1 Materiais de Construção Aglomerantes Dayana Keitty Carmo Gonçalves [email protected]
2 Definição São materiais pulverulentos que se hidratam em presença de água formando uma pasta resistente capaz de aglutinar agregados, dando origem às argamassas e concretos. (Ribeiro, 2002)
3 Cal Aglomerante derivado da rocha calcária, composto principalmente por cálcio – CaCO 3. Além do carbonato de cálcio pode conter carbonato de magnésio e impurezas como sílica, óxidos de ferro e de alumínio Matéria prima, rochas calcárias ou depósitos de resíduos de esqueletos de animais.
4 Calcinação Processo pelo qual o calcário moído é submetido a temperaturas que chegam a 1200ºC. O produto resultante desse processo é a cal viva ou óxido de cálcio. Com estrutura porosa e formato idêntico aos dos grãos da rocha original. Apresenta-se sob a forma de grãos de tamanhos variados, na nossa região são comuns grandes grãos com 10, 15 ou 20cm. CaCO 3 + Calor →CaO+CO 2 ↑ CaCO 3 : Carbonato de cálcio CaO: Cal viva CO 2 : Dióxido de carbono
5 Hidratação O processo de hidratação é conhecido também como extinção Quando a hidratação é realizada no canteiro de obra: cal extinta Quando a extinção se processa na fabrica: cal hidratada CaO+ H2O →Ca(OH)2+Calor Ca(OH) 2 : Hidróxido de cálcio
6 Extinção Reação altamente exotérmica, com considerável aumento de volume Processo violento principalmente na variedade cálcica pura Pode atingir 360ºC em tanques aberto e 450ºC em fechados Pode provocar incêndios em silos devido o contato com água da chuva
7 Extinção Cal cálcica Evita-se a violenta elevação de temperatura, com excesso de água Cal magnesiana Deve-se aproveitar a energia térmica para acelerar o processo, realizando o controle do volume de água Envelhecimento Cal em pedra: 7 a 10 dias Cal em pó: 24 horas Cal magnesiana: até duas semanas
8 Extinção Ensaio Adiciona-se ~1/2Kg de torrões de cal em um balde, cobre eles com água e verifica-se o tempo para iniciar-se a reação. 30minutos: lenta Água apenas para umedecer o material Sempre em pequenas quantidades cuidando para não baixar a temperatura Não deve-se proceder agitação
9 Cal hidratada Hidratação realizada em usinas, por processo mecânico A cal viva é moída ou pulverizada O material moído é misturado a quantidade exata de água A cal hidratada é peneirada e separada da não- hidratada e de impurezas Material homogêneo e bem controlado Maior facilidade de manuseio, transporte e armazenamento. Pronto para utilização. Produto seco, pulverulento, maior facilidade de mistura. Plasticidade, rendimento e capacidade de sustentação de areia inferior a da cal extinta
10 Endurecimento da cal aérea O processo ocorre através do contato com o ar. Como o processo precisa de ar: cal aérea Processo lento, de fora para dentro, sendo necessário porosidade para permitir evaporação da água e penetração do gás carbônico. Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
11 Processo Extração CaCO 3 Calcinação CaCO 3 + Calor →CaO+CO 2 ↑ Hidratação CaO+ H 2 O →Ca(OH) 2 +Calor Endurecimento Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O
12 Aplicação Argamassas para assentamento de tijolos Revestimentos de paredes Água: ~0,65 a 0,70 da quantidade de aglomerante. TipoTraço Emboço1:2:8 Reboco1:2:9 Assentamento de azulejos sobre o emboço1:1,5:4
13 Classificação Composição química Cal cálcica Mínimo de 75% CaO Cal magnesiana Mínimo de 20% de MgO CaO + MgO = 95% SiO 2,Al 2 O 3 e Fe 2 O 3 máximo de 5% CO 2 residual Máximo 3%
14 Propriedades Plasticidade Menor ou maior facilidade na aplicação da argamassa como revestimento. Conceito subjetivo. Magnesiana é mais plástica. Retração A adição de agregado miúdo reduz esse efeito. Cal calcaria maior capacidade de sustentação de areia.
15 Propriedades Rendimento Cal calcaria possui melhor rendimento. Endurecimento Necessário a presença de ar. Intervalo entre as camadas. Processo lento.
16 Vantagens Aumento da plasticidade Partículas finas, tornam a argamassa mais trabalhável, mais plástica, como consequência o rendimento e a utilização da argamassa melhoram, reduzindo mão-de- obra. Retenção de água Como a cal ao reagir com o ar libera água e essa utilizada na cura do cimento, ela colabora para a redução da retração da massa. Durabilidade Agente fungicida e bactericida. Baixo teor de álcalis Na 2 O e K 2 O, evita eflorescência.
17 Gesso Material proveniente da britagem e desidratação da gipsita, rocha constituída basicamente por sulfato de cálcio – CaSO 4. Geralmente registra-se a presença de impurezas como sílica, alumina, óxido de ferro, carbonatos de cálcio e magnésio (máximo 6%)
18 Desidratação da gipsita Processo de queima, em temperatura relativamente baixas (~180ºC) 2(CaSO 4.2H 2 O) + Calor → 2(CaSO 4. ½H 2 O) + 3H 2 O CaSO 4.2H 2 O: Sulfato de cálcio di-hidratado – Gipsita CaSO 4. ½H 2 O: Sulfato de cálcio hemi-hidratado
19 Propriedades Pega Ao ser misturado a água começa um processo de endurecimento que pode durar semanas. Fatores: Temperatura e tempo de calcinação: quanto maior a temperatura ou tempo de calcinação mais lenta é a pega, porém de maior resistência Finura: quanto maior mais rápida a pega e maior a resistência Quantidade de água de amassamento: quantidade ótima teórica 18,6% Presença de impurezas ou aditivos: impurezas podem reduzir o tempo de pega. Resistencia mecânica Tração: 0,7 a 3,5MPa Compressão: 5 a 15MPa
20 Propriedades Aderência Aderem bem: tijolos, pedras e ferro Aderem mal: madeira Isolamento Térmico, acústico e impermeabilidade ao ar
21 Características Material extremamente versátil. Revestimento interno (placas e argamassas), paredes (blocos e painéis), forros e ornamentos No Brasil é um produto escasso, caro, e pouco empregado como aglomerante Acabamento muito superior aos de argamassas de cal Solúvel em água Provoca a corrosão do aço, logo só pode ser armado com armaduras galvanizadas. Resistente ao fogo Grande capacidade de absorção de calor Material superficial reduzido a condição de pó
22 Gesso acartonado Resultado da prensagem de gesso e papel reciclado. Placas que podem ser empregadas como paredes, forros e revestimentos. Alívio das fundações e estruturas Agilidade na execução Acabamento
23 Cimento Portland Produto obtido pela pulverização de clinker, constituído essencialmente de silicatos hidratados de cálcio, com uma certa proporção de sulfato de cálcio natural, contendo, eventualmente, adições de certas substancias que modificam suas propriedades ou facilitam seu emprego. O clinker é um produto de natureza granulosa, resultante da calcinação de uma mistura daqueles materiais, conduzida até a temperatura de sua fusão incipiente. Bauer, 2013.
24 Constituintes Cal, Sílica, Alumina e Óxido de ferro Principais, 95 a 96% do total de óxidos Magnésia Livre durante todo o processo em 2 a 3%. Limite máximo brasileiro: 6,4% Anidrido Sulfúrico Retardador de pega Impurezas Óxido de sódio, óxido de potássio, óxido de titânio e outras substancias Normalmente menor que 1%, excecionalmente 2%
25 Constituintes Todos os constituintes, devidamente medidos, são finamente pulverizados e homogenizados. A mistura é submetida ao calor, até o inicio da fusão Resultado: Clinker Silicato tricálcico Maior responsável pela resistência, especialmente até o primeiro mês de cura Segundo em importância no processo de liberação de calor Silicato bicálcico Maior responsabilidade na resistência em idades avançadas Aluminato tricálcico Resistencia no primeiro dia Ferro aluminato tetracálcico Aluminato de cálcio Calor de hidratação Controla-se com adição de gesso
26 Propriedades físicas Condição natural: pó Pasta: cimento + água Argamassas: pasta + agregados
27 Propriedades físicas Densidade Absoluta: ~3,15 Aparente: ~1,50 Muito importante para cálculo de consumo Enquanto pasta é um valor variável Aumenta no processo de hidratação: retração Pasta pura 24 horas = 7mm/m Argamassa 24 horas = 4,5mm/m Concretos 24 horas = 2mm/m
28 Propriedades físicas Finura Noção relacionada com o tamanho dos grãos Peneiramento Turbidímetro de Wagner Permeâmetro de Blaine Coordena a velocidade da reação de hidratação O aumento da finura: Melhora a resistência, especialmente em primeira idades Diminui a exsudação e outros tipos de segregação Fenômeno que consiste na separação da água de mistura, que aflora naturalmente, pelo efeito da diferença de densidade (água cimento) e o grau de permeabilidade. Aumenta a impermeabilidade, a trabalhabilidade e a coesão dos concretos
29 Propriedades físicas Tempo de pega Evolução das propriedades mecânicas da pasta no inicio do processo de endurecimento. Momento que a consistência do material o tornam inadequado ao trabalho. O material deixa de ser trabalhável. Não permite remistura No processo de hidratação, os grãos começam em suspensão e vão aos poucos se aglutinando, formando flocos, levando a formação de um esqueleto sólido. Na segunda e última fase o processo é conhecido como endurecimento Normalmente a pega deverá ocorrer uma hora após a mistura Aditivos aceleradores ou retardadores
30 Propriedades físicas Resistência Ruptura a compressão de corpos de prova Adoção de cubos Exceção Brasil e Uruguai Resistencia mínima argamassa de consistência normal 3 dias: 8MPa 7 dias: 15MPa 28 dias: 28MPa
31 Propriedades físicas Exsudação Como os grãos de cimento são mais pesados que a água que os envolve, a gravidade os força a sedimentar, como consequência a água aflora. Ocorre antes do inicio da pega. Prejudica a uniformidade, a resistência e a durabilidade. Quando os vazios intergranulares são diminuídos o processo é dificultado Relação com a finura.
32 Propriedades químicas Diretamente ligadas ao processo de endurecimento por hidratação. Processo complexo, com muitas incógnitas No começo o silicato tricálcico se separa em silicato bicálcico e hidróxido de cal. O hidróxido de cal precipita como cristal da solução supersaturada de cal. O silicato bicálcico combina-se com a água, no processo de hidratação, adquirindo duas moléculas de água e se depositando na forma de gel, em altas temperaturas é formada uma estrutura de natureza cristalina. O aluminato tricálcico hidrata-se formando cristais de variado conteúdo de água. O ferro aluminato de cálcio hidrata-se resultando em uma fase amorfa gelatinosa.
33 Propriedades químicas No clinker o processo descrito anteriormente, é muito rápido, sendo imprestável para a construção civil. Adição de gipsita.
34 Propriedades químicas Estabilidade Característica ligada a expansões volumétricas após o endurecimento Micro fissuração Presença de grandes proporções de cal livre Calor de hidratação As reações de hidratação liberam calor A elevação da temperatura pode resultar no aparecimento de trincas de contração com o resfriamento da massa.
35 Propriedades químicas Resistencia aos agentes agressivos Tanto água quanto a terra podem conter substancias suscetíveis a reações com os constituintes do cimento. Hidróxido de cálcio Componente de maior suscetibilidade Águas puras, de fontes graníticas ou de degelo, dissolvem a cal existente, além de em menor intensidade dissolver os silicatos e aluminatos. Águas ácidas: Baixas concentrações forma-se carbonato de cálcio, sal pouco soluvel, que obstrui os poros Altas concentrações: o carbonato é dissolvido como bicarbonato, levando a completa exaustão da cal. Águas sulfatadas atacam por reação do sulfato com aluminato Aumento de volume = fissuração Águas do mar Rica em cloreto de sódio que aumenta a solubilidade da cal Rica em sulfato
36 Classificação Inicialmente segundo especificações dos consumidores 1.904 primeiras ASTM Tipos padronizados Alguns por encomenda
37 Escolha dos cimentos normatização brasileira CP I – Cimento Portland Comum Indicado para construções que não apresentem situações especiais. Conta apenas com adição de 3% de gesso, presente em todos os demais. CP I-S – Cimento Portland Comum com adição 1 a 5% de adição de Pozolana. CP II-E– Cimento Portland composto com escória Cimento composto Baixo calor de hidratação Logo recomendado para desprendimento moderadamente lento de calor 94% - 56% clínker + gesso e 6% a 34% de escória Pode ou não conter adição de material carbonático, máximo 10%
38 Escolha dos cimentos normatização brasileira CP II-Z – Cimento Portland composto com pozolana Material pozolânico de 6% - 14% Menor permeabilidade Indicação: obras subterrâneas, presença de água, inclusive marítimas Pode conter material carbonático como adição até 10% CP II-F – Cimento Portland composto com fíler 90% - 94% gesso + clínker e 6% a 10% de material carbonático ou fíler. Indicado para estruturas de concreto, argamassas de assentamento e revestimento. Contra-indicado para ambientes fortemente agressivos
39 Escolha dos cimentos normatização brasileira CP III – Cimento Portland de alto-forno Adição de escória 35%-70% Baixo calor de hidratação, maior impermeabilidade e durabilidade Indicação: obras de grande porte, em ambientes agressivos, assim como também para aplicação geral CP IV – Cimento Portland Pozolânico Adição de pozolana de 15% - 50% Alta impermeabilidade, maior durabilidade e melhor resistencia mecânica. Indicação: obras expostas a ação da água corrente e em ambientes agressivos.
40 Escolha dos cimentos normatização brasileira CP V-ARI – Cimento Portland de alta resistência inicial Normalmente não contém adição Excepcional pode conter até 5% de material carbonático Processo de dosagem e produção do clínker Moagem mais fina Alta resistência inicial 26MPa em 1 dia Indicação: obras que necessitam de desforma rápida das peças de concreto.
41 Escolha dos cimentos normatização brasileira RS – Cimento Portland Resistente a Sulfatos Qualquer tipo anterior pode ser resistentes a sulfatos desde que: Teor de aluminato tricálcico (C3A) 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 alto-forno, em massa; Cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico, em massa; Cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovem resistência aos sulfatos. Indicação: meios agressivos sulfatados
42 Escolha dos cimentos normatização brasileira BC – Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação Qualquer tipo anterior pode possuir baixo calor de hidratação desde que despenda até 260J/g aos 3 dias e até 300J/g aos 7 dias Retarda o desprendimento de calor em peças de grande massa Previne fissuras de origem térmica CPB – Cimento Portland Branco Principal diferença coloração, que é obtida com matérias primas com baixos teores de óxido de ferro e manganês Brancura superior a 78% Pode ser pigmentado Pode ser tanto estrutural como não estrutural Estrutural: concretos brancos para fins arquitetônicos Não estrutural: rejuntamento de azulejos
43 Fabricação Instalações de grande porte, junto a jazidas Preço relativamente baixo Produção de 5 milhões toneladas só no Brasil por ano Matérias-primas Materiais calcários Calcário Argilosos Argila, xistos, ardósia, escórias de alto-forno Operações básicas Extração da matéria-prima Britagem Moedura e mistura Queima Moedura do clinker e adições Expedição
44 Transporte Via ferroviária ou rodoviária Maior parte ensacada Perda de até 2% Material de grande densidade e baixo preço Preocupação com o custo do frete Carga plena Granel
45 Armazenamento Cuidados para se evitar a hidratação Sacos não protegem Barracões bem fechados e cobertos com assoalho acima do solo. Não é recomendável armazenamento por mais de três meses Nódulos que não se desfazem com a pressão dos dedos Uso não nobre, após peneiramento.
46 Obrigado!