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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS
Goiânia - 2016
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Disciplina: MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL - I
Código: ENG1071
Tópico: AULA 3 – Cimento Portland
Curso: Engenharia Civil
Professor: Elias Rodrigues Liah, Engº Civil, Me.
Pode-se representar as reações que ocorrem, da seguinte
forma:
CaO + SiO2 ----- > 3CaO.SiO2 (C3S)
CaO + SiO2 ----- > 2CaO.SiO2 (C2S)
CaO + Al2O3 ----- > 2CaO.Al2O3 (C3A)
CaO + Fe2O3 + Al2O3 ----- > 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF)
Pega: refere-se à mudança do estado fluido para um
estado rígido.
Endurecimento: Refere-se ao aumento de resistência de
uma pasta de cimento após a pega.
CSH: Silicato de Cálcio Hidratado - Ca2SiO4.H2O;
É importante que o cimento desenvolva tanto quanto possível
CSH, do ponto de vista da resistência. Compreende cerca de
70% em peso do cimento hidratado.
Ferroaluminato tetracálcico – C4AF
• Inicia a reação de hidratação em alguns minutos após
o amassamento;
• Tem pega rápida, mas não instantânea.
• Desenvolve pequena resistência inicial e final;
• Libera pouco calor de hidratação;
• Possui ótima resistência ao ataque de águas
agressivas e sulfatos.
• As reações de hidratação do Cimento Portland são um processo
exotérmico;
• A quantidade de calor liberada chama-se calor de hidratação → H;
• Aumento de H: ↑ quantidade de C3S e C3A e cimento mais fino;
• Diminuição de H: adição de escórias, pozolanas e cinzas volantes, as
quais aumentam o tempo de pega do cimento e fixam a cal livre existente
adição de um retardador de endurecimento;
• 50% do calor potencial liberado é liberado nos 3 primeiros dias, e 90%
nos 3 primeiros meses de hidratação
• A água é um dos ingredientes essenciais do concreto, que preenche
duas funções básicas: uma função física, que consiste em dar ao concreto
as propriedades reológicas exigidas (trabalhabilidade), e uma química,
que consiste em produzir as reações de hidratação.
• O concreto ideal deveria conter somente água suficiente para
desenvolver a resistência máxima do cimento, ao mesmo tempo provendo
as propriedades reológicas necessárias ao lançamento.
• As partículas de cimento, devido suas muitas cargas de superfície não
saturadas, têm uma forte tendência a flocular, quando em contato com
um líquido tão polar como a água.
• Assumir uma tal estrutura floculada implica que as partículas de
cimento aprisionem uma certa quantidade de água dentro dos flocos e
que essa água fique então indisponível para lubrificar a mistura.
• Para dar um certo nível de trabalhabilidade ao concreto quando some
cimento e água são usados (sem aditivos químicos), é necessário usar
mais água do que seria necessário para hidratar todas as partículas de
cimento por completo;
• Essa água adicional, a qual nunca será ligada a qualquer partícula de
cimento, gera porosidade dentro da pasta hidratada de cimento e resulta
em enfraquecimento das propriedades mecânicas do concreto e diminui
sua durabilidade.
• Como é impossível fabricar um cimento Portland que não flocule, para
melhorar a hidratação é necessário encontrar aditivos químicos capazes
de reduzir a tendência natural à floculação e, assim, reduzir a
quantidade de água de mistura exigida.
Outros tipos de Cimento Portland:
Cimento Portland Resistente a Sulfatos – RS – NBR 5737;
Cimento Portland com Baixo calor de Hidratação – BC – NBR 13116;
Cimento Portland Branco – CPB – Estrutural e Não estrutural – NBR
12989;
Cimento Portland para poços Petrolíferos CPP – NBR 9831.
• Observações:
• Possuem 3 classes de resistência à compressão (aos 28 dias): 25, 32 e 40 MPa;
• O CPIV possui apenas as classes 25 e 32 MPa;
• O CPV não possui classe de resistência, pois a norma especifica sua
resistência à compressão aos 1, 3 e 7 dias;
• O Cimento Portland Branco não estrutural não possui classe de resistência.
CIMENTO PORTLAND
Escória de alto-forno:
Não é propriamente um material Pozolânico. “Resíduo não metálico da produção de ferro gusa. Quando
resfriada bruscamente (granulada) possui propriedades aglomerantes.”
A escória líquida é transportada para os granuladores, que são equipamentos onde ela é resfriada bruscamente por meio de jatos de água sob alta pressão. Não havendo tempo suficiente para formação de cristais, essa escória se granula "vitrificando" e recebe o nome de Escória Granulada de Alto-Forno.”
A característica mais importante da Escória Granulada de Alto-Forno é sua capacidade hidráulica potencial, que permite que, quando moída e em contato com a água, ela endureça (propriedade cimentante), podendo substituir o clínquer, material utilizado tradicionalmente na fabricação de cimentos compostos.”
CIMENTO PORTLAND
Pozolana:
Pozolanas são substâncias naturais ou artificiais de composição essencialmente silicosa ou sílico-aluminosa que, por si sós, não possuem atividade hidráulica, mas quando finamente moídas reagem com o hidróxido de cálcio na presença de umidade e à temperatura ambiente para formar compostos com propriedades ligantes.
CIMENTO PORTLAND
Materiais pozolânicos: Cinza Volante, pozolanas
artificiais (argila calcinada moída), Metacaulim,
Sílica Ativa.
Cinza volante: “material finamente particulado
proveniente da queima de carvão pulverizado em
usinas termoelétricas, com o objetivo de gerar
energia”.
CIMENTO PORTLAND
Materiais Carbonáticos (Filler): Materiais
finamente divididos constituídos em sua maior
parte de carbonato de cálcio.
Possuem ação predominantemente física.
Devido ao seu tamanho e formato, conferem
maior compacidade, melhor trabalhabilidade e
menor tendência a fissuração em argamassas e
concretos.
- Pode ser do tipo E, Z ou F, de acordo com o tipo
de adição mineral;
Obs.: As vantagens apresentadas são em
comparação com o CPI.
CIMENTO PORTLAND
CP III (Alto forno) e CPIV (Pozolânico)
Apresenta maior impermeabilidade e
durabilidade, além de baixo calor de hidratação,
assim como alta resistência à expansão devido à
reação álcali-agregado, além de ser resistente a
sulfatos.
É um cimento que pode ter aplicação geral, mas é
particularmente vantajoso em obras de concreto-
massa, tais como barragens, peças de grandes
dimensões, fundações de máquinas, pilares, obras
em ambientes agressivos, tubos e canaletas para
condução de líquidos agressivos, esgotos e
efluentes industriais, concretos com agregados
reativos, pilares de pontes ou obras submersas,
pavimentação de estradas e pistas de aeroportos.
CIMENTO PORTLAND
Concreto Massa: aquele que, ao ser aplicado
numa estrutura, requer a tomada de precauções
especiais que evitem fissurações derivadas de seu
comportamento térmico.
Muito utilizado em barragens, juntamente com o
Concreto Compactado a Rolo (CCR).
Possui baixo consumo de cimento e alto consumo
de agregados (podendo chegar até 90% do volume
total).
Motivos:
Reduzir calor de hidratação;
Minimizar tensões de origem térmica.
Reduzir reações álcali-agregados;
Reduzir custos e outros.
CIMENTO PORTLAND
Reação álcalis-agregado (RAA): é um processo químico onde constituintes mineralógicos do agregado reagem com hidróxidos alcalinos (provenientes do cimento, água, agregados, pozolanas, etc.) que estão dissolvidos na solução dos poros do concreto.
Como produto da reação forma-se um gel higroscópico expansivo. A manifestação da reação álcalis-agregado pode se dar de várias formas, desde expansões, movimentações diferenciais nas estruturas e fissurações até pipocamentos.
Principais indicações do CPV-ARI:
Peças estruturais que necessitam de alta resistência
nos primeiros dias;
Pré-moldados;
Concretagens em que há necessidade de desforma
rápida;
Mais indicado para concretagem de peças esbeltas;
Muito usado em Concreto de Alto Desempenho ou
Alta Resistêcia (CAD).
CIMENTO PORTLAND
Qualquer um dos tipos de Cimento Portland anteriormente citados pode
ser classificado como resistente a sulfatos, desde que se enquadrem
dentro de uma das características abaixo:
• Teor de aluminato tricálcico (C3A) do clínquer de no máximo 8% e teor
de adições carbonáticas de no máximo 5% em massa.
• 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.
É recomendado para meios agressivos sulfatados, como redes de esgotos
de águas servidas ou industriais, água do mar e em alguns tipos de solos.
Cimento Portland Resistente a sulfatos - RS
Cimento Portland dos tipos: CPI, CPII, CPIII, CPIV ou CPVARI,
que atenda à condição de baixa liberação de calor durante a sua
hidratação.
Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação -
BC
CIMENTO PORTLAND
Adições minerais:
SUBPRODUTOS INDUSTRIAIS:
Cinza volante (usinas termoelétricas),
Escória de Alto Forno (indústria siderúrgica),
Sílica Ativa (resíduo da produção do ferrosilício),
Cinza de casca de arroz,
Lodos calcinados, argilas calcinadas,
Metacaulim.
Vantagens:
• Diminuição do gasto energético na fabricação do Cimento Portland;
• Custo mais baixo;
• Sustentabilidade;
• Bom para o meio-ambiente;
• Diminuição do uso das matérias primas do cimento Portland;
CIMENTO PORTLAND
Reações químicas envolvidas
C3S (ou C2S) + Água → CSH (Silicato de Cálcio Hidratado) +
Ca(OH)2 (CH - Hidróxido de Cálcio ou Cal ou Portlandita);
Pozolana + Ca(OH)2 + Água → CSH ( resistência)
Quando se faz concreto, se a pozolana é misturada com o cimento Portland em proporções adequadas (20 a 30%), teoricamente toda a cal (Ca(OH)2) produzida pela hidratação do cimento Portland pode ser transformada em CSH.
CIMENTO PORTLAND
Benefícios da adição de Pozolana:
Reduz a espessura da zona de transição
Concreto convencional
grandes cristais de CH,
Paralelos à superfície dos agregados
Reação pozolânica transforma
CH C-S-H
Neutraliza os cristais de CH, que se formam
menores e sem orientação
Aumenta a compacidade e resistência
CIMENTO PORTLAND Zona de Transição sem adições é porosa e frágil,
devido à alta concentração de grandes cristais de hidróxidos de cálcio, orientados preferencialmente na direção paralela à superfície dos agregados, e por um fator água/cimento mais elevado do que o restante da matriz do cimento .