Materiais de Construção I
CIMENTO
• Produção do cimento• Fases de produção do cimento •Tipos de Cimento Portland • Cimentos Especiais
• Formação dos componentes principais • Estrutura do Clinquer
•Aplicação da “Fórmula de Bogue”.
CIMENTO
DEFINIÇÃO NATURAL:
É qualquer material aglutinante, capaz unir fragmentos de propriedades físicas diferentes. Entre estes temos às pedras calcárias assadas naturais.
DEFINIÇÃO QUÍMICA:
É um feito para cima com propriedades adesivas que tem a capacidade para unir fragmento em forma sólida ou em forma líquida. Nesta categoria nós temos o duco de cimento, acrílico (pegadit), a lima e o cimento asfáltico (asfalto).
DEFINIÇÃO DE ENGENHARIA
O cimento é conhecido como cimento portlan. É uma mistura de barros calcários e pulverizados a temperaturas grandes, com adição de gesso que ao entrar em contato com a água, desenvolve a capacidade para unir fragmentos de pedregulho e lixar, para formas um sólido sem igual ou pedra artificial, famoso com o nome de concreto hidráulico.
CIMENTO PORTLAND:
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O cimento é a combinação entre a cal (pedra calcária) mais sílica (barro), as pedras calcárias são pedras grandes e são adquiridos como pedras, enquanto os barros estiverem mais soltos e são adquiridos como barros.
Quando o cimento está fabricando são somados outras adições (cinzento vulcânico, puzolanas, espumas de forno alto) que cumprem funções diferentes especiais. Este matéria prima sofrem um processo de clinkerización (a temperaturas altas), tudo isso produzirá um pó escuro cinza que forja muito depressa com a água, ao concluir este processo é somado gesso com o propósito de reduzir a velocidade o tempo de ter forjado.
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FASES DA PRODUÇÃO DO CIMENTO:
1. EXPLORAÇÃO DE MATERIAS PRIMAS :
Consiste na extração das pedras calcárias e os barros dos depósitos ou pedreiras que dependendo das condições físicas delas os sistemas diferentes de exploração é feito, então o material é transportado à fábrica.
2. PREPARAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAS PRIMAS :
Uma vez extraído os materiais, na diminuição de fábrica o tamanho da pedra calcária que segue certas especificações dado para a produção. O tamanho delas diminui com a trituração até que seu tamanho oscila entre 5 às 10mm.
3. HOMOGENIZAÇÃO:
Consiste em fazer mistura dos barros e calcário isso já foi moído, é levado por meio de transportadoras de faixas ou moinhos, com o objetivo de reduzir o tamanho deles até a ordem de diâmetro de meio milímetro. Nesta fase se acalma a primeira grande diferença dos sistemas de produção do cimento (processos úmidos e processos secos).
4. CLINKERIZAÇÃO:
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FASES DA PRODUÇÃO DO CIMENTO:
5. ESFRIANDO:
Depois que aconteça que o clinkerización processam a temperaturas altas, o processo refrescante vem em qual consiste em uma diminuição da temperatura para poder trabalhar com o material, este refrescante pressas com equipes especializados.
6. SOME FINAL E MOINHO:
Quando a clinker é esfriada, se continua obtendo a finura do cimento em qual consiste em moer a clinker depois é somado gesso com o propósito de reduzir a velocidade o tempo de ter forjado.
7. PACOTE E DISTRIBUIÇÃO:
Esta última fase consiste em empacotar o cimento fabricado em bolsas de 50 quilo, enquanto tendo muito cuidado com fatores diversos que podem afetar a qualidade do cimento, então é transportado e é distribuído com cuidados especiais.
TIPOS DE CIMENTO PORTLAND:
Os Cimentos Portland em geral, são manufaturados em cinco tipos cujos foram normalizadas propriedades na base das especificações ASTEM de normas para Cimento Portland (c 150). Os tipos são tanto distintos de acordo com as exigências físico como químico.
PORTLAND TIPO I:
É um cimento normal, ele acontece para a adição de Clinker mais gesso. De uso geral em todos os trabalhos de engenharia onde não é requerido os características especiais. De 1 para 28 dias leva a cabo 1 para 100% de sua resistência relativa.
PORTLAND TIPO II:
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PORTLAND TIPO III:
Eu cimento de alta resistência inicial, aconselhável quando a pessoa precisa de uma resistência cedo em uma situação estranho de construção. O concreto fez com o Tipo de cimento III desenvolve uma resistência em três dias, semelhante ao desenvolvido em 28 dias para solidifica fatos com Tipo de cimentos I e II; deveria ser conhecido que o Tipo de cimento III os aumentos de resistência iniciais sobre a coisa normal, logo folhas que normalizam até alcançar a resistência normal. Esta resistência alta inicial é possível ao aumentar o conteúdo de C3S e C3A no cimento, ao moer isto mas fino; as especificações não exigem um mínimo de finura mas é notado um limita eu pratico quando as partículas forem tão pequenas que uma quantidade muito pequena de prehidratada de umidade o cimento durante a manipulação de armazenamento. Dado a tem uma grande separação de calor o Tipo de cimento III não deveria ser usado em volumes grandes. Com 15% de C3A apresenta uma resistência mao ao sulfato. O conteúdo de C3A pode ser limitado a 8% para obter uma resistência moderada ao sulfato ou 15% quando é requerida resistência alta ao mesmo, sua resistência é dos 90 a 100%.
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PORTLAND TIPO IV:
Cimento de baixo calor de hidrato foi aperfeiçoado para ser usado em concreto volumoso. O baixo calor de hidratação de Tipo IV são alcançados limitando combinação que mas influencia na formação de calor de hidratação, C3A e C3S. Desde que estas combinações também produzem a resistência inicial da mistura de cimento, quando os limitando da mistura ganha resistência lentamente. O calor de hidrato do Cimento Tipo IV normalmente são mas ou menos 80% do Tipo II, 65% do Tipo I e 55% do Tipo III durante a primeira semana de hidratação. As porcentagens são um pouco maiores depois mas ou menos um ano. É usado em trabalhos grandes, massas de concreto, em presas ou túneis. Sua resistência relativa de 1 para 28 dias é de 55 para 75%.
PORTLAND TIPO V:
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CIMENTOS ESPECIAIS
CIMENTO PORTLAND BRANCA :
É mesma Portland regular, que difere é a cor, isto é obtido por meio da cor da fábrica, obtendo os menor números de matéria prima que levam ferro e oxido de magnésio que dão a coloração cinza ao cimento. Este cimento especificamente é usado para terminação arquitetônico tal como estuque, pisos e concreto ornamental.
CIMENTO PORTLAND DE ESCORIA DE FORNO ALTO :
É obtido pela pulverização combinada do clinker e escoria granulada, moído finamente com adição de sulfato de cálcio. O conteúdo da escoria granulada de alto forno deveria ser entre 15% e 85% da massa total.
CIMENTOS ESPECIAIS
CIMENTO SIDERÚRGICO SUPERSULFATADO :
Obtido por meio da pulverização de escoria granulada de forno alto, com quantidades pequenas apreciáveis de sulfato de cálcio.
CIMENTO PORTLAND PUZOLANICO :
É obtido com o moinho da clinker com o puzolana. Ele tem resistência semelhante ao cimento normais e resistentes ataques a água de mar, o que faz isto aconselhável para construções litorais. Para cimento é puzolanico deveria conter entre 15% e 50% do puzolana da massa total. O cimento puzolanico é usado em construções que entram em contatos diretos com a água, determinado sua resistência tão alta em meios úmidos.
CIMENTO PORTLAND SOMADA :
Obtido juntamente da pulverização do clinker com materiais argilosos ou calcário-silicos-aluminosos.
CIMENTO ALUMINOSO :
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Formação dos componentes principais do cimento portland
A acção da temperatura sobre os componentes da matéria-prima durante a cozedura traduz-se na formação de quatro (4) componentes que compõem o clinquer de acordo com a seguinte cadeia:
• Entre 900 e 1200oC, a cal reage com os silicatos e aluminatos formando-se o Silicato
Bicálcico ( 2CaO.SiO2 ou C2S)
• Entre 1200 e 1300oC forma-se o Aluminato Tricálcico (3CaO.Al
2O3 ou C3A) e o
Aluminoferrato Tetracálcico (4CaO.Al2O3.Fe2O3 ou C4AF), sendo que, a 1260oC principia o aparecimento da fase líquida, constituída pela combinação de parte do óxido de cálcio com os óxidos de alumínio e ferro
• Entre 1260 e 1450oC, o C
2S já formado reage dando origem ao principal componente do cimento portland: o Silicato Tricálcico (3CaO.SiO2 ou C3S).
Normalmente, o clinquer do cimento portland normal contém tais componentes nas seguintes percentagens:
C3S - 20 a 65% C2S - 10 a 55% C3A - 0 a 15% C4AF - 5 a 15%
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SILICATO TRICALCICO (C3 S) 3CaO SiO2
SILICATO BICALCICO (C2 A) 2CaO SiO2 ALUMINATO TRICALCICO (C3 A) 3CaO Al2O3
FERROALUMINATO TETRACALCICO (C4 AF) 4CaO Al2O3 Fe2O3
O cimento está composto:
C3S é hidratado mais depressa que C2S, que ajudas na hora de ter forjado e de sua resistência inicial. A ação de endurecimento de C3S é de 24 horas a sete dias, enquanto os de C2S é de 7 para 28 dias. C4AF cumpre uma função catalítica e contribui pouca resistência ao concreto.
FASES BASE DA FASE % NO CIMENTO
ALITA C3S 75%
BELITA C2S
FERRITA C4AF 20%
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Estrutura do Clinquer
Na verdade os componentes do clinquer do cimento não são tão simples, pois não aparecem no estado puro.
Existem no clinquer óxidos livres e outros componentes em solução sólida com estes, criando influências recíprocas muito importantes na composição e estrutura de tais componentes. Daí que análises realizadas por vários cientistas (dos quais Le Châtelier), descobriram os cristais que compõem o clinquer:
• A Alite – é essencialmente constituída pelo silicato tricálcico com diferentes átomos estranhos, como o magnésio, alumínio ou ferro. A fórmula padronizada é a seguinte:
52 (3CaO.SiO2).6CaO.Al2O3.MgO
• A Belite – é constituída por silicato bicálcico β, com átomos estranhos, como potássio, fósforo, bário, etc.. Os grãos não têm forma cristalina definida mostrando cores brilhantes de interferência.
• A Celite – ocorre entre os cristais de alite e belite, reconhece-se pela sua cor amarelo-alaranjada escura. Constitui-se por uma solução sólida que geralmente é composta por: 6CaO.2Al2O3Fe2O3, na qual o aluminoferrato tetracálcico é um ponto importante.
• A Felite– é também constituída por silicato bicálcico β.
Além destes quatro minerais, existe um material isótropo constituído por aluminatos (5CaO.3Al2O3 e 12CaO.7Al2O3) e por uma massa vítrea (sem cor e como o vidro), com elevado índice de refracção que parece como material de enchimento entre os grãos de alite e belite.
As propriedades do cimento são dominadas pela natureza da estrutura do clinquer, a qual se pode dizer que varia de cimento para cimento devido às diferenças nas matérias-primas e no modo de fabrico.
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Aplicação da
“Fórmula
de
Bogue”
A fórmula proposta por Bogue (em 1929) é hoje universalmente aceite como a melhor aproximação através da ASTM, pois permite rápidas apreciações da qualidade do cimento.
Parte-se da análise química do cimento em óxidos elementares, indicados pelos seus pesos em percentagens:
CaO combinado (cal total subtraída da cal livre),
SiO2 combinado (sílica total subtraída do resíduo insolúvel),
Al2O3, Fe2O3, MgO, CaO livre, SO3,
e ainda, eventualmente, TiO2, Na2O e K2O.
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0,64 O Fe O Al 3 2 3 2
Dois casos são considerados:
• Caso em que:
3 3 2 3 2 2
3S 4,07 CaO-7,60 SiO -6,72 Al O -1,43 Fe O -2,85 SO
C
a1)
S
C
0,754
-SiO
2,87
S
C
2
2
3a2)
3 2 3
2
3
A
2,65
Al
O
-
1,69
Fe
O
C
a3)
3 2
4
AF
3,04
Fe
O
C
a4)
3 4 1,70 SO
CaSO
a5)
0,64 O Fe O Al 3 2 3 2
• Caso em que:
3 3 2 3 2 2
3S 4,07 CaO-7,60 SiO -4,48 Al O -2,86 Fe O -2,85 SO
C
a1)
S C 0,754 -SiO 2,87 S
C2 2 3
a2)
A
C3
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Tipos de Cimento Proporção dos Componentes (%) C3S C2S C3A C4AF
Portland Normal 45 27 11 8
Portland Modificado 44 31 7 13
Portland de Elevada
Resistência Inicial 53 19 10 7
Portland de Baixo
Calor de Hidratação 20 52 6 14
Portland Resistente
à Sulfatos 38 43 4 8
Supõe-se que os compostos de alumina apenas existem na solução sólida de C4AF em 2CaO.Fe2O3 (ferrato bicálcico):
A composição assim calculada chama-se “ComposiçãoPotencial”, supondo-se que não só todo o clinquer está cristalizado, não ficando nenhum material vítreo após o arrefecimento, mas também que os compostos formados são puros, sem inclusão de átomos estranhos. A ASTM (C-150) define o tipo de cimento de acordo com a composição potencial:
3 2 3
2
4
AF
2,10
Al
O
1,70
Fe
O
C
3
4
1,70
SO
CaSO
a5) a4)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 CaOlivre P.F. R.I K2O Na2O
21.9 5.8 2.7 61.9 1.3 0.3 1.9 4.7 1.4 0.2 0.4
Exercício de Aplicação
Calcule a composição potencial do cimento portland a partir da seguinte composição centesimal obtida numa análise química e, diga qual é o tipo de cimento:
