Notas de Aula de Materiais de Construção Civil I - Parte 1, Notas de aula de Engenharia Civil
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Notas de Aula de Materiais de Construção Civil I - Parte 1, Notas de aula de Engenharia Civil

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Notas de Aula da disciplina de Materiais de construção civil I do prof. Espedito - UFOP
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Microsoft Word - Ap2008parte1.doc

Apostila da DisciplinaMATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Autoria: Prof. Dr. Espedito Felipe Teixeira de Carvalho INTRODUÇÃO: 1) Objetivo e Importância da Disciplina / Ementa. 2) Condições a que devem satisfazer os materiais 3) Ensaios de Materiais 4) Normalização 5) Especificações Técnicas 1 - OBJETIVO / EMENTA: O objetivo fundamental da Disciplina Materiais de Construção é: Estudar os materiais para conhecê-los e saber aplicá-los, incluindo Extração  materiais naturais a) OBTENÇÃOFabricação  materiais artificiais b) PROPRIEDADES CARACTERÍSTICAS - Ensaios de Laboratório c) UTILIZAÇÃO - Condições de Seu Emprego EMENTA DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I CAL AÉREOS GESSO AGLOMERANTES MAGNÉSIA SOREL HIDRÁULICOS  CIMENTO PORTLAND ** PASTAS ÁGUA ARGAMASSAS AGREGADOS MIÚDOS CONCRETO ** AGREGADOS GRAÚDOS ADITIVOS - PROPRIEDADES - DOSAGENS PEDRAS NATURAIS - PRODUÇÃO - CONTROLE TECNOLÓGICO - CONCRETOS ESPECIAIS OBS.: Esta é uma disciplina informativa de caráter prático.

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COLOCAÇÃO DE UM PROBLEMA No cumprimento das suas funções, ao engenheiro civil, cabe:

Arquitetar, Dimensionar, Construir, Proteger e Conservar, buscando sempre segurança, economia e durabilidade.

Arquitetando, ele deverá conceber uma obra que atenda perfeitamente às finalidades visadas. As finalidades poderão ser as mais variadas, como: conforto, funcionalidade, higiene, estética e outras. Dimensionando, ele lançará mão de técnicas que lhe permitirão determinar os esforços internos a que estarão sujeitos os elementos constituintes da estrutura da obra arquitetada, e a partir dos esforços assim determinados, fixará as dimensões dos elementos de maneira tal que os mesmos conservem suas posições e formas concebidas, quando sobre eles atuarem esforços externos determináveis. As dimensões dos elementos da estrutura dependerão, fatalmente, das propriedades mecânicas, do (s) material (is) de que deverá ser constituída a estrutura. Construindo, ele passará a materializar a obra concebida, confeccionando e montando seus elementos constituintes, com os mesmos materiais escolhidos nas fases de arquitetura e dimensionamento da obra. Protegendo, o engenheiro procurará, recorrendo a outros materiais, aumentar a durabilidade de uma obra construída com um determinado tipo de material, quando este for passível de sofrer ataques por agentes externos. Conservando, ele retocará, ou reformará, as partes da construção cuja durabilidade já se expirou (acidentalmente ou por envelhecimento), com materiais da mesma natureza que os originais, ou com novos materiais, principalmente, quando as finalidades a que se destinava a obra (estética, funcionalidade, higiene, etc) já foram prejudicadas.

São, portanto, funções do Engenheiro Civil:

Arquitetar Dimensionar Construir Proteger Conservar

Conceber uma

obra para atender

às finalidades

visadas:

conforto,

funcionalidade,

higiene,

estética

e outras.

Conhecendo os

esforços internos,

fixar as

dimensões dos

elementos

estruturais p/ que

conservem suas

posições e formas,

isto p/ esforços

externos

determináveis.

materializar a

obra concebida,

confeccionando

e montando seus

elementos,

usando os

materiais

previamente

escolhidos

Recorrendo a

outros materiais, o

engenheiro

procurará aumentar

a durabilidadede

uma obra

construída com um

determinado tipo de

material, quando

este for passível de

sofrer ataques por

agentes externos.

retocar ou

reformar partes da

construção cuja

durabilidade tenha

se expirado

(acidentalmente ou

por

envelhecimento),

usando materiais da

mesma natureza ou

não

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Vemos, assim, que nas várias funções que ao engenheiro cabe desempenhar os materiais de construção desempenham papel importantíssimo, seja no tocante à segurança, à economia ou à durabilidade da mesma.

pré-requisitos profissionais: segurança, economia e durabilidade.    propriedades menor custo, propriedades físicas mecânicas trabalhabilidade e químicas

De um modo geral, do ponto de vista da segurança, interessará ao engenheiro conhecer as propriedades mecânicas dos materiais; do ponto de vista da durabilidade, interessará as propriedades físicas e químicas; do ponto de vista econômico interessará seu preço, trabalhabilidade, etc.

PROBLEMA Em face das necessidades do engenheiro, relativamente aos materiais usados em construção, o problema que nos propusemos colocar consistirá em:

1°) Escolher o material mais adequado para a materialização de um dado tipo de construção levando em conta: segurança, economia e durabilidade; 2°) Como pré-requisito à escolha, conhecer suas propriedades, isoladamente ou associados, o que exigirá pacientes ensaios em laboratório.

A resolução do problema proposto é, precisamente, o objetivo do presente curso; e

ressalta a importância dos materiais de construção na vida profissional do engenheiro. 2) CONDIÇÕES A QUE DEVEM SATISFAZER OS MATERIAIS PARA UMA DETERMINADA CONSTRUÇÃO :

CONDIÇÕES TÉCNICAS (QUALIDADE)

RESISTÊNCIA TRABALHABILIDADE DURABILIDADE HIGIENE (PROTEÇÃO À SAÚDE)

CONDIÇÕES ECONÔMICAS (CUSTOS)

FABRICAÇÃO TRANSPORTE APLICAÇÃO CONSERVAÇÃO

CONDIÇÕES ESTÉTICAS(APARÊNCIA GERAL)

COR ASPECTO PLÁSTICA

Observação: “Não possuindo qualidade, o material será “barato ou de baixo custo”, mas não será viável economicamente. Um material só poderá ser considerado satisfatoriamente econômico se for de boa qualidade”.

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Exercício: Comentar, por escrito, cada uma das 11 condições a serem atendidas pelo concreto para que uma estrutura com ele executada possa ser considerada de boa qualificação.

Solução: Condições a serem atendidas pelo concreto para que uma estrutura com ele executada possa ser considerada de boa qualificação: PONTO FUNDAMENTAL: As condições a que devem satisfazer cada material para uma obra de engenharia de boa qualificação precisam traduzir um equilíbrio entre todos os requisitos. Além disso, em cada requisito, qualquer alteração, para mais ou para menos, trará reflexos negativos, seja na qualidade, nas condições econômicas ou nas condições estéticas e esse equilíbrio deve atingir todo o conjunto de materiais empregado na obra. Assim sendo, para o concreto, tem-se: Resistência: Deve ser a adequada para cada caso. Se for insuficiente, isto é, com falta de cimento, prejudicará a estética em primeiro lugar (aparência porosa, fissuração, etc) depois a durabilidade e a própria segurança das estruturas com ele executadas. Se for em excesso para aquela aplicação, irá aumentar o custo. Num caso de super excesso, em peças de dimensões grandes, por exemplo, a estrutura sofrerá tensões de origem térmica exatamente pelo calor de hidratação do cimento e tenderá à fissuração generalizada, o que irá reduzir, outra vez, a segurança. Em peças que deverão conter água, a relação A/C (água/cimento) deverá ser pequena para que tal fato seja evitado (a retração levará a > fissuração, que levará a > permeabilidade, a armadura sofrerá > taxa de corrosão; com isso, haverá deterioração e possível ruína). Trabalhabilidade: Cada material tem uma característica própria. Deve-se procurar o máximo de trabalhabilidade sem prejudicar as outras condições técnicas ou estéticas. No caso do concreto, trabalhabilidade em excesso (muita água) prejudicará a resistência e a durabilidade por excesso de porosidade, ao passo que trabalhabilidade de menos (muito seco) irá prejudicar todas as outras condições, tanto técnicas como econômicas ou estéticas do mesmo, também por excesso de porosidade pela falta de adensamento. Durabilidade: É o quesito que mais depende da boa execução. Concretos potencialmente duráveis (com dosagem adequada) podem ter sua vida útil bastante reduzida se forem mal aplicados (apresentando alta porosidade, mal preenchimento das formas, fissuração generalizada, etc). Projeto ruim e má execução fazem crescer os custos de conservação.

Higiene: É a quarta condição técnica a ser atendida. O concreto, os outros materiais, assim como as edificações, devem dar conforto (isolamento térmico e acústico) além de proteger a saúde dos usuários. Um bom concreto não pode ter agregados radioativos, por exemplo. Fabricação: A qualidade está ligada tanto à tecnologia de fabricação dos materiais quanto ao esmero no projeto e na execução das obras. A estética também depende da fabricação dos materiais

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ou execução das edificações. No concreto, importa a qualidade de cada componente, a dosagem correta e o mínimo de falhas nas operações de produção e de cura.

Transporte: Também é uma condição econômica a que devem satisfazer os materiais empregados. Os custos de transporte (interno e externo) devem ser compatíveis com as condições gerais de execução dos projetos; e gerando mínimo custo.

Aplicação: Os custos de aplicação dos diversos materiais ou sistemas construtivos devem também ser compatíveis com o nível esperado no projeto. (qualidade geral dos componentes, traço adequado, equipe de execução bem treinada, cura adequada, etc.)

Conservação: Os custos de conservação ou manutenção das estruturas de concreto, além de uma característica intrínseca dos materiais componentes dependem muito da boa execução. As falhas de projeto e de execução conduzem a custos mais altos de conservação. Cor: A cor é realmente importante nos materiais visíveis numa construção; assim, ela será mais importante nos concretos aparentes, onde qualquer falta de homogeneidade seria prontamente denunciada. (Ainda, a deterioração do colorido quase sempre denota perda de durabilidade). Aspecto: Pela textura da peça de concreto (aspecto visual), dá para sentir o nível de qualidade do mesmo (se possui baixa porosidade, teor adequado de argamassa, homogeneidade, não oxidação, etc.). Aqui, maiores cuidados serão exigidos nas estruturas em que o concreto for aparente, sem revestimento. Plástica: Uma estrutura projetada com harmonia de dimensões causa impacto visual agradável ao observador. Nesse caso, o concreto dependerá mais da habilidade do engenheiro que projetou e calculou a estrutura. 3) ENSAIOS DE MATERIAIS: DIRETAMENTE  POR OBRAS JÁ REALIZADAS A QUALIDADE PODE SER ESTIMADA INDIRETAMENTE  ATRAVÉS DE ENSAIOS * * MAIOR EFICÁCIA: As condições a que o material deve satisfazer podem ser reguladas ou modificadas intencionalmente, o que irá aumentar a velocidade das observações trazendo respostas mais rápidas. - Propriedades físicas, químicas e mecânicas OS ENSAIOS FORNECEM - Coeficiente de Segurança - Processos de Recepção dos Materiais.

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Coeficiente de Segurança: “É necessário que o esforço imposto a um material seja inferior ao esforço limite que o mesmo pode suportar a fim de que haja margem para absorver aumentos de tensão ou de fadiga provenientes de carregamentos imprevistos, choques intempestivos, uso contínuo, oxidação, microfissuração, falta de homogeneidade, etc. Recepção dos Materiais: São os processos rápidos e econômicos adotados para se conferir as qualidades previstas para cada material (série de ensaios de fácil execução). 4) MÉTODOS ESPECIFICAÇÕES E NORMAS - NORMALIZAÇÃO:

Objetivo da normalização

Normalizar é padronizar atividades específicas e repetitivas. É uma maneira de organizar as atividades por meio da criação e utilização de regras ou normas.

A normalização técnica tem como objetivo contribuir nos seguintes aspectos: a) Qualidade; / b) Produtividade; / c) Tecnologia; / d) Marketing; e) Eliminação de barreiras técnicas e comerciais. Conceitos

Normas Técnicas: documentos aprovados por uma instituição reconhecida, que prevê, para um uso comum e repetitivo, regras, diretrizes ou características para os produtos ou processos e métodos de produção conexos, cuja observância não é obrigatória, a não ser quando explicitadas em um instrumento do Poder Público (lei, decreto, portaria, normativa, etc.) ou quando citadas em contratos. Normas Regulamentadoras (NR): documentos aprovados por órgãos governamentais em que se estabelecem as características de um produto ou dos processos e métodos de produção com eles relacionados, com inclusão das disposições administrativas aplicáveis e cuja observância é obrigatória.

Os níveis de normalização são estabelecidos pela abrangência das normas em relação às áreas geográficas. A abrangência aumenta da base para o topo da pirâmide.

Níveis de normalização

Normas nacionais, do Mercosul e internacionais

Normas Empresariais – são as normas elaboradas e aprovadas visando à padronização de serviços em uma empresa ou em um grupo de empresas;

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Normas de Associação – são as normas elaboradas e publicadas por uma associação representante de um determinado setor, a fim de estabelecer parâmetros a serem seguidos por todas as empresas a ela associadas. São as normas editadas por uma organização nacional de normas.

Normas nacionais No Brasil, as normas brasileiras são os documentos elaborados segundo procedimentos definidos pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), Fórum Nacional de Normalização Voluntária. As normas brasileiras são identificadas pela ABNT com a sigla NBR número/ano e são reconhecidas no território nacional. Normas regionais

São estabelecidas por um organismo regional de normalização, para aplicação em um conjunto de países. São normas regionais: Normas do Mercosul – desenvolvidas pela AMN (Associação Mercosul de Normalização), elaboradas através dos CSM (Comitês Setoriais Mercosul). Normas COPANT (Comissão Pan-Americana de Normas Técnicas) – elaboradas nos seus comitês técnicos, por meio dos ABNT/CB. Normas internacionais

São normas técnicas estabelecidas por um organismo internacional de normalização, resultantes da cooperação e de acordos entre grande número de nações independentes, com interesses comuns. Normas ISO

São aquelas elaboradas e editadas pela Organização Internacional de Padronização (Internacional Organization for Standardization).

Fazem parte da ISO institutos de normalizações nacionais de mais de cem países do mundo, entre eles o Brasil, representado pela ABNT. Série de normas ISO 9000

A série ISO 9000 é formada pelas seguintes normas: NBR ISO 9000 – descreve os fundamentos de sistemas de gestão da qualidade e estabelece a terminologia para esses sistemas; NBR ISO 9001 – especifica requisitos para um sistema de gestão da qualidade; NBR ISO 9004 – fornece diretrizes que consideram tanto a eficácia, como a eficiência de sistemas de gestão da qualidade. Série de normas ISO 14000

Além da ISO 9000, existe a série ISO 14000, voltada para o meio ambiente. Essa norma é de grande importância no momento em que a humanidade passa por alterações climáticas devido ao descaso para com os aspectos ambientais. A série 14000 é formada por três normas:

NBR ISO 14000 – descreve os fundamentos de sistemas de gestão ambiental e estabelece a terminologia para esses sistemas; NBR ISO 14001 – especifica requisitos para um sistema de gestão ambiental; NBR ISO 14004 – fornece diretrizes que consideram tanto a eficácia, como a eficiência de sistemas de gestão ambiental.

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NORMALIZAÇÃO BRASILEIRA NA CONSTRUÇÃO CIVIL CB-02 - elaboração das normas técnicas de componentes, elementos, produtos ou serviços utilizados na construção civil (planejamento, projeto, execução, métodos de ensaio, armazenamento, transporte, operação, uso e manutenção e necessidades do usuário, subdivididas setorialmente); CB-18 - normalização no setor de cimento, concreto e agregados, compreendendo dosagem de concreto, pastas e argamassas; aditivos, adesivos, águas e elastômeros (terminologia, requisitos, métodos de ensaio e generalidades). Responsabilidade profissional do engenheiro em relação às normas

As normas têm uma função orientadora e purificadora no mercado. São recomendações, com base na melhor técnica disponível e certificada num determinado momento, para se atingir um resultado satisfatório.

As normas continuam valendo como padrões mínimos de referência. Os números fornecidos pelos ensaios são valores relativos. É grande o número de parâmetros que influenciam. Daí a necessidade da fixação de métodos que, reduzindo ao mínimo os fatores de variação, permitem uma comparação mais perfeita das características. A interpretação dos resultados exige a associação de diferentes ensaios. Num ensaio de resistência mecânica, por exemplo, os seguintes fatores exercem considerável influência: - forma geométrica e dimensões dos corpos de prova; - duração e marcha do ensaio; - máquina de ensaio; - condições outras do ensaio (temperatura, estado de umidade, etc)

Para cada material, realizam-se séries completas de ensaios estipulados e, à vista da documentação assim obtida, a fixação numérica de limites e demais condições para essas características constituirá uma especificação para a recepção do material. NORMALIZAÇÃO: MATERIAL: ENTIDADES NORMALIZADORAS (A.B.N.T.) PROPRIEDADES MÉTODOS SÉRIE ESPECIFICAÇÃO P/ CARACTERÍSTICAS DE ENSAIO ENSAIOS RECEP. DO MAT. PRODUTORES E CONSUMIDORES

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Entidades Normalizadoras: Entidades Normalizadoras:

PAÍS ENTIDADE COORDENADORA MUNDIAL OUTRAS BRASIL ABNT USA ASTM COPANT USA ASA ABCP ALEMANHA DIN ISO ACI FRANÇA AFNOR RILEM JAPÃO JIS CEB INGLATERRA BSI PCA

Vigência: As COMISSÕES TÉCNICAS da ABNT promovem revisão no elenco de normas sob sua responsabilidade a cada período de 5 (cinco) anos, podendo ou não alterar o texto da Norma em vigor. Tipos de Normas: A ABNT possui os seguintestipos de Normas.

NB - (Norma Brasileira) - Condições e exigências para execução de obras

EB - (Especificação Brasileira) - Estabelecem prescrições para os materiais.

MB - (Método Brasileiro) - Ensaios. Processos para formação e exame de amostras.

N.T. PB - (Padronizações Bras.) - Estabelecem dimensões para os materiais.

TB - (Terminologias Bras.) - Regularizam a nomenclatura técnica.

SB - (Simbologias Bras.) - Estabelecem convenções para desenhos.

CB - (Classificações Bras.) - Dividem e ordenam materiais por propriedades características.

Ex.: Concreto por grupos de resistência

Observações: i) Todas elas são registradas no INMETRO - (Instituto Nacional de Metrologia) sob o prefixo NBR. Exemplos: a NB-1 é registrada no INMETRO sob o n° NBR 6118

o MB-1 é registrado no INMETRO sob o n° NBR 7215

a EB-1 é registrada no INMETRO sob o n° NBR 5732

Atualmente há também a divulgação das Normas do Mercosul (NM), assim uma NBR pode

ter sua identificação ampliada para ABNT NBR NM xy.

ii) Embora interessante, essa forma de identificação das normas pelas duas letras indicativas iniciais está sendo abandonada, ficando só aquelas com o prefixo NBR. iii) Para pesquisa no site www.abnt.org.br só se usa a forma NBR (ou NBR NM) ou por palavras-chave.

Encaminhamento de uma Norma:

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A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) é composta atualmente por 47

Comitês e 2 organismos de Normalização Setorial (Tecnologia Gráfica e Petróleo).

Como já foi mencionado, os Comitês que estão mais diretamente envolvidos com o aluno de

engenharia civil são:

CB–02 que faz a normalização no campo da Construção Civil (engloba CIV238) e

CB-18 que é específico para Cimento, Concreto e Agregados, este, inclusive, é específico para

nossa Disciplina, Materiais de Construção I, que estuda prioritariamente o concreto e seus

componentes.

ESTRUTURA DA ABNT:

ABNT  CB-01 + CB-02 + CB-03 + ....+ CB-18 +...+ CB-50 COMITÊS ex.: CB-18 = Comitê Brasileiro de Cimento, Concreto e BRASILEIROS Agregados SUB - COMITÊS ex.: Cimentos e Adições Agregados Concreto Aditivos Argam. 18.01 18.02 18.03 18.04 18.05 COMISSÕES TÉCNICAS Especificações / Métodos de ensaio / Propriedades COMISSÕES DE ESTUDO Preparam os textos de Norma TEXTO DE NORMA Projeto de Norma NORMA TÉCNICA  NBR ou ainda NBR NM 5) ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS Além de plantas, desenhos e cálculos, um Projeto de Engenharia inclui também uma parte de redação sob a forma de memorial descritivo ou de especificações técnicas. Memorial Descritivo: dá a descrição e indicação dos materiais a serem empregados. Dirigido a elementos não técnicos para melhor compreensão do projeto, inclusive de toda a obra, quando concluída. Especificações técnicas: indicação minuciosa das propriedades mínimas que os materiais devem apresentar e a técnica a ser empregada na construção. Destinam-se ao construtor visando assegurar que a obra seja realizada com os cuidados apontados no projeto.

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PEDRAS NATURAIS 1 - Terminologia das Rochas e Solos: (TB-3) “Rochas são materiais constituintes essenciais da crosta terrestre, provenientes da solidificação do magma ou de lavas vulcânicas, ou da consolidação de depósitos sedimentares, tendo ou não sofrido transformações metamórficas. Esses materiais apresentam elevada resistência mecânica, somente modificável por contatos com ar e água em casos muito especiais.” 2 - Propriedades das pedras - Ensaios tecnológicos: As propriedades fundamentais das pedras são referidas aos seguintes requisitos básicos:

a) Resistência mecânica: Capacidade de suportar a ação das cargas aplicadas sem entrar em colapso. b) Durabilidade: Capacidade de manter as suas propriedades físicas e mecânicas com o decorrer do tempo e sob a ação de agentes agressivos, físicos, químicos ou mecânicos.

c) Trabalhabilidade: Capacidade da pedra em ser afeiçoada com o mínimo esforço.

d) Estética: Aparência da pedra para fins de revestimentos ou acabamentos. Ensaios tecnológicos dessas propriedades: a) Resistência mecânica Pela ABNT: somente o ensaio de abrasão Los Angeles (MB-170) Pelas DIN e ASTM: restante dos ensaios

b) Durabilidade ABNT: nenhuma Normas Estrangeiras

c) Trabalhabilidade NB-47 e NB-48 - ABNT NB-47 - apreciação petrográfica feita nas jazidas, pedreiras ou depósitos, visando a caracterização sumária do material.

A partir desse estudo, podem ser fixados os ensaios tecnológicos a serem executados para melhor aferição da aplicabilidade do material. Fornece elementos para as determinações abaixo: - fratura para extração - corte - polimento e aderência a aglomerantes - homogeneidade - formatos adequados - dureza para indicar qual o meio de corte mais adequado, desde a serra de dentes para pedras duras. NB-48 - refere-se à análise petrográfica, visando uma caracterização completa. Dela também podem ser deduzidos os ensaios tecnológicos aconselháveis. PRINCIPAIS PROPRIEDADES

a) Cor: Apresenta grande importância na estética (decoração).

b) Fratura: relacionada à maior ou menor facilidade de extração, corte, polimento e aderência. Tipos de fratura: plana - blocos de faces planas conchoidal - corte difícil lisa - fácil polimento

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áspera - boa aderência angulosa - superfície de separação mais resistente c) Homogeneidade: Mantém as propriedades (qualidade). Pedra sem defeitos dá som se parte em pedaços, e não em grãos.

d) Massa específica aparente: É a massa da unidade de volume da rocha seca, incluindo-se os vazios internos.

e) Porosidade:Vv / Vt. É o complemento da compacidade (p + c = 1) Uma pedra porosa é: pouco resistente, permeável e gelível. A porosidade está ligada à durabilidade.

f) Permeabilidade: Refere-se à existência de poros, nos quais a água pode infiltrar-se, por capilaridade ou pressão. Importante quando há tendência à grande umidade.

g) Higroscopicidade: absorção por capilaridade

h) Gelividade: pressão vencida pelo gelo: 146 kgf/cm²; depende da porosidade e friabilidade do material. i) Condutibilidade térmica e elétrica: Condutibilidade pequena. As porosas são mais isolantes. Atenção para a dilatação térmica, a superfície sofre mais que o interior.

j) Dureza: Maior ou menor facilidade de se deixar serrar. k) Aderência: É devida à ação química pedra-aglomerante e ação mecânica. Fratura e porosidade influem na aderência. É avaliada pelo ensaio de tração.

Propriedades Mecânicas:

1º - Compressão, tração, flexão e cisalhamento: As pedras resistem bem à compressão e mal à tração. Nas estratificadas, a resistência mecânica varia com a orientação. A umidade tem influência na resistência, que varia na razão inversa da umidade. Não seguem a lei de Hooke (As deformações crescem menos rapidamente que as tensões). A resistência à compressão dá idéia das outras propriedades mecânicas. A resistência ao cisalhamento -1/10 a 1/15 da resistência à compressão. A resistência à tração é 1/20 a 1/40 da resistência à compressão. A resistência à flexão é de 1/10 a 1/15 da resistência à compressão. O formato do corpo de prova influencia a resistência à compressão.

2º - Desgaste: Há dois tipos de ensaios de desgaste: - resistência à abrasão - disco horizontal que gira com abrasivo (areia ou córindon). - desgaste recíproco por atrito em aparelhos especiais. Ex.: Los Angeles. 3º - Choque: Seu estudo não oferece maior influência. Há normas DIN ou ASTM. 3 - Escolha da Pedra: Para segurança e economia exige-se o conhecimento das características técnicas e econômicas das pedras disponíveis. A qualificação do material é obtida por meio de um estudo petrográfico de amostras representativas, seguido do exame tecnológico em corpos de prova normalizados. (depende de utilização prevista). Para agregados de concreto, é necessário verificar também o potencial reativo do mineral com os álcalis ( Na O e K O2 2 ) do cimento.

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4 - Aplicações: 1 - Alvenarias e Cantarias 2 - Pavimentação (de estradas, ruas, pátios, etc) 3 - Revestimentos (de piso, paredes, etc) 4 - Acabamentos (banheiros, cozinhas, pias, etc) 5 - Informações Complementares: Descrição resumida dos minerais mais importantes, por serem os mais comuns na composição mineralógica das principais pedras de construção: 1 - Quartzo: Sílica (SiO 2 ) livre ou constituindo silicatos com óxidos básicos. O quartzo é sílica cristalina. Massa específica 2,65 e dureza 7. Possui alta resistência à compressão e grande resistência à abrasão. Aquecido a 870ºC transforma-se em tridimita com considerável aumento de volume. Na temperatura de 1.710ºC funde; resfriado rapidamente dá origem ao quartzo vítreo (sílica amorfa) de massa específica 2,3. A sílica amorfa ocorre na natureza sob a forma de sílica hidratada, SiO H O2 22. (opalina), que é muito reativa com os álcalis do cimento, por exemplo. 2 - Aluminossilicatos: Depois da sílica, é a alumina ou óxido de alumínio ( Al O2 3 ) o mais abundante constituinte da crosta terrestre. Na natureza a alumina ocorre sob a forma de córindon, mineral duro, dureza 9 na escala de Mohs, de grande emprego como abrasivo. a) Feldspato: silicato de alumínio que forma 50% em peso da litosfera.

Tipos de feldspato: ortoclásio: K O Al O SiO2 2 3 26. . ou feldspato comum de potássio plagioclásio: Na O Al O SiO2 2 3 26. . - albita ou CaO Al O SiO. .2 3 26 - anortita. Coloração variável, massa específica 2,55 a 2,76, dureza 6. Ponto de fusão: 1.170 a 1.550ºC sendo usado como fundente na produção de louça cerâmica. b) Micas: São silicatos de alumínio de variada e complexa composição química. Principal característica: fácil clivagem em lâminas finas, flexíveis e elásticas. Micas que ocorrem freqüentemente: Muscovita mica de potássio, leve, transparente, infusível e quimicamente estável. Biotita: mica de ferro, de Mg; composição variada, escura, cinza ou preta, menos durável que a anterior. Caulinita: silicato de alumínio hidratado ( Al O Sio H O2 3 2 22 2. . ). Ocorre como terra frouxa branca ou colorida, ou sob a forma de lâminas, é o principal componente das argilas. 3 - Silicatos de Magnésio e Ferro: São minerais preto-escuros. Massa específica bastante maior do que dos demais silicato. Quando em grande quantidade, esses minerais conferem às pedras uma coloração escura e grande resistência ao impacto. Anfibólios : incluem a hornblenda de massa específica 3,1 a 3,5 que é encontrada nas rochas

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vulcânicas. Piroxênios: têm a augita como mineral mais encontrado, com massa específica 3,2 a 3,6. Olivinas: minerais esverdeados, caracterizados pela baixa estabilidade: são alterados pelos mais diversos reagentes (água, gás oxigênio, gás carbônico). Quando alterados pela água aumentam de volume e transformam-se na serpentina em que uma das variedades apresenta estrutura fibrosa, utilizada na produção de materiais isolantes térmicos (amianto). 4 - Carbonatos e Sulfatos:

Encontrados principalmente em rochas sedimentares.

a) Calcita: carbonato de cálcio cristalino ( CaCO 3 ), mineral muito abundante. Massa específica 2,7 e dureza 3. Quando tratado por uma solução de HCl a 10%, apresenta violento desprendimento de CO 2 . b) Magnesita: características semelhantes à calcita, emprega-se como material refratário para revestimento de fornos. c) Dolomita: ( CaCO MgCO3 3. ). Propriedades idênticas às da calcita. É porém mais dura, mais resistente e menos solúvel na água. d) Gipsita: mineral sedimentar ( CaSO 4 2H2O), tem estrutura cristalina, algumas vezes, finamente granulada. Apresenta-se com cor branca quando puro. Massa específica 2,3 e dureza 1,5. O gesso, comparativamente, dissolve-se bem na água, 75 vezes mais do que a calcita (0,03g/l). e) Anidrita: ( CaSO 4 ) Massa específica 2,8 a 3,0 e dureza 3 a 3,5. Transforma-se por hidratação em gesso.

AGLOMERANTES EM GERAL

Definições: Aglomerantes são produtos empregados na construção civil para fixar ou aglomerar materiais entre si. Constituem o elemento ativo que entra na composição das pastas, argamassas e concretos. São geralmente materiais pulverulentos que, misturados intimamente com água, formam uma pasta capaz de endurecer por simples secagem, ou então, o que é mais geral, em virtude de reações químicas. (Ver quadro geral na próxima página)

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Quadro Geral de Aglomerantes:

compostos

Tipo Produtos Principais Secundá-rios

Processo de Endurecimento

Compo r-

tamento

Ação da

água

Ação de

ácidos

Ação de

álcalis Uso

Cimento Asfáltico

Hidrocarb. pesados - Resfriamento Plástico - - -

Asfaltos Líquidos

Hidrocarb. pesados

Óleosleves Gasolina

Evaporação do solvente Plástico - - -

Emulsões Asfálticas

Evaporação do solvente Plástico - - -

Concretos asfálticos

T er

m op

lá st

ic os

Enxofre S - Resfriamento Rígido - - Ataca Cimentos resistentes a ácidos

Gorda CaO MgO - Ação do CO2

do ar Rígido Dissolve lentame

nte Ataca Ataca Revest. e Alvenaria

C al

h id

ra ta

da

Magra CaO MgO Impurezas Ação do CO2

do ar Rígido

Resiste à ação

das chuvas

Ataca - Revest. e Alvenaria

Gesso CaSO4 - Hidratação Rígido

Dissolve ,

inclusiv e na

chuva

- Ataca Revesti- mentos

Keene CaSO4 - Hidratação Rígido

Dissolve ,

inclusiv e na

chuva

- Ataca Revesti- mentos

A é

r e

o s

Saree MgO MgCl2 Ação química Rígido

Dissolve ,

inclusiv e na

chuva

- - Pisos e

pré-fabri- cação

Cal Pozolânica Ca(OH)2 Pozolana Ação química Rígido - Ataca - -

Cal Meta- lúrgica Ca(OH)2

Escória metalúrgic

a Ação química Rígido - Ataca - Alvenaria

Cal Hidráulica CaO Argilas

Hidratação + CO2 Rígido - Ataca - Alvenaria

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Cimentos Portland CaO Argilas Hidratação Rígido - Ataca -

Estruturas Revesti- mentos

Furan Furan - Ação química Plástica - Ataca - Revesti- mentos

Fenólico Fenol - Ação química Plástica - Ataca - Revesti- mentos

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Epóxico Poliésteres Fenólicos - Ação química Plástica - Ataca - Revesti- mentos

(Bauer) Materiais de Construção – Vol. I

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AGLOMERANTES MINERAIS

Como foi visto no quadro geral, muitos são os materiais que têm propriedades aglomerantes, porém para uso na construção civil é essencial que as matérias primas para sua obtenção sejam abundantes na natureza e se encontrem em condições de aproveitamento econômico.

Como medida de economia e também para atenuar a influência nociva da retração, é geralmente necessário adicionar-se à pasta um elemento inerte chamado “agregado”. O agregado é um material granuloso e inerte, convenientemente graduado, que entra na composição das argamassas e concretos. Conforme será visto posteriormente, o agregado classifica-se em:

Agregado miúdo: de diâmetro máximo  4,75mm. (areia natural e areia artificial). Agregado graúdo - de diâmetro mínimo > 4,75mm (pedra britada, seixo, etc). Adicionando-se à pasta um agregado miúdo, ter-se-á uma argamassa. Se for adicionada, entretanto, à pasta uma mistura de agregado miúdo e agregado graúdo ter-se-á um concreto. Assim sendo podemos definir:

Pasta: mistura íntima de um aglomerante e água

Argamassa: mistura íntima de um aglomerante, um agregado miúdo e água.

Concreto: mistura íntima de um aglomerante, um agregado miúdo, um agregado graúdo e água.

(eventualmente acompanhados de algum aditivo).

O endurecimento das argamassas e dos concretos decorre do endurecimento da pasta, visto que, a

pasta endurecida adere também aos materiais com os quais tenha sido posta em contato; permitindo

assim a execução das alvenarias, revestimentos, concreto armado, estabilização de solos, etc.

Os aglomerantes são classificados em quimicamente inertes e quimicamente ativos. Aglomerantes quimicamente inertes: endurecem por simples secagem, como a argila. Aglomerantes quimicamente ativos: endurecem por reações químicas. Os aglomerantes quimicamente ativos, como as cales, gessos e cimentos, cujo endurecimento nas condições normais de temperatura e pressão é decorrente de uma reação química, apresentam maior interesse e têm grande campo de aplicação, pois são capazes de atingir altas resistências físico- mecânicas e de manterem-se estáveis nessa condição por longo tempo.

quimicamente inertes simples Aglomerantes quimicamente ativos aéreos compostos hidráulicos mistos com adições

Os aglomerantes aéreos devem ser empregados somente ao ar, pois não resistem satisfatoriamente quando imersos n’água, mesmo depois de endurecidos. Além disso, o seu endurecimento depende da secagem para ganho e manutenção da resistência. Neste grupo tem-se: cales aéreas, gessos, magnésia sorel.

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Os aglomerantes hidráulicos resistem satisfatoriamente quando empregados dentro d’água, e alem disso, o seu endurecimento processa-se sob influência exclusiva da água. (o endurecimento pode se efetivar independentemente da exposição ao ar, ou seja, não dependem da secagem). Exemplos: cimentos naturais ou artificiais e cales hidráulicas.

Aglomerantes simples - constituídos de um único produto sem mistura posterior ao cozimento, a não ser de pequenas %s admitidas em suas especificações de substâncias destinadas a regularizar a pega, facilitar a moagem ou ativar a progressão do endurecimento. São considerados aglomerantes simples os aéreos acima referidos e os hidráulicos (cal hidráulica, cimento natural, cimento portland ou artificial e o cimento aluminoso).

Aglomerantes Compostos - são constituídos pela mistura de sub-produtos industriais, ou produtos naturais de baixo custo (escória de alto-forno ou pozolana) com um aglomerante simples, geralmente cal ou portland. É comum adotar-se o termo Hidraulite para englobar as pozolanas e a escória de alto-forno. São aglomerantes compostos: cimentos pozolânicos e cimentos metalúrgicos.

Aglomerantes Mistos - são constituídos pela mistura de dois aglomerantes simples. (não empregados no Brasil).

Aglomerantes com adições - São aglomerantes simples aos quais foram feitas adições que excedem os limites estabelecidos em suas especificações para dar-lhes propriedades especiais como diminuir a permeabilidade, reduzir o calor de hidratação, diminuir a retração, aumentar a resistência a agentes agressivos, dar coloração especial, etc. FASE DE PEGA DOS AGLOMERANTES

Denomina-se pega ao período inicial de solidificação da pasta, designando-se por início de pega o momento em que a pasta começa a endurecer perdendo a sua plasticidade. Por fim de pega entende-se o momento em que a pasta se solidifica completamente, perdendo, portanto toda a sua plasticidade. (a agulha de Vicat não penetra mais na pasta já enrijecida)

O fim da pega não significa que a pasta tenha adquirido toda a sua resistência, pois terminada a fase de pega inicia-se a fase de endurecimento que pode durar anos, se as condições de conservação forem favoráveis.

Para o cimento portland o fim de pega ocorre de 4 a 6 horas após o contato com a água (pasta de consistência normal). O endurecimento prossegue da seguinte forma: (valores médios):

Início de pega FASE DE PEGA Fim de pega  FASE DE ENDURECIMENTO

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Fases de pega e de endurecimento para o cimento portland

Os aglomerantes classificam-se segundo o tempo de início de pega em: Pega rápida .............. < 30 minutos Pega semi-rápida ..... 30 a 60 minutos Pega normal .............. 60 minutos a 6 horas

GESSO 1. Identificação A norma DIN 1168 define gesso de construção como todo gesso cozido que convém para trabalhos de construção. É obtido por eliminação parcial ou total da água de cristalização contida no minério natural chamado gipso (sulfato de cálcio dihidratado).

A variedade de gipso com maior importância econômica é a gipsita, geralmente encontrada sob a forma de material compacto, de granulação fina a média. Outras variedades do gipso são o alabastro, a selenita e o espato cetim. Existe também a anidritaque é um sulfato de cálcio natural sem água de cristalização.

Gipsita: é a forma mineral do sulfato de cálcio dihidratado, CaSO4.2H2O apresentando uma massa específica de 2,32 g/cm³, dureza 1,5 a 2 na escala Mohs. Quando puro tem 46,5% de SO3 , 32,6% de CaO e 20,3% de água. Em sua forma mais pura, o gipso é branco e ocorre em camadas estratificadas de origem marinha. A maioria dos depósitos de gipso ocorre junto aos do mineral anidrita, sugerindo uma possível transformação de uma forma para a outra após a deposição. Alabastro: é uma das formas de ocorrência do mineral gipso (rocha que possui 60 a 90% de gipsita misturada com argila, areia e húmus); normalmente translúcido apresentando diversas cores devido a efeitos ópticos ou a impurezas. O alabastro sendo relativamente mole pode ser trabalhado com facas, serras e pode ser conformado com papéis abrasivos e posteriormente polidos. É conhecido como material para a fabricação de vasos, bacias, pedra ornamental em estatuária, decoração interior e ornamentos. Selenita: é uma forma pura de gipso, cristalizada na forma de folhas ou placas que apresentam um plano de cristalização (monoclínico). Os cristais de selenita apresentam boa transparência e placas

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finas que polarizam a luz e são usadas em equipamentos de laboratório com este objetivo. A selenita não tem o retorno elástico da mica, e quando deformado, assim permanece. Espato Cetim: é uma forma fibrosa do gipso (cristais monoclínicos). Assemelha-se algumas vezes às fibras de amianto e, em crescimentos densos, o espato cetim é translúcido e pode ser utilizado na fabricação de adornos e pequenos objetos de arte. Anidrita: é um sulfato de cálcio natural sem água de cristalização, isto é, CaSO4 , que tem uma massa específica de 2,95 g/cm³, uma dureza de 3 a 3,5 na escala Mohs. Tem a mesma solubilidade em água que o gipso, mas não reage rapidamente para formar um hidrato. É mais usada na fabricação de sulfato de amônio, na produção de ácido sulfúrico e em argamassas especiais. Pode entrar também na fabricação do cimento portland, substituindo parcialmente o gipso. 2. Obtenção do gesso para construção: A gipsita calcinada é bastante utilizada pela indústria da construção civil. Ao ser calcinada em temperatura adequada, ela perde parte da água de cristalização, obtendo-se o produto geralmente conhecido como gesso (hemihidrato). 2 CaSO H O4 22. 140°C - 160°C 2 [ CaSO H O4 21 2 . / ] + 3H2O gipsita calcinação gesso vapor d’água O gesso, que encontra uso sob a forma de pasta para revestimentos e decorações interiores, placas lisas moldadas e gesso acartonado, é um aglomerante aéreo. A gipsita vem geralmente acompanhada de impurezas como sílica, alumina, carbonato de cálcio, óxido de magnésio, de ferro, num total não ultrapassando 6%. 3. Funcionamento como aglomerante: As pedras cozidas de gesso são moídas e, preparada a pasta para utilização, verifica-se a reação oposta que provoca o endurecimento. 2 [CaSO4 .1/2H2O] + 3H2O  2CaSO4.2H2O + calor O gesso, CaSO4 .1/2H2O, ao ser misturado com água torna-se plástico, podendo então ser moldado na forma desejada, e enrijece rapidamente, recompondo o dihidrato original. A hidratação e o conseqüente endurecimento se baseiam na diferença de solubilidade na água dos dois sulfatos (ver valores adiante). 4. Endurecimento do Gesso: (Mecanismo Dissolução-Precipitação) A água dissolve o gesso (CaSO4 .1/2H2O), na base de 10g/l; reage com ele formando gipsita (CaSO4.2H2O). Esta, por ser menos solúvel (2g/l), faz a solução se tornar supersaturada. Há a precipitação do excedente em forma de cristais (malha imbricada que aglutina). Em seguida, a água fica com capacidade para dissolver mais gesso; forma-se mais gipsita, há nova precipitação, e esse ciclo se repete, continuamente, até processar todo o gesso presente. No estado em que se encontra no mercado, o gesso é um pó branco de elevada finura, cuja massa unitária é de 0,70 (aproximadamente), diminuindo com o grau de finura. Sua massa específica fica em torno de 2,7 kg/dm³.

5. Aplicações Na construção civil, o gesso é usado especialmente em revestimentos e decorações interiores. Pode ser utilizado simplesmente como pasta ou recebendo adição de cal para melhorar as qualidades plásticas da pasta.

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O material não se presta, para aplicações exteriores por se deteriorar em conseqüência da sua solubilidade na água. A principal aplicação do gesso nos países industrializados, e no Brasil isto já vem ocorrendo com grande expansão, é na produção de pré-fabricados, tais como bloquetes, chapas divisórias e de revestimento, incluindo a forma de gesso acartonado e o fibro-gesso. Além dessas aplicações, usa- se o gesso na confecção moldes para as indústrias metalúrgicas, de plásticos e cerâmica; em moldes artísticos, ortopédicos e dentários; como aglomerante do giz, na mineração de carvão para vedar lâmpadas e áreas onde há perigo de explosão de gases. Isolantes acústicos são obtidos pela adição de material poroso ao gesso. 5.1 Aplicação: Gesso acartonado 1• As chapas de grandes dimensões finas de gesso revestidas externamente por duas lâminas de papel, são denominadas comercialmente no Brasil de dry wall. O papel kraft que reveste serve de reforço para os esforços de tração, o que permite o manuseio seguro de chapas de grandes dimensões e confere resistência a esforços de uso. Os produtos têm alta produtividade na montagem e permitem a execução de serviço com um baixo consumo de material. Combinando papel e gesso, o produto é sensível a ambientes úmidos, podendo apresentar degradação total ou biodeterioração da superfície. Para aplicação em ambientes úmidos recebe tratamento com hidrofugante. 6. Patologias 6.1 Patologia por movimentação higrotérmica Placas finas de gesso apresentam elevada movimentação higrotérmica, pois são permeáveis ao vapor de água e possuem baixa inércia térmica, entrando em equilíbrio com o ambiente muito antes do restante da estrutura do edifício. Com isso, a freqüência e a amplitude da movimentação higrotérmica de paredes e forros de gesso são superiores às da estrutura do edifício. Soluções: 1• Em forros de placas moldadas: total dessolidarização das paredes e a introdução de juntas periódicas. 2• Em gesso acartonado: fixação da estrutura de madeira ou metal e a existência de uma junta elástica entre placas.

6.2 Patologia no revestimento em gesso 1• A umidade é prejudicial ao gesso dada a solubilidade da gipsita. Pela ação de ciclos úmido-seco do ambiente, a gipsita da superfície se dissolve e precipita continuamente, mas os cristais apenas se depositam sobre a superfície e não têm o mesmo imbricamento da primeira formação. A superfície torna-se pulverulenta. 2• Os aditivos orgânicos empregados para controle da pega apresentam o inconveniente de alimentar o crescimento de fungos de difícil eliminação. Os aditivos minerais empregados em excesso podem ser trazidos para a superfície na evaporação da água de amassamento ou na secagem após a absorção de umidade e formar eflorescências. 3• O gesso de construção, particularmente quando exposto a umidades elevadas, provoca a corrosão do aço. Todos os componentes de aço em contato com o gesso devem ser protegidos contra a corrosão, através, por exemplo, de galvanização. 4• Artefatos ou revestimentos de gesso apresentam uma superfície muito lisa, quase polida, às vezes pulverulenta, o que não permite boa aderência de pinturas de emulsão. A película se forma, mas descola com facilidade (“peeling”). Necessitam, por isso, da aplicação de fundo preparador na superfície.

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7. Informações complementares 7.1 - Sulfatos que podem compor o gesso de construção:

• sulfato de cálcio hemidratado (CaSO4 .1/2H2O, ou hemidrato-); (É a fase presente em maior teor). • Anidrita I, de fórmula CaSO4 (Fases de pega e endurecimento lentos, contribuindo para a dureza e tenacidade do produto final). • anidrita insolúvel ou Anidrita II (de fórmula CaSO4), formada acima de 250oC ; (Anidrita supercalcinada; reage lentamente com a água, podendo levar sete dias para se hidratar completamente). • gipsita: sulfato de cálcio dihidratado (de fórmula CaSO4 .2H2O) Está presente no produto, por tempo de calcinação insuficiente ou por moagem grossa da matéria prima. Age como um acelerador de reação (acelerador de pega). • aditivos retardadores do tempo de pega.

Nota: As propriedades do gesso dependem do teor relativo desses constituintes. 7.2 - Produção do gesso de construção 1• Extração do minério, realizada em geral a céu aberto. 2• Britagem e moagem grossa. 3• Estocagem com homogeneização. 4• Secagem da matéria prima pois a umidade pode chegar a 10%. 5• Calcinação, moagem fina e ensilagem. 6• A calcinação pode consistir de um único forno, cujo produto é o hemidrato puro ou contendo também gipsita ou anidrita, ou de dois fornos que produzem hemidrato e anidrita, em separado. 7• Moagem e seleção em frações granulométricas de acordo com a utilização: em construção (pré- fabricação, revestimentos) e moldagem (arte, indústria). 8• Etapa final (não praticada no País): mistura e homogeneização dos diferentes sulfatos e dos aditivos, em função da aplicação. 7.2.1 - Produção nacional • A calcinação é feita em forno rotativo ou fornos tipo panela e marmita • O armazenamento em silos promove homogeneização e estabilização favorável à sua qualidade. • A estabilização é hidratação da anidrita ao hemidrato; ela se dá após 12 horas de armazenamento do produto em atmosfera de 80% de UR; uma fração dessa fase pode estar presente no gesso por ocasião do consumo. • Ensacado, deve ser protegido de umidade, pois o gesso hidrata-se com facilidade, regenerando o dihidrato que age como acelerador de pega. 7.3 - Matéria Prima Além do gipso, o gesso pode ainda ser obtido como subproduto da indústria de fertilizantes (fosfogesso ou gesso químico) pela solubilização de rochas fosfáticas por ácidos clorídrico, nítrico ou sulfúrico. Conforme equação abaixo:

Ca3 (PO4 )2 + 3 H2 SO4 + 6 H2O  3 CaSO4 .2H2 O + 2 H3PO4

Ou também como subproduto da produção de ácido fluorídrico, segundo a equação de reação:

CaF2 + H2SO4  CaSO4 + 2 HF

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7.4 - Detalhamento do mecanismo de hidratação

O mecanismo pode ser acompanhado pela curva do calor de hidratação: • Etapa 1: o primeiro pico ocorre durante 30 segundos e corresponde à molhagem do pó; iniciando- se imediatamente a dissolução dos sulfatos • Etapa 2: é o período de indução afetado pelo tempo de mistura, temperatura da água de amassamento ou presença de impurezas ou aditivos. • Etapa 3: início da pega. Ocorre um forte aumento da temperatura que indica o aumento da velocidade de reação. Com a saturação da solução a gipsita passa a precipitar em cristais aciculares, formando núcleos de cristalização. À medida que a hidratação evolui, a concentração de íons, assim como a formação de novos núcleos, diminui. A fixação progressiva da água de hidratação reduz a água disponível, aumentando simultaneamente o volume de sólidos. Os cristais começam a ficar próximos, a porosidade diminui, e a rigidez aumenta.

Etapa 4: diminuição da velocidade de reação; depois de a curva passar por um máximo, a velocidade decresce progressivamente, observando-se o fim da hidratação. O crescimento dos cristais nessa etapa vai influenciar diretamente as propriedades mecânicas.

Início e fim de pega 1 - O consumo da água de amassamento pela formação da gipsita hidratada aumenta a consistência da pasta dando início à pega. 2 - Os cristais formados ao redor de núcleos ficam progressivamente mais próximos e se aglomeram, aumentando a viscosidade aparente da pasta. 3 - O prosseguimento da hidratação leva à formação de um sólido contínuo com porosidade progressivamente menor e resistência progressivamente maior (fim de pega). 4 - A pega e o endurecimento são afetados por diferentes fatores, principalmente: finura e forma dos grãos, relação a/g, temperatura da água, velocidade e tempo de mistura e aditivos.

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7.5 - Influência da temperatura no início e fim de pega de pastas de gesso (Fig.5).

7.6 -Propriedades físicas do pó 1 – Granulometria: Determinada em amostra seca, por peneiramento na série padrão de peneiras (0,840 mm, 0,420 mm, 0,210 mm, 0,105 mm), sob água corrente. A massa retida em cada peneira é determinada após secagem em estufa a 110°C. 2 - Densidade de massa aparente (massa unitária): Determinada em recipiente com capacidade de (1.000 ± 20) cm3; recebe o gesso vertido através de um funil cônico, de 15 cm de altura, colocado sobre um tripé, contendo uma peneira de 2,0 mm de abertura, e ajustado na metade da altura do funil (Figura 6).

Fig. 6 - Funil utilizado para ensaio de densidade de massa aparente de gesso.

7.7 - Propriedades da pasta 7.7.1 - Consistência normal Determinada com o aparelho de Vicat modificado (Figura 7): a haste está acoplada a uma sonda de alumínio cônica, pesando ambos 35 g; a sonda é protegida com uma ponteira de aço inox. A fim de evitar a pega rápida do gesso, adiciona-se citrato de sódio p.a. à água (20 g/l). A penetração da agulha deve ser de (30 ± 2) mm.

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Aparelho de Vicat modificado - para determinação da consistência da pasta

(NBR 12128).

7.7.2 Tempo de pega (NBR 12128): É determinado com a pasta na consistência normal, sem o retardador, em aparelho de Vicat provido de haste de (300 ± 0,5) g e de agulha com diâmetro de (1,13 ± 0,02) mm. O início de pega é considerado quando a agulha estaciona a 1 mm da base, e o final, quando a agulha não mais penetra na pasta, deixando uma leve impressão.

O gesso misturado com a água começa a endurecer em razão da formação de uma malha imbricada de finos cristais de sulfato hidratado. Depois da pega, o gesso, tal como os outros materiais aglomerantes, continua a endurecer, ganhando resistência, num processo que pode durar semanas. O tempo de pega para o gesso de paris é de 15 a 20 minutos. A quantidade de água necessária para a hidratação é de 50 a 70%. A temperatura da água funciona diretamente como acelerador e sua quantidade como retardador O gesso de paris, se totalmente puro, iniciaria a pega entre 2 e 5 minutos, tornando-o virtualmente inútil como material de construção, pois endurece antes que possa ser trabalhado. Mas, a presença de impurezas, que naturalmente ocorre na gipsita original, diminui muito a velocidade de endurecimento. Pode-se também influir no tempo de pega utilizando-se aditivos apropriados (ver adiante). 7.7.3 Influência da relação água/gesso (g/g) no tempo de pega pela agulha de Vicat.

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Fig. 11 – Imagem de elétrons secundários, de pasta de gesso (a/g 0,7), ilustrando a elevada porosidade e os aglomerados de cristais.

7.8 - Propriedades mecânicas: Resistência à compressão

7.9 Retardadores de pega De modo geral estão agrupados em três categorias conforme o seu modo de atuação: Espécies químicas que diminuem a velocidade de dissolução do hemidrato, por introduzirem outros íons na solução: retardam a saturação da solução: ácidos orgânicos fracos (ácidos cítrico, fórmico, acético, láctico, e seus sais alcalinos, como os citratos, acetatos e lactatos) e ácido bórico, ácido fosfórico, glicerina, álcool, éter, acetona e açúcar. Espécies químicas que geram reações complexas, resultando em produtos pouco solúveis ou insolúveis ao redor dos cristais de dihidrato, atrasando o seu crescimento e, como conseqüência, sua precipitação: boratos, fosfatos, carbonatos e silicatos alcalinos. Produtos orgânicos de massa molecular elevada, como as proteínas degradadas e alguns colóides; misturados com água, formam um gel ao redor dos grãos de hemidrato, atrasam o contato com a água e a solubilização e cristalização do dihidrato: queratina, caseína, goma arábica, gelatina, pepsina, peptona, albumina, alginatos, proteínas hidrolisadas, aminoácidos e formaldeído condensados.

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7.10 Reações de transformação • Até 100°C ocorre a secagem da umidade da matéria prima. 1 • Entre 140°C e 160°C formação do hemidrato:

CaSO4 .2H2O  CaSO4 .1/2H2O + 3/2H2O • Entre 160°C e 190°C formação da anidrita I:

CaSO4 .1/2H2O  CaSO4 + 1/2H2O • Acima de 250°C, a anidrita I, solúvel, por mudança de estrutura forma a anidrita II, insolúvel.

CaSO4 .2H2O  CaSO4 + 2H2O • A 1.200°C, a anidrita II transforma-se na anidrita. • A 1.350°C, ocorre a fusão. •Acima de 1.450°C, ocorre a dissociação da anidrita em anidrido sulfúrico e óxido de cálcio. Cimento Keene

Uma variedade bem conhecida de gesso de acabamento é o chamado cimento keene.

Fabricação: calcinação de gipsita muito pura imersão em solução de 10% de alúmen recalcinação e moagem Ensaios existentes para caracterização do gesso:

Determinação da consistência padrão (pastas e argamassas), finura, início e fim de pega, resistência à compressão e à tração por flexão, massa específica e variação dimensional por secagem (ASTM C-311).

MAGNÉSIA SOREL (OU SAREE)

O cimento magnesiano, cimento sorel ou magnésia sorel, é um aglomerante muito resistente, obtido pela reação do óxido de magnésio e cloreto de magnésio. O preparo desse tipo de argamassa inicia-se pela obtenção do magnésio. Isso é feito em fábricas, por calcinação do carbonato de magnésio, seguido de pulverização. Na obra, o produto é misturado com a solução de cloreto, obtendo-se a argamassa. A magnésia vem em sacos; o cloreto em vidros. Junta-se serragem, mármore moído, etc, com a magnésia e depois o cloreto. Essa argamassa endurece em algumas horas e tem resistência mecânica igual à do cimento portland. A reação que provoca o endurecimento forma um produto de fórmula: 3MgO . MgCl . 7H O2 2 . Lavagens sucessivas vão eliminando paulatinamente o cloreto, dando hidróxido e destruindo a argamassa; logo, não é conveniente que fique exposta à intempéries, porque então apresentam a tendência de inchar e fender. O cimento sorel é muito empregado para pisos, paredes e placas de revestimento. O material de enchimento será escolhido de acordo com o tipo de produto que se queira obter. Empregam-se madeiras, cortiça, amianto, pó de pedra, talco, etc. A principal desvantagem do cimento sorel é sua instabilidade em presença de água. Podem ocorrer também fissuração, produção de pó e aumento de volume sem causas bem definidas. Resistência mecânica do concreto com cimento sorel: - resistência à flexão: 3 a 6 MPa e resistência à compressão: 22,5 MPa.

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CAL AÉREA 1 – GENERALIDADES:

Utilização ampla da cal :

Utilização da cal na construção civil:Argamassa: Assentamento de alvenarias, revestimentos, etc. Tinta: Pinturas à base de cal. Blocos construtivos: sílico-calcário, cal-escória, concreto celular, solo-cal. Estabilizador de Solos: base e sub-base de pavimentos rodoviários. Aditivo: melhorando misturas asfálticas para pavimentação. Na antiguidade o aglomerante clássico dos elementos de construção era a cal. Pode-se até imaginar que tenha sido descoberta acidentalmente num acampamento onde se acendeu uma fogueira sobre a rocha calcária; tendo caído uma chuva inesperada ocorre a desagregação dos pedaços de rocha, com a produção de vapor d’água e de uma pasta branca. Esta pasta ao transcorrer dos dias recupera a dureza e resistência da rocha original. Deste modo ou de uma maneira muito semelhante foi descoberto o aglomerante e a argamassa de cal, séculos antes que se conhecesse a explicação do processo. Atualmente no Brasil, segundo a ABPC (Associação Brasileira dos Produtores de Cal), consomem-se, nas pequenas construções 1,1 sacos de cal por m² de construção, ou seja, 22 kg/m² de área construída. Isto dá bem uma dimensão da importância do material que é também empregado na estabilização dos solos, em especial os sílticos e argilosos formando o solo-cal, nos processos de obtenção de aço (fundentes) na fabricação de açúcar de cana, na obtenção do vidro, no tratamento de água, na obtenção de papel e em concretos especiais para aumentar a trabalhabilidade. Quanto à forma de oferecimento do produto no mercado, podemos classificar as cales, e, esta é a classificação da ABNT, em cales hidratadas ou cales virgens, conforme tenham sido, ou não, extintas na própria fábrica. Para sua fabricação, utiliza-se uma única matéria prima que é o calcário (carbonato de cálcio) com teor desprezível de argila. O cozimento é feito a uma temperatura inferior à fusão, cerca de 900°C,

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suficiente para a dissociação do calcário, produzindo-se cal virgem e desprendendo-se gás carbônico. 2 - CICLO DA CAL AÉREA COMO AGLOMERANTE:

2.1 - Reações Químicas Envolvidas e sua importância:

I - CaCO o C

CaO CO3 2 900

∆ ≅ → + ′ (calcinação) ou

calcinação (obtenção da cal virgem) 100 56 + 44 O calcário perde 44% de seu peso quando calcinado, sofrendo redução de volume de 12 a 20%.

Ao ser calcinado, o calcário mantém sua forma (fragmentos), tornando-se, porém, mais poroso.

Obs.: Os calcários dolomíticos sofrem perda de peso maior podendo chegar até 52%, caso fossem carbonatos de magnésio puros. No ensaio de perda ao fogo para a cal virgem (MB-342) pode-se verificar desprendimento de mais CO2 (indicando má calcinação) ou presença de vapor d’água [decomposição do Ca(OH)2] indicativo de hidratação precoce da cal virgem ou viva. Portanto, quanto menor a perda ao fogo é sinal de melhor industrialização e correto armazenamento do produto. Outro significado do ensaio é que a % de (CaO + MgO) representa o total de óxidos livres para a reação.

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II - CaO H O Ca OH calor+ → + ′2 2( ) (extinção) ou (obtenção da cal hidratada) A cal extinta ou hidratada, que é o aglomerante usado em construções, é obtida na reação acima com o aumento de volume de ≅ 100% e grande desprendimento de calor (aproximadamente 280 cal/g), o que pode acarretar em certos casos a elevação da temperatura em mais de 100°C, com risco de incêndios. As partículas de hidróxido de cálcio e magnésio resultantes dessa desagregação são extremamente pequenas com dimensões na ordem de 2 micra (0,002mm). Somente as impurezas não se transformam em pó, existindo inclusive um ensaio chamado resíduo de extinção para verificar o teor de impurezas no calcário. Qualidade através da Velocidade de Extinção:

A hidratação ou extinção da cal virgem é uma operação importantíssima que deve ser cuidadosamente controlada, pois é dela que vai depender o desempenho da cal como aglomerante. As cales virgens apresentam diferentes comportamentos quando em presença de água, segundo tenham predominância ou não de magnésio.

O MgCO3 dissocia-se ou decompõe-se a cerca de 402°C e o CaCO3 somente com cerca de 898°C, à pressão atmosférica. Assim, quando se inicia a decomposição do CaCO3, o MgO já formado está há algum tempo exposto a temperaturas mais elevadas e isto acarreta a sinterização (semifusão) do MgO, denominada coalescência do cristal, que diminui sua afinidade com a água dificultando posteriormente a hidratação. Esse comportamento distinto exige uma classificação prévia, quanto à rapidez de extinção de uma cal virgem.

Se a água não for acionada convenientemente à cal, na extinção da cal rápida, normalmente cal cálcica ou alto cálcio, a dificuldade de irradiação do calor gerado pode elevar excessivamente a temperatura de modo a prejudicar a cal; diz-se então que a cal foi queimada. Na cal de extinção lenta, geralmente magnesiana, que tem menor afinidade com a água, o calor se irradia com facilidade, dando, como conseqüência a não extinção completa, diz-se que a cal está afogada. Para evitar estes dois fenômenos prejudiciais, recomendam-se os seguintes cuidados na extinção: - cal de extinção rápida (início das reações em menos de 5 min.): cal adicionada à água que deve cobri-la toda. Não permitir o desprendimento de vapor, adicionando sempre mais água; - cal de extinção média (início das reações entre 5 e 30 min.): água adicionada à cal até cobri-la, mexer sempre que necessário; - cal de extinção lenta (início das reações após 30 min.): água adicionada à cal até umedecê-la completamente, esperando que a reação se inicie; posteriormente, se necessário, adicionar cautelosamente mais água.

Também pelo MB-342 pode ser verificada a existência de partículas de CaO e MgO na cal já extinta. Se isto acontece, a hidratação fatalmente ocorrerá no revestimento ou rejuntamento, fenômeno que se dará com expansão de volume e conseqüentes prejuízos estéticos.

A finura de uma cal é, sem dúvida, o fator de maior importância nas suas propriedades como material de construção civil. É desejável, portanto que a cal tenha uma boa finura, pois quanto maior for a porcentagem de material fino, maior a sua plasticidade e retenção de água, duas propriedades das pastas e argamassas que mais contribuem para a perfeita união dos elementos construtivos. Além disso, partículas com diâmetros de 0,5 mm ou mais são normalmente as responsáveis pela falta de estabilização das cales. A finura pode ser verificada pelo ensaio de peneiramento (máx. de 0,5% retido na peneira 0,6mm e 15% na peneira 0,075mm, peneira 200, pelo método ASTM C-110) ou pela

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permeabilidade ao ar no aparelho de blaine (área específica de 10.000 a 15.000 m²/kg), verificou-se experimentalmente que tais cales são constituídas predominantemente de partículas de 0,5 a 10,0 micrômetros. Alguns pesquisadores afirmam que a forma e a finura das partículas de cal hidratada sofrem influência da temperatura de calcinação do calcário bem como do método de hidratação da cal. Em particular, temperaturas elevadas durante a hidratação tendem a aumentar o tamanho das mesmas. Justificam-se condições de temperatura e pressão altas nos processos modernos de extinção que conseguem um produto completamente hidratado. A plasticidade nesse caso pode ser aumentada utilizando-se da moagem em moinhos de bolas. Especificações pela NBR 6453/03

Quadro 11 – Cal hidratada para construção. Exigências químicas (NBR 6453/03)

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Quadro 12 – Cal hidratada para construção. Requisitos físicos (NBR 6453/03)

Ensaios normalizados

• Finura (NBR 9289/00) • Estabilidade (NBR 9205/01) • Retenção de água (NBR 9290/96) • Plasticidade (NBR 9206/03) • Consistência normal (NBR 14399/99) • Capacidade de incorporação de areia (9207/00) Plasticidade:(plasticímetro de Emley)

Importância: plasticidade alta significa maior trabalhabilidade, são também mais econômicas no uso uma vez que permitem maior proporção de areia no preparo das argamassas. Geralmente, a plasticidade da argamassa é afetada pelo tempo em que a pasta esteve em contato com a água. Quanto maior o tempo de embebição, maior a plasticidade. Obs.: o plasticímetro de Emley mede a plasticidade das pastas de cal. Retenção de água:

Uma boa retenção de água melhora a aderência entre os elementos da construção. Isto significa dizer que a argamassa irá ceder água para os elementos da alvenaria de uma maneira gradativa, não rapidamente, o que causaria má aderência, e nem excessivamente lenta, pois poderia acarretar a perda de prumo da alvenaria.

A grande capacidade de fixação de água da cal hidratada é devida à união física e química da água sobre o cristal de Ca(OH)2 e isto é a base principal do endurecimento da argamassa de cal aérea, já que deste modo há sempre presente suficiente quantidade de água para dissolver a cal e o CO2 propiciando a reação de carbonatação. Obs.: a finura maior também beneficia na capacidade de retenção de água do conjunto. O valor mínimo para a retenção de água da cal do tipo “E” é de 85% pela Norma e 75% para o tipo “C” Capacidade de incorporação de areia:

O objetivo deste ensaio é determinar a quantidade máxima de areia que pode ser misturada com uma cal sem prejudicar as características de trabalho da mistura resultante. No ensaio, uma

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série de misturas areia-cal contendo proporções crescentes de areia é forçada através de um tubo com ponta tronco-cônica, com força e velocidade constantes. Atinge-se um estágio onde um pequeno aumento no conteúdo de areia resulta num aumento desproporcionalmente grande na quantidade de energia necessária para extrudar a mistura toda, sobrando no tubo uma porção de argamassa não extrudida. A altura dessa porção que sobra no tubo não pode exceder 3,7 cm. Desta forma podemos encontrar qual o traço mais econômico para uma determinada cal, garantindo com isso a mesma trabalhabilidade da mistura resultante. Obs.: Verificou-se que cales com plasticidade e retenção de água elevadas (maior finura), também têm capacidade de incorporação de areia elevada; conseqüentemente, tais cales são as mais econômicas na prática. III - Ca OH CO CaCO H O( ) 2 2 3 2+ → + (recarbonatação ou endurecimento) Aproveita-se o fechamento do ciclo para se fazerem as argamassas misturando-se a cal extinta com areia e água. Finalmente, o bom desempenho de argamassas de cal, que são duráveis e capazes de acomodarem-se a pequenas deformações, restabelecendo fendas minúsculas e preenchendo vazios nas argamassas, é explicado pela recarbonatação da cal, devida a ciclos de umedecimento e secagem. Este restabelecimento autógeno é de grande valia na impermeabilidade de juntas de assentamento de alvenaria. Insistindo num produto em conformidade com uma determinada especificação, ou seja, fazendo os ensaios de recebimento e aceitação, o construtor estará seguro de obter um produto com as características que o torna mais adequado aos seus propósitos, e que, certamente, irá apresentar maior estabilidade. O aglomerante, tendo propriedades físicas adequadas, invariavelmente trará melhoria no desempenho da construção, especialmente no que concerne à resistência e à durabilidade, e em economia considerável de material. 2.2 - Comentários: A cal varia de propriedades de acordo com a composição da matéria prima e dos tratamentos a que for submetida após a calcinação. A cal é considerada aérea, quando a relação (Ih) entre os componentes argilosos e a cal é inferior a 0,1 :

1,0 %

%%% 32322 < ++

= CaO

OFeOAlSiO I h

Se proviesse de carbonato puro, seria exclusivamente óxido de cálcio; há, porém, um certo teor de outros componentes, tais como MgO e Si2O3. Quando o teor de óxido de magnésio ultrapassa 20%, temos as cales dolomíticas ou magnesianas, em que o MgO tem as mesmas propriedades aglomerantes do CaO. A pasta de cal aérea hidratada, uma vez utilizada, seca e endurece pela recombinação do CO2 do ar com o hidróxido, o que se verifica em presença de água, a qual, dissolvendo ao mesmo tempo a cal e o CO2, funciona como catalisador. Esse endurecimento é lento e do exterior para o interior da massa, exigindo certa porosidade para evaporação da água em excesso e penetração do CO2. Há o risco de o carbonato formado na superfície constituir uma camada impermeável ao gás carbônico, ficando assim impedido o endurecimento do interior da massa. Conclui-se que não se deve empregar a cal aérea em maciços de alvenaria muito espessos, nem argamassas muito ricas (com elevado teor de cal) por não serem muito porosas. O aumento da % de CO2 no ambiente para acelerar a reação e endurecimento da pasta não funciona, pois, proporciona a formação de cristais, em sua maioria pequenos, trazendo como conseqüência uma redução da resistência da argamassa.

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3 - CLASSIFICAÇÃO DA CAL AÉREA:

A cal aérea pode ser magra ou gorda, conforme o teor de CaO. Cal Gorda: 90% CaO, mínimo, branca, melhor qualidade e rendimento.

Nas cales magras, o teor de magnésio supera 20% e pode atingir até 50% do volume.

O problema básico da magnésia é que sua extinção é muito mais lenta que a do CaO, o que pode prejudicar seriamente os revestimentos com ela executados. 4 - FABRICAÇÃO: Atualmente a cal aérea tem sido fabricada em:

fornos verticais: calcário em blocos de 6 a 8cm em camadas com o combustível. 150 kg de carvão/ton. de cal. fornos rotativos: (vende normalmente a cal já hidratada). Calcário em fragmentos de até 1 cm. A produção é contínua. Combustíveis usados: carvão pulverizado, gás ou óleo combustível. 5 - CAL HIDRATADA X CAL VIRGEM:

A aquisição da cal virgem para extinção no canteiro está praticamente eliminada por vários fatores, inclusive segurança nas obras, isto apesar de oferecer maior plasticidade nas argamassas e maior rendimento econômico. Vantagens na aquisição da cal já hidratada: - melhor manuseio, transporte e armazenamento - pronta para utilização, facilita a preparação das argamassas - maior segurança contra hidratação espontânea ou incêndios. 6 - RESISTÊNCIA DAS ARGAMASSAS: No traço 1 : 3 em volume (aos 28 dias de idade) 0,2 a 0,5 MPa para tração 1 a 3 MPa para compressão. A resistência poderá, no entanto, crescer bastante com a inclusão do cimento portland nas misturas (formando argamassas mistas). AGLOMERANTES E ÍNDICE DE HIDRAULICIDADE (IH) DAS CALES:

NOMEMATÉRIA PRIMACaO

OFeOAlSiO I h

32322 ++=

%CaO

Cal Aérea calcário pouco argiloso 0,1090Cal Hidráulica 0,10 a 0,50 90 - 67

Pega lenta 0,50 a 0,65 67 - 61 Cimento Natural Pega rápida

calcário argiloso

0,60 a 0,80 62 - 55 Pega lenta 0,45 a 0,50* 69 - 67 Cimento

Portland Pega rápida Mistura calcário/argila 0,60 a 0,80 62 - 55

cimentos: produtos hidráulicos que precisam de moagem após o cozimento. pega rápida: elevada % de aluminatos na, também elevada, % de argila. * maior quantidade de silicato básico reagindo com mais CaO, não existindo, entretanto, cal livre.

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RESUMO DAS PRINCIPAIS DIFERENÇAS ENTRE OS AGLOMERANTES: Diferenças Cal Aérea Cal HidráulicaCimento NaturalCimento Portland

Matéria Prima Calcário pouco argiloso

calcário argiloso calcário argiloso Mistura calcário/argila dosada

Índice de Hidraulicidade: < 0,10 0,10 < Ih ≤ 0,50 Ih > 0,50 Ih > 0,50

Endurecimento CO2 do ar CO2 + hidratação Hidratação Hidratação

Possuem cal livre Pode conter cal livre por heteroge- neidade da rocha.

O processo visa combinar toda a cal. Sua composição é mais regular

Fabricação

Pulverizam durante extinção necessitam moagem

CIMENTO PORTLAND

Definição: O Cimento Portland Comum pode ser definido como um aglomerante hidráulico produzido pela moagem do clínquer, que consiste essencialmente de silicatos de cálcio hidráulicos, usualmente com uma ou mais formas de sulfato de cálcio como um produto de adição. Os clínqueres são nódulos de 5 a 25mm de diâmetro de um material sinterizado, produzido pelo cozimento até fusão incipiente (± 30% de fase líquida) de uma mistura de calcário e argila, convenientemente dosada e homogeneizada, de tal forma que toda a cal se combine com os compostos argilosos, sem que, após o cozimento resulte cal livre em quantidade prejudicial. Processo de Fabricação: Origem do Cimento

Fluxograma Simplificado:

Calcário + MOAGEM homogeneização FORNO Clínquer Argila (farinha crua) 1450°C

Clínquer + MOAGEM Cimento Portland Comum CaSO4 ≤ 75 µm

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A norma brasileira prevê adições que dão 8 tipos de Portland, conforme o teor e a composição adotada: Clínquer Escória de AF + Pozolana MOAGEM Cimento Portland XYZ CaSO4 Filler ≤ 75 µm - A presença de Al O Fe O MgO2 3 2 3, , e álcalis na mistura de matérias primas tem um efeito de reduzir as temperaturas de formação dos silicatos de cálcio, baixando os custos de produção do cimento. - A homogeneização da mistura de matérias-primas, e a moagem, também ajudam na formação dos compostos desejados no clínquer. - Devido à maior eficiência em termos de consumo de energia, as fábricas modernas priorizam o processo de produção por via seca (800 kcal por quilograma de clínquer contra 1400 kcal/kg na via úmida). - As reações químicas que ocorrem no sistema de fornos de cimento podem aproximadamente ser representadas como as seguintes: Matérias-Primas Clínquer Notação Simplificada 3CaO.SiO2 C3S Pedra calcária → CaO + CO 2 2CaO.SiO2 C2S Argila → 32322 Fe + Al +SiO OO 3CaO. Al O2 3 C3A 4CaO. Al O2 3 . Fe O2 3 C4AF A operação final no processo de produção consiste na moagem do clínquer com gesso (retardador da pega inicial) e as adições em teores variados que darão os vários tipos de cimento portland especificados pelas normas técnicas do CB-18 da ABNT. Seqüência de formação dos compostos do clínquer: Na temperatura de clinquerização, em torno de 1450 o C, a formação dos compostos ocorre da seguinte maneira: Inicialmente a cal se combina com o óxido de ferro e a alumina para dar o ferroaluminato tetracálcico (C 4 AF ), até esgotar-se o óxido de ferro. A alumina restante vai formar com a cal o aluminato tricálcico ( C A3 ). A sílica combina-se com a cal, dando o silicato dicálcico ( C S2 ). O restante da cal age sobre o C S2 , dando o silicato tricálcico ( C S3 ). Se houver cal em excesso, haverá cal livre. Composição Química: A composição em óxidos dos cimentos nacional varia, comumente, entre os seguintes valores: CaO .............. 61 a 67% MgO ............ 0,8 a 6 % SiO 2 ............. 20 a 23% Álcalis ....... 0,3 a 1,5% Al O2 3 ......... 4,5 a 7% SO 3 ..............1 a 2,3% Fe O2 3 ............ 2 a 3,5% TiO2 ; Mn3O4 e P2O5 - Aparecem em pequenas quantidades Perda ao fogo:  4,5 % e Insolúveis no HCl: ≤ 1,0 %

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Notação própria da química dos cimentos – abreviações

Óxido Abreviação Compostos Abreviação CaO C 3CaO.SiO 2 C3S SiO2 S 2CaO.SiO 2 C2S

Al O2 3 A 3CaO. Al O2 3 C3A Fe O2 3 F 4CaO. Al O2 3 . Fe O2 3 C4AF SO 3 S CaSO H O4 22. C SH 2 H2O H 3CaO.2 SiO2.3H 2 O C 3 2 3S H

É prática comum na indústria do cimento, calcularem-se os teores dos compostos a partir da análise dos óxidos usando uma série de equações originalmente desenvolvidas por R. H. Bogue. A determinação direta desses compostos, que requer habilidade e equipamentos especiais, não é necessária para o controle rotineiro da qualidade do cimento. Obs.: a determinação direta acima citada pode ser feita por dois métodos, a saber: microscopia em seções polidas e difratogramas de raios X de amostras pulverizadas (baseia-se em curvas de calibração que comparam picos de difração). Cálculo da composição potencial do cimento pelas equações de Bogue:

%

%

C = 4,071C - 7,600S - 6,718A - 1,430F - 2,805S % C = 2,867S - 0,754C

C = 2,650A - 1,692F % C = 3,043F

3

2 3

3

4

S S S A AF

Observações: 1) As equações de Bogue admitem que as reações químicas de formação dos compostos do clínquer estejam completas, e que a presença de impurezas tais como o MgO e os álcalis possa ser ignorada. Esta é a razão pela qual a composição calculada é também referida como composição potencial do cimento. 2) As equações são aplicáveis aos cimentos com uma relação A/F  0,64 Como ambas as hipóteses não são válidas, em alguns casos, surgem desvios consideráveis entre a composição calculada e a real, determinada diretamente, principalmente em relação aos aluminatos C A e C AF3 4 . Nos cimentos brasileiros, são os seguintes os teores médios dos compostos:

C S C S

A C AF

3

2

4

→ → → →

42 a 60% 14 a 35%

C 6 a 13% 5 a 10%

3

Características dos compostos:

Propriedade C S3 C S2 C A3 C AF4 Resistência boa (início) boa (fim) pequena pequena

Intensidade da reação média lenta rápida rápida Calor desenvolvido médio pequeno grande pequeno

Os aluminatos são os responsáveis pelas primeiras reações com a água (enrijecimento e pega), mas atingem valores muito baixos de resistência aos esforços mecânicos.

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Velocidade de hidratação dos componentes Resistência dos componentes do cimento

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Estruturas cristalinas: Está fora do escopo da Disciplina discutir em detalhes a estrutura cristalina altamente complexa dos compostos do cimento, porém, os aspectos essenciais que conduzem a diferenças na reatividade são descritos abaixo. (inclui exame microscópico do clínquer):

Silicato tricálcico: ocorre em cristais melhor definidos, relativamente grandes, com contornos hexagonais. É conhecido como alita. Assim como os outros, possui impurezas em pequena quantidade, íons de magnésio, alumínio, ferro, potássio, sódio e enxofre que trazem distorções em sua fórmula. Seu arranjo estrutural possui grandes vazios, responsáveis pela alta energia e reatividade. Dimensões: 10 a 50µm.

Silicato dicálcico: ocorre em cristais relativamente grandes, exibindo forma arredondada ou com bordos dentados, mas sem evidência de forma regular. É conhecido como belita (βC 2 S). Possui vazios intersticiais muito menores do que no C 3 S e isto torna a belita muito menos reativa que a alita. A outra forma cristalográfica do C 2 S , denominado (γC 2 S ), tem estrutura regular que o torna não reativo. Dimensão: 30µm, aproximadamente. Aluminato e ferroaluminato de cálcio: formam o material intersticial situado entre os cristais dos silicatos de cálcio. São fases que se achavam no estado líquido à temperatura de clinquerização. A fase clara seria aquela contendo ferro, C AF4 ou uma solução sólida próxima dessa composição. Sua forma cristalina é às vezes de difícil distinção. Já o material intersticial escuro apresenta dois tipos: o cristalino e o amorfo. O primeiro é o C A3 e o segundo é chamado vidro, porque solidificou sem ter tido tempo de cristalizar-se. A vitrificação é maior para maiores velocidades de resfriamento. Analogamente aos silicatos cálcicos, ambos os aluminatos possuem impurezas. As estruturas cristalinas são bastante complexas, mas caracterizadas por grandes vazios intersticiais que os tornam altamente reativos. Óxido de magnésio: uma parte do óxido de magnésio total no clínquer do cimento portland (isto é, até 2%) pode entrar em solução sólida com os vários compostos acima descritos; porém, o resto, se houver, ocorre como MgO cristalino, também chamado periclásio; cuja hidratação (transformação em hidróxido de magnésio) é uma reação lenta e expansiva que pode causar deterioração ou imperfeições no concreto endurecido.

Óxido de cálcio livre: raramente está presente em quantidades significativas nos cimentos modernos (só através de falhas nas operações de produção). Na estrutura do MgO os íons de oxigênio estão em contato íntimo com o íon Mg 2+ num arranjo compacto nos interstícios. Porém, no caso do CaO, devido ao tamanho bem maior do íon Ca 2+ , o oxigênio fica bem mais afastado e o arranjo não é tão compacto. Conseqüentemente, o MgO cristalino é muito menos reativo com a água do que o CaO cristalino e muito menos prejudicial, sob temperaturas comuns de cura.

Compostos Alcalinos e Sulfatos: os álcalis, o sódio e o potássio, no clínquer do cimento, são principalmente provenientes da argila ou do carvão combustível; sua quantidade total expressa, em Na 2 O equivalente ( Na 2 O + 0,648 K O2 ), pode variar de 0,3 a 1,5 %. Quando o cimento possui teor de álcalis superior a 0,6 %, se o agregado contiver sílica amorfa ou dolomita em condições de reação, poderá haver expansões anormais em argamassas e concretos. Os álcalis desenvolvem papel de fundentes na produção do clínquer, baixando a temperatura e reduzindo custos, e depois agem como aceleradores da pega. Quanto aos sulfatos, sua presença no clínquer tem origem geralmente no combustível. No cimento portland comum, a origem da maioria dos sulfatos (expressos em SO 3 ) é a gipsita, ou CaSO 4 numa das suas várias formas possíveis, adicionada ao clínquer.

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HIDRATAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND hidratação = reação química cimento x água transformações de matéria pontos de interesse variações de energia velocidade de reação PEGA: período de solidificação da pasta A HIDRATAÇÃO GERA ENDURECIMENTO: resistência x tempo 1 - dissolução /precipitação Mecanismos de hidratação do cimento 2 - topoquímico1 - dissolução / precipitação:

Envolve a dissolução de compostos anidros em seus constituintes iônicos, formação de hidratos na solução e, devido à sua baixa solubilidade (menor que dos compostos anidros), precipitação proveniente de supersaturação. Há uma completa reorganização dos constituintes dos compostos originais. Outra abordagem do mesmo mecanismo pode ser vista conforme figura 1: (Dissolução / precipitação) 2 - topoquímico ou hidratação no estado sólido:

As reações ocorrem diretamente na superfície dos componentes do cimento anidro sem entrarem em solução. A partir de estudos sobre pasta de cimento em microscópio eletrônico notou-se que o mecanismo dissolução/precipitação é 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 pode ocorrer por reações no estado sólido. O enrijecimento e a pega são devidos aos aluminatos.

O endurecimento é devido, quase que exclusivamente, aos silicatos.

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Figura 1

GEL DE CIMENTO SOLUÇÃO SUPERSATURADA EM RELAÇÃO AOS COMPOSTOS HIDRATADOS PRECIPITAÇÃO Ca OH( ) 2 cristal primário de VARIAÇÕES DE cimento anidro CONCENTRAÇÃO PRESSÃO OSMÓTICA QUE ROMPE O GEL Velocidade de Avanço 0,5 µm no 1º dia AVANÇO DA ÁGUA SOBRE 2 µm em 7 dias O COMPOSTO ANIDRO 4 µm no 1º mês REINÍCIO DO CICLO DE HIDRATAÇÃO Veja-se o que ocorre com os compostos na hidratação do cimento: C S3 - A hidratação começa dentro de poucas horas, desprendendo-se calor; o composto anidro vai passando para a solução, aparecendo cristais de Ca OH( ) 2 , enquanto uma massa gelatinosa de silicato hidratado se forma em torno dos grãos originais. C S2 - É atacado lentamente pela água; depois de semanas os cristais se recobrem de silicato hidratado. Forma-se também Ca(OH) 2 , porém em menor quantidade que na hidratação do C S3 . C A3 - Reage rapidamente com a água e cristaliza em poucos minutos. Não se produz hidróxido, mas aluminato hidratado. O calor de hidratação é tanto que quase seca a massa. A inclusão da gipsita é para que ocorra a sua reação com o C A3 formando uma capa de etringita (trissulfoaluminato de cálcio hidratado) envolvendo os grãos de aluminato e impedindo a continuidade da sua hidratação. Após 21 horas essa capa é rompida e a hidratação prossegue. C AF4 - Reage menos rapidamente que o C A3 . Não libera cal e forma também um aluminato hidratado. Obs.: Estas reações processam-se simultaneamente, havendo ainda uma reação, da parte dos compostos com o gesso. O aluminato de cálcio hidratado reage com o sulfato de cálcio e forma um sulfoaluminato conhecido pelo nome de sal de Candlot: C A aq O O3 3 4 23 31. . . . + 3CaSO 3CaO. Al CaSO H4 2→

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A cristalização desse sal se dá com fixação de muita água. O sal de Candlot é expansivo, exigindo que a quantidade de gesso adicionada seja limitada.

Hidratação do Cimento Portland por C. Venet (1995): Os pormenores das reações químicas que têm lugar durante a hidratação são muito complexos e costuma-se dizer que “O concreto é fruto de uma tecnologia muito simples, mas de uma ciência muito complexa”. Detalhes do endurecimento da pasta de cimento não são ainda completamente compreendidos.

Estágios iniciais da Hidratação

Estágio 1 – Período da mistura Rápida dissolução dos diferentes íons liberados pelas diversas fases. Natureza exotérmica, gerando dois hidratos que cobrem parcialmente a superfície dos grãos de cimento: a) pelo C-S-H formado com íons Ca++, H2SiO4- - e OH- vindos dos silicatos do clínquer b) pela etringita (sal de trissulfoaluminato de cálcio hidratado) formada por Ca++, AlO2-, SO4- - e OH- originados dos aluminatos e do sulfato de cálcio (gesso)

Estágio 2 – O Período dormente O rápido aumento tanto do pH como no teor de íons Ca++ da água de mistura torna mais lenta a dissolução da fase do clínquer.

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O fluxo térmico fica consideravelmente mais lento, mas nunca pára. Uma pequena quantidade de C-S-H é formada durante esse período e, se existe o equilíbrio certo entre os íons de alumínio e de sulfato, quantidades reduzidas de etringita e de aluminato de cálcio hidratado são também formadas. Durante esse período, a fase aquosa torna-se saturada em Ca++, mas não existe precipitação de Ca(OH)2, mais provavelmente por causa de sua baixa velocidade de formação em comparação com aquela do concorrente C-S-H. Alguma floculação dos grãos de cimento também ocorre durante este período.

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Estágio 3 - Início da Pega

A reação de hidratação é subitamente ativada quando o hidróxido de cálcio começa a

precipitar-se. Isso ocorre quando não existe praticamente mais silicato na fase aquosa. Este súbito

consumo de íons Ca++ e OH- acelera a dissolução de todos os componentes do cimento portland. O

fluxo térmico cresce vagarosamente no princípio (porque a precipitação do CH é endotérmica e

absorve algum calor) e torna-se mais rápida nos estágios finais.

Usualmente, o início da pega cai dentro deste período, exceto quando algum endurecimento

da argamassa ocorre devido ao desenvolvimento de agulhas de etringita e de algum C-S-H. As fases

dos silicatos e dos aluminatos hidratados começam a criar algumas ligações interpartículas,

resultando em endurecimento progressivo da pasta.

Estágio 4 – Endurecimento Na maioria dos cimentos Portland, existe menos sulfato de cálcio do que o necessário para

reagir com a fase aluminato, de tal forma que durante a pega, íons SO4- - são totalmente consumidos

inicialmente pela formação da etringita. Isso ocorre usualmente entre 9 e 15 horas depois do início

da mistura. Nesse momento, a etringita torna-se uma fonte de sulfato para formar o

monossulfoaluminato com a fase aluminato remanescente. Essa reação gera calor e leva à

aceleração da hidratação das fases silicato.

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Nota: os produtos de hidratação formados durante os primeiros estágios são freqüentemente chamados de produtos externos porque eles crescem fora dos grãos de cimento, na fase intersticial aquosa. Eles aparecem como uma rede porosa e frouxa de C-S-H, de agulhas de etringita, de monossulfafoaluminato e de cristais hexagonais amontoados de portlandita. Estágio 5 – Redução da velocidade

Neste estágio da hidratação, os grãos de cimento estão cobertos por uma camada de hidratos,

a qual vai se tornando cada vez mais espessa. É cada vez mais difícil para as moléculas de água

chegarem às partes não hidratadas das partículas de cimento, atravessando essa espessa camada. A

hidratação vai se reduzindo porque é controlada predominantemente pela difusão das moléculas de

água através das camadas de hidratos, e a pasta de cimento hidratada se parece com uma compacta

pasta “amorfa” conhecida como produto interno.

A hidratação do cimento Portland pára quando não existe mais fase anidra (concreto de alta

relação água/aglomerante bem curado) ou quando a água não pode mais chegar às fases não

hidratadas (sistemas muito densos e defloculados), ou ainda quando não existe mais água

disponível, caso isso aconteça (relação água/aglomerante muito baixa).

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Macro-diferenças entre Concretos

Produtos da hidratação do cimento: Silicato de cálcio hidratado: a fase silicato de cálcio hidratado, abreviada para C-S-H, constitui de 50 a 60% do volume de sólidos de uma pasta de cimento portland completamente hidratado e é, conseqüentemente, a mais importante na determinação das propriedades da mesma. O fato do termo C-S-H ser hifenizado significa que ele não é um composto bem definido; a relação C/S varia entre 1,5 e 2,0 e o teor de água estrutural varia ainda mais. A morfologia do C-S-H varia de fibras pouco cristalinas a um reticulado cristalino. Devido às suas dimensões coloidais e à tendência a aglomerar, os cristais de C-S-H puderam ser observados somente com o advento do microscópio eletrônico. A estrutura cristalina interna do C-S-H também permanece não totalmente distinguível. Ela foi anteriormente assumida como semelhante à do mineral natural tobermorita; por isto, foi às vezes denominada gel de tobermorita.

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No caso da hidratação completa, a composição aproximada do material corresponde ao C S H3 2 3 ; esta composição é então utilizada para cálculos estequiométricos. As reações estequiométricas para pastas completamente hidratadas de C S3 e C S2 podem ser expressas como: 2 3 2 3C S S H+ 6H C + 3 CH3→ 2 2 2 3C S S H+ 4H C + CH3→ Além do fato de que produtos de reação similares são formados na hidratação de ambos os silicatos de cálcio presentes no cimento portland, há diversos pontos que precisam ser destacados. Primeiro, cálculos estequiométricos mostram que a hidratação do C S3 produziria 61% de C S H3 2 3 e 39% de Ca OH( ) 2 , enquanto a hidratação do C S2 produziria 82% e 18%, respectivamente. Os dados sugerem que a resistência final de um cimento portland de alto teor de C S3 seja menor do que a de um cimento com alto teor de C S2 . Segundo, com relação à durabilidade a ataques químicos, muitas especificações objetivam limitar o teor máximo permissível de C S3 nos cimentos; algumas recomendam o uso de pozolanas para remover o excesso de hidróxido de cálcio da pasta de cimento hidratado. Terceiro, pelas equações acima, pode-se calcular que os silicatos consomem 24% e 21% de água, respectivamente, para a hidratação completa. Obs.: 1) As reações de hidratação da alita e da belita são aceleradas na presença de íons sulfato em solução. Eles são provenientes da gipsita, o que mostra que, embora o objetivo básico da gipsita no cimento seja o de retardar o início de pega, um efeito colateral é a aceleração da hidratação da alita, sem a qual os cimentos industriais endureceriam a uma taxa mais lenta. 2) A alta resistência do cimento se obtém pela melhor moagem ou pelo aumento de C S3 , obtido pelo aumento do CaO na matéria prima, mas isso ocasiona um aumento do hidróxido de cálcio, isto é, a melhoria na resistência é acompanhada de menor estabilidade química. De acordo com o modelo de Powers-Brunauer, o C-S-H tem uma estrutura em camadas com uma área especifica elevada, podendo chegar a 700m²/g. A resistência do material é principalmente atribuída a forças de Van der Waals, sendo o tamanho dos poros do gel ou a distância sólido-sólido ao redor de 18Å. O modelo Feldman-Sereda representa a estrutura do C-S-H como sendo composta de um arranjo irregular e dobrado de camadas ao acaso, de modo a formar espaços interlamelares de forma e tamanhos diferentes (5 a 25Å). Hidróxido de cálcio: Cristais de hidróxido de cálcio (também chamado de portlandita) constituem 20 a 25% do volume de sólidos na pasta hidratada. Em contraste com o C-S-H, o hidróxido de cálcio é um composto com uma estequiometria definida de Ca(OH) 2 . Comparado ao C-S-H, o potencial de contribuição do hidróxido de cálcio para a resistência devido a forças de Van der Waals é limitado, conseqüência de uma área específica consideravelmente menor. Além disso, a presença de uma quantidade considerável de Ca(OH) 2 no cimento portland hidratado tem um efeito desfavorável pela solubilidade do hidróxido de cálcio, muito maior do que a do C-S-H. O Ca(OH) 2 dissolve-se até na água absorvida da umidade do ar e, vindo à superfície, em contato com o CO 2 do ar forma o CaCO 3 . Este carbonato insolúvel dá eflorescências brancas. Sulfoaluminatos de cálcio: Os sulfoaluminatos de cálcio ocupam de 15 a 20% do volume de sólidos na pasta endurecida e, conseqüentemente, desempenham um papel menor nas relações estrutura-propriedades. Já foi estabelecido que durante os primeiros estágios da hidratação a relação iônica sulfato/alumina da solução favorece a formação de etringita, que se transforma eventualmente em monossulfato hidratado. A presença do monossulfato no concreto de cimento portland torna o concreto vulnerável ao ataque por sulfato (água do mar, águas selenitosas, etc.).

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As reações químicas relevantes podem ser expressas como: [ ] ]AlO AS H4

2 3 32

− − → + 3 [SO + 6 [Ca] + aq. C4 +2

6 (etringita) [ ] ]AlO ASH4

2 18

− − → + [SO + 4 [Ca] + aq. C4 +2

4 (monossulfato) Obs.: Na água do mar, o sulfato de magnésio nela contido reage com o Ca(OH) 2 e resulta CaSO 4 , com conseqüente depósito de hidróxido de magnésio. Este sulfato de cálcio ocasiona expansão na massa do cimento e, juntamente com o existente na água do mar, combina-se com a alumina e dá o sal de Candlot (sulfoaluminato de cálcio insolúvel), o que agrava com o tempo a fragmentação do cimento portland comum. Grãos de clínquer não hidratado. Dependendo da distribuição do tamanho das partículas de cimento anidro e do grau de hidratação, alguns grãos de clínquer não hidratados podem ser encontrados na microestrutura de pastas já hidratadas. (Considera-se geralmente que as partículas de cimento maiores do que 45µm são difíceis de hidratar e aquelas maiores do que 75µm nunca se hidratam completamente). Com a evolução da hidratação, primeiro são dissolvidas as partículas menores (i.e., desaparecem do sistema) e as partículas maiores tornam-se menores. Dados obtidos na hidratação do cimento portland: experiência: 100g de cimento e 42g de água Massa do cimento seco .............................................100g Volume absoluto do cimento seco.............................31,8cm³ Massa de água combinada.........................................23% em peso Volume de água do gel..............................................19cm³ Água total na mistura.................................................42cm³ Relação água/cimento em massa................................0,42 Volume do cimento hidratado....................................67,9cm³ Volume inicial do cimento e água..............................73,8cm³ Poros capilares e vazios.............................................5,9cm³ Obs.: Hidratação realizada em tubo de ensaio lacrado.

PEGA E ENDURECIMENTO Mecanismo de retardo da pega pela gipsita:

A reação do C3A com a água é imediata e tornaria o cimento portland sem utilidade para a maioria dos propósitos de construção, caso não fosse utilizada a gipsita. A solubilidade do C 3 A é diminuída na presença de íons sulfato, hidroxila e álcalis. Dependendo da concentração do aluminato e dos íons sulfato na solução, o produto cristalino de precipitação é o trissulfoaluminato de cálcio hidratado que, posteriormente se transforma em monossulfoaluminato de cálcio hidratado por reação com mais C3A . O trissulfoaluminato cristaliza-se como pequenas agulhas prismáticas e é também denominado altosulfato ou pela designação mineralógica etringita. A etringita cristaliza-se devido à elevada relação sulfato/aluminato na fase aquosa durante a primeira hora de hidratação. Mais tarde, depois do sulfato da solução ter sido consumido quando a concentração de aluminatos se eleva novamente devido à renovação da hidratação do C A e do C AF3 4 , a etringita torna-se instável e é gradativamente convertida em monossulfato, que é o produto final da hidratação dos cimentos portland que contêm mais de 5% de C A3 :

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C AS H C A C ASH6 3 32 3 4 182+ → + ... Esse monossulfato torna o concreto vulnerável ao ataque por sulfato, formação do sal de Candlot que é expansivo. Fatores que influenciam a duração da pega:

a) Cimentos ricos em C A3 dão pega mais rapidamente. Corrige-se esse tempo de início de pega pela adição de gesso, retardando-o. b) A duração da pega varia na razão direta do grau de moagem, cimentos finos dão início de pega mais rápidos e fim de pega mais demorados. c) A quantidade de água sendo maior provocará menores tempos de início de pega. d) O aumento da temperatura diminui o tempo da pega. e) Temperaturas próximas de 0º C retardam as reações, e pouco abaixo desse valor as paralisam. A -1º C a pega não se dá (a pasta congela) f) Os produtos que aumentam a velocidade de dissolução (aumentam a solubilidade dos constituintes do cimento) são aceleradores. Já os que dificultam a dissolução são retardadores. Aceleram a pega: retardam-na: Cloreto de Cálcio (>0,5%) Gesso, Carbonato de Sódio, Cloreto de Sódio Óxido de Zinco, açúcar Potassa e Soda. bórax, Ácido Fosfórico. Obs.: Na prática, ao se necessitar alterar a pega do cimento, ou outra propriedade qualquer, é aconselhável utilizar produtos específicos (aditivos) já existentes no mercado por terem sido alvo de estudos prévios de dosagem pelos próprios fabricantes. FINURA DO CIMENTO : (GRAU DE MOAGEM) Além da composição, a finura do cimento influencia a sua reação com a água. Haverá uma taxa de reatividade maior e, portanto, maior velocidade no ganho de resistência. A hidratação se faz da superfície para o interior dos grãos, assim sendo, o grau de moagem influirá sobre a rapidez da hidratação e, conseqüentemente, sobre o desenvolvimento de calor, retração e aumento da resistência com a idade. Como ordem de grandeza, pode-se citar que a água age a 0,5µm de profundidade nas primeiras 24 horas, 2µm na primeira semana e 4µm no primeiro mês. (o grão de cimento tem ≅ 30 µm de diâmetro médio).

“Um cimento mais fino possui maior número de grãos por unidade de massa, com isso, para uma mesma dosagem de cimento por unidade de volume de concreto, haverá maior número de partículas reagindo com a água ao mesmo tempo, e tudo acontecerá com maior intensidade”. Porém, o custo da moagem e o calor liberado na hidratação estabelecem alguns limites para a finura. Para a finalidade de controle da qualidade na indústria de cimento, a finura é facilmente determinada como resíduo em peneiras padrão como as malhas #200 (75µm) e #375 (44µm). Considera-se geralmente que as partículas de cimento maiores do que 45µm são difíceis de hidratar e aquelas maiores do que 75µm nunca se hidratam completamente. Entretanto, uma estimativa das taxas relativas de

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reatividade dos cimentos com composição similar não pode ser feita sem o conhecimento da distribuição granulométrica completa através de métodos de sedimentação. Uma vez que a determinação da distribuição granulométrica por sedimentação é também trabalhosa e requer equipamentos caros, é uma prática comum na indústria obter uma medida relativa da distribuição granulométrica pela determinação da área específica do cimento pelo método Blaine de permeabilidade ao ar (MB-348 ou NBR 7224).Dados típicos da distribuição granulométrica e da área específica Blaine para duas amostras de cimento portland são mostrados na figura abaixo:

Obs.: Dependendo da composição específica do cimento, modificando-se a área específica de 320 para 450 m²/Kg Blaine, é possível aumentar a resistência à compressão da argamassa de cimento com 1, 3 e 7 dias de aproximadamente 50 a 100, 30 a 60 e 15 a 40 por cento, respectivamente. ESTABILIDADE DE VOLUME Num cimento estável, nenhum de seus compostos sofre, após endurecimento, expansão prejudicial e destrutiva. A cal e a magnésia, livres e cristalizadas, se se hidratam sem dissolução prévia, passam a um estado pulverulento com marcada expansão.Os trabalhos de Lerch e Taylor puseram em evidência ser o periclásio, magnésia cristalizada, o responsável pela expansão excessiva, não tendo qualquer contribuição a magnésia dissolvida. Aceita-se, hoje, ser de 2% o teor máximo permissível de MgO em cristais de periclásio, para prevenir a instabilidade de volume.A expansibilidade pode ser medida pelas agulhas de Le Chatelier, impreciso, mas de fácil execução; ou em autoclaves (215°C e 2,07 MPa).

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CALOR DE HIDRATAÇÃO Os compostos do cimento portland são produtos de reações a altas temperaturas que não estão em equilíbrio e por isso estão em um estado de energia elevado. Quando um cimento é hidratado, os compostos reagem com a água para atingir estados estáveis de baixa energia, e o processo é acompanhado pela liberação de energia na forma de calor. Em outras palavras, as reações de pega e endurecimento dos cimentos são exotérmicas com elevação da temperatura da massa. O significado do calor de hidratação do cimento em tecnologia do concreto é múltiplo, pode muitas vezes ser um problema (por exemplo em estruturas de concreto massa, de grandes volumes), e outras vezes ser um auxílio (concretagem em temperaturas muito baixas). A quantidade de calor liberada é função da composição do clínquer e é expresso em calorias por grama. Os processos usados para medir o calor de hidratação são: a) Pela medida da diferença entre os dois valores do calor de dissolução de duas amostras de cimento, uma anidra e outra hidratada, numa mistura de ácidos fluorídrico e nítrico. b) Processo da garrafa thermos ( tem como vantagem permitir leituras contínuas com a mesma amostra) c) Método da garrafa térmica de Lagavant. Ordem de grandeza do calor de hidratação para portland comum: até 3 dias  41 a 90 cal/g ≅ 50% do total 7 dias  46 a 97 cal/g 28 dias  61 a 109 cal/g ≅ 90% do total 90 dias  72 a 114 cal/g 180 dias  74 a 116 cal/g 100% do total A redução do calor de hidratação do cimento pode ser conseguida por: - redução do teor de C A3 e C AF4 - redução do teor de C S3 - adição de escórias ou pozolanas - uso de um retardador de pega.

CALORES DE HIDRATAÇÃO DOS COMPOSTOS DO CIMENTO

Compostos Calores de hidratação a uma dada idade (cal/g) 3 dias 90 dias 13 anos C S3 58 104 122 C S2 12 42 59 C A3 212 311 324 C AF4 69 98 102 Uma vez que o calor de hidratação do cimento é uma propriedade aditiva e que depende da composição do clínquer pode-se predizê-lo por expressão do tipo H = a.A + bB + cC +dD, onde H representa o calor de hidratação a uma dada idade; a, b, c e d são coeficientes que representam a contribuição de 1% dos compostos do clínquer. A, B, C, e D são as porcentagens dos respectivos compostos no clínquer. Os valores dos coeficientes serão diferentes para as várias idades de hidratação.

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RESISTÊNCIA AOS ESFORÇOS MECÂNICOS:

O ensaio mais utilizado para a verificação da resistência mecânica é o de compressão uniaxial (o concreto é um material frágil). A necessidade de qualificação do cimento obedece a duas razões: a) Seleção pela qualidade (Há vários tipos e vários fabricantes) b) Conhecimento prévio do comportamento do cimento em argamassas e concretos. Para o caso b, o ensaio da pasta pura não é representativo porque a quantidade de água de amassamento é muito diferente da necessária para argamassas e concretos e a pasta tem leis de variação da resistência com o tempo diversas da do cimento adicionado a um agregado. O ensaio diretamente em concreto seria muito dispendioso, além de introduzir mais uma variável, que é o agregado graúdo, complicando a uniformidade do ensaio. O ensaio sob a forma de argamassa é o escolhido porque é mais representativo do que a forma em pasta e mais econômico do que a forma em concreto.

Tipos de Cimento

Obs.: Existem ainda os seguintes tipos de cimento portland:

Resistente a Sulfatos (RS), Baixo Calor de Hidratação (BC), Branco Estrutural (CPB).

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OUTRAS CARACTERÍSTICAS DOS CIMENTOS:

a) O cimento ARI (alta resistência inicial) deve apresentar finura maior que os demais (máx. de

6% retido na peneira 200# e área específica >300m²/Kg). b) O portland composto é apresentado nas versões CP II-E com até 34% de escória, CP II- Z

com até 14% de pozolana e CP II-F que é simples, mas todos possuem ainda até 10% de Filler.

c) O cimento ARS (alta resistência aos sulfatos) só é apresentado na classe 20 (20MPa de resistência à compressão no ensaio normal).

d) O cimento CP III (alto forno) deve apresentar teor de escória entre 35 e 70% da massa total do aglomerante, com a escória de AF obedecendo à relação:

CaO MgO Al O SiO

2 3

2

+ + > 1

e) O portland pozolânico deve conter teores de materiais pozolânicos compreendidos entre 15 e 50% da massa total do cimento.

São materiais pozolânicos: cinzas vulcânicas, argilas calcinadas, cinzas volantes, microssílica (sílica micro pulverizada expelida pelos fornos de produção de ferro-silício) e outros como escórias siderúrgicas ácidas, rejeito sílico-aluminoso do craqueamento do petróleo, cinzas de resíduos vegetais e rejeito de carvão mineral. A atividade pozolânica deve ser testada pela NBR 5753 e se caracteriza pela reatividade do material com o Ca OH( ) 2 em presença da água.

f) Moderada Resistência aos sulfatos → teor de C A3 < 8% Alta Resistência aos sulfatos → teor de C A3 < 5%

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A REAÇÃO POZOLÂNICA E O SEU SIGNIFICADO: Com relação à reação principal de formação de C-S-H, é útil uma comparação entre cimento portland comum e cimento pozolânico com a finalidade de compreenderem-se as razões para as diferenças entre os seus comportamentos:

Cimento Portland Cimento Portland Pozolânico RÁPIDA LENTA C S H C S H CH3 + → − − + Pozolana + CH + H C -S - H→ A reação entre a pozolana e o hidróxido de cálcio é chamada reação pozolânica. A importância técnica dos cimentos pozolânicos (e dos cimentos de alto-forno) deriva principalmente de três aspectos da reação pozolânica. Primeiro, a reação é lenta, e portanto, a taxa de liberação de calor e de desenvolvimento da resistência serão conseqüentemente lentas. Segundo, a reação consome hidróxido de cálcio, ao invés de produzi-lo o que representa uma contribuição importante para a durabilidade do concreto frente a meios ácidos. Terceiro, estudos sobre a distribuição do tamanho dos poros dos cimentos pozolânico e AF hidratados mostraram que os produtos da reação são bastante eficientes no preenchimento dos espaços capilares grandes, melhorando assim a resistência e diminuindo a permeabilidade do sistema.

APLICAÇÕES DOS TIPOS DE CIMENTO Cimento Portland comum CPI e CPI-S (NBR 5732) Ambos os tipos do cimento portland comum são usados em serviços de construção em geral, quando não são exigidas propriedades especiais do cimento. Não devem ser utilizados quando há exposição a sulfatos do solo ou de águas subterrâneas. (O cimento CPI-S difere do anterior porque possui adições de 5% em massa. Essas adições podem ser de material pozolânico, ou de escória granulada de alto-forno, ou de fíler calcário). Cimento Portland Composto CP II-Z (com material pozolânico - NBR11578) O cimento portland composto gera calor numa velocidade menor do que aquela gerada pelo cimento portland comum. Seu uso, portanto, é recomendado em lançamentos maciços de concreto, em que o grande volume da concretagem e a superfície relativamente pequena reduzem a capacidade de resfriamento da massa, Esse cimento também apresenta melhor resistência ao ataque dos sulfatos contidos no solo (essa característica se aplica também aos compostos CP II-E e CPII- F). É empregado não só em obras em geral, subterrâneas, marítimas e industriais, como também para produção de argamassas, concreto simples, armado e protendido, elementos pré-moldados e artefatos de cimento. O concreto feito com esse produto é menos permeável e, por isso, mais durável. Cimento Portland Composto CP II-E (com escória granulada de alto forno - NBR11578)

O cimento Portland Composto CPII-E é a composição intermediária entre o cimento portland comum e o cimento portland de alto-forno. É recomendado para estruturas que exigem um desprendimento de calor moderadamente lento ou que possam ser atacadas por sulfatos. Cimento Portland Composto CP II-F (com adição de filer calcário - NBR 11578)

Além de servir para aplicações gerais, o cimento portland composto CPII-F pode ser usado no preparo de argamassas de assentamento, revestimento, argamassa armada, concreto simples,

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armado, protendido, projetado, rolado, magro, concreto-massa, elementos pré-moldados e artefatos de concreto, pisos e pavimentos de concreto e solo-cimento, dentre outros. Cimento Portland de Alto Forno CP III (com 35% a 70% de escória - NBR 5735)

O cimento Portland de Alto Forno CP III apresenta maior impermeabilidade e durabilidade, além de baixo calor de hidratação e alta resistência à expansão devido à reação álcali-agregado, além de ser resistente a sulfatos. É um cimento que pode ter aplicação geral em argamassas de assentamento, revestimento, argamassa armada, de concreto simples, armado, protendido, projetado, rolado, magro e outras. É também recomendado para uso em obras de concreto-massa, tais como barragens, peças de grandes dimensões, fundações de máquinas, pilares, obras em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reativos, pilares de pontes ou obras submersas, pavimentação de estradas e pistas de aeroportos. Cimento Portland Pozolânico CP IV (com pozolana NBR 5736)

Pode ser utilizado em obras correntes, mas é especialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente e ambientes agressivos. O concreto feito com esse produto se torna mais impermeável, mais durável, apresentando resistências mecânicas à compressão superiores às de concretos feitos com cimento portland comum a idades avançadas. Apresenta características particulares que favorecem sua aplicação em casos de grande volume de concreto, devido ao baixo calor de hidratação desprendido. Cimento Portland CP V ARI (Alta Resistência Inicial - NBR 5737)

Com valores aproximados de resistência à compressão de 26 MPa a um dia de idade e de 53 MPa aos 28 dias, que superam em muito os valores normativos de 14 MPa, 24 MPa e 34 MPa para 1, 3 e 7 dias, respectivamente, o CP V ARI é recomendado no preparo de concreto e argamassa para produção de artefatos de cimento em indústrias de médio e pequeno porte, como fábricas de blocos de alvenaria, blocos para pavimentação, tubos, lajes, meio-fio, mourões, postes, elementos arquitetônicos pré-moldados e pré-fabricados. Pode ser utilizado no preparo de concreto e argamassa em obras desde as pequenas construções até as edificações de maior porte e em todas as aplicações que necessitem de resistência inicial elevada e desforma rápida. O desenvolvimento dessa propriedade é conseguido pela utilização de uma dosagem diferente de calcário e argila na produção do clínquer (que resulta em elevação dos conteúdos de alita e C3A), e pela moagem mais fina do cimento. Assim, ao reagir com a água, o CP V ARI adquire elevadas resistências, com maior velocidade. Cimento Portland CP (RS) – (Resistente a sulfatos – NBR 5733)

O cimento CP-RS oferece resistência aos meios agressivos sulfatados, como redes de esgotos de águas servidas ou industriais, água de mar, e a alguns tipos de solos. Pode ser usado em concreto dosado em central, concreto de alto desempenho, obras industriais e de recuperação estrutural, concretos projetados, concreto armado e protendido, elementos pré-moldados, pisos industriais, pavimentos, argamassa armada, argamassas e concretos submetidos ao ataque de meios agressivos, como estações de tratamentos de água e esgotos, obras em regiões litorâneas, subterrâneas e marítimas. De acordo com a norma NBR5737 (ABNT, 1992), os cinco tipos básicos de cimento – CP I, CP II, CP III, CP IV, e CP V-ARI – podem ser resistentes aos sulfatos, desde que atendam a pelo menos uma das seguintes condições:

• teor de aluminato tricálcico (C3 A) do clínquer e teor de adições carbonáticas de no máximo 8% e 5% em nassa, respectivamente;

• cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60% e 70% de escória, em massa; • cimentos pozolânicos que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico, em massa;

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• cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovem resistência aos sulfatos.

Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC) – NBR 13116

O cimento portland de Baixo Calor de Hidratação (BC) é designado por siglas e classes de seu tipo acrescidas de BC. Por exemplo: CPIII-32 (BC) é o Cimento Portland de Alto-Forno com baixo calor de hidratação, determinado pela sua composição. Esse tipo de cimento tem a propriedade de retardar o desprendimento de calor em peças de grande massa de concreto, evitando o aparecimento de fissuras de origem térmica, devido ao calor desenvolvido durante a hidratação do cimento. Cimento Portland Branco CPB - (NBR 12989)

O cimento portland branco se diferencia por coloração e está classificado em dois subtipos: estrutural e não estrutural. O estrutural é aplicado em concretos brancos para fins arquitetônicos, com classes de resistência 25, 32 e 40, similares às dos demais tipos de cimento. Já o não estrutural não tem indicações de classe e é aplicado, por exemplo, em rejuntamento de azulejos e em aplicações não estruturais. Pode ser utilizado nas mesmas aplicações do cimento cinza. A cor branca é obtida a partir de matérias-primas com baixos teores de óxido de ferro, em condições especiais durante a fabricação, tais como resfriamento e moagem do produto e, principalmente, utilizando o caulim no lugar de argila. O índice de brancura deve ser maior que 78%. Adequado aos projetos arquitetônicos mais ousados, o cimento branco oferece a possibilidade de escolha de cores, uma vez que pode ser associado a pigmentos coloridos.

ENSAIOS DE RECEPÇÃO DO CIMENTO

A - Finura (peneiras #200, #325 e área específica Blaine); B - Início e Fim de Pega C - Expansibilidade ( estabilidade de volume) D - Resistência à Compressão Cujos valores mínimos e máximos são prescritos pelas normas que especificam cada tipo de cimento. Como exemplo, seguem abaixo os valores da EB-1 (NBR 5732) que especifica o cimento portland comum:

A - Finura: 1 - peneira 200# (0,075mm)                     !  "##$ classes: 25 e 32 ....... máx 12% classe : 40 ........ máx 10% "- área específica Blaine - %&             '    (     %'    $ tipo 25 ≥ 240m²/Kg tipos 32 e 40 ≥ 260m²/Kg

Obs.: O princípio desse método consiste em passar o ar através de uma camada de cimento de porosidade conhecida. Considera-se que o número e o tamanho dos poros da camada são função do tamanho das partículas e de sua distribuição granulométrica, e determinam a velocidade com que a camada será atravessada pelo ar. O ensaio é feito por comparação usando-se uma amostra padrão de área específica conhecida, fornecida pela ABNT. (ou pela ABCP-Associação Brasileira de Cimento Portland).

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B - Pega (NBRNM65: Cimento portland - Determinação dos tempos de pega) Tempo de início de pega .............. ≥ 1 hora Tempo de fim de pega ................. ≤ 10 horas (facultativo)

C - Expansibilidade : (agulhas de Le Chatelier) Expansão após 7 dias em água fria ...... ≤ 5 mm (influência do MgO livre) Expansão por imersão em água quente ≤ 5 mm (influência do CaO livre)

D - Resistência à Compressão: ( valores em MPa) classe 25 classe 32 classe 40 a 3 dias - (mínimo de) ...................... 8 10 14 a 7 dias - ( mínimo de) ...................... 15 20 24 a 28 dias - ( mínimo de) ....................... 25 32 40 O ensaio é regido pela NBR7215 e executado na argamassa no traço 1:3, em peso, em corpos de prova cilíndricos de base 5 cm e altura 10 cm. A argamassa normal deve ser preparada com a quantidade de água igual a 48% da quantidade de cimento. A areia normal tem 4 frações iguais com material retido nas peneiras 0,15 - 0,30 - 0,60 e 1,2mm , respectivamente. A areia normal é coletada nas cabeceiras do rio Tietê em São Paulo; preparada e vendida somente pelo IPT ( Instituto de Pesquisas Tecnológicas da USP). Moldam-se 3 séries de 4 corpos de prova cada para serem ensaiados a 3, 7 e 28 dias de idade. Para que o ensaio em qualquer das séries seja aprovado é necessário que o Desvio Relativo Máximo (DRM) seja inferior a 6%. DRM =  Fi - Fm  x 100 ≤ 6% Fm Fm = valor médio (dos 4, ou apenas 3 corpos de prova) Fi = valor mais afastado em relação à média considerada. Observação: Quando a série não é aprovada com os quatro corpos de prova, abandona-se o resultado mais afastado e refazem-se os cálculos com os três corpos de prova restantes. Se ainda assim não for atendida a fórmula acima, o ensaio não foi aprovado, devendo ser refeito. Obs.: Só após a aprovação do ensaio, pode-se verificar a aprovação da própria amostra; o que é feito comparando- se a média adotada com o mínimo especificado na norma de especificação correspondente. CIV 237- E N S A I O D E P E G A D O C I M E N T O P O R T L A N DImportância do ensaio: Pega do cimento: fenômeno cuja duração inicial é controlada pela adição de ≅ 5% de gesso ao clínquer na fabricação do cimento.

“A inclusão da gipsita no cimento é para que ocorra a sua reação com o C A3 formando uma capa de etringita (trisulfoaluminato de cálcio hidratado) envolvendo os grãos de aluminato e impedindo momentaneamente a continuidade da sua hidratação, retardando a pega”. Ver ainda: “Mecanismo de retardo da pega pela gipsita” - Apostila Pg.: 49

DETERMINAÇÃO DOS TEMPOS DE INÍCIO E FIM DE PEGA

()

Ao se amassar água com cimento obtém-se uma pasta plástica, facilmente trabalhável. No decorrer do tempo, essa pasta começa a perder plasticidade. Esta característica é importante pois dá idéia do tempo disponível para misturar, transportar, lançar e adensar concretos e argamassas, bem como transitar sobre eles ou molhá-los para execução da cura.

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O tempo que decorre desde a adição da água até o início das reações com os compostos do cimento é denominado início de pega ou seja, o instante em que não se pode mais aplicar o concreto ou argamassa. O fim de pega ocorre quando a pasta torna-se rígida, indeformável. Antes da determinação dos tempos de pega do cimento, deve ser feita a determinação da água da pasta de consistência normal (NBRNM 43) que é feita da seguinte maneira: Massa da amostra de cimento  500g Massa de água  determinada por tentativas, de modo que a sonda de Tetmajer (300g de peso e φ10mm) estacione a 6mm do fundo do molde normal (tronco de cone com diâmetro interno superior igual a 70mm e inferior igual a 80mm, espessura de 8mm e altura de 40mm). Após a mistura, que é feita em um misturador mecânico (argamassadeira) por um tempo de 4min, coloca-se a pasta no interior do molde, aplicando-se a sonda de Tetmajer sem choque e sem velocidade inicial até que a pasta ofereça uma resistência a esta penetração tal que ela estacione a 6mm ±1mm do fundodo molde. Diz-se aí que a pasta possui consistência normal. Obtida a quantidade de água da pasta de consistência normal procede-se uma nova mistura, marcando-se a hora em que foi lançada a água ao cimento, para se determinar assim, os tempos de início e fim de pega, através da penetração da agulha de Vicat (300g e 1,1 mm de diâmetro) também sem choque e sem velocidade inicial, até que ela estacione a 4±1 mm do fundo do molde, momento este em que ocorre o início de pega. O tempo que decorre desde o lançamento da água de amassamento até quando a agulha de Vicat, aplicada suavemente sobre a superfície da pasta de cimento, não deixa vestígios ou marcas, define o chamado fim de pega. Resumindo: Pega l  Endurecimento

l l l t0 t1 t2 Origem da contagem do tempos Momento em que a agulha Momento em a agulha de Vicat não (momento em que a água entra de Vicat estaciona a 4±1 mm mais penetra e nem deixa vestígios em contato com o cimento). do fundo do molde. na pasta de cimento.

t1 - t0  tempo do início de pega t2 - t0  tempo de fim de pega Obs. : Segundo as especificações brasileiras, os cimentos devem apresentar tempo de início de pega ≥ a 1 hora, e tempo de fim de pega menor ou igual a 10 horas (sendo esta uma especificação facultativa).

ENSAIOS DE FINURA DO CIMENTO PORTLAND

1 - DETERMINAÇÃO DA FINURA POR MEIO DA PENEIRA 75µm (n° 200) (MB-3432 = NBR 11579)

2 - DETERMINAÇÃO DA ÁREA ESPECÍFICA BLAINE

(NBR NM 76) Importância da finura: O contacto da água com os componentes do cimento se dá na superfície dos grãos, hidratando-os, paulatinamente, em direção ao interior. Um cimento mais fino possui maior número de grãos por unidade de massa, ou seja, possui maior área específica. Com isso, a água encontrará muito maior área de contacto e a reação se fará com maior intensidade, resultando, assim, em maior resistência mecânica, maior liberação de calor e, também, maior tendência à retração.

60

Resumindo: “A forma mais sadia de se aumentar a resistência de um cimento é torná-lo mais fino”. Dois são os métodos utilizados para a determinação do grau de moagem ou finura do cimento. O peneiramento (peneiras 200# ou 325#) e por permeabilidade ao ar. 1 - PENEIRAMENTO COM A PENEIRA N° 200 (# 0,075mm DE LADO) A finura é dada pela porcentagem do material que não passa na peneira n° 200 durante o ensaio, onde, IF = índice de finura em %

100x

P R

IF = R = resíduo na peneira depois de encerrado o peneiramento

P = massa inicial da amostra = 50g ± 0,05g Peneiramento: É feito na peneira #200 provida de fundo e tampa por um tempo entre 12 e 15 minutos.Pode ser considerado completo quando, após 1min de peneiramento manual contínuo, estiver passando pela peneira menos que 0,05g, ou seja, menos que 0,1% da massa inicial da amostra. Obs.: o índice de finura será a média de duas determinações. Exemplo: P = 50g R = 0,82g IF = 0,82/50 x 100 = 1,64% Checagem dos Resultados: Pela EB 2138, que especifica o cimento CP II E 32 , IF≤ 12% Como 1,62% < 12%  aprovado Obs.: pode-se também utilizar a peneira n° 325 com 45µm de abertura de malha 2 - DETERMINAÇÃO DA ÁREA ESPECÍFICA BLAINE: No permeabilímetro de Blaine, considera-se que o número e o tamanho dos poros de uma amostra de dada densidade dependem do tamanho das partículas e têm a ver com a sua distribuição granulométrica.

Este processo utiliza a permeabilidade ao ar da camada de material (cimento ou qualquer outro pó) com porosidade conhecida (ε = 0,5) e baseia-se na comparação dos tempos gastos pelo ar para atravessar, ora uma amostra padrão fornecida pela ABCP, ora a amostra do ensaio em questão.

A área específica é dada por: ( ) ηεγ

ε −

= 1

.3 tK Am

onde : Am = área específica em massa K = constante do aparelho, obtido na calibração

ε = porosidade da camada; t = tempo em segundos; γ = massa específica do cimento; η = viscosidade do ar no momento do ensaio (varia com a temperatura) e é tabelada

61

calibração  ( )

pp

ppp

t K

3

1

ε

ηεγ − =

Obs.: as grandezas aqui são as mesmas; o índice p se refere à amostra padrão Ensaio:

Determinação da massa de material que formará a amostra  ( )εγ −= 1Vm Onde V = volume da camada de material (no nosso aparelho V = 1,851cm³) Operação: - Ao tubo em “U“ do aparelho, acopla-se a célula, já com a amostra de cimento. - Promove-se uma sucção no líquido manométrico, fazendo-o chegar ao nível 1 do tubo; - Do nível 1 ao nível 2 haverá uma regularização do fluxo de ar na camada ensaiada; - Do nível 2 ao nível 3 faz-se a tomada do tempo t (tempo gasto pelo ar para atravessar a amostra); - O nível 4 é o nível de equilíbrio manométrico (repouso)  O tempo adotado será a média de duas determinações.

 Calcula-se Am e confere-se o resultado na norma EB correspondente.

DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CIMENTO PORTLAND 1 - Importância A resistência aos esforços mecânicos é considerada a mais importante característica de um cimento. As especificações fixam os valores mínimos para essa característica.O ensaio de resistência à compressão é adotado como aquele que é o principal indicador dessa resistência mecânica; Este ensaio é aplicável em muitas situações, como:

• Possibilitar o conhecimento prévio do comportamento do cimento em argamassas e concretos;

• Possibilitar a comparação de qualidade entre componentes; • Aplicação em grande número de pesquisas. • Selecionar o cimento pela sua qualidade

2 - Porque se usa argamassa: O ensaio em pasta pura não é representativo:

1- O cimento é muito pouco usado na forma de pasta; 2- A relação água/cimento é muito diferente daquela usada comumente em argamassas e

concretos; 3- O ganho de resistência com o tempo para pastas é também diferente das outras aplicações.

O ensaio na forma de concreto é antieconômico e seria duvidoso tecnicamente:

1- Um corpo de prova padrão de concreto é 27 vezes maior que um de argamassa; 2- Na forma de concreto seria necessário controlar, também, a variável agregado graúdo.

3 - O ensaio em si

62

Utilizam-se corpos de prova cilíndricos de 5cm de base e 10cm de altura moldados em argamassa de traço 1:3 em massa e relação água/cimento igual a 0,48.

• É utilizada uma areia que é controlada em termos mineralógicos e granulométricos, lavada, e sem impurezas que pudessem afetar a hidratação do cimento.

Como padrão é adotada uma areia preparada pelo IPT, coletada nas cabeceiras do rio Tietê em São Paulo e especificada pela NBR 7214 (ver composição granulométrica no quadro abaixo) Granulometria da areia normal:

Material retido entre as peneiras...

% retido em peso % acumulado

(fração grossa) 2,4 e 1,2 25 25 (fração média/grossa) 1,2 e 0,6 25 50 (fração média/fina) 0,6 e 0,3 25 75 (fração fina) 0,3 e 0,15

25 100

Módulo de Finura (MF) 2,50 3.1 - moldagem dos corpos de prova 3.1.1 – Quantidade de materiais ( p/ 4 corpos de prova): cimento  420g areia normal  4 frações de 315g cada (total de 1260g) água  x = 0,48 = 201,6g Mistura mecânica: • Colocar a água na argamassadeira; • Adicionar todo o material sólido, já previamente misturado; • Misturar na velocidade baixa por 30s; • Misturar na velocidade alta por mais 30s; • Executar repouso por 90s (sendo que nos primeiros 15s retira-se, com a uma espátula, todo o

material que ficou aderido às paredes da cuba e da pá da misturadora); • Encerrando, misturar na velocidade alta por mais 60s. 3.2 – Moldagem dos CP’s

• Os moldes deverão estar previamente untados internamente com uma leve camada de óleo; • Proceder a moldagem em 4 camadas, aplicando em cada uma 30 golpes com soquete

normal; • Após 24 horas da moldagem, desmoldar os CP’s e colocá-los para cura imersos em água

potável saturada de cal, no interior de câmara úmida. Retirá-los somente no dia da ruptura. 4 – Aprovação (ou não) do ensaio O ensaio só será aprovado se o DRM (Desvio Relativo Máximo) para 3 ou 4 corpos de prova for ≤ 6%.

100x F

FF DRM

m

mi i

− =

Onde: iF = resultado mais afastado da média

mF = média dos resultados obtidos

63

Caso o 4DRM seja > 6%, abandona-se o resultado mais afastado e calcula-se nova média para os 3

resultados restantes  determina-se o 3DRM

Se ENSAIO%6DRM

APROVADO ENSAIO 6% DRM

3

3

OREPETIR

≤ 

5 – Aprovação (ou não) da amostra

Quando 4DRM (ou 3DRM ) ≤ 6%, adota-se como resistência daquele cimento a tensão média dos resultados válidos (em MPa) e compara-se esse valor com o valor mínimo que é especificado na EB correspondente ao tipo e classe do cimento (amostra) ensaiada.

Ou seja, !, APROVADAAMOSTRAff míncjjcm

AGREGADOS PARA CONCRETO

Agregados são fragmentos de rochas, popularmente, denominados como “pedras”. Fragmentos de rochas com tamanho e propriedades adequadas são utilizados em quase todas as obras de infra-estrutura civil, como em edificações, pavimentação, barragens e saneamento. Estes materiais incluem, por exemplo, blocos, pedras, pedregulhos, cascalhos, seixos, britas, pedriscos, areias, etc. A faixa de tamanho destes fragmentos é bastante ampla, desde blocos com dezenas de centímetros, como os “enrocamentos” usados em barragens, até partículas milimétricas, como os “agregados miúdos” usados na confecção de concreto para a maioria das edificações.1 - Especificação do Material: (NBR 7211)1 Objetivo 2 Referências normativas 3 Definições: 3.1 Agregado Miúdo ........ 4,75 ≥ φ > 0,150mm (150µm) 3.2 Agregado Graúdo ....... 75 ≥ φ > 4,75mm 3.3 Série Normal e Série Intermediária: (ABNT) (Dimensões em mm)

Série Normal 0,15 0,30 0,60 1,18 2,36 4,75 9,5 19 37,5 75

Série Intermediária  6,3 12,5 25 31,5 50 63

3.4 Dimensão Máxima Característica (DMC): abertura da peneira, em milímetros, na qual o agregado apresenta uma porcentagem retida, acumulada, igual ou imediatamente inferior a 5% em massa. 3.5 Módulo de Finura: soma das porcentagens retidas, acumuladas, em massa de um agregado, nas peneiras da série normal, dividida por 100, ou:

100

)%( normalsériedapeneirasnasacumuladass MF

Σ=

64

3.6 Agregado Total: conjunto formado pelos agregados miúdo e graúdo que compõem o concreto. Juntamente com o cimento, possibilitam ajustes na curva granulométrica do concreto que se pretende dosar. Os limites desta norma, quando se referem ao agregado total, devem atender aos critérios de ponderabilidade em massa entre esses mesmos agregados. 4Requisitos gerais: 4.1 Os agregados devem ser compostos por grãos minerais duros, compactos, estáveis, duráveis e limpos e não devem conter substâncias que afetem a hidratação e o endurecimento do cimento, a proteção da armadura contra a corrosão, a durabilidade ou, quando for requerido, o aspecto visual externo do concreto. O exame petrográfico realizado de acordo com a ABNT NBR 7389 e interpretado por profissional capacitado, fornece alguns dos subsídios necessários para o cumprimento destas condições. Para outras características, ver seções 5 e 6 desta norma. 4.2 Os agregados devem ser fornecidos ao consumidor em lotes cujas unidades parciais de transporte devem ser individualizadas, mediante uma guia de remessa na qual constem pelo menos os seguintes dados:

a) nome do produtor; b) proveniência do material;

c) identificação da classificação granulométrica de acordo com itens 5.1 e 6.1 d) data do fornecimento. 5 Agregado miúdo

A amostra representativa de um lote coletada e reduzida de acordo com as normas NBR NM 26 e NBR NM 27, deve satisfazer os requisitos prescritos de 5.1 a 5.3. Obs.: havendo duas ou mais origens considerar a participação % de cada fração. 5.1 Distribuição granulométrica A distribuição granulométrica deve atender aos limites estabelecidos na tabela 2. Podem ser utilizados materiais com distribuição granulométrica diferente das zonas estabelecidas na tabela 2, desde que estudos prévios de dosagem comprovem sua aplicabilidade.

Tabela 2 – Limites da distribuição granulométrica do agregado miúdo

Porcentagem, em massa, retida acumulada

Limites inferiores Limites superiores

Peneira com abertura de malha

(ABNT NBR NM ISO 3310-1) Zona utilizável Zona ótima Zona ótima Zona utilizável

9,5 mm 0 0 0 0 6,3 mm 0 0 0 7 4,75 mm 0 0 5 10 2,36 mm 0 10 20 25 1,18 mm 5 20 30 50 600 µm 15 35 55 70 300 µm 50 65 85 95 150 µm 85 90 95 100

Módulo de Finura 1,55 2,20 2,90 3,50 NOTAS

1 O módulo de finura da zona ótima varia de 2,20 a 2,90

65

2 O módulo de finura da zona utilizável inferior varia de 1,55 a 2,20

3 O módulo de finura da zona utilizável superior varia de 2,90 a 3,50

5.2 Substâncias nocivas

Tabela 3 – Limites máximos aceitáveis de substâncias nocivas no agregado miúdo com relação à massa do material.

Determinação Método de ensaio Quantidade máxima relativa à

massa do agregado graúdo %

Torrões de argila e materiais friáveis ABNT NBR 7218 3,0

Concreto aparente 0,5 Materiais carbonosos1) ASTM C 123 Concreto não aparente 1,0 Concreto submetido a desgaste superficial 3,0 ou 10,0

Material fino que passa através da peneira 200# por lavagem (material

pulverulento) 2) NBR NM 46

Concretos protegidos do desgaste superficial 5,0 ou 12,0

ABNT NBR NM 49 A solução obtida no ensaio deve ser mais clara que a

solução-padrão Impurezas orgânicas3)

ABNT NBR 7221

Diferença máxima aceitável através da resistência à

compressão 10%

1) Quando não for detectada a presença de materiais carbonosos durante apreciação petrográfica, pode-se prescindir do ensaio de quantificação (ASTM C 123). 2) Quando o material fino que passa na peneira 200# for constituído totalmente de grãos gerados durante a britagem de rocha, os valores constantes da tabela 3 podem ter seus limites alterados de 3% para 10% (para Concreto submetido a desgaste superficial) e de 5% para 12% (para Concretos protegidos do desgaste superficial), desde que seja possível comprovar, por apreciação petrográfica (NBR 7389), que os grãos constituintes não interferem nas propriedades do concreto. São exemplos de materiais inadequados os materiais micáceos, ferruginosos e argilo-minerais expansivos. Ver nota 3 da tabela 7.

66

3) Quando a coloração da solução obtida no ensaio for mais escura do que a solução-padrão, a utilização do agregado miúdo deve ser estabelecida pelo ensaio previsto na ABNT NBR 7221.

5.3 Durabilidade 5.3.1 Em agregados provenientes de regiões litorâneas, ou extraídos de águas salobrasou ainda quando houver suspeita de contaminação natural (regiões onde ocorrem sulfatos naturais como a gipsita) ou industrial (água do lençol freático contaminada por efluentes industriais), os teores de cloretos e sulfatos devem ser limitados, conforme tabela 4: 5.3.2 agregados potencialmentereativos (ditados pela apreciação petrográfica da norma NBR7389), quando excedem o limite de 0,10% de expansão do método ASTM C 1260, podem ser utilizados somente em concretos com teor total de álcalis ≤ 3,0 kg/m3 ou naqueles com cimentos considerados inibidores, tipo CP III e CP IV. Alternativamente, pode ser verificada a reatividade do agregado de acordo com a ABNT NBR 9773, devendo ser observados os limites da tabela 4.

Tabela 4 – Limites máximos para a expansão devida à reação álcali-agregado e teores de cloretos e sulfatos presentes nos agregados

Determinação Método de ensaio Limites

ASTM C 1260 Expansão máxima de 0,10% aos 14 dias de cura agressiva Expansão máxima de 0,05% aos 3

meses Reatividade

álcali-agregado ABNT NBR 97731) Expansão máxima de 0,10% aos 6

meses < 0,2% concreto simples < 0,1% concreto armado Teor de cloretos2) (CL-)

ABNT NBR 9917 ABNT NBR 148323)

< 0,01% concreto protendido Teor de sulfatos solúveis4) (SO42-) ABNT NBR 9917 < 0,1%

1) Ensaio facultativo, nos termos de 5.3.2. 2) Agregados que excedam os limites estabelecidos para cloretos só podem ser utilizados em concreto quando o teor total trazido ao concreto por todos os seus componentes, verificado por ensaio realizado pelo método ABNT NBR 14832 (determinação no concreto) ou ASTM C 1218, não exceda os seguintes limites, dados em % sobre a massa de cimento: - concreto protendido ≤ 0,06% - concreto armado exposto a cloretos ≤ 0,15% - concreto armado em condições de exposições não severas ≤ 0,40% - outros tipos de construção com concreto armado ≤ 0,30% 3) O método ABNT NBR 14832 neste caso pode ser utilizado para o ensaio de agregados. 4) Agregados que excedem o limite estabelecido para sulfatos solúveis só podem ser utilizados em concreto quando o teor total trazido ao mesmo por todos os seus componentes não exceda 0,2% ou que fique comprovado o uso de cimento Portland RS, conforme ABNT NBR 5737.

5.4 Ensaios Especiais

Em determinadas regiões ou para concretos com determinados requisitos específicos, pode ser necessária a exigência, por parte do consumidor, de prescrições especiais adicionais. Algumas destas prescrições ou os métodos para sua determinação são exemplificados na tabela 5.

67

Tabela 5 – Ensaios especiais para agregado miúdo

Propriedades físicas Método Massa específica ABNT NBR NM 52 Massa unitária ABNT NBR 7251

absorção de água ABNT NBR NM 30 Inchamento ABNT NBR 6467

Teor de partículas leves ABNT NBR 9936 Umidade superficial ABNT NBR 9775

6 Agregado graúdo A amostra representativa de um lote coletada e reduzida de acordo com as normas NBR NM 26 e NBR NM 27, deve satisfazer os requisitos prescritos de 6.1 a 6.4. 6.1 Granulometria

6.1.1 Distribuição granulométrica A amostra representativa de um lote de agregado graúdo deve satisfazer os requisitos prescritos para granulometria, conforme tabela 6.

Tabela 6 – Limites da composição granulométrica do agregado graúdo

Porcentagem, em massa, retida acumulada

Zona granulométrica d/D1) Peneira com abertura

de malha (ABNT NBR NM ISO

3310-1) 4,75/12,5 9,5/25 19/31,5 25/50 37,5/75

75 mm - - - - 0 - 5 63 mm - - - - 5 - 30 50 mm - - - 0 - 5 75 - 100

37,5 mm - - - 5 - 30 90 - 100 31,5 mm - - 0 - 5 75 - 100 95 - 100 25 mm - 0 - 5 5 - 252) 87 - 100 - 19 mm - 2 - 152) 652) - 95 95 - 100 -

12,5 mm 0 - 5 402) - 652) 92 - 100 - - 9,5 mm 2 - 152) 802) - 100 95 - 100 - - 6,3 mm 402) - 652) 92 - 100 - - -

4,75 mm 802) - 100 95 - 100 - - - 2,36 mm 95 - 100 - - - -

1) Zona granulométrica correspondente à menor (d) e à maior (D) dimensões do agregado graúdo.

2) Em cada zona granulométrica deve ser aceita uma variação de no máximo 5% em apenas um dos limites marcados com 2). Essa variação pode também estar distribuída em vários desses limites.

6.1.2 Forma dos grãos O índice de forma dos grãos do agregado não deve ser superior a 3, quando determinado pela NBR 7809. 6.1.3 Desgaste O índice de desgaste por abrasão “Los Angeles” determinado pela NBR NM 51, deve ser inferior a 50%, em massa, do material.

68

6.2 Substâncias nocivas Tabela 7 – Limites máximos aceitáveis de substâncias nocivas

no agregado graúdo com relação à massa do material.

Determinação Método de ensaio Quantidade máxima relativa à massa do agregado graúdo - %

Concreto aparente 1,0 Concreto sujeito a

desgaste superficial 2,0 Torrões de argila e materiais friáveis

ABNT NBR 7218

Outros concretos 3,0 Concreto aparente 0,5

Materiais carbonosos1) ASTM C 123 Concreto não aparente 1,0

Material fino que passa através da peneira 200# por lavagem (material

pulverulento)2), 3) ABNT NBR NM 46 1,0

1) Quando não for detectada a presença de materiais carbonosos durante apreciação petrográfica, pode-se prescindir do ensaio de quantificação (ASTM C 123). 2) Para agregados produzidos a partir de rochas com absorção de água < 1%, o limite de material fino pode ser alterado de 1% para 2%. 3) Para agregado total, definido conforme item 3.6 desta norma, o limite de material fino pode ser composto até 6,5%, desde que seja possível comprovar, por apreciação petrográfica (NBR7389), que os grãos constituintes não interferem nas propriedades do concreto. São exemplos de materiais inadequados os materiais micáceos, ferruginosos e argilo-minerais expansivos.

6.3 Durabilidade Aplicam-se os re quesitos estabelecidos em 5.3 para agregados analisados individualmente e para o agregado total definido em 3.6. 6.4 Ensaios especiais Em determinadas regiões ou para concretos com determinados requisitos específicos, pode ser necessária a exigência, por parte do consumidor, de prescrições especiais adicionais. Algumas destas prescrições ou os métodos para sua determinação são exemplificados na tabela 8.

Tabela 8 – Ensaios especiais para agregado graúdo Determinação Método

Massas específicas absoluta e aparente e absorção de água ABNT NBR NM 53

Ciclagem natural ABNT NBR 12695 Ciclagem artificial água - estufa ABNT NBR 12696

Ciclagem com etilenoglicol ABNT NBR 12697 Teor de partículas leves ABNT NBR 9936

Propriedades físicas

Umidade total ABNT NBR 9939 Módulo de deformação estático e coeficiente de

Poisson de rochas ABNT NBR 10341

Resistência ao esmagamento ABNT NBR 9938 Desgaste por abrasão ABNT NBR 12042

Propriedades mecânicas

Resistência à compressão da rocha ABNT NBR 6953

69

7 Inspeção A inspeção deve ser feita de acordo com a ABNT NBR NM 26.

8 Aceitação e rejeição 8.1 Para a aceitação de um ou mais lotes de agregados, definidos conforme ABNT NBR NM 26, deve ser estabelecido explicitamente entre o consumidor e o produtor a realização da coleta e dos ensaios das amostras por laboratório idôneo ou no laboratório de uma das partes quando houver consentimento mútuo. 8.2 Um lote somente deve ser aceito quando cumprir todas as prescrições desta Norma e eventuais prescrições especiais contratadas. 1 - Razões de sua utilização em argamassas e concretos: a) economia

b) influência técnica benéfica sobre: - retração - resistência ao desgaste Obs.: O conjunto pasta-agregado forma um compósito em que a resistência aos esforços mecânicos passa a depender da zona de ligação entre ambos, mas pode se manter em níveis tecnicamente satisfatórios, desde que bem dosados. Informações Complementares:

3.1 - definição: Agregado é o material granuloso e inerte, sem forma e volume definidos, de dimensões e propriedadesadequadas para o uso em obras de engenharia.

Ligeira explicação dos termos usados na definição:

a) “granuloso” devido à sua característica de “enchimento”, ou seja, ganho de volume que gera economia e ajuda a reduzir a retração. Constituem 70 a 80% do volume do concreto.

b) “inerte”: isenção de substâncias prejudiciais (inclui reatividade potencial com os álcalis do cimento). Mas, é interessante possuir relação epitáxica (aderência química, formação de C-S-H com componentes do próprio agregado).

c) “sem forma definida”: por razões de economia (agregados graúdos). A melhor forma é a que mais se aproxima da esfera, para os seixos e do cubo, para as britas.

coeficiente volumétrico - AFNOR concreto de alta resistência ou para barragens ......... 0,20 concreto simples ...................................................... 0,15

d) “dimensões adequadas” - aqui estão resguardadas características como granulometria contínua para maior trabalhabilidade e posterior ganho de compacidade (melhor arrumação das partículas dentro do concreto), significando maior resistência final.

e) “propriedades adequadas” - além das já citadas, devemos incluir: - resistência mecânica da rocha matriz. (fc ≥ 100 MPa, ou superior se necessário) - aderência por afinidade química - adequadas propriedades térmicas. Afirmação conclusiva: “A forma final de se ajuizar da qualidade de uma rocha para agregados é ensaiando o concreto com ela fabricado.”

70

3.2 - Classificação dos Agregados:

areia natural miúdos pedrisco (artificial)

seixo rolado (natural) Quanto às dimensões

graúdos brita (artificial)

Agregados Leves δ < 1 t /m³ (vermiculita, argila expandida, pedra- pomes, etc.)

Agregados Normais 1 t /m³ < δ < 2 t /m³ (areias quartzosas, seixos, etc.) Quanto à

Massa Unitária Agregados Pesados δ > 2 t /m³ (barita, magnetita, etc.)

3.3 - Informações Úteis Massa Específica (p/ consumos) Massa Unitária (p/ padiolas e aquisição de areias) Umidade e absorção dos agregados miúdos 4 - Areias Artificiais 5 - Durabilidade Esperada dos Agregados Graúdos:

I – Inalterabilidade (ao ar, à água e ∆T) II – Não provocar a RAA (Reação Álcali-Agregado) (São reações expansivas envolvendo agregados)

CONDIÇÕES A QUE DEVEM SATISFAZER OS AGREGADOS PARA CONCRETOS DE BOA QUALIFICAÇÃO:

grãos duros e compactos. rocha matriz com fc > 100 MPa, ou bem superior para uso em CAD’s. perda por abrasão Los Angeles < 50%.

RESISTÊNCIA

baixo teor de materiais friáveis e húmus vegetal. coeficiente volumétrico médio do grão > 0,20. índice de forma dos grãos < 3, ou seja, c/e < 3. granulometria contínua e M.F. > 2,4 p/ miúdos.

TRABALHABILIDADE (gerar < consumo dágua)

baixo teor de materiais pulverulentos (<3%). Ausência de materiais micáceos e de argilo-minerais. grãos duráveis e limpos. resistência química (inalteráveis ao ar, à água e ∆T).

DURABILIDADE isentos de substâncias que provoquem: a) corrosão das armaduras b) prejuízos à ligação e hidratação do cimento c) expansões a médio e longo prazos: (como as RAA). não agredir a saúde dos usuários.

C O

N D

IÇ Õ

E S

T É

C N

IC A

S

HIGIENE apresentar adequadas propried. térmicas, acústicas, etc.

FABRICAÇÃO atender economicamente (britagem, peneiramento, etc). TRANSPORTE distâncias econômicas em rel. ao mercado consumidor. APLICAÇÃO atender quanto à trabalhabilidade. C

O N

D .

E C

O N

Ô M

IC A

S

CONSERVAÇÃO atender quanto à durabilidade. ASPECTO atender quanto à durabilidade.

COR também, atender quanto à durabilidade.

C O

N D

. E

ST É

T IC

A S

PLÁSTICA não é afeta diretamente aos agregados, mas sim ao projeto arquitetônico.

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INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA NA TRABALHABILIDADE DO CONCRETO

Agregado (φ mm)

Água de Molhagem (l/m3)

Agregado (φ mm)

Água de Molhagem (l/m3)

0,16 – 0,30 300 2,50 – 5,00 56 0,20 – 0,40 280 6,30 – 10,00 38 0,40 – 0,80 200 16,00 – 25,00 18 0,80 – 1,60 120 40,00 – 63,00 11 1,60 – 3,15 75 120,00 – 200,00 5

a) Aderência por rugosidade superficial do agregado. (Interpenetração) b) Aderência por atração capilar. (Devida a uma película líquida ou gelatinosa formada entre as superfícies de ligação pasta/agregado) c) Aderência química. (Reação pozolânica e/ou ligação epitáxica (os cristais de cimento hidratado como que “prolongam” os do agregado).

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Massa Específica:

A massa específica do agregado é a massa da unidade de volume do mesmo, excluindo deste tanto os vazios permeáveis (acessíveis) quanto os vazios entre os grãos (intergrãos).

O valor obtido para a massa específica de um agregado poroso vai depender do estado de umidade em que o mesmo se encontrar no momento do ensaio. No entanto, a única situação de umidade do agregado que não altera a água do concreto é na de Saturado Superfície Seca, ou condição SSS, situação que deve ser a escolhida quando da operação em obra bem controlada ou na realização de pesquisas. Observação: Quando o agregado é compacto, ou seja, pouco poroso e de baixa absorção, os valores da massa específica serão bastante próximos tanto na situação seco ao ar quanto na situação SSS, podendo ser utilizado qualquer deles. Sua determinação pode ser feita através de: picnômetros, balança hidrostática ou frasco de chapman (este só para agregados miúdos)

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Determinação da Absorção e da Massa Específica SSS de agregado graúdo em balança Hidrostática; (MB-2698)

• Colocar a amostra em imersão em água durante 24 horas; • Secar a superfície dos grãos e determinar ao ar a sua massa no estado saturado superfície

seca (B); • Determinar a massa da amostra imersa através da balança hidrostática (C); • Colocar a amostra para secar em estufa por 24 horas e determinar a sua massa no estado

seco em estufa (A).

γsss = B /(B - C) ; a % = (B – A) /A x 100

Frasco de Chapman

Utiliza-se Ps =500g de areia seca em estufa (h=0%) e 200ml de água

L = 200 + Va , onde Va = volume real da areia.

γa = Ps = 500_ ; γa ≅ 2,65 Kg /dm³ Va L - 200 (valor médio)

A massa específica tem aplicação direta no cálculo dos consumos de materiais por m³ de concreto ou argamassa. (serve de base para os orçamentos). Obs.: A massa específica real só pode ser obtida reduzindo-se o material a pó muito fino de modo a eliminar o efeito dos vazios inacessíveis (internos) dos grãos. Massa Unitária: A massa unitária é definida como sendo a massa da unidade de volume total aparente, isto é, incluindo no volume todos os vazios, intra e intergrãos.

Valores da massa unitária:

δo = Ps (kg/dm3) , para material seco (h = 0%) Vs

δh = Ph (kg/dm3), para material úmido (h ≠ 0%) Vh

A massa unitária tem grande importância nas operações de concretagem e orçamentos,

pois serve para converter composições em peso para volume e vice-versa. (capacidade de padiolas e aquisições de areia e britas em volume).

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A massa unitária é influenciada por:

a) modo de enchimento do recipiente (energia de compactação) b) forma geométrica e volume do recipiente (paralelepípedo V ≥ 15dm³) c) teor de umidade do agregado miúdo (inchamento);

6)Umidade e Absorção dos Agregados para Concreto:

Na obra o agregado miúdo é entregue com certa umidade (2 a 7% em 95% dos casos) sendo necessárias determinações periódicas de seu teor para controle da quantidade de água que deverá ser adicionada no concreto e acerto da quantidade do agregado miúdo, visto que, com a umidade aparece o fenômeno do inchamento, alterando seu volume. A não consideração dessas variáveis acarretará grande dispersão nos resultados de resistência (aumento no desvio-padrão), caindo a qualidade das estruturas executadas. Uma partícula de agregado, mais ou menos porosa, pode assumir uma das quatro situações apresentadas na figura abaixo:

No momento de se misturar esse agregado ao concreto, ele poderá alterar a quantidade

desejável de água do mesmo em 3 (três) das quatro situações. Nas condições (a) e (b), ele irá “puxar” parte da água de amassamento, secando o concreto.

Na condição (d), ele tenderá a passar água para a mistura, aumentando a relação água/cimento do mesmo.

Em todas essas situações estará havendo perda de qualidade do concreto, caso não haja uma boa “administração” do fenômeno.

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Esse problema será tanto maior quanto maior for a porosidade do agregado. Para os agregados de boa qualidade, muito compactos e de baixa absorção, a preocupação será, obviamente, bem menor.

Como se atinge, na prática, a situação (c), que é a única confortável no controle de qualidade? Antes de qualquer coisa, a situação (c), é chamada SSS, ou seja, o material está Saturado com Superfície Seca.

No caso do agregado graúdo, padronizou-se que a condição SSS é atingida quando o grão do material, que tenha passado por um período satisfatório de imersão, tem a sua superfície enxugada da água excedente (aquela que escorre) com um pano absorvente.

Já o agregado miúdo, tem a sua condição SSS, conforme a figura abaixo. Quando uma pilha tronco-cônica, recentemente moldada com a areia úmida, permanece parcialmente de pé ao se retirar o molde. Se a pilha se desmancha, a areia estará mais seca, ou na situação (b). Ficando inteiramente de pé, a areia estará com “água livre”, denotando uma situação semelhante à (d) da figura acima.

Processos para determinação do teor de umidade total: a) Secagem em estufa (105 a 110 °C por 6h, no mínimo) b) Secagem por aquecimento ao fogo c) Frasco de Chapman d) Speedy e) Medida indireta pela massa unitária Ligeira explicação dos métodos:

a) e b): os casos a e b baseiam-se na expressão 100% x P

PP h

s

sh −=

onde, h = teor de umidade em % Ph = peso da areia úmida Ps = peso da areia completamente seca (base = 100%) c) Frasco de Chapmam : Utilizam-se 500g de areia úmida → Ph = 500g leitura L = 200 + v +Va , onde v = volume da água carregada pela areia Va = volume real da areia (sem água) h %= (Ph - Ps)/Ps x 100 Baseando-se nas expressões acima, demonstra-se que o teor de umidade é:

d) Medida indireta pela massa unitária:

( )[ ] ( ) a

a

L L

h γ

γ 700

200500100 −

−−=

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Para uma areia que tenha sido previamente ensaiada para o traçado de sua curva de inchamento, conhece-se a correlação h% X δh. Assim, para cada valor de δh ter-se-á o h% correspondente. e) Speedy:

Reação básica: CaC 2 + 2H 2 O  Ca(OH) 2 + C 2 H 2 Consta de um recipiente de vedação perfeita equipado com um manômetro, no interior do qual é colocado um certo peso de areia úmida e carbureto de cálcio, este em excesso. O carbureto de cálcio (CaC 2 ) reage com a água da areia formando hidróxido de cálcio e gás acetileno, que exerce pressão. Através de leitura no manômetro e de uma tabela que acompanha o aparelho, tem-se o teor de umidade.

RAA (Reação Álcali-Agregado) - Reações Expansivas Envolvendo Agregados:

Condições “sine qua non” para a sua ocorrência: CONCRETO EM MEIO ÚMIDO

HIDRÓXIDOS ALCALINOSDO CIMENTOAGREGADO POTENCIALMENTE REATIVO(Na2O + 0,658K2O 0,6%) (sílica ou carbonato reativos) a) Reação Álcali-Sílica: A deterioração do concreto pela reação álcali-sílica (Stanton -1940) é devida à alta concentração de álcalis na solução dos poros do concreto, que resulta numa elevação do pH a níveis que tornam a solução altamente agressiva e susceptível a reagir com a possível sílica amorfa existente nas rochas usadas como agregado.

É importante ressaltar que não são os álcalis que reagem, e sim os íons hidroxilas provenientes da dissociação dos hidróxidos alcalinos.

sílica + álcalis  gel gel + H2O  expansão

Trata-se de uma reação do tipo ácido-base onde o grupo silanol (Si-OH) é neutralizado pela solução alcalina (NaOH) formando um gel de silicato alcalino...

Si – OH + OH-  Si-O- + H2O Si – O- + Na+  Si – ONa

Minerais reativos: opala, calcedônia, tridimita, cristobalita e zeólitas (componentes eventuais dos agregados).

Para evitar a reação alcalina, quando o cimento se destinar a emprego com agregados considerados potencialmente reativos, é exigido o teor de álcalis do cimento ( Na O 0,658 K O2 2+ ) ≤ 0,6%.

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Considerações sobre o gel:

Na presença de umidade, o gel formado expande devido à absorção, por osmose, de uma grande quantidade de água, provocando uma pressão hidráulica na estrutura. Como conseqüência dessa pressão, ocorrem expansões e fissurações das partículas do agregado, da pasta de cimento, e conseqüentemente do concreto. Uma vez que a disponibilidade da água é contínua, essas fissuras tendem a aumentar e progredir até atingirem a superfície externa dessa estrutura.

Segundo Sousa Coutinho, SiO 2 + 2Na(OH) → Na 2 O. SiO 2 + H 2 O Provoca expansão e deterioração do concreto Obs.: Pozolanas podem reagir com a sílica evitando a formação de silicatos expansivos. São fatores decisivos na reação álcali-agregado: o tipo e a concentração de álcalis, a % de agregados reativos, a umidade ambiente, a temperatura, a utilização de pozolanas, etc. As pozolanas têm influência sobre essas reações podendo inibi-las total ou parcialmente e a expansão ser evitada, mediante uma substituição de quantidades superiores a 25% de cimento por igual peso de pozolana adequada. A efetividade desse método de controle da expansão depende muito do tipo de reação e do tipo de pozolana. Ensaios: 1)Redução da alcalinidade de uma solução normal de NaOH quando colocada em contato com agregado pulverizado, em temperatura de 80ºC, e na determinação da quantidade de sílica dissolvida. Os resultados são comparados com os dados do gráfico de MIELENS e WITTE (ver Concreto de Cimento Portland - Petrucci) e a sua situação neste gráfico permite ajuizar de sua possível inocuidade ou reatividade. 2) Uma melhor verificação é dada pela medida do alongamento de uma barra de argamassa de 25 x 2,5 x 2,5 cm. Quando a expansão longitudinal é superior a 0,10 % aos 6 meses ou a 0,05% aos 3 meses, a reação alcalina entre o cimento e o agregado pode ser considerada perigosa. b) Reação Álcali-Carbonato: (relação calcita / dolomita 1:1) A reação álcali-carbonato ocorre entre alguns calcários dolomíticos e soluções alcalinas presentes nos poros do concreto, causando expansões e intensas fissurações. Não há formação de gel alcalino como produto desta reação. Um mecanismo bastante aceito é que este tipo de reação está fundamentado na reação de desdolomitização com formação de hidróxido de magnésio (brucita) e regeneração do hidróxido alcalino, conforme as equações abaixo: Formação da brucita: CaMg(CO3)2 + 2NaOH  Mg(OH)2 + CaCO3 + Na2CO3 Havendo disponibilidade de Ca(OH)2 haverá a regeneração dos álcalis:

Regeneração dos álcalis: Na2CO3 + Ca(OH)2  2NaOH + CaCO3

Como conseqüência tem-se o enfraquecimento da ligação entre a pasta de cimento e o agregado e a formação de microfissuras. Ainda segundo Sousa Coutinho, a reação será: (A) (B) (1) (2) CaMg(CO 3 ) 2 + 2Na(OH)  Mg(OH) 2 + CaCO 3 + Na 2 CO 3 calcário dolomítico (3) Na 2 CO 3 + 10H 2 O  Na 2 CO 3 .10H2O

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O volume de (1) + (2) + (3) é superior ao triplo do volume de (A) + (B), com expansão de 239%, segundo o autor.

Estrutura de barragem apresentando sinais de RAA

Impurezas dos Agregados miúdos:

a - Material pulverulento b - Impurezas orgânicas húmicas c - Outras substâncias nocivas

a) Material Pulverulento: É constituído de partículas de silte, argila e substâncias solúveis em água, naturalmente passantes na peneira #200 (menores que 75µm). Os finos, de um modo geral, contribuem para aumentar a coesão do concreto fresco, mas, quando presentes em grande quantidade, aumentam a exigência de água dos concretos para uma mesma consistência. Os finos de certas argilas em particular, além disso, incham, propiciando maiores alterações de volume nos concretos, intensificando sua retração e reduzindo sua resistência. No caso de areia artificial (filler calcário, por exemplo), se o material pulverulento (< 75µm) consistir de pó oriundo da trituração de rocha, essencialmente livre de argila ou folhelho, os limites de norma podem ser aumentados para 5% e 7%, respectivamente. “A argila de uma areia pode ser eliminada por lavagem, mas corre-se o risco de arrastar também os grãos de silte e os mais finos da mesma, aumentando o índice de vazios, o que resultará em menor resistência”. Impõe-se a realização de ensaios comparativos prévios. Teor de Material Pulverulento ( passante na peneira #200) aceito pela EB-4 - 3% máx. para concretos submetidos a desgaste superficial - 5% máx. para outros concretos. Sua determinação é feita pela NBR 7219 (MB-9) b) Impurezas Orgânicas Húmicas: As impurezas orgânicas da areia, normalmente formadas por partículas de húmus, exercem uma ação prejudicial sobre a pega e o endurecimento das argamassas e concretos. Uma parte do húmus, que é ácida, neutraliza a água alcalina do gel de cimento, provocando prejuízos à hidratação e ganho de resistência, e a parte restante envolve os grãos de areia, formando uma película sobre

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eles, impedindo, desta forma, uma perfeita aderência entre o cimento e as partículas de agregado. Por estas razões, as argamassas e concretos preparados com areias que contenham um elevado teor de matéria orgânica, têm baixa resistência. Conclusões acerca da influência da matéria orgânica sobre a qualidade das argamassas e concretos: 1) Reduz a resistência (influi mais em misturas pobres e nas primeiras idades) 2) A lavagem da areia com água não tem objetivo, pois os ácidos do húmus são dificilmente solúveis e aderem fortemente aos grãos; 3) A lavagem com água de cal é mais conveniente porque neutraliza a acidez e elimina os sais; 4) A substituição de 5% do cimento por igual quantidade de cal também ajuda; 5) A resistência aos 7 dias é o melhor indicador da qualidade da areia e da influência da matéria orgânica; 6) O concreto executado com areias impuras deve ser mantido úmido durante longo tempo, pois seu endurecimento é mais lento devido à redução da alcalinidade do gel na hidratação do cimento; 7) As areia se tornam inutilizáveis com 1% em massa de ácidos do húmus. O MB-10 = NBR NM 49 fixa o modo de avaliação colorimétrica das impurezas orgânicas das areias destinadas ao concreto, o que será visto em laboratório. c) Outras Substâncias Nocivas: Torrões de argila, gravetos, grânulos tenros friáveis, matérias carbonosas e sais (principalmente sulfatos e cloretos) são também impurezas da areia. - As partículas de baixa densidade baixam a resistência do concreto e o prejudicam quanto à abrasão. - As partículas de carvão e linhita podem intumescer e desagregar o concreto, bem como perturbar seu endurecimento. - Revestimentos contendo cloretos tornam-se higroscópicos dando lugar ao aparecimento de eflorescências e manchas de umidade. - Os sulfatos alteram a pega e dão origem a inchamentos pela formação do sal de Candlot (sulfoaluminato expansivo). Areias Artificiais: São obtidas pela classificação ou moagem de fragmentos de rochas. As melhores são de granito e pedras com predominância de sílica. As de basalto apresentam muitos grãos em forma de placas e agulhas que reduzem muito a trabalhabilidade. Tem a vantagem de serem passíveis de correções granulométricas, ajuste no teor de finos na dosagem dos concretos e apresentar ligação epitáxica com a pasta de cimento. Durabilidade dos Agregados Graúdos: Iinalterabilidade (ao ar, à água e ∆T)

Os agregados devem provir de rochas inertes, isto é, sem ação química prejudicial sobre os aglomerantes e inalteráveis ao ar, à água e às variações de temperatura. Certos feldspatos e xistos que se decompõem lentamente ao ar ou em contato com a água não satisfazem sobre este ponto de vista.

O IPT de São Paulo prescreve o método M-14 para verificar esta característica. O ensaio consiste em submeter o agregado à ação de uma solução de sulfato de sódio (500g de sulfato em 1000 cm³ de água destilada). Verifica-se a perda de peso pela imersão em 5 ciclos do agregado na solução por 20 horas, seguidos de 4 horas de secagem em estufa a 105º C. O IPT fixa em 15% a perda de peso máximo permissível.

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