PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS

Goiânia - 2016

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

Disciplina: MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL - I

Código: ENG1071

Tópico: AULA 3 – Cimento Portland

Curso: Engenharia Civil

Professor: Elias Rodrigues Liah, Engº Civil, Me.

CIMENTO PORTLAND

CIMENTO PORTLAND

CIMENTO PORTLAND

CIMENTO PORTLAND

CIMENTO PORTLAND

CIMENTO PORTLAND

CIMENTO PORTLAND

CIMENTO PORTLAND

Pode-se representar as reações que ocorrem, da seguinte

forma:

CaO + SiO2 ----- > 3CaO.SiO2 (C3S)

CaO + SiO2 ----- > 2CaO.SiO2 (C2S)

CaO + Al2O3 ----- > 2CaO.Al2O3 (C3A)

CaO + Fe2O3 + Al2O3 ----- > 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF)

Pega: refere-se à mudança do estado fluido para um

estado rígido.

Endurecimento: Refere-se ao aumento de resistência de

uma pasta de cimento após a pega.

CSH: Silicato de Cálcio Hidratado - Ca2SiO4.H2O;

É importante que o cimento desenvolva tanto quanto possível

CSH, do ponto de vista da resistência. Compreende cerca de

70% em peso do cimento hidratado.

Ferroaluminato tetracálcico – C4AF

• Inicia a reação de hidratação em alguns minutos após

o amassamento;

• Tem pega rápida, mas não instantânea.

• Desenvolve pequena resistência inicial e final;

• Libera pouco calor de hidratação;

• Possui ótima resistência ao ataque de águas

agressivas e sulfatos.

• As reações de hidratação do Cimento Portland são um processo

exotérmico;

• A quantidade de calor liberada chama-se calor de hidratação → H;

• Aumento de H: ↑ quantidade de C3S e C3A e cimento mais fino;

• Diminuição de H: adição de escórias, pozolanas e cinzas volantes, as

quais aumentam o tempo de pega do cimento e fixam a cal livre existente

adição de um retardador de endurecimento;

• 50% do calor potencial liberado é liberado nos 3 primeiros dias, e 90%

nos 3 primeiros meses de hidratação

• A água é um dos ingredientes essenciais do concreto, que preenche

duas funções básicas: uma função física, que consiste em dar ao concreto

as propriedades reológicas exigidas (trabalhabilidade), e uma química,

que consiste em produzir as reações de hidratação.

• O concreto ideal deveria conter somente água suficiente para

desenvolver a resistência máxima do cimento, ao mesmo tempo provendo

as propriedades reológicas necessárias ao lançamento.

• As partículas de cimento, devido suas muitas cargas de superfície não

saturadas, têm uma forte tendência a flocular, quando em contato com

um líquido tão polar como a água.

• Assumir uma tal estrutura floculada implica que as partículas de

cimento aprisionem uma certa quantidade de água dentro dos flocos e

que essa água fique então indisponível para lubrificar a mistura.

• Para dar um certo nível de trabalhabilidade ao concreto quando some

cimento e água são usados (sem aditivos químicos), é necessário usar

mais água do que seria necessário para hidratar todas as partículas de

cimento por completo;

• Essa água adicional, a qual nunca será ligada a qualquer partícula de

cimento, gera porosidade dentro da pasta hidratada de cimento e resulta

em enfraquecimento das propriedades mecânicas do concreto e diminui

sua durabilidade.

• Como é impossível fabricar um cimento Portland que não flocule, para

melhorar a hidratação é necessário encontrar aditivos químicos capazes

de reduzir a tendência natural à floculação e, assim, reduzir a

quantidade de água de mistura exigida.

Outros tipos de Cimento Portland:

Cimento Portland Resistente a Sulfatos – RS – NBR 5737;

Cimento Portland com Baixo calor de Hidratação – BC – NBR 13116;

Cimento Portland Branco – CPB – Estrutural e Não estrutural – NBR

12989;

Cimento Portland para poços Petrolíferos CPP – NBR 9831.

• Observações:

• Possuem 3 classes de resistência à compressão (aos 28 dias): 25, 32 e 40 MPa;

• O CPIV possui apenas as classes 25 e 32 MPa;

• O CPV não possui classe de resistência, pois a norma especifica sua

resistência à compressão aos 1, 3 e 7 dias;

• O Cimento Portland Branco não estrutural não possui classe de resistência.

CIMENTO PORTLAND

Escória de alto-forno:

Não é propriamente um material Pozolânico. “Resíduo não metálico da produção de ferro gusa. Quando

resfriada bruscamente (granulada) possui propriedades aglomerantes.”

A escória líquida é transportada para os granuladores, que são equipamentos onde ela é resfriada bruscamente por meio de jatos de água sob alta pressão. Não havendo tempo suficiente para formação de cristais, essa escória se granula "vitrificando" e recebe o nome de Escória Granulada de Alto-Forno.”

A característica mais importante da Escória Granulada de Alto-Forno é sua capacidade hidráulica potencial, que permite que, quando moída e em contato com a água, ela endureça (propriedade cimentante), podendo substituir o clínquer, material utilizado tradicionalmente na fabricação de cimentos compostos.”

CIMENTO PORTLAND

Escória de Alto-Forno

CIMENTO PORTLAND

Pozolana:

Pozolanas são substâncias naturais ou artificiais de composição essencialmente silicosa ou sílico-aluminosa que, por si sós, não possuem atividade hidráulica, mas quando finamente moídas reagem com o hidróxido de cálcio na presença de umidade e à temperatura ambiente para formar compostos com propriedades ligantes.

CIMENTO PORTLAND

Materiais pozolânicos: Cinza Volante, pozolanas

artificiais (argila calcinada moída), Metacaulim,

Sílica Ativa.

Cinza volante: “material finamente particulado

proveniente da queima de carvão pulverizado em

usinas termoelétricas, com o objetivo de gerar

energia”.

CIMENTO PORTLAND

Materiais Carbonáticos (Filler): Materiais

finamente divididos constituídos em sua maior

parte de carbonato de cálcio.

Possuem ação predominantemente física.

Devido ao seu tamanho e formato, conferem

maior compacidade, melhor trabalhabilidade e

menor tendência a fissuração em argamassas e

concretos.

- O CPI é composto por 100% de clíquer + gesso.

- O CPI-S admite até 5% de adições minerais.

- Pode ser do tipo E, Z ou F, de acordo com o tipo

de adição mineral;

Obs.: As vantagens apresentadas são em

comparação com o CPI.

CIMENTO PORTLAND

CP III (Alto forno) e CPIV (Pozolânico)

Apresenta maior impermeabilidade e

durabilidade, além de baixo calor de hidratação,

assim como alta resistência à expansão devido à

reação álcali-agregado, além de ser resistente a

sulfatos.

É um cimento que pode ter aplicação geral, mas é

particularmente vantajoso em obras de concreto-

massa, tais como barragens, peças de grandes

dimensões, fundações de máquinas, pilares, obras

em ambientes agressivos, tubos e canaletas para

condução de líquidos agressivos, esgotos e

efluentes industriais, concretos com agregados

reativos, pilares de pontes ou obras submersas,

pavimentação de estradas e pistas de aeroportos.

CIMENTO PORTLAND

Concreto Massa: aquele que, ao ser aplicado

numa estrutura, requer a tomada de precauções

especiais que evitem fissurações derivadas de seu

comportamento térmico.

Muito utilizado em barragens, juntamente com o

Concreto Compactado a Rolo (CCR).

Possui baixo consumo de cimento e alto consumo

de agregados (podendo chegar até 90% do volume

total).

Motivos:

Reduzir calor de hidratação;

Minimizar tensões de origem térmica.

Reduzir reações álcali-agregados;

Reduzir custos e outros.

CIMENTO PORTLAND

Reação álcalis-agregado (RAA): é um processo químico onde constituintes mineralógicos do agregado reagem com hidróxidos alcalinos (provenientes do cimento, água, agregados, pozolanas, etc.) que estão dissolvidos na solução dos poros do concreto.

Como produto da reação forma-se um gel higroscópico expansivo. A manifestação da reação álcalis-agregado pode se dar de várias formas, desde expansões, movimentações diferenciais nas estruturas e fissurações até pipocamentos.

CIMENTO PORTLAND

Reação Álcali-Agregado

Principais indicações do CPV-ARI:

Peças estruturais que necessitam de alta resistência

nos primeiros dias;

Pré-moldados;

Concretagens em que há necessidade de desforma

rápida;

Mais indicado para concretagem de peças esbeltas;

Muito usado em Concreto de Alto Desempenho ou

Alta Resistêcia (CAD).

CIMENTO PORTLAND

Qualquer um dos tipos de Cimento Portland anteriormente citados pode

ser classificado como resistente a sulfatos, desde que se enquadrem

dentro de uma das características abaixo:

• Teor de aluminato tricálcico (C3A) do clínquer de no máximo 8% e teor

de adições carbonáticas de no máximo 5% em massa.

• 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.

É recomendado para meios agressivos sulfatados, como redes de esgotos

de águas servidas ou industriais, água do mar e em alguns tipos de solos.

Cimento Portland Resistente a sulfatos - RS

Cimento Portland dos tipos: CPI, CPII, CPIII, CPIV ou CPVARI,

que atenda à condição de baixa liberação de calor durante a sua

hidratação.

Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação -

BC

Cimento Portland Branco - CPB

Cimento Portland Branco - CPB

CIMENTO PORTLAND

Adições minerais:

SUBPRODUTOS INDUSTRIAIS:

Cinza volante (usinas termoelétricas),

Escória de Alto Forno (indústria siderúrgica),

Sílica Ativa (resíduo da produção do ferrosilício),

Cinza de casca de arroz,

Lodos calcinados, argilas calcinadas,

Metacaulim.

Vantagens:

• Diminuição do gasto energético na fabricação do Cimento Portland;

• Custo mais baixo;

• Sustentabilidade;

• Bom para o meio-ambiente;

• Diminuição do uso das matérias primas do cimento Portland;

CIMENTO PORTLAND

Reações químicas envolvidas

C3S (ou C2S) + Água → CSH (Silicato de Cálcio Hidratado) +

Ca(OH)2 (CH - Hidróxido de Cálcio ou Cal ou Portlandita);

Pozolana + Ca(OH)2 + Água → CSH ( resistência)

Quando se faz concreto, se a pozolana é misturada com o cimento Portland em proporções adequadas (20 a 30%), teoricamente toda a cal (Ca(OH)2) produzida pela hidratação do cimento Portland pode ser transformada em CSH.

CIMENTO PORTLAND

Benefícios da adição de Pozolana:

Reduz a espessura da zona de transição

Concreto convencional

grandes cristais de CH,

Paralelos à superfície dos agregados

Reação pozolânica transforma

CH C-S-H

Neutraliza os cristais de CH, que se formam

menores e sem orientação

Aumenta a compacidade e resistência

CIMENTO PORTLAND Zona de Transição sem adições é porosa e frágil,

devido à alta concentração de grandes cristais de hidróxidos de cálcio, orientados preferencialmente na direção paralela à superfície dos agregados, e por um fator água/cimento mais elevado do que o restante da matriz do cimento .