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Aglomerantes
1. Definição e Uso
Aglomerante é o material ativo, ligante, em geral pulverulento, cuja principal função é formar uma pasta que promove a união entre os grãos do agregado. São utilizados na obtenção das argamassas e concretos, na forma da própria pasta e também na confecção de natas.
As pastas são, portanto, misturas de aglomerante com água. São pouco usadas devido aos efeitos secundários causados pela retração. Podem ser utilizadas nos rejuntamentos de azulejos e ladrilhos.
As natas são pastas preparadas com excesso de água. As natas de cal são utilizadas em pintura e as de cimento são usadas sobre argamassas para obtenção de superfícies lisas.
As argamassas e os concretos serão estudados nos capítulos seguintes.
2. Classificação dos Aglomerantes
Os aglomerantes podem ser classificados, quanto ao seu princípio ativo, em:
aéreos: são os aglomerantes que endurecem pela ação química do CO2 no ar, como por exemplo a cal aérea.
hidráulicos: são os aglomerantes que endurecem pela ação exclusiva da água, como por exemplo a cal hidráulica, o cimento Portland, etc. Este fenômeno recebe o nome de hidratação.
poliméricos: são os aglomerantes que tem reação devido a polimerização de uma matriz.
3. Conceito de Pega
Pega é a perda de fluidez da pasta. Ao se adicionar, por exemplo, água a um aglomerante hidráulico, depois de certo tempo, começam a ocorrer reações químicas de hidratação, que dão origem à formação de compostos, que aos poucos, vão fazendo com que a pasta perca sua fluidez, até que deixe de ser deformável para pequenas cargas e se torne rígida.
Início de pega de um aglomerante hidráulico é o período inicial de solidificação da pasta. É contado a partir do lançamento da água no aglomerante, até ao início das reações químicas com os compostos do aglomerante. Esse fenômeno é caracterizado pelo aumento brusco da viscosidade e pela elevação da temperatura da pasta.
Fim de pega de um aglomerante hidráulico é quando a pasta se solidifica completamente, não significando, entretanto, que ela tenha adquirido toda sua resistência, o que só será conseguido após anos.
A determinação dos tempos de início de e de fim de pega do aglomerante são importantes, pois através deles pode-se ter idéia do tempo disponível para trabalhar, transportar, lançar e adensar argamassas e concertos, regá-los para execução da cura, bem como transitar sobre a peça.
Com relação ao tempo de início de pega os cimentos brasileiros se classificam em:
• cimentos de pega normal tempo > 60 minutos
• cimentos de pega semi-rápida 30 minutos < tempo < 60 minutos
• cimentos de pega rápida tempo < 30 minutos
No caso dos cimentos de pega normal, o fim da pega se dá, de cinco a dez horas depois do lançamento da água ao aglomerante. Nos cimentos de pega rápida, o fim da pega se verifica poucos minutos após o seu início.
4. Cal
É o produto obtido pela calcinação de rochas calcárias a temperaturas elevadas.
Existem três tipos de cales: cal aérea (cal virgem e cal hidratada) e a cal hidráulica.
4.1. Cal Virgem
É o aglomerante resultante da calcinação de rochas calcárias (CaCO3) numa temperatura inferior a de fusão do material (850 a 900 0C).
Além das rochas calcárias, a cal também é obtida de resíduos de ossos e conchas de animais.
O fenômeno ocorrido na calcinação do calcário é o seguinte:
Ca CO3 + calor (900 0C) ⇒ Ca O + CO2
Calcário + calor ⇒ cal virgem + gás carbônico
O produto que se obtém com a calcinação do carbonato de cálcio recebe o nome de cal virgem, ou cal viva (CaO), que ainda não é o aglomerante usado em construção. O óxido deve ser hidratado para virar hidróxido de cálcio Ca(OH)2 denominado de cal extinta ou cal queimada.
CaO + H2O => Ca (OH)2
Cal virgem + água => Cal extinta + calor
O processo de hidratação da cal virgem é executado no canteiro de obras. As pedras são colocadas em tanques onde ocorre a sua extinção ao se misturarem com a água. O fenômeno de transformação de cal virgem em cal extinta é exotérmico, isto é, se dá com grande desprendimento de calor (250 cal/g, podendo em alguns casos a temperatura atingir 400 0C), o que torna o processo altamente perigoso.
Após a hidratação das pedras, o material deverá descansar por 48 horas no mínimo, antes de ser utilizado na obra.
As argamassas de cal, inicialmente, têm consistência plástica, mas endurecem por recombinação do hidróxido com o gás carbônico, presente na atmosfera (daí o nome cal aérea), voltando ao seu estado inicial de carbonato de cálcio.
Ca (OH)2 + CO2 ⇒ CaCO3 + H2O
Cal extinta + gás carbônico ⇒ Carbonato de cálcio + água
A cal viva ou cal virgem é distribuída no comércio em forma de pedras, como saem do forno ou mesmo moídas e ensacadas.
4.2. Cal Hidratada
Cal hidratada é um produto manufaturado que sofreu em usina o processo de hidratação. É apresentada como um produto seco, na forma de um pó branco de elevada finura. A cal é encontrada no mercado em sacos de 20 kg.
A cal hidratada oferece sobre a cal virgem algumas vantagens, entre elas:
• maior facilidade de manuseio, por ser um produto pronto, eliminando do canteiro de obras a operação de extinção;
• maior facilidade de transporte e armazenamento.
4.3. Cal Hidráulica
Este tipo de cal é um aglomerante hidráulico, ou seja endurece pela ação da água, e foi muito utilizado nas construções mais antigas, sendo posteriormente, substituído pelo cimento Portland.
4.4. Aplicação da Cal
A cal pode ser utilizada como único aglomerante em argamassas para assentamento de tijolos ou revestimento de alvenarias ou em misturas para a obtenção de blocos de solo/cal, blocos sílico/calcário e cimentos alternativos.
Durante muito tempo a cal foi largamente empregada em alvenarias, que vêm atravessando muitos séculos de vida útil. Atualmente o maior emprego da cal se dá, misturada ao cimento Portland.
Por causa da elevada finura de seus grãos (2 µm de diâmetro), e conseqüente capacidade de proporcionar fluidez, coesão (menor suscetibilidade à fissuração) e retenção de água, a cal melhora a qualidade das argamassas. A cal confere uma maior plasticidade as pastas e argamassas, permitindo que elas tenham maiores deformações, sem fissuração, do que teriam com cimento Portland somente. As argamassas de cimento, contendo cal, retêm mais água de amassamento e assim permitem uma melhor aderência.
A cal também é muito utilizada, dissolvida em água para pinturas, na proporção de mais ou menos 1,3 gramas por litro de água. A esta solução chama-se nata de cal e sua utilização é conhecida como caiação. As tintas de cal, além do efeito estético, têm, também, efeito asséptico, devido a sua alta alcalinidade (PH alto).
5. Gesso
5.1. Definição
Dos aglomerantes utilizados na construção civil, o gesso é o menos utilizado no Brasil.
No entanto, ele apresenta características e propriedades bastante interessantes, dentre as quais, pode-se citar o endurecimento rápido, que permite a produção de componentes sem tratamento de aceleração de endurecimento. A plasticidade da pasta fresca e a lisura da superfície endurecida são outras propriedades importantes.
O gesso é um aglomerante de pega rápida, obtido pela desidratação total ou parcial da gipsita, seguido de moagem e seleção em frações granulométricas em conformidade com sua utilização. A gipsita é constituída de sulfato de cálcio mais ou menos impuro, hidratado com duas moléculas de água. As rochas são extraídas das jazidas, britadas, trituradas e queimadas em fornos.
CaSO4 + 2H2O
De acordo com a temperatura do forno o sulfato de cálcio bi-hidratado se transforma em três diferentes substâncias:
1ª Fase - gesso rápido ou gesso estuque
(CaSO4 + 2H2O) + calor = 150 0C ⇒ (CaSO4 + ½ H2O) 2ª Fase - gesso anidro solúvel
(CaSO4 + 2H2O) + 150 0C < calor < 300 0C ⇒ CaSO4 3ª Fase - gesso anidro insolúvel
(CaSO4 + 2H2O) + Calor > 300 0C ⇒ CaSO4
O gesso é um aglomerante de baixo consumo energético. Enquanto a temperatura para processamento do cimento Portland é da ordem de 1450 0C, a da cal entre 800 e 1000 0C, a do gesso não ultrapassa 300 0C.
As propriedades aglomerantes do gesso devem-se à hidratação do sulfato de cálcio semi-hidratado e do sulfato de cálcio solúvel que reconstituem o sulfato de cálcio bi- hidratado.
5.2. Aplicações do Gesso
Devido a sua principal característica, o rápido endurecimento, o gesso presta-se à moldagem. Quanto a suas principais aplicações destacam-se:
• material de revestimento (estuque);
• placas para rebaixamento de teto (forro);
• painéis para divisórias;
• elementos de ornamentação, como: sancas, florões, etc.
6. Cimento Portland 6.1. Definição
Cimento Portland é a denominação técnica do material usualmente conhecido na construção civil como cimento. O cimento Portland foi criado e patenteado em 1824, por um construtor inglês, chamado Joseph Aspdin. Naquela época, era moda na Inglaterra construir com uma pedra, de cor acinzentada, originária da ilha de Portland, situada ao sul do país.
Como o resultado da invenção de Aspdin se assemelhava, na cor e na dureza a pedra de Portland, foi patenteada com o nome de cimento Portland.
O cimento é um pó fino com propriedades aglutinantes, que endurece sob ação da água, sendo, portanto, um aglomerante hidráulico. Depois de endurecido, mesmo sob ação da água, não se decompõe mais.
O cimento é hoje, sem dúvida, o mais importante dos aglomerantes, sendo de fundamental importância conhecer bem suas propriedades, para poder aproveitá-las da melhor forma possível.
6.2. Composição do Cimento Portland
O cimento Portland é composto de clínquer, com adições de substâncias que contribuem para suas propriedades ou facilitam o seu emprego. Na realidade, são as adições que definem os diferentes tipos de cimento.
O clínquer, tem como matérias-primas o calcário e a argila. A rocha calcária é primeiramente britada, depois moída e em seguida misturada, em proporções adequadas, com argila, também moída. Essa mistura atravessa então, um forno giratório, cuja temperatura interna chega a alcançar 1450 0C, atingindo uma fusão incipiente. Esse calor é que transforma a mistura, no clínquer, que se apresenta primeiramente na forma de pelotas. Na saída do forno, o clínquer ainda incandescente é bruscamente resfriado, e finamente moído, transformando-se em pó. Na Figura 2 é apresentada o esquema de fabricação do cimento Portland.
No clínquer em pó está a essência do cimento, pois é ele quem tem a característica de desenvolver uma reação química, na presença da água, cujas conseqüências físicas, são, primeiramente, tornar-se pastoso, portanto moldável e, em seguida endurecer, adquirindo elevada resistência e durabilidade.
Detalhando um pouco, podemos dizer que a mistura moída de calcário e argila ao atingir a fusão incipiente (±30% de fase líquida), apresenta reações entre o carbonato de cálcio (CaCO3), presente no calcário e os diversos óxidos (SiO2, Al2O3, Fe2O3, etc.) presentes
na argila, formando silicatos e aluminatos, que apresentam reações de hidratação, podendo, então, o material resultante apresentar resistência mecânica.
Os principais silicatos formados na calcinação do calcáreo e da argila, são:
• silicato dicálcico 2CaO.SiO2 (C2S)
• silicato tricálcico 3CaO.SiO2 (C3S)
• aluminato tricálcico 3CaO.Al2O3 (C3A)
• ferro aluminato tetracálcico 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF)
FIGURA 2 – Fabricação do cimento Portland. (ABCP)
A mistura de cimento e água forma uma solução alcalina de PH entre 11 e 13, na qual os silicatos se solubilizam, saturando a solução e se depositando, na forma de hidratados insolúveis que formam cristais que se entrelaçam, tomando a mistura a forma de um sólido.
Os teores médios dos componentes dos cimentos brasileiros são dados na Tabela 2.
TABELA 2 - Teores médios dos componentes dos cimentos brasileiros.
Componente Percentual
3CaO.SiO2 (C3S) 42 a 60%
2CaO.SiO2 (C2S) 14 a 35%
3CaO.Al2O3 (C3A) 06 a 13%
4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF) 05 a 10%
SO3 1,0 a 2,3%
MgO 0,8 a 6,0%
K2O – Na2O 0,5 a 1,5%
TiO2 – Mn3O4 - P2O5 Traços
A Figura 3, a seguir, mostra o comportamento mecânico dos componentes hidratáveis do cimento.
FIGURA 3 - Comportamento mecânico dos compostos de cimento (Petrucci, 1979).
Analisando a figura anterior verifica-se que:
a) o silicato tricálcico (C3S) é o maior responsável pela resistência em todas as idades, especialmente no primeiro mês de vida;
b) o silicato dicálcico (C2S) é o maior responsável pelo ganho de resistência em idades mais avançadas, principalmente, após um ano de idade;
c) o aluminato tricálcico (C3A) contribui para ganhos de resistência especialmente no primeiro dia;
d) o ferro aluminato tetracálcico (C4AF) pouco contribui para a resistência do cimento; e e) o silicato tricálcico (C3S) e o aluminato tricálcico (C3A) muito contribuem para a liberação do calor de hidratação do cimento, devido ao grande ganho de resistência que apresentam no 10 dia.
As adições são as outras matérias-primas, que misturadas ao clínquer na fase de moagem, fazem com que se obtenha os diversos tipos de cimento Portland disponíveis no mercado. As principais matérias-primas adicionadas ao clínquer são: o gesso, as escórias de alto-forno, os materiais pozolânicos e os materiais carbonáticos.
A contribuição de cada uma destas adições, às propriedades finais do cimento podem ser resumidas da seguinte forma:
• gesso: tem como função básica regular o tempo de pega do cimento;
• escória de alto-forno: é o subproduto obtido durante a produção de ferro-gusa nas indústrias siderúrgicas, resultante do processo de fusão do minério de ferro, com cal e carvão. A escória se separa do ferro gusa por diferença de densidade. Quimicamente, é composta de uma série de silicatos que ao serem adicionados ao clínquer do cimento, são capazes de sofrer reações de hidratação e posterior endurecimento. A adição de escória contribui para a melhoria de algumas propriedades do cimento, como, por exemplo, a durabilidade e a resistência à agentes químicos;
• materiais pozolânicos: são rochas vulcânicas ou matérias orgânicas fossilizadas encontradas na natureza, certos tipos de argilas queimadas em elevadas temperaturas e derivados da queima de carvão mineral nas usinas termelétricas, entre outros. Esses materiais, também apresentam propriedades ligantes, se bem que de forma potencial (para que passem a desenvolver a propriedade de ligante não basta a água, é necessária a presença de mais um outro material, por exemplo o clínquer). O cimento com adição desse material apresenta a vantagem de conferir maior impermeabilidade as misturas com ele produzidas;
• materiais carbonáticos: são minerais moídos e calcinados. Contribui para tornar a mistura mais trabalhável, servindo como um lubrificante entre as partículas dos demais componentes do cimento.
6.3. Principais Tipos de Cimento Portland
Existem vários tipos de cimento Portland, cuja diferença é feita basicamente em função das adições das matérias-primas, vistas anteriormente, que entram na composição final do cimento. Conforme estas adições as características e propriedades dos cimentos variam, influenciando seu uso e aplicação.
A designação dos cimentos é feita de acordo com o teor de seus componentes (% em massa). As últimas revisões das especificações brasileiras, realizadas pela ABNT, modificaram algumas das designações dos cimentos Portland fabricados no Brasil.
Além de existirem vários tipos de cimento, existem, também, diferentes classes de cimento. A classe do cimento define a resistência à compressão que o cimento tem que atingir aos 28 dias.
6.3.1. Designação dos Cimentos
Os principais tipos de cimento Portland oferecidos no mercado, ou seja, mais empregados nas diversas obras de construção civil, são a seguir apresentados pelas suas designações e siglas (códigos adotados para identificação, inclusive na sacaria):
• CIMENTO PORTLAND COMUM
CP I - Cimento Portland Comum
CP I-S - Cimento Portland Comum com Adição
• CIMENTO PORTLAND COMPOSTO
CP II-E - Cimento Portland Composto com Escória CP II-Z - Cimento Portland Composto com Pozolana CP II-F - Cimento Portland Composto com Fíler
• CIMENTO PORTLAND DE ALTO-FORNO CP III
• CIMENTO PORTLAND POZOLÂNICO CP IV
• CIMENTO PORTLAND DE ALTA RESISTÊNCIA INICIAL CP V - ARI
• CIMENTO PORTLAND RESISTENTE À SULFATOS
São designados pela sigla original de seu tipo acrescida de RS Por exemplo: CP V - ARI RS
