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concreto
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Materiais e componentes do concretoPROF. M.SC FELIPE JOSÉ LOSADA REIS
Aglomerantes Aglomerante é o material ativo, ligante, em geral pulverulento, cuja principal função é
formar uma pasta que promove a união entre os grãos do agregado. São utilizados na obtenção das argamassas e concretos, na forma da própria pasta e também na confecção de natas.
Cimento Cal
Aglomerantes As pastas são, portanto, misturas de aglomerante com água. São pouco usadas
devido aos efeitos secundários causados pela retração. Podem ser utilizadas nos rejuntamentos de azulejos e ladrilhos.
Cimento Portland Produto constituído por silicatos aluminatos de cálcio, sem cal
livre, que, depois de hidratados, funcionam como uma cola que ligam as partículas de agregados entre si. Seu nome decorre de sua semelhança com as rochas encontradas na ilha de Portland (UK).
Como obter o cimento?Calcário
Argila
Minério de Ferro
Clínquer
Clínquer
Gesso
Cimento
Clínquer O clínquer tem como matérias-primas o calcário e a argila,
ambos obtidos de jazidas em geral situadas nas proximidades das fábricas de cimento.
A rocha calcaria é primeiramente britada, depois moída e em seguida misturada, em proporções adequadas, com argila moída.
A mistura formada atravessa um forno giratório cuja temperatura interna chega a alcançar 1450ºC.
O intenso calor transforma a mistura em um novo material, denominado clínquer, que se apresenta sob a forma de pelotas.
Na saída do forno o clínquer, ainda incandescente, é bruscamente resfriado para posteriormente ser finamente moído, transformando-se em pó.
Clínquer O clínquer em pó tem a peculiaridade de desenvolver uma reação química
em presença de água, na qual ele, primeiramente, torna-se pastoso e, em seguida, endurece, adquirindo elevada resistência e durabilidade. Essa característica adquirida pelo clínquer, que faz dele um ligante hidráulico muito resistente.
Gesso O gesso tem como função básica controlar o tempo de pega, ou seja o início do
endurecimento do clínquer moído.
Caso não se adicionasse o gesso à moagem do clínquer, o cimento, quando entrasse em contato com a água, endureceria quase que instantaneamente, o que inviabilizaria seu uso nas obras. Por isso a necessidade desta adição;
Gipsita (Sulfato de Cálcio)
Retardador de pega!
A quantidade adicionada é pequena:
em geral, 3% de gesso para 97% de clÌnquer, em massa.
Adições minerais São materiais mais ou menos silicosos finamente moídos com propriedades
pozolânicas (Ensaio de Pozolanicidade), adicionados ao cimento em substituição ao clínquer ou ao concreto em quantidades relativamente grandes, com o objetivo de modificar algumas de suas propriedades.
Exemplos Escória de alto forno
Silica Ativa
Metacaulim
Cinza da casca de arroz
Tecnologia!
Economia!
Meio ambiente!
Função dos componentes
CALCÁRIO e ARGILA: Formam o clinquer. (1t de clinquer 1,5 à 1,8 t de matéria-prima)
ÀLCALIS (variando de 12,5 a 14,0): Proteção da armadura (pH > 11,50)
GESSO ( 5%): Retardar o tempo de pega, inibindo suas reações químicas.
Processo de Produção do cimento
Cimento (resistência mecânica)
Principal responsável pelas propriedades mecânicas dos concretos e das argamassas de revestimento
Teor de cimento
Resistência de aderência
Menos deformáveis
(maior módulo de deformação)
Cimento ( FINURA ) Cimentos mais finos tendem a ser mais reativos, podendo alcançar altas
resistências mecânicas em 3 ou 4 dias, no entanto demandam mais água aumentando e deixando um alerta ao risco de surgimento de fissuras por retração.
Componente do cimento
Revisando!
Química no cimento Clinquer: 96%
silicato tricálcico (C3S): 20 a 70%
silicato bicálcico (C2S): 10 a 50 %
aluminato tricálcico (C3A): 5 a 20 %
ferro-aluminato tretracálcico (C4AF): 5 a 15%
- cal livre: 0 a 2%
Impurezas - magnésia: 0 a 7 %
- álcalis: 0 a 2 %
- outros óxidos (TiO2, P2O5, Mn2O3): 0 a 3 %
Sulfato de Cálcio: 4% a 5% (controlar a pega dos aluminatos que é muito rápida).
Resistência
Pega
C3S -Silicato tricálcio -Endurecimento rápido, alto calor de hidratação e alta resistência inicial, contribui para resistência inicial do concreto (especialmente até final do 1º mês)- (45-60%).
C2S -Silicato dicálcico - Endurecimento lento, baixo calor de hidratação e contribui para resistência principalmente a partir do final do 1º mês - (15-30%)
C3A - Aluminato tricálcico-Reação rapidíssima, altíssimo calor de hidratação, resistência muito baixa à ataque por sulfatos, contribui para resistência inicial (especialmente no 1º dia)- (6-12%).- É sensível ao ataque de sulfatos.
C4AF -Ferro Aluminato tretracálcico - Reação muito rápida, alto calor de hidratação, resistência desprezível, não contribuindo para resistência. (6-8%)
Hidratação do CP
Resistência à Compressão C3S -Silicato tricálcio -Endurecimento
rápido, alto calor de hidratação e alta resistência inicial, contribui para resistência inicial do concreto (especialmente até final do 1º mês)- (45-60%).
C2S -Silicato dicálcico - Endurecimento lento, baixo calor de hidratação e contribui para resistência principalmente a partir do final do 1º mês - (15-30%)
C3A - Aluminato tricálcico-Reação rapidíssima, altíssimo calor de hidratação, resistência muito baixa à ataque por sulfatos, contribui para resistência inicial (especialmente no 1º dia)- (6-12%).- É sensível ao ataque de sulfatos.
C4AF -Ferro Aluminato tretracálcico - Reação muito rápida, alto calor de hidratação, resistência desprezível, não contribuindo para resistência. (6-8%)
Tipos de cimento
cimento portland comum;
cimento portland composto;
cimento portland de alto-forno;
cimento portland pozolanico.
cimento portland de alta resistÍncia inicial;
cimento portland resistente aos sulfatos;
cimento portland branco;
Obs1 – Todos em conformidade com normas da ABNT
Cimentos Portland comuns e compostos
CP – CP I – cimento Portland comum e sem adições (NBR 5732) A partir dos bons resultados dessas conquistas e surgiu no mercado
brasileiro em 1991 um novo tipo de cimento, o cimento portland composto, cuja composição fica entre os cimentos portland comuns e os cimentos portland com adições.
São adequados para o uso em construções de concreto em geral quando não há exposição a substâncias químicas agressivas presentes no solo (sulfatos) ou em águas subterrâneas e não são exigidas propriedades especiais do cimento.
Cimentos Portland comuns e compostos
CP II Z , F e E (Cimento Portland Composto com Pozolana ou Fíler ou Escória) – NBR 11578 Calor de hidratação menor
Boa resistência ao ataque de sulfatos
Uso em obras correntes – argamassas e concretos
Cimento Portland Composto com Pozolana (CP II-Z)
Pode ser usado em obras em geral, subterrâneas, marítimas e industriais. O concreto feito com o CP II-Z se torna mais impermeável e, por isso, mais durável. Também serve para produção de argamassas, concreto simples, armado e protendido, elementos pré-moldados e artefatos de cimento.
Cimento Portland Composto com Escória (CP II-E)
Com adição de escória granulada de alto-forno, evita que a estrutura de concreto fissure por causa da alta temperatura de reação. Também permite produzir um concreto com resistência maior do que aquele feito com o cimento Portland comum.
Cimento Portland Composto com Fíler (CP II-F)
Com adição de fíler calcário, é recomendado para o preparo de argamassas de assentamento, de revestimento, argamassa armada, além de estruturas de concreto simples, armado, protendido e elementos pré-moldados e artefatos de concreto, pisos e pavimentos de concreto, solo-cimento, entre outros.
Cimentos Portland comuns e compostos
Tipos de Cimento
Cimentos Portland de Alto-Forno e Pozolânicos
Cimento Portland de Alto-Forno (CP III) – NBR 5735 Utilização em obras de barragens, concreto – massa, peças de grandes dimensões, obras
em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais.
Nas primeiras idades tem resistência menor que cimento comum.
A adição de escória de alto-forno confere maior impermeabilidade e durabilidade ao concreto, além de reduzir o calor de reação e proporcionar maior resistência química ao produto.
Concreto massa é qualquer volume de concreto moldado in situ, com dimensões de magnitude suficientes para exigir que sejam tomadas medidas para controlar a geração de calor e a variação de volume decorrente, a fim de minimizar a sua fissuração.
Cimentos Portland de Alto-Forno e Pozolânicos
Cimento Portland Pozolânico (CP IV) – NBR 5736
Com adição de pozolanas (cinzas volantes), é indicado para argamassas, concretos simples, armado e protendido sujeitos a lixiviação, elementos pré-moldados e artefatos de cimento, além de obras expostas à ação de água e ambientes agressivos (baixa permeabilidade).
Em casos de grande volume de concreto também oferece baixo calor de reação.
Nas primeiras idades tem resistência menor que o cimento comum, fata que inverte-se aproximadamente aos 90 dias.
A lixiviação é nociva ao concreto por várias razões: com a remoção de sólidos, ocorre redução na resistência mecânica do material e abre-se caminho para a entrada de gases e líquidos agressivos às armaduras e ao próprio concreto, além da penetração de água e oxigênio que normalmente redunda na corrosão de armaduras em peças de concreto armado ou concreto protendido.
Tipos de Cimento
Cimento de Alta Resistência Inicial
Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI) – NBR 5733
Usado para fabricar concretos que precisam adquirir resistência com rapidez. Com pouco mais de um dia de idade, o concreto feito com o CP V-ARI atinge a resistência à compressão que os concretos comuns levam até quatro semanas para alcançar.
O CP V-ARI é recomendado para o preparo de concreto e argamassa para produção de artefatos de cimento, em fábricas de blocos para alvenaria, pavimentação, tubos, lajes, meio-fio, mourões, postes, pré-moldados e pré-fabricados.
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Tipos de Cimento
O desenvolvimento da alta resistência inicial é conseguido pela utilização de uma dosagem diferente de calcário e argila na produção do clínquer, bem como pela moagem mais fina do cimento, de modo que, ao reagir com água, ele adquira elevadas resistências, com maior velocidade!
Cimento Portland Resistente à Sulfatos
De acordo com a norma NBR 5737, quaisquer um dos cinco tipos básicos (CP I, CP II, CP III, CP IV e CP V-ARI) podem ser considerados resistentes aos sulfatos, desde que obedeçam a pelo menos uma das seguintes condições:
teor de aluminato tricalcico (C3A) do clÌnquer 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. (cuidado!)
Outros Tipos de Cimento
Outros tipos de cimento
Cimentos Portland de Baixo Calor de Hidratação.
O aumento da temperatura no interior de grandes estruturas de concreto devido ao calor desenvolvido durante a hidratação do cimento pode levar ao aparecimento de fissuras de origem térmica, que podem ser evitadas se forem usados cimentos com taxas lentas de evolução de calor, os chamados cimentos portland de baixo calor de hidratação.
Os cimentos portland de baixo calor de hidratação, de acordo com a NBR 13116, são aqueles que geram até 260 J/g e 300 J/g aos 3 dias e 7 dias de hidratação, respectivamente, e podem ser qualquer um dos tipos básicos.
O ensaio é executado de acordo com a norma NBR 12006 - Determinação do Calor de hidratação pelo método da Garrafa de Langavant.
Resistência x Tipo de Cimento x Idade
Hidratação do cimento
Cimentos Portland + Água
REAÇÃO DE HIDRATAÇÃO
Compostos Hidratados
Sequência dos fenômenos físico-químicos
Aglomeração das partículas
Dissolução das fases anidras
Precipitação das fases hidratadas
Ligação entre as partículas
Efeito: Consolidação da mistura, desenvolvimento de resistência
mecânica
Do que depende a hidratação? Do clínquer
Dimensão do cristal, morfologia, textura, elementos substituintes, polimorfismo.
Teor relativo das fases C3S, C2S, C3A, C4AF.
Do cimento Teor de sulfato de cálcio (gesso)
Teor de adições
Finura – quanto menor o grão de cimento mais rápida é a hidratação
Formações de produtos e resistência da pasta
Como aumento a resistência da pasta??? Aumentando o teor
de silicatos que geram menos hidróxido de cálcio
Eliminar ao máximo os cristais Ca(OH)2
Diminuir o consumo de água
Diminuir ou eliminar os aluminatos
Zona de transição Área menos resistente do concreto
Presença de vazios (acúmulo de água por exudação)
Alta concentração de Ca(OH)
Presença de microfissuras
influencia diretamente no módulo de elasticidade e na durabilidade do concreto
Adições Minerais O uso de adições minerais na construção civil é anterior a inveção do
cimento, tendo iniciado no período de 1500 A.C. Grécia – material vulcânico – cinzas vulcânicas
Onde não havia este tipo de cinza, utilizavam a argila calcinada.
Dias atuais: Geração mundial da cinza da casca de arroz – 27 milhões de toneladas por
ano.
20 à 50% dos recursos naturais consumidos pela sociedade é em função da construção civil
Classificação das Adições Minerias Marterial pozolânico
NBR 12653 Material silico aluminoso que por si só tem pouca atividade cimentícia mas quando finamente
dividido e em contato com umidade reage com hidróxido de cálcio e forma compostos com propriedades cimentantes
Naturais – de origem vulcânica
Artificiais – materiais provenientes de tratamentos témicos
Material Cimentante Não necessita do hidróxido de cálcio, no entanto a auto-hidratação é lenta e a resistência é
baixa para fins estruturais.
Fíler Sem atividade química!
Efeito físico através da ação via pontos de nucleação para melhor hidratação do cimento
Efeito microfiler
Refinamento de estruturas de poros
Micro estrutura da zona de tranzsção
Adições pozolânicas e benefícios
Eliminação ou retardamento da RAA.
Maior Resistência ao ataque de águas naturais (sulfatos).
Menor Calor de hidratação.(exceto pozolanas de alta reatividade)
Maior Resistência à tração
Menor permeabilidade Permeabilidade
Melhora a reologia do concreto, no seu estado fresco.
Exemplos de adições minerais
Agregados
Material Granular sem forma e volume definidos, relativamente inertes, cujas dimensões permitem usá-los na construção civil.
Funções dos agregados
Econômica: diminuição do custo, material inerte. Técnica: Diminuir consumo de cimento Ocupam de 65 à 80% (concretos e argamassas)
Classificação Origem:
Naturais: Areia, Seixo, cascalho...
Artificiais Pedrisco, brita, argila expandida e resíduos urbanos e
industriais.
Quanto à dimensão: Agregado Graúdo – diâmetro máximo maior que
4,8mm Agregado Miúdo – diâmetro máximo menor ou igual
à 4,8 mm Fíler – material que passar na peneira 0,075mm
Classificação Quanto a forma:
Esférica – menor atrito e mais plasticidade Cúbica – Trabalháveis porém menos plásticas Lamelar – podendo atravessar grãos não lamelares pela
peneira, uso com restrições.
Jazidas
Jazida tipo leito de rio (FotoAnepac).
Pedreira típica para produção deagregado (Foto Anepac).
Seixo Rolado Generalidades:
Forma Arredondada - Movimento dos rios;
Maior trabalhabilidade;
Menor Aderência;
Possibilidade de reação Álcalis-agregado
Características do seixo usado em Belém: % média de areia maior de 15% em peso;
Grãos na faixa de 2,00 mm à 75 mm;
Diâmetros maiores de 25 mm são raros;
Diâmetros de 19 mm e 25 mm são predominantes;
Excesso de grãos na faixa de 9,5 à 19 mm.
Brita x Seixo
Impurezas
Coloidais – Não são elimináveis Não coloidais – são retiradas por lavagem
Materiais Orgânicos – retarda o endurecimento e diminui a resistência.
Materiais Pulverulentos – requer mais água e diminui a aderência.
Materiais Carbonosos – afeta trabalhabilidade e causa manchas.
Argila – prejudica a aderência e baixa tensão de ruptura.
Propriedades físicas dos agregadosMassa específica:
-Não inclui vazios. -Agregado miúdo: Frasco de Chapman -Agregado graúdo: NBR 9937
Massa unitária: -Inclui vazios. -Transforma de peso para volume -Ensaio: Uso de caixa (influenciado pela
compacidade).
Propriedades físicas dos agregados
Porosidade: Teor de umidade: -Massa de água absorvida pelo agregado. -É dado pela diferença de peso entre a amostra seca e
úmida, em % peso da amostra seca. - Teores de umidade na faixa de 4% a 9%, podendo chegar
a 12% nas estações mais chuvosas. - Nas condições ambientais de Belém, a Hmed aprox. 6,5%
Hsat aprox.,25%
GranulometriaAgregado Miúdo
Peneiras
(mm)
Massa
Retida (g)% Retida
% Retida
acumuladaMétodo de ensaio (NBR)
4.8 4,12 0 0
NBR NM 248 (2003)
2.4 8,32 1 1
1.2 34,44 3 5
0.6 173,95 17 22
0.3 535,69 54 76
0.15 221,53 22 98
<0.15 21,95 2 100
1000 100 -
Massa Específica 2,63 Kg/dm³ NBR NM 52 (2009)
Massa Unitária 1,44 Kg/dm³ NBR NM 45 (2006)
Módulo de Finura 2,02 mm NBR NM 248 (2003)
Dimensão Máxima 1,20 mm NBR NM 248 (2003)
Índice de Vazios (%) 45,25 NBR NM 45 (2006)
GranulometriaAgregado Graúdo Natural
Peneiras (mm)Massa Retida
(kg)% Retida
% Retida
acumulada
Método de ensaio
(NBR)
38 0 0 0
ABNT NBR NM 248
(2003)
25 0 0 0
19 3,5 35 35
12,5 4,36 44 79
9,5 0,44 4 83
4,8 0,48 5 88
Fundo 1,22 12 100
10 100 -
Massa Específica 2,59ABNT NBR NM 53
(2009)
Massa Unitária 1,56ABNT NBR NM 45
(2006)
Módulo de Finura 3,85ABNT NBR NM 248
(2003)
Dimensão Máxima 25 mmABNT NBR NM 248
(2003)
Índice de Vazios (%) 39,77 NBR NM 45 (2006)