MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL
Notas de aula Prof. Márcio J. Estefano de Oliveira
4. AGLOMERANTES INORGÂNICOS
CLASSIFICAÇÃO DOS AGLOMERANTES INORGÂNICOS
AGLOMERANTES QUIMICAMENTE INERTES
AGLOMERANTES QUIMICAMENTE ATIVOS
Quando endurecem devido a reações químicas são classificados em: a. Aéreos b. Hidráulicos: simples, compostos, mistos, com adições.
4.1 Aglomerantes Aéreos
a) Cal virgem e cal hidratada a.1) Fabricação da cal virgem (cal viva) Obtenção: a partir de calcários cálcicos que apresentam no máximo 20% de MgCO3, numa
reação de calcinação ou queima.
900°C
Ca C O3 → CaO + CO2
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 40 12 48 56 44
↓ ↓ ↘ ↙ Redução de peso
• A partir de calcários dolomíticos ou magnesiano que apresentam no mínimo 20% de
MgCO3, numa reação de calcinação ou queima.
Prof. Márcio Estefano C:\A6-Trabalhos 2004\A
~900°C
CaCO3 + MgCO3 → CaO + MgO + 2CO2
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• O CaO é o principal composto da Cal Virgem Cálcica e o CaO + MgO são os principais
compostos da Cal Virgem Dolomítica ou Magnesiana.
Na prática existem dois tipos principais de cal para o uso em obra:
• Cal Virgem: são usadas diretamente nas obras;
• Cal Hidratada: produzida em indústria ou em obra a partir da reação de hidratação ou de
extinção da cal virgem.
a.1.1) Cal virgem para a construção civil (EB-172/61)
É definida como material calcinado capaz de extinção com água, cujo produto principal é, ou
o óxido de cálcio ou o óxido de cálcio combinado com o óxido de magnésio.
• Para determinar-se os resíduos de extinção e na prática, para obter-se bom rendimento
do material, são reproduzidas as recomendações da American Society for Testing and
Materials e adotadas no IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo. Estas
instruções devem ser usadas no caso de não serem fornecidas instruções escritas pelo
fabricante.
• O comportamento de diferentes qualidades da cal na extinção é muito variável,
devendo-se tomar cuidado a isto para que essa operação seja compensada pela
obtenção de uma pasta melhor e em maior quantidade.
• Desde que várias partidas da mesma marca diferem em algo e que as condições
ambientais tenham alguma influência, é mais prudente experimentar uma amostra de
cada partida a usar, familiarizado ou não com a marca. Para fixar o modo de extinção
de uma nova partida de cal, é mais seguro experimentar alguns pedaços e verificar o
seu comportamento em presença de água.
• Para classificar a cal quanto a rapidez de extinção, coloca-se em um pequeno tacho,
dois ou três fragmentos da cal do tamanho de um punho fechado ou no caso de pedras
menores, uma quantidade equivalente. Adiciona-se água até cobrir a cal e observa-se o
tempo que decorre até que o fenômeno da extinção se inicie (esse fenômeno começa
quando há fragmentos que se soltam ou que se esboroam).
Se a extinção começar:
• Em menos de cinco minutos, diz-se que a cal é de extinção rápida;
• Entre cinco e trinta minutos, diz-se que a cal é de extinção média;
• Depois de trinta minutos, diz-se que a cal é de extinção lenta.
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• Para se extinguir a cal de extinção rápida, deve-se adicionar sempre cal a água e não
água a cal. A água deve ser inicialmente suficiente para cobrir completamente toda a
cal. Observar constantemente a cal e a mais leve aparência de desprendimento de
vapor, revolver inteira e rapidamente a massa e adicionar-lhe água, até cessar o
desprendimento. Não recear colocar muita água com esse tipo de cal.
• Para se extinguir a cal de extinção média, deve-se adicionar água a cal e empregar
inicialmente água suficiente para que a cal fique meio submersa. Mexer
ocasionalmente se houver desprendimento de vapor e ir adicionando aos poucos a
água necessária para evitar que a pasta resulte seca e friável. Ter cuidado em não
adicionar mais água do que o necessário e nem muita água de uma só vez.
• Para se extinguir a cal de extinção lenta, deve-se adicionar água a cal para umidece-la
completamente e deixar o material na caixa até que a reação se inicie. Adicionar
cautelosamente a água necessária um pouco por vez, tomando cuidado para não
provocar o resfriamento da massa por água adicionada em excesso. Não se deve mexer
enquanto a extinção não estiver completamente completa.
Para a cal virgem são impostas as seguintes condições:
• QUÍMICAS:
Perda ao fogo → este ensaio é basicamente feito a partir de uma elevação de temperatura da
cal virgem até 1000°C, verificando-se depois a perda ao fogo em porcentagem.
Para amostras colhidas na fábrica: max. 5%;
Para amostras colhidas nos depósitos: max. 12%;
Resultando no min. 88% de CaO + MgO (bases não voláteis).
• FÍSICAS:
Determinação do tempo de extinção da cal → ensaio baseado na NBR-10791/89, no qual
prepara-se uma amostra de cal virgem que passe na peneira n° 6 da A.B.N.T. Adicionar
400ml de água a 25°C e 100g da amostra em um recipiente com um termômetro, acionando-
se imediatamente um cronômetro. Fazer a leitura de temperatura 30s após a adição da cal e
depois a cada 30s de intervalo até 5min, depois continuar a leitura com intervalos de 1min. O
fim do ensaio ocorre quando a variação entre três leituras consecutivas for menor que 0,5°C.
O tempo total da extinção da cal é o correspondente ao intervalo medido desde a adição da
amostra ao frasco, até a primeira das três últimas leituras. A temperatura será aquela do final
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do ensaio. Fazer três ensaios consecutivos e usar a média das leituras para cada intervalo de
tempo.
Determinação do resíduo de extinção → ensaio baseado na NBR- 6472/93, no qual moe-se o
material remetido ao laboratório até que todo ele passe em peneira de malha quadrada de
25mm de lado e em seguida, formar uma amostra homogênea. Da amostra de laboratório
tomar 2,5kg e proceder à sua extinção, em caixa de madeira com tampa e revestida
internamente de folha de ferro zincado. Deixar a pasta de cal resultante permanecer na caixa
durante 2h e, em seguida, fazê-la passar através de uma peneira de abertura de malha de
0,8mm, com auxílio de jato moderado de água, até que sobre a peneira fiquem retidos apenas
fragmentos duros, sem vestígio de pasta, os quais constituem o resíduo de extinção. Evitar
calcar os flocos de cal extinta de encontro à peneira e não prolongar a lavagem além de
30min. Secar o resíduo até constância de massa e calcular o resultado em porcentagem de
massa de cal virgem da qual resultou.
a.1.2) Fabricação da Cal Aérea Hidratada (Cal Extinta)
A cal extinta ou cal hidratada é resultante da combinação da cal viva ou cal virgem com a
água. Essa reação de hidratação se faz com grande desprendimento de calor e aumento de
volume.
A fabricação pode ser feita de duas maneiras:
• Cal hidratada calcária:
CaO + H2O → Ca(OH)2 + calor
↓
Aumento de volume
• Cal hidratada dolomítica:
CaO + MgO + 2H2O → Ca(OH)2 + Mg(OH)2 + calor
↓ aumento de volume
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Nestas operações que se chamam extinção da cal, as pedras ficam reduzidas a pó finíssimo,
que se transforma em pasta se quantidade de água for excessiva. Os produtos principais
formados são:
• Ca(OH)2 da cal hidratada cálcica;
• Ca(OH)2 + Mg(OH)2 da cal hidratada dolomítica ou magnesiana.
Fluxograma básico de fabricação da cal aérea hidratada:
calcário → queima → hidratação → moagem → distribuição
a.1.3) Endurecimento da Cal Aérea Hidratada
A pasta uma vez utilizada, seca e endurece pela combinação do CO2 do ar com o hidróxido
em presença da água, que funciona como um catalisador dissolvendo a cal e o CO2:
•
•
O e
arg
oco
pro
arg
rev
a.1.
A c
carb
• C
• j
• b
Prof.C:\A
Cal hidratada calcária solúvel em água
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
Cal hidratada dolomítica ou magnesiana solúvel em água
Ca(OH)2 + Mg(OH)2 + 2CO2 → CaCO3 + MgCO3 + 2H2O
ndurecimento se faz com a regeneração do calcário e posterior evaporação de água. A
amassa (formada com pasta de cal e areia) deve ter contato com o ar para que possa
rrer a reação com o CO2 (teor de CO2 no ar é de apenas 0,04%, o que explica a lentidão do
cesso), portanto justificado o uso da areia para facilitar a penetração do ar no interior da
amassa. Não podendo haver também a impermeabilização prematura da superfície de
estimento (através de tintas ou similares).
4) Cal Hidratada para a Construção Civil (EB-153)
al hidratada deve ser designada conforme os teores de óxidos não hidratados e de
onatos, pelos seguintes tipos e siglas:
H-I (cal hidratada especial) → Ca(OH)2
azida de calcário cálcico
oa queima
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→ Ca(OH)2 + Mg(OH)2
• Jazida de calcário dolomítico
• Boa queima
• Completa hidratação
• CH-II (cal hidratada comum) → Ca(OH)2 + Mg(OH)2 + MgO
A hidratação do óxido de magnésio é muito demorada e difícil
• CH-III (cal hidratada comum com carbonatos)
Para a cal hidratada são feitas as seguintes exigências químicas:
Limites
Compostos CH-I CH-II CH-III
Anidrido carbônico (CO2) na
fábrica
≤ 5% ≤ 5% ≤ 13%
Anidrido carbônico (CO2) no
depósito ou na obra
≤ 7% ≤ 7% ≤ 15%
Óxido não-hidratado calculado ≤ 10% Não exigido ≤ 15%
Óxidos totais na base de não-
voláteis (CaO + MgO)
≥ 88% ≥ 88% ≥ 88%
E as seguintes exigências físicas:
• Finura: ensaio de acordo com a NBR-9289/86, no qual usa-se 100g de cal hidratada seca
em estufa, que será colocada em uma peneira 0,600mm (n°30), devendo esta estar sobre
uma peneira 0,075mm (n°200). Lavar o material através da primeira peneira, utilizando
jatos de água. Continuar a lavagem até que a água que atravessa a peneira se torne
límpida. A lavagem não deve ter duração maior que 30min. Evitar o acúmulo de água na
peneira 0,075mm, o que pode causar o entupimento das aberturas, retardando a operação e
impedindo que esta seja completada em 30min. Secar em estufa os resíduos de ambas as
peneiras (R30 e R200) até atingirem um peso constante em atmosfera com teor normal de
dióxido de carbono e uma temperatura entre 100°C e 120°C. Entende-se por peso
constante uma diferença de massa inferior a 0,01g entre duas determinações espaçadas de
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pelo menos 4h. A finura da cal hidratada deve ser calculada como a porcentagem média
do resíduo seco retido acumulado em cada peneira, em relação à massa original seca de
três amostras do mesmo lote, segundo as expressões:
F20
• A porcentagem máxima retida
máxima retida na malha 0,075m
• Estabilidade ou pipocamento: de a
não hidratados na cal já extint
fissuramentos no revestimento da
resulta um aumento acentuado d
15x20cm. Fabrica-se uma pasta co
consistência normal. Misturar a es
pasta e água suficiente para dar a
sobre a placa de vidro) e adiciona
Molda-se uma camada de pasta d
vidro, deixando-a secar durante 8
deixa-se a placa já moldada e endu
ebulição. Após esse prazo, verific
alguma mancha amarelada, pipoc
sobre o ponto de vista de pipocam
• Plasticidade suficiente: de acordo
pasta de cal com o aparelho mo
amassar manualmente utilizando
molde (deve ser um tronco-côn
absorvente, com diâmetros interno
Prof. Márcio Estefano C:\A6-Trabalhos 2004\Aulas de MCC FEG 2004\Aula d
F30 = R30 / P x100
0 = (R200 + R30) /P x 100
na malha 0,60mm (n°30) é 0,5% e a porcentagem
m (n°200) é 15%.
cordo com a NBR-9205, resume-se em verificar óxidos
a. A presença destes óxidos iria provocar trincas e
s paredes já acabadas, pois desta reação (de hidratação)
e volume. Neste ensaio usa-se uma placa de vidro de
m 100g de cal hidratada com água suficiente para uma
ta pasta 25g de gesso (para acelerar o endurecimento da
plasticidade necessária para moldar o corpo de prova
r água para que a pasta readquira a consistência normal.
e aproximadamente 3mm de espessura sobre a placa de
h a 24h em estufa à temperatura de (40±5)°C. Depois,
recida durante 5h sujeita a ação dos vapores de água em
a-se visualmente se na superfície na amostra apareceu
amento, fissuração ou bolhas. Se isto não ocorrer, a cal
ento e presença de óxidos não hidratados está aprovada.
com a NBR-9206/85, determina-se a consistência da
dificado de VICAT (fig.14). Empregar 300g de cal e
procedimento e aparelhagem da NBR-7215. Colocar o
ico, indeformável, de material não corrosivo e não
s de 70mm na base e 60mm no topo, com uma altura de
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40mm) com sua extremidade maior no prato base de vidro, preenchendo-o com pasta de
cal e retirar o excesso de pasta, nivelando-a com o topo do molde.
• Centralizar o molde em relação à sonda do aparelho de Vicat modificado. Colocar a
extremidade da sonda na superfície da pasta de cal e tomar uma leitura inicial, em seguida,
liberar a sonda, tomando a leitura final 30s após. Considera-se a pasta de cal com
consistência padrão quando a penetração obtida for (20±5)mm. Registrar a quantidade total
de água exigida pela pasta para alcançar a consistência padrão e anotar a penetração
realmente obtida. Finalmente, determina-se a plasticidade da pasta de cal através do
plasticímetro Emley. Lubrificar o molde com uma lâmina fina de água e colocá-lo sobre
uma placa porosa, seja ela de porcelana ou de gesso. Preencher o molde com pasta de
consistência padrão, retirando-se o excesso. Remover o molde, levantando-o verticalmente
sem distorcer a pasta e em sequência centralizar o prato base e a pasta no aparelho. Girar a
manivela até que a superfície da pasta esteja em contato com o disco e o topo da placa
porosa seja de 32mm. Ligar o motor exatamente 120s após Ter sido colocada a primeira
porção de pasta no molde. Proteger o corpo de prova contra abalos durante todo o ensaio.
Registrar a leitura da escala a intervalos de 1min até o término do ensaio. Considera-se o
ensaio completo quando a escala da leitura atingir 100, ou qualquer nova leitura for menor
que a anterior, ou a escala de leitura permanecer constante durante três leituras
consecutivas (2min), ou o corpo de prova sofrer ruptura visível, ou ainda desprender-se da
placa porosa. Registrar o tempo e a leitura da escala ao término do ensaio. A plasticidade é
calculada pela expressão P=√[F² + (10t)²], onde P é a plasticidade da cal hidratada; Fé a
leitura da escala no final do ensaio; t é o tempo em minutos, a partir do momento em que a
primeira porção de pasta de cal tenha sido colocada na placa porosa até o final do ensaio. A
plasticidade obtida deverá ser no mínimo 110.
• Retenção de água: de acordo com a NBR- 9290/86, deve-se ensaiar uma argamassa
composta de 500g de cal hidratada seca e 1500g de areia normal.
• Como primeiro passo, faz-se a mistura mecânica, colocando-se um recipiente seco na
posição de mistura do misturador mecânico que deve atender às prescrições da NBR-
7215.
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• Colocar uma quantidade de água no recipiente com volume conhecido. Adicionar a cal
e ligar o misturador a baixa velocidade (140±5)r.p.m. por 30s. Adicionar toda a
quantidade de areia vagarosamente durante 30s com o misturador a baixa velocidade.
• Desligar o misturador, mudar para a velocidade média (285±10)r.p.m. e misturar por
mais 30s.
• Desligar o misturador, deixando a argamassa em repouso por 1,5min. Durante os
primeiros 15s desse intervalo, raspar rapidamente qualquer excesso de argamassa que
tenha ficado aderida às paredes do recipiente, colocando-se novamente junto à
argamassa em repouso.
• O tempo restante cobrir o recipiente com tampa ou pano umidecido.
• Terminar a mistura com o misturador à velocidade média durante 1min.
• Em qualquer caso que exija uma remistura, toda a argamassa que tenha aderido às
paredes do recipiente deve ser raspada e recolocada junto ao restante da argamassa, no
interior do recipiente, antes de iniciar a nova mistura.
• Depois, deve-se proceder com a preparação de uma argamassa de consistência normal,
secando-se cuidadosamente a superfície da mesa de consistência, colocando sobre ela,
bem centrado, o molde tronco-cônico com sua base maior apoiada na mesa.
Imediatamente após terminada a operação de mistura, preencher o molde com a
argamassa, em três camadas de alturas sensivelmente iguais, socando cada uma delas
com golpes moderados do soquete, sendo 15 golpes na primeira camada, 10 na
segunda e 5 na terceira, uniformemente distribuídos.
• Em seguida, remover o material que ultrapassar o bordo superior, alisando o topo com
o auxílio de uma colher. Remover o molde e acionar a manivela, fazendo com que a
mesa dê 30 quedas em 30s.
• O índice de consistência é dado pela medida do diâmetro da base do tronco de cone
da argamassa após a deformação. Se o índice de consistência estiver abaixo de
205mm, a consistência da argamassa pode ser ajustada por adições de água até que
esteja dentro do intervalo 205mm a 215mm (intervalo em que se considera a
argamassa com consistência normal).
• Cada ajuste pode ser feito recolocando a argamassa no recipiente original, adicionando
água e misturando à velocidade média (285±10)r.p.m. durante 30s. Tolera-se um
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número máximo de dois novos ajustes de consistência, ultrapassando este limite, deve-
se reiniciar o processo com preparo de nova mistura.
• Se o índice de argamassa original for maior que 215mm preparar uma nova mistura
com menos água. Como último passo, procede-se o ensaio de retenção de água,
colocando-se o prato sobre o funil de Buchner modificado (fig.16), garantindo
estanqueidade entre os mesmos. A seguir umidecer o papel de filtro posicionando-o
sobre o fundo do prato. Com a torneira fechada, acionar o aspirador de tal forma que
se aplique ao conjunto uma sucção correspondente a uma coluna de 51mm de Hg.
• Abrir a torneira para a retirada do excesso de água do papel de filtro, fechando-a em
seguida.
• Após a determinação da consistência, recolher toda a argamassa da mesa de
consistência e remisturar a porção por 15s em velocidade média. Preencher o prato
com essa argamassa até pouco acima do bordo. Adensá-la com 37 golpes de soquete,
sendo 16 golpes aplicados uniformemente junto aos bordos e 21 golpes em pontos
uniformemente distribuídos na parte central da amostra, assegurando o preenchimento
uniforme do prato.
• Retirar o excesso de argamassa do prato mediante o uso de uma régua de bordo, de tal
forma a obter uma superfície plana. Caso ocorra deslocamento da argamassa com
relação aos bordos do prato, pressioná-la levemente recolocando-a em contato com os
mesmos. Abrir a torneira para aplicar a amostra a sucção correspondente a coluna de
51mm de Hg durante 60s, fechando-a em seguida. Remover o prato do funil deixando
escoar o excesso de água do seu fundo. A seguir, remisturar a argamassa no próprio
prato com a espátula, sem danificar o papel de filtro.
• Com a argamassa remisturada determinar novamente o índice de consistência. O
tempo decorrido entre o término da mistura da argamassa de consistência normal, até a
determinação do novo índice, logo após o ensaio de retenção, com o funil de Buchner
modificado, não deve ultrapassar 30min.
• O valor do índice de retenção de água deve ser calculado pela expressão:
• RA = (A – 125 / B – 125) x 100
• Onde RA: índice de retenção de água em porcentagem;
• A: consistência após a sucção no funil de Buchner modificado;
• B: consistência antes da sucção no funil de Buchner modificado.
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• O índice de retenção de água é no mínimo de 80% para CH-I e CH-II e no mínimo de
70% para CH-III.
• GENERALIDADES: O que faz o revestimento descolar durante um incêndio?
• O revestimento é formado pelo endurecimento da argamassa que contém o calcário
(CaCO3, por exemplo) regenerado. Se num incêndio, a temperatura superar 900°C, o
CaCO3 se transforma novamente em CaO (cal virgem) e CO2 (anidrido carbônico) que
se evapora.
• Posteriormente, chegam os bombeiros e jogam água (sobre o revestimento formado
pelo aglomerante, cal virgem) que reage com o CaO formado, provocando o aumento
de temperatura e volume (igual 44%), o que irá provocar o deslocamento de
revestimento e a queda de paredes de alvenarias rejuntadas com argamassas de cal
hidratada.
A.1.5) EXPERIÊNCIA:
Ensaio com a cal hidratada e com a cal virgem
A) Cal hidratada para argamassas - determinação da estabilidade ou pipocamento
B) CAL VIRGEM - DETERMINACAO DO TEMPO DE EXTINCAO
C) CAL HIDRATADA - ENSAIO DE FINURA
• Peneira 0,60mm (F30) - quantidade retida = ..............................
• Peneira 0,075mm (F200) - quantidade retida = ................................
CÁLCULOS:
• Exigências Físicas:
• F30 ≤ 0,5% F30 = (R30) / 100 x 100
• F200 ≤ 15% F200 = (R200 + R30) / 100 x 100
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b. Aglomerantes Hidráulicos
b.1 Aglomerantes Hidráulicos Simples
b.2 Aglomerantes hidráulicos Compostos
b.3 Aglomerantes hidráulicos mistos.
b.4 Aglomerantes Hidráulicos com Adições
4.2 CIMENTO PORTLAND
4.2.1 CIMENTO PORTLAND COMUM
A especificação brasileira NBR – 5732 define o cimento portland comum da seguinte forma:
“Cimento Portland comum é um aglomerante hidráulico obtido pela moagem de clinquer
Portland constituído em sua maior parte de silicatos de cálcio hidráulicos, sem adição durante
a moagem de outra substância a não ser uma ou mais formas de sulfato de cálcio e até 5% de
material carbonático”
A moagem do cimento Portland o transforma em “material pulverulento” (material cujos
grãos, por peneiração, atravessam a peneira de malha 0,075 mm).
1a Experiência: Determinação da Massa Específica do Cimento Portland Alguns tipos de Cimento Portland e suas especificações: EB-1 - Cimento Portland Comum: CP-25; CP-32; CP-40 EB-2 - Cimento Portland de Alta Resistência Inicial: ARI EB-208 - Cimento Portland de Alto Forno: AF-25; AF-32 EB-758 – Cimento Portland Pozolânico: POZ-25; POZ-32
EB-903 - Cimento Portland de Média Resistência aos Sulfatos e Médio Calor de
Hidratação: MRS
Cimento Portland de Alta Resistência aos Sulfatos: ARS Conceitos gerais para a utilização dos aglomerantes: Aglomerante + Água = Pasta Pasta + Agregado Miúdo = Argamassa Argamassa de Cimento Portland + Agregado Graúdo = Concreto
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São calcários (CaCO3 e MgCO3) e argilas (silicatos hidratados de ferro e alumínio) que são homogeneizados e introduzidos num forno cilíndrico onde a temperatura atinge 1450ºC, que irá provocar uma fusão e desidratação da mistura, produzindo assim, o Clínquer, que posteriormente é moído e recebe a adição da gipsita (CaSO4.2H2O). CaCO3 - Carbonato de Cálcio MgCO3 - Carbonato de Magnésio CaSO4 - Sulfato de Cálcio
CALCÁRIO + ARGILA
HOMOGENEIZAÇÃO
FORNO A 1450ºC
GESSO MOAGEM
ENSACAMENTO
DISTRIBUIÇÃO
Os cimentos Portland comuns são designados pelas siglas abaixo, que correspondem às adições presentes, ou não e, às suas classes de resistência:
Componentes (% em massa)
Sigla Classe de resistência
Clínquer + sulfatos de
cálcio
Escória granulada de alto-forno
Material pozolânico
Material carbonático
CP I 25 32 40
100
0
CP I–S 25 32 40
99 – 95
1 – 5
CP I – Cimento Portland comum CP I–S – Cimento Portland comum com adição As classes 25, 32 e 40 representam os mínimos de resistência à compressão aos 28 dias de idade, em MPa. O cimento pode ser entregue em sacos, contêiner ou a granel. Quando o cimento é entregue em sacos, estes devem ter impressos de forma bem visível, em cada extremidade, as siglas e as classes correspondentes (CP I – 25, CP I – 32, CP I – 40 ou CP I-S – 25, CP I-S – 32, CP I-S – 40), com 60mm de altura no mínimo e, no centro, a denominação normalizada – nome e marca do fornecedor. Os sacos devem conter 50kg líquidos de cimento e devem estar íntegros na ocasião da inspeção e recebimento. No caso de entrega a granel ou contêiner, na documentação que acompanha a entrega deve conter a sigla correspondente (CP I ou CP I-S), a classe (25, 32, 40), a denominação normalizada – nome e marca do fornecedor e a massa
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líquida do cimento entregue. Os sacos de cimento devem ser armazenados em locais bem secos e bem protegidos para preservação da qualidade e, de forma que permita fácil acesso à inspeção e à identificação de cada lote. As pilhas devem ser colocadas sobre estrados secos e não devem conter mais de dez sacos cada uma. Os principais ensaios relativos ao cimento Portland comum, de acordo com a EB-1, são:
• Finura:
a) Por peneiramento
b) Pelo permeabilímetro de Blaine
• Tempos de pega
• Estabilidade de volume
• Resistência à compressão
• Composição química
• A massa específica é determinada através de um densímetro ou frasco volumétrico de
Le Chatelier. Neste frasco coloca-se um líquido que não reaja e nem se misture com o
cimento (Xilol, Benzol, querosene pura, etc.), até aproximadamente a marca que fica na
posição entre as leituras 0 e 1. Coloca-se o frasco dentro de uma vasilha com água
deixando-o um certo tempo, até que haja equilíbrio térmico. Efetua-se assim a primeira
leitura (Lo), através da parte inferior do menisco.
• Pesa-se numa balança de precisão, 60g (aproximadamente) de cimento e através de um
funil, coloca-se no frasco de Le Chatelier, tendo o cuidado de não permitir que nenhum
grão de cimento fique aderido na parte superior ao nível do líquido. Terminada esta
operação, inclinar ligeiramente o frasco, que deve estar apoiado em uma superfície plana
horizontal e submetê-lo a movimentos pendulares até que, voltando-se o frasco à posição
vertical, não haja imersão de bolhas de ar no interior da camada do material depositado no
fundo do frasco. Coloca-se o conjunto novamente na vasilha com água até haver o
equilíbrio de temperatura. Efetua-se neste momento a segunda leitura (LF).
Cálculo:
M = massa
V = (LF - Lo)
ρ = M / V
ρ = massa / (LF - Lo) g/cm3 ou kg/L ou Mg/m3
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Onde:
M: massa da amostra de cimento;
V: volume da amostra de cimento;
γ : massa específica.
O resultado deve ser a média de pelo menos duas determinações que não difiram entre si mais
que 0,01 g/cm3 e deve ser expresso com três algarismos significativos.
1a Experiência: Determinação da Massa Unitária do Cimento Portland A massa unitária difere da anterior por considerar o volume de cimento com os respectivos vazios entre os grãos. Para a execução do ensaio de determinação da massa unitária corretamente, deve-se usar um caixote de volume nunca inferior a 15L (no nosso caso usaremos um de 15L). Pesa-se o caixote vazio (M1). Despeja-se o cimento dentro do caixote de uma altura inferior a 20cm (para uniformizar a compactação do cimento dentro do caixote). Pesa-se o conjunto caixote/cimento (M2). Cálculo: M = (M2 - M1)
V = 15L d = M / V d = (M2 - M1) / V kg/L Onde: M: massa de cimento contido em 15L V: volume do caixote utilizado no ensaio d: massa unitária
4.2.1.1 Componentes Principais do Cimento Portland Comum
Um cimento Portland comum apresenta CaO (cal), SiO2 (sílica) a Al2O3 (Alumina), numa
porcentagem que geralmente excede 90% do total. Possui também Fe2O3, MgO e SO3 e outros
óxidos em menor quantidade.
A média de análises químicas dos cimentos portland nacionais apresenta os resultados:
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Componentes %
CaO 61 – 67
SiO2 20 – 23
Al2O 5 – 12
Fe2O3 2 – 6
MgO 2 –3 Máx.6,4
SO3 1,0 – 2,3
Álcalis: Na2O; K2O 0,3 – 2,3
4.2.1.2 Fabricação do Cimento Portland Comum
a) Matéria-prima (obtenção e preparo)
• Os materiais de carbonato de cálcio, que ocorrem naturalmente como pedra calcária,
giz, mármore, são as fontes industriais comuns de cálcio, tendo argila e dolomita
(CaCO3, MgCO3), como as principais impurezas.
• Argilas e xistos argilosos, ao invés de quartzo e arenitos, são as fontes preferidas de
sílica suplementar na mistura de matérias-primas para a produção de silicatos de
cálcio, pois a sílica quartzitica não reage facilmente.
• As argilas também contém alumina (Al2O3), e freqüentemente óxidos de ferro (Fe2O3)
e álcalis. A presença de Al2O3, Fe2O3, MgO e álcalis na mistura de matérias-primas
tem um efeito mineralizante de silicatos de cálcio, isto é, ajuda na formação de
silicatos de cálcio a temperaturas consideravelmente mais baixas do que seria possível
de outro modo. Portanto, quando não estão presentes quantidades suficientes de Al2O3 e
Fe2O3 nas matétias-primas principais, estes são propositalmente incorporados à mistura
por adição de materiais secundários como a bauxita e o minério de ferro. Como
resultado, além dos silicatos de cálcio, o produto final também contem aluminatos e
ferroaluminatos de cálcio.
• Para facilitar a formaçâo dos compostos desejados no clinquer de cimento Portland, é
necessário que a mistura de matérias-primas esteja bem homogeneizada antes do
tratamento térmico. Isto explica porque os materiais extraídos têm que ser submetidos a
uma série de operações britagem, moagem e mistura. A partir da análise química das
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pilhas de materiais estocados, as suas proporções individuais são determinadas pela
composição desejada no produto final; as matérias-primas proporcionadas são geralmente
moídas em moinhos de bolas ou de rolos até partículas menores que 75µm.
b – Homogeneização da matéria-prima
A homogeneização da matéria-prima pode ser executada por via úmida ou por via seca.
Por via úmida:
Após a preparação da matéria-prima, mistura-se de 30% a 40% de água na entrada de um
moinho de bola ou rolo. Em seguida, a lama formada é depositada em tanques providos de pás
giratórias chamadas de tanques de retificação. È aí que a mistura é corrigida e acertada afim
de que o produto resultante tenha composição correta. Em seguida, a lama vai para tanques de
estocagem onde espera para ser calcinado no forno.
Por via seca:
As fábricas modernas de cimento priorizam o processo por via seca, o qual, em termos de
energia, mais eficiente do que o processo por via úmida, porque a água utilizada para produzir
a lama deverá ser evaporada antes da operação de cliquerização (no forno).
Este processo resume no seguinte:
matéria-prima fina e seca + estocagem em silos + moagem + peneiramento +
homogeneização. Após, a mistura é conduzida a silos de estocagem aguardando para ser
calcinado no forno.
c – Cozimento da matéria-prima
A calcinação é feita em fornos rotativos, constituídos pr cilindros (3 a 4 m de diâmetro), com
comprimento de dezenas de metros (10 a 60 m por via seca e até 150 m por via úmida), feitos
de chapas de aço revestidas internamente por blocos refratários. Estes cilindros são montados
ligeiramente inclinados e giram cerca de 1 volta por minuto. Na extremidade superior do
forno calcinado há uma chaminé tendo intercalado possantes exaustores.
Na extremidade inferior fica o injetor queimando óleo aquecido, com chama intensa cujos
gases, ascendem pelo interior do forno até atingir a chaminé.
A mistura a ser calcinada (barro) entra no forno pela extremidade superior e avança
lentamente, devido à inclinação e ao movimento de rotação do forno, até atingir a
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extremidade inferior em direção, portanto, oposta aos gases levando neste percurso 3 a 4
horas.
No trajeto pelo forno a temperatura tem variação gradativa até cerca de 1.500ºC, onde se dá a
calcinação (a zona do forno em isto se dá chama-se “zona de calcinação “ ou “zona de
clinquerização”). O produto aí formado denomina-se “clinquer” e apresenta o aspecto de uma
massa granular incandescente. O “clinquer” formado na extremidade do forno, passa em
seguida para o resfriador rotativo (cilindro de aço em movimento rotativo) no qual avança
lentamente onde é resfriado por uma forte corrente de ar que passa em direção oposta
tornando-se extremamente duro.
d – Moagem do clinquer Portland
O clinquer sai praticamente frio do resfriador, e é levada, por meio de transportadores de
correia, a depósitos esperando a terceira operação (moagem), com anterior adição de gesso
britado (cerca de 3%), cuja função é regular (retardar) o tempo de pega do cimento.
O clinquer e o gesso são transportados conjuntamente para os moinhos de bolas, onde são
moídos em uma única operação. O clinquer já pulverizado é conduzido pneumaticamente para
os separadores de ar. Um ciclone reconduz os grãos de maior tamanho de novo ao moinho.
Estes moinhos têm na sua superfície externa um sistema de resfriamento por meio de água, a
fim de facilitar a difusão do calor gerado na moagem.
O pó fino resultante da moagem, tem resíduo da ordem de 6% a 15% na peneira de 0,075 mm
de abertura de malhas, peneira nº 200, e que constitui o cimento Portland.
Dos moinhos de cimento é transportado por meio de bombas pneumáticas, por canalizações,
para os “silos de armazenamento”. O cimento é, no geral, ensacado em sacos de papel de três
folhas pesando 50 quilos líquidos. No entanto, o cimento no caso de grandes obras, pode ser
transportado a granel, empregando-se embarcações, vagões ou caminhões especiais e
depositados na obra em silos especiais no geral metálicos.
4.2.1.3 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO CIMENTO PORTLAND COMUM
• Análises químicas de rotina são expressas pelos componentes dos compostos, que são os
óxidos.
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Principais óxidos do CP
Óxido Abreviação % Média
CaO C 62% a 67%
SiO2 S 20% a 23%
Al2O3 A 4% a 12%
Fe2O3 F 2% a 6%
MgO M 2% a 3%
SO3 S 1% a 3%
Álcalis (Na2O e K2O)
------- 0,3% a 1,5%
• Responsáveis pela formação dos principais compostos do cimento Portland comum.
• Os quatro primeiros óxidos (componentes) são os principais responsáveis pela formação
dos quatro compostos.
• Características fundamentais dos principais óxidos:
Óxido de cálcio – CaO:
• É o componente essencial do Cimento portland. Provém quase totalmente da
decomposição do carbonato de cálcio (CaCO3), proveniente do calcário. O óxido de
cálcio combinado (principalmente com a sílica), com o aumento de seu teor, melhora
as propriedades mecânicas do cimento.
• O óxido de cálcio livre, não combinado, raramente está presente em quantidades
significativas no cimentos Portland modernos. O mau proporcionamento das matérias-
primas, moagem e homogeneização inadequadas e a temperatura ou tempo de
permanência insuficientes na zona de calcinação do forno, estão entre os principais
fatores que contribuem para a presença de óxido de cálcio livre ou cristalino no
clinquer Portland. O óxido de cálcio livre, no forno, durante a fabricação do clinquer
Portland, exposto a altas temperaturas, hidrata-se lentamente e esta reação de
hidratação é capaz de provocar a deterioração dos concretos, pois ocorre um aumento
de volume (expansibilidade).
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Sílica (SiO2):
• Aparece combinada com outros componentes e provém quase que totalmente das
argilas usadas como matéria-prima. A sua combinação com a cal fornece os
compostos mais importantes do cimento Portland.
Alumina (Al2O3):
Provém da argila. A alumina em combinação com a cal forma um composto que acelera a
pega do cimento reduzindo sua resistência aos sulfatos, e aumenta o calor de hidratação,
devendo este composto estar presente em teor baixo.
Óxido de Ferro (Fe2O3):
• Este óxido trazido pela argila, quando em porcentagem não muito elevada, age como
fundamento com ação mais enérgica do que a alumina. Além disso, é o grande
responsável pela cor verde acinzentada do cimento portland.
Anidro Sulfúrico (SO3):
• É originário principalmente do sulfato de cálcio que é acrescentado ao cimento para
regular (retardar) sua pega. Seu teor é geralmente limitado por normas em 3%, pois
em excesso ajuda a aumentar a expansibilidade do cimento endurecido.
Magnésio (MgO):
• Provém do carbonato de magnésio, presente no calcário sob forma de dolomita ou ainda
pode vir em pequenas quantidades na argila. Em quantidades elevadas, atua como óxido
expansivo, prejudicando a estabilidade de volume das argamassas e concreto. Também
colabora para a cor verde acinzentada do cimento Portland.
Outros Óxidos.
Álcalis (K2O e Na2O)
• Agem com fundentes no cozimento e como aceleradores de pega. Se o teor de álcalis
superar 0,6%, para certos agregados de composição determinada, poderá haver
expansibilidade acentuada nas argamassas.
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Perda ao Fogo (de CO2 e H2O)
• São perdas em gás carbônico e água que se verificam em % do peso do cimento levado a
1.000ºC. A umidade absorvida retarda a pega e o gás carbônico e acelera.
Insolúveis no HCL:
• Fornece indicações sobre a eficiência da cozedura. Pó calcário sofre uma transformação
medida pelo teor de gás carbônico, pelo volume de gás formado, pode-se calcular o
calcário (CaO3) adicionado.
• Adicionado silicatos sob a forma de pó de pedra, crescerá o teor de insolúvel.
• Tanto o calcário como os silicatos podem ser adicionados ao cliquer ou serem originários
do cozimento insuficientes e são materiais inertes e portanto prejudicial ao cimento. O
teor de insolúvel é limitado em 1% pelas normas brasileiras.
• Outros compostos eventuais: óxidos de cromo, vanádio, manganês, alumínio, zircônio e
sulfetos.
4.2.1.4 – COMPOSIÇÃO POTENCIAL DO CIMENTO PORTLAND COMUM
• As propriedades do cimento são, entretanto, relacionadas diretamente com as proporções
dos silicatos e aluminatos.
• As proporções dos principais compostos podem ser determinadas a partir do resultado da
análise em óxidos. Denomina-se essa determinação de composição potencial do cimento.
O cálculo pode ser feito dessa maneira, ou então se resolvendo o sistema de equações que
engloba a seqüência:
% C2S = 40,71C – 7,600S – 6,718 A – 1,430 F – 2,850 S
% C2S = 2,867C – 0,7544C3S
% C3A = 2,650A – 1,692F
% C4AF = 3,043F
• O cimento Portland é essencialmente constituído de 4 compostos principais, constituindo
90% do cimento:
C = Cal, S = Sílica, A = alumina, F = Óxido de Ferro, S = SO3, H = H2O.
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COMPOSTOS PRINCIPAIS ABREVIATURA
3.CaO.SIO2 (silicato tricálcio) C3S 2.Cão.SiO2(silicato dicálcio) C2S
3.Cão.Al2O3(aluminado tricálcio) C3A
4.CaO.Al2O3.Fe2O3(terroaluminato tetracálcio) C4AF
• Além desses 4 compostos há ainda:
- óxidos livres (CaO, MgO e óxidos alcalinos)
- pequenas quantidades de sulfato de cálcio
- e vários resíduos sem importância.
PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS PRINCIPAIS DO CIMENTO PORTLAND
NACIONAL
C3S (Silicato Tricálcio)
• É o composto essencial, existindo nos cimentos Portland brasileiros em teores médios
de 45% a 60%. É responsável pela resistência mecânica nos primeiros dias de idade da
pasta. Os cimento de alta resistência inicial são ricos em C3S; Sua reação é de
intensidade média e o calor desenvolvido é médio.
C2S (Silicato Dicálcico)
• Os seus teores médios vão de 15% a 30%. A pasta com C2S endurece lentamente nos
dias anteriores a 28, oferecendo mesmo a 28 dias, pouca resistência. Depois aumenta
rapidamente a resistência e em 2 anos atinge a resistência do C3S. Tem 3 formas
alotrópicas sendo a do cimento Portland a forma (2CaO.SiO2). A intensidade de sua
reação é lenta, sendo pequeno o calor desenvolvido.
C3A (Aluminato Tricálcico)
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• Pega quase instantânea (intensidade muito rápida de reação) com grande produção de
calor, que provoca violenta vaporização. Os seus teores médios vão de 6% a 12%.
Tem pequena resistência mecânica. Resiste muito mal à ação de águas agressivas
sulfatadas. O seu valor no cimento Portland limita-se à sua ação, de modo econômico,
no sentido de tornar possível a calcinação nas temperaturas do forno.
C4AF – Ferro aluminato tetracálcico
• Tem pega em poucos minutos (intensidade rápida à sua reação), mas não instantânea,
como C3A. Sua resistência é ligeiramente inferior a do C3A. Desenvolve menor calor
de hidratação e é mais resistente à ação de águas sulfatadas. Os seus teores médios vão
e 6% a 8%. A alumina por ela fixada é menos nociva que a alumina ligada
exclusivamente à Cal.
Obs.:
No que se refere à estrutura da pasta de cimento Portland endurecida, pode-se observar
principalmente:
• Silicatos de cálcio hidratados (CSH) constitui de 50% a 60% do volume de sólidos de
uma pasta de cimento Portland completamente hidratada. A morfologia do CSH varia
de fibras pouco cristalinas a um reticulado cristalino. São os mais importantes na
determinação das propriedades mecânicas da pasta.
• Hidróxido de Cálcio (Ca(OH)2) constituem de 20% a 25% do volume de sólidos de
uma pasta hidratada. Ele tende a formar cristais grandes, sob a forma de prismas
exagonais.
• Comparado ao CSH, o potencial de contribuição do Ca(OH)2 para as propriedades
mecânicas do cimento Portland é muito pequena. Além disso, a presença de uma
quantidade considerável de Ca(OH)2 no cimento Portland hidratado, tem um efeito
desfavorável sobre a resistência química à soluções ácidas, por ser a solubilidade do
hidróxido de cálcio muito maior que do CSH.
• Sulfo Aluminatos de Cálcio (CASH) ocupam de 15% a 20% do volume de sólidos da
pasta endurecida. Desempenham um papel muito pequeno nas propriedades mecânicas
da pasta endurecida.
• A presença de monosulfato hidratado em pasta já endurecida de cimento Portland,
facilita o ataque por sulfatos.
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• Além do exposto, pode-se observar, grãos de clinquer não hidratados, vazios na pasta
endurecida (capilares ou não) e água.
2.2.1.5 – PEGA E ENDURECIMENTO
“LOUIS VICAT” apresentou uma teoria bastante aceita sobre pega e endurecimento do
cimento, que assim se resume:
- O cimento Portland é um sistema químico formado por compostos, instáveis na
presença da água, e que se hidratando, transformam-se em novo sistema estável e
compostos hidratados.
- Os compostos anidros, sendo sempre mais solúveis que os compostos hidratados,
quando em presença de água insuficiente para dissolve-los inteiramente, dissolvem-se
até a saturação.
• Assim sendo, a solução dos compostos anidros é super saturada em relação aos
compostos hidratados.
• A cristalização espontânea desta solução super saturada constitui a “PEGA”.
- A cristalização dos compostos hidratados permite a dissolução de nova quantidade de
compostos anidros, e assim sucessivamente vai a reação continuando, deste que haja
água suficiente, até a transformação integral do sistema anidro no sistema hidratado.
- Á esta transformação corresponde o endurecimento progressivo do cimento, resultante
da formação de finas agulhas cristalinas que aderem entre si, formando massa dura e
resistente.
O endurecimento se dá em duas fases distintas:
• Pega • Endurecimento propriamente dito.
Prof. MáC:\A6-T
Pega: É o começo do endurecimento. O “início de pega” corresponde
a uma descontinuidade na viscosidade da pasta. O
“término da Pega” é considerado o instante em que a pasta
praticamente perde a sua viscosidade não cedendo à
pressão de esforços moderados (pressão do polegar ou da
agulha de “VICAT”, estando praticamente sólida).
• Endurecimento Propriamente Dito
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• A pega e endurecimento do cimento é um problema ainda não total e suficientemente
esclarecido, havendo, além da teoria de ”Lê Chatelier”, outras teorias para especificá-
lo.
• Foram propostos mais recentemente, dois mecanismos de hidratação do cimento
Portland. A hidratação por dissolução-precipitação envolve a dissolução de compostos
anidros em seus constituintes iônicos, formação de hidratos provenientes da solução
super saturada.
• Logo, o mecanismo dissolução-precipitação visa uma completa reorganização dos
constituintes dos componentes originais durante a hidratação do cimento, de acordo
com outro mecanismo, denominado topoquímico ou hidratação no estado sólido do
cimento, as reações ocorrem diretamente na superfície dos compostos do cimento
anidro sem entrarem em solução. A partir de estudos sobre pastas de cimento com
microscópio eletrônico, parece que o mecanismo de dissolução-precipitação e
dominante nos estágios iniciais de hidratação do cimento. Em estágios posteriores,
quando a mobilidade iônica na solução se torna restrita, a hidratação da partícula
residual de cimento pode ocorrer por reações no estado sólido.
• Uma vez que o cimento Portland é composto de uma mistura heterogênea de vários
compostos, o processo de hidratação consiste na ocorrência de reações simultâneas de
vários compostos anidros com a água. Entretanto, todos os compostos não hidratam à
mesma velocidade. Os aluminatos são conhecidos por hidratarem muito mais
rapidamente do que os silicatos. Na verdade, o enrijecimento (perda de consistência) e
a pega (solidificação), características da pasta do cimento Portland são amplamente
determinados por reações de hidratação envolvendo os aluminatos.
• Os silicatos, que compõem aproximadamente 75% do cimento Portland comum, têm
um importante papel na determinação das características de endurecimento (taxa de
desenvolvimento da resistência);
• Alterações da pega inicial: no cimento Portland é atribuída principalmente a
hidratação dos compostos aluminosos (formação de sufo-aluminato e do alumínio
tricálcico hidratado).
• Mas o silicato tricálcico também deve contribuir para o início de pega do cimento,
pois sua própria pega dá-se em poucas horas.
• O grau de finura influe no tempo de pega, pois facilita a reação de hidratação.
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• A alumina e óxido de ferro aceleram a pega inicial com o aumento de seus teores,
pois formam compostos que se cristalizam rapidamente.
• A adição de gesso ao clinquer, durante a moagem, é feita para retardar a pega evitando
que se processe quase que instantaneamente. O efeito da adição de gesso não é
proporcional à quantidade adicionada.
• Assim, a adição até 5% de gesso influi muito sensivelmente no tempo de pega. Isto já
não acontece quando só ultrapassa de 5% em que pouco influi o gesso no
retardamento do início e do fim de pega.
• As especificações todas limitam a porcentagem de gesso a adicionar ao clinquer,
mediante índices máximos de seu teor em (SO3), isto se justifica, pois o gesso em
quantidade elevada ocasiona geralmente alterações sensíveis e por vezes desastrosas
no cimento tornando-o expansivo (isto é, sem estabilidade de volume)
• A absorção de umidade pelo cimento (“aeração do cimento”) retarda o início da pega.
• A absorção de (CO2) acelera o início de pega do cimento.
• O ar seco, contendo ou não (CO2), não tem influência sensível sobre o cimento que,
em presença de ar seco, não absorve (CO2) mesmo em pequena quantidade.
• Adições: a adição de certos sais influem na pega do cimento. Vejamos alguns deles:
• Cloreto de cálcio: em quantidades reduzidas (< 1%) retarda a pega e em quantidades
superiores, acelera.
• Cloreto de sódio: de ação muito variável, produzindo em alguns cimentos
retardamento e em outros aceleração de pega.
• Carbonatos alcalinos e anidrido carbônico: produzem aceleração muito enérgica de
pega (1 a 2% reduz o início de pega há poucos minutos).
• Hidróxidos de sódio ou de potássio ou de silicato de sódio: produzem notável
aceleração do tempo de início de pega.
• Açúcar: tem efeito muito pronunciado na peça (uma adição de 1% impede quase que
totalmente a pega do Portland).
• Produtos preparados: encontrados no mercado com nomes vários e servem,
geralmente, para acelerar a pega. São soluções aquosas de diversos sais (como de
carbonatos alcalinos, aluminatos, silicatos) ou misturas de diversos cloretos (como
cloreto de cálcio, de alumínio e de sódio).
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