cimentos e adjuvantes

Augusto Gomes, A. P. Ferreira Pinto, 2015 – Apontamentos das aulas teóricas – “Cimentos”

_____________________________________________________________________________________________

Materiais de Construção II

Módulo – Cimentos – Adjuvantes

Apontamentos das Aulas Teóricas

Mestrado Integrado em Engenharia Civil

2014/2015


_____________________________________________________________________________________________


_____________________________________________________________________________________________

CIMENTOS

ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND

- Adição: material inorgânico que se adiciona ao cimento Portland com o objectivo de melhorar as suas características e justificado ainda por razões ambientais e económicas.

- Adições: - quase inertes;

- pozolânicas;

- com propriedades hidráulicas latentes.

- Tipos de Adições (NP EN197-1):

- Adições quase inertes (Tipo I);

- Adições pozolânicas ou hidráulicas latentes (Tipo II).

- Calcário (L) - Tipo I

- Cinzas Volantes (V) - Tipo II

- Escória de Alto Forno (S) - Tipo II

- Sílica de Fumo (D) - Tipo II


_____________________________________________________________________________________________

TIPOS DE CIMENTO

- Cimentos Correntes

- Cem I – Cimento Portland

- CEM II – Cimento Portland composto

- Cem III – Cimento de alto forno

- CEM IV – Cimento pozolânico

- CEM V – Cimento composto

Outros Cimentos

- Cimento Branco

- Cimento de aluminato de cálcio

- Cal Hidráulica

CINZAS VOLANTES - (FLY ASH) - Resíduo das centrais térmicas a carvão recolhido em filtros electrostáticos e de saco (ou de mangas).

- São formadas por um pó muito fino.

- Perda ao fogo inferior a 5%.

- A cinza volante pode ser de natureza:

- Siliciosa (V) – Propriedades pozolânicas;

- Calcária (W) – Propriedades Pozolânicas e Hidráulicas.

- Cinza volante siliciosa constituída por (correntemente usada em Portugal):

- sílica reactiva (SiO2) e alumina (Al2O3).

- Cinza volante calcária constituída por (em geral não utilizada em Portugal):

- óxido de cálcio (CaO), sílica reactiva (SiO2) e alumina (Al2O3);

- têm propriedades hidráulicas latentes;

- Teor mínimo de (CaO) de 10%;

- As cinzas com 15% de CaO devem ter resistência à compressão aos 28 dias de idade ≥ 10 MPa.

- Efeitos das cinzas volantes num cimento:

< calor de hidratação;

< concentração de Ca(OH)2;

< reacções expansivas;

< resistência inicial;

< tensão de rotura;

> tempo de presa;

> tempo de endurecimento;

> resistência aos agentes agressivos;

< quantidade de água de amassadura – funciona como plastificante (devido à forma esférica das suas partículas);

< concentração de Ca(OH)2 – Pode reduzir o potencial de proteção das armaduras;


_____________________________________________________________________________________________

< permeabilidade do betão – compensa parcialmente a redução do Ca(OH)2;

> resistência aos sulfatos e reações álcalis-sílica se % cinzas > 30%;

> resistência do betão à penetração de cloretos;

< reações expansivas (não é relevante);

- Produz um betão um pouco mais escuro que o de cimento Portland;

- Adequada para utilização em betão em massa.

ESCÓRIAS DE ALTO FORNO - (GROUND GRANULATED BLAST-FURNACE SLAG – SLAG - GGBS)

- Resíduo da produção do aço em alto forno;

- Material vítreo em grânulos que são secos e moídos;

- Resulta do arrefecimento rápido com água da escória fundida que deve ter 2/3 em fase vítrea;

- Composição semelhante à do clinquer:

- Deve ter 2/3 de [ óxido de cálcio (CaO) + óxido de magnésio (MgO) + sílica (SiO2) ];

- O restante contém alumina (Al2O3) e outros minerais;

- (CaO + MgO) / SiO2 ≥ 1,0.

- Tem propriedades hidráulicas – faz presa com a água.

- Tem propriedades hidráulicas latentes – faz presa com a água, embora de forma muito lenta. A velocidade aumenta em ambiente de pH > 12;

- Num ambiente alcalino (conferido pelo Ca(OH)2) a reação é mais rápida.

- A utilização de escória num betão causa:

- menor calor de hidratação;

- maior tempo de presa e de endurecimento;

- maior plasticidade do betão fresco;

- Redução da resistência final (mais significativa com teores > 30%);

- redução da permeabilidade do betão;

- maior resistência ao ataque de sulfatos e de ácidos fracos;

- maior resistência à penetração de cloretos;

- reduz o risco de ocorrência de reação álcalis-sílica.


_____________________________________________________________________________________________

FILER CALCÁRIO

- Filer Calcário ou “pó de pedra” calcária;

- Filer – material que passa no peneiro de 0,063 mm de abertura;

- O cálcário deve ter um teor de carbonato de cálcio (CaCO3) ≥ 75%;

- Teor de argila ≤ 1,2 % - A argila tem um efeito prejudicial nos materiais cimentícios devido à significativa variação de volume que regista quando varia o seu teor de água;

- Efeito de filer – preenchimento de espaços pequenos;

- Efeito mecânico de facilitar a cristalização do cimento hidratado;

- O filer tem uma acção fundamentalmente física – a acção química não é relevante;

- Um betão corrente tem necessidade de 350 kg/m3 de material < 0,0063 mm. Se tiver 250 kg/m3 de cimento resultam vazios à redução da compacidade do material. O Filer preenche os vazios - aumenta a compacidade à redução da permeabilidade e aumento da resistência;

- Efeitos do Filer no Betão

- Aumenta a trabalhabilidade;

- Redução da exsudação;

- Aumento da capacidade de retenção de água;

- Menor permeabilidade.

- Exigência Normativa: teor de CaCo3 > 75%

- A NP EN 197 – considera dois tipos de filer:

L – Teor de Carbono orgânico < 0,50 %;

LL – Teor de Carbono orgânico < 0,20 %.

XISTO COZIDO (BURNT SHALE)

- Xisto Cozido – xisto obtido por processamento térmico em forno – 800º;

- Funciona sobretudo como filer – muito fraco poder ligante;

- O xisto não cozido contém argila que causa expansão no betão.

SÍLICA DE FUMO (MICROSÍLICA)

- Resíduo de fornos eléctricos de produção de ligas de ferro-silício;

- Resulta da redução de quartzo puro com carvão;

- Constituída por partículas esféricas muito finas (≈1/10 a 1/100 da dimensão das partículas de cimento);

Dmax ≈ 0,3 µ - Dmed ≈ 0,1 µ – Dmin ≈ 0,01 µ - Superfície específica 20 000 m2 / kg

Dmed ≈ 1 / 100 do cimento

Superfície específica ≈ 10 a 20 vezes superior à dos restantes materiais pozolânicos

- Teor de sílica amorfa (SiO2) ≥ 85%;

- Adição pozolânica muito reactiva (reacção com o Ca(OH)2)

- A menor dimensão das partículas aumenta a compacidade à ì Resistência e î permeabilidade do betão


_____________________________________________________________________________________________

- A elevada eficácia da sílica resulta do preenchimento dos vazios na zona da interface pasta/agregado (reduz o efeito de parede). A adição de sílica de fumo numa pasta de cimento não causa aumento de resistência o que evidencia o facto da sílica actuar na interface pasta-agregado.

- Efeitos da sílica de fumo num betão:

- reduz a exsudação e a segregação (> coesão);

- maior necessidade de água devido à maior superfície específica. A utilização de plastificantes anula este acréscimo;

- aumenta a velocidade de hidratação;

- confere maior resistência inicial ao betão;

- reage com o hidróxido de cálcio aumentando a resistência;

- elevada redução da permeabilidade do betão ⇒ incremento da durabilidade

- produz betões de maior resistência química;

- Dosagem de 5 a 10 % do peso de cimento. A EN206-1 especifica um teor mínimo de sílica de 6% em relação à massa total de ligante;

- Quantidades superiores a 10% não se conseguem arrumar na interface pasta-agregado;

- Quantidades inferiores a 5% não são suficientes para preencher a totalidade dos vazios;

- Um excesso de sílica apenas funciona como filer;

- Não tem efeito numa pasta de cimento por não haver interface pasta-agregado;

- Adição de custo elevado (5 a 10 x o preço do cimento.) ⇒ em geral 6% do peso total do ligante de cimento

- Adição fundamental para a obtenção de betões de elevado desempenho: resistência e durabilidade

POZOLANAS

- Os materiais pozolânicos não endurecem com a água;

- No entanto, reagem com o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) formando silicatos e aluminatos de cálcio desenvolvendo resistência;

- Constituídas por sílica reactiva (SiO2) e alumina (Al2O3);

- Quanto mais amorfas (mais vítreas, menos cristalinas) maior é a sua reactividade;

- Os efeitos das pozolanas no betão são semelhantes aos da cinza volante;

- Pozolanas naturais: origem vulcânica – magmas arrefecidos rapidamente;

- Pozolanas artificiais: materiais de origem vulcânica, argilas ou xistos que são activados termicamente por tratamento térmico

- Outros materiais pozolânicos – cinza de casca de arroz e metacaulinos (obtidos por activação térmica de caulinos)


_____________________________________________________________________________________________

EFEITO DAS ADIÇÕES PARA CIMENTO

- Tipos de Adições: Cinzas volantes, escória de alto forno, sílica de fumo e filer calcário

- Aumento da compacidade pelo facto de possuírem partículas de menor dimensão do que as de cimento

- O seu efeito depende significativamente da:

- Finura – (efeito de filer)

- Reacticvidade – depende da composição química e também da finura

- As adições que são resíduos industriais fazem com que a sua utilização em betão seja sob o ponto de vista ambiental interessante porque:

- reduzem a “pegada” de CO2 do betão;

- o resíduo é consumido não ficando depositado na natureza;

- à excepção da sílica de fumo, o custo final do betão é menor uma vez que o preço das adições é inferior ao do cimento.

TIPOS DE CIMENTO


_____________________________________________________________________________________________

CLASSES DE RESISTÊNCIA DO CIMENTO

fk – Valor característico da Resistência à compressão aos 28 dias de idade;

N – Cimento de endurecimento Normal;

R – Cimento de endurecimento Rápido.

RESISTÊNCIA DO CIMENTO À COMPRESSÃO

- Avaliada aos 28 dias de idade numa argamassa normalizada

- Procedimento estabelecido na NP EN 196-1

- Argamassa com traço ponderal (em peso) da argamassa 1:3 (cimento:areia) com a/c =0,5 ⇒

450 gr cimento : 1350 gr de areia normalizada e 225 gr água

qde de água = 0.5 x peso de cimento = 225 gr

- Provetes de 40 x 40 x 160 mm3

TIPO DE CIMENTO E TEMPERATURA AMBIENTE

Temperatura Elevada - < tempo de presa;

- endurecimento mais rápido;

- > calor de hidratação ( ⇒ + fendilhação).

Temperatura Baixa - > tempo de presa;

- endurecimento mais lento;

- < calor de hidratação.

No Inverno - preferível 52,5R, 52,5 ou 42,5R

No Verão - preferível 42,5, 32,5 ou 42,5R


_____________________________________________________________________________________________

APLICAÇÕES MAIS ADEQUADAS (RECOMENDADAS) PARA CADA TIPO DE CIMENTO

CEM I 42,5 OU 42,5R E CEM II/A-L 42,5 42,5R

- Em geral CEM II/A-L 42,5R - Aplicações correntes:

- Betão armado betonado in-situ ou pré-fabricado;

- Betão Pré-esforçado.

- Aplicações que requerem cuidados e prescrições especiais:

- Obras em meios agressivos – águas sulfatadas ou industriais, mar, betão em massa;

- Descofragem rápida – CEM II/A-L 42,5.

- Características:

- Tempo de presa superior a 1h;

- Retracção inferior a 0,1%;

- fcm ≈ 55,0 MPa.

- Cuidados na cura, em especial em elementos de baixa espessura.

CEM I 52,5 OU 52,5R

- Normalmente CEM I 52,5R

- Aplicações correntes:

- Betão armado betonado in-situ ou pré-fabricado com necessidade de descofragem rápida;

- Betão Pré-esforçado com necessidade de aplicação rápida de pré-esforço;

- Betonagens a baixas temperaturas;

- Betão de elevada resistência ou desempenho;


- Obras em meios agressivos – águas sulfatadas ou industriais, mar, betão em massa;

- Betonagem com temperaturas elevadas.

- Características:

- Tempo de presa superior a 1h;

- fcm ≈ 65,0 MPa.

- Cuidados na cura, em especial em elementos de baixa espessura.

CEM II/A OU CEM II/B 32,5 OU 32,5R

- Em geral CEM II/B-L 32,5 N


- Cimento mais utilizado em obras correntes;

- Elementos de Betão Armado – Pilares, vigas e lajes;

- Fundações e outros elementos enterrados em meios não agressivos;

- Massames, alvenarias, rebocos, estabilização de solos.


_____________________________________________________________________________________________


- Obras em meios agressivos – águas sulfatadas ou industriais, mar.

- Características:

- Tempo de presa superior a 1h30m;

- fcm ≈ 45,0 MPa;

- Retracção inferior a: 32,5 – 0,08%; 32,5 – 0,10%.

CEM IV/A 32,5 (COM CINZAS VOLANTES)


- Fundações e outros elementos enterrados em meios não agressivos: águas sulfatada, águas puras, águas ácidas, águas industriais, esgotos;

- Obras marítimas; Betão em massa;

- Obras com baixo calor de hidratação;

- Estabilização de solos.


- Elementos elevados – requerem cura cuidada;

- Betonagens a temperaturas baixas.

- Características:

- fcm ≈ 45,0 MPa.


_____________________________________________________________________________________________

DOSAGEM DE CIMENTO

Valor médio da resistência de um betão: fcm = fck + 5,0 MPa.

Estimativa da resistência do betão (fc) - (Fórmula de Bolomey):

fc = 0,55 fmc (C / (A+V) – 0,5)

fmc – Resistência do cimento C – dosagem de cimento (kg/m3)

A – Dosagem de água (kg/m3) V – Volume de vazios – V = 0,1 A (l/m3)

RESISTÊNCIA AOS 2 DIAS DE IDADE

52,5R 52,5 42,5R 42,5 32,5R 32,5

INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NA RESISTÊNCIA AOS 2 DIAS

fc,2 20º = k fc,2 θ

TIPO DE CIMENTO E TEMPERATURA AMBIENTE

- Temperatura Elevada - < tempo de presa;

- endurecimento mais rápido;

- > calor de hidratação ( ⇒ + fendilhação).

- Temperatura Baixa - > tempo de presa;

- endurecimento mais lento;

- < calor de hidratação.

- No Inverno - preferível 52,5R, 52,5 ou 42,5R

- No Verão - preferível 42,5, 32,5 ou 42,5R


_____________________________________________________________________________________________

BETÃO ARQUITECTÓNICO

- Dosagem de cimento mínima de 350 kg/m3.

BETÃO “POBRE”

- Dosagem de cimento ≈ 100 a 200 kg/m3.

BETÃO DE REGULARIZAÇÃO

- Dosagem de cimento ≈ 200kg/m3.

CIMENTO BRANCO

- Semelhante ao comento Portland corrente;

- Diferenças nas matérias primas e no processo de fabrico;

- Matéria prima: - calcários brancos;

- sílica e alumina sem óxidos metálicos capazes de colorir o cimento, em particular:

o óxido de ferro, magnésio ou de crómio.

- Maior cuidado na produção ⇒ cuidado na selecção das matérias primas;

- A ausência de óxido de ferro no cru ⇒ aumento da temperatura de fusão do cru ⇒ > temperatura no forno

- São adicionados outros fundentes;

- Combustíveis: “fuel” ou gás – o carvão contamina a cor;

- As características físicas e químicas do cimento branco são semelhantes às do cimento Portland corrente;

- O cimento branco permite a produção de argamassa e de betões brancos e coloridos através da adição de pigmentos;

- Aplicações do cimento branco;

- Pré-fabricação de elementos de fachadas, peças ornamentais, ...

- Betão branco e colorido através da adição de pigmentos.

CIMENTO ALUMINOSO FUNDIDO (OU DE ALUMINATO DE CÁLCIO)

- Cimento com características diferentes do cimento Portland:

- matérias primas;

- processo de fabrico;

- elevadas resistência inicial;

- Patente de fabrico – 1908 – Jules Bied – França.

- Matéria prima: bauxite e calcário – Tfusão = 1600º.

- Composição: Cal (CaO) e alumina (Al2O3) – 75 a 80% que originam Aluminato de cálcio responsável pelo comportamento hidráulico.

- Tempo de presa semelhante ao do cimento Portland – 1h.

- Resistência à compressão mínima:

- 6 horas: 20 MPa;


_____________________________________________________________________________________________

- 24 horas: 40 MPa.

- A resistência química aos agentes agressivos do cimento de aluminato de cálcio é muito superior à do cimento Portland, em particular aos sulfatos e aos ácidos.

- Boa durabilidade face à água do mar.

- Elevadas características refractárias – suportam temperaturas até 1600ºC.

- Não se podem incorporar cloretos na água de amassadura e nos adjuvantes (prejudicam a presa e o endurecimento).

- Exige cura cuidada e intensa em 24 horas.

- Perda de resistência ao longo do tempo, em especial em ambientes quentes e húmidos.

- Pode ser aplicado a baixas temperaturas.

- Interessante em obras em que é necessário colocá-las em funcionamento num curto intervalo de tempo

- Utilizado em betões refractários.

- Principais utilizações:

- pavimentos industriais;

- fixação de canalizações;

- condutas de esgotos.

- São incluídos nos seguintes produtos:

- produtos autonivelantes de endurecimento rápido;

- argamassa de selagem (grouts);

- cimentos cola.

- Custo superior ao cimento Portland.

Augusto Gomes, A. P. Ferreira Pinto, 2009 – Apontamentos das aulas teóricas – “Adjuvantes”

_____________________________________________________________________________________________

ADJUVANTES

- Permitem alterar as características do betão:

- Facilitar a colocação em obra;

- Adaptar o betão ao tempo frio ou quente;

- Reduzir os custos de colocação em obra;

- Melhorar as características do betão endurecido.

- A palavra adjuvante significa que ajuda.

- A maioria é objecto de segredo industrial, não se conhecendo assim as suas propriedades e composição química. Em geral apenas são divulgados os efeitos sobre os betões.

- É difícil estabelecer regras gerais para a utilização de adjuvantes.

- EN 934-2 – Adjuvantes para betões, argamassas e caldas de injecção.

PLASTIFICANTES OU REDUTORES DE ÁGUA

- Com a mesma consistência permitem uma redução de água e com a mesma quantidade de água conferem maior abaixamento (no cone de Abrams).

- Redução de água ≥ 5%;

- Resistência à compressão aos 7 ou 28 dias ≥ 110%.

SUPER PLASTIFICANTES OU ALTOS REDUTORES DE ÁGUA

- Com a mesma consistência permitem uma redução de água e com a mesma quantidade de água conferem maior abaixamento (no cone de Abrams).

- Mantendo a mesma consistência:

- Redução de água ≥ 12%;

- Resistência à compressão com 1 dia ≥ 140%;

- Resistência à compressão com 28 dias ≥ 115%.

- Mantendo a mesma quantidade de água:

- Aumento de Abaixamento ≥ 30mm.


_____________________________________________________________________________________________

RETENTORES DE ÁGUA (REDUÇÃO DA EXSUDAÇÃO)

- Exsudação = quantidade de água que vem à superfície num provete com ∅ = 0.25m e h=0.28m.

- Redução da água exsudada ≤ 50%.

INTRODUTORES DE AR

- Em geral o betão tem 1 a 2% de ar.

- Um introdutor de ar retém pequenas bolhas de ar bem distribuídas que aumentam a resistência ao gelo/degelo.

- Acréscimo da quantidade de ar introduzida ≥ 2.5%;

- Distância entre bolhas de ar ≤ 0.2mm.

ACELERADOR DE PRESA

- Tempo de presa a 20ºC ≥ 30min;

- É imposto um tempo mínimo de 30 min para garantia de trabalhabilidade;

- Redução do tempo de presa a 5ºC T (c/ acelerador) ≤ 60% (T s/ acelerador).

- A maioria dos aceleradores de presa é baseada em cloretos.

- O betão produzido deve respeitar o máximo teor de cloretos permitido.


_____________________________________________________________________________________________

ACELERADOR DE ENDURECIMENTO

- Resistência à compressão às 24h a 20ºC ≥ 120%;

- Resistência à compressão às 48h a 5ºC ≥ 130%;

- Permitem uma redução dos tempos de descofragem, descimbramento, aplicação de pré-esforço, pré-fabricação.

RETARDADOR DE PRESA

- Acréscimo do tempo de início de presa a 20ºC ≥ 90min;

- Acréscimo do tempo de fim de presa a 20ºC ≤ 360min;

- É imposto um acréscimo máximo para garantir endurecimentos com velocidades mínimas.

HIDRÓFUGO

- Reduz a absorção capilar do betão endurecido.

- Absorção capilar durante 7 dias, após 7 dias ≤ 50%;

- Absorção capilar durante 28 dias, após 90 dias ≤ 60%.

EFEITOS NÃO DESEJADOS DOS ADJUVANTES

- Os adjuvantes podem ter efeitos não desejáveis como:

- Redução da resistência à compressão;

- Introdução de ar em quantidades exageradas;

- Redução da Durabilidade (Introdução de cloretos);

- Despassivação das armaduras.

DOSAGEM DE ADJUVANTES

- Dosagem referida em % da quantidade de cimento (em peso).

- Ex: betão com 350 kg/m3 cimento: 1% de adjuvante à 3.5 kg/m3 à 3.5/1.21= 2.9 l/m3 γadj= 1.21 kg / l.

cimentos e adjuvantes

Documents