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Materiais de Construção I
Ligantes:
Principais propriedades físicas e químicas conferidas ao cimento portland pelos seus componentes:
• Tensões de rotura; • Calores de hidratação; • Resistência química.
Especificações do cimento portland.
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Principais propriedades físicas e químicas conferidas ao cimento portland pelos seus componentes minerológicos
Tensões de rotura
O silicato tricálcico é o componente responsavel pela elevada resistencia inicial dos cimentos.
09:02 3 As reacções dos componentes do cimento com água são exotérmicas, dependendo a quantidade de calor libertada do componente em contacto com a agua.
O processo respeita os seguintes passos:
• Período de pré-indução – um pequeno desenvolvimento de calor durante os primeiros minutos, devido à hidratação inicial do silicato tricálcico e à molhagem das partículas finas;
• Período de indução ou dormente – não há desenvolvimento de calor. Precede a reacção química da hidratação;
• Período de aceleração da hidratação – há um rápido desenvolvimento de calor que se inicia com o princípio de presa;
• Período de difusão controlada da hidratação – um desenvolvimento muito lento que continua durante semanas, meses e anos.
Os calores de hidratação têm particular importância quando se tratam de betonagens, de uma vez só, de grandes massas de betão (como é o caso de barragens), ou em peças em que qualquer das três dimensões é superior a 1 ou 2 metros.
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O silicato tricálcico possui a menor resistência química pois necessita de estar em contacto com soluções saturadas de hidróxido de cálcio criando assim condições para a formação de sulfoaluminato tricálcico expansivo, e para a reacção expansiva da sílica reactiva dos inertes com os álcalis do cimento.
O aluminato tricálcico é indesejável no cimento, pois, contribui pouco para a tensão de rotura, tem um desenvolvimento grande de calor ao reagir com a água, e, quando o cimento é atacado pelo ião sulfato, a expansão devida à formação do sulfoaluminato de cálcio a partir do aluminato pode levar a desintegração completa do betão, quando a reacção se dá num meio saturado de hidróxido de cálcio.
Mas a presença do aluminato é importante para e obter uma fase líquida durante a cozedura do clinquer (juntamente com o ferrato), o que facilita a formacao dos minerais principais para a resistencia do cimento.
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Especificações do cimento portland
Para ser aplicado com segurança, o cimento portland tem de possuir determinadas características impostas por normas que, embora com muitas características comuns, diferem de país para país.
A Norma de cimentos para Moçambique e a Norma NM NP EN 196 e 197. As características fixadas são de natureza Química,Física, Mecanica e Metodologias de Ensaio.
Resíduo Insolúvel
Designa-se assim a parte de cimento que não é solúvel a quente, e, em determinadas condições, no ácido clorídrico (HCl).
Este ensaio permite detectar o grau de combinação entre os diferentes componentes das matérias-primas (em princípio, calcário e argila) que entram na fabricação do cimento.
O teor de resíduo insolúvel é limitado pelas normas, não só para garantir a melhor combinação possível, mas também para evitar fraudes, como adição de substâncias inertes ao cimento, que, de outro modo, seria difícil detectar.
09:02 7 NM NP EN 196-1: 2000– Métodos de ensaio de cimento. Parte 1: Determinação das resistências mecânicas.
NM NP EN 196-2: 2000– Métodos de ensaio de cimento. Parte 2: Análise química dos cimentos.
NM NP EN 196-3: 2000– Métodos de ensaio de cimento. Parte 3: Determinação do tempo de presa e da expansibilidade.
NM NP EN 196-4: 2000– Métodos de ensaio de cimento. Parte 4: Determinação da quantitativa dos constituintes.
NM NP EN 196-5: 2005– Métodos de ensaio de cimento. Parte 5: Ensaio de pozolanicidade dos cimentos pozolânicos.
NM NP EN 196-6: 2005– Métodos de ensaio de cimento. Parte 6: Determinação da finura.
NM NP EN 196-7: 2000– Métodos de ensaio de cimento. Parte 7: Métodos de colheita e pré paração de amostras de cimento.
NM NP EN 196-21: 2000– Método de ensaio de cimentos. Determinação do teor em cloretos, dióxido de carbono e álcalis nos cimentos.
NM NP EN 197-1: 2005– Cimento. Parte 1: Composição, especificações e critérios de conformidade para cimentos correntes.
NM NP EN 197-2: 2006– Cimento. Parte 2: Avaliação da conformidade.
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Perda ao Rubro
É também uma característica normalizada. Define-se como a perda de massa a
1000oC.
Como o arrefecimento do clínquer, a sua moagem, ensacagem e diferentes manipulações que o cimento sofre até ser utilizado na betoneira são feitas em contacto com o ar, o vapor de água existente neste (humidade) vai sendo fixado pelos componentes do cimento, provocando reacções incipientes de hidratação nos mais vulneráveis.
A limitação da perda ao fogo garante que se não utilizará cimento envelhecido, sujeito já a uma hidratação superior à que lhe confere a manipulação corrente na fabricação, transporte e armazenagem.
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Óxido de magnésio
O MgO pernicioso está na forma cristalizada (periclase), e confere aos cimentos expansibilidade. O seu efeito faz-se sentir tardialmente (demorando semanas, meses ou mesmos anos), muito depois da entrega das obras.
A expansão provoca a diminuição ou desaparecimento da coesão, pelo menos no local em que se dá, o que pode por em perigo a resistência total da argamassa ou betão.
O teor de magnésia é limitado ao valor de 4,0%.
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Teor de Sulfatos (em % SO3)
A reacção do aluminato tricálcico (C3A) com água é instantânea e muito violenta, levando imediatamente a pasta de cimento a uma presa rápida, com resistência baixa.
Com adição de gesso natural (CaSO4.2H2O) forma-se um sal insolúvel com o aluminato, antes deste reagir com a água e com o hidróxido de cálcio, proveniente da rápida hidratação inicial do silicato tricálcico e de alguma cal livre – o sulfoaluminato de cálcio – podendo-se assim regular o tempo de presa.
Portanto, quanto mais rico é o cimento em aluminato tricálcico tanto maior é a quantidade de gesso que se lhe tende juntar.
Não se pode todavia aumentar muito o teor de gesso porque poderá formar-se o sulfoaluminato de cálcio expansivo, perigando a estrutura do cimento hidratado. Por isso, o teor máximo do sulfato, expresso em trióxido de enxofre, é limitado entre 4,0
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Expansibilidade
A presença da forma cristalizada do óxido de magnésio e da cal livre no cimento podem fragmentar e provocar a expansão do betão. Aqui preocupa a hidratacao tardia destes componentes.
Com o fim de determinar presença de quantidades perigosas de cal livre e magnésia cristalizadas, Le Châtelier imaginou um processo de promover a sua hidratação forçada e acelerada (em autoclave) colocando a pasta dentro de água a 100oC e medindo expansão
respectiva.
A expansão da pasta não deve exceder 10,0 mm, medida que representa a distância entre duas agulhas soldadas num cilindro onde se coloca a pasta.
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Presa
A determinação da presa do cimento é feita com base no Aparelho de Vicat. Neste ensaio, mede-se a resistência de uma pasta de cimento à penetração de uma agulha com 1 mm2 de secção, sob acção de um peso de 300 g.
Depois de o cimento ter sido misturado com água até a consistência normal (penetração da sonda de consistência igual a 6 ± 0,5 mm do fundo da taça que contém a pasta), enche-se um molde tronco-cónico, e diz-se que se atingiu o início de presa quando a agulha já não atravessa a pasta até ao fundo, ficando a cerca de 5 mm.
O fim de presa é determinado com uma agulha semelhante provida de um anel com 5 mm de diâmetro, de modo que a extremidade da agulha se projecta 0,5 mm além da aresta deste acessório. Atinge-se o fim de presa quando a agulha, poisada na superfície do bloco ensaiado, deixa a sua marca, sem que o acessório circular imprima qualquer sinal.
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Finura
A operação final na fabricação do cimento é a redução da mistura de clínquer e gesso a pó, de modo a aumentar a superfície do material em contacto com a água.
•Resíduo de peneiração – é o resíduo (resto ou massa retida) no peneiro com
malhas de 88 μm. O cimento não deve ter um resíduo superior a 10%.
• Superfície específica – é a área total das partículas por unidade de massa do
cimento. Pode-se determinar por vários métodos mas, o mais popular é o de Blaine, em que obriga-se um volume de ar a atravessar uma camada de pó, sob uma pressão variável, cuja a variação é constante para todos os cimentos em estudo. Determina-se o tempo que tal volume de ar leva a atravessar a camada, o que permite o conhecimento do coeficiente de permeabilidade. Daí, a partir de uma fórmula empírica, acha-se a superfície específica
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S
Um cimento com resistência 32,5 MPa tem S = 2500 cm2/g e, com 42,5 MPa tem S = 3000 cm2/g.
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Massa volúmica
É determinada com usualmente se mede a massa volúmica de um sólido, conhecendo a massa e medindo o seu volume através do deslocamento de um líquido (gasolina ou petróleo) num volumétrico apropriado (densímetro de Le Châtelier).
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Tensões de rotura
O valor do cimento é medido pela sua tensão de rotura, sendo a característica mais importante que deve possuir.
Os ensaios do ligante, feito em argamassa para diminuir as elevadas tensões internas na pasta de cimento, são de flexão e compressão; nos de flexão usam-se prismas de 4 x 4 x 16 cm e 10 cm de vão e uma carga concentrada de 1 a 5 kg, a meio vão, na máquina de Michaelis. Após a rotura por flexão, cada um dos pedaços do prisma é ensaiado à compressão.
A norma preconiza a existência de tres classes de resistencia do cimento, com resistências à compressão mínimas aos 28 dias de 30, 40 e 50 MPa.
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