Apostila Aglomerantes

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE TECNOLOGIA Missão/FT:

Formar e aperfeiçoar cidadãos e prestar serviços atendendo às

necessidades tecnológicas da sociedade com agilidade, dinâmica e qualidade.

Notas de Aula ST304 - MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I

FT / UNICAMP

3 - AGLOMERANTES Rogério Durante Luísa A. G. Barbosa Limeira-SP / 2009

2

Materiais de Construção I

3- AGLOMERANTES Aglomerantes são materiais, geralmente pulverulentos, que misturados à água, formam uma pasta capaz de endurecer por secagem ou em decorrência de reações químicas. Os aglomerantes são capazes de ligar os agregados, formando um corpo sólido e coeso. Aglomerantes Aéreos

São aqueles cujos produtos de hidratação não resistem à ação da água, como é o caso da cal aérea e do gesso. Aglomerantes Hidráulicos

São aqueles cujas reações químicas com a água de amassamento, provocam o endurecimento. Estes aglomerantes formam um produto resistente à água. Entre eles estão o cimento portland, de uso bastante difundido, e a cal hidráulica.

Registros históricos indicam que a argila tenha sido o primeiro aglomerante mineral utilizado pelo homem na construção de suas edificações. Apesar de ser quimicamente inativa, a argila endurece em conseqüência da evaporação da água de amassamento, chegando a atingir alguma resistência mecânica. Contudo, depois de endurecida, em contato com umidade, a argila torna-se instável. A propriedade aglomerante da argila é devida a presença de silicatos e aluminatos. Tanto as argilas, como as rochas, são constituídas basicamente basicamente de 6 óxidos: Sílica

SiO2

Alumina

Al2O3

Cal

CaO

Magnésia

MgO

Óxido de Ferro

Fe2O3

Óxido de Titânio (Rutilo)

TiO2

Na composição das argilas e rochas podem existir outros óxidos, porém, em menor quantidade na condição de impurezas. As argilas são silicatos de alumínio hidratados complexos ou compostos de sílica e alumina. A sílica pode ser encontrada na natureza como rocha de quartzo, areia silicosa, arenito o quartzito. A alumina constitui o mineral bauxita, de onde é extraída para a fabricação do alumínio. Alguns vestígios da aplicação da argila como aglomerante no assentamento de pedras ou tijolos de barro cozido, datam dos tempos dos assírios e babilônios e ainda hoje, em localidades afastadas dos grandes centros a argila é utilizada para assentamento de tijolos, vedação de construções e produção de tijolos secos ao sol (adobe).

2


3- AGLOMERANTES Aglomerantes são materiais, geralmente pulverulentos, que misturados à água, formam uma pasta capaz de endurecer por secagem ou em decorrência de reações químicas. Os aglomerantes são capazes de ligar os agregados, formando um corpo sólido e coeso. Aglomerantes Aéreos

São aqueles cujos produtos de hidratação não resistem à ação da água, como é o caso da cal aérea e do gesso. Aglomerantes Hidráulicos

São aqueles cujas reações químicas com a água de amassamento, provocam o endurecimento. Estes aglomerantes formam um produto resistente à água. Entre eles estão o cimento portland, de uso bastante difundido, e a cal hidráulica.

Registros históricos indicam que a argila tenha sido o primeiro aglomerante mineral utilizado pelo homem na construção de suas edificações. Apesar de ser quimicamente inativa, a argila endurece em conseqüência da evaporação da água de amassamento, chegando a atingir alguma resistência mecânica. Contudo, depois de endurecida, em contato com umidade, a argila torna-se instável. A propriedade aglomerante da argila é devida a presença de silicatos e aluminatos. Tanto as argilas, como as rochas, são constituídas basicamente basicamente de 6 óxidos: Sílica

SiO2

Alumina

Al2O3

Cal

CaO

Magnésia

MgO

Óxido de Ferro

Fe2O3

Óxido de Titânio (Rutilo)

TiO2

Na composição das argilas e rochas podem existir outros óxidos, porém, em menor quantidade na condição de impurezas. As argilas são silicatos de alumínio hidratados complexos ou compostos de sílica e alumina. A sílica pode ser encontrada na natureza como rocha de quartzo, areia silicosa, arenito o quartzito. A alumina constitui o mineral bauxita, de onde é extraída para a fabricação do alumínio. Alguns vestígios da aplicação da argila como aglomerante no assentamento de pedras ou tijolos de barro cozido, datam dos tempos dos assírios e babilônios e ainda hoje, em localidades afastadas dos grandes centros a argila é utilizada para assentamento de tijolos, vedação de construções e produção de tijolos secos ao sol (adobe).


3

A descoberta dos aglomerantes quimicamente ativos pode ter sido acidental, por aquecimento de rochas calcárias ou gipsíferas ao redor de fogueiras; em seguida, a hidratação do material calcinado resultaria uma pasta aglomerante. O gesso, por exemplo, foi encontrado em algumas edificações egípcias; a cal foi empregada em construções egípcias, gregas, etruscas e romanas, havendo registros de sua utilização em 2700 a.C. na pirâmide de Quéops. As pozolanas (solos ou cinzas vulcânicas) eram usadas por gregos e romanos em argamassas de cal e areia, para aumentar sua resistência mecânica.

3.1- CAL HIDRATADA A cal é um aglomerante aéreo utilizado em diversos seguimentos como: construção civil, siderurgia, metalurgia, papel e celulose, tratamento de água e efluentes industriais, fabricação de vidro, açúcar, tintas, graxas, aplicações botânicas, medicinais medicinais e veterinárias. 3.1.1- FABRICAÇÃO

A cal é produzida a partir de rochas calcárias com elevados teores de carbonato de cálcio, como é o caso da calcita (CaCO 3) e da dolomita (CaCO3 . MgCO3). Entre as impurezas encontradas nestas rochas encontram-se: quartzo, silicatos argilosos, óxidos metálicos de ferro e manganês, matéria orgânica, fosfatos, sulfetos, sulfatos, fluoretos e brucita.

FORNO PARALLEL SHAFT

Figura 1 – Forno Parallel Shaft

4

Materiais de Construção I Figura 2 – Fases de produção da cal hidratada

FASE 1 - Combustão na Cuba A

FASE 2 - Alimentação de calcário e descarga de cal

FASE 3 - Combustão na Cuba B

1

CALCÁRIO

2

LANÇAS DE COMBUSTÍVEL

3

ZONA DE RESFRIAMENTO

4

ZONA DE CALCINAÇÃO

5

ZONA DE RESFRIAMENTO

6

DESCARGA

7

COMPRESSOR - AR DE RESFRIAMENTO

8

COMPRESSOR - AR E COMBUSTÍVE

Após a britagem e classificação da matéria-prima passa por uma moagem e é conduzida ao forno de calcinação. CALCITA CaCO3

CALCINAÇÃO

CAL VIRGEM VIRGEM + ANIDRO CARBÔNICO

CaO + CO2 900ºC

DOLOMITA CaCO3 . MgCO3

CALCINAÇÃO

CAL VIRGEM VIRGEM + ANIDRO CARBÔNICO

CaO . MgO + 2CO2 900ºC

Na calcinação (cozimento) do calcário, as temperaturas chegam à 900ºC, decompondo o carbonato de cálcio (CaCO3) em óxidos de cálcio (cal virgem) e anidros carbônicos (CO 2). O produto resultante da calcinação, a cal virgem, deve passar por um processo de hidratação antes de ser utilizada como aglomerante.


5

O processo de hidratação da cal virgem, também conhecido como extinção da cal, pode ser expresso pela equação seguinte: CAL VIRGEM + ÁGUA

HIDRATAÇÃO

CaO + H2O

CAL HIDRATADA

Ca(OH)2 + CALOR

Da hidratação da cal virgem, obtêm-se a cal hidratada (hidróxido de cálcio) que é utilizado como aglomerante em argamassas para assentamento de blocos ou revestimento de paredes. Isto porque, na argamassa fresca, uma recombinação dos hidróxidos (Ca(OH) 2) com o gás carbônico, presente na atmosfera, promove a formação de cristais de carbonato de cálcio (CaCO 3) e o endurecimento da argamassa que acaba por ligar os agregados a ela incorporados. CAL HIDRATADA + CO2 Ca(OH)2 + CO2

CARBONATAÇÃO

CARBONATO CÁLCIO + H 2O

CaCO3 + H2O

3.1.2- CLASSIFICAÇÃO

Quanto à composição química a cal pode ser classificada como cálcica ou magnmesiana.

CAL CÁLCICA: óxidos CaO > 75% CAL MAGNESIANA: óxidos MgO > 20% Para qualquer caso a soma dos óxidos (CaO + MgO) deve ser maior que 88% da amostra. A Norma NBR 7175:2003 (Cal hidratada para argamassas - Requisitos) especifica os requisitos exigíveis no recebimento de cal hidratada a ser empregada em argamassa para a construção civil. Referências normativas: NBR 6471:1998 (Cal virgem e cal hidratada - Retirada e preparação de amostra -

Procedimento), determina o modo pelo qual se deve proceder para retirar e preparar amostra de cal virgem e de cal hidratada a ser remetida ao laboratório para ensaios de controle e de recebimento. NBR 6473:2003 ( Cal virgem e cal hidratada - Análise química ), prescreve os métodos para

as determinações de umidade, perda ao fogo, sílica mais resíduo insolúvel, óxido de alumínio, óxido férrico, óxido de cálcio total, óxido de magnésio total, anidrido sulfúrico, anidrido carbônico, óxido de manganês total, anidrido fosfórico e óxido de cálcio disponível em cal virgem e cal hidratada.

6


NBR 9205:2001 (Cal hidratada para argamassas - Determinação da estabilidade ), prescreve

o método para determinação da estabilidade de cal hidratada para argamassas, mediante observação visual. NBR 9206:2003 (Cal hidratada para argamassas - Determinação da plasticidade ), prescreve

o método para determinação da plasticidade de cal hidratada para argamassa, empregando-se o plasticímetro de Emley. NBR 9207:2000 (Cal hidratada para argamassas - Determinação da capacidade de

incorporação de areia no plastômero de Voss ), prescreve o método de determinação da capacidade de incorporação de areia no plastômero de Voss, o qual permite determinar a quantidade máxima de areia-padrão que pode ser misturada a uma cal hidratada para argamassas, sem prejudicar as características de trabalho da mistura resultante. NBR 9289:2000 (Cal hidratada para argamassas - Determinação da finura ), prescreve o

método a ser utilizado para o ensaio de finura de cal hidratada para argamassas, através do resíduo em peneiras. NBR 9290:1996 (Cal hidratada para argamassas - Determinação de retenção de água ),

prescreve o método a ser utilizado para o ensaio de retenção de água de cal hidratada para argamassas, através de funil de Buchner modificado. NBR 14399:1999 (Cal hidratada para argamassas - Determinação da água da pasta de

consistência normal ), prescreve o método para a determinação da água que confere consistência normal à pasta de cal hidratada. Código de Defesa do Consumidor – Lei nº 8078, de 11/09/1990 Portaria INMETRO nº 74, de 25/05/1995 Portaria INMETRO nº 88, de 28/05/1996 Segundo a NBR 7175:2003 as cales são classificadas conforme as tabelas 1 e 2. Tabela 1 – Exigências químicas para a cal hidratada EXIGÊNCIAS QUÍMICAS Limites Compostos CH I

CH II

CH III

Anidrido Carbônico (Co2) – Na Fábrica

≤ 5%

≤ 5%

≤ 13%

Anidrido Carbônico (Co2) – Na Depósito

≤ 7%

≤ 7%

≤ 15%

Óxido de cálcio e magnésio não Hidratado calculado (Cao+MgO)

≤ 10%

≤ 15%

≤ 15%

Óxidos Totais na base de não-voláteis (CaO t + MgOt)

≥ 90%

≥ 88%

≥ 88%


7

Tabela 2 – Exigências físicas para a cal hidratada EXIGÊNCIAS FÍSICAS Limites Compostos CH I

CH II

CH III

Finura (% Retida Acumulada) - Peneira 0,600mm

≤ 0,5%

≤ 0,5%

≤ 0,5%

Finura (% Retida Acumulada) - Peneira 0,075mm

≤ 10%

≤ 15%

≤ 15%

Estabilidade

Ausência de cavidades ou protuberâncias

Retenção de Água

≥ 75%

≥ 75%

≥ 70%

Plasticidade

≥ 110

≥ 110

≥ 110

≥ 3,0%

≥ 2,5%

≥ 2,2%

Incorporação de Areia

3.1.3- PROPRIEDADES

DENSIDADE APARENTE A densidade aparente das cales varia de 0,3 a 0,65, que corresponde à massa aparente de 300 a 650Kg/m 3.

PLASTICIDADE Propriedade que confere fluidez à argamassa, facilitando seu espalhamento. As cales magnesianas produzem argamassas mais plásticas que as cálcicas.

RETENÇÃO DE ÁGUA A retenção de água é uma propriedade muito importante, evitando a perda excessiva da água de amassamento da argamassa, por sucção, para os blocos ou tijolos. É uma medida indireta da plasticidade da cal, uma vez que cales plásticas têm alta capacidade re retenção de água, embora o inverso nem sempre seja verdadeiro. Esta propriedade é, também, importante por prolongar o tempo no estado plástico da argamassa fresca, aumentando a produtividade do pedreiro.

INCORPORAÇÃO DE AREIA Propriedade que expressa a facilidade da pasta de cal hidratada envolver e recobrir os grãos do agregado e, conseqüentemente, unindo os mesmos. Cales com alta plasticidade e alta retenção de água têm maior capacidade de incorporar areia. Comparativamente, o poder de incorporação de

8


areia da cal hidratada é de 1 : 3 a 4 enquanto que, no cimento é de 1 : 2 a 2,5. Esta propriedade justifica o emprego das cales na produção de argamassas. CAPACIDDE DE INCORPORAÇÃO DE AREIA

CAL HIDRATADA CIMENTO PORTLAND

1:3a4 1 : 2 a 2,5

ENDURECIMENTO O endurecimento decorre da recarbonatação da cal hidratada pela absorção do CO 2 presente na atmosfera. Espessuras de revestimento argamassado acima de 20mm podem prejudicar o processo de recarbonatação da argamassa, impedindo a efetivação das reações próximo à interface substrato x argamassa e, conseqüentemente, reduzindo a aderência do revestimento.

CAPACIDADE DE ABSORVER DEFORMAÇÕES Esta propriedade é conferida à argamassa pela cal hidratada e, torna-se de grande importância quando aplicada em paredes ou lajes muito solicitadas.

RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO Figura 3 – Relação entre a composição da argamassa e a resistência à compressão Fonte: R.S. Boynton e K.A. Gutschick


9

O uso da cal hidratada contribui muito pouco para a resistência à compressão (figura 3) das argamassas. Isto levou, alguns construtores a substituí-la pelo cimento portland, quando de seu aparecimento no começo do século e, só mais tarde, com a ocorrência de falhas nestas construções, verificou-se que a cal hidratada conferia às argamassas outras propriedades além de aglomerante que, não eram apresentadas pelo cimento Portland.

3.1.4- APLICAÇÕES

Na construção civil, a cal pode ser empregada para: •

Produção de argamassas para assentamento de blocos

•

Produção de argamassas para revestimentos

•

Misturas solo-cal

•

Produção de tijolo silico-cal

•

Preparo de tintas alcalinas de alta alvura

•

Construção de estradas como elemento de estabilização de solos de baixa capacidade de suporte e como aditivo de misturas asfálticas,

10 Materiais de Construção I

3.2- GESSO O gesso de construção é um aglomerante aéreo, produzido a partir da calcinação do gipso, uma rocha constituída essencialmente do mineral gipsita (CaSO 4 + 2H2O), sulfato de cálcio diidratado (di+hidratado, combinado com duas moléculas de água). O processo de fabricação do gesso compreende 3 Fases: •

britagem da rocha

•

trituração

•

calcinação (cozimento)

A calcinação da rocha a temperaturas entre 150 °C e 250°C, transforma o sulfato de cálcio diidratado em hemidrato (hemi+hidrato, hidrato que contém meia molécula de água para uma do composto que forma o hidrato) :

CaSO4 + 2H2O O

Gipsita

∆

150°C e 250°C

CaSO4 + ½H2O + 1½H2O Hemidrato

material resultante da calcinação é moído, resultando um pó branco e fino, que é, então, ensacado. Este gesso é conhecido como gesso calcinado ou gesso de estucador e, após misturado a água, endurece em aproximadamente 20 minutos. O hemidrato, uma vez misturado à água de amassamento, se dissolve regenerando diidratos (CaSO 4 + 2H2O), cuja cristalização apresenta forma de agulhas alongadas e é responsável pelo endurecimento e resistência mecânica da pasta de gesso. Como a quantidade de água tem grande influência no tempo de endurecimento, freqüentemente amassa-se o gesso com excesso de água (nunca acima de 80%) para que a pasta esteja trabalhável por um maior tempo.

3.2.1- PROPRIEDADES

PEGA O tempo de pega é uma das propriedades mais importantes do gesso. Se a pega for muito rápida, o preparo da pasta fica condicionado a pequenos volumes, reduzindo a produtividade do gesseiro. A queda de produtividade é acompanhada do aumento de desperdício de material. Em geral, os gessos nacionais têm início de pega entre 3 e 16 minutos e fim de pega entre 5 e 24 minutos.


11

RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO As pastas de gesso têm resistência à compressão entre 10MPa e 27MPa.

DUREZA As pastas de gesso têm dureza entre 14MPa e 53MPa.

ISOLAMENTO TÉRMICO E ACÚSTICO O gesso é um bom isolante térmico e acústico e tem elevada resistência ao fogo, eliminando a água de cristalização com o calor, transformando a superfície do revestimento em sulfato anidro em forma de fino pó, que protege a camada interior de gesso.

ADERÊNCIA As pastas de gesso aderem bem a blocos, pedra e revestimentos argamassados. Em superfícies de madeira, sua aderência é insatisfatória e apesar de aderir bem ao aço e outros metais, estes acabam sendo corroídos pelo gesso, tanto mais facilmente quanto maior for a quantidade de água da pasta. VALORES DA TENSÃO DE ARRANCAMENTO Características do Revestimento

Tensão de

Relação

Espessura

Arrancamento CPS

Água/gesso

Média (mm)

à tração (MPa)

Alvenaria bloco cerâmico vedação

0,75

5

0,58

Alvenaria bloco concreto vedação

0,75

3

0,61

Alvenaria bloco concreto celular

0,73

2

0,14

Alvenaria bloco sílico-calcário

0,76

2

0,81

Revestimentos argamassados 1:2:9

0,69

2

1,03

Concreto estrutural com chapisco rolado

0,75

3

0,74

Substrato

Tabela 3 – Valores da tensão de arrancamento 3.2.2- NORMATIZAÇÃO

O gesso de construção civil é comercializado em sacos de 40Kg e deve atender aos requisitos e critérios normatizados (tabela 4) para o gesso de construção segundo a NBR 13207:1994 (Gesso

para construção civil ) a qual fixa condições exigíveis para o recebimento do gesso a ser utilizado em fundição e revestimento. Referências normativas: NBR 12127:1991 (Gesso para construção – Determinação das propriedades físicas do pó ),

prescreve método para determinação das propriedades físicas do gesso na forma de pó, denominado granulometria em massa unitária.

12 Materiais de Construção I NBR 12130:1991 (Gesso para construção – Determinação da água livre e de cristalização e

teores de óxido de cálcio e anidrido sulfúrico ), prescreve métodos para determinação da água livre, água de cristalização e teores de cálcio e anidrido sulfúrico. REQUISITOS NORMALIZADOS MF < 1,10 gesso fino para revestimento e fundição

Módulo de Finura

NBR 12127:1991

(MF)

MF > 1,10 gesso grosso para revestimento e fundição

Massa Unitária (Kg/m2)

Tempo

<700 Gesso fino e grosso para

Início

revestimento: >10

(min)

Gesso fino e grosso para

NBR 12127:1991

NBR 12127:1991

fundição: 4 – 10

de

Gesso fino e grosso para

Pega

Fim

revestimento: >45

(min)

Gesso fino e grosso para fundição: 20 – 45

Dureza

> 30,0

NBR 12127:1991

Resistência à compressão (Mpa)

> 8,4 Umidade (H2O a 45ºC) < 3%

NBR 12127:1991

(H2O a 230ºC) < 5,2%

Composição Química

CaO > 38%

NBR 12130:1991

SO3 > 55%

Tabela 4 – Requisitos normalizados Fonte: ABNT NBR 13207:1994 3.2.3- APLICAÇÕES

Produtos pré fabricados: •

Sob a forma de placas (plaster-board), tanto para paredes como para tetos. A placa é formada por gesso envolvido por cartão, formando um sanduíche. Estas placas são utilizadas em interiores e não tem função estrutural. No Brasil, são fabricadas com 10 e 15 mm de espessura. As placas para forros geralmente de 60x60cm são penduradas na laje por meio de tirantes metálicos.

•

Painéis de gesso para paredes(divisórias) de 5 a 15 cm de espessura, 60cm de largura com até 3m de comprimento.

•

Blocos leves de gesso: nas mais variadas dimensões, empregados em paredes internas e proteção de estruturas. Podem ser vazados e são confeccionados com serragem de madeira e celulares (esponjosos), obtidos pela adição de produtos formadores de espuma ou geradores de gás.)

•

Revestimento de paredes e tetos.

•

Preparo de argamassas e pastas para execução de estuque.

•

Molduras e ornamentos.


13

3.3.CIMENTO PORTLAND O Cimento Portland é um aglomerante hidráulico constituído de silicatos de cálcio que endurece através de reações com a água, formando um produto sólido e resistente à ação da água. Segundo ASTM C150-07 ( Standard Specification for Portland Cement ), o cimento Portland “ é um aglomerante hidráulico produzido pela moagem do clínquer, que consiste essencialmente de silicatos de cálcio hidráulicos, usualmente com uma ou mais formas de sulfato de cálcio como um produto de adição”.

3.3.1. HISTÓRICO

1756 – Na Inglaterra o pesquisador John Smeaton inicia experiências com cales que tinham minerais argilosos em sua composição na construção do Farol de Eddystone, na costa de Cornwall. Esta cal provou ser resistente à água nas muralhas construídas sob a água e mais resistente nas muralhas expostas ao ar. Este produto utilizado por Smeaton ficou conhecido como “cal d’água”. 1818 – O Francês L. J. Vicat estabeleceu os princípios racionais da fabricação da cal hidráulica. 1822 – O inglês James Frost patenteou um cimento produzido com duas partes de calcário e uma parte de argila com o nome de British cement, uma cal hidráulica, sem obter a mesma popularidade que o cimento Portland alcançaria. 1824 – Na Inglaterra, o pedreiro de Leeds, Joseph Aspdin patenteou o cimento Portland, produzido a partir da moagem de calcário e argila em meio úmido, seguido de calcinação em fornos semelhantes aos de calcinação da cal, a temperaturas bem inferiores à necessária a formação do clínquer e composição distinta dos cimentos Portland atuais. O nome dado a este cimento foi por causa das semelhanças de cor e qualidade do cimento depois de hidratado com a pedra de Portland, um calcário extraído de Dorset. 1845 – Isaac Johnson criou o protótipo do cimento moderno produzindo o clínquer. 1850 - Na Inglaterra já existiam 4 indústrias de cimento Portland e na França surgia a primeira. 1898 - No Brasil, país pioneiro na fabricação de cimento na América Latina, a Usina Rodovalho colocou no mercado o cimento Santo Antônio.

14 Materiais de Construção I 3.3.2. FABRICAÇÃO

Na fabricação do cimento Portland, cujos constituintes básicos são os silicatos de cálcio, utiliza-se rochas calcárias, giz, mármore ou conchas do mar, de onde se extrai o carbonato de cálcio. A sílica é obtida de argilas e xistos argilosos por serem mais reativos na produção do silicato de cálcio que a sílica obtida de areias quartzíticas. A matéria-prima do cimento Portland é constituída de calcário (75 a 80%) e argila (20-25%) ou por outros componentes que contenham os mesmos componentes químicos. As argilas contêm também a alumina (Al2O3), os óxidos de ferro (Fe 2O3) e álcalis que presentes na matéria prima facilitam a formação dos silicatos de cálcio. Sem estes elementos, as temperaturas para a calcinação do cimento teriam de ser bem maiores e por esta razão, quando há quantidade insuficiente de Al 2O3 ou Fe2O3 na matéria prima, são feitas adições de bauxita e minério de ferro, respectivamente. Após a extração, a matéria-prima é britada e misturada nas proporções corretas. Esta mistura é colocada em um moinho (moinho de cru) produzindo um pó fino chamado de farinha que, no processo de fabricação por via seca, é calcinado num forno rotativo a temperaturas de aproximadamente 1450 oC. Durante a calcinação, consome-se em torno de 800Kcal/Kg de cimento produzido. A mistura sofre uma série de reações químicas complexas e o material que deixa o forno tem a forma de nódulos com 5 a 25mm de diâmetro sendo denominado clínquer . Tabela 5 - Seqüência das reações de clinquerização Fonte: KATTAR; ALMEIDA, 1997, p. 18 Temperatura (ºC)

20 – 100 100 – 300 400 – 900 > 500 600 – 900 > 800 >1250

O T N E M I C E U Q A

± 1450 T N E M A I O R F S E R

Reações

Evaporação da água livre Perda da água combinada Calcinação das argilas minerais, H2O e grupos OH Modificações estruturais nos silicatos Dissociação dos carbonatos Formação do C2S, produtos intermediários, aluminatos e ferrita Formação da fase líquida Formação do C3S e C2S

1300 – 1240

Cristalização da fase líquida

1240 – 150

Consolidação das características dos minerais obtidos no forno

Estas reações podem ser representadas pelas equações abaixo: CALCÁRIO CaO + CO 2

ARGILA SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + H2O

→

3CaO. SiO2

ALITA

2CaO. SiO 2

BELITA

3CaO. Al 2O3

ALUMINATO TRICÁLCIO

4CaO. Al 2O3. Fe2O3

FERRO ALUMINATO TETRACÁLCIO


15

Finalmente o clínquer é reduzido a pó em um moinho (moinho de cimento) juntamente com 3-5% de gipsita. A gipsita tem a função de retardar o endurecimento do clínquer, pois este processo seria muito rápido se água fosse adicionada ao clínquer puro. 3.3.3. COMPOSTOS DO CIMENTO

Alita - C3S (Silicato Tricálcio) A Alita é constituída de tetraedros de íons cálcio e íons oxigênio. Segundo F. M. Lea ( The Chemistry of Cement and Concrete, Chemical Publishing Company, Inc. New York, 1971) a forma irregular como

os íons oxigênio se concentram em torno dos íons cálcio deixam grandes espaços vazios, responsáveis pela alta reatividade deste composto. Na hidratação cimento Portland, a alita acelera o endurecimento, aumenta o calor de hidratação e é responsável pelas resistências iniciais.

Belita – βC2S (Beta Silicato Dicálcio) Na estrutura molecular do beta silicato dicálcio ou belita, os vazios intersticiais são menores e, por esta razão, sua reatividade é menor que a da Alita. A Belita, na hidratação do cimento Portland responde pelas resistências finais, apresenta baixo calor de hidratação e endurecimento lento. Existe ainda outra forma cristalográfica deste composto no cimento portland, o gama silicato dicálcio ( γC2S) que tem uma estrutura molecular coordenada e regular e, portanto, não é reativo.

Aluminato tricálcio – C3A O Aluminato tricálcio é o principal aluminato presente no cimento. Sua reação com a água é violenta e provoca o enrijecimento imediato da pasta (pega instantânea). Por este motivo, adiciona-se a gipsita (CaSO4.2H2O) ao clínquer na fabricação do cimento Portland, com o propósito de retardar a pega. Durante e após a hidratação do cimento, a presença do aluminato tricálcio é inoportuna porque pouco contribui para a resistência à compressão, exceto nas primeiras horas, e quando endurecido aumenta a vulnerabilidade do cimento ao ataque de sulfatos. Contudo, sua presença é necessária porque ele atua como um fundente no interior do forno, reduzindo as temperaturas de queima por facilitar a combinação da cal e da sílica.

F e r r o - a l u m in a t o t e t r a c á l c i o – C 4 A F O Ferro-aluminato tetracálcio é o mais comum dentre os compostos ferro-aluminatos cálcicos encontrados no cimento. Não contribui para a resistência à compressão do cimento e tem calor de hidratação, relativamente baixo, ficando entre o C 3S e o C2S. É responsável pela coloração do cimento e sua presença aumenta a resistência do cimento aos sulfatos.


D N A L T R O P O T N E M I C O D O Ã Ç A C I R B A F E D O S S E C O R P O D A M E U Q S E

d n a l t r o P o t n e m i c o d o ã ç a c i r b a f e d o s s e c o r P –

4 a r u g i F


17

As proporções destes compostos variam de um cimento para outro e são influenciadas pelo proporcionamento das matérias-primas. Tabela 6 - Composição dos Cimentos Portland (%) Fonte: MEHTA; MONTEIRO, 1994, p. 194 Compostos

Cimento Nº1

Cimento Nº2

Cimento Nº3

Cimento Nº4

Cimento Nº5

C3S

53,7

58,0

62,3

53,6

42,0

C2S

19,9

16,2

12,5

17,2

28,8

C3A

11,4

7,1

2,8

14,0

14,0

C4AF

8,8

11,9

14,9

8,8

8,8

Tabela 7 – Propriedades dos compostos do clínquer Fonte: KATTAR; ALMEIDA, 1997, p. 18 COMPOSTOS

ALITA Silicato

FÓRMULA QUÍMICA

ABREV.

% NO CLÍNQUER

PROPRIEDADES Endurecimento rápido

3CaO . SiO2

C3 S

50 – 65

Alto calor de hidratação

Tricálcio

Alta resistência inicial

BELITA Silicato

Endurecimento lento 2CaO . SiO2

C2 S

15 – 25

Bicálcio

ALUMINATO Aluminato

Responsável pela resistência final Acelera a pega e alto calor de hidratação 3CaO . Al 2O3

C3 A

6 – 10

Tricálcio

FERRITA Ferro Aluminato Tetracálcio

Cal Livre

Baixo calor de hidratação

Suscetível ao ataque de sulfatos Aumenta a retração e reduz a resistência final Endurecimento lento

4CaO . Al 2O3 . Fe2O3

C4AF

3–8

Não contribui para a resistência Resistente a sulfatos e coloração escura

CaO

C

0,5 – 1,5

Admitido em pequenas quantidades. Em elevadas quantidades provocam expansibilidade e fissuração

3.3.4. HIDRATAÇÃO DO CIMENTO

O cimento Portland adquire suas propriedades aglomerantes a partir da adição da água, quando se iniciam as reações de hidratação dos diversos compostos. Estes compostos hidratam a velocidades diferentes e, os aluminatos, por serem muito mais reativos que os silicatos, hidratam primeiro, sendo responsáveis pelo enrijecimento e pega da pasta.

Hidratação dos Aluminatos A reação de hidratação do C 3A é muito rápida e não fosse a adição de gipsita (CaSO 4.2H2O) ao clínquer do cimento, com a finalidade de desacelerar esta reação, a alta velocidade de enrijecimento da pasta impediria seu uso.


Hidratação dos Silicatos de Cálcio A hidratação do C 3S e do βC2S ocorre com uma quantidade limitada de água resultando numa variedade de silicatos de cálcio hidratados (C-S-H), conforme a relação cálcio/sílica e o teor de água combinada. Os C-S-H representam de 50 a 60% do volume de sólidos da pasta totalmente hidratada, sendo responsáveis por suas principais propriedades. Embora não se conheça a estrutura exata do C-S-H, acredita-se que a mesma seja constituída de camadas com área específica elevada (100 a 700m 2/g). Uma idéia de como poderiam ser representadas as reações de hidratação dos silicatos em pastas totalmente hidratadas é indicada a seguir:

2C3S + 6H

→

C3S2H3 + 3CH

2C2S + 4H

→

C3S2H3 + CH

Na hidratação dos silicatos de cálcio, uma parcela da cal é liberada na forma de hidróxido de cálcio Ca(OH) 2, também chamado de portlandita, constituindo de 20% a 25% do volume de sólidos da pasta hidratada. Os cristais de portlandita são mais solúveis que as partículas do C-S-H, e sua presença na pasta reduz a durabilidade a águas ácidas e sulfatadas. Segundo Mehta, a hidratação do C 3S pode produziria 61% de C 3S2H3 e 39% de Ca(OH) 2 enquanto que a hidratação do C 2S produziria 82% de C 3S2H3 e 18% de Ca(OH)2 e disto resulta que cimentos com maior proporção C 2S são mais duráveis em meios ácidos e sulfatados.

Calor de Hidratação Os compostos presentes no cimento Portland, obtidos no processo de queima a altas temperaturas (±1450ºC), possuem muita energia em estado latente. Ao entrarem em contato com a água, estes compostos reagem produzindo compostos hidratados e liberando a energia em forma de calor. Podese dizer que as reações de hidratação do cimento Portland são reações exotérmicas e o calor liberado nas reações é conhecido como Calor de Hidratação. Este calor pode ter implicações prejudiciais à estrutura do concreto principalmente em grandes volumes de mistura, uma vez que o aumento de temperatura provocado pelo calor de hidratação, nas primeiras horas, provoca variações volumétricas e, conseqüentemente, tensões internas na pasta ainda pouco hidratada. Em ambientes frios, onde as temperaturas são mais baixas, a hidratação dos compostos do cimento Portland é mais lenta e o calor de hidratação contribui acelerando o processo de hidratação.

Enrijecimento Após a adição da água à mistura de cimento Portland (pasta, argamassa ou concreto) iniciam-se reações de hidratação e aos poucos a mistura vai perdendo a consistência plástica até chegar ao estado de enrijecimento. O enrijecimento ocorre devido à perda de água livre por evaporação ou por


19

absorção dos agregados e pela perda de água durante a hidratação dos compostos do cimento Portland. O calor de hidratação acelera a perda de água livre por evaporação.

Tempo de Pega Defini-se como pega, o tempo contado a partir da adição da água na pasta de cimento Portland e o momento em que ocorre a solidificação da pasta. O fenômeno de solidificação da pasta, ou melhor, a pega, assim como a hidratação dos compostos do cimento, não é um processo repentino sendo o tempo de pega definido em dois momentos distintos: Início de Pega

Tabela 8 - Tempos de pega para cimentos brasileiros

É o momento em que a pasta perde a trabalhabilidade,

dificultando

ou

mesmo

impedindo o lançamento, adensamento e

Fonte: ABNT NBRs 5732, 11578, 5735, 5736, 5733 Tipo de Cimento Portland

Tempos de pega Classe

acabamento do concreto. CP I

Fim de Pega

CP I-S

32

25

considerada completa.

CP II-Z

32

CP II-F

40

determinação dos tempos de início e fim de pega da pasta de cimento portland utilizando o aparelho de Vicat , que possui

≥ 1

≤ 10

(1)

≥ 1

≤ 10

(1)

≥ 1

≤ 12

(1)

≥ 1

≤ 12

(1)

≥ 1

≤ 10

(1)

40

CP II-E

portland - Determinação do tempo de pega), estabelece o método de

Fim (h)

25

Tempo em que a solidificação da pasta é

A Norma NBR NM 65:2003 ( Cimento

Início (h)

25 CP III(2)

32 40

CP IV(2)

25 32

CP V-ARI (1) Ensaio Facultativo

uma agulha fixada a uma haste com peso total de 300g. O ensaio consiste no preparo de uma pasta de consistência normal, sendo que o tempo é contado a partir da adição da água à mistura. A pasta é depositada em um molde tronco-cônico, com base maior igual (80±5) mm, base menor (70±5) mm, e altura igual (40±0,2) mm, sobre uma placa base; a agulha é travada junto à superfície da pasta. O tempo de início de pega consiste no momento em que a agulha, quando solta sobre a pasta, penetrar aproximadamente (4±1) mm,da placa base. O fim de pega é definido como aquele que a agulha penetra 0,5 mm na pasta.

Finura do Cimento A finura do cimento influencia na sua reação com a água, e quanto mais fino o cimento mais rápido ele reagirá e maior será a resistência à compressão, principalmente nos primeiros dias. Quanto maior finura menor a exsudação, maior a impermeabilidade e a trabalhabilidade da pasta. Contudo, a finura aumenta o calor de hidratação e a retração, tornando os concretos mais sensíveis à fissuração. A

20 Materiais de Construção I finura é aumentada através de uma moagem mais intensa, porém, o custo de moagem e o calor de hidratação, determinam limites para a finura do cimento. Os ensaios para a avaliação da finura do cimento podem ser complexos e onerosos, como é o caso dos ensaios de sedimentação, difratometria por laser, etc. . Esta avaliação pode ser obtida conhecendo-se algumas características dos ramos inferiores e superiores da amostra. Para isto, utilizam-se dois ensaios: peneiramento através da peneira ABNT 75 µm (0,075mm) e área específica. A Norma NBR 11579:1991 ( Cimento Portland - Determinação da finura por meio da peneira

75 micrômetros (número 200)), prescreve método de ensaio para determinação da finura de cimento portland com o emprego da peneira 75 micrômetros (número 200), pelos procedimentos manual e mecânico. É determinada a porcentagem, em massa, de cimento cujas dimensões de grãos são superiores a 75 micrômetros (fração retida). A Norma NBR NM 76:1998 (Cimento Portland - Determinação da finura pelo método de permeabilidade ao ar (Método de Blaine)), especifica (superfície referida à massa) é medida pela comparação com uma amostra de cimento de referência através do método de permeabilidade ao ar (método de Blaine). A determinação da superfície específica serve principalmente para checar a uniformidade do processo de moagem de uma fábrica. Este método somente permite uma determinação limitada das propriedades do cimento em uso. O método de permeabilidade ao ar pode não fornecer resultados significativos para cimentos contendo materiais ultrafinos.

Resistência à Compressão A resistência à compressão do cimento Portland é medida através da ruptura de corpos de prova cilíndricos Ø 50 mm x 100 mm, com traços normalizados com o uso de areia padrão IPT. A Norma NBR 7215:1996 (Cimento Portland - Determinação da resistência à compressão ), especifica

método de determinação da resistência à compressão de cimento Portland. Os cimentos, de acordo com sua composição e finura têm curvas Resistência x Idade distintas, que determinam seu emprego em determinados serviços.

Figura 5 – Evolução da Resistência à compressão de cada tipo de cimento Portland Fonte: KATTAR; ALMEIDA, 1997


21

3.3.5. ADIÇÕES

Após o resfriamento, o clínquer é moído em partículas menores que 75 µm de diâmetro. Na fase de moagem, o cimento Portland recebe algumas adições, que permitem a produção de diversos tipos de cimentos disponíveis no mercado. O gesso é adicionado ao cimento com o objetivo de controlar o tempo de pega do cimento. Sem sua adição, o cimento endureceria muito rapidamente, uma vez misturado à água de amassamento, inviabilizando sua utilização. Esta é razão do gesso ser adicionado a todos os tipos cimento Portland, em geral na proporção de 3% de gesso para 97% de clínquer. As escórias de alto-forno, obtidas durante a produção do ferro-gusa, têm propriedade de ligante hidráulico muito resistente, reagindo em presença da água, com características aglomerantes muito semelhante à do clínquer. Adicionada à moagem do clínquer e gesso, em proporções adequadas, a escória de alto-forno melhora algumas propriedades do cimento, como a durabilidade e a resistência final. Os materiais pozolânicos são rochas vulcânicas ou matérias orgânicas fossilizadas encontradas na natureza, algumas argilas queimadas em temperaturas elevadas (500 a 900ºC) e derivados da queima de carvão mineral. Quando pulverizados em partículas muito finas, os materiais pozolânicos apresentam a propriedade de ligante hidráulico, porém um pouco distinta das escórias de alto-forno. É que as reações de endurecimento só ocorrem, além da água, na presença do clínquer, que em sua hidratação libera hidróxido de cálcio (Cal) que reage com a pozolana. O cimento enriquecido com pozolana adquire maior impermeabilidade. Os materiais carbonáticos são rochas moídas, que apresentam carbonato de cálcio em sua constituição tais como o próprio calcário. Tal adição torna os concretos e argamassas mais trabalháveis e quando presentes no cimento são conhecidos como fíler calcário.

3.3.6. TIPOS DE CIMENTO PORTLAND

Na designação dos cimentos, as iniciais CP correspondem a abreviatura de Cimento Portland, e são seguidas dos algarismos romanos de I a V, conforme o tipo de cimento, sendo a classe expressa por números (25, 32 e 40) que indicam a resistência à compressão do corpo-de-prova padrão, em MPa. Conforme a composição e as adições feitas em sua produção, os cimentos Portland podem ser classificados conforme segue:

Cimento Portland Comum - CPI O Cimento Portland Comum (CP I) é produzido sem quaisquer adições além do gesso, que é utilizado para regularizar a pega. A Norma NBR 5732:1991 ( Cimento Portland comum), fixa condições

exigíveis no recebimento dos cimentos Portland comuns (CPI e CPI-S), de classes 25, 32 e 40.


Cimento Portland Composto - CPII As pesquisas tecnológicas indicaram, com o tempo, que cimentos antes classificados como especiais, em razão de adições de escória de alto-forno, pozolana e material carbonático, tinham desempenho equivalente ao do cimento Portland comum. Depois de ter conquistado bons resultados na Europa o Cimento Portland Composto (CPII) surgiu no mercado brasileiro (1991). O CPII trata-se de um cimento com composição intermediária entre os Cimento Portland Comum e o Cimento Portland com adição de escória ou pozolana. Atualmente, os cimentos Portland compostos respondem por 70% da produção industrial brasileira, sendo utilizados na maioria das aplicações usuais, em substituição ao antigo CP. A Norma NBR 11578:1991 ( Cimento Portland composto ),

fixa as condições exigíveis no recebimento dos cimentos Portland composto (CP II-E, CP II-Z e CP II-F), de classes 25, 32 e 40.

Cimento Portland de Alto-Forno - CPIII O Cimento Portland Alto-Forno (CP III) é obtido pela adição de escória granulada de alto forno. As escórias apresentam propriedades hidráulicas latentes. Mas as reações de hidratação da escória são muito lentas e, para que seu emprego seja possível são necessários ativadores físicos e químicos. A ativação física obtém-se com a finura, decorrente da moagem da escória separada ou conjuntamente com o clínquer. A Norma NBR 5735:1991 ( Cimento Portland de alto-forno), f ixa condições

exigíveis no recebimento do cimento Portland de alto-forno (CP III), de classes 25, 32 e 40.

Cimento Portland Pozolânico - CPIV O Cimento Portland Pozolânico (CP IV) é obtido pela adição de pozolana ao clínquer. Ao contrário da escória, a pozolana não reage com a água em seu estado natural. Quando finamente moída, reage com o hidróxido de cálcio em presença de água e em temperatura ambiente, dando origem a compostos com propriedades aglomerantes. A Norma NBR 5736:1991 ( Cimento Portland

pozolânico), fixa condições exigíveis no recebimento do cimento Portland pozolânico (CP IV), de classes 25 e 32. Consultar também as Normas: NBR 5752:1992 ( Materiais pozolânicos - Determinação de atividade pozolânica com cimento Portland - Índice de atividade pozolânica com cimento), que prescreve método para determinação do índice de atividade pozolânica com cimento Portland; NBR 5753:1992 (Cimento Portland pozolânico - Determinação da pozolanicidade), que prescreve método de determinação da pozolanicidade de cimento Portland pozolânico.

Cimento Portland de Alta Resistência Inicial – CPV-ARI O Cimento Portland de Alta Resistência Inicial ( CP V-ARI) tem a propriedade de atingir altas resistências já nos primeiros dias após a aplicação. Isto é possível pela utilização de uma dosagem específica de calcário e argila na produção do clínquer, além de uma moagem mais fina para que o cimento, ao reagir com a água, adquira elevadas resistências com maior velocidade. A Norma NBR


23

5733:1991 ( Cimento Portland de alta resistência inicial ), fixa condições exigíveis no

recebimento do cimento Portland de alta resistência inicial (CP V - ARI). Tabela 9 - Composição dos cimentos Portland Fonte: KATTAR; ALMEIDA, 1997

Composição (% de massa) Tipo de Cimento Portland

Clínquer

Escória de

Material

Material

Norma

+

Alto-Forno

Pozolânico

Carbonático

ABNT

Gesso

(E)

(Z)

(F)

Sigla

CPI

100

-

CPI-S

99 - 95

1-5

CPII-E

94 - 56

6 - 34

CPII-Z

94 - 76

-

6 - 14

0 - 10

CPII-F

94 - 90

-

-

6 - 10

ALTO-FORNO

CPIII

65 - 25

35 - 70

-

0-5

NBR5735

POZOLÂNICO

CPIV

85 - 45

-

15 - 50

0-5

NBR5736

ALTA RESISTÊNCIA INICIAL

CPV- ARI

100 - 95

-

-

0-5

NBR5733

COMUM

COMPOSTO

NBR5732 0 - 10 NBR11578

3.3.7. CIMENTOS ESPECIAIS

Cimento Portland Resistentes a Sulfatos Estes cimentos resistem aos meios agressivos, tais como os encontrados nas redes de esgotos domésticos ou industriais, água do mar e alguns tipos de solos. Qualquer um dos 5 tipos de cimento Portland podem ser considerados resistentes a sulfatos, desde que apresentem pelo menos uma das características abaixo: teor de aluminato tricálcio (C 3A) do clínquer 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 altoforno, 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 que comprovem resistência aos sulfatos. A Norma NBR 5737:1992 ( Cimentos Portland resistentes a sulfatos ), fixa condições exigíveis •

no recebimento dos cimentos Portland resistentes a sulfatos.

Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação Em concretagens de estruturas que consomem grandes volumes de concreto continuamente, o calor produzido pela hidratação do cimento poder causar o aparecimento de fissuras de origem térmica. Nestes casos, recomenda-se o emprego de cimentos com taxas lentas de evolução de calor, chamados cimentos Portland de baixo calor de hidratação. A Norma NBR 13116:1989 ( Cimento

Portland de baixo calor de hidratação ), fixa condições exigíveis para o recebimento dos cimentos Portland de baixo calor de hidratação. Segundo esta Norma, estes cimentos geram

24 Materiais de Construção I até 260J/g e até 300J/g aos 3 dias e 7 dias, respectivamente, podendo ser qualquer um dos 5 tipos básicos.

Cimento Portland Branco O cimento Portland branco é obtido através de matérias-primas com baixos teores de óxidos de ferro e manganês, além de condições especiais de fabricação, principalmente durante o resfriamento e a moagem. A Norma NBR 12989:1993 ( Cimento Portland branco ), fixa condições exigíveis para

o recebimento dos cimentos Portland brancos. Segundo esta norma o cimento Portland branco é classificado conforme a tabela 10. Tabela 10 - Composição dos cimentos Portland Branco Fonte: KATTAR; ALMEIDA, 1997

Composição (% de massa) Tipo de Cimento Portland

Branco Estrutural Branco não Estrutural

Identificação (Sigla + Classe)

Clínquer + Gesso

Material Carbonático (F)

100-75

0-25

Norma

CPB-25 CPB-32

NBR 12989

CPB-40 CPB

74-50

26-50

Cimento para Poços Petrolíferos O cimento para poços petrolíferos é um tipo de cimento Portland bastante específico, utilizado na cimentação de poços petrolíferos. Sua composição é constituída de clínquer e gesso para retardar o tempo de pega e em sua fabricação são tomadas precauções especiais para garantir a plasticidade em condições ambientes de elevadas pressões e temperaturas. A Norma NBR 9831:2006 ( Cimento

Portland destinado à cimentação de poços petrolíferos - Requisitos e métodos de ensaio ), estabelece os requisitos físicos e químicos necessários para classificação e aceitação do cimento Portland utilizado na cimentação de poços petrolíferos, designado por CPP classe G de alta resistência a sulfato (ARS) - e CPP - classe especial de moderada resistência a sulfato (MRS). Estabelece os procedimentos de extração e preparação de amostras do cimento Portland utilizado na cimentação de poços petrolíferos e os ensaios a serem realizados com pasta pura.

Cimento Portland especial com pega rápida e alta aderência São cimentos que possuem alta resistência a sulfatos, propiciando aplicações dos concretos em ambientes naturais de elevada agressividade (possuem C 3A < 3,0 %); além de alta resistência às reações álcalis-agregado sendo resistentes a solos e agentes agressivos tais como sulfatos, cloretos e meios semi-ácidos. A granulometria especialmente preparada para assegurar altíssima coesão e o


25

baixo calor de hidratação propiciam aos concretos elevadas resistências mecânicas e baixas porosidade, permeabilidade e retração. Este cimento é designado para aplicações em concreto projetado de túneis, primeira camada de estabilização de túneis em solos, revestimento primário ou revestimento único de túneis em rochas, revestimento secundário ou acabamento final, reparo ou reabilitação de estruturas de concreto armado, estabilização de taludes e maciços e obras diversas em concreto projetado.

Tabela 11 - Nomenclatura dos Cimentos Portland Nome Técnico

Sigla Cimento Portland Comum

CP I

Cimento Portland Comum com Adição

CP I-S

Cimento Portland Comum (NBR 5732)

Cimento Portland Composto com Escória Cimento Portland Composto Cimento Portland Composto (NBR 11578) com Pozolana Cimento Portland Composto com Fíler

Cimento Portland de Alto-Forno (NBR 5735)

CP II-E

CP II-Z

CP II-F

CP III

Classe

Identificação

25 32 40 25 32

CP I-25 CP I-32 CP I-40 CP I-S-25 CP I-S-32

40

CP I-S-40

25 32

CP II-E-25 CP II-E-32

40

CP II-E-40

25 32

CP II-Z-25 CP II-Z-32

40

CP II-Z-40

25 32

CP II-F-25 CP II-F-32

40

CP II-F-40

25 32

CP III-25 CP III-32

40

CP III-40

Cimento Portland Pozolânico (NBR 5736)

CP IV

25 32

CP IV-25 CP IV-32

Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (NBR 5733)

CP V-ARI

-

CP V-ARI

-

25 32

Sigla e classe dos tipos originais acrescidos do sulfixo RS. Exemplo: CP I-32RS, CP II-F-32RS, CP III-40RS

Cimento Portland Resistente aos Sulfatos (NBR 5737)

40 Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (NBR 13116)

Cimento Portland Branco (NBR 12989)

-

40

Sigla e classe dos tipos originais acrescidos do sulfixo BC. Exemplo: CP I-32BC, CP II-F-32BC, CP III-40BC

25 32

CPB-25 CPB-32

40

CPB-40

CPB

-

CPB

CPP

G

CPP - classe G

Cimento Portland Branco Estrutural

CPB

Cimento Portland Branco Não Estrutural Cimento para Poços Petrolíferos (NBR 9831)

25 32

26 Materiais de Construção I 3.3.8. EXIGÊNCIAS FÍSICAS E QUÍMICAS

Os quadros a seguir mostram as exigências físicas e químicas dos diferentes tipos de cimentos: Tabela 12 - Exigências Físicas e Mecânicas dos cimentos Portland Fonte: KATTAR; ALMEIDA, 1997 Finura Tipo de Cimento Portland

Classe

25 CP I

32

CP I-S

40 CP II-E

25

CP II-Z

32

CP II-F

40

Resíduo peneira 75mm (%)

Tempos de pega

Área específica (m2/Kg)

Início (h)

Fim (h)

Expansibilidade A frio (mm)

Resistência à Compressão (MPa)

A quente (mm)

1 dia

≥ 240

≤ 12,0

≥ 260 ≤ 10,0

≥ 1

≤ 10

(1)

(1)

≤ 5

-

≤ 5

≥ 280 ≥ 240

≤ 12,0

≥ 260 ≤ 10,0

≥ 1

≤ 10

(1)

(1)

≤ 5

-

≤ 5

≥ 280

25 CP III(2)

32

-

≤ 8,0

≥ 1

≤ 12

(1)

(1)

≤ 5

-

≤ 5

40 25

CP IV(2)

32 CP V-ARI

-

≤ 8,0 ≤ 6,0

≥ 300

≥ 1

≤ 12

≥ 1

≤ 10

(1)

(1)

(1)

≤ 5

(1)

≤ 5

-

≤ 5 ≤ 5

≥ 14,0

3 dias

7 dias

28 dias

91 dias

≥ 8,0

≥ 15,0

≥ 25,0

≥ 10,0

≥ 20,0

≥ 32,0

≥ 15,0

≥ 25,0

≥ 40,0

≥ 8,0

≥ 15,0

≥ 25,0

≥ 10,0

≥ 20,0

≥ 32,0

≥ 15,0

≥ 25,0

≥ 40,0

≥ 8,0

≥ 15,0

≥ 25,0

≥ 32,0

(1)

≥ 10,0

≥ 20,0

≥ 32,0

≥ 40,0

(1)

≥ 12,0

≥ 23,0

≥ 40,0

≥ 48,0

(1)

≥ 8,0

≥ 15,0

≥ 25,0

≥ 32,0

≥ 10,0

≥ 20,0

≥ 32,0

≥ 40,0

≥ 24,0

≥ 34,0

-

-

-

-

(1) Ensaio Facultativo (2) Outras características podem ser exigidas, como calor de hidratação, inibição da expansão devida à relação álcaliagregado, resistência a meios agressivos, tempo máximo de início de pega.

Tabela 13 - Exigências Químicas dos cimentos Portland Fonte: KATTAR; ALMEIDA, 1997 Tipo de Cimento Portland

Resíduos Insolúveis (%)

Perda ao Fogo (%)

CP I

≤ 1,0

≤ 2,0

CP I-S

≤ 5,0

≤ 4,5

CP II-E

≤ 2,5

≥ 240

CP II-Z

≤ 16,0

≥ 260

CP II-F

≤ 2,5

≥ 280

CP III

≤ 1,5

≤ 4,5

-

≤ 4,0

≤ 3,0

CP IV(2)

(3)

≤ 4,5

≤ 6,5

≤ 4,0

≤ 3,0

-

CP V-ARI

≤ 1,0

≤ 4,5

≤ 6,5

≤ 3,0

-

MgO (%)

SO3 (%)

≤ 6,5

≤ 4,0

CO2 (%)

≤ 1,0 ≤ 3,0

S (%)

-

≥ 1

≤ 4,0

≤ 5,0

-

≤ 3,0 ≤ 4,5

(4)

(1) Ensaio facultativo (2) NBR 5752 e NBR 5753 (3) O teor de material pozolânico deve ser determinado pelo ensaio de resíduo insolúvel (4) O teor de SO 3 igual a 3,5% aplica-se quando C 3A ≤ 8,0% e 4,5% quando C 3A > 8,0%

≤ 1,0

(1)


27

3.3.9. APLICAÇÕES DO CIMENTO PORTLAND

Tabela 14 - Aplicações dos diversos tipos de cimento Aplicação

Tipo de cimento

Argamassa de assentamento e revestimento de tijolos e blocos

Composto CPII-F, CPII-E e CPII-Z

Argamassa de rejuntamento de azulejos e ladrilhos

Branco CPB

Concreto magro

Composto CPII-F, CPII-E e CPII-Z, Alto-Forno e Pozolânico

Concreto simples


Concreto armado


Concreto protendido com protensão antes da concretagem

Alta Resistência Inicial, Composto CPII-F, CPII-E e CPII-Z

Concreto protendido com protensão após a cura do concreto


Concreto armado com desforma rápida, cura úmida ou produto químico


Concreto armado com desforma rápida, cura vapor ou térmica


Elementos pré-moldados de concreto com cura úmida


Elementos pré-moldados de concreto para desforma rápida com cura úmida


Elementos pré-moldados de concreto para desforma rápida com cura a vapor ou térmica


Pavimento de concreto simples ou armado


Pisos industriais de concreto


Concreto arquitetônico

Branco Estrutural

Argamassa armada


Solo-cimento


Argamassas e concretos para meios agressivos (água do mar e esgotos)

Alto-Forno, Pozolânico e Resistente a Sulfatos

Concreto projetado

Cimento Portland especial com pega rápida e alta aderência

Concreto-massa

Alto-Forno, Pozolânico e de Baixo Calor de Hidratação

Concreto com agregados reativos

Alto-Forno, Pozolânico e de Baixo Calor de Hidratação

Cimentação de poços pretrolíferos

Cimento para Poços Petrolíferos

Tabela 15 - Influência do cimento Portland nas propriedades de argamassas e concretos Tipo de cimento Propriedade

Comum e Composto

Alto-Forno

Pozolânico

Alta Resistência Inicial

Resistente a sulfatos

Baixo Calor de hidratação

Resistência à compressão

Padrão

Menor no início e maior no final da cura


Muito maior nos primeiros dias

Padrão

Padrão


Calor de hidratação

Padrão

Menor

Menor

Maior

Maior

Padrão

Menor

Impermeabilidade

Padrão

Maior

Maior

Padrão

Padrão

Padrão

Maior

Resistência a agentes agressivos

Padrão

Maior

Maior

Menor

Menor

Maior

Maior

Durabilidade

Padrão

Maior

Maior

Padrão

Padrão

Maior

Maior

Branco Estrutural

28 Materiais de Construção I 3.3.10. RECEBIMENTO E ESTOCAGEM

O cimento é um produto perecível que em contato com umidade endurece perdendo suas propriedades antes do uso. Alguns cuidados no recebimento e estocagem do material são essenciais para a garantir concretos e argamassas de boa qualidade. O cimento é comercializado a granel, para usinas de concreto, fábricas de pré-moldados e grandes obras; no varejo, é fornecido em embalagens (papel Kraft) de 50Kg. Estas embalagens não podem estar furadas, rasgadas ou molhadas e devem trazer o nome do fabricante, o tipo do cimento, a sigla, a massa líquida do saco e o selo de conformidade da ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland). Após o ensacamento, o prazo de validade do cimento é de 90 dias e na obra o cimento não deve ser entocado por um período maior que 30 dias.

Figura 6 – Exemplo esquemático de depósito para estocagem de cimento Portland Fonte: ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland – FT-2, 1997


29

Alguns cuidados no estoque do cimento: 







O cimento Portland tem prazo de validade de 90 dias após a data de ensacamento; Ao fazer as compras, programar a quantidade para que o cimento não fique estocado na obra por um período maior que 30 dias; O estoque deve ser feito em local coberto, seco e arejado, sendo que as pilhas devem estar afastadas do piso e das paredes a distância de 30cm; O controle de estoque deverá ser feito de modo que o cimento recebido a mais tempo seja utilizado primeiro;



As pilhas não devem ter mais que 10 sacos dce cimento;



Não devem ser aceitos sacos rasgados ou com sinais de que tenham sido molhados;



Não deve ser utilizado cimento empedrado.

BIBLIOGRAFIA 1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND - Agregados para concreto, São Paulo, 1995. 2. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND - Guia básico de utilização do cimento Portland, São Paulo, 1997. 3. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND - Armazenamento de cimento ensacado, São Paulo. 4. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND - Manual de ensaios de: agregados, concreto fresco e concreto endurecido, São Paulo, 2000. 5. BAUER, L.A. - Materiais de Construção 1. 3ª ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Ltda., 1988. 6. CENTRO DE TECNOLOGIA DE EDIFICAÇÕES - Qualidade na Aquisição de Materiais e Execução de Obras. São Paulo: Editora Pini, 1996. 7. GUIMARÃES, José E. P. - A cal. São Paulo: Editora Pini, 1997. 8. MEHTA, Povindar Kumar – Concreto: estrutura, propriedades e materiais. São Paulo: Editora Pini, 1994. 9. PETRUCCI, Eládio G. R. - Materiais de Construção. 11ª ed. São Paulo: Editora Globo, 1998. 10. PFEIL, Walter. - Estruturas de Madeira. 5ª ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Ltda., 1989. 11. RIPPER, Ernesto - Manual Prático de Materiais de Construção. São Paulo: Editora Pini, 1995.

30 Materiais de Construção I ENSAIOS

NBR 11579:1991 CIMENTO PORTLAND – DETERMINAÇÃO DA FINURA POR MEIO DA PENEIRA 75

µm

(nº 200)

1. Método de ensaio Determinação de finura do cimento Portland com o emprego da peneira nº 200, pelos procedimentos manual e mecânico. É determinada a porcentagem, em massa, de cimento cujas dimensões de grãos são superiores 75 µm (fração retida). 2. Amostra 50 ± 0,05 g de cimento Portland. 3. Equipamentos e materiais - Balança, deve apresentar resolução de 0,01 g. - Conjunto de peneiramento, peneira 75 µm, fundo e tampa. - Dois Pinceis, um de tamanho médio 30 mm a 35 mm, e outro pequeno de 5 mm a 6 mm. - Bastão de PVC, 250 mm de comprimento e 20 mm de diâmetro para auxiliar na remoção de material fino aderido a peneira. - Cronômetro; - Vidro relógio. 4. Procedimentos 4.1 Eliminação de finos A peneira deve estar seca, limpa e encaixada no fundo. Colocar (50 ±0,05)g de cimento sobre a tela da peneira. O operador deve segurar o conjunto com as duas mãos e imprimir-lhe um movimento suave de vaivém horizontal com os pulsos. De maneira que o cimento se espalhe na superfície da tela. Deve-se evitar qualquer perda do material. Peneira até que os grãos mais finos passem totalmente pela malha da tela, o que geralmente ocorre no intervalo de 3 a 5 minutos. 4.2 Etapa Intermediária Tampar a peneira, retirar o fundo e dar golpes suaves no rebordo exterior do caixilho com o bastão para desprender as partículas aderidas à tela e ao caixilho da peneira. Limpar com auxilio do pincel médio toda a superfície inferior da tela da peneira encaixando-a no fundo após a limpeza deste com a flanela. Retirar a tampa e continuar o peneiramento com suaves movimentos de vaivém horizontais, durante 15 min a 20 min, girando o conjunto e limpando a tela com o pincel médio a intervalos regulares. Nesta operação, o material deve-se movimentar de maneira que fique uniformemente espalhado sobre toda superfície da tela. No final do período, colocar a tampa e limpar a tela e o fundo como indicado anteriormente. O material passante deve ser desprezado.


31

4.3 Peneiramento final Colocar a tampa e o fundo na peneira, segurar o conjunto com as duas mãos e, mantendo-o ligeiramente inclinado, imprimir-lhe movimentos rápidos de vaivém durante 60 s, girando o conjunto de mais ou menos 60° a cada 10s. Completado esse período, limpar a tela da peneira com auxilio do pincel médio, recolhendo todo o material e transferindo-o para o fundo. Juntar todo o material do fundo, (passante) recolhendo todos os grãos nele contidos com auxílio do pincel pequeno e passando-o para um recipiente (vidro-relógio) para ser pesado com precisão de 0,01 g (P). Se a massa do material passante for superior a 0,05 g, desprezá-la. Repetir esta etapa do ensaio até que a massa de cimento que passa durante um minuto de peneiramento continuo seja inferior a 0,05 g, (0,1% da massa inicial). 4.4 Transferência do resíduo O cimento retido na peneira deve ser transferido para um recipiente (vidro-relógio) a fim de ser pesado, tomando-se o cuidado de limpar com o pincel médio, ambos os lados da tela para garantir a remoção e tomada de todo o material retido pela peneira. A pesagem desse resíduo (R) deve ser feita com precisão de 0,01g 5. Cálculos Calcular o índice de finura do cimento pela expressão: Onde: F: índice de finura do cimento, em porcentagem; F =

R.C M

R: resíduo do cimento na peneira 75 µm, em (g); × 100

M: massa inicial do cimento, 50g; C: fator de correção da peneira utilizada no ensaio, determinado de acordo com o disposto na NBRNM-ISO 3310-1, devendo estar no intervalo de 1,00 ± 0,20; (utilizar 1,00 se desconhecer o fator de correção da peneira utilizada).

A finura do cimento é caracterizada pelo índice de finura, que é o material retido na peneira 75µm, expresso em porcentagem de massa, calculado até os décimos. O resultado do ensaio é o valor obtido em uma única determinação. Diferença entre dois resultados da mesma amostra

Grupos

Tipo do cimento

Repetitividade: ≤ 0,4% Reprodutibilidade: ≤ 0,8%

Massa inicial da amostra de cimento

Fator de correção da peneira 75 µm

Material retido na peneira 75 µm

(M)

(C)

(R)

Índice de finura


NBR NM 23:2001 CIMENTO PORTLAND E OUTROS MATERIAIS EM P Ó – DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA 1. Método de ensaio Determinação da densidade da massa especifica do cimento e de outros materiais em pó, como, gesso, cal, etc., empregando o frasco volumético de Le Chatelier. O Conhecimento dessa grandeza permite detectar a existência de material inerte no cimento, pois sendo sua massa especifica superior a 3,0 e a do agregado da ordem de 2,6 a 2,7, um valor da massa especifica inferior a 3,05 indica um cimento adulterado, mal cozido, ou ainda parcialmente hidratado. 2. Amostras Utilizar uma massa conhecida do material em ensaio, com aproximação de 0,01 g, que provoque o deslocamento do líquido no intervalo compreendido entre as marcas de 18 cm 3 e 24 cm3, da escala graduada do frasco de “Lê Chatelier”. No caso de ensaio de cimento portland a massa necessária é de 60 g, e no caso de ensaio da cal a massa necessária é de 50 g.

Figura 7 - Cápsula com cimento Portland 3. Principais equipamentos/materiais - Balança, com resolução de 0,01 g; - Recipiente, capaz de conter o material, cuja a massa será determinada; - Funis com gargalo curto e longo; - Banho termorregulador, deve conter a altura suficiente para conter os frascos volumétricos submersos até a marca de 24 cm 3; - Reagentes, um líquido que não reaja quimicamente com o cimento e que tenha a densidade igual ou superior a 0,731 g/cm 3 a 15 ° C.(Xileno ou querosene); - Frasco volumétrico de Le Chatelier de vidro borossilicato com capacidade de 250cm 3; - Termômetro com resolução igual ou superior a 0,5°C.


33

Figura 8 - Conjunto para o ensaio. 4. Procedimento - Colocar o líquido ( xileno ou querosene) até um ponto entre as marcas 0 e 1 cm 3; - Seca-se a parte interior do frasco Le Chatelier acima do nível do líquido; - Submerge-se o frasco no banho termorregulador durante, aproximadamente 30 min para a equalização das temperaturas. A temperatura da água deve ser constante e aproximadamente igual à do ambiente.

Figura 9 - Banho Térmico - Efetua-se a primeira leitura (V 1) com aproximação de 0,1 cm 3; - Adicionar a amostra de cimento, (60 g) no frasco com auxílio do funil, em pequenas porções; - Devem-se evitar que o cimento fique aderido às paredes do frasco acima do líquido; - Fechar o frasco.


Figura 10 - Tubo de Le Chatelier com querosene

Figura 11 - Tubo de Le chatelier com a amostra

- Tampar o frasco e girá-lo em posição inclinada, ou suavemente em círculos horizontais, até que não subam borbulhas de ar para a superfície do líquido. - Submergir o frasco novamente no banho termorregulador para equalização das temperaturas do líquido do frasco e do banho; - Fazer a leitura final (V 2). 4. Resultados. A massa específica do material deve ser calculada pela fórmula: ρ =

m V

onde: ρ : é a massa específica do material ensaiado, em gramas g/cm³;

m: é a massa do material ensaiado, em gramas (60g para o cimento e 50g para o cal); V : é o volume deslocado pela massa do material ensaiado (V’ 2 – V’1), em cm³. V’2 e V’1: são os valores corrigidos de V 1 e V2 , respectivamente, a partir da calibração da escala do frasco volumétrico, em cm³. O resultado deve ser a média de pelo menos duas determinações que não defiram entre si em mais do que 0,01 g/cm³. O resultado deve ser expresso com duas casas decimais. Diferença entre dois resultados da mesma amostra

Grupos

Identificação da amostra

Repetitividade: ≤ 0,02 g/cm3 Reprodutibilidade: ≤ 0,03 g/cm 3

Massa da amostra

Leitura inicial

Leitura final

Volume deslocado

Massa específica

m

V’1

V’2

V

ρ


35

NBR NM 43:2003 CIMENTO PORTLAND – DETERMINAÇÃO DA PASTA DE CONSISTÊNCIA NORMAL 1. Definição Determinação da quantidade de água, em porcentagem, que confere consistência normal à pasta de cimento portland. Pasta de consistência normal é a pasta na qual a sonda de Tetmajer penetra uma distância de (6±1) mm da placa base. 2. Equipamentos e Materiais - Água destilada, deve ser medida com exatidão de 0,5 g e a quantidade deve ser determinadas por tentativas; - Cimento Portland (500 ± 0,5)g - Balança, com resolução de 0,1 g e capacidade mínima de 1000 g; - Misturador mecânico, com cuba de aproximadamente 5 dm 3; - Espátula; - Régua metática; - Cronômetro; - Aparelho de Vicat, preparado para utilização da sonda de Tetmajer ( ∅ 10,00±0,05mm);

Figura 12 – Vista lateral do aparelho de Vicat com a sonda de Tetmajer, para determinação da consistência da pasta de cimento.

Figura 13 – Vista frontal do aparelho de Vicat, com a agulha de Vicat, para determinação do tempo de pega.

Fonte: ABNT NBR NM 43:2003


(A) Suporte; (B) Haste móvel; (C) Sonda de Tetmajer, corretamente instalada e o ponteiro indicador na posição zero quando a sonda estiver em contato com a placa base; idem para a Agulha de Vicat; (D) Agulha de Vicat; (E) Parafuso fixador da haste; (I) Ponteiro indicador; (F) Escala graduada em milímetros; (G) Molde tronco-cônico, com diâmetro maior de (80 ± 5) mm, diâmetro menor de (70 ± 5) mm e altura de (40 ± 0,2) mm, sobre uma base (placa rígida plana); (H) Placa rígida plana. Obs.: O conjunto formado por haste móvel, agulha, ponteiro indicador e sonda deve ter massa total de (300 ± 1) g;

36 Materiais de Construção I 3. Condições ambientais O laboratório deve ser mantido à temperatura de (20±2)ºC e umidade relativa maior que 50%. Em regiões de clima quente, a temperatura pode ser mantida no intervalo de (23±2)ºC, (25±2)ºC ou (27±2)ºC, porém deve ser registrada no relatório do ensaio. 4. Preparação da pasta de cimento Com o misturador parado, introduzir na cuba do mesmo uma quantidade de água ( ma), medida com precisão de 0,5g; Adicionar todo o cimento (mc) e deixar 30s em repouso; Ligar o misturador na velocidade baixa durante 30s; Desligar o misturador e raspar as paredes da cuba com a espátula, fazendo com que toda a pasta a elas aderida fique no fundo; realizar essa operação em 15s; Imediatamente misturar durante 1 minuto à velocidade rápida. 5. Determinação da consistência Imediatamente após a mistura, com auxilio de uma espátula, encher o molde rapidamente com a pasta preparada. A operação de enchimento do molde pode ser facilitada sacudindo-o suavemente. Em seguida, proceder à rasadura do topo do molde, removendo o excesso com uma régua metálica, fazendo movimentos de vaivém sem comprimir a pasta. Colocar o molde sob o aparelho de Vicat, centrar o molde sob a haste descendo-a até ficar em contato com a superfície da pasta e fixá-la nesta posição por meio do parafuso. Após 45s do termino da mistura, soltar a haste e após 30s fazer a leitura na escala graduada. Não é permitido fazer mais de uma sondagem na mesma pasta. A pasta é considerada como tendo consistência normal quando a sonda se situar a uma distância de (6±1) mm da placa base. Enquanto não obtiver esse resultado, preparam-se diversas pastas, variando a quantidade de água e utilizando nova porção de cimento em cada tentativa. 6. Resultados. Calcular a porcentagem de água (A) necessária à obtenção da consistência normal da pasta de cimento, utilizando a fórmula: A =

ma mc

×100

Expressar o resultado em porcentagem, arredondando ao décimo mais próximo. Diferença entre dois resultados da mesma amostra Identificação da amostra

s a v i t a t n e T

1ª 2ª 3ª 4ª

. p m e T

e d a d i m U

Repetitividade: ≤ 0,6% Reprodutibilidade: ≤ 1,0%

Massa de água

Massa de cimento

ma

mc

Distância entre a sonda e a base

Porcentagem de água A


37

NBR NM 65:2003 CIMENTO PORTLAND – DETERMINAÇÃO DO TEMPO DE PEGA 1. Definição O fenômeno da pega do cimento compreende a evolução das propriedades mecânicas da pasta de cimento

do inicio do processo de endurecimento, propriedades essênciais físicas,

conseqüente, entretanto de um processo químico de hidratação. É um fenômeno artificialmente definido como o momento em que a pasta adquire certa consistência que a torna imprópria a ser trabalhada. Tempo de início de pega é, em condições de ensaio normalizadas, o intervalo de tempo transcorrido desde a adição de água ao cimento até o momento em que a agulha de Vicat correspondente penetra na pasta até uma distância de (4 ± 1) mm da placa base. Tempo de fim de pega é, em condições de ensaio normalizadas, o intervalo de tempo transcorrido desde a adição de água ao cimento até o momento em que a agulha de Vicat penetra 0,5 mm na pasta. 2. Equipamentos / materiais - Água destilada, deve ser medida com exatidão de 0,5 g e a quantidade deve ser aquela na qual se determinou a pasta de consistência normal; - Cimento Portland (500 ± 0,5)g - Balança, com resolução de 0,1 g e capacidade mínima de 1000 g; - Misturador mecânico, com cuba de aproximadamente 5 dm 3; - Espátula; - Régua metática; - Cronômetro; - Aparelho de Vicat, preparado para utilização da Agulha correspondente ao tempo de pega que se deseja determinar (ver figura 12, 13, 14 e 15);

Figura 14 - Agulha para determinação do tempo de pega inicial

Figura 15 - Agulha e acessório para determinação do tempo de fim de pega



38 Materiais de Construção I 3. Condições ambientais De acordo com a NBR NM 43 4. Preparação da pasta de cimento A pasta de consistência normal e o enchimento do molde tronco-cônico deve ser feito de acordo com a NBR NM 43. Imediatamente após o enchimento do molde com pasta de cimento, este deve ser armazenado em câmara úmida com dimensões adequadas, capaz de manter a temperatura do ar ambiente no intervalo de (20 ± 2)ºC e a umidade relativa do ar não menor que 90%. A temperatura do ar da câmara úmida pode ser mantida no intervalo de (23 ± 2)ºC, (25 ± 2)ºC ou (27 ± 2)ºC, em regiões de clima quente, porém ela deve ser registrada no relatório de ensaio. 5. Determinação do tempo de início de pega Depois de um tempo mínimo de 30 min após o enchimento do molde, colocá-lo no aparelho de Vicat, situando-o sob a agulha. Fazer descer suavemente a agulha até que haja contato desta com a pasta. Aguardar 1s a 2s nessa posição. Soltar rapidamente as partes móveis, permitindo que a agulha penetre verticalmente na pasta. Ler a indicação na escala quando houver terminado a penetração ou 30s após o instante em que a agulha foi solta, o que ocorrer primeiro. Anotar a leitura na escala e o tempo contado a partir do instante em que a água e o cimento entraram em contato. Repetir o ensaio de penetração em posições convenientemente separadas, que distem no mínimo 10 mm da borda do molde e entre elas, a intervalos de tempo convenientemente espaçados, de por exemplo, 10 min. Limpar a agulha de Vicat imediatamente após cada penetração. Anotar os resultados de todas as penetrações e, por interpolação, determinar o tempo em que a distância entre a agulha e a placa base é de (4 ± 1) mm. A precisão requerida é de 5 min e pode ser garantida reduzindo o intervalo de tempo entre determinações sucessivas à medida que se aproxima o final do ensaio. 6. Determinação do tempo de fim de pega Substituir a agulha de Vicat para determinação do tempo de início de pega pela agulha de Vicat para determinação do tempo de fim de pega, cujo acessório anular facilita a observação exata de penetrações pequenas. Inverter o molde cheio sobre sua placa base, de forma que os ensaios para determinação do fim de pega sejam realizados na face oposta do corpo-de-prova, que estava originalmente em contato com a placa base. Para a realização das medidas, deve ser utilizado o procedimento descrito no item 5. Os intervalos de tempo entre ensaios de penetração podem ser ampliados para até 30 min, por exemplo. Registrar, com aproximação de 15 min, o tempo transcorrido a partir do instante zero, até que a agulha penetre pela primeira vez apenas 0,5 mm na pasta, como tempo de fim de pega do cimento. Este é o momento em que o acessório anular não provoca nenhuma marca no corpo-de-prova. A precisão do ensaio pode ser maior reduzindo o intervalo de tempo entre penetrações próximas ao final da determinação e observando se os resultados de ensaios sucessivos não variam excessivamente.


39

7. Resultados O resultado de tempo de início de pega, expresso em horas e minutos, com uma aproximação de 5 min, é o valor obtido em uma única determinação. O mesmo critério se aplica ao resultado do tempo de fim de pega, com aproximação de 15 min. Diferença entre dois resultados da mesma amostra

Repetitividade: ≤ 30 min Reprodutibilidade: ≤ 60 min

Identificação da amostra: Data/Hora da mistura:

Temperatura:

Temperatura da Câmara Úmida

Umidade da Câmara Úmida:

INÍCIO DE PEGA Data/Hora

Distância

hh:mm

agulha / base

Observações:

Umidade:

FIM DE PEGA Tempo decorrido hh:mm

Data/Hora

Penetração da

hh:mm

Agulha

Tempo decorrido hh:mm


NBR 11582:1991 CIMENTO PORTLAND – DETERMINAÇÃO DA EXPANSIBILIDADE DE LE CHATELIER 1. Definição Esta norma prescreve o método de determinação das expansibilidades a quente e a frio da pasta de cimento. 2. Equipamentos e materiais - Espátula; - Água necessária para consistência normal, de acordo com NBR NM 43; - Cimento Portland (500 ± 0,5)g - Régua milimetrada com divisão de 0,5 mm (paquímetro); - Óleo mineral, para untar; - Agulha de Le Chatelier, constitui em um cilindro de 30 mm de diâmetro com 30 mm de altura, em chapa de latão de 0,5 mm de espessura, com hastes de 150 mm de comprimento do mesmo material; - Placas de vidros, quadradas com 5 cm lado.

Figura 16 - Agulha de “Le Chatelier”

Figura 17 - visão geral

Fonte: ABNT NBR 11582:1991

3. Condições do ambiente A temperatura do ar na sala de ensaios, bem como a da aparelhagem e dos materiais, exceto a da água, pode variar de (24 ±4) º C A temperatura da água de amassamento deve ser (23±2)º C. A umidade relativa do ar ambiente não deve ser inferior a 50%.


41

4. Preparação da Pasta Preparar uma pasta com 500g de cimento e água necessária para a consistência normal, de acordo com a NBR NM 43. 5. Moldagem dos corpos-de-prova Apoiada pela base do cilindro, colocar cada agulha sobre a placa de vidro lubrificada com óleo mineral e, com a ajuda de uma espátula fina, preenchê-la com a pasta, rasar seu topo, cobri-la também com a placa de vidro, colocando-se sobre esta um peso suficiente para que o cilindro não gire devido ao peso das hastes. Repetir esta etapa para seis corpos-de-prova, sendo três destinados ao ensaio a quente e três para o ensaio a frio 6. Cura Inicial Logo após a moldagem, o conjunto todo (agulha, corpo-de-prova, placas de vidro e contrapeso) deve ser imerso em tanque de água potável, mantida a temperatura de (23 ± 2)°C, durante (20 ± 4)h. 7. Cura a Frio Terminado o período de cura inicial, retirar as placas de vidro e colocar as agulhas de “Le Chatelier” (três) no tanque de água a (23 ± 2)°C, durante seis dias, em posição tal, que as extremidades de suas hastes fiquem fora da água 8. Cura a quente Terminado o período de cura inicial, retirar as placas de vidro e colocar as agulhas de “Le Chatelier” (três) no tanque de água a (23 ± 2)°C, em posição tal, que as extremidades de suas hastes fiquem fora da água. Procede-se o aquecimento progressivo da água até a ebulição que deve começar entre 15 min e 30 min. A ação da água quente deve durar 5h ou mais, de acordo com o que se especifica em 9.2. 9. Resultados 9.1 Expansibilidade a frio Os afastamentos das extremidades das agulhas, em milímetros, devem ser medidos como se indica a seguir: a) logo após a moldagem dos corpos-de-prova; b) após sete dias consecutivos em água (23±2)°C. 9.2 Expansibilidade a quente Os afastamentos das extremidades das agulhas, em milímetros, devem ser medidos como se indica a seguir: a) imediatamente antes do início do aquecimento de água; b) após três horas de ebulição, sem que ocorra o esfriamento dos corpos-de-prova;

42 Materiais de Construção I c) de duas em duas horas, até que não se verifiquem, em duas medições consecutivas, variações de afastamento das extremidades das hastes. O resultado da expansibilidade a frio é a média de três determinação, sendo expresso em milímetros, com aproximação de 0,5 mm. O resultado da expansibilidade a quente é a média de três determinação, sendo expresso em milímetros, com aproximação de 0,5 mm.

Diferença entre dois resultados da mesma amostra

Repetitividade: ≤ 1,0 mm Reprodutibilidade: ≤ 1,5 mm

Identificação da amostra: Data / Hora da mistura: EXPANSIBILIDADE A FRIO

Medições

EXPANSIBILIDADE A QUENTE

Afastamento das extremidades das agulhas CP1

CP2

Medições

CP3

CP4

1º dia(1)

Antes do aquecimento

2º dia

após 3h

3º dia

após 5h

4º dia

após 7h

5º dia

após 9h

6º dia

após 11h

7º dia

após 13h

(1) Logo após a moldagem

Afastamento das extremidades das agulhas CP5

CP6


43

NBR 7215:1996 CIMENTO PORTLAND – DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO 1. Definição Esta Norma especifica o método de determinação da resistência à compressão de cimento Portland. O método compreende a determinação da resistência à compressão de corpos-de-prova cilíndricos de 50 mm de diâmetro e 100 mm de altura. Os corpos-de-prova são elaborados com argamassa composta de uma parte de cimento, três de areia normal, e com relação água/cimento de 0,48. 2. Materiais / equipamentos - Cimento Portland (624 ± 0,4)g. - Areia normal, (468 ± 0,3)g de cada fração: grossa( 1,2mm), média grossa (0,6mm), média fina (0,3mm) e fina (0,15mm), totalizando 1872g. A Norma NBR 7214:1982 ( Areia normal para ensaio de cimento), fixa as condições exigíveis da areia destinada à execução do

ensaio da resistência à compressão de cimento Portland. - Água, potável na temperatura de (23 ± 2)°C, (300 ± 0,2)g; - Óleo mineral, para untar as formas. - Cera de abelha, para vedação das formas. - Material para capeamento, fundido de enxofre com caulim, pozolanas, quartzo em pó ou outras substâncias, em proporções tais que não interfiram no resultado do ensaio. A temperatura de aplicação do material de capeamento fundido deve ser de (136±7)ºC. - Balança, com resolução de 0,1 g. - Molde, em forma cilíndrica com base rosqueada, diâmetro interno de 50 ± 0,1 mm e altura de 100 ± 0,2 mm (figura 19). - Placas de vidros, quadradas com 5 cm de lado (figura 19). - Soquete, deve ser material não corrosivo (figura 19). - Espátulas metálicas de 25 mm de largura e 200 de comprimento (figura 19).

Figura 18 - Conjunto de materiais para a preparação da argamassa

Figura 19 - Conjunto para moldagem dos corposde-prova

44 Materiais de Construção I - Misturador mecânico (figura 20). - Máquina de ensaio de compressão (figura 21), de acordo com a NBR NM-ISSO 7500-1:2004 (Parte 1: Máquina de ensaio de tração/compressão – Calibração do sistema de medição da força), que especifica a calibração das máquinas de ensaio à tração/compressão.

Figura 20 - Misturador Mecânico

Figura 21 - Máquina de ensaio de compressão

- Paquímetro, capaz de medir espessuras de 200 mm, para medir o índice de consistência da argamassa. - Régua metálica não flexível, com aproximadamente 200 mm de comprimento de 1mm a 2 mm de espessura.

Figura 22 - Câmara úmida com tanque de água

Figura 23 - Capela com exaustão e fogão

3. Condições do ambiente A temperatura do ar na sala de ensaios, bem como a da aparelhagem e dos materiais, exceto a da água, deve ser de (24 ±4)º C. A temperatura da água de amassamento deve ser (23±2)º C. A umidade relativa do ar ambiente não deve ser inferior a 50%. As condições da câmara úmida (figura 22) onde se conservam os corpos-de-prova até a idade de ruptura devem atender as prescrições da NBR 9479:2006 ( Argamassa e concreto - Câmaras úmidas e tanques para cura de corpos-de-prova), que estabelece os requisitos exigíveis para

câmaras úmidas e tanques de cura utilizados nos ensaios de argamassa e concreto.


45

4. Procedimento 4.1 Preparo dos moldes Para garantia da estanqueidade, antes de fechar a fenda do molde, passar uma leve camada do material para vedação, na superfície lateral externa da forma, ao longo de toda extensão da fenda vertical, apertando-se o dispositivo de fechamento. Em seguida, no caso de forma não rosqueada, fixar esta sobre a base, utilizando um cordão deste material para também garantir a estanqueidade. Em seguida, untar toda a superfície interna e o fundo da forma com uma leve camada de óleo. 4.2 Preparação da argamassa de cimento (Mistura mecânica) Executar a mistura mecânica colocando inicialmente na cuba toda a quantidade de água e adicionando o cimento. A mistura destes materiais deve ser feita com o misturador na velocidade baixa durante 30 s. Após este tempo, e sem paralisar a operação de mistura, inicia-se a colocação de areia (quatro frações de 468g, previamente misturadas), com o cuidado de que toda esta areia seja colocada gradualmente durante o tempo de 30s. Imediatamente após o término da colocação da areia, mudar para a velocidade alta, misturando-se os materiais nesta velocidade por 30s. Após este tempo desligar o misturador por 1min e 30s. Durante os primeiros 15s retirar a argamassa que ficou aderida às paredes da cuba e à pá, colocando-a no interior da cuba. Durante o tempo restante (1min e 15s) a argamassa fica em repouso na cuba, coberta com um pano limpo e úmido. Imediatamente após este intervalo, ligar o misturador na velocidade alta, por mais 1min. Deve ser registrada a hora em que o cimento é posto em contato com a água de mistura. 4.3 Enchimento dos Moldes A moldagem dos corpos-de-prova deve ser feita imediatamente logo após o amassamento e com maior rapidez possível. A colocação da argamassa na forma é feita com o auxilio da espátula, em quatro camadas de alturas aproximadamente iguais, recebendo cada camada trinta golpes uniformes com o soquete normal, homogeneamente distribuído. Esta operação deve ser terminada com a rasadura do topo do corpo-de-prova, deslizando-se a régua, sobre as bordas da forma e dando um ligeiro movimento de vaivém na sua direção. 4.4 Cura dos corpos-de-prova Os corpos-de-prova devem ser submetidos a um período de cura inicial ao ar e a um período final em água nas condições prescritas em 4.4.1 e 4.4.2. 4.4.1 Cura inicial ao ar Logo após a moldagem, os corpos-de-prova, ainda nos moldes, devem ser colocados em câmara úmida (figura 22), onde devem permanecer durante 20 a 24 horas, com a face superior protegida com uma placa de vidro plano. Os corpos-de-prova referentes aos diferentes amassamentos devem ser aleatoriamente agrupados em series distintas de quatro corpos de provas, sendo cada serie relativa a uma idade.

46 Materiais de Construção I 4.4.2 Cura final em água Terminado o período inicial da cura, os corpos de prova devem ser removidos das formas, identificados, e devem ser imersos no tanque de água, saturada de cal, onde devem permanecer até o momento do ensaio. Os corpos-de-prova poderão ser rompidos com 3 dias, 7 dias e 28 dias de idade, para cimentos Portland comum e composto, e em diferentes idades para outros tipos de cimento (tabela 12, página 26). 4.5 Capeamento dos topos e bases dos corpos-de-prova O material para capeamento deve ser preparado fundindo-se enxofre com caulim, pozolanas, quartzo em pó ou outras substâncias, em proporções tais que não interfiram no resultado do ensaio. Recomenda-se a seguinte dosagem: 75% de enxofre e 25% de material inerte. Para o derretimento utiliza-se uma capela com exaustão (figura 23) que permite eliminar os gases ao exterior, e uma fonte de calor capaz de manter a temperatura do material fundido a (136±7)ºC. Os corpos-de-prova devem ser capeados com a mistura de enxofre a quente de maneira que cada camada formada em cada extremidade sejam paralelas entre si e apresente espessura máxima de 2 mm. Os corpos-de-prova devem ser ensaiados somente após transcorrido 2 horas do momento em que o material das bases tiver solidificado. 4.6 Determinação da carga de ruptura Eles devem ser rompidos à compressão nas idades especificadas, para o tipo de cimento ensaiado. A idade do corpo-de-prova é contada a partir do instante em que o cimento é posto em contato com a água de mistura. Centrar o corpo-de-prova sobre o prato inferior da máquina e aplicar carga com uma velocidade equivalente a (0,25±0,05)MPa/s. 5. Resultados 5.1 Resistência individual Calcular a resistência à compressão, em megapascals, (1 kgf/cm 2 = 0,09807 MPa), de cada corpo-de-prova, dividindo a carga da ruptura pela área da seção do corpo-de-prova. 5.2 Resistência média Calcular a média das resistências individuais, em megapascals, dos quatro corpos-de-prova ensaiados na mesma idade. O resultado deve ser arredondado ao décimo mais próximo. 5.3 Desvio relativo máximo Calcular o desvio relativo máximo da série de quatro resultados, dividindo o valor absoluto da diferença entre a resistência média e a resistência individual que mais se afaste desta média, para mais ou para menos, pela resistência média e multiplicando este quociente por 100. 5.4 Expressão dos resultados O certificado do ensaio deve conter as quatro resistências individuais, a resistência média e o desvio relativo máximo, em cada idade. Quando o desvio relativo máximo for superior a 6%, calcular uma nova média, desconsiderando o valor discrepante, identificando-o no certificado com um asterisco. Persistindo o fato, eliminar os corpos-de-prova de todas as idades, devendo o ensaio ser totalmente refeito.


47

O resultado final, em cada idade, é a resistência média. Os limites mínimos da resistência à compressão fixados pelas Normas brasileiras em cada idade referem-se a esta média. Diferença entre dois resultados finais da mesma idade

Repetitividade: ≤ 10% da média entre eles Reprodutibilidade: ≤ 15% da média entre eles

Tipo de Cimento: Data e Hora da Mistura: Idade: CP

CARGA

Nº

kgf

Idade: CP

CARGA

Nº

kgf

Idade: CP

CARGA

Nº

kgf

Idade: CP

CARGA

Nº

kgf

Data e Hora da Ruptura: RESISTÊNCIA Individual Kgf/cm2 MPa




Média MPa

Média MPa

Média MPa

Média MPa

Desvio

Nova Média

%

MPa

%

Desvio

Nova Média

Desvio

%

MPa

%

Desvio

Nova Média

Desvio

%

MPa

%

Desvio

Nova Média

Desvio

%

MPa

(1)

(1)

(1)

(1)

Desvio

%

(1) Utilizado Quando o Desvio Relativo Máximo for superior a 6%. O CP com maior desvio é excluído da nova média e identificado com um asterisco.

RESULTADO FINAL: Resistência Média (MPa) Desvio Relativo Máximo (%)

Idades (Dias)


Esta apostila foi atualizada, em função das atualizações das Normas ABNT trabalhadas nesta apostila até a presente data (julho/2009), por Antonio Carlos Reginaldo, Tecnólogo em Construção Civil, do Laboratório de Materiais de Construção Civil da Faculdade de Tecnologia – FT da Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP.

BIBLIOGRAFIA ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND - Agregados para concreto, São Paulo, 1995. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND - Guia básico de utilização do cimento Portland, São Paulo, 1997. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND - Armazenamento de cimento ensacado, São Paulo. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND - Manual de ensaios de: agregados, concreto fresco e concreto endurecido, São Paulo, 2000. BAUER, L.A. - Materiais de Construção 1. 3ª ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Ltda., 1988. CENTRO DE TECNOLOGIA DE EDIFICAÇÕES - Qualidade na Aquisição de Materiais e Execução de Obras. São Paulo: Editora Pini, 1996. GUIMARÃES, José E. P. - A cal. São Paulo: Editora Pini, 1997. MEHTA, Povindar Kumar – Concreto: estrutura, propriedades e materiais. São Paulo: Editora Pini, 1994. PETRUCCI, Eládio G. R. - Materiais de Construção. 11ª ed. São Paulo: Editora Globo, 1998. PFEIL, Walter. - Estruturas de Madeira. 5ª ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Ltda., 1989. RIPPER, Ernesto - Manual Prático de Materiais de Construção. São Paulo: Editora Pini, 1995.

Apostila Aglomerantes

Recommend Documents