Aula 3 - Asfalto e Cimento

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

AGLOMERANTES: MATERIAIS BETUMINOSOS E CIMENTO

Prof.ª Camila Vieira

Curso de Arquitetura e Urbanismo

• Definição

• Características

• Histórico

• Propriedades

• Classificação

• Principais aplicações

MATERIAIS BETUMINOSOS

DEFINIÇÃO

Betume é um aglomerante orgânico, sólido, semi-sólido ou líquido, que pode ocorrer na natureza ou ser

obtido por processo industrial.

Fontes de betume

• Rochas asfálticas: rochas sedimentares impregnadas com 10%

a 30% de asfalto;

• Asfaltos naturais: lagos ou depósitos de asfalto;

• A partir de óleos solventes removidos do petróleo cru, por

destilação ou evaporação, obtém-se o asfalto (fonte mais

utilizada hoje em dia).

CARACTERÍSTICAS

São adesivos e aglomerantes que dispensam o uso da água. Possuem uma viscosidade e certa rigidez

à temperatura ordinária, podem aglutinar e fazer aderir agregados formando argamassas e

concretos.

São hidrófugos, isto é, repelem a água. Isto

possibilita seu emprego em impermeabilização,

mas exigem agregados secos para garantirem a

aderência.

São sensíveis à temperatura, sendo facilmente fundidos e solidificados.

São termoplásticos, ou seja, não possuem ponto de fusão, amolecendo em temperaturas variadas.

• Vantagem: tornam-se ligantes simplesmente

aumentado a temperatura.

• Desvantagem: limita sua utilização em locais

com grande variação térmica.

CARACTERÍSTICAS

• São quimicamente inertes (inócuos), isto é, não interagem quimicamente com os agregados minerais

que lhe são adicionados como material de enchimento em diversas aplicações;

• São recicláveis, isto é, podem ser reaproveitados após o uso;

• Têm ductilidade variável e que pode ser afetada por exposição direta à luz solar;

• São materiais duráveis;

• Podem ser obtidos em grande quantidade por um preço relativamente barato.

CARACTERÍSTICAS

HISTÓRICO

O betume é um dos mais antigos materiais usados pelo homem, com utilização registrada por volta de

3000 a.C

Preparação das múmias: materiais de

base asfálticas eram predominantes.

Primeiras estradas na França, EUA e

Inglaterra – Século XIX.

Utilizadas em embarcações fenícias e na

construção de pirâmides.

HISTÓRICO

Civilizações asiáticas Romanos

Material cimentante em alvenarias,

colagem de objetos, impermeabilização

de pisos sagrados. Impermeabilização de piscinas.

PROPRIEDADES

Dureza

Um betuminoso muito duro, provavelmente terá pouca ductilidade e pode trincar sob baixas

temperaturas. Se for de baixa dureza, provavelmente, escorrerá em clima quente. Essa característica

é decisiva na fabricação ou uso de materiais betuminosos para impermeabilização.

Ponto de amolecimento

É uma temperatura de referência para preparo ou utilização dos betuminosos. Em geral, se situa na

faixa de 36ºC a 62ºC e acompanha a progressão da dureza.

Viscosidade

Chama-se viscosidade à resistência posta por um fluido à

deformação sob a ação de uma força. Como o ponto de

amolecimento, é propriedade de interesse à fabricação e aplicação

dos betuminosos.

Ductilidade

É uma propriedade relacionada à capacidade de deformação sem

fissuras.

PROPRIEDADES

Ponto de fulgor

• É importante para o manuseio dos betuminosos, porque logo acima do ponto de fulgor há o ponto

de combustão e, portanto, o perigo do material inflamar.

• No ponto de fulgor, os gases desprendidos do material e adjacentes à superfície se inflamam,

mesmo que seja temporariamente.

• Para segurança dos operários envolvidos na aplicação de materiais betuminosos, é recomendado

que a temperatura de aplicação seja sempre bem inferior à temperatura do ponto de Fulgor,

tendo como ordem de limite inferior 20ºC abaixo da referida temperatura.

PROPRIEDADES

CLASSIFICAÇÃO

Asfaltos – Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP)

Aglutinante betuminoso obtido pela refinação de petróleo, com características termoplásticas e

consistência variando de firme a duro.

Os CAP necessitam de aquecimento para

liquefazerem e permitirem operações de

mistura (concreto asfáltico), impregnação

(macadames) ou espalhamento.


CLASSIFICAÇÃO

• Muito utilizados em revestimentos viários;

• São aplicados como material aglomerante em concretos asfálticos e como matéria-prima dos mais

diversos produtos para impermeabilização e pavimentação;

• Atualmente, os CAP mais usados em impermeabilização são os CAP com dureza 85-100, 50-60 e

30-40, todos com ponto de amolecimento na faixa de 40-50ºC.


CLASSIFICAÇÃO

• A maioria das rodovias no Brasil são de revestimentos

asfálticos;

• ƒO CAP representa de 25 a 40% do custo da construção

do revestimento;

• ƒQuase sempre é o único elemento industrializado usado

nas camadas do pavimento;

• ƒEntre as razões da deterioração prematura de alguns

pavimentos, pode estar o uso de materiais inadequados

ou inutilizados no processo de construção (efeitos

térmicos, p. ex.).

Asfaltos modificados por polímeros

• Propriedades superiores aos CAP: menos sensibilidade à temperatura ambiente, maior

flexibilidade, trabalhabilidade e coesão;

• Em pavimentação são utilizados em situações extremas de magnitude, volume de tráfego e

condições ambientais;

CLASSIFICAÇÃO

Amostra de borracha moída

padrão de incorporação do asfalto

Amostra de Polímero SBS

(estireno, butileno, estireno)

Asfaltos líquidos

A Imprimação consiste na aplicação de uma camada de material betuminoso sobre a superfície de uma

base concluída, antes da execução de um revestimento betuminoso qualquer, objetivando:

• Aumentar a coesão da superfície da base, pela penetração do material betuminoso empregado;

• Impermeabilizar a base;

• Promover condições de aderência entre a base e o revestimento.

CLASSIFICAÇÃO

• A fase semi-sólida encontra-se dissolvida em óleos de grau de

volatilidade variado, conforme a cura (evaporação do solvente);

• Utilizados como imprimação de bases granulares de pavimentos.

Emulsões asfálticas

Aplicação de emulsão asfáltica sobre brita graduada

CLASSIFICAÇÃO

Misturas homogêneas de cimento asfáltico e

água com pequena quantidade de um agente

emulsificador, apresentando partículas

carregadas eletricamente ou neutras;

Facilidade e flexibilidade de aplicação em

temperatura ambiente, o que viabiliza a

aplicação do asfalto a frio;

Utilizados em substituição ou complemento ao

CAP.

Piches

CLASSIFICAÇÃO

• São asfaltos oxidados;

• Utilizados em serviços de impermeabilização devido à sua elevada viscosidade - pisos, degraus,

telhados, coberturas; selagem de juntas; fabricação de blocos para isolamento acústico.

Alcatrões

CLASSIFICAÇÃO

• Destilação de combustíveis sólidos originários de matéria

orgânica, madeira, carvão e turfa;

• Encontram emprego em misturas com outros polímeros ou fibras,

para uso como mastique (material de calafetação) ou material

de enchimento de juntas em saneamento, com excelente

resistência a agentes agressivos;

• Altas concentrações de hidrocarbonetos cancerígenos;

• Praticamente fora de uso.

PRINCIPAIS APLICAÇÕES

Pavimentação de rodovias

Concretos asfálticos a frio Empregado em emulsões asfáslticas


Pavimentação de rodovias

Concreto asfáltico usinado

a Quente - CAUQ (ou

CBUQ)

Mistura de pedras britadas, areia, material de enchimento,

CAP ou asfaltos modificados por polímeros;

Os materiais são aquecidos e misturados em usinas;

Após a redução da temperatura adquire resistência e

durabilidade compatíveis com seu emprego como camada

de rolamento e base de pavimento;

Impermeabilização

Mantas asfálticas

• São produtos à base de asfalto modificados com ou sem

armadura (véu ou tecido de reforço), impermeáveis,

fabricados em rolos, obtidos por calandragem, extensão ou

outros processos, destinados à impermeabilização.

• Podem ser aplicadas de forma aderida ou não ao substrato

(conforme a natureza das movimentações previstas para a

obra e características da manta).


Mantas asfálticas

As mantas possuem armaduras diversas (véu de fibra de vidro, polietileno, lâminas metálicas, filme de

polietileno externo, para evitar pegajosidade da manta enrolada) e acabamentos especiais para

proteção solar (escamas de ardósia ou lâmina de alumínio, em locais não transitáveis), bem como

resistência elevada para resistirem à penetração de raízes de árvores e outras solicitações

desfavoráveis.


Impermeabilização

Membranas asfálticas

São sistemas impermeabilizantes, moldados "in loco", com ou sem armadura e que têm o asfalto como

material impermeabilizante básico.

Podem ser feitas com asfaltos oxidados, soluções ou

emulsões asfálticas, sendo as duas últimas mais

utilizadas, pela facilidade de aplicação.



A absorção de água é maior nas membranas de emulsão asfáltica do que nas membranas de CAP.

A porosidade remanescente na membrana de emulsão, pela evaporação da água, é mais interligada

do que a remanescente em uma membrana de solução asfáltica ou de CAP endurecidos.



O local de aplicação pode

restringir o uso de um tipo de

membrana.

Em reservatórios de água o contato permanente com a água

pode reemulsionar a emulsão da membrana.

A solução asfáltica pode liberar voláteis nocivos ou a sua

concentração, pode causar incêndio, dependendo das

características de ventilação do reservatório


• Definição

• Constituintes

• Propriedades Físicas

• Propriedades Químicas

• Propriedades Mecânicas

• Classificação

CIMENTO PORTLAND

DEFINIÇÃO

Cimento Portland é o produto obtido pela pulverização do clinker constituído essencialmente de silicatos

hidráulicos de cálcio, com uma certa proporção de sulfato de cálcio natural, contendo, eventualmente,

adições de certas substâncias que modificam suas propriedades ou facilitam seu emprego.

Clinker é um produto de natureza granulosa,

resultante da calcinação de uma mistura

daqueles materiais, conduzida até a

temperatura de sua fusão incipiente.

CONSTITUINTES

Os constituintes fundamentais são:

• Cal (CaO)

• Sílica (SiO2)

• Alumina (Al2O3)

• Óxido de ferro (Fe2O3)

• Certa proporção de magnésia (MgO)

• Pequena porcentagem de anidrido sulfúrico (SO3)

95 a 96% do total de óxidos

Constituinte

fundamental

Origem % Papel desempenhado

CaO Calcário 60 a 67 • Principal componente

• Cal combinada: resistência mecânica

Sílica Argilas 15 a 17 • Combina com a cal resultando em

compostos mais importantes

Alumina Argilas 3 a 8 • Fundente, acelera pega e

reduz resistência a sulfatos

Óxido de ferro Argilas 0.5 a 6 • Fundente

Anidrido sulfúrico Gispsita 3 • Retardar a pega

Magnésia Calcário ou

Argila

0.1 a 6 • Não combinada é prejudicial

Álcalis (óxidos de

sódio e de potássio)

Calcário ou

Argila

0.5 a 1.3 • Fundentes e retardatores de pega

CONSTITUINTES

PROPRIEDADES FÍSICAS

Aspectos

Produto em pó: condição natural

Mistura de cimento e água: pasta

Mistura de pasta e agregado: argamassa


Propriedades Físicas

Densidade

Finura

Tempo de pega

Resistência

Exsudação

Finura

• Relacionada com o tamanho dos seus grãos;

• Governa a velocidade de reação do cimento e influi em outras qualidades;

• Pode ser determinada durante o processo de fabricação, e também em

ensaios de recepção.

NBR 11579

Tamanho máximo dos grãos

Superfície específica dos grãos

Avaliação


Finura


Aumento da finura

• Melhora a resistência, principalmente nas 1ª idades

• Diminui a exsudação e outros tipos de segregação

• Aumenta a impermeabilidade

• Aumenta a trabalhabilidade

• Aumenta a coesão dos concretos

• Diminui a expansão em autoclave


Finura

A exsudação é a separação espontânea da água da mistura, que naturalmente aflora devido à

diferença de densidade entre o cimento e a água e, também, pelo grau de permeabilidade da

pasta.

Conduz a uma heterogeneidade indesejável.


Finura

A coesão nos concretos e argamassas frescas é responsável pela estabilidade mecânica dos mesmos,

antes do início da pega, e é medida pelo valor de resistência do cisalhamento.


Tempo de pega

Evolução das propriedades físicas da pasta em consequência do

processo químico de hidratação

Inicia no momento em que a pasta adquire certa consistência que a

torna imprópria para um trabalho


Tempo de pega

Processo de hidratação

Aglutinação dos grãos de cimento em suspensão

Floculação

Formação de um esqueleto sólido

Estabilidade da estrutura geral

Endurecimento responsável pelas qualidades mecânicas

A pega é a primeira fase do processo de hidratação, sendo o endurecimento a segunda.


Caracterização determinar o tempo de início e fim da pega

Importância tempo de aplicação do material (argamassas e concretos).

Cimento composto

Início: no mínimo 1 hora

Fim: no máximo 10 horas

Tempo de pega


Tempo de pega

Os ensaios são feitos com o aparelho de Vicat, que mede a resistência à penetração de uma agulha

na pasta de cimento.


Pasta de cimento

Quando se deseja acelerar ou retardar o tempo de pega usa-se aditivos químicos.


Resistência

Determinada pela ruptura à compressão de corpos-de-prova realizados com argamassa.

Os corpos-de-prova são cilindros de 10 cm de altura e 5 cm de diâmetro.


Propriedades Químicas

Estabilidade de volume

Calor de hidratação

Resistência aos agentes agressivos

Reação álcali-agregado

PROPRIEDADES QUÍMICAS

Estabilidade de volume

Ligada a expansões volumétricas indesejáveis que possam ocorrer após o endurecimento, sendo

resultado da hidratação da cal e da magnésia livres e expansão do C3A.

A presença de CaO livre resulta de temperaturas superiores a 900°C durante a fabricação do

clínquer, sendo resultante de excesso deste composto ou falta de controle durante o processo de

fabricação.


Calor de hidratação

É importante o estudo do desenvolvimento do calor

durante a hidratação do cimento em obras de

grande volume de concreto.

A elevação de temperatura pode levar a fissuras de

contração ao ocorrer o resfriamento da massa de

concreto.


Resistência aos agentes agressivos

O concreto e as argamassas podem estar em contato com água, solo ou ar contendo elementos

nocivos ao cimento.

• águas puras dissolvendo o hidróxido de cálcio;

• águas ácidas atacando a cal, enfraquecendo o cimento;

• água do mar: o sulfato cálcio reage com o aluminato e o

cloreto de sódio aumenta a solubilidade da cal.


Reação álcali agregado

• É uma reação envolvendo os álcalis do cimento e sílica hidratada presente em alguns agregados;

• Esta reação resulta em produtos gelatinosos com aumento de volume, trazendo fissuras e grande

risco para a durabilidade do concreto.

Barragem Fundação


PROPRIEDADES MECÂNICAS

A resistência mecânica do cimento pode ser traduzida pela resistência à compressão, obtida pela

ruptura de corpos de prova de argamassa.

Varia com a forma e dimensões do corpo-de-prova, o traço da argamassa, a consistência da

argamassa e o tipo de areia.

No Brasil é adotado o corpo-de-prova em forma cilíndrica com 5 cm de diâmetro e 10 cm de altura.

O traço da argamassa é de 1:3 em massa, com a quantidade de água também determinado em

norma técnica (150 ml para 312 g de cimento).

Os corpos-de-prova ficam 24 h nos moldes, em

câmara úmida, após são desmoldados e imersos

em água até a idade de rompimento. Esta pode

ser: 1 dia; 3 dias; 7 dias; 14 dias; 28 dias. A

idade de referência para os cimentos é de 28

dias.

PROPRIEDADES MECÂNICAS

CLASSIFICAÇÃO

Hoje o cimento portland é normalizado e existem onze tipos no mercado:

• CP I – Cimento portland comum

• CP I-S – Cimento portland comum com adição

• CP II-E– Cimento portland composto com escória

• CP II-Z – Cimento portland composto com pozolana

• CP II-F – Cimento portland composto com fíler

• CP III – Cimento portland de alto-forno

• CP IV – Cimento portland Pozolânico

• CP V-ARI – Cimento portland de alta resistência inicial

• RS – Cimento Portland Resistente a Sulfatos

• BC – Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação

• CPB – Cimento Portland Branco

CLASSIFICAÇÃO

Cimento Portland comum (CP-I)

O CP-I, é o tipo mais básico de cimento Portland, indicado para o uso em construções que não

requeiram condições especiais e não apresentem ambientes desfavoráveis como exposição à águas

subterrâneas, esgotos, água do mar ou qualquer outro meio com presença de sulfatos.

A única adição presente no CP-I é o gesso (cerca de 3%, que também está presente nos demais tipos

de cimento Portland).

O gesso atua como um retardador de pega, evitando a reação imediata da hidratação do cimento.

A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5732.

CLASSIFICAÇÃO

Cimento portland composto com escória (CP II-E)

Os cimentos CP II são ditos compostos pois apresentam, além da sua composição básica

(clínquer+gesso), a adição de outro material.

O CP II-E, contém adição de escória granulada de alto-forno, o que lhe confere a propriedade de

baixo calor de hidratação.

O CP II-E, é recomendado para estruturas que exijam um desprendimento de calor moderadamente

lento. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 11578

CLASSIFICAÇÃO

Cimento portland composto com pozolana (CP II-Z)

O CP II-Z contém adição de material pozolânico que varia de 6% à 14% em massa, o que confere

ao cimento menor permeabilidade, sendo ideal para obras subterrâneas, principalmente com

presença de água, inclusive marítimas.

CLASSIFICAÇÃO

Cimento portland de alto-forno (CP III)

O cimento portland de alto-forno contém adição de escória no teor de 35% a 70% em massa, que

lhe confere propriedades como: baixo calor de hidratação, maior impermeabilidade e durabilidade.

Recomendado tanto para obras de grande porte e agressividade (barragens, fundações de

máquinas, obras em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos,

esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reativos, obras submersas, pavimentação de

estradas, pistas de aeroportos, etc) como também para aplicação geral em argamassas de

assentamento e revestimento, estruturas de concreto simples, armado ou protendido, etc.

CLASSIFICAÇÃO

Cimento portland de alta resistência inicial (CP V-ARI)

O CP V-ARI assim como o CP-I não contém adições (porém pode conter até 5% em massa de material

carbonático).

O CP V-ARI é produzido com um clínquer de dosagem diferenciada de calcário e argila se

comparado aos demais tipos de cimento e com moagem mais fina. Esta diferença de produção

confere a este tipo de cimento uma alta resistência inicial do concreto em suas primeiras idades,

podendo atingir 26MPa de resistência à compressão em apenas 1 dia de idade. É recomendado o

seu uso, em obras onde seja necessário a desforma rápida de peças de concreto armado. A norma

brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5733.

FIM DA AULA

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