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Materiais de Construção Cimento

Jessica Costa Ribeiro Mat: 08118003001 Belém – Março 2010

Jessica Costa Ribeiro

Materiais de Construção Cimento

Trabalho avaliativo da disciplina

Materiais de Construção, ministrada pelo prof.º Manoel Diniz Perez da do curso de Engenharia Civil noturno.

Introdução

O cimento é o material de construção de mais extenso uso no mundo.

Resumidamente, cimentos são substâncias ligantes, capazes de unir fragmentos ou massas de matérias sólidas em um só corpo. Tem importância no desempenho, qualidade e durabilidade do concreto.

Assim sendo, este trabalho visa apresentar os principais pontos deste produto quanto ao seu historio, matéria-prima, produção, controle de qualidade, tipologias, principais aplicações, adições e cuidados na estocagem.

1.0 - Histórico

A constante busca por mais segurança e um tempo útil maior para as edificações levou o homem a pesquisar diversos materiais aglomerantes. A palavra cimento deriva do latim caementum, sendo descoberto a cerca de 4500 anos.

A arquitetura monumental do Egito Antigo já usava uma liga constituída por uma mistura de gesso calcinado que, de certa forma, é a origem do cimento. As grandes construções gregas e romanas, como Panteão e o Coliseu, foram construídas com o uso de solos de origem vulcânicas que possuíam propriedades de endurecimento sob a ação da água.

O engenheiro John Smeaton, em 1756, desenvolveu uma mistura da calcinação de cálcios argilosos e moles que, reagindo com a água, adquiriam grande resistência. Provavelmente, a titulação cimento Portland adveio da comparação entre seu cimento recém-criado e a localidade com a ilha de Portland, de onde se extraiam as rochas calcárias comercializadas na época.

Já em 1824, o construtor Joseph Aspdin, recebe do rei George IV, a patente do cimento Portland.

No Brasil, a primeira tentativa de aplicar os conhecimentos relativos à fabricação do cimento Portland ocorreu em meados de 1988, quando o engenheiro Louis Felipe Alves de Nóbrega, na ilha de Tiriri, na Paraíba, e o comendador Antonio Proost Rodovalho, em Santo Antonio, Estado de São Paulo empenharam-se em instalar as primeiras fabricas de cimento no país.

Atualmente, a indústria brasileira de cimento, é constituída por dez grupos empresariais, responsáveis por 57 fábricas distribuídas em todo o território nacional.

2.0 – Fabricação do Cimento Portland

O clínquer Portland é o principal componente e está presente em todos os tipos de cimento. Seu material é sintetizado e peletizado, resultante da calcinação a aproximadamente 1450 °C de uma mistura de calcário e argila e eventuais corretivos químicos de natureza silicosa, aluminosa e ferrífera, empregados a fim de garantir o quimismo da mistura dentro dos limites específicos.

Desenho esquemático do Fluxograma da Fabricação do Cimento

- Clínquer Portland

Matéria-Prima

Os constituintes fundamentais do cimento Portland são a cal (CaO), a sílica

(SiO2), a alumina (Al2O3), o óxido de ferro (Fe2O3), certa proporção de magnésia (MgO) e uma pequena porcentagem de anidrido sulfúrico (SO3), que é adicionado após a calcinação para retardar o tempo de pega do produto. Têm ainda, como constituintes menores, impurezas, óxido de sódio, óxido de potássio, óxido de titânio, e outras substâncias de menor importância. Os óxidos de potássio e de sódio constituem os denominados álcalis do cimento. Cal, sílica, alumina e oxido de ferro são os componentes essenciais do cimento e constituem 95 a 96% do total na analise de óxidos. A magnésia, que parece permanecer livre durante todo o processo de calcinação, esta usualmente na proporção de 2 a 3%, limitada, pelas especificações, a um máximo permissível de 5%. No Brasil, esse limite é um pouco superior (6,4%). Os óxidos menores comparecem em proporção inferior a 1%, excepcionalmente 2%.

O clínquer tem como matérias-primas o calcário e a argila, ambos obtidas de jazidas em geral situadas nas proximidades das fábricas de cimento. Para a fabricação do clínquer, o material deve conter em sua composição química os seguintes óxidos: Cao, SiO2 e Fe2O3. Como esses materiais não são encontrados em uma única rocha, faz-se necessário a mistura do calcário com a argila.

As etapas relacionadas à obtenção dessas matérias-primas são:

• Extração: pode ocorrer de jazidas subterrâneas ou a céu aberto. Nessa etapa, utilizam-se explosivos para o desmonte de rocha, para preservar o meio ambiente, elabora-se um plano de gerenciamento de exploração mineral.

• Britagem: redução do calcário extraído das jazidas a dimensões adequadas ao processamento industrial. Processo este que elimina grande parte das impurezas presentes no calcário, já na argila esse tratamento não ocorre devido ser um material maleável.

• Depósito: os materiais são estocados separadamente sendo realizada uma melhor homogeneização dos mesmos.

• Dosagem: processo efetuado com base em parâmetros pré-estabelecidos, os chamados módulos químicos, que dependem das características dos materiais estocados e são controlados por balanças estocadoras.

• Moinho de Cru: a farinha obtida pela mistura de calcário (75% a 80%) e argila (25% a 20%) passa por moagem em moinho de bolas, rolos ou barras, onde se inicia o processo da mistura das matérias-primas e, ao mesmo tempo, sua pulverização com a finalidade de reduzir o tamanho das pedras.

• Silos de Homogeneização: após a mistura ser devidamente dosada, deve ter sua homogeneização executada em silos verticais de grande porte através de processos pneumáticos e por gravidade.

• Forno: a mistura passa por pré-aquecedores aproveitando o calor dos gases, causando o aquecimento inicial do material. Em formos constituídos de cilindros de aço, a mistura é calcinada a 1450 °C resultando no clínquer, produto com aspecto de bolotas escuras.

• Resfriador: esta etapa ocorre varias reações químicas com o resfriamento da mistura, influenciando na resistência mecânica do concreto nas primeiras idades, calor de hidratação, o inicio de pega e estabilidade química dos componentes.

Processos de Clinquerização

Os processos básicos de produção de cimento são denominados: via úmida e via seca. Além destes dois processos, há ainda os processos intermediários: semiúmido e semi-seco também são conhecidos, porém pouco usuais.

O processo de via úmida, é a tecnologia mais antiga para fabricação de clínquer, não sendo muito utilizada hoje no Brasil. A maior desvantagem deste processo é o alto consumo de energia, em que os fornos podem chegar até 130 m de comprimento. O processo de via úmida ocorre quando as matérias-primas são moídas e homogeneizadas com a adição de cerca de 40% de água, obtendo assim uma pasta com umidade entre 30 e 40% em peso. A vantagem deste processo é que as perdas de pó são pequenas.

O processo de via seca representa a maior parte dos fornos em uso atualmente. No processo seco as matérias-primas são secas e homogeneizadas em um alimentador primário seco. O consumo específico de combustível em fornos de via seca está em torno de 3500-3800 kJ/kg para fornos equipados com pré-aquecedores de suspensão e 3100-3400 kJ/kg para aqueles equipados com pré-calcinadores. No processo de via seca, a umidade do cru deve ser inferior a 1%. Isto proporciona um uso mais eficiente de energia, já que não há necessidade de calor adicional para evaporar o cru.

Após o processo de queima, o clínquer é resfriado a uma redução de temperatura de 80°C, com a finalidade de impossibilitar que as reações químicas sejam revertidas, sendo que as mesmas influenciarão a resistência mecânica do concreto nas primeiras idades, o calor de hidratação, o início de pega e a estabilidade química dos componentes.

Durante a etapa do forno, é provocada a descarbonatação do calcário e desestruturação da argila, é liberado os quatro principais elementos (Ca, Si, Al e Fe), que se recombinam ao longo a etapa formando os componentes do clínquer Portland:

alita, belita, C3A E C4AF.

• C3S (Silicato Tricálcico - Alita): é o maior responsável pela resistência em todas as idades, especialmente ate o fim do primeiro mês de cura (28 dias).

• C2S (Silicato Bicálcico - Belita): Adquire maior importância no processo de endurecimento em idades mais avançadas, sendo largamente responsável pelo ganho de resistência há um ano ou mais.

• C3A (Aluminato Tricálcico): também contribui para a resistência, especialmente no primeiro dia. Muito contribui para o calor de hidratação, especialmente no inicio do período de cura. O silicato tricálcico é o segundo componente em importância no processo de liberação de calor.

• C2S (Ferro Aluminato Tetracálcico): acelera a reação, ocasionando um alto calor de hidratação, não contribuindo para a resistência.

3.0 – Hidratação do Cimento

O processo de hidratação do cimento pode ser entendido como a estabilização pela água dos minerais do clínquer, gerando uma assembléia distintam constituída por CSH (porções dos quatro principais elementos componentes do clínquer), etringita e portlandita.

Existem duas formas de reações entre os constituintes do cimento: - Incorporação direta de algumas moléculas de água, ou seja, hidratação literalmente;

- Hidrólise, isto é, quebra e dissolução de determinados componentes do cimento, por exemplo, o gesso;

Para melhor compreender o estudo da hidratação do, foi observado, separadamente, o comportamento de cada componente do cimento Portland.

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