Aula 5 - ADIÇÕES MINERAIS

ADIÇÕES MINERAIS

Prof. Cristina Vitorino da Silva

[email protected]

URI - Universidade Regional Integrada

Campus de Erechim

Curso de Engenharia Civil

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I (38-251)

INTRODUÇÃO

• Classificação:

• Material pozolânico

• Material cimentante

• Fíler

• Alterações

• Resistência química

• Plasticidade

• Modificação do tempo de pega

• Economia de Clínquer

• Economia de custo

• Resolver problemas ambientais

• Resolver problemas tecnológicos

EFEITO DAS ADIÇÕES MINERAIS

DURABILIDADE

ESTADO

FRESCO PROPRIEDADES

MECÂNICAS

ADIÇÕES

MINERAIS EM

MATERIAIS

CIMENTÍCIOS

Redução da

permeabilidade e

absorção

Aumento da

resistência à

compressão e à

tração

Eficiência da adição mineral

Aspectos reológicos

Consumo de água

Calor de hidratação

Fissuração por retração

plástica


• A eficiência de uma adição mineral depende:

• Da composição química

• Do grau de amorficidade

• Da granulometria

• Da quantidade utilizada

• Das condições de cura


Cinza Volante

Sílica Ativa

90-95% sílica amorfa

Diâmetro médio em torno de 1 m

Cinza de Casca

de Arroz

Sub-produto das indústrias

beneficiadoras de arroz

CLASSIFICAÇÃO – Material Pozolânico

C2S

+ H2O → CSH + CH (hidratação do cimento Portland)

C3S

CH + S + H2O → CSH (reação pozolânica)

onde: C = CaO , S = SiO2 , H = H2O, CH = Ca(OH)2

• Material Pozolânico

• Material silicoso ou sílico-aluminoso que por si só possui

pouca ou nenhuma propriedade cimentícia,

• Finamente moído, na presença da umidade, à

temperatura ambiente :


• Pode ser adicionada

• Cimento durante a fabricação

• Concreto como material constituinte

Adição

Substituição

• Origem

• Natural

• Materiais naturais: tufos vulcânicos, terras diatomáceas, argilas

calcinadas

• Derivados de rochas ou materiais vulcânicos

• Artificiais - Subprodutos industriais:

• Cinza volante

• Sílica ativa

• Metacaulim

• Cinza de casca de arroz


Materiais Secundários nas

indústrias produtoras

CLASSIFICAÇÃO – Material Cimentante

• Não necessita do hidróxido de cálcio para formar

produtos cimentantes (C-S-H)

• Hidratação lenta

• A presença do Ca(OH)2 e da gipsita aceleram a

sua hidratação

• Ex: escória granulada de alto forno

CLASSIFICAÇÃO – Fíler

• Material INERTE, sem atividade química

• Efeito físico – empacotamento

• Material finamente moído (semelhante a do CP)

Cinza de lodo de

tratamento de esgotos

Cinza da combustão

de eucalipto

Resíduo de corte de

granito

CLASSIFICAÇÃO – Fíler

• Proporciona efeitos benéficos sobre as

propriedades do concreto

• Trabalhabilidade

• Massa específica

• Porosidade

• Exsudação

• NBR limita o teor em 10 %

Classificação das adições minerais

Efeito Químico e Físico das adições

minerais

• Efeito Químico - Pozolânico

• Capacidade de reação com o hidróxido de cálcio –

Ca(OH)2 – formado durante a hidratação do cimento

Portland, para formar silicato de cálcio hidratado – C-S-H

• Reações rápidas ou lentas

SUPERFÍCIE

ESPECÍFICA DAS

PARTÍCULAS E

COMPOSIÇÃO QUÍMICA


minerais


• ABNT NBR 25: 1998 – Exigências químicas de materiais

pozolânicos

PROPRIEDADES

Classes de material pozolânico

N C E

SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, % mín. 70 70 50

SO3, % máx. 4,0 5,0 5,0

Teor de umidade, % máx. 3,0 3,0 3,0

Perda ao fogo, % máx. 10,0 6,0 6,0

Álcalis disponíveis em Na2O, % máx. 1,5 1,5 1,5

Classe N – pozolanas naturais e artificiais, Classe C – cinza volante, Classe E –

qualquer pozolana cujos requisitos diferem das classes anteriores


minerais


• ABNT NBR 25: 1998 – Exigências físicas de materiais

pozolânicos

PROPRIEDADES

Classes de material pozolânico

N C E

Material retido na peneira 45 μm, % máx. 34 34 34

Índice de atividade pozolânica:

- Com cimento aos 28 dias, em relação ao controle, % mín.

- Com a cal aos 7 dias, em Mpa

- Água requerida, % máx.

75 75 75

6,0 6,0 6,0

115 110 110

Classe N – pozolanas naturais e artificiais, Classe C – cinza volante, Classe E –

qualquer pozolana cujos requisitos diferem das classes anteriores


minerais

• Efeito Físico

• Efeito microfíler

• Refinamento da estrutura de poros e dos produtos de

hidratação do cimento – redução do tamanho dos cristais

• Alteração da microestrutura da zona de transição

• Reduzem ou eliminam o acúmulo de água livre que fica retida nos

agregados

• Minimiza a espessura da zona de transição pela redução da

exsudação


minerais

• Efeito Físico

(a) e (b) mistura contendo apenas cimento Portland, respectivamente antes e após a hidratação e (c) e (d) mistura contendo cimento Portland e sílica ativa, respectivamente antes e após as reações de hidratação e pozolânicas.

TIPOS DE ADIÇÕES MINERAIS

• Pozolanas naturais

• Cinza volante

• Sílica ativa

• Metacaulim

• Cinza de casca de arroz

• Escória granulada de alto-forno

• Fíler

• Cinza de bagaço de cana de açucar

• Escória de cobre, entre outras..

POZOLANAS NATURAIS

• ABNT NBR 5736:1991 – materiais de origem

vulcânica , geralmente ácidos, ou de origem

sedimentar

Em geral, o

processamento destes

materiais resume-se à

britagem, moagem e

peneiramento Composições e

propriedades muito

variadas

CINZA VOLANTE

Usina Termelétrica de Candiota-RS

Usina Termelétrica de São

Jerônimo

Sub-produto das

usinas

termoelétricas

CINZA VOLANTE

• Subproduto resultante da combustão do carvão

pulverizado em usinas termoelétricas

• Cinzas de textura mais grosseira

• Não são utilizadas como adição

Cinza Pesada

• Cinzas de textura mais fina

• Utilizadas como adição

Cinza Volante

CINZA VOLANTE

• Sul do Brasil:

• 89% das reservas minerais de carvão do Brasil, sem

• Gera cerca de 2 milhões de cinza volante por ano

• Tradicionalmente adicionada na fabricação de

cimentos:

• CP IV e CP II Z

• Superfície específica:

• varia de 300 a 700m2/kg

• Massa específica:

• varia entre 1900 a 2400kg/m3

CINZA VOLANTE

• Partículas tipicamente esféricas

• Diâmetros variam de menos de 1 a mais de 150 μm

(função do tipo de equipamento utilizado para

queima) sendo a maioria menor que 45 μm

Micrografia de partículas

de cinza volante com

microscópio eletrônico

de varredura

SÍLICA ATIVA

• Subproduto do processo de obtenção do silício

metálico e ferrosilício

Captação Geração

SÍLICA ATIVA

• Relação entre produção da liga metálica e captação de sílica ativa

Captação potencial de sílica ativa, no Brasil, superior a 180.000 toneladas no ano de 2004

Produção mundial em torno de 1 milhão de toneladas/ano – Noruega e Estados Unidos

LIGA METÁLICA SÍLICA ATIVA

1000 kg de silício metálico 550 kg

1000 kg de ferrosilício 350 kg

SÍLICA ATIVA

Sílica ativa resultante da produção de silício

metálico proveniente de uma indústria

a) da Noruega e b) do Brasil

(a) (b)

SÍLICA ATIVA

COMPOSIÇÃO SILÍCIO

METÁLICO (%)

FERROSILÍCIO

(%)

SiO2 94 - 98 86 - 90

C 0,20 - 1,30 0,80 - 2,30

K2O 0,20 - 0,70 1,50 - 3,50

Na2O 0,10 - 0,40 0,80 - 1,80

MgO 0,30 - 0,90 1,00 - 3,50

CaO 0,08 - 0,30 0,20 - 0,60

Al2O3 0,10 - 0,40 0,20 - 0,60

Fe2O3 0,02 - 0,15 0,30 - 1,00

S 0,10 - 0,30 0,20 - 0,40

Perda ao fogo 0,80 - 1,50 2,00 - 4,00

Difratograma típico da

sílica ativa, mostrando o halo de

amorfismo

• Características químicas

e morfológicas

SÍLICA ATIVA

• Partículas esféricas extremamente pequenas (0,1 μm)

e amorfas

• Superfície específica: varia de 13.000 a 30.000m2/kg,

ficando a média em torno de 20.000m2/kg, bastante

superior à do cimento Portland (350 a 600m2/kg) ou à

da cinza volante (300 a 700m2/kg)

• Massa específica: encontra-se em torno de

2200kg/m3, menor do que a do cimento Portland

comum, de aproximadamente 3150kg/m3

SÍLICA ATIVA

METACAULIM

• Obtenção

Calcinação, entre 600°C

e 900°C, de alguns tipos

de argilas, como as

cauliníticas e os caulins

de alta pureza

Tratamento do resíduo

da indústria produtora

de papel - caulim

beneficiado de elevada

brancura, finura e

pureza

METACAULIM • A pureza do caulim afeta tanto a reatividade

como a cor do material. Quanto mais puro, mais

claro e reativo resultará o metacaulim produzido

• Quanto menor a quantidade de sílica e alumínio,

menor a reatividade e menor a brancura do

material

METACAULIM

COMPOSIÇÃO PORCENTAGEM

EM MASSA

SiO2 51,52

Al2O3 40,18

Fe2O3 1,23

CaO 2,00

MgO 0,12

Álcalis 0,53

Perda ao fogo 2,01

• Composição típica do metacaulim de alta

reatividade

CINZA DE CASCA DE ARROZ

• Material resultante da combustão da casca de

arroz


• Em função do teor de carbono, a cinza pode

apresentar colorações que variam entre o preto, o

cinza e o branco-rosado

Amostras de cinzas

submetidas a diferentes

tratamentos térmicos


• Superfície específica: varia de 50.000 a

100.000m2/kg

• Massa específica: encontra-se em torno de 2200

a 2600kg/m³, semelhante à da sílica ativa e menor

do que a do cimento Portland, de

aproximadamente 3150kg/m³

• Grande quantidade de sílica (superior a 85%)


• Eficiência da cinza de casca de arroz como material

pozolânico depende do controle no processo de

queima

Contém minerais de sílica

não reativos (cristalinos) e

de baixo valor pozolânico

Combustão não controlada

Obtenção de cinzas

amorfas de alta

pozolanicidade

Combustão controlada, com temperaturas entre

500°C a 700°C

ESCÓRIA GRANULADA DE ALTO-FORNO

• Sub-produto das indústrias siderúrgicas (processo

fabricação do ferro gusa)


Produção brasileira de ferro guza em 2010

32.000.000 ton

Geração brasileira de escória de alto-forno em 2010

Para cada tonelada de gusa produzido,

aproximadamente 300 a 350 kg de

escória de alto forno é gerada

10.400.000 ton Geração mundial de escória de alto-forno em 2010

120.000.000 ton


Quando as escórias de alto forno são resfriadas bruscamente, normalmente

por meio de jatos de água ou vapor d’água sob alta pressão, resulta em um

material predominantemente amorfo e potencialmente reativo. Este processo,

conhecido como granulação, reduz a escória a grãos similares aos da areia

natural. Essa escória, quando moída, pode ser utilizada na fabricação do

cimento ou como adição em concretos.

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