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Escolha do AglomeranteEscolha do Aglomerante

Classificação dos cimentos

Prof. Eugênia Fonseca da SilvaUniversidade de BrasíliaFaculdade de TecnologiaDepartamento de Engenharia Civil e AmbientalMateriais de Construção Civil I

Escolha do Aglomerante

Nenhum cimento é o melhor em toda as circunstâncias.

A escolha está associada à uma determinada finalidade que se deseja ao concreto: no estado fresco e endurecido.

Para uma mesma finalidade existe mais de um tipo ou classe de cimento que pode ser usado.

A escolha depende também da disponibilidade e do custo – fator importante na tomada de decisões em engenharia.

Prof. Eugênia Fonseca da SilvaUnB – Faculdade de TecnologiaDepart. Eng. Civil e Ambiental


• Exigência da estrutura

• Exigência do meio ambiente

• Velocidade de construção

• Circunstância do local da obra (acesso, prazo, espaço...)

! Depende ainda:! Depende ainda:



Exigência da estruturaSuperior Tribunal de Justiça, Brasília. Edificação em concreto armado e protendido com Vão de 67 m.

•Circunstância do local da obra (acesso, prazo, espaço...)

•Velocidade de construção

Banco Sofisa, São Paulo. Devido a localização do edifício ser numa região onde não se podia transitar betoneiras e caminhões com material para abastecimento, precisou-se elevar a resistência do concreto para para reduzir o tempo de construção.



Classificação dos cimentos

Cimentos Portland Brasileiros

Cimento Portland Comum

Cimento Portland Composto

Cimento Portland de Alto Forno

Cimento Portland Pozolânico

Cimento Portland de Alta Resistência Inicial

Cimento Portland Resistente a Sulfatos

Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação


Adições MineraisProf. Eugênia Fonseca da SilvaUnB – Faculdade de TecnologiaDepart. Eng. Civil e Ambiental

! Fíler Calcário

! Pozolana

! Escória de Alto Forno

! Fíler Calcário

! Pozolana

! Escória de Alto Forno

Economia de custo

Economia Potencial de energia

Resolver problemas ambientais

Resolver problemas tecnológicos

Prof. Eugênia Fonseca da SilvaUnB – Faculdade de TecnologiaDepart. Eng. Civil e AmbientalFíler

Material finamente moído, com aproximadamente a mesma finura do Cimento Portland. Ex.: CaCO3

Devido a suas Propriedades Físicas proporciona efeitos benéficos sobre as propriedades do concreto.

Trabalhabilidade

Massa específica

Porosidade

Exsudação F

Fíler

• Usualmente são inertes mas podem:

" apresentar alguma propriedade hidráulica.

" entrar em reações não prejudiciais com os produtos hidratados da pasta.

• O CaCO3 é um fíler usual

" Reage com C3A e C4AF Produzindo composto não prejudicial.

" Se incorpora na fase C-S-H Efeito benéfico para estrutura da parte hidratada.

" Ação física (pode apresentar leve ação hidráulica com Cimento Portland).


Fíler

Pode atuar como ponto de Nucleação ativando a hidratação do Cimento Portland.

Podem ser materiais naturais ou minerais inorgânicos processados.

Não devem aumentar a demanda de água da mistura quando usados em concreto, para não prejudicar :

A resistência

Proteção à armadura

A norma brasileira limita o teor em 10 %


Prof. Eugênia Fonseca da SilvaUnB – Faculdade de TecnologiaDepart. Eng. Civil e AmbientalPozolana

Sua composição básica é sílica ou sílica-alumina.

Naturais: rochas ou minerais vulcânicos, terras diatomáceas.

Artificiais: argilas calcinadas, cinzas volantes (provenientes da combustão do carvão em usinas termoelétricas), cinzas de casca de arroz (resíduo agrícola), microssílica (produto decorrente da fabricação de silício metálico ou ferro silício).

Sozinha não apresenta propriedades aglomerantes.

Z

Pozolana

• Finamente moída e na presença de água, fixa a cal liberada na hidratação do cimento Portland Ca(OH)2 formando um composto insolúvel com propriedades cimentantes como o C-S-H.

• Pode ser adicionada ao cimento durante a fabricação ou ser adicionada ao concreto como material constituinte.



Reação fundamental do cimento Portland

(rápida)C3S + H C – S - H + CH

Reação pozolânica

(lenta)SiO2 + CH + H C - S - H

Prof. Eugênia Fonseca da SilvaUnB – Faculdade de TecnologiaDepart. Eng. Civil e AmbientalEscória

Provém das usinas siderúrgicas.

Escória é um resíduo da produção do ferro gusa.

Produção de ~ 300 Kg de escória para cada tonelada de ferro gusa.

Composição básica: mesmos componentes do cimento Portland.

EscóriaEscória

Cal – 40 a 50%

Sílica – 30 a 40%

Alumina – 8 a 18% E

Tem propriedades hidráulicas, porém a quantidade e as taxas de formação de produto cimentante são insuficientes para aplicação com fins estruturais.

Possui massa específica menor ~ 2,9 g/cm³, contra 3,1 g/cm³ do cimento Portland comum.

Pode ser adicionada ao cimento durante a fabricação ou ser adicionada ao concreto como material constituinte.

EscóriaProf. Eugênia Fonseca da SilvaUnB – Faculdade de TecnologiaDepart. Eng. Civil e Ambiental

Escória

•Escória para uso em cimento precisa ser resfriada bruscamente solidifica como material vítreo (amorfo), evitando-se quase completamente a cristalização.

• Quando usada com cimento Portland, a hidratação da escória é acelerada na presença de Ca(OH)2 e gipsita.

" Escória granulada : escória básica em fusão (líquida) resfriada bruscamente com água. (Requer menos água)

" Escória Pelotizada: escória líquida resfriada bruscamente com ar e água.


Cimento Portland Comum (NBR 5732)

Usa-se mais largamente o CP II para esses fins, com a vantagem do menor custo.

CP I – 100% clínquer + Sulfato de Cálcio (0% de adição).

CP I - S – 1 a 5% de Fíler, Pozolana ou Escória.

Cimentos Portland puros (ou quase puros) são usados apenas sob encomenda, geralmente para fins de pesquisa.

! Uso:! Uso: Construções de concreto em geral, quando não há exposição a sulfatos. Fabricação sob encomenda.


Cimento Portland Composto (NBR 11578)

Adições:Adições:

" Fíler – 6 a 10%.

" Pozolana – 6 a 14% (Pode ter de 0 a 10% de Fíler incluído nesse montante).

" Escória – 6 a 34% (Pode ter de 0 a 10% de Filer incluído nesse montante).

CP II - Cimento mais comumente usado: Representa cerca de 70% dos cimentos comercializados.

A partir da década de 1980 e 1990.


Cimento Portland de Alto Forno(NBR 5735)

CP III – Cimento Portland + % de escória.

Desenvolvem menor calor de hidratação; o que dificulta ou impede as reações de hidratação em clima frio.

Resistências mais baixas nas primeiras idades.

Melhor resistência a agentes químicos.

Requer cura prolongada a fim de que se dê a fixação da cal liberada na hidratação.

Endurecimento lento.Prof. Eugênia Fonseca da SilvaUnB – Faculdade de TecnologiaDepart. Eng. Civil e Ambiental

Cimento Portland de Alto Forno

• O Cimento CP III deve ser mais moído para ter sua resistência inicial aumentada.

• Durabilidade superior: Mais impermeável e menos Ca(OH)2 e C3A hidratado para formar a etringita expansiva.

• Em geral, em idades mais avançadas, superam a resistência do Portland devido ao refinamento dos poros e aumento de C-S-H.


Cimento Portland Pozolânico (NBR 5736)

CP IV – Cimento Portland + % de pozolana moídos.

Libera menos calor de hidratação.

Endurecimento lento.

Maior durabilidade aos meios ácidos.

Menor porosidade do sistema pela melhora na distribuição do tamanho dos poros pelo processo de refinamento dos poros.

Exige cura mais longa, pois a pozolana reage com a cal na presença de água.


• Representação esquemática de pasta bem hidratada de Cimento Portland pozolânico.

• Como resultado da reação pozolânica, os vazios capilares foram eliminados ou reduzidos de tamanho, sendo os cristais densos de hidróxido de cálcio substituídos pelo C-S-H formado com uma densidade menor.

• H - cristais de hidróxido de cálcio

Cimento Portland Pozolânico


(NBR 5733)

! Uso:! Uso: " Remoção rápida de fôrma para reutilização.

" Quando se deseja uma resistência inicial mais elevada para prosseguir a construção.

" Construções em temperaturas baixas –para evitar o congelamento da água dos capilares nas primeiras idades.

! Desaconselhável:! Desaconselhável:" Uso em concreto massa

" Uso em elementos estruturais com grandes dimensões.

CP V - ARI


• Desenvolve a resistência mais Rapidamente.

• Especificado como cimento para resistências iniciais elevadas

• Velocidade de endurecimento maior.

• Teor mais alto de C3S (55% a 70%)

• Maior moagem do clínquer (~ 450 a 600 m²/Kg).


Tempo de pega é parecido com o do cimento portland comum, porém o endurecimento é bem mais rápido.

Requisitos de expansibilidade e propriedades químicas semelhantes ao cimento portland comum.

Mais finamente moído.

A maior finura aumenta significantemente a resistência das 10hs até 20 hs.

Entretanto, não possui finura muito elevada a ponto de demandar mais água para a mistura.

Cimento Portland de Alta Resistência InicialProf. Eugênia Fonseca da SilvaUnB – Faculdade de TecnologiaDepart. Eng. Civil e Ambiental



" Maior proporção de C3S no clínquer.

" Elevada resistência inicial.

" Endurecimento rápido.

" Grande desprendimento de calor de hidratação.

" Maior proporção de C3S no clínquer.

" Elevada resistência inicial.

" Endurecimento rápido.

" Grande desprendimento de calor de hidratação.

Cimento Portland Resistente a Sulfatos(NBR 5733)

CP V – ARI - RS

Baixo teor de C3A.

O custo aumenta devido a requisitos especiais para a composição das matérias primas.

O calor de hidratação fica diminuído (pouco maior que o calor produzido pelo cimento com baixo calor de hidratação).

Não é indicado quando houver risco de presença de íons cloreto (C3A fixa íons cloreto e não ficam disponíveis para o início da corrosão do aço). Prof. Eugênia Fonseca da Silva

UnB – Faculdade de TecnologiaDepart. Eng. Civil e Ambiental

Aluminato de cálcio hidratado da pasta endurecida.

Sulfato (de magnésio ou de sódio), de águas subterrâneas ou do solo.

+

= Sulfoaluminato de cálcio

Aumento de

volumeDesagregação

do concreto

! Solução: ! Solução: Usar cimento com baixo teor de C3A.


Cimento Portland Resistente a Sulfatos

Ataque por Sulfatos

Cimento com baixo Calor de Hidratação(NBR 13116)

Menos C3S e C3A.

Área específica mais elevada (para assegurar velocidade suficiente de ganho de resistência).

! Porém, quando se deseja reduzir o calor excessivo devido ao desprendimento de calor de hidratação, recorre-se normalmente ao cimento CP III ou CP IV. É pouco usado o CP com baixo calor de hidratação.


=

! Solução: ! Solução:

Numa grande massa de concreto

Elevação de temperatura no

interiorDevido

Desprendimento de calor

Baixa condutividade térmica do concreto

Fiss

uraç

ão

séria

Limitar a evolução do calor do cimento. ( A BS1370: 1979 250J/g aos 7 dias e 290J/g aos 91 dias).

Cimento Portland Baixo Calor de Hidratação

+

Prof. Eugênia Fonseca da SilvaUnB – Faculdade de TecnologiaDepart. Eng. Civil e AmbientalTipos de Cimento Portland

Comercializado C3A clínquer > 8%C3A clínquer < 8%

100-950 a 5 de F-CP VCP de alta resistência inicial (ARI)

Comercializado85-4515 a 50 de Z (0 a 5 de F)

2532CP IVCP pozolânico

Comercializado65-2535 a 70 de E (0 a 5 de F)

253240

CP IIICP alto forno

94-906 a 10 de F253240

CP II – F

94-766 a 14 de Z (0 a 10 de F)

253240

CP II – ZCP composto

Aproximadamente 70% dos cimentos comercializados

são CP II

94-566 a 34 de E (0 a 10 de F)

253240

CP II – E

99-951a 5 de E,Z ou F

253240

CP I – S

Sob encomenda

1000253240

CP I

CP comum

ObservaçõesRepresentação

Clínquer + CaSO4

Adição E,Z ou F

Clínquer + Sulfato de cálcio (%)

Adição (%)Classe de ResistênciaSiglaDesignação

Prof. Eugênia Fonseca da SilvaUnB – Faculdade de TecnologiaDepart. Eng. Civil e AmbientalOutros Cimentos

Existem inúmeros cimentos desenvolvidos para uso específico:

Cimento BrancoCimento BrancoCimento Branco (Estrutural)

• Fins arquitetônicos (concreto branco, concreto colorido).

• Usado apenas nas superfícies externas, (caro) aplicado sobre fundo de concreto comum.

• Possui pouco óxido de Ferro (< 0,3% da massa de clínquer) que é fundente.

• Necessita de temperaturas mais altas no forno (até 1650° C).

Outros Cimentos

• Cimento Branco ... • Cimento Branco ...

" Na moagem: - evitar aço (para não sujar)

- usar seixo (menos eficiente) ou

- usar bolas de ligas de níquel e molibolênio (mais caras).

- Os moinhos devem ser revestidos de pedra ou cerâmica.

" O custo é cerca de 5 a 6 vezes mais caro, devido:

- custo moagem

- matéria prima mais cara

" Mais finos: 400 a 500 m²/Kg

Cimento Branco ...Cimento Branco ...

Outros Cimentos

Podem ser colocados pigmentos na betoneira Podem ser colocados pigmentos na betoneira (grande variedade de cores) entretanto é difícil (grande variedade de cores) entretanto é difícil manter uniforme a cor do concreto produzido.manter uniforme a cor do concreto produzido.

É importante verificar a compatibilidade dos É importante verificar a compatibilidade dos pigmentos com os aditivos.pigmentos com os aditivos.

A melhor maneira de se obter concreto colorido A melhor maneira de se obter concreto colorido uniforme é usar cimento já moído (de fábrica) uniforme é usar cimento já moído (de fábrica) com 2 a 10% de pigmento. com 2 a 10% de pigmento.

As resistências e os tempos de pega devem ser As resistências e os tempos de pega devem ser similares às do CP comum.similares às do CP comum.


Cimento BactericidaCimento BactericidaCimento Bactericida

Outros Cimentos

" Cimento Portland moído com agentes bactericidas que impedem a fermentação biológica.

Uso: Pisos de concreto de instalações de processamento de alimento e piscinas para natação.


" Deteriora-se muito pouco durante o armazenamento.

" Cimento Portland moído com 0,1 a 0,4 % de ácido oléico.

" As propriedades hidrófugas são devidas à formação de uma película hidro-repelente em volta das partículas de cimento.

" As películas se rompem durante a mistura do concreto e a hidratação é normal.

Outros Cimentos

Cimento HidrófugoCimento HidrófugoCimento HidrófugoProf. Eugênia Fonseca da SilvaUnB – Faculdade de TecnologiaDepart. Eng. Civil e Ambiental

Outros Cimentos

" Produto altamente especializado.

" Usado para gaute ou calda para ser bombeado a profundidade de até 10.000 metros, onde a temperatura é maior que 150°C e a pressão pode atingir 100 MPa.

" Não devem dar pega antes de chegar a grandes distâncias. Pega Lenta.

" Devem ter endurecimento muito rápido.

" Precisa ser resistente a sulfatos.

" O Instituto Americano do Petróleo é que especifica esses cimentos.

Cimento para poços de petróleoCimento para poços de petróleoCimento para poços de petróleo


Outros Cimentos

Cimento muito diferente do CP na composição Cimento muito diferente do CP na composição e propriedades.e propriedades.

Seu uso em estrutura é rigorosamente limitado.Seu uso em estrutura é rigorosamente limitado.

Porém as técnicas de concretagem são Porém as técnicas de concretagem são semelhantes.semelhantes.

Fabricação: Fabricação:

Cimento AluminosoCimento AluminosoCimento Aluminoso

" Matérias Primas: Calcário e Bauxita

- 40% alumina e cal

- 15% óxido férrico e ferroso

- 5% sílica


Outros CimentosCimento Aluminoso ...Cimento Aluminoso ..." Forno: Carvão pulverizado.

- Queima ~1600°C

- Fusão na extremidade inferior do forno.

- A massa é solidificada em lingotes, fragmentada e moída.

" Pó: Cinza escuro

- Finura de 290 m²/Kg a 350 m²/kg.

" Custo elevado: Alto consumo de energia, devido à dureza do clínquer.

- Alto desgaste dos moinhos.

- Alto preço da bauxita.

- Temperatura elevada no forno.



Outros Cimentos

" Características:

Cimento Aluminoso ...Cimento Aluminoso ...

• Não deve haver cal livre expansão não é problema.

• Resiste muito bem ao ataque por sulfatos devido a ausência de Ca(OH)2 e o gel alumina, formado na hidratação, é praticamente inerte.

• Os álcalis dissolvem o gel de alumina.

• Suporta muito bem soluções ácidas (efluentes industriais).

Outros Cimentos

" Cimento Aluminoso ..." Cimento Aluminoso ...

" Ganha resistência rapidamente 80% da resistência final é atingida em 24 horas.

" Desprendimento rápido de grande calor: 38 J/h ( o CP V nunca ultrapassa 15 J/h).

" Pega lenta (início – 2:30h após a mistura e fim 30 minutos depois), apesar do endurecimento rápido.

" Excelente Material refratário

" Quando o concreto de cimento aluminoso é exposto a determinadas temperaturas ocorre uma conversão modificando o composto que dá a resistência, acarretando perda na resistência.

Bibliografia

MEHTA, P.K. ; MONTEIRO, P.J. Concreto: estrutura, propriedades e materiais. 1. São Paulo: Pini, 1994. 573 p.

NEVILLE, A. Propriedades do Concreto. São Paulo: Pini, 1997. 828 p.

PETRUCCI, E.G.R. Materiais de Construção. Porto Alegre: Globo, 1975. 435 p.


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