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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL Curso Superior de Tecnologia em Construção de Edifícios
Prof. Leandro Candido de Lemos Pinheiro [email protected]
Cimento
CIMENTO
A humanidade descobriu, há muito tempo, que algumas rochas naturais,
depois de uma simples calcinação, geravam um produto que endurecia com a
simples adição de água.
A calcinação é o nome dado a reação química de decomposição térmica, usada
para transformar o calcário (CaCO3) em cal virgem (CaO), liberando gás
carbônico (CO2).
CIMENTO
Na prática, o conceito calcinação é empregado de maneira ampla e descreve o
tratamento térmico aplicado a quaisquer substâncias sólidas (por exemplo
minérios) visando os seguintes objetivos:
a remoção de uma fase volátil quimicamente ligada a um determinado
sólido
a decomposição térmica (de uma ligação química)
a produção de um óxido (quimicamente semelhante ao cal)
a mudança de uma estrutura em substâncias cristalinas
CIMENTO
A partir do século II a.C., os arquitetos da antiga Roma, além dos materiais tradicionalmente
conhecidos (pedra, madeira, barro, metais e outros) dispunham do opus cementicium (uma
mistura de areia vulcânica com calcário e tijolos quebrados, um “ancestral” do concreto).
Com essa massa, eles conseguiram construir estruturas monumentais, como a cúpula do Panteão,
que tem 43,2 m de altura e nenhum pilar de sustentação
CIMENTO
Em 1756 o engenheiro inglês Jonh Smeaton verificou que uma mistura
composta de calcário e argila tornava-se, depois de seca, tão resistente quanto
as pedras de construção.
Ele usou o material em questão para a reconstrução do farol de Edystone na
Inglaterra.
CIMENTO
Em 1824, o construtor Joseph Aspdin com suas experiências envolvendo processos de
mistura, queima e moagem de argila e pó de pedra calcária retirado das ruas, conseguiu
um material pulverulento, no qual ele misturava uma certa quantidade de água,
produzindo uma argamassa. Depois, deixava-a secar, conseguindo um material de
dureza parecida com as pedras utilizadas nas edificações.
Ele patenteou este pó com o nome de cimento Portland, devido às semelhanças de seu
produto final com rochas da ilha britânica de Portland, as quais apresentavam
características próprias como cor, durabilidade e resistência.
CIMENTO
O Cimento Portland é um aglomerante hidráulico proveniente da moagem do
chamado Clínquer Portland. O clínquer é obtido pela mistura e moagem de
calcário e argila em proporções adequadas. Esta mistura é aquecida em fornos
(em geral rotativos) até temperaturas próximas da fusão completa do material,
sofrendo um rápido resfriamento. O clínquer Portland é moído juntamente com
gesso, resultando no Cimento Portland; um material em pó, fino e de cor
acinzentada.
CIMENTO
Aglomerante hidráulico Aglomerante aéreo (gesso)
PRODUÇÃO DO CIMENTO
Calcário (> 80%) + Argila
Candiota – RS
PRODUÇÃO DO CIMENTO
A adição do gesso (gipsita) é realizada na moagem final do cimento com o intuito de regular
o tempo de pega, permitindo que o cimento permaneça trabalhável por um período de,
pelo menos, uma hora.
Forno de clinquerização
Clínquer Portland
PRODUÇÃO DO CIMENTO
Candiota - RS
Pinheiro Machado - RS
PRODUÇÃO DO CIMENTO
PRODUÇÃO DO CIMENTO
CIMENTO
Os principais óxidos que compõem o cimento e suas representações de forma
simplificada são:
Os últimos 3 são provenientes da argila.
CIMENTO
Durante o processo de hidratação do cimento, são gerados alguns compostos que
proporcionam as seguintes características:
TIPOS DE CIMENTO
Sem qualquer adição além do gesso, conforme estabelecido na
NBR 5732 – Cimento Portland comum.
Sua utilização é indicada em construções de concreto nas
quais a estrutura não fique exposta a ambientes agressivos,
com presença de sulfatos.
Também se pode encontrar no mercado o Cimento Portland
comum com adições (CP I-S), cuja composição apresenta a
adição de material pozolânico em massa, ao ter de 5 %.
Cimento Portland Comum (CP I)
TIPOS DE CIMENTO
Apresenta adição de material carbonático (fíler) à
mistura clínquer e gesso, estabelecida pela NBR 11578,
entre 6 e 10 %, em massa, em relação ao cimento
comum.
Sua utilização não é recomendada em ambientes
agressivos.
Materiais carbonáticos são rochas moídas compostas por carbonato de cálcio, como o
calcário. Quando adicionados ao concreto são denominados fíler.
Cimento Portland composto com filer (CP II-F)
TIPOS DE CIMENTO
Contém adição de material pozolânico no percentual de 6 a
14 %, em massa; admitindo até 10 % de fíler à composição.
A característica de resistência a sulfatos torna o composto
pozolânico recomendado à aplicação em ambiente com
sulfatos, tais como obras marítimas, subterrâneas ou
industriais.
Pozolana é um material composto em grande parte por silicatos que reagem com o
hidróxido de cálcio liberado na hidratação do cimento, produzindo uma pasta
compacta com resistência a certos agentes agressivos.
Cimento Portland composto com pozolana (CP II-Z)
TIPOS DE CIMENTO
Apresenta adição de escória granulada de alto-forno
estabelecido pela NBR 11578 com valores entre 6 e 34 %; com
a possibilidade de adição de fíler ao teor máximo de 10 %.
É recomendado para estruturas com necessidade de calor de
hidratação moderado, tais como grandes maciços de concreto,
como obras de barragens.
A escória de alto-forno é obtida pelo processo de fusão do subproduto da produção
de aço ou ferro, conhecido como escória de ferro. Esta fusão gera um material vítreo,
capaz de ser moído. Esta escória é composta por silicatos inertes que se comportam
como aglomerantes hidráulicos, auxiliando no endurecimento da pasta.
Cimento Portland composto com escória (CP II-E)
TIPOS DE CIMENTO
Especificado pela NBR 5735 – Cimento Portland de alto-forno.
Apresenta adição de escória em um percentual superior ao utilizado no
cimento composto CP II-E; fato que proporciona a este cimento
características como: baixo calor de hidratação e maior resistência a agentes
agressivos.
Sua utilização é indicada para os mesmos casos do cimento composto por
escória, porém com vantagens em relação ao CP II.
Cimento Portland de alto-forno (CP III)
TIPOS DE CIMENTO
Especificado pela NBR 5736 – Cimento Portland
pozolânico.
Apresenta adição de material pozolânico na proporção
de 15 a 50 % em massa.
O alto teor pozolânico proporciona ao concreto uma
maior impermeabilidade e consequente durabilidade.
Cimento Portland pozolânico (CP IV)
TIPOS DE CIMENTO
Não apresenta nenhum tipo de adição, embora possa ser
comercializado com teor de material carbonático de até 5 %.
Diferente dosagem entre calcário e argila utilizada na produção do
clínquer e processo mais aprimorado de moagem que proporciona um
cimento de grãos mais finos.
Amplamente utilizado em estruturas pré-moldadas de concreto e em
estruturas que exijam resistências iniciais mais elevadas nas primeiras
idades.
A norma brasileira NBR 5733 - Cimento Portland de alta resistência
inicial - define os parâmetros de produção deste tipo de cimento.
Cimento Portland de alta resistência inicial (CP V-ARI)
TIPOS DE CIMENTO
Este tipo de cimento busca proporcionar resistência a ambientes agressivos sulfatados que tendem a acarretar
manifestações patológicas nas estruturas de concreto. Este tipo de cimento é indicado para regiões marítimas e
industriais. A norma NBR 5737 – Cimentos Portland resistentes a sulfatos – apresenta as características inerentes ao
cimento do tipo RS. Segundo esta norma, cinco tipos de cimentos podem apresentar resistência a sulfatos (CP I, CP II,
CP III, CP IV e CP V-ARI), desde que satisfaçam as seguintes condições:
- Teor de aluminato tricálcico (C3A) do clínquer e teor de adições carbonáticas de no máximo 8 % e 5 % em massa,
respectivamente;
- Cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60 % e 70 % de escória granulada de alto-forno, em massa;
- Cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25 % e 40 % de material pozolânico, em massa;
- Cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovem
resistência aos sulfatos.
Cimento Portland resistente a sulfatos (CP RS)
TIPOS DE CIMENTO
Produzido a partir de clínquer Portland branco.
A cor é obtida a partir de matérias primas com baixos
teores de óxido de ferro e manganês; além do fato de
utilizar caulim ao invés de argila.
A NBR 12989 – Cimento Portland branco – apresenta as
especificações e exigências para este tipo de cimento.
O caulim é um minério composto de silicatos hidratados de alumínio, como a
caulinita e a haloisita. Apresenta coloração branca.
Cimento Portland branco (CPB)
CIMENTO NA CONCRETEIRA
ARMAZENAMENTO DO CIMENTO
É necessário evitar qualquer risco de hidratação do cimento durante o
transporte e a estocagem.
Não se recomenda o armazenamento de cimento por mais de três meses.
Quando se inicia a hidratação, o que se percebe pela existência de nódulos que
não se desmancham com a pressão dos dedos, o cimento torna-se suspeito
para aplicação em concreto estrutural.
Pode ser usado, após peneiramento, somente em serviços de menor risco,
como argamassas, pavimentos secundários, etc...
RESISTÊNCIA DO CIMENTO
A classe de resistência é estabelecida com base no resultado aos 28 dias de
idade da resistência à compressão de uma pasta do cimento determinada de
acordo com a norma brasileira NBR 7215 – Cimento Portland – Determinação
da resistência à compressão.
As designações das classes de cimento são 25, 32 e 40; referindo-se as
resistências à compressão de 25, 32 e 40 MPa, respectivamente.
CP IV-32, indica um cimento Portland pozolânico cuja resistência à compressão
conforme a NBR 7215 é de, pelo menos, 32 MPa aos 28 dias de idade.
RESISTÊNCIA DO CIMENTO
A argamassa a ser ensaiada deve ser produzida com uma areia normal, cujas
especificações atendam a NBR 7214 – Areia normal para ensaio de cimento –
Especificação.
A NBR 7215 especifica todas as condições de ensaio, desde a temperatura
ambiente do laboratório (24 ± 4 °C) até os métodos de cura dos corpos de
prova; passando pela dosagem dos materiais.
A relação água/cimento da argamassa igual a 0,48.
RESISTÊNCIA DO CIMENTO
A mistura dos materiais deve ser realizada com equipamento mecanizado e
padronizado.
Os corpos de prova de argamassa são moldados em formas cilíndricas com
dimensões 5 x 10 cm e rompidos sob compressão.
RESISTÊNCIA DO CIMENTO
Antes do rompimento os exemplares devem ser capeados com um mistura de
enxofre a quente.
Para cada idade, devem ser rompidos quatro CP’s; sendo a resistência à
compressão igual à média dos resultados, em MPa.
Os quatro resultados individuais de resistência, bem como a média destes
resultados e o desvio padrão máximo deverão compor o certificado de ensaio.
RESISTÊNCIA DO CIMENTO
Quando o desvio padrão máximo for superior a 6 %, deve ser calculada uma nova média,
desconsiderando o valor discrepante. Este valor descartado deve ser identificado no
certificado de ensaio por um asterisco.
A tabela abaixo apresenta os valores mínimos exigidos de resistência à compressão para
cada idade de rompimento de todos os tipos de cimento comercializados no Brasil.
PEGA E ENDURECIMENTO
Perda de plasticidade da pasta devido ao início das reações químicas nos compostos do
cimento.
Ao tempo transcorrido entre a mistura e o início das reações dá-se o nome de início de
pega.
O início de pega pode ser percebido através do aumento repentino da viscosidade da
pasta, bem como pelo aumento de sua temperatura – decorrência das reações
exotérmicas da hidratação do cimento.
Por convenção, dá-se o nome de fim de pega ao ponto em que a pasta de cimento
atinge um estágio de indeformabilidade ao sofrer pequenas solicitações de cargas.
PEGA E ENDURECIMENTO
Após o fim de pega, a pasta de cimento continua o processo de incremento de
resistência mecânica e coesão; etapa conhecida como endurecimento.
Determinar o início e o fim de pega do cimento é importante para se ter uma noção do
período em que o concreto irá apresentar plasticidade, permitindo o transporte,
lançamento e adensamento; bem como o instante a partir do qual se poderá transitar
sobre ele e iniciar o procedimento de cura.
Cura é o conjunto de procedimentos realizados para evitar a perda acelerada de água do
maciço de concreto nos primeiros dias após o lançamento.
PEGA E ENDURECIMENTO
Diversos são os fatores que influenciam nos tempos de início e fim de pega:
Composição de cimento rica em aluminato tricálcico (C3A) acarreta períodos curtos
de início de pega, pois provoca um rápido endurecimento da pasta. A adição de
gesso ao composto corrige este tempo.
Quanto mais aprimorada for a moagem do clínquer, ou seja, mais fino forem os
grãos do cimento, mais rápido o início de pega. Isto ocorre devido a maior área de
hidratação dos grãos no caso de moagem mais fina.
O aumento da temperatura culmina em redução do início de pega pela aceleração
das reações químicas.
PEGA E ENDURECIMENTO
A medição do tempo de pega do cimento é feita com a utilização de uma agulha
acoplada ao Aparelho de Vicat.
A norma NBR NM 65 – Cimento Portland – Determinação do tempo de pega, estabelece
as condições e metodologias de ensaio.
O ensaio consiste em produzir uma pasta de cimento de consistência normal e penetrar
uma agulha de forma padronizada à mesma.
PEGA E ENDURECIMENTO
O tempo de início de pega é, em condições normalizadas, o intervalo de tempo
decorrido desde a adição de água ao cimento até o momento em que a agulha de Vicat
penetra na pasta até uma distância de (4 ± 1) mm da placa base.
O tempo de fim de pega é, em condições normalizadas, o intervalo de tempo decorrido
desde a adição de água ao cimento até o momento em que a agulha de Vicat penetra
0,5 mm na pasta.
CALOR DE HIDRATAÇÃO
As reações que ocorrem na pasta de cimento durante o período de pega e
endurecimento são exotérmicas.
Os efeitos do calor da hidratação do cimento são mais sensíveis nos concretos-massa,
uma vez que a dissipação térmica ocorre pela superfície da peça e este calor é
proporcional ao volume, provocando efeitos desfavoráveis.
Os efeitos da elevação da temperatura dos concretos e argamassas em decorrência da
energia térmica liberada podem ser muito nocivos às estruturas.
Em algumas situações o calor de hidratação pode ser favorável, como por exemplo, nas
concretagens que são realizadas em situações de baixa temperatura, uma vez que este
calor tende a oferecer energia de ativação para as reações de hidratação.
FINURA
A medida da finura do cimento Portland busca verificar a granulometria dos grãos deste
material.
Como a hidratação do cimento se dá através da superfície dos grãos, a finura (grau de
moagem) irá influenciar na rapidez da hidratação e em propriedades como calor de
hidratação, retração, incremento de resistência com a idade, entre outras.
Cimentos mais finos terão maiores resistências nas primeiras idades, bem como,
tenderão a ser mais homogêneos (resistentes à penetração de água).
Esta finura, no entanto, aumenta a possibilidade de fissuração e retração, através da
quantidade de calor liberada.
FINURA
NBR 11579 – Cimento Portland - Determinação da finura por meio da peneira
75 µm (n° 200).
Consiste em determinar a percentagem retida de uma amostra de cimento em uma peneira com
abertura de malha de 0,075 mm (peneira de n° 200). Utiliza-se uma amostra de cimento de 20
gramas, coloca-se esta sobre a peneira n° 200 e se inicia peneiramento mecanizado por um período
de 3 minutos.
Exemplo: Cimentos portland comum da classe CP I – 32 apresentam resíduo retido na peneira de n°
200 inferior a 12 %.
MASSA ESPECÍFICA
A determinação da massa específica do cimento é realizada com base na norma
NBR NM 23 – Cimento Portland e outros materiais em pó – Determinação da massa
específica.
O Frasco de Le Chatelier é utilizado para a determinação desta propriedade através da
diferença de volume.
Um determinado líquido (em geral querosene) é introduzido no frasco e tem seu volume
medido. Após, uma massa previamente conhecida de cimento é colocada neste frasco e
a variação de volume da mistura é determinada.
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL Curso Superior de Tecnologia em Construção de Edifícios
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Cimento