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AGLOMERANTES
HIDRÁULICOS
Aulas: Profa. Marienne R.M.Maron da Costa colaboração Prof.José Freitas (DCC/UFPR)
Ano 2014
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ Departamento de Construção Civil TC 030 – Materiais de Construção I
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AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
Depois de endurecidos, resistem bem a água.
O endurecimento dos aglomerantes hidráulicos se dá por ação exclusiva da água.
(reação de hidratação)
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AGLOMERANTES HIDRÁULICOS Exemplos principais:
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• Cimento Portland, • Cimento aluminoso
• Cal hidráulica
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CIMENTO PORTLAND (CP)
Material obtido pela cozedura até a fusão incipiente
de uma mistura calcário-argilosa que dá origem ao
clinquer.
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É um aglomerante hidráulico!!!
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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Engenheiro John Smeaton, 1756, procurava aglomerante que endurecesse na presença de água, p/ facilitar o trabalho de reconstrução do farol de Eddystone, na Inglaterra.
Verificou que mistura calcinada de calcário e argila tornava-se, depois de seca, tão resistente quanto as pedras utilizadas nas construções.
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CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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Um pedreiro, Joseph Aspdin, 1824, patenteou a descoberta, batizando de cimento Portland, referência a um tipo de pedra muito usada em construções na região de Portland, Inglaterra. w
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CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
Produção nacional
www.cimentoitambe.com.br 7
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CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
Produção nacional
www.cimentoitambe.com.br 8
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Produção mundial
www.cimentoitambe.com.br
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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Maiores produtores Dados de 2005
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND Matérias Primas: Ex. Cia Cimento Rio Branco (Votorantin)
Ø 90,0 % de Calcário Ø 9,50 % de Argila Ø 0,50 % de Minério de Ferro
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É um aglomerante hidráulico!!!
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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PRODUÇÃO:
CP V RS
(1,5 a 3%)
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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CIMENTO PORTLAND (CP) - PRODUÇÃO
PUC - RJ
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CIMENTO PORTLAND (CP) PRODUÇÃO
CALCÁRIO
ARGILAS
MIN. FERRO
VAI P
/ FO
RN
O
Cia Cim. Rio Branco Votorantin
CaCO3
Fe2O3
Al2O3 Fe2O3 Si O2
MgO SiO2
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ITA
MB
É
Para moagem da farinha crua.
MOINHO DE ROLOS
ITA
MB
É
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CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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FORNO
VEM
DO
MO
INH
O D
E FA
RIN
HA
Cia Cim. Rio Branco Votorantin
VAI P/ MOINHO DE
BOLAS
CLINQUER
Vista de dentro do forno
ITAMBÉ
(Cou
tinho
, J. S
.; FE
UP,
198
8)
16
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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ESQUEMA DA SECAGEM E MOAGEM DA FARINHA E DO FORNO
Cia Cim. Rio Branco Votorantin
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CIMENTO PORTLAND (CP)
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CIMENTO PORTLAND (CP)
VEM
DO
FOR
NO
Cia
Cim
. Rio
Bra
nco
Voto
rant
in
Interior do moinho de bolas
ITAMBÉ
Cia
Cim
. Rio
Bra
nco
Voto
rant
in
Cia
Cim
. Rio
Bra
nco
Voto
rant
in
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CIMENTO PORTLAND (CP) - RESUMINDO
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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COMPOSTOS DO CLINQUER Clinquer -> quatro compostos anidros principais
2 silicatos e 2 aluminatos
C3S -3CaOSiO2 - Silicato tri-cálcico
C2S - 2CaOSiO2 - Silicato di-cálcico
C3A - 3CaOAl2O3 - Aluminato tri-cálcico
C4AF - 4CaOAl2O3Fe2O3 - Ferro Aluminato tetro-cálcico
Notação:
C - CaO
S - SiO2
A - Al2O3
F - Fe2O3
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CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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COMPOSTOS DO CLINQUER
Estrutura de um clínquer de cimento Portland
relativamente comum observado ao
microscópio ótico:
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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C3S
C2S
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COMPOSTOS DO CLINQUER
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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Belita, C2S ou silicato bicálcico
Forma arredondada.
Alita ou C3S ou silicato tricálcico
Forma aproximadamente hexagonal.
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CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
COMPOSIÇÃO TÍPICA DO CLINQUER DE CIMENTO PORTLAND
Outros compostos em menor quantidade
Na2O, MnO, K2O, magnésio, enxofre, fósforo
67% CaO (C)
22% SiO2 (S)
5% Al2O3 (A)
3% Fe2O3 (F)
3% de outros óxidos.
100 % - óxidos totais 23
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Fases cristalinas anidras metaestáveis na temperatura ambiente e estáveis ao serem hidratados
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Alita (C3S): 50-70%
Belita (C2S): 15-30%
Aluminato tricálcico (C3A): 5-10%
Ferroaluminato tetracálcico (C4AF): 5-10%
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
COMPOSIÇÃO TÍPICA DO CLINQUER DE CIMENTO PORTLAND
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CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND
Difração de Raios – X:
Técnica utilizada para a identificação das fases constituintes do clínquer.
Microscopia Ótica e Eletrônica de Varredura:
Observação morfológica das amostras.
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CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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Ensaio de Lixiviação:
Visa simular as condições de exposição do cimento ao meio ambiente.
Ensaio de solubilização:
Visa complementar o ensaio de lixiviação, se o resíduo é inerte (Classe III) ou não.
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CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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Ensaio de Resistência Mecânica à Compressão:
É o controle de qualidade fundamental do produto. Limites mínimos de resistência à compressão exigidos para 3, 7 e 28 dias.
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CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
NBR 7215/96
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CP moldado com proporção determinada por norma
50 mm
100 mm
Capeador
Capeamento com pasta de enxofre
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ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND
Pega: é o começo do endurecimento Endurecimento: resulta da hidratação progressiva dos compostos anidros do cimento
C3A + CSH2 Etringita + 300 cal/g
2C3S + 6H C3S2H3 + 3CH + 120 cal/g
2C2S + 4H C3S2H3 + CH + 62 cal/g
Reações Químicas: Notação: C - CaO S - SiO2 A - Al2O3 F - Fe2O3 H - H2O S - SO3
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CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND
Teoria 1: Dissolução-precipitação
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND
Teoria 2: Hidratação no estado sólido
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
Reações ocorrem diretamente na superfície dos grãos do cimento anidro sem entrarem em solução
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CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND
Estudos sobre microscopia de pastas de cimento demostraram que a teoria 1 prevalece nos estágios iniciais e a teoria 2 passa a prevalecer no estágio posterior, quando a mobilidade iônica na solução fica restrita.
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CRESCIMENTO DOS CRISTAIS 33
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND
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Alita (C3S)
Belita (C2S)
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
ENDURECIMENTO DO CIMENTO PORTLAND
± 70 % do cimento Taxa de desenvolvimento de resistência
Aluminato tricálcico
Ferroaluminato tetracálcico Enrijecimento
inicial da massa
Silicatos
Aluminatos
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Propriedades dos compostos do clínquer
35
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
C3S • Alita: 50 a 70%
• Responsável pela resistência nos primeiros dias de idade da pasta.
• Os cimentos ricos em C3S tem resistência inicial mais alta.
• Hidrata com velocidade mediana e libera não muito calor
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(US
P)
Propriedades dos compostos do clínquer
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CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
C2S • Belita: 15 a 30%
• Reage com a água lentamente até os primeiros 28 dias.
• Apenas em pouco mais de 1 ano atinge a resistência do C3S.
• Como reage lentamente, apresenta pequeno calor de hidratação
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(US
P)
Propriedades dos compostos do clínquer
37
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
C3A • Aluminato Tricálcico: 5 a 10%
• Pega quase instantânea.
• Pela intensidade de reação em curto espaço de tempo, desenvolve alto calor de hidratação.
• Resulta em composto de pouca resistência mecânica e baixa resistência a ação de águas agressivas.
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(US
P)
Propriedades dos compostos do clínquer
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CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
C4AF • Ferroaluminato tetracálcico: 5 a 10% • Apresenta pega em poucos minutos, mas não instantânea como o C3A. • Os compostos formados apresentam resistência ligeiramente inferior aos formados pelo C3A. Porém, sua resistência a águas agressivas é maior. • Como a hidratação é mais lenta, desenvolve menor calor do que o C3A.
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Resistência mecânica
X efeitos da hidratação
dos compostos anidros.
(Zam
pier
i, 19
89)
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Propriedades dos compostos do clínquer CIMENTO PORTLAND (CP)
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PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS DO CLINQUER
+ C3S
+ C2S + C3S + C2S
(Aulas USP)
40
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Tax
a d
e h
idra
taçã
o (
%)
Tempo (dias)
100 -
Taxa de hidratação dos compostos: CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
41
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Teor (%) Taxa de Hidratação
Contribuição para Resistência
inicial Resistência
final Calor de
Hidratação
C3S 50 - 70 Alta Alta Baixa Alta
C2S 15 - 30 Baixa Baixa Alta Baixa
C3A 5 - 10 Alta Alta Baixa Alta
C4AF 5 - 10 Moderada Baixa Alta Baixa
42
Propriedades dos compostos do clínquer CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
TABELA RESUMO:
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PEGA DO CIMENTO PORTLAND
Fatores que afetam: Aluminatos: Pega inicial (C3A cristaliza rápido)
Finura: Mais fino, final de pega e endurecimento mais rápido
Gesso (SO3): (<3%) adicionado ao clinquer p/ retardar pega inicial do C3A
43
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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Fatores que afetam:
Aditivos: Cloreto de cálcio: ≤1 % retarda pega, em quantidades superiores acelera
Cloreto de sódio: varia, em alguns CP retarda em outros acelera
Carbonatos alcalinos: forte aceleração (1 a 2%, início de pega em poucos minutos)
44
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
PEGA DO CIMENTO PORTLAND
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Fatores que afetam:
Aditivos: Hidróxidos de sódio, de potássio ou silicato de sódio: notável aceleração
Açúcar: solução de 1 % impede a pega
45
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
PEGA DO CIMENTO PORTLAND
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Fatores que afetam:
- Composição química – C3S mais calor que C2S
- Finura do cimento – mais fino, mais rápido hidrata
- Adições – pozolanas menos calor
46
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
CALOR DE HIDRATAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)
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(Aul
as U
SP
)
47
CALOR DE HIDRATAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
Finura X Calor de Hidratação
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Agulha de Le Chatelier, Usada para avaliar a
expansibilidade: e ≤ 0,5 cm
(Neville, A.; 1995)
48
EXPANSIBILIDADE CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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30 mm
30 mm
165 mm
Agulha de Le Chatelier
EXPANSIBILIDADE CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
49
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EXPANSIBILIDADE CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
Cal livre: CaO + H2O = Ca(OH)2
Origem: Falha no processo de dosagem e fabricação (Excesso de CaO no clínquer – carência de argila)
Teor não limitado por norma: Determinado indiretamente pelo ensaio de expansibilidade de Le Chatelier
Problemas do cimento que causam expansão:
50
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Problemas do cimento que causam expansão:
51
EXPANSIBILIDADE CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
Periclásio: MgO + H2O = Mg(OH)2
Limitação por norma ≤ 6,5%
Origem: Calcário magnesiano
Menos reativa do que a Cal livre
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Problemas do cimento que causam expansão:
- Excesso de gesso adicionado
52
EXPANSIBILIDADE CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
< 3%
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RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
Pasta - pseudo-sólidos Aparência de sólidos - rede de poros muito finos contendo ar ou água.
53
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RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
Pasta - pseudo-sólidos Propriedades diferentes das de muitos sólidos devido à presença de tensões capilares de água no interior dos poros.
54
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Tem tanta água assim em uma pasta, argamassa ou concreto?
Teor de umidade ao ar
Teor de umidade saturado
± 3%
± 6%
± 75 l/m3
± 150 l/m3
Densidade do concreto
2500 kg/m3
RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
55
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RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
Não é só isso que causa retração!!!
Retração química
56
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RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
57
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• Pasta pura - 1,5 a 2,0 mm/m
• Argamassas - 0,6 a 1,5 mm/m
• Concretos -0,2 a 0,7 mm/m
Quantidades de retração muito variável :
58
RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
Por que?
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Fatores que influenciam:
• Cimento: + fino → > retração nas primeiras horas
• Traço: > quantidade de agregados → < retração
• Água de amassamento: + água → > retração
60
RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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Fatores que influenciam: • Aditivos retardadores de pega: aumentam
• Dimensões das peças: + volumosas → > retração • Área de contato das peças: > área → > retração
• Cura: > tempo → < retração
• Umidade média do ar: > seco → > retração
61
RETRAÇÃO CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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SÓLIDOS NA PASTA DE CIMENTO
Etringita
(Mehta e Monteiro,1994) 62
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
Sulfoaluminato de cálcio hidratado Volume: 15 a 20 %
Início: etringita
Depois: monosulfato hidratado
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Cristais de hidróxido de cálcio hidratado – CH
• Cristais grandes hexagonais de Ca(OH)2
• Volume: 20 a 25%
• pH elevado da pasta (pH ≅ 13)
(And
ión
et a
l., 2
001)
63
SÓLIDOS NA PASTA DE CIMENTO
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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• Porosos
• Baixa resistência mecânica
• Solúveis em água
• Muito reativos quimicamente (A
ndió
n et
al.,
200
1)
64
SÓLIDOS NA PASTA DE CIMENTO
CIMENTO PORTLAND (CP)
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
Cristais de hidróxido de cálcio hidratado – CH
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ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND
65
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RAZÕES PARA O USO DAS ADIÇÕES
TÉCNICAS: Melhoria de propriedades específicas
ECONÔMICAS: Diminuição do consumo energético
ECOLÓGICAS: Aproveitamento de resíduos poluidores
ESTRATÉGICAS: Preservação das jazidas
ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
66
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USO DE ADIÇÕES: RAZÕES TÉCNICAS • Redução da difusividade
• Redução da permeabilidade • Redução da capilaridade • Maior resistência a sulfatos • Redução do calor de hidratação • Inibição da reação álcali-agregado
> DURABILIDADE
ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
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ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
Penetração de Cloretos
Medeiros (2008)
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Fíler carbonático – pó de calcário
• Inerte quimicamente;
• Não prejudica resistência mecânica;
• Melhora a trabalhabilidade e o acabamento;
• Redução de custos;
• 5 a 10 % do cimento;
69
ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
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Efeito fíler
Fíler carbonático – pó de calcário
ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
Preenche espaços, tornando a massa mais compacta.
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POZOLANA - definição - Definição inicial (restrita):
Estava associado apenas a cinzas vulcânicas formadas naturalmente e argilas calcinadas que reagem com a cal na presença de água.
- Definição atual (mais ampla): Refere-se a todo material sílico/aluminoso que
finamente moído e na presença de água reage com o hidróxido de cálcio formando materiais com caráter cimentício (SABIR; BAI, 2001).
ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
71
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Origem: a melhor variedade de cinzas vulcânicas se encontravam em Pozzoli, Itália. Daí o nome pozolana, usado até hoje.
POZOLANA - definição
ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
72
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Reação pozolânica (lenta)
C3S + H C-S-H + CH
C-S-H Pozolana + CH + H
Reação no cimento (rápida)
POZOLANA - reação
ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
73
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ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
Cinza Volante (aumentada 5.500 X)
(MB
inc.
)
POZOLANA
74
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Origem: Usinas de energia que queimam carvão.
Inserir figura Aitcin p. 171 Fig 6.44.
Chaminé
Cinza volante
Zona de combustão
ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
Cinza Volante
POZOLANA
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Cinzas volantes – Classe C Pó proveniente de fornos que queimam carvão mineral (termoelétricas)
76
ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
POZOLANA
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• Retarda o ganho de resistência mecânica
• Reduz o calor de hidratação
• Minimiza a permeabilidade do concreto
• Diminui ocorrência da reação álcali-agregados
77
ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
Cinza Volante
POZOLANA
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Blocos de fundações de ed. no Recife-PE
www.portcement.org
(M. Pechhio, Y. Kihara e T. de Andrade,2006)
ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
REAÇÕES ÁLCALI-AGREGADO (RAA):
POZOLANA
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REAÇÕES ÁLCALI-AGREGADO (RAA): Parapeito de
estrutura de ponte
RAA em pavimento de concreto
(David Stark- SHRP,1991)
(David Stark- SHRP,1991)
ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
POZOLANA
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Escória de alto forno
• Subproduto da manufatura do ferro-gusa num alto forno.
• Definição: material não metálico formado essencialmente por silicatos ou por alumino-silicatos de cálcio e outras bases.
ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
80
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Minério de ferro = Ferro Gusa + Escória
0,5 toneladas de escória tonelada de minério de ferro
ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
81
Escória de alto forno
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• Resíduo do alto-forno siderúrgico
• Presença de C2S e C3S
• Grãos c/ 45 µm e 500 m²/kg de finura Blaine
• Reduz custos e consome resíduo industrial nocivo ao meio ambiente
82
ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
Escória de alto forno
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A escória de alto forno é auto-cimentante, porém em taxas insuficientes para viabilizar o seu uso para fins estruturais.
ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
NÃO É UMA POZOLANA!!!
83
Escória de alto forno
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• Não prejudica resistência mecânica
• Possível colocar altos % no cimento – CPIII – 65%
• Aumenta a resistência aos sulfatos
84
ADIÇÕES PARA CIMENTO PORTLAND (CP)
Escória de alto forno
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TIPOS DE CIMENTO PORTLAND
85
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NOMENCLATURA
CP XXX RR
Cimento Portland Composição
ou
qualificativo
Resistência aos 28 dias
(MPa) CLASSE
SIGLA
TIPO
TIPOS DE CIMENTO PORTLAND
86
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Cimento Portland Comum NBR 5732
Cimento Portland Composto NBR 11578
Cimento Portland de Alto-Forno NBR 5735
Cimento Portland Pozolânico NBR 5736
Cim. Portland de Alta Resistência Inicial NBR 5733
TIPOS DE CIMENTO PORTLAND
87
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TIPOS DE CIMENTO PORTLAND
Cimento Portland Resistente a Sulfatos NBR 5737
Cimento Portland de Baixo
Calor de Hidratação NBR 13116
Cimento Portland Branco NBR 12989
Cimento Portland para Poços Petrolíferos NBR 9831
88
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PERFIL DA PRODUÇÃO EM 2002
COMUM (CP I) 1,2%
COMPOSTO (CP II) 75,8%
ALTO-FORNO (CP III) 8,1%
POZOLÂNICO (CP IV) 7,6%
BRANCO (CPB) <0,1%
ARI (CP V-ARI) 7,3%
TOTAL 100,0%
FONTE : SNIC / 2003
TIPOS DE CIMENTO PORTLAND
89
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Cimento Portland Sigla Classe
Clínquer +
Gesso
Escória (E)
Pozolana (Z)
Carbonato (F)
Comum
CP I 25 32 40
100 % 0
CP I-S 25 32 40
99-95 1-5
Composto
CP II-E 25 32 40
94-56 6-34 0 0-10
CP II-Z 25 32 40
94-86 0 6-14 0-10
CP II-F 25 32 40
94-90 0 0 6-10
TIPOS DE CIMENTO PORTLAND
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Cimento Portland
Sigla Classe Clínquer
+ Gesso
Escória (E)
Pozolana (Z)
Carbonato (F)
Alto Forno CP III 25 32 40
65-25 35-70 0 0-5
Pozolânico CP IV 25
32 85-45 0 15-50 0-5
Ari CP V --- 100-95 0 0 0-5
TIPOS DE CIMENTO PORTLAND
91
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92
TIPOS DE CIMENTO PORTLAND
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EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO:
TIPOS DE CIMENTO PORTLAND
93
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Garantem o desempenho
Finura Tempos de pega (h)
Expansibilidade (mm)
Resistência à compressão (MPa)
Tipo
de
cimen
to P
ortla
nd
Clas
se
Resí
duo
pene
ira
75 µm
(%
)
Área
esp
ecífi
ca
(m2 /k
g)
Iníc
io
Fim
A fri
o
A qu
ente
1 di
a
3 di
as
7 di
as
28di
as
CPI CPI-S
25 32 40
≤ 12,0 ≤ 10,0
≥ 240 ≥ 260 ≥ 280
≥ 1 ≤ 10 ≤ 5 ≤ 5 -- ≥ 8 ≥ 10 ≥ 15
≥ 15 ≥ 20 ≥ 25
≥ 25 ≥ 32 ≥ 40
CPII-E CPII-Z CPII-F
25 32 40
≤ 12,0 ≤ 10,0
≥ 240 ≥ 260 ≥ 280
≥ 1 ≤ 10 ≤ 5 ≤ 5 -- ≥ 8 ≥ 10 ≥ 15
≥ 15 ≥ 20 ≥ 25
≥ 25 ≥ 32 ≥ 40
CPIII 25 32 40
≤ 8,0 -- ≥ 1 ≤ 12 ≤ 5 ≤ 5 -- ≥ 8 ≥ 10 ≥ 12
≥ 15 ≥ 20 ≥ 23
≥ 25 ≥ 32 ≥ 40
CPIV 25 32 ≤ 8,0 -- ≥ 1 ≤ 12 ≤ 5 ≤ 5 -- ≥ 8
≥ 10 ≥ 15 ≥ 20
≥ 25 ≥ 32
CPV-ARI ≤ 6,0 ≥ 300 ≥ 1 ≤10 ≤ 5 ≤ 5 ≥ 14 ≥ 24 ≥ 34 --
94
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Cimento Portland CP (RS) (Resistente a sulfatos - NBR 5737)
Cimentos - CP I, II, III, IV ou V-ARI podem ser resistentes aos sulfatos, atendendo pelo menos uma das condições:
• Teor de C3A do clínquer e teor de adições carbonáticas de no máximo 8% e 5% em massa, respectivamente;
95
TIPOS DE CIMENTO PORTLAND
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TIPOS DE CIMENTO PORTLAND
Cimento Portland CP (RS) (Resistente a sulfatos - NBR 5737)
Cimentos - CP I, II, III, IV ou V-ARI podem ser resistentes aos sulfatos, atendendo pelo menos uma das condições:
• Cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60% e 70% de escória granulada de alto-forno, em massa;
96
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TIPOS DE CIMENTO PORTLAND
Cimento Portland CP (RS) (Resistente a sulfatos - NBR 5737)
Cimentos - CP I, II, III, IV ou V-ARI podem ser resistentes aos sulfatos, atendendo pelo menos uma das condições:
• Cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico, em massa;
97
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Cimento Portland CP (RS) (Resistente a sulfatos - NBR 5737)
Cimentos - CP I, II, III, IV ou V-ARI podem ser resistentes aos sulfatos, atendendo pelo menos uma das condições:
• Cimentos com antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovem resistência aos sulfatos.
TIPOS DE CIMENTO PORTLAND
98
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TIPOS DE CIMENTO PORTLAND
CP V – ARI - RS CIMENTO de ALTA
RESISTÊNCIA INICIAL RESISTENTE A SULFATOS
NBR 5733
Resíduo na # 200 < 6 %
Superfície específica Blaine > 300 (m²/kg)
Tempo de pega mínimo 1h
Expansibilidade a quente < 5 mm
Resíduo insolúvel < 1,0 %
Perda ao fogo < 4,5 %
SO3 < 3,5
Dióxido de carbono CO2 < 3,0 %
Óxido de magnésio – MgO (%) < 6,5%
Resistências 1d > 14 MPa
3d > 24 MPa
7d > 34 MPa 99
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Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC)
(NBR 13116)
Designado por siglas e classes de seu tipo, acrescidas de BC.
Geram até 260 J/g aos 3 dias e até 300 J/g aos 7 dias de hidratação
Podem ser qualquer um dos tipos básicos. Ex: CP III-32 BC ou CP IV-32 BC
Ensaio NBR 12006 - Determinação do Calor de Hidratação pelo Método da Garrafa de Langavant.
Retarda o desprendimento de calor em peças de grande massa de concreto, evitando fissuras de origem térmica, devido ao calor
desenvolvido durante a hidratação do cimento.
TIPOS DE CIMENTO PORTLAND
100
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Cimento Portland Branco
(CPB)
Exigências físicas e mecânicas para o cimento Portland Branco NBR 12.989/93
101
![Page 102: Aglomerantes HIDRÁULICOS - Prof.Marienne · AGLOMERANTES HIDRÁULICOS Depois de endurecidos, resistem bem a água. O endurecimento dos aglomerantes hidráulicos se dá por ação](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021720/5bbb0e0509d3f2aa2e8cd33b/html5/thumbnails/102.jpg)
Difere do Portland comum pelo fato de apresentar reduzido teor de Fe2O3.
Cimento Portland Branco
(CPB)
• CPB - 0,2 a 0,80% de Fe2O3
• CP - 2 a 3,5% de Fe2O3
102
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Cimento Portland Branco
(CPB)
Aplicação: Fabricação do cimento Portland Colorido (branco + pigmentos) em rejuntamentos, em granilites e já como mármores artificiais.
103
![Page 104: Aglomerantes HIDRÁULICOS - Prof.Marienne · AGLOMERANTES HIDRÁULICOS Depois de endurecidos, resistem bem a água. O endurecimento dos aglomerantes hidráulicos se dá por ação](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021720/5bbb0e0509d3f2aa2e8cd33b/html5/thumbnails/104.jpg)
Concreto de CPB fck 50 MPa - Ponte Irineu Bornhausen - Brusque - SC
104
Cimento Portland Branco (CPB)
![Page 105: Aglomerantes HIDRÁULICOS - Prof.Marienne · AGLOMERANTES HIDRÁULICOS Depois de endurecidos, resistem bem a água. O endurecimento dos aglomerantes hidráulicos se dá por ação](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021720/5bbb0e0509d3f2aa2e8cd33b/html5/thumbnails/105.jpg)
Reservas - Calcário:
• Muito amplas;
• Duração ........
Impacto Ambiental:
105
CIMENTO PORTLAND
![Page 106: Aglomerantes HIDRÁULICOS - Prof.Marienne · AGLOMERANTES HIDRÁULICOS Depois de endurecidos, resistem bem a água. O endurecimento dos aglomerantes hidráulicos se dá por ação](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021720/5bbb0e0509d3f2aa2e8cd33b/html5/thumbnails/106.jpg)
Consumo de Energia:
• 90% - energia térmica gerada por combustível
106
CIMENTO PORTLAND
Impacto Ambiental:
q Secagem; q Aquecimento; q Calcinação das matérias primas.
Representa 25% do custo de produção
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Consumo de Energia: • 10% - energia elétrica
107
CIMENTO PORTLAND
Impacto Ambiental:
q 25% moagem das matérias-primas; q 40 % do clínquer q 20 % operações do forno e resfriador
Representa 50% do custo de produção
![Page 108: Aglomerantes HIDRÁULICOS - Prof.Marienne · AGLOMERANTES HIDRÁULICOS Depois de endurecidos, resistem bem a água. O endurecimento dos aglomerantes hidráulicos se dá por ação](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021720/5bbb0e0509d3f2aa2e8cd33b/html5/thumbnails/108.jpg)
Impacto Ambiental:
CO2 – Efeito estufa: • Queima de Combustíveis - 0,65 a 0,9 kcal/g clínquer;
Ø P/ 1 tonelada de clínquer gera 300 Kg de CO2
• Calcinação Calcário – MUITO CO2
Ø (CaCO3+ calor -> CaO + CO2)
Ø P/ 1 tonelada de clínquer gera 600 kg de CO2;
108
CIMENTO PORTLAND
![Page 109: Aglomerantes HIDRÁULICOS - Prof.Marienne · AGLOMERANTES HIDRÁULICOS Depois de endurecidos, resistem bem a água. O endurecimento dos aglomerantes hidráulicos se dá por ação](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021720/5bbb0e0509d3f2aa2e8cd33b/html5/thumbnails/109.jpg)
CO2 Total : 900 kg/tonelada de clínquer;
• Indústria do cimento – mais de 7% da emissão de CO2 mundial.
109
CIMENTO PORTLAND
Impacto Ambiental:
![Page 110: Aglomerantes HIDRÁULICOS - Prof.Marienne · AGLOMERANTES HIDRÁULICOS Depois de endurecidos, resistem bem a água. O endurecimento dos aglomerantes hidráulicos se dá por ação](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021720/5bbb0e0509d3f2aa2e8cd33b/html5/thumbnails/110.jpg)
Adição para cimento: • Adições reduzem % de clínquer;
Ø Minimizam emissões de CO2 por kg de cimento; • Resíduos industriais que iriam para aterros;
Ø Cinzas Volantes – CP IV – 40% Cinzas Volantes; Ø Escórias de alto forno – CP III – 70% Escória;
110
CIMENTO PORTLAND
Impacto Ambiental:
• Substituição por materiais que emitem menos CO2
Ø Fíler carbonático – CP II F – 10 % Fíler.
![Page 111: Aglomerantes HIDRÁULICOS - Prof.Marienne · AGLOMERANTES HIDRÁULICOS Depois de endurecidos, resistem bem a água. O endurecimento dos aglomerantes hidráulicos se dá por ação](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022021720/5bbb0e0509d3f2aa2e8cd33b/html5/thumbnails/111.jpg)
Tipo Adição kg CO2/tonelada CP II F 10 % Fíler 820 CP II Z 24 % Pozolana + Fíler 700 CP II E 40% Escória + Fíler 580 CP III 75 % Escória 290 CP IV Cinzas Volantes 530 CP V 5 % Fíler 900
Emissões de CO2 por tipo de cimento:
111
CIMENTO PORTLAND Impacto Ambiental:
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CAL HIDRÁULICA = Calcário argiloso calcinado.
Temperatura de calcinação 900 a 1.000ºC
É um aglomerante hidráulico
Características inferiores, em geral, que o Cimento Portland
112
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
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CAL HIDRÁULICA
Grau de hidraulicidade:
113
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
ou MgOCaO
OFeOAlSiO+
++ 32322
CaOOFeOAlSiO 32322 ++
CaOilosossComponente arg
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CAL HIDRÁULICA
114
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
Grau de hidraulicidade:
Hidráulica propriamente dita
Eminentemente hidráulica
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CAL HIDRÁULICA
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
Utilizações: - Argamassas de assentamento ou revestimento - Para a produção de blocos - Substituto do filer em pavimentos betuminosos
115
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CIMENTO NATURAL
A cal hidráulica apresenta cal livre.
116
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
Resulta do cozimento de calcários argilosos (teor argila + - 25%), não apresenta cal livre.
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Tipos:
117
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
CIMENTO NATURAL
• De pega rápida - (cimento Romano) - Cozimento temper. < 1000oC;
• De pega lenta - Cozimento a 1450oC;
• De pega semi-lenta - intermediário entre os 2 anteriores.
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A rapidez da pega dos cimentos Romanos é atribuída a presença do teor mais elevado de aluminato de cálcio. Resistência dos cimentos naturais é baixa, (50% do CP), devido a composição do calcário não uniforme.
118
AGLOMERANTES HIDRÁULICOS
CIMENTO NATURAL
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Romanos desenvolveram um cimento altamente durável. Combinação de cal com "pozolana", (cinza vulcânica na zona de Pozzuoli , junto a Nápoles e ao Monte Vesúvio), permitia obter um cimento que oferecia maior resistência à ação da água.
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Alvenaria de pedras ou tijolos cerâmicos assentados com
argamassa de cimento pozolânico.
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Concreto maciço com cimento pozolânico. Na cúpula foram utilizados agregados leves (pedra pome).
Pantheon (Roma) - 110 -125 d.c
Paredes cilíndricas e cúpula
(43,3 m diâmetro) em
concreto maciço 10 MPa.
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Na França e na Alemanha é empregado em condutos (esgotos, água, vedação de fugas e veios de água); nos EUA é empregado em pavimentação de estradas de rodagem. No Brasil não é empregado e nem fabricado. Sofre pequena retração, bom para argamassas e pastas.
www.rosendalecement.net
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CIMENTO NATURAL x Cimento Portland
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CIMENTO ALUMINOSO
Produção
Fundição de calcário (CaCO3) e bauxita (Al2O3), (teor bauxíta > 30%) moída misturadas, em fornos de alta
temperatura, resfriado, britado e moído.
É um aglomerante hidráulico!!!
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Características: • Cura rápida - em 24 h resistência superiores a 45 MPa; • Aglomerante de preço elevado; • Emprego delicado - elevadíssimo calor de hidratação; • Não desprende cal livre, (CP desprende ± 20%); • Alta resistência ao calor dos concretos/argamassas até 1200ºC; • Alta resistência a abrasão e corrosão; • Endurecimento normal em temperaturas baixas.
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CIMENTO ALUMINOSO
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CIMENTO ALUMINOSO
APLICAÇÕES: • Concretos refratários; • Rápida cura e altas resistências iniciais e finais; • Pisos p/ usar após 6 horas; • Chumbamentos; • Reparo em cabeça de protenção, 24 h pode protender, (CP=7 dias); • Concretagens junto ao mar p/ aproveitar maré baixa; • Pré-moldados para uso imediato; • Rejuntamento e assentamento de tijolos refratários.
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CIMENTO ALUMINOSO
Pisos industriais Rápido endurecimento
e cura (6 h)
Alta resistência química p/ proteção de tubos
para esgoto
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CIMENTO ALUMINOSO
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Suporta altas temperaturas. Concreto em instalações
de siderurgia
Endurece em baixas temperaturas. Concreto em fundações de base francesa na Antártida
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Materiais de Construção AGLOMERANTES
Referências bibliográficas:
Apostilas USP – Aglomerantes
CONCRETE, Microstucture,Properties and
Materials, , P. Kumar Metha e Paulo J. M. Monteiro, McGraw-Hill, 2006
Cia. Cimento Itambé
Cia. Cimento Rio Branco - Votorantim
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