Formador: Aniel de Melo Dias

1. Formador: Aniel de Melo Dias

3. Avaliações 4 Listas de Exercícios = 15 pontos cada lista. 1 Prova = 40 pontos.

4. Cimento Portland:O aglomeranteparaconcretos

5. O Que é um aglomerante??? • Aglomerante: ou ligante, é o material que aglutina ou envolve outros materiais (agregados) formando uma pasta moldável que adquire resistência com o passar do tempo. Ex: Cimento, cal, gesso

6. Pont du Gard 0 DC França Pantheon Roma 125DC Contexto Histórico • Os egípicios, gregos e romanos já usavam aglomerantes semelhantes ao cimento atuais na construção de estruturas bastante duráveis. • Faziam misturas que eram usadas para colar blocos de pedra ou mesmo moldadas na forma de blocos de concreto. • Os primeiros cimentos eram fabricados a partir da queima de cal, gesso ou cinzas vulcânicas (chamadas de pozolanas) Pirâmides do Egito 2600 AC

7. Contexto Histórico Zigurate de Ur – antiga Mesopotamia.

8. Fábrica de cimentomoderna Ocupa uma grande área e tem alto custo de instalação! Planta de 2 milhões de toneladas /ano = US$ 300 mi

9. Definição de cimento Portland • O cimento Portland é um aglomerante hidráulico, obtido através da moagem do clínquer (resultante da calcinação até fusão de materiais calcários e argilosos) com gesso. Permite-se a adição de outros materiais, tipo: escória de alto-forno, pozolana e material carbonático. • Aglomerante hidráulico: endurece e ganha resistência na presença de água. • Clínquer: material resultante da queima de calcário + argila. Ainda não é cimento.

10. Cimento Portland Hidratação • O cimento Portland forma um pasta plástica quando misturado com água. Através de reação química com a água, o cimento Portland inicia o processo de hidratação. • Inicialmente a pasta ganha rigidez (Pega) • Depois aos poucos ganha resistência (Endurecimento) • Em concretos, os produtos da hidratação ligam a pasta de cimento aos agregados, dando resistência ao material. Pega Endurecimento

11. Cimento Portland Fabricação

12. Matérias primas na fabricação do Cimento Portland • Matérias primas principais • Calcário (Carbonato de cálcio) 75 - 80% • Argilas (fonte de silicatos) 20 - 25% • Matéria primas secundária • Sulfato de cálcio (gesso) ~5% dos anteriores Produção mundial em torno de 3 bilhões de toneladas /ano

13. Clínquer Fabricação do cimento Portland • Portanto, os componentes básicos do cimento Portland são o calcário e a argila que, após analisados e definidas as respectivas proporções, são triturados e aquecidos em fornos cilíndricos rotativos a temperaturas elevadas (em torno de 1500°C). • No forno, o calcário e argila reagem formando aglomerados (“bolas”) de silicato de cálcio chamadas clínquer. • O clínquer pulverizado em conjunto com o gesso, que regula o tempo de pega, resulta no cimento Portland.

14. Fabricação do cimento Portland Jazidas de calcário Vida útil = a maior possível, mais de 50 anos Jazida de calcário da fábrica de Cantagalo, R.J. Holcim Brasil Jazida de calcário da fábrica da Holcim (Matosinhos, MG)

15. Cimento

16. Cimento Portland comum Cimento Portland de alta resistência inicial FINURA OU ÁREA SUPERFICIAL = ESPECÍFICA Finura do cimento O Cimento Portland possui aproximadamente 50% das partículas com tamanho entre 10-20 microns Aumento de reatividade

17. Sequência de produção

18. Propriedades do cimento • As propriedades do cimento são ditadas pela composição química da matéria prima e percentual dos compostos nela presentes (Ex.: quantidade de CaO e SiO2). • A finura determina a resistência inicial do cimento, já que cimentos mais finos reagem mais rápido.

19. Coloração do cimento Cimentos diferentes possuem coloração diferente, dependentes das matérias primas utilizadas e do processo de fabricação. Apesar de afetar a cor final do material, a coloração do cimento não está ligado à sua resistência.

20. Cimento Portland Controle de qualidade

21. Controle de qualidade • O processo de fabricação de cimento é totalmente automatizado, e os operadores são capazes de fazer modificações online no processo, como por exemplo: mistura de matéria prima que entra no forno, quantidade de gesso adicionado no processo de moagem, tempo de moagem, etc.

22. Controle de qualidade No entanto, ainda que existam sondas que fazem análises online, várias amostras são coletadas e ensaios periódicos são feitos ao longo da produção para garantir que o cimento produzido está de acordo com as especificações das normas e apto para utilização.

23. Controle de qualidade • Análise química: análises regulares tanto da farinha quando do cimento são feiras nas fábricas. Os principais óxidos analisados são: • SiO2 • CaO • Al2O3 • Fe2O3 • MgO e CaO livres • Teor de SO3 (gesso) • Na2O e K2O (álcalis)

24. Controle de qualidade Análise de tamanho de partículas (granulometria a Laser): verifica se o processo de moagem foi adequado. Nas fábricas modernas já é feito por sondas (online)

25. Controle de qualidade Finura (por meio da peneira 75 μm – número 200 e 45 μm – número 325): determina-se o percentual de material retido na peneira 200 por peneiramento, o que indiretamente avalia o desempenho do processo de moagem. O percentual retido na peneira 75 μm (200) não reage completamente, comprometento assim a resistência mecânica e desempenho da pasta de cimento.

26. Controle de qualidade • Finura Blaine: é um ensaio alternativo de finura bem aceito na indústria cimenteira. • O ensaio mede a permeabilidade ao fluxo de ar de uma amostra compactada de cimento e, com isso, calcula-se a área superficial do cimento (finura Blaine) • Quanto maior a área superficial, mais fino (e mais reativo) é o cimento. • Cimento comum: Blaine 330-380 m2/kg • Cimento de alta resistência inicial (ARI): Blaine 400-450 m2/kg

27. Controle de qualidade • Tempo de pega: usando uma argamassa padrão (quantidade padrão de água, cimento produzido), este teste mede: • (i) o intervalo de tempo transcorrido desde a adição de água ao cimento até o momento em que a agulha de Vicat penetra na pasta até uma distância de (4±1) mm da placa base (início de pega); • (ii) o intervalo de tempo transcorrido desde a adição de água ao cimento até o momento em que a agulha de Vicat penetra no max. 0,5 mm da superfície da pasta (fim de pega) Agulha de Vicat para determinação do tempo de pega

28. Resist. compressão (método Europeu) Resist. Compressão (método Europeu) Controle de qualidade • Resistência à compressão: é a principal propriedade controlada. • Moldes cilíndricos são usados no Brasil para medir a resistência à compressão de argamassas de cimento em diversas idades (1 dia, 3 dias, 7 dias, 28 dias). • Outros países (europeus) utilizam moldes prismáticos e ensaios cubos à compressão.

29. Controle de qualidade • Expansão: Se um cimento expandir muito durante sua pega, hidratação e vida útil, tal expansão pode originar fissuras e perda de durabilidade do material. • A agulha de Le Chatelier mede a expansão de uma pasta de cimento após 24 horas de moldagem. O cimento deve possuir expansão menor que 10 mm para ser considerado apropriado.

30. Controle de qualidade C2S (belita) C3S (alita) C3A (aluminato) Microscopia do clínquer: usada para quantificar as fases presentes (C3S e C2S) e avaliar a morfologia das partículas. Partículas fora do padrão indicam que o processo pode estar desajustado.

31. Hidratação do cimento

32. Reações de hidratação • O que acontece quando o cimento é misturado com a água? O cimento não “seca”. Ele reage!!!! Sequência: • As fases se dissolvem na água; • Quando há quantidade suficiente de compostos em solução, eles reagem quimicamente com as moléculas de água formando hidratos. Eles compostos cristalinos ou semi-cristalinos contém moléculas de H2O em sua estrutura. • Produtos de hidratação: silicatos de cálcio hidratado ou C-S-H , Hidróxido de cálcio ou Portlandita (CH), etringita e monossulfato.

33. Hidratação dos silicatos de cálcio 2C3S + 7H  C-S-H + 3CH 2C2S + 7H  C-S-H + CH • A nomenclatura C-S-H indicaqueosilicato de cálciohidratadopossuicomposiçãoestequiométricavariável, ousejaxCaO.ySiO2.zH2O. • O C-S-H é principal responsávelpelaresistênciaedurabilidade das pastas de cimentoeconcreto. • O CH, naverdade Ca(OH)2 , possuiesquiometriadefinidaenãocontribuipararesistência. É ainda um compostomuitosolúveleéfacilmentedissolvidonapresença de água.

34. Adições / Tipos de cimento

35. Questões ambientais…

36. Problemas ambientais com relação à produção de cimento • A produçãomundial de cimentoem 2011 foi de 3.3 bilhões de toneladas • Para cadatonelada de clinker produzido, 0,8 toneladas de CO2sãoproduzidos. • Consequência: a produção de clinquercontribuipara 4% da emissão global de CO2 a partir de uso de combustível e atividadesindustriais.

37. Como minimizar os problemas ambientais? • Adição ao clínquer de materiais alternativos (chamado de adições) que: • Diluem a quantidade de clínquer no total de cimento produzido; • Não prejudiquem a qualidade dos materiais (argamassas e concretos) produzidos com estes cimentos com adições. • São oschamadoscimentocompostos…

38. Adições

39. Adições • O que são? • Pós bastante finos adicionados aos cimentos (ou concretos) para redução da quantidade de clínquer na produção de cimentos (ou da quantidade de cimento na produção de concretos); • Portanto, as adições podem ser adicionadas diretamente na fábrica de cimento (na produção dos cimentos compostos) ou em concreteiras na produção de concreto. • Alguns desses materiais podem ser reativos (pozolanas) e outros são inertes (fíleres)

40. Adições • Não se esqueça: Nome genérico dado ao material fino adicionado ao cimento ou concreto (reativo ou não). Adições X São adições reativas (materiais amorfos à base de SiO2 e Al2O3) que melhoram as propriedades através de reação pozolânica Pozolanas

41. Adições comuns Calcário Escória Cinza Volante Composição típica do cimento Portland compada a algumas adições

42. Adições especais Metacaulim Microsílica Composição típica do cimento Portland compada a algumas adições

43. Escória de alto forno: produção • A escória de alto forno (EAF) é um “subproduto” da produção do aço. • Calcário é adicionado ao alto forno na produção do ferro gusa. O calcário reage com SiO2/Al2O3 presente no minério de ferro ou coque. Dessas reações são formadas as escórias. • A escória é resfriada com jatos de água e granulada • O resfriamento rápido deixa a escória em um estado vítreo (reativo), que é essencial para o desenvolvimento de propriedades pozolânicas.

44. CP V (ARI) Comp. (MPa) dias Escória moída até finura 350 m²/kg Comparação de resistência de cimentos com e sem escória CP III - 40

45. Cinzas volantes • Cinza volante é uma cinza fina coletada dos filtros em fornos de carvão de usinas termo-elétricas • Durante o processo, a cinza é coletada de diferentes partes do processo, originado produtos diferentes

46. Filer Calcário • É simplesmente um carbonato de cálcio moído numa finura maior que a do cimento. • Suas funções nas pastas de cimento e concreto são: • Melhorar o empacotamento das partículas, preenchendo os espaços vazios no concreto • Ajudar na nucleação dos produtos de hidratação, reduzindo o tempo de pega.

47. Cimentos compostos

48. Cimentos compostos • O uso de adições em cimentos como justificativa para questões ambientais é recente. • Mas há várias décadas a indústria cimenteira já vem utilizando adições ao clinquer como forma de: • Baratear o custo de fabricação, uma vez que as adições têm custo significativamente inferior à produção de clínquer; • Melhorar algumas propriedades do produto (ex. menor calor liberado na hidratação, menor retração, melhor resistência química), obviamente dependendo do percentual de adições utilizado.

49. Cimentos compostos • Abaixo, dois exemplos da importância da utilização de cimentos compostos em obras de engenharia Usina de Itaipu Cimentos para barragens – baixo calor de hidratação Cimento para tubos de concreto – Resistentes a sulfatos

50. Cimentos compostos • Como saber se o cimento que eu estou comprando possui adições, qual adição e quanto? • A classificação dos cimentos pelas normas vigentes (no caso do Brasil, normas NBR da ABNT) informam os tipos de cimento fabricados no país e determinam os limites de composições.