Finura Do Cimento

UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS (UEA) ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA (EST) CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

ÍNDICE DE FINURA DO CIMENTO

MANAUS / AM ABRIL, 2014

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ANDREZA DE SOUZA FONTES YAGO ALBUQUERQUE BRANDÃO

ÍNDICE DE FINURA DO CIMENTO

Relatório

técnico

apresentado

como requisito parcial na disciplina Materiais de Construção Civil I ministrada pela Doutora Valdete Santos.













RESUMO

A finura do cimento é uma noção relacionada com o tamanho dos grãos do produto. É usualmente definida de duas maneiras distintas: pelo tamanho máximo do grão, quando as especificações estabelecem uma proporção em peso do material retido a operação de peneiramento em malha de abertura definida pelo valor da superfície especifica (soma das superfícies dos grãos contidos em uma grama de cimento). A finura, mais precisamente a superfície especifica do produto, é o fator que governa a velocidade da reação de hidratação do mesmo e tem também sua influencia comprovada em muitas qualidades de pasta, das argamassas e dos concretos. O aumento da finura melhora a resistência, particularmente a resistência da primeira idade, diminui a exsudação e os tipos de segregação, aumenta a impermeabilidade, a trabalhabilidade e a coesão dos concretos e diminui a expansão em autoclave. Exsudação é o fenômeno que consiste na separação espontânea da água de mistura que naturalmente aflora pelo efeito conjunto da diferença de densidades entre o cimento e a água e o grau de permeabilidade que permanece na pasta. É um tipo de segregação entendido como separação dos diversos constituintes das argamassas e dos concretos por via de ação de diferentes causas, conduzindo a uma indesejável heterogeneidade. A coesão nos concretos e argamassas frescas é responsável pela estabilidade mecânica dos mesmos antes do inicio da pega, e é medida pelo valor de resistência do cisalhamento. A análise do módulo m ódulo de finura do cimento tem como objetivo a determinação da finura das partículas (grãos) do cimento, conforme a norma NBR 11579. A partir dos materiais, cimento CEMEX CP-I-S-32 e das ferramentas (peneiras, balança, cronômetro) disponíveis no laboratório, pudera então efetuar o experimento. O índice de finura do cimento é o grau da porcentagem de grãos menores que passam pela peneira 200, o qual significa que quanto mais fino estiver o cimento melhor será a sua reação e a resistência mecânica depois de pronto será maior.













LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Material Material utilizado na determinação da finura ......................................................... 10 Figura 2 – Tampa, Tampa, peneira e fundo. ......................................................................................... 11 Figura 3 - Escovinha usada para remoção de resíduos. ........................................................... 11 Figura 4 - Amostra retida após 20 min, no primeiro ensaio. ............................................... .................................................... ..... 25 Figura 5 - Passante Pass ante após 1 min, no primeiro ensaio. .................................................... ................................................................ ............ 25 Figura 6 - Retido no final do primeiro ensaio. ......................................................................... 26 Figura 7 - Amostra retida após 20 min, no segundo ensaio. .................................................... 26 Figura 8 - Passante após 1 min, no segundo ensaio. ................................................................ 27 Figura 9 - Retido no final do segundo ensaio. ......................................................................... 27 Figura 10 - Peneira sendo limpa após ensaio. .......................................................................... 28 Figura 11- Cimento conservado em laboratório....................................................................... 28 Figura 12 - Cimento utilizado nos ensaios. .............................................................................. 29













LISTA DE TABELAS

Tabela 1- Tipos de cimento e suas composições ..................................................................... 12 Tabela 2 - Componentes do cimento Portland ......................................................................... 15 Tabela 3- Ensaios físicos realizados com o cimento CP-I-S. .................................................. 17 Tabela 4 - Ensaios químicos com o cimento CP-I-S ............................................................... 17 Tabela 5- Determinação da finura do cimento com o uso da peneira 75µm ........................... 22













LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas AM

Amazonas

CP

Cimento Portland

Eq.

Equação

EST

Escola Superior de Tecnologia

g

Gramas

MPa

Mega pascal

NBR Norma Brasileira NM

Norma Mercosul

UEA Universidade do Estado do Amazonas















LISTA DE SÍMBOLOS

F

Índice de finura do cimento, em porcentagem.

R

Resíduo do cimento na peneira 75µm, em g.

M

Massa inicial do cimento, em g.

C

Fator de correção da peneira utilizada no ensaio.













SUMÁRIO

1

INTRODUÇÃO ............................................. .................................................................................................. .......................................................................... ..................... 9

2

OBJETIVOS GERAIS ...................................................... .......................................................................................................... ...................................................... 10

3

MATERIAIS .................................................. ....................................................................................................... ........................................................................ ................... 10

4

REVISÃO DE LITERATURA ................................................. .............................................................................................. ............................................. 12 4.1

Cimento Portland ....................................................... ....................................................................................................... ................................................ 12

4.2

Componentes do cimento Portland ...................................................... ............................................................................ ...................... 14

4.3

Cimento Portland comum com adição (CP1-S) ........................................................ 16

4.4

Ensaios físicos com o CP-I-S-32 ............................................................................... 17

4.5

Ensaios químicos com o CP-I-S-32 CP- I-S-32 ..................................................... ........................................................................... ...................... 17

4.6

Hidratação do cimento .............................................. ............................................................................................... ................................................. 18

4.7

Materiais pozolânicos ............................................... ................................................................................................ ................................................. 19

4.8

Finura do cimento ...................................................... ...................................................................................................... ................................................ 19

5

MÉTODOS .................................................... ......................................................................................................... ........................................................................ ................... 21

6

PROCEDIMENTOS ................................................ .................................................................................................... .............................................................. .......... 21













1

INTRODUÇÃO

São várias as propriedades do cimento, considerando a composição desse aglomerante hidráulico que é tão vastamente utilizado na construção civil, existe entre as diversas características desse material, a finura do cimento, que influencia a sua reação com água. Geralmente, quanto mais fino o cimento, mais rápido ele reagirá. Para uma dada composição, a taxa de reatividade e, portanto, de desenvolvimento da resistência, pode ser aumentada através de uma moagem mais fina do cimento; porém, o custo da moagem e o calor de liberado na hidratação estabelecem alguns limites para a finura. Por tudo isso, se faz necessário o conhecimento dessa propriedade do cimento, podendo assim ter um maior controle sobre o dimensionamento de argamassas e concretos. A finura do cimento é uma noção relacionada com o tamanho dos grãos do produto. É usualmente definida de duas maneiras distintas: pelo tamanho máximo do grão, quando as especificações estabelecem uma proporção em peso do material retido a operação de peneiramento em malha de abertura definida pelo valor da superfície especifica (soma das superfícies dos grãos contidos em um grama de cimento). É o fator que governa a velocidade da reação de hidratação do mesmo e tem também sua influência comprovada em muitas qualidades de pasta, das argamassas e dos concretos. O aumento da finura melhora a resistência, particularmente a resistência da primeira idade, diminui a exsudação e os tipos de segregação, aumenta a impermeabilidade, a trabalhabilidade e a coesão dos concretos e diminui a expansão em autoclave.













2

OBJETIVOS GERAIS

Determinar a finura de uma amostra de cimento CP1-S para testar a sua qualidade. 3

MATERIAIS



Balança com precisão de 0,01 g;



Peneira com abertura de 0,075 mm, com tampa e fundo;



Escovinha para remoção de resíduos;



Recipiente de porcelana;



Cronômetro com resolução de 1 s.



Duas amostras com 50 g de cimento CP1-S, cada uma;













Figura 2 – Tampa, Tampa, peneira e fundo.

Figura 3 - Escovinha usada para remoção de resíduos.















4 4.1

REVISÃO DE LITERATURA Cimento Portland Segundo a NBR 5732, é um aglomerante hidráulico obtido pela moagem do clínquer

Portland ao qual se adiciona, durante a operação, a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. Durante a moagem é permitido adicionar a esta mistura materiais pozolânicos, escórias granuladas de alto forno e/ou materiais carbonáticos. Os cimentos foram originariamente fabricados segundo as especificações dos consumidores que encomendavam, das fábricas, o produto com certas características convenientes a um trabalho. A partir de 1904, quando as primeiras especificações da ASTM foram introduzidas, a indústria limitou-se a produzir alguns tipos tipos de cimento. Em cada país, a indústria produz os cimentos padronizados pelo organismo normalizador nacional e alguns outros fora de normas, mas sempre um número limitado de tipos. Não se encontram todos os tipos, entretanto, disponíveis no mercado. Muitos deles, destinados a usos especiais, são obtidos mediante encomenda.













O cimento Portland é atualmente produzido em instalações industriais de grande porte, localizadas junto às jazidas que se encontram em situação favorável quanto ao transporte do produto acabado aos centros consumidores. Trata-se de um produto de preço relativamente baixo, baixo, que não comporta fretes a grandes distâncias. As Matérias-primas utilizadas na fabricação do cimento Portland são, usualmente, misturas de materiais calcários e argilosos em proporções adequadas que resultem em composições químicas apropriadas para o cozimento. O condicionamento econômico do empreendimento, combinado com a natureza das jazidas disponíveis, disponíveis, determina os materiais que podem ser utilizados na manufatura do cimento Portland. Entre os materiais calcários utilizados encontram-se o calcário propriamente dito, conchas de origem marinha etc. Entre os materiais argilosos encontram-se a argila, xistos, ardósia e escórias de alto-forno. A fabricação do cimento Portland comporta seis operações principais, a saber: 





extração da matéria-prima; britagem; moedura e mistura; queima;













A operação de queima da mistura crua devidamente proporcionada num forno onde, pela combustão controlada de carvão, gás ou óleo, a temperatura é elevada aos níveis necessários a transformação química que conduz a produção do clinquer, subsequentemente subsequentemente resfriado, é, talvez, a mais importante fase na fabricação do cimento. O material submetido ao processamento das queimas percorre o forno rotativo de uma ponta a outra em cerca de 3 horas e meia a 4 horas. O clinquer produzido sai do forno em elevada temperatura, incandescente, e é resfriado mediante corrente de ar ou mesmo por ação de água. O clinquer resfriado é conduzido a depósitos apropriados, onde aguarda o processamento da moagem. A operação de moagem do clinquer é realizada em moinhos de bola conjugados com separadores a ar. Sendo o clinquer um material extremamente duro, a moagem é uma operação dispendiosa, onde são consumidas as esferas de aço duro, utilizadas dentro do moinho. m oinho. O clinquer pulverizado é conduzido pneumaticamente para os separadores de ar, um ciclone que reconduz ao moinho os grãos de tamanho grande e dirige os de menor tamanho, o cimento propriamente dito, para os silos de estocagem. O produto acabado, o cimento Portland artificial, é então ensacado automaticamente em sacos de papel apropriado ou simplesmente encaminhado a granel para os veículos de transporte.













As argilas também contêm alumina (Al2O3), e frequentemente óxidos de ferro (Fe2O3) e álcalis. A presença destes ajuda na formação de silicatos de cálcio a temperaturas consideravelmente mais baixas do que seria de outro modo. Como resultado, além dos silicatos de cálcio, o produto final também contém aluminatos e ferroaluminatos de cálcio. As propriedades do cimento são relacionadas diretamente com as proporções dos silicatos e aluminatos. As proporções destes últimos podem ser determinadas a partir do resultado da análise em óxidos. Denomina-se essa operação a determinação da composição potencial do cimento. Normalmente, usa-se para cálculo cálculo o chamado método método de Bogue. Bogue.

Embora o cimento Portland consista essencialmente em vários compostos de cálcio, os resultados de análises químicas de rotina são expressos em termos dos óxidos dos elementos presentes, como pode ser observado obs ervado na Tabela 2. Tabela 2 - Componentes do cimento Portland

Óxidos

Abreviação

Compostos

Abreviação

CaO

C

3CaO.SiO2

C 3S















aluminato tricálcico ( 3CaO • Al2O3 = C3A);



ferro aluminato tetracálcico ( 4CaO • Al2O3 • Fe2O3 = C4AFe).

O silicato tricálcico (C 3S) é o maior responsável pela resistência em todas as idades especialmente até o fim do primeiro mês de cura. O Silicato bicálcico (C 2S) adquire maior importância no processo de endurecimento em idades mais avançadas, sendo largamente responsável pelo ganho de resistência a um ano ou mais. O aluminato tricálcico (C 3A) também contribui para a resistência, especialmente o primeiro dia. O ferro aluminato de cálcio (C 4AFe) em nada contribui para a resistência. O aluminato de cálcio (C 3A) muito contribui para o calor de hidratação, especialmente no início do período de cura. O silicato tricálcico é o segundo componente em importância no processo de liberação de calor. Os dois outros componentes contribuem pouco para a liberação de calor. O aluminato de cálcio, quando presente em forma cristalina, é o responsável pela rapidez de pega. Com a adição de proporção conveniente de gesso, o tempo de hidratação é controlado. O silicato tricálcico (C 3S) é o seguindo componente com responsabilidade pelo tempo de pega do cimento. Os outros constituintes se hidratam lentamente, não tendo efeito sobre o tempo de pega.















4.4

Ensaios físicos com o CP-I-S-32

Tabela 3- Ensaios físicos realizados com o cimento CP-I-S. CP -I-S.

Ensaio físico Blaine (cm²/g)

Especificações ABNT >=2600

NBR NM 76

Tempo de início de pega (h:min)

>= 1

NBR NM 65

Tempo de fim de pega (h:min)

<= 10

NBR NM 65

Finura na peneira 200 (%)

<= 12

NBR 11579

Finura na peneira 325 (%)

-

NBR 9202

Expansibilidade quente (mm)

5

NBR 11582













4.6

Hidratação do cimento As propriedades químicas do cimento Portland estão diretamente ligadas ao processo de

endurecimento por hidratação. Ainda não se conhecem com muita precisão as reações e os compostos envolvidos no processo de endurecimento, restando muitas questões a serem esclarecidas. O processo é complexo, admitindo-se, atualmente, que ocorre em desenvolvimentos que compreendem a dissolução na água, precipitações de cristais e gel com hidrólises e hidratações dos componentes do cimento.

A chamada hidratação do cimento gera produtos que possuem características de pega e endurecimento. Os silicatos e aluminatos complexos, ao serem misturados com água,













de natureza cristalina. Os dois últimos constituintes principais do cimento, o aluminato tricálcico e o ferro aluminato de cálcio, se hidratam, resultando, do primeiro, cristais de variado conteúdo de água e, do segundo uma fase amorfa gelatinosa.

4.7

Materiais pozolânicos Os materiais pozolânicos são rochas vulcânicas ou matérias orgânicas fossilizadas

encontradas na natureza, certos tipos de argilas queimadas em elevadas temperaturas (550ºC a 900ºC) e derivados da queima de carvão mineral nas usinas termelétricas, entre outros (ABCP, 2002).













segregação, aumentam a impermeabilidade, a trabalhabilidade e a coesão dos concretos e diminui a expansão em autoclave. A NBR 11579 aborda procedimentos necessários para a determinação do índice de finura de finura, utilizando peneiramento em etapas, e para o cálculo desse índice, é utilizada a seguinte fórmula: F= Onde:

 

X 100

(Eq. 1)













5

MÉTODOS Este ensaio foi realizado tendo como base o procedimento descrito na NBR 11579,

Cimento Portland – Determinação Determinação da finura por meio da peneira 75 µm (n° 200). 6

PROCEDIMENTOS Inicialmente, mede-se 50 g de cimento para a primeira determinação da finura. Essa

amostra é então colocada na peneira de 0,075 mm, que está seca, limpa e encaixada no fundo. É colocada então a tampa no conjunto, para evitar qualquer perda de material e inicia-se então















fosse inferior a 0,05 g, que é o equivalente a 0,1% da amostra inicial. Esse procedimento foi repetido por várias vezes, até que se obteve uma medida aceitável para o material passante (Figura 5) A medida encontrada foi anotada e usada no cálculo da finura (Eq 1). A













Utilizado a Eq. 1, e adotando o valor de 1 para o fator de correção da peneira, tem-se que: No 1° teste:













8

CONCLUSÃO Com o ensaio concluído e os resultados observados, constata-se que o cimento













APÊNDICE A - Ensaio











































































Finura Do Cimento

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