 30mm de sua posição inicial.

a) Bandeja - deve ter altura suficiente para que a parte cilíndrica da agulha fique submersa quando a bandeja estiver cheia de água.

b) Régua milimetrada com divisão de 1mm.

14.2.2. Condições ambientes

Às mesmas condições citadas para o ensaio de consistência normal da pasta de cimento.


a) Preparar uma pasta com 400g de cimento e água suficiente para a consistência normal.

b) Enchimento das agulhas - A quantidade de pasta obtida é suficiente para a moldagem de 6 agulhas de Le Chatelier sendo que 3 delas irão para o ensaio a quente, e as ou tras 3 para o ensaio a frio (quando necessário). Coloca-se a agulha pela base do cilindro sobre uma chapa de vidro lubrificada com óleo mineral fina (para evitar a aderência da pasta no vidro), e com a ajuda de uma cápsula fina preenche-se as mesmas com a pasta de consistência normal. Depois de preenchida, é acertado o topo, coloca-se em seguida outra chapa de vidro, também lubrificada, em cima, colocando-se sobre esta um peso suficiente para que o cilindro não tombe devido ao peso das hastes.

c) Cura inicial - Terminadas as operações descritas em ‘‘b’’, mede-se a abertura de 3 agulhas (medida feita na ponta das hastes da agulha), que servirá para o ensaio a frio. Logo após, o conjunto todo (”Agulha”, corpo de prova, chapas e contra - peso) é imerso na badeja com água potável, a uma temperatura de 23ºC ± 2ºC. Pelo menos doze horas após a moldagem, retira-se, com cuidado, as chapas de vidro e procede-se separadamente ao ensaio a quente e a frio.

Nota:

Todos os corpos de prova executados devem ser examinados antes e após a retirada das chapas de vidro, com o objetivo de verificar se nesta operação houve descolamento do corpo de prova da forma. Havendo descolamento, o corpo de prova deve ser eliminado.

d) Medida da expansibilidade da pasta de cimento portland.

d.1) Ensaio a frio – Emerge-se em um tanque com água potável com temperatura de 230C ± 2ºC durante sete dias consecutivos, as 3 agulhas que se mediu a abertura logo após a moldagem. Completado os sete dias, mede-se o afastamento das extremidades das

Agulha de Le Chatelier

165

chapa de vidro

30

agulhas em milímetros, e por diferença com medida feita após a moldagem ter-se a expansibilidade a frio da pasta é dada pela média das três determinações.

d.2) Ensaio a quente - Após a retirada das chapas de vidro, mede-se o afastamento das extremidades das extremidades das três agulhas (primeira medida) e coloca-se as mesmas em uma bandeja com água que irá progressivamente a ebulição, a qual deverá começar depois de 15 e antes de 30 minutos. Após 3 horas de ebulição, faz-se a segunda medida. Duas horas depois faz-se a terceira medida, e se não coincidir com as segunda, deve-se continuar fazendo medidas de 2 em 2 horas até que, entre duas medidas consecutivas não haja mais expansão (última medida). A diferença entre a última medida e a primeira fornece expansibilidade que é dada pela média de três determinações.

Nota:

A agulha de Le Chatelier deve ficar em posição vertical e com suas extremidades fora da água, para facilitar as medidas.

14.3. Erros na execução do ensaio

14.3.1. Aparelhos

14.3.1.1. Agulha de Le Chatelier

Além do que diz respeito às metragens das agulhas, as mesmas são submetidas a temperaturas de 1000C e a esforços internos, que normalmente modificam suas propriedades elásticas. Isto obriga que as agulhas devem ser frequentemente aferidas e rejeitadas quando não cumprem com o especificado.


14.3.2.1. Retirada do vidro da forma

Após 12 horas da moldagem devem ser retiradas as duas chapas de vidro que serviam de base e topo do corpo de prova. Esta operação deve ser feita com cuidado por que pode provocar o deslocamento dos corpos de prova na forma. Para verificar se não houve deslocamento faz se a leitura após a moldagem e após a retirada do vidro, e se não houver coincidência de leitura ocorreu o deslocamento do corpo de prova devendo este ser desprezado.

14.4. Resultado do ensaio

O resultado do ensaio é a média das três determinações expressa em milímetros com precisão de 0,5mm.

15. DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

15.1. Introdução

O uso principal do cimento é em concretos destinados à execução de estruturas. A estrutura é o conjunto de elementos, partes de um edifício que suporta cargas e as transmitem ao solo. É o esqueleto que permite que o edifício cumpra as funções a que está destinado (habitação, produção, estocagem, cobertura, trânsito, etc). A idéia de estrutura esta sempre associada ao conceito de resistência, ou seja, que os componentes da estrutura se oponham e não cedam à ação das solicitações (estas solicitações podem ser: o peso das pessoas, dos móveis, das máquinas, a ação do vento, a pressão da água, etc). Se a estrutura está formada de elementos de concreto (vigas, lajes, muros. pilares, etc), este concreto deve apresentar a resistência necessária para que o edifício ou obra não rua, quebre, desmorone, etc. O cimento é, por sua vez, o componente do concreto que lhe confere a característica de ser resistente. Conclui-se que a principal função do cimento é a de dar resistência ao concreto. Por este motivo, uma das principais preocupações durante a fabricação do cimento é a de que ele, uma vez pronto, seja capaz de endurecer e atingir uma determinada resistência mínima. A comprovação desta propriedade é materializada mediante um ensaio no qual é medida a resistência do cimento numa argamassa. A rigor, esta qualidade deveria ser determinada num concreto padrão, mas isto não é prático tanto pelas grandes quantidades de materiais requeridas como pela falta de agregados de características uniformes. Por esta razão o ensaio é executado com uma argamassa bem definida no que diz respeito a: traço,

quantidade de água e proveniência e granulometria da areia. No fundo, esta argamassa pode ser considerada como um concreto em escala reduzida, um micro-concreto.

Os corpos de prova executados com a argamassa padrão são submetidos a um carregamento numa prensa até o ponto de romper e a força empregada para leva-los à ruptura é a medida da capacidade do cimento de suportar cargas quando está formando parte de um concreto. Para uniformizar a maneira de expressar esta força é preferível utilizar o conceito de resistência que revela a força por unidade de área carregada que a argamassa é capaz de suportar no instante da ruptura.

Quando se aplica a qualquer corpo sólido uma força que tende a encurtá, esta força é denominada força ou carga de compressão. A quebra, ou ruptura como é comumente chamada, do corpo se dá quando ele não é mais capaz de suportar a carga que lhe está sendo aplicada. Assim, conclui-se que todo corpo sólido é capaz de suportar um carregamento limite, o qual ultrapassado, promove sua ruptura.

Esta capacidade de suportar uma carga crescente até o momento da ruptura é chamada de resistência aos esforços solicitantes.

Cada corpo é capaz de resistir a diversos esforços como: tração, flexão, compressão, etc. Trataremos aqui apenas o que diz respeito aos esforços de compressão

Temos então dois estágios do carregamento à compressão: o 10 que determina a tensão de compressão, quando a força que solicita o corpo é inferior a máxima carga que ele é capaz de suportar, e o 20 que determina a tensão de ruptura, quando a força aplicada provoca a quebra, determinando a máxima carga que o corpo é capaz de suportar.

Como a resistência de qualquer corpo aos esforços de compressão depende das dimensões da peça ou do corpo que se quer testar, ela é especificada em relação a área do corpo que está sendo solicitada pelo esforço.

Dizemos então que a tensão de compressão de um corpo será a força aplicada dividida pela área do corpo de prova.

A unidade de medida de força é o quilograma - força, kgf e a área é dada em centímetros quadrados, cm2.

Imagine então dois corpos, conforme Figura 15a e 15b, um de 50cm2 e outro de 25cm2 de área.

Se aplicarmos uma força de compressão de 100 kgf em ambos, não provocando suas rupturas, teremos:

100 kgf

100 kgfA 1 = 50 cm2

A2 = 25 cm2

A A B B

Corte AACorte BB

Figura 15a

Figura 15b

Figura 1a: Força de compressão = 100 kgfÁrea do corpo = 50 cm2

100kgf então, Tensão de compressão = -------- = 2 kgf/cm² 50cm²

Figura 1b: Força de cornpressão =100 kgfÁrea do corpo = 25 cm2

100 kgfentão, Tensão de compressão = -------- = 4 kgf/cm² 50cm²

Agora se formos aumentando a força de compressão em ambos os corpos, e ao atingirmos 300 kgf para o corpo da Figura 1a, e 400 kgf para corpo da Figura 1b, ocorrerão suas rupturas, teremos determinado a máxima carga que os corpos podem suportar e por conseguinte, suas tensões de ruptura a compressão. Teremos então:

300 kgf Figura 1a: Tensão de ruptura à compressão = --------- = 6 kgf/cm2

50 cm2

400 kgf Figura 1b: Tensão de ruptura à compressão =---------- =16 kgf/cm2

25 cm2

Esta última define o que se chamaria corretamente de Resistência à Tensão de compressão, que já se tornou comum dizer resistência à compressão. Então resistência à compressão é a tensão que o corpo supota até o instante de quebra, e se diz também, tensão de ruptura do corpo. Quando se solicita um corpo com uma tensão de compressão menor que a de ruptura, o corpo não quebra (não rompe) resistindo à solicitação, por outro lado, quando se solicita com uma tensão de compressão maior que a de ruptura o corpo quebra (rompe) , não resistindo a solicitação.

15.2. Método de ensaio

15.2.1. Aparelhagem

15.2.1.1. Balanças

A balança empregada na pesagem dos materiais deve ser capaz de determinar massas com precisão de décimos de grama (0,1g) e erros máximos de ± 0,3g em cargas de 150 a 2000g, devendo ser a mesma aferida pelo menos a cada seis meses.

15.2.1.2. Misturador mecânico

O misturador rnecânico consta de uma cuba de aço inoxidável com capacidade de aproximadamente 5 litros e de uma pá de metal que gira em torno de si mesma e, em movimento planetário em torno do eixo da cuba, movimentos estes dirigidos em sentidos opostos.

O misturador deve funcionar com as velocidades indicadas na tabela abaixo:locidade Rotação da pá Movimento planetário

Velocidade Rotação da pá Movimento planetário

BaixaAlta

140 ± 5 r. p. m.285 ± 10 r. p. m.

65 ± 5 r. p. m.125 ± 5 r. p. m.

15.2.1.3. Recipiente e espátula para mistura manualRecipiente e espátula para mistura manual

O recipiente e a espátula para a mistura manual da argamassa possuem dimensões padronizadas, devendo ser de material não absorvente e resistente ao ataque de pastas de cimento.

15.2.1.4. Molde e soquete

A forma de moldagem deve ser de formato cilíndrico e acompanhada por uma base, sendo ambas de metal não corrosível. A forma cilíndrica deve ter pelo menos 2 mm de espessura, diâmetro interno de 50mm ± 0,2mm e altura de 100mm ± 0,50mm. As superfícies internas do molde devem ser lisas e sem defeitos e o ângulo formado pela base e qualquer geratriz do cilindro deve ser igual a 90 0 C ± 0,50 . A forma deve ser cortada segundo uma geratriz e deve ter dispositivo que assegure o fechamento estanque desta junta.

A base deve ser de no mínimo 3mm de espessura, e suas dimensões devem ser suficientes para permitir a fixação da forma (Em geral, quadradas de 10cm de lado ou circulares de 8cm de diâmetro, tendo estas últimas, maior espessura por serem rosqueadas). A superfície deve ser plana e lisa, não podendo apresentar afastamentos maiores que 0,050mm em 50 mm, relativo ao plano.

O soquete deve ser de metal não corrosível.

15.2.1.5. Acessórios diversos

15.2.1.5.1. Placa de vidro: quadrada de 7 a 10cm de lado e, pelo menos 5 mm de espessura.

15.2.1.5.2. Espátula metálica: espátula de aço inoxidável, de 20 x 20cm de lâmina, com cabo de madeira.

15.2.1.5.3. Escova: com fios grossos de aço.

15.2.1.5.4 .A Máquina de ensaio à compressão (prensa) deve ser capaz de aplicar cargas de maneira contínua, sem choques e com velocidade constante durante o ensaio. A escala do dinamômetro utilizado deve ser tal que a carga de ruptura prevista seja maior que 10% e menor que 90% da capacidade nominal da escala.

A máquina de ensaio à compressão deve ser verificada segundo o método ABNT MB 882/80 – Verificação de Máquinas de Ensaios de Tração e Compressão, pelo menos, a cada 5000 aplicações de carga ou uma vez por ano, e deve apresentar erros de exatidão e repetibilidade com as seguintes tolerâncias máximas relativa a carga real aplicada:

a) erro máximo de exatidão: ± 1% da carga real aplicada

b) erro máximo de repetibilidade: ± 1% da carga real aplicada

1) Erro de exatidão é a diferença entre média das cargas indicadas correspondentes a repetidas aplicações da carga real, e esta carga real, diferença esta expressa em porcentagem da carga real.

2) Erro de repetibilidade é a diferença máxima entre as cargas, quando a máquina é submetida a repetidas aplicações de uma mesma carga real, sempre sob mesmas condições, diferença esta expressa em porcentagem da carga real.

3) O s erros de exatidão e de repetibilidade devem ser determinados na faixa de 10% a 90% da capacidade nominal da escala.

15.2.2 Condições do ambiente

15.2.2.1. Sala de ensaio

A temperatura do ar na sala de ensaios, bem como a dos aparelhos ,acessórios e materiais, exceto a água, pode variar de 200 a 28 0C. A temperatura da água de amassamento deve ser de 230C ± 2 0C. A umidade relativa do ar não deve ser inferior a 50%.

15.2.2.2. Câmara úmida

A câmara úmida deve ser de dimensões tais que os corpos de prova possam ser armazenados com facilidade. A temperatura do ar da câmara úmida deve ser de 230C ± 20C e a umidade relativa de pelo menos 95%. A temperatura da água saturada de cal, contida no tanque da câmara úmida, deve ser de 230 C ± 20 C.


15.2.3.1. Preparação dos moldes

Para garantir a estanqueidade do molde cilíndrico, visando evitar a perda d’ água da argamassa, deve-se vedar a fenda do molde, utilizando-se uma leve camada de cera e/ou massa de modelar, aplicada ao longo de toda extensão da fenda pela superfície externa do molde, apertando fortemente, em seguida, o dispositivo de fechamento. Deve-se retirar todo e qualquer excesso de cera e/ou massa que surgir internamente ao molde, após o fechamento da fenda.

Em seguida coloca-se o molde sobre a base e entre essa e a superfície lateral externa do molde, dispõe-se um cordão de cera, de modo a garantir a estanqueidade. Neste caso, não é indicado a massa de modelar, pela sua baixa aderência e alta plasticidade.

Terminada a operação de montagem, deve-se lubrificar a superfície interna do molde, com uma fina camada de óleo mineral de baixa viscosidade, para facilitar a retirada dos corpos de prova após o período inicial de cura, evitando-se a aderência da argamassa com o molde.

15.2.3.2. Materiais

15.2.3.2.1. Água

A água usada na mistura da argamassa deve ser potável e estar à temperatura de 230 ± 20 C.

15.3.2.2. Areia

A areia normal brasileira, proveniente do Rio Tiête em São Paulo é produzida e fornecida pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo e deve satisfazer à norma ABNT EB-1133/79.

A areia normal se divide em quatro frações granulométricas que se encontram especificadas na Tabela 1, sendo que a mistura de partes iguais, em peso, das frações deve satisfazer as condições especifica na Tabela 2.

Tabela 1 – Frações granulométricas

Material retido entre as peneiras de abertura nominal de

Denominação

2,4 mm e 1,2 mm1,2 mm e 0,6 mm

0,6 mm e 0,15 mm0,3 mm e 0,15 mm

GrossaMédia grossa

Média finaFina

Tabela 2 – Granulometria

Peneiras ABNT

N0 Abertua nominalem mm

Porcentagem retidaAcumulada, em massa

810163050

100

2,42,01,20,60,30,15

05 ± 525 ± 550 ± 575 ± 597 ± 3

É aconselhável, quando do recebimento da areia normal, secá-la em estufa a (110 ± 5) O C, de modo a remover toda a umidade que porventura ela ainda possua, garantindo-se a cura uniforme dos diversos lotes de material utilizado.

15.2.3.3. Preparação da argamassa de cimento

Apesar da norma permitir facultativamente mistura da argamassa de maneira manual e mecânica, é desaconselhado o procedimento manual por não apresentar a mesma energia de mistura e, conseqüentemente, dar resistências bastante inferiores às que resultam da mistura mecânica.

Tabela 3 - Quantidades de materiais

Material Massa, em g, para mistura mecânica

CimentoÁguaAreia normal; fração:- grossa- média grossa- média finafina

624 ± 0,4300 ± 0,2

468 ± 0,2468 ± 0,3468 ± 0,3468 ± 0,3

O procedimento é o seguinte: Executar a mistura mecânica colocando inicialmente na cuba toda a quantidade de água e ajuntar o cimento. A mistura desses materiais deve ser feita com o misturador na velocidade baixa durante 30s. Após este tempo, e sem paralisar a operação de mistura, inicia-se a colocação da areia (quatro frações de 468 ± 3g de areia normal, previamente misturadas), com o cuidado de que toda esta areia seja colocada gradualmente durante o tempo de 30s. Imediatamente após o término da colocação da areia, muda-se para a velocidade alta, misturando-se os materiais nesta velocidade durante 30s. Após este tempo, desliga-se o misturador durante 1 min e 30s. Durante os primeiros l5s retira-se, com o auxflio de uma espátula, a argamassa que ficou aderida às paredes da cuba e a pá e que não foi sufcientemente misturada, colocando-a no interior da cuba, Durante o tempo restante (1min e 15 s) a argamassa fica em repouso na cuba, tampada com um pano limpo e úmido.

Imediatamente após este intervalo, liga-se o misturador na velocidalo alta, misturando-se os materiais durante 1 min. Deve-ser registrar a hora em que o cimento é posto em contato com a água de mistura.

15.2.3.4. Enchimento dos moldes

A moldagem dos corpos de prova deve ser feita imediatamente após o amassamento e com a maior rapidez possível. Para tanto, é aconselhável que o recipiente que contém a argamassa esteja junto aos

moldes, durante o adensamento. A colocação da argamassa na forma é feita com o auxílio da espátula, em quatro camadas de alturas aproximadamente iguais, recebendo, cada camada, trinta golpes moderados de soquete, uniformemente distribuídos. Essa operação deve ser terminada com a rasadura do topo do corpo de prova por meio da régua que o operador faz deslizar sobre os bordos da forma, em direção normal à régua, dando-lhe também um ligeiro movimento de vaivém na sua direção.

Como são moldados seis corpos de prova com a mesma mistura, é aconselhável que se encha com a primeira camada, todos os moldes cilíndricos, para depois colocar a segunda camada, e assim sucessivamente até a quarta última.

15.2.3.5. Cura inicial e remate dos corpos de prova

Após a moldagem, os corpos de prova, ainda nos moldes, devem ser colocados em câmara úmida com temperatura de 23 0C ± 20 C e pelo menos 95% de umidade relativa, onde devem permanecer durante 20 a 24 horas com a face superior protegida por uma placa de vidro plano, para evitar a ação de respingos ou gotejamento.

Decorridos seis a quinze horas do momento da moldagem, retira-se a placa de vidro que protege topo do corpo de prova e passa-se sobre este urna escova grossa. O topo do corpo de prova é, então, rematado com uma fina camada de pasta de cimento, consistente.

Esta pasta deve ser preparada 2 a 4 horas antes do seu emprego. O acabamento é feito com o auxílio de uma placa de vidro plano. A pasta de cimento é colocada sobre o topo do corpo de prova deve ser trabalhada com a placa até que a face inferior desta fique em contato firme com a borda superior do molde, em todos os seus pontos. A aderência da pasta a placa de capeamento deve ser evitada lubrificando-se esta com uma fina película de óleo mineral.

No caso de efetuar o capeamento dos corpos de prova com mistura de enxofre, pode-se adotar o procedimento de após o adensamento da última camada dos corpos de prova, deixar um leve excesso de argamassa, acima da borda superior do molde, levando-os desta forma à câmara úmida. Decorridos então de 4 a 6 horas do momento da moldagem, rasa-se os corpos de prova com o auxílio de uma espátula, nivelando suas superfícies, deixando-os desta forma, até completarem o período especificado de cura inicial, apenas cobertos pela placa de vidro.

15.2.3.6. Cura final em água

Terminado o período inicial de cura, os corpos de prova devem ser removidos das formas, e imersos, separados entre si, no tanque de água da câmara úmida, onde devem permanecer até o momento do ensaio, exceto aqueles que tenham de ser rompidos com 24 horas de idade.

A água do tanque deve ser saturada em cal e estar à temperatura de 230 C ± 20 C; não deve ser corrente e terá de ser renovada frequentemente.

É importante que os corpos de prova permaneçam protegidos, desde o instante que são retirados da câmara úmida até o instante do ensaio, de maneira que toda a superfície exterior permaneça úmida. Para tanto, pode-se utilizar estopas ou panos úmidos.

15.2.3.7. Capeamento com mistura de enxofre

Os corpos de prova que não tiverem sido rematados, devem ser capeados (ambas as faces) com uma mistura de enxofre e caulim ou quartzo em pó, aquecida a temperatura de l360 ± 70C. As proporções dos materiais devem ser tais que, o prodtuto endurecido, atinja resistências à compressão superiores às do corpo de prova a serem rematados.

A aplicação do capeamento de enxofre nos corpos de prova a serem ensaiados, deve cumprir as tolerâncias de antecedência mínima, em relação ao horário do ensaio, necessárias para permitir que a camada de enxofre atinja suficiente resistência mecânica, conforme mostra o quadro abaixo:

Idade de ruptura ( dias) Antecedência mínima (horas)

137

½½1

2860 ou mais

424

A idade de cada corpo de prova é contada a partir do instante em que o cimento é posto em contato com a água de mistura.

As idades especificadas para a ruptura dos seis corpos de prova de cada tipo de cimento são relacionadas abaixo:

a) Cimento portland comum: ruptura aos 3, 7 e 28 dias.

b) Cimento portland de alto-forno e pozolânico: ruptura aos 3, 7 e 28 dias, sendo optativo a ruptura a 90 dias,

que constituirá um dado de grande valia.

c) Cimento portland de alta resistência inicial: ruptura às 24 horas, 3 e 7 dias de idade.

15.2.3.9. Ruptura dos corpos de prova

Cada corpo de prova na idade especificada para o ensaio, e devidamente curado e preparado conforme as determinações já citadas, deve ser colocado diretamente sobre o prat inferior da prensa, já ligada na escala indicada em 15.2.1.5.4, de forma a conseguir uma perfeita centralização. Os pratos de carga devem ser planos e estarem livres de sujeira.

A velocidade de solicitação, ao transmitir-se a carga de compressão ao corpo de prova, deve ser de 2,5 kgf/cm2 ± 0,5 kgf/cm2, por segundo.

É considerada como carga de ruptura, a carga máxima, em kgf, indicada pelo dinamômetro da máquina de ensaio no instante da quebra completa do corpo de prova.

15.3. Erros no ensaio

15.3.1. Mistura dos materiais

15.3.1.1. Aparelhagem

a) Erros nas medidas da cuba, da pá do misturador, e principalmente no espaçamento entre elas, que é especificado em 3±mm, podem ocasionar um mau funcionamento do conjunto originando uma mistura inadequada. A cuba deve permanecer fixa na horizontal, quando do funcionamento para mistura, para que sua distância às extremidades da pá seja uniforme. Caso existam afastamentos entre pá e cuba superiores ao especificado, parte da argamassa em preparação ficará colada às paredes da cuba, sem participar da homogeneização do resto da massa.

b) Velocidades do misturador diferentes daquelas descritas, também podem originar uma mistura inadequada e heterogênea.

c) Deve-se evitar o derramamento de óleo na argamassa quando da sua mistura de modo a não alterar a hidratação do cimento e posterior desenvolvimento de resistência.

15.3.1.2. Procedimento

a) Não retirar convenientemente toda a sujeira, pó ou mesmo a deposição de argamassa da cuba e da pá

antes da mistura.

b) Não respeitar a ordem de colocação dos materiais no tacho ou cuba para mistura. A inversão pode originar uma mistura de consistência diferente.

c) A não homogeneidade da areia usada nos ensaios pode levar a resultados diferentes.

Por esse motivo é que se tem normatizado a areia para este ensaio, que deve ter sempre a mesma característica. Também é importante manter a proporção de 1:3, em massa, de cimento e areia, respeitando na pesagem dos materiais as quantidades especificadas.

d) Perda de material no intervalo entre a pesagem e a colocação no tacho ou cuba, pode falsear os resultados se a pesagem dos materiais estivesse errada, gerando argamassas inadequadas.

15.3.2. Moldagem e cura dos corpos de prova

15.3.2.l. Aparelhagem

a) As formas cilíndricas que serão utilizadas devem sempre estar aferidas, fazendo-se periodicamente verificações de suas dimensões com relação as especificadas pela norma e também de suas condições de paralelismo e perpendicularidade. Se houverem grandes variações, se terá corpos de prova com áreas de carga menores que o especificado, alterando os valores finais das resistências determinadas no ensaio.

A limpeza da forma entre um e outro ensaio é de grande importância, evitando a permanência de resíduos de ensaios anteriores e permitindo um melhor encaixe da fenda e da base, prevenindo-se vazamentos. Para esta limpeza pode-se utilizar escovas ou palha de aço e solvente.

b) O soquete deve ser verificado com relação às suas dimensões e deve ter o canto vivo, e quando estiver gasto deve ser substituído, porque somente assim a região de argamassa que ficar em contato com a parede da forma será adensada.

c) A vedação da fenda da forma e da junção da base e seu topo inferior, feita com um cordão de cera, deve ser perfeita, para evitar a perda de água de amassamento da argamassa, o que, se ocorrer, acarretara erros no ensaio, pelo fato de se alterar o fator água/cimento da mistura e de se saber que a resistência do cimento e concreto, em regra geral, varia na razão inversa do fator água/cimento, isto é, uma diminuição do fator a/c acarretará uma elevação da resistência. Caso haja uma perda de água deve ser desprezado o corpo de prova.

15. 3. 2. 2. Procedimento

a) Após o término da mistura da argamassa, a moldagem dos corpos de prova deve ser feita com a máxima

rapidez, pois no caso de alguma demora, haverá evaporação da água de amassamento, o que prejudicará o ensaio pelo fato da alteração do fator a/c da mistura.

b) Deve-se adensar os corpos de prova respeitando-se o n0 de camadas, n0 de golpes por camada e energia de socamento, que deve ser a mesma para as 4 camadas para não incluir variações nos resultados do ensaio. Como a energia de adensamento depende do operador, não se deve trocá-lo durante o ensaio, mantendo o mesmo moldador para toda a série, como também para todas as idades da amostra em ensaio.

c) Não se deve untar as partes internas do molde com grossas camadas de óleo, para se evitar uma contaminação da argamassa que será introduzida no molde, evitando também a deposição no fundo da forma devido ao escoamento do óleo.

d) Terminada a moldagem, os corpos de prova devem ser imediatamente levados a câmara úmida a temperatura de 230 C ± 20 C e pelo menos 95% de umidade relativa, para cumprimento do período inicial de cura. A permanência dos corpos de prova em ambiente seco, faz com que ocorra evaporaçâo da água de amassamento.

É importante dizer que a temperatura da câmara úmida e sua umidade relativa devem cumprir exatamente

as especificações.

e) Se o remate a ser usado for com pasta de cimento, quando se escovar a superfície superior do corpo de prova, após 6 a 15 horas do início da moldagem, não se pode aprofundar muito esta superfície, pois se estará retirando uma grande quantidade de argamassa.

Após a aplicação da pasta de cimento, que deve já se encontrar preparada de 2 a 4 horas antes da aplicação e ser bem consistente, e necessário que o remate final, utilizando a chapa plana de vidro seja realizado configurando uma superfície lisa e plana, sem reentrâncias ou saliências, que viriam trazer a não uniformidade na aplicação de carga.

f) Temperaturas maiores que 250 C ou menores que 210 C alteram o endurecimento do corpo de prova, provocando resistências mais altas ou mais baixas que as obtidas guando a cura é realizada dentro do intervalo de 21 a 250 C especificado.

g) Não tomar cuidado na desforma do corpo de prova também pode causar falhas no ensaio. Às vezes a dificuldade de tirar o corpo de prova da forma pode levar o operador a dar golpes para poder tirá-lo. Quando isto ocorre e prefer(vel desprezar o corpo de prova porque pode ocasionar pequenas fissuras de difícil percepção, bem como a quebra e/ou trinca das bordas vivas dos corpos de prova o que dificultaria o capeamento, levando a uma aplicação desuniforme da carga.

h) Durante o período em que os corpos de prova sao retirados para o capeamento ou ensaio de ruptura, não se deve deixá-los descobertos, para que não ocorra evaporação da água e secagem do corpo de prova. Os corpos de prova devem ser mantidos cobertos com um pano grosso e úmido, ou mesmo imersos em água retirada da câmara úmida e colocada em uma bandeja.

15.4. Ensaio de ruptura

15.4.1. Aparelhagem

a) No caso de se optar pelo capeamento com mistura de enxofre aquecida, o equipamento que se utilizará para este fim deverá estar em perfeitas condições, quanto a planeza, acabamento e centralizações, evitando a ocorrênca de capas de enxofre rugosas, não planas e fora de centro. Como o objetivo do capeamento é de deixar paralelos os topos do corpo de prova, o não cumprimento disto, leva a erros apreciáveis de não distribuição uniforme da carga no corpo de prova.

b) A ruptura em máquinas de compressão, que não se encontram aferidas, nunca permitirá obter resultados corretos na ruptura. Para tanto é necessário que órgãos devidamente capacitados façam a manutenção e aferição da prensa periodicamente.


a) As idades de ruptura dos corpos de prova não podem ser ultrapassadas, devendo ser respeitadas as tolerâncias especificadas para cada ítem.

b) A utlilização de escalas, cujas leituras das cargas de ruptura, ocorram abaixo dos 10% ou acima dos 90% da escala utilizada, levará a erros nos resultados do ensaio, devido a imprecisão das leituras nestas áreas.

Assim em uma escala de 20.000 kgf, não se deve usar o intervalo de 0 a 2.000 kgf e o intervalo de 18.000 a 20.000 kgf, portanto é necessário que a prensa tenha várias escalas e que sejam usadas convenientemente.

c) A velocidade de carregamento do corpo de prova na prensa deve ser respeitada, porque sua mudança leva a uma diferente solicitação do corpo de prova, alterando a carga final.

d) A excentricidade entre os eixos do corpo de prova e do prato articulado da máquina de ensaio bem como o desalinhamento entre os dois pratos, leva a resultados adulterados de resistência a compressão.

e) As dimensões dos pratos e da articulação também exercem influências significativas nos resultados de resistência à compressão. As dimensões destes elementos devem ser proporcionais ao tamanho do corpo de prova e não se deve ensaiar diretamente corpos de prova de argamassa normal entre pratos destinados a ensaiar corpos de prova de concreto. A função da articulação é suprir eventuais deficiências no paralelismo das fases dos corpos de prova, para tornar a distribuição da carga uniforme em toda a área das superfícies de apoio.

Quanto maior forem as dimensões dos pratos e consequentemente, da articulação, maior será a probabilidade de erros na centragem dos corpos de prova.

A ABCP desenvolveu um pórtico auxiliar de ruptura para realização do ensaio a compressão cuja dimensão dos pratos de carga é de 55mm, 5mm apenas maior que o corpo de prova, de modo a facilitar a centragem dos mesmos e distribuir melhor a carga aplicada.

15.4.3. Resultados

O resultado da resistência á compressão, em kgf/cm2, de cada corpo de prova, é obtido, dividindo a carga de ruptura pela área de secção transversal, arredondando o valor ao inteiro mais próximo.

Após a obtenção dos resultados individuais, calcula-se a média em kgf/cm2, de 3 ou 6 corpos de prova ensaiados na mesma idade. O resultado deve ser arredondado ao inteiro mais próximo.

É importante calcular o desvio máximo da série dos resultados. O cálculo é feito dividindo o valor absoluto da diferença entre a resistência média e a resistência individual que mais se afaste desta mé-dia, para mais ou para menos, pela resistência média e multiplicar este quociente por 100. A porcentagem obtida deve, ser arredondada ao décimo mais próximo.

A série de corpos de prova de uma idade deve ser inteiramente abandonada, quando o desvio relativo máximo for superior a 8%. O ensaio (3 ou 6 corpos de prova) deverá, então, ser repetido, na mesma ida-de, até que se obtenha desvio relativo máximo menor ou igual a 8%.

O resultado final, em cada idade, é a resistência média sendo que os limites mínimos da resistência à compressão, fixados pelas especificações da ABNT em cada idade, referem-se a esta resistência média calculada.

15.4.4. Exemplo de cálculo

Vamos tomar uma idade de referência de uma determinada amostra de cimento, ensaiada à compressão. Escolheu-se então, seis corpos de prova que foram ensaiados à compressão aos 28 dias de idade, cujas cargas de ruptura constam da tabela abaixo:

C. p.n0

CargaKgf

123456

860085008550840084008375

Como para o cálculo da resistência à compressão é necessário dividir a carga de ruptura pela área do corpo de prova, determina-se a área do corpo de prova que estará sujeita a aplicação da carga.

Sabemos que o diâmetro do corpo de prova é 5 cm. Temos então:

. D2 3,1416 . (5) 2

A = --------------- = ------------------- = 19,64 cm2

4 4

Para cada corpo de prova, então, a resistência à compressão. arredondada ao inteiro mais próximo, será:

8600 kgfcp n0 1 - ------------------ = 437,9 Kgf/cm2 e indicaremos 438 kgf/cm2

19,64 cm2

8500 kgf cp n0 2 - ------------------- = 432,8 kgf/cm2 e indicaremos 433 kgf/cm2

19,64 cm2

8550 kgf

cp n0 3 - ------------------- = 435,3 kgf/cm2 e indicaremos 435 kgf/cm2 19,64 cm2

8400 kgfcp n0s 4 e 5- -------------------- = 427,7 kgf/cm2 e indicaremos 426 kgf/cm2 19,64 cm2

8375 kgfcp n0 6- ------------------- = 426,4 kgf/cm2 e indicaremos 426 kgf/cm2

19,64 cm2

A resistência média será a média das resistências, assim obtida:

438 + 433 + 435 + 428 + 428 + 426Res. Média = ----------------------------------------------- = 431,3 kgf/cm2, que arredondada dará

6 431 kgf/cm2.

Para calcular o desvio relativo máximo da série de 6 resultados obtjidos, que servirá de controle, divide-se o valor absoluto da diferença entre a resistência média e resistência individual que mais se afaste da média, para mais ou para menos, pela resistência média e multiplica-se o quociente por 100, arredondando a porcentagem obtida ao décimo mais próximo, como a seguir:

Resistencia individual que mais seafasta damédia = 438

Resistência média em kgf/cm2 = 431

Diferença em kgf/cm2 = 7

7Desvio relativo rnáximo = --------- x 100 = 1,6%

432

Estando o desvio dentro do estabelecido, assume-se que o teste está dentro dos critérios de aceitação.

16. Produção de RX

16.1. Introdução

De acordo com o modelo atômico de Rutherfor e Bohr, o átomo é composto por elétrons que giram ao redor de um núcleo que possui cargas positivas. Devido à carga negativa dos elétrons, os mesmos são atraídos pelo núcleo, mantendo-se a certa distância do mesmo e em movimento contínuo ao redor deste.

Exemplo de distribuição eletrônica.

13 prótonsAI = 13 nêutrons 13 elétrons

Quando o átomo é bombardeado por raios-X, alguns de seus elétrons são excitados para níveis superiores de energia. Estes elétrons, ao retornarem à seus níveis originais, liberam raio-X secundário, que é característico de cada elemento e que permite identificá-lo. A energia liberada neste raio-X é proporcional

L M

.. ..

.

..

..

...

++

+ ++

+ ++

++

+ ++ K = níveis de energia

à quantidade de átomos presentes em uma amostra, o que permite determinar a concentração deste elemento químico.

16.2. Exemplos do nosso dia a dia:

26 prótonsFe: Ferro = 26 nêtrons

26 elétron

RX - do Tubo = Comprimento da onda de RX do Cálcio

Rx. primário vem do tubo

Rx. Secundário

é específico

do elemento quím

ico

20 prótonsCa: Cálcio = 20 nêtrons

20 elétrons

14 PrótonsSi: Silício = 14 Nêutrons

14 elétrons

ESPECTRÔMETRO DE RAIOS - X

= RX do Ferro

RX do Tubo

= RX do Silício

RX do Tubo

Radiação primária ou do tubo

16.2. Espectrometria de RX

Amostra (Pastilha)

- Radiação secundária- Contém as radiações de todos os elementos químicos da amostra.

Tubo de Rx

RadiaçõesCálcioFerroSílicaAlumínioMagnésioPotássioEnxofre

Colimador Rx de apenas um elemento da amostra Ex: Cálcio

Detetor

Cristalsepara e deixapassar apenasuma radiaçãoem função doângulo. Filamento

Contagens

Janela

VÁCUO

16.2.1. Partes Fundamentais

16.2.1.1. Cristais Analisadores

O cristal analisador ou monocromatizador tem a função de um prisma num espectrômetro óptico ou de uma rede de difração. Dispersa os feixes de raios x secundários em um espectro de comprimento de onda característico. Encontra - se disposto de modo a satisfazer as condições de Bragg, quando os raios - x secundários incidem sobre o mesmo.

Os cristais são especificados por seus nomes, símbolos e pelos índices de Miller ( hkl ) ou, às vezes, pelo espaçamento 2d de seus planos de difração.

Um bom cristal analisador deve apresentar as seguintes características:

alta intensidade difratada alta resolução e alta dispersão alta resolução pico - background ausência de elementos interferentes baixo coeficiente de expansão térmica alta estabilidade ao ar em exposição prolongada aos raios - x boa resistência mecânica pressão de vapor extremamente baixa ponto de fusão maior que 50º C clivagem boa e paralela aos planos cristalográficos de interesse custo aceitável e qualidade e dimensão adequadas.

Os seguintes fatores devem ser considerados na escolha dos cristais analisadores para um espectrômetro:

satisfazer as condições de Bragg do cristal analisador limite angular de 2d do espectrômetro eficiência de dispersão de reflexão do cristal estabilidade térmica e no vácuo

Os melhores cristais analisadores estão adequados para os comprimentos de onda curtos (radiações dos elementos pesados ).

Para a dispersão das radiações de comprimentos de onda longos ( elementos leves )não se dispõem de muitos tipos de cristais, embora alguns novos cristais com maior eficiência de dispersão estejam sendo desenvolvidos.

O espectrômetro de raios-x da ABCP vem acompanhado de 5 cristais analisadores, cujas características são apresentadas abaixo:

Tipos de Cristais Analisadores

Cristal Fórmula Qímica 2d (A0) Plano de reflexão

Campo de aplicação

RAPADPEDDT

GeLif

Pb HC8 H4 04NH4 H2 PO4

C6 H14 N2 06

GeLif

26.12110.6488.8086.5324.028

(100)(101)(020)(111)(200)

9F – Na12 Mg

13A1-20Ca15P-46Pd19K-92U

Segundo Jenkins, o cristal RAP é preferível ao KAP para as análises de F, Na e Mg, pois produz menos fluorescência e tem relação pico: background alta. Apresenta alta refletividade e emissão secundária de Rb KL.

O cristal de ADP tem sido preferencialmente utilizado por muitos analistas na determinação de magnésio. Pode apresentar background alto devido a emissão secundária de PK e quando utilizado na análise de Al e Si, as intensidades são bem menores que quando se utilizam os cristais de EDDT e PE. Apresenta baixa refletividade.

O cristal de EDDT é utilizado preferencialmente para análise de Al e Si, em qualquer matriz e para P, S, Cl e K com matrizes de número atômico intermediário e alto. O cristal PET apresenta melhores refletividade e eficiência, porém constitui um cristal mais sensível as variações térmicas e de umidade.

O cristal de Ge é utilizado comumente na determinação de P e S. Em determinações de elementos de números atômicos baixo a intermediário, as interferências espectrais de 2ª ordem são eliminadas quando a emissão secundária de Ge K e minimizada pelo discriminador de altura de pulsos. Apresenta alta refletividade e resolução. O cristal LiF tem ampla faixa de aplicação. É utilizado desde os elementos mais pesados até o potássio (K). Apresenta refletividade e resolução muito altas e emissão secundária de FK.

16.2.1.2. Tubos de Raios – X

O tubo de raios-x convencional anódico de crômo, com potência máxima de 2,7 KW, é o mais adequado para análise dos elementos a serem ensaiados em cimento: F(9) a Fe(26). Segundo Hutchison a voltagem ótima de trabalho com o tubo de crômio é de 44 KV, não se recomendando valores mais altos, pois o incremento de voltagem, embora aumente a intensidade de radiação a ser analisada, diminui a relação intensidade de raia: background. A seleção da intensidade da corrente do tubo não é crítica, pois o seu aumento influi de maneira linear tanto para a contagem do pico como para o background. Sua seleção depende da intensidade requerida, utilizando-se, normalmente 20mA, podendo-se aumentá-la quando da análise de elementos leves, em vista de seus baixos rendimentos de excitação. Cuidado especial deve ser tomado quanto a potência gerada ( KV X mA) . Esta deve ser compatível com a potência do gerador e do tubo de raios- x, não excedendo a 90% da potência máxima admissível do gerador.

16.2.1.3. Detectores de raios-x

Para análise dos elementos leves, normalmente utiliza-se o contador proporcional a fluxo de gas (FPC com uma mistura de argonio (90 %). Para os elementos pesados, utiliza-se o contador de cintilação (SC). Na análise do cálcio tanto o contador proporcional (para CaK) como o contador de cintilação ( para CaK) estão programados.

16.2.1.4. Seleção dos elementos

O equipamento de fluorescêncía dispõe de 20 unidades que permitem a programação automática das condições analíticas (cristal analisador, detector e ângulo de analise 2) de 20 elementos. O quadro 2 apresenta, além das raias espectrais programadas e suas respectivas condições analíticas, os comprimentos de onda, o potencial de excitação e os cantos de absorção respectivos (1,2,3).

16.2. Princípios do Método de Espectrometria de Raiox-X

A espectrometria de raios- x é um método instrumental não destrutivo de análises qualitativa e quantitativa de elementos químicos. Baseia-se na medida dos comprimentos de onda e da intensidade das radiações emitidas pela amostra depois de convenientemente excitadas por um feixe primário de raios-x, proveniente do tubo de raios-x do equipamento.

É utilizada para a determinação de elementos químicos de número atômico superior a 9 (F), com teores variando da ordem de ppm até 100%.

Segundo Buwalda, os limites de detecção para os elementos no cimento são:

Limites de Detecção no Cimento

Elemento Limite de detecção

SilícioAlumínio

FerroCálcio

MagnésioEnxofreFósforoCrômio

ManganêsMolibdênio

NíquelFluor (*)

0,04 %0,05 %10 ppm50 ppm0,2 %0,01 %0,02 %30 ppm50 ppm10 ppm10 ppm0,2 %

Para entender o princípio do método, faz-se necessário estabelecer algumas consirderações sobre a teoria atômica.Segundo o modelo atômico de BOHR, elétrons de cada átomo estão dispostos ao redor do núcleo, distribuídos em diferentes níveis energéticos denominados por K,L,M. Cada um desses níveis energéticos contém um número característico de elétrons. Ao se aplicar uma energia ou radiação, ocorre a emissão de um elétron mais interno. A saída desse elétron é compensada por outro elétron, proveniente do nível imediatamente exterior e assim por diante.

O átomo excitado volta para seu estado normal, após sucessivas emissões de fótons. O comprimento de onda dos fótons emitidos é determinado pela diferença entre os níveis energéticos. Assim, se um elétron expulsar do nível K é substituído por outro do nível L, originar-se-a uma radiação do tipo K , Se a substituição se realiza por elétron do nível M, a radiação emitida será do tipo K e assim analogamente.

Portanto, a excitação de um átomo pode ser realizada pelo bombardeio de elétrons provenientes de um campo elétrico. Na prática esse processo se realiza através de um tubo de raios-x ,porém é necessário que o elétron projetado apresente uma energia superior a do elétron de ligação. Em outras palavras significa que o elétron projetado seja produzido por uma voltagem e amperagem adequadas.

Por outro lado a excitação pode ser produzida também por absorção de um fóton de raios-x, que por sua vez deve possuir urna energia superior à de ligação do elétron, sendo que a freqüência deve ser também superior à chamada freqüência crítica de excitação. Para essa freqüência crítica, o coeficiente de absorção do elemento apresenta uma certa descontinuidade, conhecida por canto de absorção.

Convém salientar que esse processo de excitação por absorção de fóton é o único empregado na prática, pois o processo por bombardeio de elétrons, utilizados pelos primeiros investigadores, revelou- se desvantajoso, lento e problemático, por uma série de razões.

Em suma, as medidas dos comprimentos de onda e intensidade de raios -x fluorescentes emitidos pela amostra permitem, respectivamente, a realização de análise qualitativa e quantitativa. Essas medidas são feitas através de uma radiação do tubo de raios -x que incide sobre a amostra e a excita por fluorescência. Cada elemento emite radiações características em todas as direções, das quais o equipamento se utiliza somente das que atravessam um colimador e ao incidir sobre um cristal analisador se dispersam por difração, de acordo com a Lei de Bragg: n = 2d sen .

Na equação de Bragg, d representa a distância interplanar da estrutura cristalina, o comprimento de onda da radiação fluorescente, o ângulo que o feixe de radiação forma com o plano do cristal e n o número de ordem de reflexão.

Sendo a distância d fixa para o cristal, variando-se o ângulo da radiação, ter-se-ao diferentes comprimentos de onda, possibilitando a realização da análise espectrométrica de raios -x.

16.3. Metodologia de preparação das amostras

A metodologia de preparação de amostras utilizada para a análise por espectrometria de raios–x tem sido objeto de inúmeros trabalhos que visam aperfeiçoar as técnicas empregadas, de modo que os resultados sejam os mais confiáveis possíveis.

As técnicas de preparação de amostra normalmente empregadas são denominadas método do pó e método de fusão.

No primeiro método, o estudo se desenvolve através de pastilhas obtidas a partir do material in natura, previamente moído. No segundo, o estudo é feito utilizando-se pérolas obtidas a partir da fusão do material in natura, por meio de fundentes.

16.3.1. Método do pó

A técnica de análise do material in natura constitui a base do desenvolvimento de toda a metodologia atualmente. Os estudos espectrométricos eram feitos, no início do desenvolvimento da técnica, a partir do material não compactado. Posteriormente, desenvolveu-se a moagem com compactação e por último, a fusão, com a confecção de pérolas.

No estudo da espectrometria pelo método de pó, alguns fatores podem afetar a qualidade e confiabilidade dos resultados e por esse motivo são discutidos sucintamente a seguir. Os principais fatores a serem destacados são os chamados efeitos matriz que podem ser subdivididos em:

a) dimensão das partículas

b) efeitos de mineralogia

c) efeitos interelementares

16.3.1.1 Dimensão das partículas

No gráfíco a seguir, observa-se a variação da intensidade de radiação Al, K em função da dimensão das partículas. Quanto maior for a partícula, menor será a penetração da radiação primária, tendo como consequência uma menor radiação de raios-X secundários.

Variação da intensidade de AlK em função da dimensão das partículas

min3

2

1

Faixa de transição

máx

0 0,1 1 10 20

Diâmetro (ø) dos grãos em

IAIK2

Esse efeito pode ser atenuado pela redução da dimensão das partículas em toda a amostra para um valor menor que a profundidade efetiva de penetração da radiação. Segundo Jenkins, a profundidade efetiva de penetraçao para elementos de número atômico baixo, tais como magnésio silício e alumínio, em materiais como por exemplo, escória, é de 5-50. e esse intervalo é difícil de ser obtido.

Wheeler verificou o efeito da granulometria em cimento Portland, observando que as intensidades de fluorescência variam, ora aumentando ora decrescendo, segundo o elemento. No gráfico abaixo, observa-se que para os elementos Fe, S e K a redução da dimensão das partículas acarreta o decréscimo da intensidade de fluorescência, ao passo que para os elementos Ca e Si, fenômeno contrário ocorre, com aumento da intensidade de fluorescência.

Influência do tempo de moagem sobre a intensidade de raios – x

0 0,1 1 10

Ca

Si

Fe

S

K

1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (min.)

Cimento portland

De modo geral é recomendável obter a maior finura possível, com uma granulometria menor que 50, porém o valor ideal seria, menor que 10. A influência da granulometria é maior nos elementos leves .

Segundo Beitz et all a moagem ultrafina permite obter resultados comparáveis ao próprio método de fusão.

16.3.1.2. Efeitos de minerologia

A intensidade da radiação fluorescente para um mesmo elemento, depende de sua forma mineralógica de ocorrência.

Assim um mesmo elemento, sob a forma de silicato e sob a forma de óxido, será diferentemente excitado, ou seja, as intensidades das radiações emitidas variarão mesmo que seus teores sejam iguais, uma vez que suas características cristalinas são diferentes.

A técnica de moagem ultrafina não elimina totalmente esse efeito, sendo necessário, em muitos casos, a utilização de curvas específicas para determinadas amostras de procedências diversas ou diferentes programas de correção, o que não torna interessante a análise.

16.3.1.3. Efeitos ínterelementares

Constituem efeitos que podem ser extremamente importantes no estudo espectrométrico.

Por efeito de absorção, compreende-se o efeito que ocorre quando uma radiração característica, produzida a partir de um elemento numa matriz, apresenta o número de fótons característicos emitidos significativamente menor que o número originalmente produzido. Isto se deve principalmente a que os átomos excitados que se encontram no fundo das amostras emitem a radiação característica e esta por sua vez, tem que atravessar todo o volume da matriz para deixar a amostra. Durante o trajeto, a radiação pode ser absorvida por alguns dos elementos que compõem a matriz. Os efeitos maiores de absorção são evidenciados por elementos próximos na tabela periódica, ou seja, as radiações com maiores probabilidades de serem absorvidas por um determinado elemento, são aquelas cujo comprimento de onda é um pouco menor que o canto de absorção do elemento.

Exemplificando, tem-se a radiação CaK com comprimento de onda 3.359 Å e canto de absorção do potássio, com 3,437 Å.

O efeito de exaltação caracteriza-se pela contagem falsa maior, ou seja, a intensidade medida da raia analítica é maior que a intensidade real. Como exemplo tem-se o caso de Mg em presença de Si.

A intensidade da raia analítica do Mg é maior que a realmente esperada, pois o Mg é duplarnente excitado, pela radiação primária e pelas radiações características do Si. As dispersões devidas ao fenômeno de exaltação são menores que as de absorção, atingindo no máxímo 15%, nos casos mais críticos.

16.3.2. Método da fusão

Com o decorrer do tempo, paralelamente ao aperfeiçoamento instrumental, houve a necessidade de que novas técnicas de preparação de amostra fossem desenvolvidas, visto que determinados materiais apresentam problemas mais críticos de análise, tais como efeitos interelementares, efeitos mineraológicos, etc. Esses efeitos refletiam na qualidade dos resultados obtidos, porém considerando que a espectrometria de raios - x tem por vantagem a rapidez e possibilidade de medir os elementos maiores, menores e traços, no desenvolvimento de novas metodologias essas características deveriam se conservar.

O método da fusão tem por objetivo minimizar ou eliminar os efeitos mineralógicos, os efeitos interelementares e os efeitos granulométricos.

Consiste no aquecimento a alta temperatura de uma mistura composta pela amostra problema e um fundente, em proporções convenientes, de modo que, após a fusão, o material resfriado apresente as mesmas características estruturais em seu todo, ou seja, constitua-se numa matriz vítrea.

Os fundentes comumente utilizados são o bórax, o carbonato de lítio e principalmente o tetraborato de lítio. A adição de fluoretos também é usualmente empregada, tendo em vista possibilitar urna menor temperatura de fusão, menor viscosidade, e portanto, melhor homogeneização do material fundido e maior estabilidade térmica das pérolas obtidas. Normalmente, o fundente é composto por uma mistura de 95% de tetraborato de lítio e 5% de fluoreto de lítio.

A proporção amostra:fundente varia segundo diversos autores, a mais comumente mencionada seja de 1:4. As temperaturas de fusão normalmente utilizadas variam de 1.000 a 1.300ºC, sendo a temperatura de 1.100 ºC, a mais usual.

Como esquema de trabalho, pode-se adotar a seguinte metodologia para obter pérolas sem necessidade de posterior moagem:

pesar 1 g de amostra ( ± 0,2 mg ) com PF =0 pesar 4 g de fundente ( 1 mg ) com PF =0 homogenização durante 5 minutos fusão em cadinho Pt - Au (5%) durante 15 minutos a 1100º C agitando-se o material 3 vezes durante esse tempo. verter o material sobre uma lingoteira de Pt - Au aquecida previamente resfriamento, colocando-se simplesmente a lingoteira sobre uma placa metálica.

Além do anteriormente exposto, devem-se acrescentar algumas justificativas e sugestões aos ítens mencionados:

O fundente mais utilizado é o tetraborato de lítio, devido ao baixíssimo coeficiente de absorção, pois é constituído por elementos de números atômicos baixos. O bórax apresenta o incoveniente de tornar as pastilhas mais frágeis mecanicamente.

A proporção amostra:fundente pode variar desde 1:1 até 1:5. As proporções 1:4 são as mais utilizadas por possibilitarem maior diluição e, conseqüentemente, atenuarem o efeito interelementar.

A adição de fluoreto de lítio possibilita um abaixamento da temperatura de fusão, menor viscosidade e, conseqüentemente, melhor homogenização.

O cadinho de Pt- Au é preferível ao de Pt pois reduz a possibilidade de aderência do material fundido as sua paredes. A lingoteira deve ter um diâmetro inferior conveniente, de modo que, ao se retirar o material resfriado, esteja apto a ser utilizado no porta amostra. Alguns autores mencionam a utilização de cadinho e lingoteira de grafite, mas estes possuem aparentemente menor vida útil quando comparado com os de Pt - Au.

16.4. Comparação entre os métodos do pó e fusão

Embora a experiência atual da ABCP se retrinja somente a moagem e compactação, faz-se uma breve discusão sobre os dois métodos espectrométricos, evidenciando suas vantagens e desvantagens.

16.4.1. Método do pó

As principais características desse método são as seguintes:

Vantagens

grande rapidez;

simplicidade;

baixo custo por análise;

possibilidade de análise de elementos secundários ou traços;Desvatagens

A principal desvantagem é a maior imprecisão devida aos efeitos de matriz. Esse fato se torna mais acentuado para determinadas amostras tais como farinhas e matérias primas para cimento, que apresentam diversificação mineralógica e/ou variações granulométricas mais significativas, conforme sua procedência.

16.4.2. Método da fusão

Vantagens

maior precisão de análise

possibilidade de utílização de uma única curva padrão padrão para diferentes tipos de materiais eliminação ou atenuação dos efeitos de matriz.

Desvantagem

tempo de preparação da amostra mais longo. tempo de análise mais longo, para compensar os efeitos de diluição da amostra com o fundente. insolubilidade completa ou parcial de certos corpos nos boratos:metais, óxidos ferrosos e alguns

minerais. maior custo por análise. interferência humana nos processos de passagem. impossibilidade de análise de elementos traços ou de freqüência baixa (K, Na e eventualmente Mg),

devida à diluição de amostra com o fundente. volatização possíveis durante a fusão de álcalis, sulfatos, sulfetos e haletos. Devitrificações. eventuais segregações, devidas às migrações iônicas que podem ocorrer quando do resfriamento

das pastilhas. efeito granulométrico quando a pastilhagem é feita através da moagem de pérolas.

A simples constatação das vantagens e desvantagens oferecidas pela fusão tornam o método pouco atrativo. Isto no entanto não ocorre , pois alguns fatores devem ser ponderados na avaliação das potencialidades dos métodos.

Uma das principais restrições que se faz ao método da fusão é o tempo despendido na preparação da pérola. A preparação das pérolas podem ser aceleradas com a automatização de certos dispositivos de-senvolvidos para esse fim (embora com encarecimento no custo de preparação de amostra). Outra possibilidade, já bastante difundida na França, e, também bastante atraente, é a possibilidade de estabelecer uma única curva padrão, a partir de compostos químicos puros misturados convenientemente de modo a cobrir uma ampla faixa de análise química e através da qual, pode-se analisar determinado elemento, independente de seu teor ou de sua forma mineralógica de ocorrência (calcários, argílas, farinhas, clínqueres ,etc.)Neste aspecto, cabe salientar que, embora não mencionada como problema, a análise de distintos materiais pelo método do pó requer urna curva de calibração distinta para cada material, mesmo que os teores de determinados elementos sejam próximos.

Deve-se considerar como fato favorável ao método da fusão, que o custo mais alto por análise é relativo, pois a platina adquirida é reaproveitavel e sua crescente valorização impede a depreciação do custo do material .

A justificativa principal para a escolha do método da fusão reside na maior precisão e na dificuldade e, às vezes, impossibilidade de se analisar materiais mineralogicamente mais complexos; tais como calcários e farinhas de origens variadas, utilizando-se o método do pó.

Deve-se ter em mente, no entanto, que o método do pó é indispensável na análise de certos elementos secundários e traços, e bastante aplicado na análise rotineira dos outros elementos maiores.

Concluindo, deve-se observar que, independente do método utilizado, certas correções matemáticas são úteis e, às vezes, necessárias, para melhorar a qualidade dos resultados analíticos. Essas correções são executadas considerando-se os efeitos interelementares, levando-se em consideração o coeficiente de absorção da matriz e a concentração dos vários elementos.

16.5. Exemplo de marcha analítica

16.5.1. Preparação de Amostras

A ABCP , através do Departamento de Físico-Química, utilizou até o momento o método do pó no estudo espectrométrico. Este fato se justifica pelas características dos materiais ensaiados (essencialmente cimento, cuja minerologia não é complexa ), pela maior potencialidade de uso do método e, principalmente, porque constitui a base para o desenvolvimento da técnica de fluorescência.

As análises foram desenvolvidas essencialmente com cimento comum, cimentos do alto forno e os cimentos comuns apresentam composições mineralógicas bastante similares e composições químicas relativamente próximas, de modo que dispensam grandes atenções aos efeitos mineralógicos ou interelementares e, portanto, favorecem o emprego do método do pó. Desenvolveu-se metodologia de análise à base tão somente de moagem ultrafina, de modo a compensar, parcialmente os efeitos de granulometria e eventuais efeitos mineralógicos.

A moagem foi feita num moinho de discos marca HERZOG, que constitui o melhor tipo de moinho para a finalidade a que se destina. Optou-se pelo tempo de moagem de 4 minutos por constituir o tempo mais empregado segundo os trabalhos bibliográficos consultados. Da mesma forma, visando incrementar a finura, utilizou-se a adição de trietanolamina na proporção de 2 gotas para aproximadamente 15 à 20 g de amostra. A trietanolamina volatiza-se facilmente no moinho evitando a aderência da amostra nas paredes do mesmo e, portanto, aumentando a eficiência de moagem, além de facilitar a limpeza do corpo moedor e, conseqüentemente, possibilitar uma ligeira redução no tempo de confecção das pastilhas.

A moagem fina com adição de acetona é utilizada nas análises espectrométricas pelo grupo espanhol ASLAND. Esse método possui a vantagem de permitir uma melhor homogeização, porém apresenta o inconveniente de aumentar o tempo de preparação das pastilhas. Quanto a finura final obtida por esse método, acredita-se que seja menor que a obtida com a trietanolamina, embora não tenham sido comparados os dois métodos.

No quadro seguinte, encontram-se os resultados das determinações de finura Blaine realizadas no Departamento de Cimento da ABCP, a partir de três amostras de cimento ( Cimento Portland comum, Cimento Portland do alto forno e Cimento Portland Pozolâmíco ) moídas com e sem adição de trietanolamina, em diferentes intervalos de tempo.

TIPO DECIMENTO

TEMPO DEMOAGEM (min)

FINURA DE BLAINE (em cm2/g)

Moagem comTRIETANOLAMINA

Moagem semTRIETANOLAMINA

ComumComumComumComumComumComumComum

Alto FornoAlto fornoAlto fornoAlto fornoAlto fornoAlto fornoAlto forno

PozolâmicoPozolâmicoPozolâmicoPozolâmicoPozolãmicoPozolâmicoPozolâmico

O12345601234560123456

3.3007.0409.2709.3109.5509.6509.9403.9806.0707.3408.0208.7508.6408.8804.0306.7908.3109.5609.920

10.22010.390

3.3005.590

-6.260

---

3.9805.680

-6.610

---

4.0306.270

-6.900

---

A fase seguinte constitui na prensagem das pastilhas. Utilizando-se uma prensa Herzog, os materiais foram compactados durante 20 s sob uma pressão de 25 t . Utilizou-se um material de base constituído ácido bórico, de modo a permitir aglutinação da pastilha. Deve-se tomar cuidado apenas com a espessura da camada do material a ser analisado.

Essa espessura deve ser da ordem de 2 a 3 mm, de modo a impedir que a radiação atinja a camada aglomerante. A utilização de cadinhos de alumínio de modo a possibilitar a conservação da pastilha por um tempo mais prolongado também foi aplicada, revelando-se apropriada.

16.5.2. As Condições Operatórias

A seguir, estabeleceram-se as condições operatórias utilizadas para análise dos vários elementos.

As condições de Kilovoltagem e miliamperagem foram baseadas naquelas propostas pela Rigaku, fabricante do equipamento, para análise de cimento, e nas variações experimentais de contagem. Foram elaboradas compilações bibliográficas das condições que diferentes autores e verificou-se que havia uma grande discrepância entre eles.

Esse fato motivou a opção pelas condições propostas pelo fabricante. Deve-se considerar, ainda, que a potência utilizada corresponde a menos de 60 % da potência máxima do tubo de raios-x, o que possibilita aumentar sua vida útil.

No quadro a seguir encontram-se as condições utilizadas:

Condições Utilizadas Para Análise Raio-X

Elemento Voltagem

(em Kv)

Amperagem

(em mA)

Tempo de contagem

CristalAnalisador

contador Reação

CálcioSilício

AlumínioFerro

MagnésioPotássioEnxofre

40404040404040

40404040404040

20 s40 s40 s40 s80 s40 s40 s

LiFEDDTEDDTLiFADPEDDT

Ge

S.CFPCFPCS.CFPCFPCFPC

KKKKKKK

Os tempos de contagem foram selecionados em parte experimentalmente, de modo que os erros de contagem fossem atenuados ao máximo possível e de modo que houvesse, ainda, uma otimização no tempo de análise.

As radiações normalmente selecionadas foram do tipo K por constituírem as mais intensas, fornecendo o maior número de contagens e, também pelo fato de os elementos mais comuns em cimento serem leves e que por sí só já apresentam baixo rendimento de excitação. A única exceção refere-se ao emprego da radiação K para análise do cálcio. A radiação CaK, apresenta um número de contagens mais alto, mas seu comprimento de onda é muito próximo ao canto de absorção do potássio e, portanto, sua radiação é parcialmente absorvida pelo potássio.

Com a utilização da radiação CaK , esse problema é atenuado, devido ao maior afastamento entre o comprimento de cada radiação e o canto de absorção de potássio. Considerando-se que em amostras de cimento o teor de cálcio é alto e como o próprio rendimento de excitação desse elemento é maior, o número de contagens que se obtém com a radiação CaK é suficientemente alto para não ser afetado significativamente por erros de estatística de contagem.

Para cada amostra, procede-se três contagens por elementos e se utiliza a média dos resultados obtidos. Esse procedimento atenua os efeitos de variação de contagem, mas apresenta o inconveniente de aumentar o tempo de análise, o que muitas vezes não é desejável ou possível. Nessa caso, somente um número de contagens mais alto pode atenuar esse problema.

16.5.3. Critérios Estabelecidos da Curva Padrão

Numa etapa inicial, selecionaram-se seis amostras aleatoriamente a fim de que se procedesse ao treinamento do pessoal com o equipamento.

De posse das amostras e com as análises químicas realizadas no Departamento de Química da ABCP, estabeleceu-se a primeira curva padrão tendo-se procedido à escolha da amostra de referência, aleatoriamente. A partir dessa curva padrão, foram analisadas várias outras amostras e seus resultados foram comparados aos da análise química.

Os desvios instrumentais podem ser estabelecidos analisando-se uma mesma pastilha várias vezes e verificando as variações ocorridas. Neste cálculo, incluem-se inevitavelmente os erros devidos à estatística de contagem.

Tendo-se selecionado as condições operatórias e estabelecido uma curva padrão com controle de desvios fundamentais, procedeu-se a análise de 80 amostras de Cimento Portland comum. A partir desses resultados, selecionaram-se para obtenção de nova curva padrão, as seis amostras que possuiam as melhores correlações com as análises químicas e que, paralelamente, apresentam os teores mais variáveis possíveis, de modo que o intervalo entre os teores mínimos e máximos para cada elemento, fosse o mais amplo possível. Embora, os padrões da ABCP utilizados tenham sido em número de 6, cabe salientar que tal número pode variar de 3 a 20, aumentando-se a representatividade estatística, quanto maior o número de amostras.

Deve-se discutir alguns aspectos interessantes no tocante à seleçao das amostras ou que compõem a curva padrão. As providências e variações químicas de amostras que chegam à ABCP são amplas. Assim, são freqüentes amostras de cimentos portland comuns contendo teores de CaO total variando de 50 a 65 % ou amostras, onde os teores de MgO variam de 0,5% a 7 %, devendo-se esse fato as variações de matéria prima, de dosagem, etc. Quando se trabalha com amostras de urna só fábrica, estas apresentam um padrão mais restrito de variação de composição, ocorrendo esporadicamente variações mais significativas. Essa menor variação facilita sobremaneira o estabelecimento das várias curvas padrões, particularmente quando se utiliza o método do pó.

Deste modo, pode-se reduzir o número de amostras experimentais necessárias para o estabelecimento da curva padrão e que servirão para verificação da qualidade da análise. Como compensação, pode-se aumentar eventualmente o número de amostras padrões para traçar a curva, o que aumenta a confiabilidade da curva.

Um outro cuidado que se deve tomar com relação à elaboração da curva padrão, refere-se a escolha da amostra padrão e referência, cujos teores devem ser, na medida do possível, intermediários entre extremos da curva. Exemplificando, se o teor em CaO na curva variar de 61 a 65%, a amostra de referência deve ter um teor aproximado de 63%.

16.5.4. Estudo Estatístico dos Resultados

Neste item são tecidas considerações sobre a reprodutividade do método espectrométrico de raios-x e apresentados resultados de análises espectrométricas de cimentos portland comuns analisados pelo método químico de complexometria da ABCP.

16.6.4.1. A Reprodutibilidade do método

Entende-se por precisão a concordância entre um conjunto de resultados obtidos sob condições definidas.

A precisão da análise espectrométrica depende apenas dos erros inerentes ao equipamento de espectrometria de raios-x, sendo, portanto, parâmetro que mede a reprodutibilidade do método.

Para a avaliação da precisão dos resultados de uma análise espectrométrica, uma amostra de cimento portland comum, escolhida aleatoriamente foi analisada 10 vezes.

A precisão correspondente ao desvio de 10 análises foi calculado segundo a relação:

m

Ei (xi – x)2

S = -----------M –1 onde:

xi = resultado da an4lise i média das an~1ioes

x = média das análisesN = número das análisesS = desvio padrão das análises

Precisão dos resultados de fluorescência de raios-x

COMPONENTES S (%) N

SiO2

AI2O3

Fe2O3

CaOMgOSO3

K2O

0.040.020.010.090.020.010.01

10101010101010

Comparando esses resultados com os do quadro nº10, que engloba resultados de precisão dos diferentes métodos químicos obtidos por diferente autores, pode-se verificar que os resultados de espectrometria de raios-x situam-se dentro da precisão dos métodos químicos.

Estatisticamente, 95% dos pares de amostras retiradas aleatoriamente de uma população normal apresentam urna diferença entre si menor que t, onde t é o valor do parâmetro proposto por Student para um número relevante de graus de liberdade e S desvio padrão para um número infinito de amostras.

O quadro a seguir apresenta as variações máximas que podem ocorrer entre 2 resultados individuais e aleatórios de urna análise de espectrometria de raios-x, com uma probabilidade de 95%. São apresentados os resultados obtidos pelo ABCP e por outros autores.

Variação dos resultados a um nível de confiança de 95% ( t√2 . S )

COMPONENTE

ASTM-C114-69

NETORIDIS FIFIELDE OUTROS

E ORRESTERE OUTROS

ABCP(RAIOS-X)

SiO2

A12O3

Fe2O3

CaOMgOSO3

Na2OK2O

Mn2O3

0.160.200.100.200.160.100.030.030.03

0.170.080.070.150.090.090.030.040.01

0.250.030.060.36nd

0.08ndndnd

0.180.380.030.30nd

0.03ndndnd

0.130.060.030.290.060.03ndndnd

A composição entre os diversos resultados dos vários autores mostra que os resultados de espectrometria de raios-x da ABCP situam-se dentro dos limites de precisão obtidos por outros autores.

17. CONTROLE E OTIMIZAÇÃO DA DOSAGEM DE FARINHA

Um dos aspectos fundamentais para uma operação eficiente do processo de fabricação do cimento é o controle da composição química da farinha. A operação uniforme do forno e a qualidade do clinquer dependem diretamente de uma composição química adequada e da sua homogeneidade. Como efeitos mais importantes podemos citar:

Produtividade e consumo térmico do forno; Uniformidade de marcha; Consumo de refratário; Qualidade potencial do clinquer; Moabilidade do clinquer; Consumo especifico de energia para o cimento kWh/t/ MPa;

Entre os fatores que determinam a composição adequada e a uniformidade de uma farinha podemos citar:

Fatores de Processo

As modernas técnicas do processo de fabricação do cimento demonstram uma nítida preocupação em assegurar a composição química e sua homogeinidade, desde a estratégia de lavra da mina até a moagem da farinha. Estas técnicas têm também fortes razões econômicas decorrentes da utilização racional dos recursos minerais. Ao contrário de processos, onde a opção por uma melhor qualidade poderá gerar custos adicionais, na produção da farinha, uma qualidade otimizada poderá, em muitos casos, representar uma otimização de custo também.

No que diz respeito ao processo de fabricação, a qualidade da farinha começa a ser desenhada na mina. As diversas opções de instalações de Pré-homogenização hoje disponíveis têm em comum um fator muito importante. O seu funcionamento adequado, em termos de fator de homogeinização, depende da estratégia do seu enchimento. O efeito de homogenização de uma pilha é normalmente expresso em termos do número de camadas N.

A eficiência de homogenização depende no entanto de uma série maior de variáveis:

Variação da qualidade de entrada; Variação da qualidade da saída; Capacidade da pilha em ton; Nº de camadas N; Quantidade de material por camada; Quantidade crítica de armazenagem; Sequência de entrada do material.

Estas considerações partem de teorias estatísticas que consideram N como sendo o número de camadas estatisticamente independentes em termos de composição química do material empilhado, o que na prática quase nada tem a haver com o simples vai e vem da máquina empilhadeira de uma Pré-homo.

Além disto, para um bom acompanhamento da estratégia de empilhamento e uma adequada orientação à Mina, é necessário um sistema de amostragem que permita identificar as características do material que entra na pilha. Na prática recomenda-se retirar do fluxo principal um percentual de 0.2 a 2% (para calcário britado 5% < 25mm) para que a amostra seja representativa. Esta amostragem deve ser contínua e requer instalações apropriadas uma vez que uma redução gradativa da quantidade de amostra deve ser acompanhada por uma redução paralela do tamanho das partículas que a compõem, sem o que a representatividade final ficará comprometida.

Finalmente para suprir ao forno uma alimentação de composição química e granulométrica constante, dispõe o processo da etapa de homogenização da farinha que se realiza em silos, sendo adotados diversos sistemas. O efeito de homogenização H é calculado relacionando-se o desvio padrão de determinado parâmetro químico (CaCO3, FSC etc) na alimentação do silo (Sa) e o desvio padrão no mesmo parâmetro na descarga do silo (Sd).

Estes desvios padrões se referem especificamente à variação do material, devendo por isto ser descontada a variabilidade da análise.

Da mesma forma que ocorre na Pré-homo, o funcionamento adequado da homogeinização de farinha depende de diversos fatores bastante similares, podendo ser mencionados:

Variação da qualidade de entrada; Capacidade do silo em relação a produção do moinho;

Relação H/D do silo; Estratégia de enchimento (Nº de camadas);

Fatores de Controle

O controle químico feito pelo laboratório sobre a produção de farinha pode ser classificado em duas categorias básicas. Na primeira, realiza-se apenas uma verificação e acompanhamento da composição química. Numa segunda, mais completa, resultam ações de controle, bem definidas através de algorítmos de otimização. Nestes algorítmos leva-se em consideração diversos aspectos do processo, como por exemplo:

Tempo de residência no moinho; Relação sinal/resposta do sistema; Limites das balanças; Limites possíveis de correção; Variações naturais das matérias primas; Tempo de transporte e preparo da amostra; Monitoração e correção dos desvios acumulados dos parâmetros químicos em relação aos valores desejados.

Sistemas de Controle

Os sistemas para o controle químico da farinha são constituídos basicamente das seguintes etapas:

Amostragem da farinha; Transporte da amostra; Preparo da amostra; Análise - R-X; Ação de Controle;

Na situação normal da maioria das fábricas, onde predomina a operação manual do controle, o transporte e o preparo da amostra representam as etapas que mais consomem tempo e mão de obra. A amostragem de farinha é realizada por amostradores contínuos; a análise de Raio-X já se realiza num nível de automatização elevado, ficando por conta de um operador apenas a introdução e retirada da amostra. As tarefas de calibração do equipamento, diagnósticos de defeitos, cálculos das concentrações segundo diversos modelos de complexidade, o arquivamento de resultados e o tratamento estatístico de todas as informações obtidas e arquivadas no sistema, são realizados via Software integrado ao sistema do Raio-X. A ação de controle se limita a uma decisão pessoal do operador que em função dos desvios observados decide por uma mudança nos ajustes das balanças baseado quase sempre na sua experiência e sentimento pessoal.

FLS e Polysius oferecem pacotes de automatização do sistema de controle químico da farinha. Conforme o interesse e a necessidade do cliente diversos níveis de automatização podem ser escolhidos, conforme as diferentes etapas acima citadas. Por não serem de sua linha de fabricação, os equipamentos de Raio-X que integram estes pacotes são os mesmos que se encontram hoje nas fábricas. O hardware e software destes pacotes são no entanto especificamente preparados pelos seus fornecedores para executar as tarefas inerentes à filosofa de funcionamento por eles prevista. Nestas tarefas se incluem o gerenciamento total do Raio-X (calibração, análise, estatística, etc.) a execução e supervisão da ação de controle segundo técnicas relativamente complexas de automatização. A integração destes pacotes em fábricas novas, que já dispõem de um elevado nível de automatização, inclusive sistema de supervisão de processo, parece ser mais fácil do que sua instalação em fábricas mais antigas, cujo grau de automatização ainda é limitado. Em ambos os casos porém, acreditamos que deva ser sempre feita uma análise de custo X benefício, além de estabelecer uma ordem de prioridades para a automatização das diferentes tarefas.

Dentro desta proposta pode-se fazer as seguintes considerações:

a.) Amostragem, Transporte e Preparo da Amostra

Entre as opções existentes temos a possibilidade de uma automatização integrada das três etapas ou somente das etapas de amostragem e transporte. Os benefícios diretos seriam a redução de mão de obra e a diminuição do tempo morto entre a amostragem e a ação de controle. Realizadas manualmente, estas tarefas ocupam na maioria dos casos de 20 a 30 minutos. Considerando que uma amostra é coletada de hora em hora, temos pelo procedimento manual, 30 minutos de atraso na ação de controle sobre a produção de cada hora, o que representa perda de controle sobre 50% da produção. Uma automatização somente do transporte, reduz esta etapa para dois minutos, que acrescidos ao tempo de preparo, reduzirão o tempo total acima para 10 minutos. Uma automatização integral de transporte e preparo reduziria mais 2 minutos neste tempo, aumentando porém a complexidade de funcionamento da instalação e com ela a manutenção de mecanismos "mecatrônicos". A redução de mão de obra adicional, por conta da automatização do preparo, é também discutível pois neste caso, a utilização poderá ser marginal a outras tarefas de preparo.

b.) Análise

Uma automatização maior do Raio-X em relação à existente faria sentido somente numa automatização integrada com as etapas de transporte e preparo, uma vez que os atuais sistemas já realizam todas as demais tarefas. Seu beneficio adicional é difícil de ser identificado. Neste nível se poderá eventualmente eliminar um operador que não requer muita instrução, passando no entanto a depender de pessoal especializado na manutenção destes sistemas.

c.) Ação de Controle

Inicialmente é necessário dizer que sob este nome está compreendido um conjunto de tarefas que podem ser realizadas por um microcomputador e um software adequado. Este sistema pode trabalhar on líne ou off line com a moagem de cru e Raio-X. No sistema on line as leituras das balanças de alimentação do moinho são feitas automaticamente quando a coleta de amostra é ativada. O sistema realiza a associação das quantidades de matérias primas com os resultados da análise da amostra coletada, em tempo real, calcula as correções necessárias e ajusta as balanças dosadoras para novos valores. No sistema off line as leituras das balanças e , após a análise e cálculo das correções, o ajuste das mesmas são feitos pelo operador. Neste caso o processamento também não é feito em tempo real, dependendo a conjugação do momento de amostragem com a leitura das balanças, do operador. Ambos os casos têm no entanto em comum o mesmo software básico para processamento do cálculo das correções. O processo off line pode no entanto ser consideravelmente racionalizado se colocarmos ao acesso direto do operador do Raio-X, os totalizadores das balanças, os potenciômetros de ajuste das porcentagens e um sinal de aviso de ativação do amostrador. Neste caso, o sistema de controle off line perde muito pouco para a solução on line.

Entre as diferenças dos dois sistemas, deve ainda ser considerado, que do ponto de vista da qualidade da farinha, ambos obtém o mesmo resultado. O sistema on line, pelas suas características, integra controle de Raio-X e ação dê controle em um único conjunto Hardware/Software que passaria a substituir as funções do atual X4O da Philips. Por trabalhar ao mesmo tempo interfaciado com o Raio-X e as balanças dosadoras da moagem, torna-se um sistema especialista com os respectivos custos agregados. O sistema off line aproveita o conjunto Hardware/Software do Raio-X podendo rodar num 21 micro o Software responsável pelas ações de controle. Por não trabalhar interraciado este ultimo pode ser montado a partir de sistemas não especiais tornando a solução mais econômica e mais aberta ao usuário. O sistema off line exige a presença de um operador, e não poderia por isto fazer parte de uma solução de automatização total de todas as atividades de laboratório, mas esta alternativa talvez não seja adotada tão rapidamente.

Dentro da filosofia off line um sistema pode ser desenvolvido com ajuda de recursos de software comerciais como por exemplo Planilha Excel. Estas planilhas, além de possibilitarem um armazenamento adequado de informações, dispõem atualmente de recursos sofisticados de cálculos de otimização. Possuindo ainda recursos avançados de macro, e de consolidação de informações entre diversas planilhas, possibilitam com alguma ajuda de programações auxiliares a elaboração de sistemas bastante amigáveis ao usuário.

18.AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS

18.1. Princípios básicos de amostragem

As propriedades de grandes volumes de materiais não podem ser determinadas com base na totalidade de sua massa, mas devem ser estimadas com base em medições realizadas em amostras. A

confiabilidade desta estimativa depende da heterogeneidade do material e nos procedimentos de amostragem, preparação da amostra e análise. Uma alta confiabilidade está normalmente associada à várias amostragens, procedimentos de preparação da amostra apropriados e instrumentos de medição precisos, o que envolve altos custos. Assim, o objetivo de um bom procedimento de análise é extrair as informações necessárias dos parâmetros de qualidade do material ao mais baixo custo possível.

18.2. Regime de amostragem

Com a finalidade de definir um adequado regime de amostragem e os correspondentes equipamentos utilizados, algumas considerações são necessárias no que diz respeito aos objetivos de amostragem, à representatividade das amostras e às características do material a serem determinadas.

OBJETIVOS – Grandes quantidades de materiais podem ser amostradas para uma mera determinação de suas características ou com a finalidade de controlar o processo.

a-) Caracterização dos materiais

Área da mina a ser detonada;Insumos utilizados na fábrica;Alimentação do forno;Cimento expedido.

O regime de amostragem deve estar adaptado à variabilidade do material e a precisão requerida na medição.

b-) Controle de Processo

Controle do moinho de cimento e de cru;Controle de qualidade do clínquer;

O regime de amostragem, em particular a frequência de amostragem, deve estar adaptada ao objetivo de variabilidade do material e à dinâmica do processo, isto é, quão rápido as correções devem ser feitas e quão rápido elas podem ser observadas.

18.3. Representatividade das amostras

Ao se coletar uma amostra, deseja-se que a mesma seja representativa do todo que está sendo investigado. Representativo significa que o valor de uma determinada propriedade ou característica determinada na amostra diferencie apenas aleatoriamente e não sistematicamente do valor médio correspondente ao todo.

Para uma amostragem ser representativa, é um pré-requisito que todo o volume de material tenha a mesma chance de ser amostrado e que todos os tamanhos de partículas presentes estejam corretamente representados.

Amostragens representativas são frequentemente difíceis de serem realizadas, especialmente quando o material em questão está estático, ou seja, em pilhas, montes, caminhões, etc. Algumas razões são:

Grandes volumes de materiais estão inacessíveis quando os materiais estão em pilhas de estocagem;

Materiais estacionários podem ser estratificados devido à deposição sequencial de diferentes materiais;

Materiais com uma ampla faixa de tamanho de partículas tendem a segregar-se, isto é, os finos tendem a se concentrar na base da pilha. Se partículas grossas e finas possuírem composições químicas diferentes, uma heterogeneidade significativa ocorrerá, resultando em significativos erros de amostragem.

Um fenômeno similar ocorre quando dois fluxos de materiais se combinam em um transportador, por exemplo, pó de retorno do filtro adicionado a uma correia transportadora de produto acabado.

Logo, a amostragem em pilhas deve ser evitada o máximo possível, sendo substituída pela amostragem durante a carga ou descarga em sistemas de transporte. Se isso não puder ser feito, deve-se dar

preferência a uma amostragem transversa sobre um transportador, já que desta forma toda a extensão do transportador será englobada.

Pelas razões mencionadas acima, atenção especial deve ser dada a amostragem de materiais em transferência, independente se o equipamento utilizado é manual ou automático.

18.4. Orientações sobre tamanho de Amostra e frequência de amostragem

Quanto maior o número de amostras coletadas e maior a quantidade de material extraído por amostra, mais precisa será a amostragem.

Logo, o número e a quantidade mínima de amostras que são requeridas para uma se atingir uma dada precisão deve ser determinado e é dependente de:

Tamanho do grão;Heterogeneidade do material;

Para uma primeira aproximação, a seguinte regra se aplica:

O tamanho mínimo de uma amostra pode ser relacionado com o tamanho máximo dos grãos do material. A norma DIN define que o peso mínimo de uma amostra deve ser no mínimo 10 vezes o peso do maior grão. Essa correlação pode ser melhor visualizada através do seguinte gráfico:

Este gráfico se aplica principalmente para matérias primas de maior granulometria. Para materiais finos e homogêneos tais como farinha e cimento, a quantidade a ser amostrada recomendada é de 100g a 1kg. Para materiais granulados e mais homogêneos (clínquer), 1 a 3 kg de amostra são suficientes.

O número de amostras têm influência direta na precisão dos resultados da amostragem, já que a variância da média de n amostras é n vezes menor que a de uma única amostra.

A figura seguinte ilustra uma frequencia razoável de amostras, bem como frequencia sub e super dimensionada.

Amostragem Adequada

Amostragem Excessiva

Um método de se determinar o tamanho e o número ótimo de amostras a serem coletadas é baseado em um experimento no qual um suficiente número de pares simultâneos de amostras de tamanhos diferentes são coletados. Uma observação criteriosa da figura abaixo pode indicar se uma maior precisão é obtida aumentando o tamanho de amostra.

18.5. Confiabilidade da amostragem

A amostragem e os ensaios constituem-se em diversas etapas independentes. A confiabilidade do resultado final depende da confiabilidade de cada uma dessas etapas. A fim de garantir a qualidade do resultado final é importante conhecer os três diferentes tipos de erros que podem prejudicar esse

Amostragem Insuficiente

resultado. Estes são os erros sistemáticos, erros aleatórios e erros grosseiros. Eles se caracterizam da seguinte forma:

ERROS SISTEMÁTICOS:

Os erros sistemáticos causam uma tendência no valor estimado em relação ao valor verdadeiro. Eles ocorrem devido a uma amostragem incorreta (não representativa) e erros na preparação da amostra devido a mal funcionamento dos aparelhos, calibração inadequada, etc.

ERROS ALEATÓRIOS:

São devidos à inerente heterogeneidade do material amostrado e devido à imprecisão da amostragem, preparação da amostra e técnicas analíticas. O nível dos erros aleatórios pode ser expresso através de medidas estatísticas de variabilidade, por exemplo variância ou desvio padrão.

Os erros aleatórios não podem ser eliminados porém podem ser reduzidos através:

Repetição: extração de uma maior número de amostras, repetição dos ensaios, etc; Aplicação de procedimentos e equipamentos mais precisos nas análises e preparação de amostras;

ERROS GROSSEIROS:

Se devem à execução errada dos procedimentos de análise, leitura incorreta de escala, compilação dos dados, cálculos, etc. Estes erros influenciam consideravelmente as avaliações estatísticas.

18.6. Métodos de amostragem e equipamentos

Amostragem de materiais estacionários

A amostragem de materiais estáticos deve ser sempre que possível substituída por amostragem durante transferência de materiais. Infelizmente em alguns casos isso não pode ser feito. Nestes casos devem ser feitas as seguintes observações:

Amostragem em mina

A mineralogia e a composição química de rochas sedimentares geralmente variam muito mais rapidamente no sentido vertical do que no horizontal. Logo, uma amostragem orientada verticalmente é requerida.

Utilizando uma máquina perfuratriz, o solo vai sendo perfurado e então amostras são retiradas de diversas profundidades. Para uma amostragem representativa, o equipamento de perfuração deve ter acoplado um coletor de pó. Os procedimentos de amostragem frequentemente encontrados nas fábricas são muitas vezes fonte de erros sistemáticos nas amostragens devido à perda de partículas finas de material.

Amostragem de materiais em transferência

Este termo se aplica a todos os tipos de material que são transportados continuamente, a granel em uma correia transportadora ou via pneumática.

Existem 3 formas principais nos quais o material pode ser retirado do fluxo:

Amostragem transversa: Consiste na retirada de todo material que estiver fluindo durante um curto período de tempo. Este método de amostragem é, em princípio, correto já que a média do valor investigado na amostra é bastante representativo do valor verdadeiro do lote;

Em certos intervalos de tempo, todo o material em transferência é retirado do fluxo normal e levado até o coletor de amostras

Amostragem longitudinal: Consiste na retirada contínua de uma parte do material que está sendo transportado, o qual é desviado do fluxo principal. Se todos os tamanhos de partículas estiverem representados naquela parte de material amostrado, este tipo de amostragem poderá representar corretamente o lote. Contudo, na realidade, a força da gravidade causa uma segregação dos diversos tamanhos de partículas o que impossibilita a obtenção das condições relatadas aci

Continuamente são retiradas partes do material em transferência

Amostragem pontual: Consiste na retirada de uma parte do material transportado durante um certo período de tempo. Este tipo de amostragem é uma combinação dos dois anteriores. Ele não incorpora nenhuma vantagem, porém incorpora as desvantagens de ambos.

Em certos momentos, parte do material é recolhido através de uma fenda na correia transportadora

Pelo que pode ser observado, a amostragem transversa é o único tipo de amostragem que garante que todas as partículas do lote tenham a mesma chance de serem coletadas, sendo portanto o mais indicado processo de coleta.

Porém, na realidade, as partículas não se movimentam de forma homogênea e constante. Além disso, existem algumas considerações que devem ser feitas para garantir que a amostragem executada seja a mais representativa possível. Entre elas podemos citar:

As partículas não se movimentam de forma homogênea, mas em fluxos mais ou menos compactos. Isto têm influência direta na quantidade de material coletado em cada intervalo de amostragem;

As partículas se chocam com uma parede defletora móvel que pode provocar a perda de alguma partícula no momento do impacto;

A parede defletora pode sofrer deformações durante sua operação e assim provocar algum tipo de tendência de amostragem, prejudicando a mesma;

As partículas podem se quebrar durante a amostragem o que resultaria em erros no caso de uma avaliação granulométrica.

18.7. Preparação de amostras

Antes da amostra coletada ser submetida à análise, ela deve passar por uma série de tratamentos para que esteja pronta para ser examinada. A sequência usual é a seguinte:

Pesagem e registro da amostra recebida; Secagem; Quarteamento da amostra para obter uma fração menor e representativa; Britagem das partículas de maior granulometria; Novo quarteamento em frações ainda menores; Moagem; Peneiramento com uma sequência de peneiras; Moagem fina; Homogeneização da amostra; Identificação da amostra.

Estes procedimentos também são de suma importância para garantir resultados confiáveis nas avaliações físico-químicas.

cimento e suas analises

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