Materiais e componentes do concretoPROF. M.SC FELIPE JOSÉ LOSADA REIS

Aglomerantes 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.

Cimento Cal

Aglomerantes 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.

Cimento Portland Produto constituído por silicatos aluminatos de cálcio, sem cal

livre, que, depois de hidratados, funcionam como uma cola que ligam as partículas de agregados entre si. Seu nome decorre de sua semelhança com as rochas encontradas na ilha de Portland (UK).

Como obter o cimento?Calcário

Argila

Minério de Ferro

Clínquer

Clínquer

Gesso

Cimento

Clínquer O clínquer tem como matérias-primas o calcário e a argila,

ambos obtidos de jazidas em geral situadas nas proximidades das fábricas de cimento.

A rocha calcaria é primeiramente britada, depois moída e em seguida misturada, em proporções adequadas, com argila moída.

A mistura formada atravessa um forno giratório cuja temperatura interna chega a alcançar 1450ºC.

O intenso calor transforma a mistura em um novo material, denominado clínquer, que se apresenta sob a forma de pelotas.

Na saída do forno o clínquer, ainda incandescente, é bruscamente resfriado para posteriormente ser finamente moído, transformando-se em pó.

Clínquer O clínquer em pó tem a peculiaridade de desenvolver uma reação química

em presença de água, na qual ele, primeiramente, torna-se pastoso e, em seguida, endurece, adquirindo elevada resistência e durabilidade. Essa característica adquirida pelo clínquer, que faz dele um ligante hidráulico muito resistente.

Gesso O gesso tem como função básica controlar o tempo de pega, ou seja o início do

endurecimento do clínquer moído.

Caso não se adicionasse o gesso à moagem do clínquer, o cimento, quando entrasse em contato com a água, endureceria quase que instantaneamente, o que inviabilizaria seu uso nas obras. Por isso a necessidade desta adição;

Gipsita (Sulfato de Cálcio)

Retardador de pega!

A quantidade adicionada é pequena:

em geral, 3% de gesso para 97% de clÌnquer, em massa.

Adições minerais São materiais mais ou menos silicosos finamente moídos com propriedades

pozolânicas (Ensaio de Pozolanicidade), adicionados ao cimento em substituição ao clínquer ou ao concreto em quantidades relativamente grandes, com o objetivo de modificar algumas de suas propriedades.

Exemplos Escória de alto forno

Silica Ativa

Metacaulim

Cinza da casca de arroz

Tecnologia!

Economia!

Meio ambiente!

Função dos componentes

CALCÁRIO e ARGILA: Formam o clinquer. (1t de clinquer 1,5 à 1,8 t de matéria-prima)

ÀLCALIS (variando de 12,5 a 14,0): Proteção da armadura (pH > 11,50)

GESSO ( 5%): Retardar o tempo de pega, inibindo suas reações químicas.

Processo de Produção do cimento

Cimento (resistência mecânica)

Principal responsável pelas propriedades mecânicas dos concretos e das argamassas de revestimento

Teor de cimento

Resistência de aderência

Menos deformáveis

(maior módulo de deformação)

Cimento ( FINURA ) Cimentos mais finos tendem a ser mais reativos, podendo alcançar altas

resistências mecânicas em 3 ou 4 dias, no entanto demandam mais água aumentando e deixando um alerta ao risco de surgimento de fissuras por retração.

Componente do cimento

Revisando!

Química no cimento Clinquer: 96%

silicato tricálcico (C3S): 20 a 70%

silicato bicálcico (C2S): 10 a 50 %

aluminato tricálcico (C3A): 5 a 20 %

ferro-aluminato tretracálcico (C4AF): 5 a 15%

- cal livre: 0 a 2%

Impurezas - magnésia: 0 a 7 %

- álcalis: 0 a 2 %

- outros óxidos (TiO2, P2O5, Mn2O3): 0 a 3 %

Sulfato de Cálcio: 4% a 5% (controlar a pega dos aluminatos que é muito rápida).

Resistência

Pega

C3S -Silicato tricálcio -Endurecimento rápido, alto calor de hidratação e alta resistência inicial, contribui para resistência inicial do concreto (especialmente até final do 1º mês)- (45-60%).

C2S -Silicato dicálcico - Endurecimento lento, baixo calor de hidratação e contribui para resistência principalmente a partir do final do 1º mês - (15-30%)

C3A - Aluminato tricálcico-Reação rapidíssima, altíssimo calor de hidratação, resistência muito baixa à ataque por sulfatos, contribui para resistência inicial (especialmente no 1º dia)- (6-12%).- É sensível ao ataque de sulfatos.

C4AF -Ferro Aluminato tretracálcico - Reação muito rápida, alto calor de hidratação, resistência desprezível, não contribuindo para resistência. (6-8%)

Hidratação do CP

Resistência à Compressão C3S -Silicato tricálcio -Endurecimento

rápido, alto calor de hidratação e alta resistência inicial, contribui para resistência inicial do concreto (especialmente até final do 1º mês)- (45-60%).

C2S -Silicato dicálcico - Endurecimento lento, baixo calor de hidratação e contribui para resistência principalmente a partir do final do 1º mês - (15-30%)

C3A - Aluminato tricálcico-Reação rapidíssima, altíssimo calor de hidratação, resistência muito baixa à ataque por sulfatos, contribui para resistência inicial (especialmente no 1º dia)- (6-12%).- É sensível ao ataque de sulfatos.

C4AF -Ferro Aluminato tretracálcico - Reação muito rápida, alto calor de hidratação, resistência desprezível, não contribuindo para resistência. (6-8%)

Tipos de cimento

cimento portland comum;

cimento portland composto;

cimento portland de alto-forno;

cimento portland pozolanico.

cimento portland de alta resistÍncia inicial;

cimento portland resistente aos sulfatos;

cimento portland branco;

Obs1 – Todos em conformidade com normas da ABNT

Cimentos Portland comuns e compostos

CP – CP I – cimento Portland comum e sem adições (NBR 5732) A partir dos bons resultados dessas conquistas e surgiu no mercado

brasileiro em 1991 um novo tipo de cimento, o cimento portland composto, cuja composição fica entre os cimentos portland comuns e os cimentos portland com adições.

São adequados para o uso em construções de concreto em geral quando não há exposição a substâncias químicas agressivas presentes no solo (sulfatos) ou em águas subterrâneas e não são exigidas propriedades especiais do cimento.

Cimentos Portland comuns e compostos

CP II Z , F e E (Cimento Portland Composto com Pozolana ou Fíler ou Escória) – NBR 11578 Calor de hidratação menor

Boa resistência ao ataque de sulfatos

Uso em obras correntes – argamassas e concretos

Cimento Portland Composto com Pozolana (CP II-Z)

Pode ser usado em obras em geral, subterrâneas, marítimas e industriais. O concreto feito com o CP II-Z se torna mais impermeável e, por isso, mais durável. Também serve para produção de argamassas, concreto simples, armado e protendido, elementos pré-moldados e artefatos de cimento.

Cimento Portland Composto com Escória (CP II-E)

Com adição de escória granulada de alto-forno, evita que a estrutura de concreto fissure por causa da alta temperatura de reação. Também permite produzir um concreto com resistência maior do que aquele feito com o cimento Portland comum.

Cimento Portland Composto com Fíler (CP II-F)

Com adição de fíler calcário, é recomendado para o preparo de argamassas de assentamento, de revestimento, argamassa armada, além de estruturas de concreto simples, armado, protendido e elementos pré-moldados e artefatos de concreto, pisos e pavimentos de concreto, solo-cimento, entre outros.

Cimentos Portland comuns e compostos

Tipos de Cimento

Cimentos Portland de Alto-Forno e Pozolânicos

Cimento Portland de Alto-Forno (CP III) – NBR 5735 Utilização em obras de barragens, concreto – massa, peças de grandes dimensões, obras

em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais.

Nas primeiras idades tem resistência menor que cimento comum.

A adição de escória de alto-forno confere maior impermeabilidade e durabilidade ao concreto, além de reduzir o calor de reação e proporcionar maior resistência química ao produto.

Concreto massa é qualquer volume de concreto moldado in situ, com dimensões de magnitude suficientes para exigir que sejam tomadas medidas para controlar a geração de calor e a variação de volume decorrente, a fim de minimizar a sua fissuração.

Cimentos Portland de Alto-Forno e Pozolânicos

Cimento Portland Pozolânico (CP IV) – NBR 5736

Com adição de pozolanas (cinzas volantes), é indicado para argamassas, concretos simples, armado e protendido sujeitos a lixiviação, elementos pré-moldados e artefatos de cimento, além de obras expostas à ação de água e ambientes agressivos (baixa permeabilidade).

Em casos de grande volume de concreto também oferece baixo calor de reação.

Nas primeiras idades tem resistência menor que o cimento comum, fata que inverte-se aproximadamente aos 90 dias.

A lixiviação é nociva ao concreto por várias razões: com a remoção de sólidos, ocorre redução na resistência mecânica do material e abre-se caminho para a entrada de gases e líquidos agressivos às armaduras e ao próprio concreto, além da penetração de água e oxigênio que normalmente redunda na corrosão de armaduras em peças de concreto armado ou concreto protendido.

Tipos de Cimento

Cimento de Alta Resistência Inicial

Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI) – NBR 5733

Usado para fabricar concretos que precisam adquirir resistência com rapidez. Com pouco mais de um dia de idade, o concreto feito com o CP V-ARI atinge a resistência à compressão que os concretos comuns levam até quatro semanas para alcançar.

O CP V-ARI é recomendado para o preparo de concreto e argamassa para produção de artefatos de cimento, em fábricas de blocos para alvenaria, pavimentação, tubos, lajes, meio-fio, mourões, postes, pré-moldados e pré-fabricados.

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Tipos de Cimento

O desenvolvimento da alta resistência inicial é conseguido pela utilização de uma dosagem diferente de calcário e argila na produção do clínquer, bem como pela moagem mais fina do cimento, de modo que, ao reagir com água, ele adquira elevadas resistências, com maior velocidade!

Cimento Portland Resistente à Sulfatos

De acordo com a norma NBR 5737, quaisquer um dos cinco tipos básicos (CP I, CP II, CP III, CP IV e CP V-ARI) podem ser considerados resistentes aos sulfatos, desde que obedeçam a pelo menos uma das seguintes condições:

teor de aluminato tricalcico (C3A) do clÌnquer e teor de adições carbonáticas de, no máximo, 8% e 5% em massa, respectivamente.

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. (cuidado!)

Outros Tipos de Cimento

Outros tipos de cimento

Cimentos Portland de Baixo Calor de Hidratação.

O aumento da temperatura no interior de grandes estruturas de concreto devido ao calor desenvolvido durante a hidratação do cimento pode levar ao aparecimento de fissuras de origem térmica, que podem ser evitadas se forem usados cimentos com taxas lentas de evolução de calor, os chamados cimentos portland de baixo calor de hidratação.

Os cimentos portland de baixo calor de hidratação, de acordo com a NBR 13116, são aqueles que geram até 260 J/g e 300 J/g aos 3 dias e 7 dias de hidratação, respectivamente, e podem ser qualquer um dos tipos básicos.

O ensaio é executado de acordo com a norma NBR 12006 - Determinação do Calor de hidratação pelo método da Garrafa de Langavant.

Resistência x Tipo de Cimento x Idade

Hidratação do cimento

Cimentos Portland + Água

REAÇÃO DE HIDRATAÇÃO

Compostos Hidratados

Sequência dos fenômenos físico-químicos

Aglomeração das partículas

Dissolução das fases anidras

Precipitação das fases hidratadas

Ligação entre as partículas

Efeito: Consolidação da mistura, desenvolvimento de resistência

mecânica

Do que depende a hidratação? Do clínquer

Dimensão do cristal, morfologia, textura, elementos substituintes, polimorfismo.

Teor relativo das fases C3S, C2S, C3A, C4AF.

Do cimento Teor de sulfato de cálcio (gesso)

Teor de adições

Finura – quanto menor o grão de cimento mais rápida é a hidratação

Formações de produtos e resistência da pasta

Como aumento a resistência da pasta??? Aumentando o teor

de silicatos que geram menos hidróxido de cálcio

Eliminar ao máximo os cristais Ca(OH)2

Diminuir o consumo de água

Diminuir ou eliminar os aluminatos

Zona de transição Área menos resistente do concreto

Presença de vazios (acúmulo de água por exudação)

Alta concentração de Ca(OH)

Presença de microfissuras

influencia diretamente no módulo de elasticidade e na durabilidade do concreto

Adições Minerais O uso de adições minerais na construção civil é anterior a inveção do

cimento, tendo iniciado no período de 1500 A.C. Grécia – material vulcânico – cinzas vulcânicas

Onde não havia este tipo de cinza, utilizavam a argila calcinada.

Dias atuais: Geração mundial da cinza da casca de arroz – 27 milhões de toneladas por

ano.

20 à 50% dos recursos naturais consumidos pela sociedade é em função da construção civil

Classificação das Adições Minerias Marterial pozolânico

NBR 12653 Material silico aluminoso que por si só tem pouca atividade cimentícia mas quando finamente

dividido e em contato com umidade reage com hidróxido de cálcio e forma compostos com propriedades cimentantes

Naturais – de origem vulcânica

Artificiais – materiais provenientes de tratamentos témicos

Material Cimentante Não necessita do hidróxido de cálcio, no entanto a auto-hidratação é lenta e a resistência é

baixa para fins estruturais.

Fíler Sem atividade química!

Efeito físico através da ação via pontos de nucleação para melhor hidratação do cimento

Efeito microfiler

Refinamento de estruturas de poros

Micro estrutura da zona de tranzsção

Adições pozolânicas e benefícios

Eliminação ou retardamento da RAA.

Maior Resistência ao ataque de águas naturais (sulfatos).

Menor Calor de hidratação.(exceto pozolanas de alta reatividade)

Maior Resistência à tração

Menor permeabilidade Permeabilidade

Melhora a reologia do concreto, no seu estado fresco.

Exemplos de adições minerais

Agregados

Material Granular sem forma e volume definidos, relativamente inertes, cujas dimensões permitem usá-los na construção civil.

Funções dos agregados

Econômica: diminuição do custo, material inerte. Técnica: Diminuir consumo de cimento Ocupam de 65 à 80% (concretos e argamassas)

Classificação Origem:

Naturais: Areia, Seixo, cascalho...

Artificiais Pedrisco, brita, argila expandida e resíduos urbanos e

industriais.

Quanto à dimensão: Agregado Graúdo – diâmetro máximo maior que

4,8mm Agregado Miúdo – diâmetro máximo menor ou igual

à 4,8 mm Fíler – material que passar na peneira 0,075mm

Classificação Quanto a forma:

Esférica – menor atrito e mais plasticidade Cúbica – Trabalháveis porém menos plásticas Lamelar – podendo atravessar grãos não lamelares pela

peneira, uso com restrições.

Jazidas

Jazida tipo leito de rio (FotoAnepac).

Pedreira típica para produção deagregado (Foto Anepac).

Seixo Rolado Generalidades:

Forma Arredondada - Movimento dos rios;

Maior trabalhabilidade;

Menor Aderência;

Possibilidade de reação Álcalis-agregado

Características do seixo usado em Belém: % média de areia maior de 15% em peso;

Grãos na faixa de 2,00 mm à 75 mm;

Diâmetros maiores de 25 mm são raros;

Diâmetros de 19 mm e 25 mm são predominantes;

Excesso de grãos na faixa de 9,5 à 19 mm.

Brita x Seixo

Impurezas

Coloidais – Não são elimináveis Não coloidais – são retiradas por lavagem

Materiais Orgânicos – retarda o endurecimento e diminui a resistência.

Materiais Pulverulentos – requer mais água e diminui a aderência.

Materiais Carbonosos – afeta trabalhabilidade e causa manchas.

Argila – prejudica a aderência e baixa tensão de ruptura.

Propriedades físicas dos agregadosMassa específica:

-Não inclui vazios. -Agregado miúdo: Frasco de Chapman -Agregado graúdo: NBR 9937

Massa unitária: -Inclui vazios. -Transforma de peso para volume -Ensaio: Uso de caixa (influenciado pela

compacidade).

Propriedades físicas dos agregados

Porosidade: Teor de umidade: -Massa de água absorvida pelo agregado. -É dado pela diferença de peso entre a amostra seca e

úmida, em % peso da amostra seca. - Teores de umidade na faixa de 4% a 9%, podendo chegar

a 12% nas estações mais chuvosas. - Nas condições ambientais de Belém, a Hmed aprox. 6,5%

Hsat aprox.,25%

GranulometriaAgregado Miúdo

Peneiras

(mm)

Massa

Retida (g)% Retida

% Retida

acumuladaMétodo de ensaio (NBR)

4.8 4,12 0 0

NBR NM 248 (2003)

2.4 8,32 1 1

1.2 34,44 3 5

0.6 173,95 17 22

0.3 535,69 54 76

0.15 221,53 22 98

<0.15 21,95 2 100

1000 100 -

Massa Específica 2,63 Kg/dm³ NBR NM 52 (2009)

Massa Unitária 1,44 Kg/dm³ NBR NM 45 (2006)

Módulo de Finura 2,02 mm NBR NM 248 (2003)

Dimensão Máxima 1,20 mm NBR NM 248 (2003)

Índice de Vazios (%) 45,25 NBR NM 45 (2006)

GranulometriaAgregado Graúdo Natural

Peneiras (mm)Massa Retida

(kg)% Retida

% Retida

acumulada

Método de ensaio

(NBR)

38 0 0 0

ABNT NBR NM 248

(2003)

25 0 0 0

19 3,5 35 35

12,5 4,36 44 79

9,5 0,44 4 83

4,8 0,48 5 88

Fundo 1,22 12 100

10 100 -

Massa Específica 2,59ABNT NBR NM 53

(2009)

Massa Unitária 1,56ABNT NBR NM 45

(2006)

Módulo de Finura 3,85ABNT NBR NM 248

(2003)

Dimensão Máxima 25 mmABNT NBR NM 248

(2003)

Índice de Vazios (%) 39,77 NBR NM 45 (2006)